ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2124680
ГЕЛИОУСТАНОВКА
Имя изобретателя: Шишкин Николай Дмитриевич
Имя патентообладателя: Шишкин Николай Дмитриевич
Адрес для переписки: 414056 Астрахань, ул.Максаковой 39/10-153, Шишкин Николай Дмитриевич
Дата начала действия патента: 1995.08.22
Гелиоустановка относится к гелиотехнике и может быть использована в системах
горячего водоснабжения и отопления. Изобретение повышает экономичность и надежность
работы гелиоустановки. Установка содержит последовательно соединенные ступени
гелиоколлектора, обеспечивающего подогрев и безнасосное перетекание воды из
расходного бака холодной воды в бак-аккумулятор. Первая по ходу движения воды ступень
гелиоколлектора изготавливается из наиболее простых и дешевых элементов - абсорберов,
позволяющих осуществить подогрев воды до температуры 35-40oС. Вторая ступень
гелиоколлектора изготавливается из элементов, имеющих одинарное остекление и
теплоизоляцию, и позволяет произвести подогрев воды до 50-55oС. Третья ступень
гелиоколлектора состоит из элементов, имеющих двойное остекление, теплоизоляцию, и
позволяет произвести подогрев воды до 60-65oС. Регулирующий вентиль, регулятор
температуры и емкость постоянного уровня, расположенная в верхней части бака-аккумулятора,
позволяют при изменении поступления солнечной энергии на гелиоколлектор и уровня
горячей воды в баке-аккумуляторе поддерживать постоянную температуру горячей воды.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах
горячего водоснабжения и отопления.
Известна гелиоустановка, содержащая последовательно расположенные расходный
бак холодной воды с поплавковым регулятором уровня, гелиоколлектор, на выходе из
которого установлен вентиль, а ниже располагается емкость (бак-аккумулятор), в которую
поступает нагретая вода, что обеспечивает поступление воды самотеком без
использования насосов (Тонака С., Суда Р. Жилые дома с автономным солнечным
теплоснабжением. - М.: Стройиздат, 1989, с. 14, рис. 1.4а, SU 836466 1981, CH 676746 1991, DE 3934535 1991, FR 2568990 1986, US
4960105 1990).
Основными недостатками этой гелиоустановки являются: большие капитальный затраты,
связанные с тем, что гелиоколлектор целиком выполнен из дорогостоящих элементов,
например НПК-2 или СПК-2, позволяющих нагреть воду до требуемой температуры;
невозможность надежной работы, т.к. получение нагретой воды с заданной температурой
невозможно регулированием лишь с помощью вентиля.
Известна гелиоустановка, содержащая многоступенчатый коллектор солнечной энергии /гелиоколлектор/,
каждая ступень которого имеет контур принудительной /насосной/ циркуляции и связана с
одной из температурных зон бака-аккумулятора. В нижнюю зону бака-аккумулятора подается
холодная вода из расходного бака, горячая воды забирается из верхней зоны бака-аккумулятора.
Первая ступень гелиоколлектора состоит из ряда последовательно соединенных элементов
с неселективной поверхностью, теплоизоляцией и одинарным остеклением. Вторая ступень
состоит из таких же элементов с двойным остеклением. Третья ступень состоит из
элементов с селективной поверхностью, теплоизоляцией и двойным остеклением /Зоколей С.
Солнечная энергия и строительство: Пер. с англ. /Под ред. Ю.Н. Малевского: - М.: Стройиздат,
1979, с. 31, рис. 2.14/.
Основными недостатками являются:
- большие эксплуатационные затраты на привод нескольких циркуляционных насосов,
- большие капитальные затраты на дорогостоящие элементы гелиоколлектора, достаточно
высокого бака-аккумулятора, необходимого для создания трех характерных температурных
зон, и сложную систему регулирования расхода в каждом из циркуляционных контуров,
- низкая надежность работы, т.к. даже при кратковременном отключении электроэнергии
прекращается циркуляция воды в контурах, что может привести к значительному перегреву
и разрушению гелиоколлектора.
Задача изобретения - повышение экономичности и надежности работы гелиоустановки.
Технический результат достигается последовательным соединением ступеней
гелиоколлектора, располагающегося между расходным баком холодной воды и баком-аккумулятором,
обеспечивающим подогрев и безнасосное перетекание воды из расходного бака холодной
воды в бак-аккумулятор. Первая по ходу движения воды ступень гелиоколлектора
изготавливается из наиболее простых и дешевых элементов - абсорберов, позволяющих
осуществить подогрев воды до температуры 35-40oC. Вторая ступень гелиоколлектора
изготавливается из элементов, имеющих одинарное остекление и теплоизоляцию и
позволяет произвести подогрев воды до температуры 50-55oC. Третья ступень
гелиоколлектора состоит из элементов, имеющих двойное остекление, теплоизоляцию, и
позволяет произвести подогрев воды до температуры 60-65oC. Регулирующий вентиль,
регулятор температуры и емкость постоянного уровня, расположенная в верхней части
бака-аккумулятора, позволяют при изменении поступления солнечной энергии на
гелиоколлектор и уровня горячей воды в баке-аккумуляторе поддерживать постоянную /изменяющуюся
в небольшом заданном диапазоне/ температуру горячей воды.
На чертеже изображена принципиальная схема гелиоустановки.
|
Гелиоустановка состоит из расходного бака холодной воды 1 с поплавковым регулятором
уровня 2, первой ступени гелиоколлектора 3, второй ступени гелиоколлектора 4, третьей
ступени гелиоколлектора 5, регулирующего вентиля 6, регулятора температуры 7, емкости
постоянного уровня 8, бака-аккумулятора 9.
Бак-аккумулятор 9 расположен ниже расходного бака холодной воды 1. Ступени
гелиоколлектора соединены последовательно. После последней ступени гелиоколлектора
размещены регулятор температуры 7 и регулирующий вентиль 6.
|
Гелиоустановка работает следующим образом. Холодная вода подается в расходный бак
холодной воды. Под действием солнечного излучения вода, последовательно протекая
через ступени гелиоколлектора 3, 4 и 5, нагревается и поступает в бак-аккумулятор 9. Из
бака-аккумулятора 9 горячая вода подается потребителю. Разность уровней воды в
расходном баке 1 и в емкости постоянного уровня 8, а также размеры отверстий в емкости
постоянного уровня рассчитываются таким образом, чтобы при максимальном поступлении
солнечного излучения в середине дня в летние месяца обеспечивался максимальный расход
воды, поступающей в бак-аккумулятор 9, с максимально допустимой температурой, при этом
регулирующий вентиль 6 должен быть полностью открытым. Разность уровней в баке
холодной воды 1 и в емкости постоянного уровня 8 определяется по формуле
где
 - коэффициент линейных потерь напора,
 i - коэффициенты местных
сопротивлений,
l, d - длина и диаметр соединительных патрубков, м,
 - плотность воды, кг/м3,
Mmax - максимальный массовый расход в гелиосистеме, рассчитываемый по формуле:
где
n - количество ступеней гелиосистемы n = 3;
Fi - площадь поверхности i-й ступени гелиосистемы, м2;
 miax - максимальный КПД i-й
ступени гелиоколлектора;
Ki - коэффициент теплопередачи i-й ступени гелиоколлектора, Вт/M2K;
 конечная и средняя
температура воды в i-й ступени гелиоколлектора, oC;
Тв - температура окружающего воздуха, oC;
БП - коэффициент, учитывающий
теплопотери в баке-аккумуляторе и соединительных патрубках,
C - удельная теплоемкость воды, Дж/кгK.
Суммарная площадь отверстий в емкости постоянного уровня 8 рассчитывается по формуле
где
 - коэффициент расхода;
g - ускорение свободного падения, м/с2.
Для регулирования температуры горячей воды, поступающей в бак-аккумулятор 9,
используются регулировочный вентиль 6 и регулятор температуры 7, при этом шток
регулировочного вентиля должен быть в положении, обеспечивающем минимальное число
срабатываний исполнительного механизма регулятора температуры.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Гелиоустановка, содержащая многоступенчатый гелиоколлектор, расходный бак холодной
воды с поплавковым регулятором уровня и бак-аккумулятор, отличающаяся тем, что бак-аккумулятор
расположен ниже расходного бака холодной воды, ступени гелиоколлектора соединены
последовательно и после последней ступени гелиоколлектора размещены регулирующий
вентиль и регулятор температуры.
2. Гелиоустановка по п.1, отличающаяся тем, что первая ступень гелиоколлектора выполнена
в виде абсорбера.
Версия для печати
Дата публикации 26.01.2007гг
вверх
|
