ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2228492
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Имя изобретателя: Шерьязов С.К.; Ахметжанов Р.А.
Имя патентообладателя: Челябинский государственный агроинженерный университет
Адрес для переписки: 454080, г.Челябинск, пр. Ленина, 75, Челябинский государственный агроинженерный университет, кафедра ЭССХ
Дата начала действия патента: 2002.12.09
Изобретение относится к комбинированным устройствам для горячего
водоснабжения с использованием солнечной и ветровой энергии. Устройство для горячего
водоснабжения содержит солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней
секции которого расположен дополнительный нагреватель, электрически связанный с
ветроэлектроагрегатом, а в средней секции - нагреватель, электрически связанный с
ветроэлектроагрегатом, теплообменник, вход которого связан с выходом солнечного
коллектора через трехходовой клапан, а выход - с входом дополнительного теплообменника,
расположенного в нижней секции бака-аккумулятора и своим выходом связанного с входом
солнечного коллектора. Вход дополнительного теплообменника соединен перемычкой с
трехходовым клапаном. В устройстве имеется насос для перекачивания воды из верхней
секции бака-аккумулятора в его среднюю секцию и насос для перекачивания воды из нижней
секции бака-аккумулятора в его среднюю (или верхнюю) секцию через трехходовой клапан.
Устройство обеспечивает повышение надежности горячего водоснабжения и эффективности
преобразования солнечной и ветровой энергии в тепловую.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к комбинированным устройствам
для горячего водоснабжения с использованием солнечной и ветровой энергии.
Известно устройство для горячего водоснабжения, содержащее солнечный
коллектор, вход которого связан с утилизатором тепла сточных вод, а выход - с тепловым
насосом, соединенным с ветроэлектроагрегатом (Авторское свидетельство СССР № 846936,
опубликовано 15.07.81, бюл. № 26).
Недостатком данного устройства является невысокая надежность горячего водоснабжения
при работе в условиях недостаточной интенсивности солнечной и ветровой энергии.
Известна комбинированная гелиоветровая установка, содержащая солнечный коллектор,
связанный с ветроэлектроагрегатом тепловой насос и секционный бак-аккумулятор,
верхние секции которого входными патрубками сообщены с выходами коллектора и
охладителя теплового насоса, а нижняя - с входами коллектора и циркуляционного насоса,
сообщенного на выходе с охладителем теплового насоса (Авторское свидетельство СССР №
1044903, опубликовано 30.09.83, бюл. № 36).
Недостатком данной установки является то, что при уровне солнечной радиации сверх
номинального значения происходит отключение электродвигателя компрессора теплового
насоса от ветроэлектроагрегата и электроэнергия, вырабатываемая
ветроэлектроагрегатом, не используется.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является
комбинированная гелиоветровая установка Э.З. Керимова (Авторское свидетельство СССР №
1133460, опубликовано 07.01.85, бюл. № 1), содержащая солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор,
в верхней секции которого расположен дополнительный нагреватель, электрически
связанный с ветроэлектроагрегатом, с которым связан тепловой насос. Средняя и верхняя
секции бака-аккумулятора тепла входными патрубками сообщены с выходами охладителя
теплового насоса и солнечного коллектора, а нижняя - с входами солнечного коллектора и
циркуляционного насоса, сообщенного на выходе с охладителем теплового насоса.
Прототип имеет следующие недостатки:
1. В период максимальной интенсивности солнечной радиации, достаточной для нагрева
воды до требуемой температуры, вода, поступающая в верхнюю секцию бака-аккумулятора с
выхода солнечного коллектора, дополнительно нагревается нагревателем, электрически
связанным с ветроэлектроагрегатом. Это приводит к бесполезному перегреву воды и
увеличению тепловых потерь в этой секции.
2. При минимальной интенсивности солнечной радиации вода из нижней секции бака-аккумулятора,
предварительно охлажденная в дополнительном теплообменнике теплового насоса, через
солнечный коллектор попадает в верхнюю секцию бака-аккумулятора. Это приводит к
охлаждению воды в верхней секции бака-аккумулятора, нагретой в охладителе теплового
насоса или нагревателем, электрически связанным с ветроэлектроагрегатом.
Целью изобретения является повышение надежности горячего водоснабжения при
совместном применении гелио- и ветроустановок, а также эффективности преобразования
солнечной и ветровой энергии в тепловую.
Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для горячего водоснабжения,
содержащем солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней секции
которого расположен дополнительный нагреватель, электрически связанный с
ветроэлектроагрегатом, средняя секция бака-аккумулятора снабжена нагревателем,
электрически связанным с ветроэлектроагрегатом, теплообменником, связанным с
дублирующим источником энергии, и теплообменником, вход которого связан с выходом
солнечного коллектора через трехходовой клапан, а выход - с входом дополнительного
теплообменника, расположенного в нижней секции бака-аккумулятора и своим выходом
связанного с входом солнечного коллектора через обратный клапан, причем вход
дополнительного теплообменника соединен перемычкой с трехходовым клапаном, а также
введены насос для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора в его среднюю
секцию и насос для перекачивания воды из нижней секции бака-аккумулятора в его среднюю
(или верхнюю) секцию через трехходовой клапан, установленный на нагнетательном
патрубке этого насоса.
По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков,
характеризующих сущность заявленного изобретения, неизвестна из уровня техники, что
позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "новизна".
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема
устройства.
|
Устройство содержит солнечный коллектор 1, трехсекционный бак-аккумулятор 2, в верхней
секции которого расположен дополнительный нагреватель 3, электрически связанный с
ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 5, а в средней секции - нагреватель 6,
электрически связанный с ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 7, теплообменник 8,
связанный с дублирующим источником энергии (на схеме не показан), и теплообменник 9,
вход которого связан с выходом солнечного коллектора 1 через трубопровод 10 и
трехходовой клапан 11, а выход - с входом дополнительного теплообменника 12,
расположенного в нижней секции бака-аккумулятора 2 и своим выходом связанного с входом
солнечного коллектора 1 через обратный клапан 13. Вход дополнительного теплообменника 12
соединен перемычкой 14 с трехходовым клапаном 11.
Кроме того, устройство содержит насос 15 для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора
2 в его среднюю секцию и насос 16, на нагнетательном патрубке которого установлен
трехходовой клапан 17, через который перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора
2 в его среднюю секцию по трубопроводу 18 или верхнюю секцию по трубопроводу 19.
В нижней секции бака-аккумулятора 2 встроен клапан 20 для заполнения этой секции
холодной водой из водопровода.
|
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ
В исходном состоянии все секции бака-аккумулятора 2 заполнены водой.
При температуре воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой включается
выключатель 7, обеспечивающий подачу электроэнергии, вырабатываемой
ветроэлектроагрегатом 4, на нагреватель 6. Одновременно с этим, при условии, что
температура воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже температуры теплоносителя
на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовой клапан 11 открывает трубопровод 10 и
закрывает трубопровод 14, и теплоноситель, нагретый под действием солнечной радиации в
солнечном коллекторе 1, за счет термосифонной циркуляции поступает в теплообменники 9 и
12 и возвращается в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.
При достижении водой в средней секции бака-аккумулятора 2 температуры, выше или равной
температуре теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовой клапан 11
закрывает трубопровод 10 и открывает трубопровод 14, обеспечивая поступление
теплоносителя из солнечного коллектора 1 в теплообменник 12 и обратно в солнечный
коллектор 1 через обратный клапан 13.
После нагрева воды в средней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры
выключается выключатель 7, обеспечивающий включение выключателя 5, который в свою
очередь обеспечивает подачу электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом 4,
на дополнительный нагреватель 3. Одновременно с этим трехходовой клапан 11 закрывает
трубопровод 10 (если последний был открыт) и теплоноситель из солнечного коллектора 1
через трубопровод 14 поступает в теплообменник 12 и обратно в солнечный коллектор 1 через
обратный клапан 13.
В случае снижения температуры воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой
цикл нагрева воды в этой секции повторяется.
При нагреве воды в верхней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры
выключатель 5 выключается.
Нагрев воды в средней секции бака-аккумулятора 2 при отсутствии энергии солнца и ветра (или
ее слабой интенсивности) осуществляется с помощью теплообменника 8, связанного с
дублирующим источником энергии.
При снижении уровня воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже допустимого
пополнение этой секции новой порцией воды производится из той секции бака-аккумулятора,
в которой находится вода с более высокой температурой, причем при снижении уровня воды
в верхней секции бака-аккумулятора 2 (в результате ее перекачивания в среднюю секцию
бака-аккумулятора 2 насосом 15) ниже допустимого вода в эту секцию перекачивается из
нижней секции бака-аккумулятора 2 насосом 16 путем открытия трубопровода 19 и закрытия
трубопровода 18 трехходовым клапаном 17, а при снижении уровня воды в нижней секции бака-аккумулятора
2 (в результате ее перекачивания в верхнюю или среднюю секцию бака-аккумулятора 2
насосом 16) ниже допустимого открывается клапан 20 и эта секция пополняется холодной
водой из водопровода.
В случае равенства температур воды в верхней и нижней секциях бака-аккумулятора 2 в
среднюю секцию перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора 2 с помощью
насоса 16 через трехходовой клапан 17 и трубопровод 18.
Таким образом, предлагаемое устройство для горячего водоснабжения обеспечивает
повышение надежности горячего водоснабжения за счет введения в среднюю секцию бака-аккумулятора
теплообменника, связанного с дублирующим источником энергии, а также повышение
эффективности преобразования солнечной и ветровой энергии за счет того, что при
температуре воды в средней секции бака-аккумулятора ниже температуры теплоносителя на
выходе из солнечного коллектора аккумулирование тепловой энергии, получаемой в
солнечном коллекторе, происходит в средней и нижней секциях бака-аккумулятора, иначе -
только в нижней секции бака-аккумулятора, а при температуре воды в средней секции бака-аккумулятора,
равной требуемой, аккумулирование тепловой энергии, получаемой в результате
преобразования электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом, происходит в
верхней секции бака-аккумулятора.
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Устройство для горячего водоснабжения, содержащее солнечный коллектор,
трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней секции которого расположен
дополнительный нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом,
отличающееся тем, что средняя секция бака-аккумулятора снабжена нагревателем,
электрически связанным с ветроэлектроагрегатом, теплообменником, связанным с
дублирующим источником энергии, и теплообменником, вход которого связан с выходом
солнечного коллектора через трехходовой клапан, а выход - с входом дополнительного
теплообменника, расположенного в нижней секции бака-аккумулятора и своим выходом
связанного с входом солнечного коллектора через обратный клапан, причем вход
дополнительного теплообменника соединен перемычкой с трехходовым клапаном, а также
введены насос для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора в его
среднюю секцию и насос для перекачивания воды из нижней секции бака-аккумулятора в
его среднюю (или верхнюю) секцию через трехходовой клапан, установленный на
нагнетательном патрубке этого насоса.
Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг
вверх
|
