Гелиоустановка

(5)5 Р 24 3 2/42 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВедОмстВО сссР(ГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОР(57) Сущность изобретения; гелиоустановкаустанавливается плоскостью солнечногоколлектора 1 (СК) под прямым углом к лучамсолнечного излучения (СИ) в период зимнего солнцестояния для данной широты местности и, кроме того, может быть закрепленана месте эксплуатации посредством шарнира 15, расположенного по центру тяжестиустановки или выше его, При падении лучей п 91 Ж.иц 1816937 А 1 СО перпендикулярно плоскости СК на панель 2 поступает как прямое Си, так и отраженное от стенки 6 или панелей 11, 14, нагревая ее, От панели 2 тепло передается воде в каналах 3 и частично рассеивается в окружающей пространство в виде инфракрасного излучения и за счет конвенции воз.духа в зазорах, нагревая патрубки 8 непосредственно или через панель 9 и тем самым нагревая воду в патрубках 8, поступающую из бака 5. Нагретая вода иэ каналов 3 поступает в верхнюю часть бака 5 за счет градиента плотности воды, образуя естественную (термосифонную) циркуляцию воды, Изменяя наклон установки за счет поворота на шарнира 15 и угол раскрытия панелей 11, 14 можно изменять в широких пределах поступление СИ на СК в течение года. 2 3, и, ф-.лы, 3 ил,Изобретение относится к энергетике и 5, Прямой и обратный патрубки для кажв частности для получения низкопотенци- дога теплоотводящего канала,ального тепла за счет солнечного излучения 6, Обратные патрубки расположены под(СИ) с последующим использованием в сис- тепловоспринимающей панелью без теплотемах теплоснабжения, потребляющих 5 изоляции от нее,энергию такого же температурного потен. Обратные патрубки снабжены дополциала, нительной тепловоспринимающей панелью.Цель изобретения - повышение эффек. Теплоотводящие каналы сообщены стивности использования солнечной энер- прямым и обратным гидравлическими колгии. 10 лекторами,Эта цель достигаеТся тем, что в гелио, Прямым и обратным гидравлическиводонагревательной установке с естест- ми коллекторами является бак-аккумулятор.венной циркуляцией, содержащей 10. Циркуляция теплоносителя естестсветоотражающие панели, плоский солнеч- венная.ный коллектор в виде тепловоспринимаю 11.Светоотражающая панель.щей панели с теплоотводящими каналами, 12. Передняя стен ка ба ка-а ккумуляторасовмещенный с баком-аккумулятором и со- выполнена плоской под углом 126128 кобщенный с ним через прямой и обратный плоскости солнечного коллектора.гидравлические коллекторы прямым и об, Ширина (высота) стенки равна полоратным патрубком, каждый теплоотводя вине ширине (высоты) солнечного коллектощий канал солнечного коллектора снабжен ра).отдельным прямым и обратным патрубком, 14, Передняя стенка бака-аккумуляторакаждый обратный патрубок расположен под является светотражающей панелью.тепловоспринимающей панелью без тепло, Светоотражающая панель выполнеизоляции от нее, гидравлическими прямым 25 на раздельно от стенки бака-аккумулятора.и обратным коллекторами для каждого теп. Дополнительная аналогичная светолоотводящего канала является бак-аккуму- отражающая панель на противоположнойлятор, передняя стенка которого выполнена части солнечного коллектора,плоской под углом 126128 к плоскости 17. Обе светоотражающие панели засолнечного коллектора с шириной(высотой) 30 креплены посредством шарнира с фиксаравной половине ширины (высоты) солнеч- цией угла раскрытия от 0 до 128.ного коллектора и является светоотражаю, Установка установлена плоскостьющей панелью, причем обратные патрубки солнечного коллектора под прямым углом кмогут быть снабжены дополнительной теп- лучам солнечного излучения в период зимловоспринимающей панелью, светоотража него солнцестояния для данной широты меющая панель может быть выполнена стности.раздельно от стенки бака-аккумулятора, 19, Установка закреплена на месте эксустановка может содержать аналогичную плуатации посредством шарнира, располосветоотражающую панель на противопо- женного под СК по центру тяжестиложной части солнечного коллектора и обе 40 установки или выше его,светоотражающие панели могут быть за- Признаки 1, 2, 3, 4, 8, 10, 11 являютсякреплены посредством шарнира с фикса- общими с признаками прототипа.цией угла раскрытия от 0 до 128, сама Признаки 5, 6, 7, 9 позволяют использоустановка установлена плоскостью солнеч- вать часть инфракрасного излучения излучаного коллектора под прямым углом к лучам 45 емого нагретыми тепловоспринимающейсолнечного излучения в период зимнего панелью и теплоотводящими каналами, т,к.солнцестояния для данной широты местно- тепло от солнечного излучения не полности, и закреплена на месте эксплуатации стью поглощается теплоносителем и темпепосредством шарнира, расположенного ратура тепловоспринимающей СИ панелипод солнечным коллектором по центру тя выше температуры теплоносителя (особенжести установки или выше его. но по центру между теплоотводящими канаПризнаками, характеризующими пред- лами), а так же не делась специальныелагаемое изобретение, являются: гидравлические коллекторы и обратный пат 1, Солнечный коллектор в виде тепло- рубок большого сечения,воспринимающей плоской панели с тепло Признаки 12, 13, 14, 18, 19 позволяютотводящими каналами. получить дополнительное тепло в зимний2, Бак-аккумулятор. период, а также весенне-осенний периоды,3, Бак-аккумулятор конструктивно со- т.к. отраженное СИ падает на всю поверхвмещен с солнечным коллектором, ность СК, и регулировать угол падения СИ4. Прямой и обратный патрубки. на СК, не перегревать СК в летний период;т,к, СИ будут падать на СК под углом меньшим 90, а отраженные лучи от светоотражающей панели будут падать на незначительную площадь СК. не делать отдельную светоотражающую панель, а также получить бак-аккумулятор с соотношением толщины к высоте не менее чем 1 к 2,Признаки 15, 16, 17, 18, 19 позволяют увеличить и регулировать поступление тепла на СК в зимний и осенне-весенний периоды по отношению к признакам 12, 13, 14, затенять часть СК в летний период и тем самым регулировать поступление энергии СИ на СК и плотностью закрывать СК,1. Повышается эффективность установки из-за возможности использования части инфракрасного излучения от нагретых тепловоспринимающей панели и теплоотводящих каналов, т.к, это излучение будет частично поглощаться обратными патрубками и подогревать входящий в СК теплоноситель, а это даст возможность хоть незначительно, что уменьшить площадь тепловоспринимающей панели или увеличить скорость нагрева воды в баке-аккумуляторе, Дополнительная тепловоспринимающая панель на. обратных патрубках увеличивает эффективность поглощения инфракрасного излучения и тем самым уменьшит тепловые потери в окружающую среду. Увеличивать нагрев обратных патрубков или дополнительной тепловоспринимающей панели будет и циркуляция воздуха в зазоре между ними и первой основной тепловоспринимающей панелью, Применение светоотражающих панелей по вышеуказанным признакам и установка СК плоскостью перпендикулярно СИ в зимний период повышает среднегодовую эффективность установки и позволяет повысить экономичность использования солнечной энергии, т.к, в зимний период установка будет получать максимальное количество тепла, а летний максимум тепла будет занижен и поэтому уменьшается вероятность перегрева СК, Этому будет способствовать и возможность регулировки угла раскрытия светоотражающих панелей и регулирование положения СК относительно СИ, Повышению эффективности способствует и достижение воэможности увеличения соотношения высоты бака-аккумулятора к его толщине (без увеличения его объема) не менее чем в 2 раза, что значительно увеличивает стратификацию теплоносителя в баке-аккумуляторе, а зто увеличивает разность температур теплоносителя на входе в бак-аккумулятор и на выходе из него, т,е. эффективность системы с высокой разностью температур будет практически равна45 50 55 10 152025 30 3540 эффективности многоцикловой системы сболее низкой разностью температур.2. Упрощается конструкция установки иее габариты из-за достижения возможностииспользования бака-аккумулятора дополнительно как обратный и прямой гидравлические коллекторы.3. Упрощается конструкция установки и ее габариты из-за достижения возможности использования передней стенки бака-аккумулятора в качестве светоотражающей панели, т,к, отпадает необходимость в изготовлении специальной светоотражающей панели и специального жесткого крепления и тем самым увеличиваетсянадежность эксплуатации установки присильном ветре.4, Увеличивается надежность установкии за счет двух отдельных светоотражающихпанелей, т,к, ими можно закрывать (простым поворотом на шарнире) плоскость СК и тем самым защищать остекление СК, например, при транспортировке или при эксплуатации, например, от песка и камней при сильном ветре или от града при грозе.На фиг, 1 показана установка в продольном сечении,На фиг, 2 показана установка в боковой проекции с отдельными отражающими панелями, На фиг, 3 показан фрагмент поперечного сечения солнечного коллектора,Гелиоводонагревательная установка, изображенная на фиг. 1, содержит плоский солнечный коллектор (СК) 1 в виде тепловоспринимающей панели 2 (фиг. 3) с теплоотводящими каналами 3, Тепловоспринимающая панель 2 с каналами 3 расположена по всей плоскости СК и закрыта,например, стеклом 4, Тепловоспринимающая панель 2 с каналами 3 может быть выполнена или в виде "труба в листе", или в виде отдельных труб и рифленой панели, или штампованно-сварной из алюминия,стали, меди или даже из пластмассы, С СК конструктивно совмещен бак-аккумулятор 5 емкостью 50100 л на 1 м СК (в зависимо 2сти от широты местности эксплуатации установки и плотности потока солнечного излучения (СИ), СК и бак-аккумулятор теплоизолированы от окружающей среды пенопластом или минеральной ватой, Бак-аккумулятор выполнен из стали, алюминия или пластмассы, Высота бака (вместе с теплоизоляцией) равна половине длины (высоты) СК, Передняя стенка 6 бака расположена под углом 126,128 к плоскости СК,выполнена плоской и светоотражающей. Выбранные соотношения длины СК и высоты стенки 6, а также углы расположения стенки 6 обеспечивают отражение СИ навсю плоскость СК при падении лучей СИ подпрямым углом к плоскости СК. Светоотражающая поверхность стенки 6 получена, например, или путем полировки материала, изкоторого она выполнена (сталь, алюминий),или гальваническим осаждением блестящего покрытия, или плазмохимическим напылением, отражающего покрытия, Длинабака 5 равна ширине СК 1, а ширина бакаравна не более 1/2 высоты бака. Каждыйканал 3 СК сообщен с баком-аккумулятором5 прямым 7 и обратным 8 патрубками, Площадь сечения канала 3 меньше или равнаплощади сечения патрубков 7, 8, а бак-аккумулятор 5 является одновременно прямыми обратным гидравлическим коллекторомдля них. Обратные патрубки 8 расположеныпод тепловоспринимающей панелью 2 безтеплоизоляции от нее и могут быть снабжены дополнительной тепловоспринимающейпанелью 9, при этом патрубки 8 и панель 9могут быть выполнены также как и каналы 3с панелью 2. СК 1 и бак-аккумулятор 5 заполнены водой 10 (теплоноситель);Гелиоводонагревательная установка,изображенная на фиг. 2 содержит отдельную светоотражающую панель 11, закрепленную посредством шарнира 12(например, в виде рояльной петли) и имеющей возможность фиксации по углу раскрытия от 0 до 128, например, посредствомограничителя 13 с продольным пазом. Кроме того, установка может содержать аналогичную светоотражающую панель 14 напротивоположном конце СК,Установка установлена плоскостью СКпод прямым углом к лучам СИ в периодзимнего солнцестояния для данной широтыместности,Направление лучей СИ в зимний и летний период эксплуатации показан на фиг, 1.Установка может быть закреплена наместе эксплуатации посредством шарнира15, расположенного под СК по центру тяжести установки или выше его. Фиксироватьустановку в этом случае можно ограничителями (аналогичными ограничителям 13) внижней части СК.Работает установка следующим образом,При падении лучей СИ перпендикулярно плоскости СК на тепловоспринимающуюпанель 2 будет поступать как прямое СИ таки отраженное от стенки 6 или панелей 11,14. Тепловая энергия от панели 2 будет передаваться каналам 3, нагревая находящуюся в них воду 10. При нагреве воды вканалах 3 возникнет градиент плотности еепо отношению к воде, находящейся в бакеаккумуляторе 5, в результате чего возникнет35 4045 50 55 5 10 15 20 25 30 естественная (термосифонная) циркуляция воды, т,е. нагретая вода будет поступать по прямым патрубкам 7 в верхнюю часть бака, а холодная вода из нижней части бака будет поступать в обратные патрубки 8 и далее в каналы 3. Исходя из условий теплопередачи (физических законов) температура панели 2 будет всегда выше температуры воды в каналах 3 (особенно по центру между каналами) и поэтому тепловая энергия будет рассеиваться и в окружающее пространство в виде инфракрасного излучения и за счет конвенции воздуха в воздушных зазорах. Часть такого, хоть и незначительного, тепла будет восприниматься обратными патрубками 8, передавая его поступающей из бака воде и уменьшая количество циклов нагрева всей воды, Этому же будет способствовать и хорошая стратификация воды в баке за счет необходимого соотношения (ви 1 к 23) ширины бака и его высоты, Дополнительная тепловоспринимающая панель 3 увеличит поступление тепла к патрубкам 8 и еще больше уменьшит передачу тепла в окружающую установку среду. Изменяя угол раскрытия панелей 11, 14 и поворачивая установку на шарнире 15 можно регулировать поступление солнечной энергии на СК в любое время года, увеличивая или уменьшая его при необходимости. Кроме того, во время пыльных бурь и грозы с градом панелями 11 и 14 можно закрывать СК, предохраняя стекло 4 от повреждения и загрязнения,Для потребления горячей воды достаточно подать холодную воду через отдельный патрубок в нижнюю часть бака 5, которая будет вытеснять горячую воду через отдельный патрубок в верхней части бака,Возможны и другие варианты (например, как в прототипе). Для слива воды из установки необходимо, например, слить воду через отдельный патрубок в нижней части бака, затем повернуть установку на шарнире 15, чтобы вода вытекла из каналов 3 и патрубков 7, 8. (Расположение шарнира 15 по центру тяжести установки позволит сделать это легко),Предлагаемая установка имеет более высокую эффективность и экономичность использования солнечной энергии за счет более полного использования тепловой энергии, передающейся от нее в окружающую среду, хорошей стратификации воды в баке-аккумуляторе, достижения возможности регулирования поступления СИ на СК для любого времени года, дополнительного увеличения ее поступления в зимнее время и уменьшения - в летнее время простыми, надежными и малогабаритными средствами. Упрощается конструкция установки и ее1816937 10 ИЛНцнсЕ циуеииЕ ФуГ Корректор С Юскооставитель А,Петлинехред М,Моргентал едактор Т,Шагова Заказ 1715 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 габариты из-за достижения возможности использования бака-аккумулятора дополнительно как гидравлические прямой и обратный коллекторы и выполнения передней стенки бака в качестве светоотражающей панели, а также зэ счет использования отдельных светоотражающих панелей в качестве защитных при пыльных бурях и грозе с градом,Формула изобретения 1, Гелиоустановка, содержащая бак-аккумулятор, выполненный за одно целое с солнечным коллектором, в последнем размещена теплопоглощающая панель с рядом каналов для прохода теплоносителя, подключенные через прямой и обратный трубопроводы к баку-аккумулятору, о т л и ч аю щ а я с я тем. что, с целью повышенияэффективности использования солнечнойэнергии, каналы подключены к баку-аккуму 5 лятору через ряд прямых и обратных каналов непосредственно, причем обратныеканалы расположены с зазором под теплопоглощающей панелью,2, Гелиоустановка по и, 1, о т л и ч а ю 10 щ а я с я тем, что обратные каналы снабженыдополнительной теплопоглощающей панельюю.3. Гелиоустановка по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что стенка бака-аккумулятора,15 обращенная к солнечному коллектору, выполнена отражающей солнечное излучениена солнечный коллектор,