CS245301B1 - Liquid's direct solar heating device - Google Patents

Description

245301 3 4

Vynález sa týká zariadenia pře priamy o-hrev kvapaliny slnkom, hlavně vody, napo-jeného na zdroj vonkajšej vodovodnej sie-te cez spoločný tlakový regulátor s beztla-kovými navzájom napojenými solárnymi ko-lektormi, opatřenými otvormi pre spojenies vonkajšou atmosférou, připojenými spo-ločným zberným potrubím cez hydraulickýteplotný spínač na trojcestný ventil a ďalej,alebo cez oběhové čerpadlo na spoločný tla-kový regulátor alebo na výtokové potrubie. V súčasnej době existujú zariadenia prepriamy aj nepriamy ohřev kvapaliny sln-kom. Tieto solárně systémy například podláanglického spisu č. 2022805 majú připojenétepelné zdroje na zásobník cez oběhové čer-padlo a ovládacie prvky. Ďalej sú to riešenianapříklad podl'a USA patentu č. 4210127,kde sa tlakové poměry na odstránenie vzdu-chových vakov riešia usporiadaním kanálovs pomocnými priečnymi priechodmi. ĎalejUSA patent č. 190038 rieši fóliový solárnykolektor s prietokovými kanálmi spojenýmis vonkajším okolím za účelom 1'ahšieho na-plňovania kolektora, pohybu vody alebo vy-tlačenia vzduchových bublin zvnútra kolek-tora.

Nevýhodou týchto zariadení je to, že súvoči vonkajšej atmosféře uzavreté a izolo-vané. Ak výstupný otvor týchto zariadení jezatvorený, vzduch nachádzajúci sa vo vnút-ri bráni, aby sme mohli kvapalinou vyplnitpriestor kolektorov. Aj pri otvorenom vý-stupnom otvore sa žiada, aby kvapalina vy-plnila vo vnútri priestor kolektorov a abyvtékala do vnútra pod vačším tlakom. Z toh-to důvodu steny a plochy známých zariade-ní na ohřev kvapaliny slnkom musia byť vy-hotovené z materiálu s pevnosťou odoláva-júcou spomínanému tlaku vtekajúcej kvapa-liny. K uvedenému tlaku, ktorému materiálmusí odolávat, je potřebné připočítat aj dal-ší tlak, ktorý vzniká zváčšením objemu kva-paliny, z důsledku pósobenia slnečného žia-renia. Z praxe je známe, že pri velkej inten-zitě slnečného žiarenia aj kolektory z ple-chu praskajú, pretože neodolali rozpínavos-ti kvapaliny.

Například ak na vertikálnu polohu — plo-chu s rozmermi šířka — x, výška — y bybol namontovaný sériovo váčší počet kolek-torov podlá doteraz známých uzavretých sy-stémov sériového zapojenia, na spodu naj-spodnejšej rady kolektorov by bol tlak ta-ký istý ako tlak vodného stlpca o výške —y, čiže tlak vodného stlpca o výške celejvýšky —- y vertikálnej steny, plus tlak kva-paliny vonkajšej vodovodnej siete, plus tlakv důsledku rozpínania kvapaliny. Tieto tla-ky spolu limitujú pevnost a hrubku materiá-lu, z ktorého sa doteraz známe solárně sy-stémy vyhotovujú.

Ak sa ale zvýší hrúbka materiálu, z kto-rého sa vyhotovujú solárně zariadenia, zvy-šuje sa aj hmotnost týchto zariadení a při-tom účinnost využitia slnečného žiarenia saznižuje v kolektoroch například podlá USA patentov 4143644 a 4159709. Za účelom lah-šieho naplňovania kolektorov kvapalinou,připadne za účelom vytláčania vzduchovýchbublin niektoré doteraz známe solárně ko-lektory majú výtokové kanáliky, ktoré u-možňujú spojenie prietokových kanálov svonkajším okolím, ale tieto výtokové kaná-líky sú trvale zatvorené a otvárajú sa podTapotřeby a potom sú znova zatvorené, napří-klad podlá USA patentu 4190038.

Uvedené nedostatky sú odstránené zaria-dením pre priamy ohřev kvapaliny, ktoréhopodstata je v tom, že pozostáva z najmenejjedného komplexu tvořeného tlakovým re-gulátorom a beztlakovým kolektorom navzá-jom situovaných a spojených vstupným po-trubím tak, že najnižší bod příslušného tla-kového reguátora je nastavený vo vyššejpolohe než najvyšší bod beztlakového kolek-tora a odvzdušňovacie potrubie spojené stlakovým regulátorom je vedené vo výškevyššej, než je nastavená najvyššia hladina o-hrievanej kvapaliny v príslušnom tlakovomregulátore, ktorý je trvale spojený s von-kajšou atmosférou, pričom na spojovacompotrubí je najnižší bod spoločného tlakové-ho regulátora, ktorý je tiež trvale otvorenýk vonkajšej atmosféře, nastavený vo vyššejpolohe než najvyšší bod nasledujúcich tlako-vých regulátorov, ktoré s příslušnými bez-tlakovými kolektormi vytvárajú navzájompřipojené komplexy, z ktorých každý mánajnižší bod vo vyššej polohe než najvyššíbod spoločného zberného potrubia, ktoré jevo vyššej polohe než výstupný ventil, kto-rý je vo vyššej polohe než výtokové potru-bie. Výhody vynálezu sú v tom, že zariadenievynálezu je trvale spojené s vonkajšou at-mosférou, tlak na spodu aj v najspodnejšejradě kolektora je taký istý tlak vodnéhostlpca, ako na spodu v každom inom z ko-lektorov, usporiadaných v horizontálnychradoch vertikálně pod sebou. V důsledkutakto zníženého tlaku vo vnútri solárnehosystému podfa vynálezu sa dosahuje, žehrúbka materiálu, z ktorého sa vyhotovujúsolárně zariadenia vynálezu, sa zníži na mi-nimálnu hrůbku a tým sa zníži aj hmotnosttýchto zariadení. Přitom sa účinnost využi-tia slnečného žiarenia zvyšuje. Podl'a vyná-lezu sa slnkom zahrieva studená voda s tla-kom vonkajšej siete v beztlakových kolek-toroch.

Na pripojenom výkrese na obr. 1 je sché-maticky znázorněné zariadenie pre priamyohřev kvapaliny slnkom v jednom okruhu sviacerými komplexami — příslušný tlakovýregulátor a beztlakový kolektor, navzájompřipojené v sériovom zapájení. Na obr. 2 jeschematicky znázorněné toto zariadenie po-dlá vynálezu v paralelnom zapojení. Na obr.3 je schematicky znázorněné toto zariade-nie podlá vynálezu sériovo paralelnom za-pojení.

Zariadenia znázorněné na obr. 1 je uspo- 245301 s 6 riadané takto — ku odběrovému potrubiu 1z vonkajšej vodovodnej siete za vstupnýmventilom 2, poháňaným elektrickým servo-motorom alebo ručně, je napojené přípoj-né potrubie 7 ku spoločnému tlakovému re-gulátoru 3, z ktorého následuje spojovaciepotrubie 12 ku n v horizontálnych radochvertikálně pod sebou, za sebou připojenýchkomplexov tvořených tlakovým reguláto-rom 5 a beztlakovým kolektorom 4 s pripo-jeným potrubím 7 ku každému tlakovémuregulátoru Sas nasledujúcim za příslušnýmtlakovým regulátorom 5, vstupným potru-bím 6 k bezťakovému kolektoru 4. Z n—1beztlakových kolektorov 4 vedie přípojnépotrubie 7 ku tlakovému regulátoru 5 na-sledujúceho komplexu tvořeného tlakovýmregulátorom 5 a beztlakovým kolektorom 4.Z posledného n-tého komplexu tvořenéhotlakovým regulátorom 5 a beztlakovým ko-lektorom 4, z beztlakového kolektora 4 ve-die spoločné zberné potrubie 13 cez hyd-raulicko-tep!otný spínač 14 k trojcestnýmvýstupným ventilom 8, ďalej buď cez obě-hové čerpadlo 10 a výtlačné potrubie 11 kuspoločnému tlakovému regulátoru 3 alebona výtokové potrubie 15 ku spotrebitelom.

Zariadenie znázorněné na výkrese obr. 1pracuje následovně: Před napájaním kvapa-liny do nízkotlakovej zostavy sa zatvorí vý-tokové potrubie 15 trojcestným výstupnýmventilom 8 a otvorí sa vstupný ventil 2, pri-čom obidva sú ovládané hydraulicko-tep-lotným spínačom 14. Studené médium z von-kajšej siete s odběrovým potrubím 1, opat-řené vstupným ventilom 2, s tlakom von-kajšej vodovodnej siete vtéká do spoločnéhotlakového regulátora 3, kde znižuje tentotlak na vonkajší atmosférický tlak, pretožespoločný tlakový regulátor 3 tak isto akotlakový regulátor 5 je k vonkajšej atmosfé-ře trvale otvorený. Potom kvapalina tečie užlen gravitačným spádom cez spojovacie po-trubie 12 a sériovo navzájom zapojenýchkomplexov, tvořených tlakovými regulátor-mi 5 a beztlakovými kolektormi 4, počnúczdola od výstupného ventilu 8 vyplní spo-ločné zberné potrubie 13 a potom v hori-zontálnej radě v najnižšej radě sa kvapa i-nou vyplní posledný n-tý beztlakový kolek-tor 4 a příslušný n-tý tlakový regulátor 5po zvolenej hladině 77, pretože plavákom a-lebo elektricky ovládaným ventilom sa vtomto momente uzavrie přítok připojenéhopotrubia 7, ku n-tému tlakovému reguláto-ru 5, ktorý k vonkajšej atmosféře zostane tr-vale otvorený, prostredníctvom stálých ot-vorov rezervného priestoru 31, nevyplněné-ho kvapa1 inou. Podobné sa kvapalinou vy-plní až prvý beztlakový kolektor 4 v naj-vyššej polohe a k němu příslušný prvý tla-kový regulátor 5, po zvolenej hladině 77,pretože plavákom alebo elektricky ovláda-ným ventilom sa uzavrie přítok připojené-ho potrubia 7 k příslušnému prvému tlako-vému regulátoru 5, ktorý k vonkajšej atmo- sféře tiež zostane trvale otvorený, prostred-níctvom stálých otvorov rezervného priesto-ru 31, nevyplněného kvapalinou. Potom sagravitačným spádom kvapalinou vyplní spo-ločné spojovacie potrubie 12 a nakoniec savyplní aj spoločný tlakový regulátor 3, tiežpo zvolenej hladině 77, pretože plavákomalebo elektricky ovládaným ventilom sa na-koniec uzavrie aj přítok připojeného potru-bia 7 ku spoločnému tlakovému regulátoru3, ktorý taktiež k vonkajšej atmosféře zo-stane trvale otvorený, prostredníctvom stá-lých otvorov rezervného priestoru 31, nevy-plněného kvapalinou.

Ak hydraulicko-teplotný spínač 14, na-montovaný v najteplejšom mieste zariade-nia podl'a vynálezu, zaregistruje požadova-ná teplotu teplonosného média, oběhovéčerpadlo 10 sa rozběhne a nasaje určitémnožstvo kvapaliny z posledného n-téhobeztlakového kolektora 4 a potrubím 11 vy-tlačí táto kvapalinu do spoločného tlakové-ho regulátora 3. Pretože činnost oběhovéhočerpadla 10 poruší rovnováhu v beztlako-vých koektoroch 4 a tlakových reguláto-roch 5, kvapalina v celej sústave zariadeniasa rozprúdi a pomieša, čím sa pomiešajúmnožstvá kvapaliny s roznymi teplotami. Akteplota v hydraulicko-teplotnom spínači 14namontovaného v najteplejšom mieste zo-stavy klesne pod požadovaná teplotu teplo-nosné médiá, oběhové čerpadlo 10 sa zasta-ví a v celej zostave sa obnoví rovnováhahydrostatických tlakov a tlakové reguláto-ry 5 sa uzavrá. Po ďalšom ohřeve kvapalinyslnkom, keď teplota hydraulicko-teplotné-ho spínača 14 umiestneného v najteplejšommieste zariadenia znovu vystápi na požado-vaná teplotu, uvedie sa znova oběhové čer-padlo 10 do činnosti, respektive po klesnutítejto teploty sa oběhové čerpadlo 10 znovazastaví. Ak teplota teplonosného média do-siahne požadovaná teplotu, otvorí sa výto-kové potrubie 15 trojcestným výstupnýmventilom 8, ktoré zostane otvorené až kýmvytečie zohriata kvapalina zo všetkých ko-lektorov výtokovým potrubím 15 ku spo-trebitelom. Před naplněním dalšou dávkou teplonos-ného média v zariadení pódia vynálezu saopať zatvorí výtokové potrubie 15 trojcest-ným výstupným ventilom 8 a otvorí savstupný ventil 2 a celý cyklus sa opakuje.

Pre vyrovnáme tlakov vzniklých ohrevomslnka a podtlaku pri vytékaní kvapaliny zkolektora 4 je každý trvale otvorený otvorkaždej sekcie beztlakového kolektora 4, vy-vedený prostredníctvom trábky připojenoucez spoločné odvzdušňovacie potrubie 9 kvonkajšej atmosféře vo výške vyššej než naj-vyššia hladina 77 kvapaliny v príslušnomtlakovom regulátore 5.

Ak nie je nutná nátená cirkulácia, zohrie-vanie teplonosného média prebieha bez pre-čerpávania a ak pri prevádzke stačí ručnéovládanie vstupného ventila 2, potom aj 245301 8 trojcestný ventil 8 sa móže vyměnit za ruč-ně ovládaný ventil.

Zarladenie znázorněné na obr. 2 je u-sporiadané následovně: K odběrovému po-trubiu 1 z vonkajšej vodovodně] siete zavstupným ventilom 2 pohádaným elektric-kým servomotorom alebo ručně je napojenépřípojné potrubie 7 ku spoločnému tlako-vému regulátoru 3, z ktorého následuje spo-jovacie potrubie 12 ku n usporiadaných vhorizonátlnych radoch paralelné připoje-ným komplexom tvořených tlakovým regu-látorem 5 a beztlakovým kolektorem 4, pri-čom každý beztlakový kolektor 4 je v niž-šej polohe než příslušný tlakový regulátor5, každý s paralelné připojeným potrubím7, od spojovacieho potrubia 12 a s nasledu-júcim za příslušným tlakovým regulátorem5 vstupné potrubie 6 ku beztlakovému ko-lektoru 4. Každý z beztlakových kolektorov4 je paralelné napojený na spoločné zbernépotrubie 13, ďalej cez hydraďicko-teplotnýspínač 14 k trojcestnému výstupnému ven-tilu 8 a potom bud cez oběhové čerpadlo 10a výtlačné potrubie 11 ku spoločnému tla-kovému regulátoru 3 alebo na výtokové po-trubie 15.

Pri paralelnom zapojení zariadenia podl'avynálezu na obr. 2 pre priamy ohřev kvapa-liny slnkom v jednom okruhu, pracovně po-stupy sa odlišujú od uvedeného popisu prezariadenia podlá obr. 1 len v nasledovnom:

Chladné médium počnúc výstupným ven-tilom 8 vyplní spoločné zberné potrubie 13a súčasne všetky navzájom para’elne při-pojené beztlakové kolektore 4, až sa uzavrupříslušné tlakové regulátory 5.

Ak oběhové čerpadlo 10 sa rozběhne, na-saje kvapalinu zo spoločného zberného po-trubia 13 a súčasne zo všetkých navzájomparalelné spojených beztlakových kolekto-rov 4.

Taktiež pre vyrovnanie tlakov vzniklýchohrevom slnka a podtlaku pri vytékaní kva-paliny z kolektora 4, je každý trvale otvo-rený otvor každej sekcie beztlakového ko-lektora 4 prostredníctvom trúbkovou pří-pojkou, cez spoločné odvzdušňovacie potru-bie 9 vyvedený k vonkajšej atmosféře vovýške vyššej než je najvyššia hladina 77kvapaliny v príslušnom tlakovom reguláto-re 5.

Taktiež ak nie je nutná nútená cirkulá-cia, zohrievanie teplonosného média prebie-ha bez prečerpávania. Ak pri prevádzke sta-čí ručné ovládanie vstupného ventila 2, po-tom aj trojcestný vstupný ventil 8 sa moževyměnit' za ručně ovládaný ventil.

Pri sériovo paralelnom zapojení zariade-nia pódia vynálezu, na obr. 3 v skupině ko-lektorov navzájom sériovo usporiadaných,pracovně postupy prebiehajú podlá uvede-ného popisu pre zariadenie podl'a obr. 1 apre skupiny navzájom paralelné usporiada-ných kolektorov pracovně postupy prebie-hajú podlá uvedeného popisu pre zariade-nie podlá obr. 2,

Ak hrozí nebezpečie, že by voda zamrzlav solárnej sústave, nezávisle od toho, či pra-cuje len jeden komplex tlakový regulátor — beztlakový kolektor, alebo viac komple-xov tlakových regulátorov — beztlakovýchkolektorov spolu zapojených sériovo, para-lelné, v tom případe zaúčinkuje hydraulic-ko-teplotný spínač 14, vstupný ventil 2 zo-stane zatvorený, otvorí sa výtokové potru-bie 15 výstupným ventPom 8 a zostane o-tvorené až kým vytečie kvapalina zo solár-nej sústavy výtokovým potrubím 15. Keď sapočasie zlepší, před naplněním ďalšou dáv-kou teplonosného média v beztlakovej so-lárnej sústave sa opáť otvorí vstupný ven-til 2, zatvorí výtokové potrubie 15 výstup-ným ventilom 8 a celý cyklus pokračujenormálně.

Taktiež nezávisle od toho, či jednotlivésekcie kolektora 4 sú medzi sebou spojenésériovo, paralelné alebo kombinované, tým,že pri každom kolektore 4 je tlakový regu-látor 5, ktorý je před kolektorom 4 a z kto-rého sa plní kolektor 4 gravitačným spá-dom kvapalinou a tým, že trvale otvorenéotvory jednotlivých sekcií kolektora 4 súopatřené otvorenými trubkami—přípojkamicez spoločné odvzdušňovacie potrubie 9,ktoré je ukončené vo výške nad hladinou77 kvapaliny v tlakovom regulátore 5, smedosiahli, že tlak nad hladinou kvapaliny vkolektore 4 sa vždy rovná vonkajšiemu at-mosférickému tlaku, pretože takto sa zba-vujeme tlaku, ktorý vznikne pri ohřeve roz-pínavosťou kvapaliny a podtlaku pri vytéka-ní kvapaliny z kolektora 4. Póvodný tlakkvapaliny z vonkajšej vodovodnej siete užbol znížený v spoločnom tlakovom reguláto-re 3 na vonkajší atmosférický tlak.

Aby tlak na spodku kolektora 4, napr.keď je kolektor 4 vo vertikálnej polohe, ne-přesahoval stanovená nízku hodnotu tlaku,podlá vynálezu spájame váčší počet kom-plexov tlakových regulátorov 5 a beztlako-vých kolektorov 4 do jednej sústavy.

Například ak na vertikálnu plochu s roz-mermi šířka —- x, výška — y, by sa mal po-dlá vynálezu namontovat len 1 komplex-tla-kový regulátor 5 a beztlakový kolektor 4s takými istými rozmermi šířka — x, výška — y, nad kvapalinou v kolektore 4, tlak bysa mal sice stále rovnal vonkajšiemu atmo-sférickému tlaku, ale tlak na spodnej častikolektora 4 by sa rovnal tlaku vodnéhostlpca a výškou — y ak by sme kolektor 4vyplnili vodou. Takisto aj na tejto vertikál-nej rovině, ak by bol namontovaný sériovováčší počet kolektorov 4, podlá doteraz zná-mých uzavretých systémov sériového zapo-jenia, na spodku najspodnejšej rady kolek-torov by bol tlak taký istý ako ťak vodné-ho stlpca o výške — y, čiže tlak vodnéhostlpca o výške celej výšky — y vertikálnejsteny, ale v tomto případe plus tlaku v do-sledku rozpínania kvapaliny, plus tlak vodyvonkajšej vodovodně] siete,

Claims (3)

1. 245301 9 10 Ak na túto istú stenu s výškou — y na-montujeme podlá vynálezu pódia obr. 1 vsériovom zapojení vačší počet n komple-xov — tlakových regulátorov 5 a beztlako-vých kolektorov 4, usporiadaných v horizon-tálnych radoch, vertikálně pod sebou, vtomto případe vdaka zapojeniu podl'a vynálezu, v nejspodnejšej řade na spodu kolek-tora bude tlak vodného stípca s výškou—— ktorý je taký istý tlak vodného stlpca s výš-y kou—-—ako na spodku každého kolektorati v každom inom komplexe — tlakových re-gulátorov 5 a beztlakových kolektorov 4,usporiadaných v horizonátlnych radoch ver-tikálně pod sebou po celej vertikálnej ste-ne, lebo každý z uvedených komplexov má y výsku s rovnakým rozměrom -— Podl'a vynálezu toto sa dosahuje tým, žev každom komplexe — tlakový rekulátor 5a beztlakový kolektor 4 sériovo zapojenýchnad hladinou kvapaliny v každej sekcii bez-tlakových kolektorov 4 a nad hladinou kva-paliny v každom tlakovom regulátore 5 aspoločnom tlakovom regulátore 3, tlak savždy rovná vonkajšiemu atmosférickémutlaku, ako to bolo vysvětlené. Preto na spod- nej časti každého kolektora 4 zostal poso . - v bit len tlak vodného stlpca s výškou —— Čiže podlá vynálezu tlak vodného stípcas výškou — y celej vertikálnej steny sa roz-dělil na menšie tlaky, t. j. na tlaky vodné- ho stípca s výškou na spodnej časti každého kolektora, vďaka zapojeniu podlávynálezu komplexov — tlakových reguláto-rov a beztlakových kolektorov, každý s roz- mermi šířka x, výška —-— . in Tento vynález podl'a obr. 1 v sériovomzapojení umožňuje na l'ubovol'ne velkýchzvislých stěnách namontovat vačší početkomplexov tlakových regulátorov 5 a bez-tlakových kolektorov 4, v šikmej polohe přikolmom ožiarení zo slnka. Pre montáž solárneho zariadenia na ro-vinných plochách je vhodné paralelné za-pojenie komplexov — tlakových regulátorov5 a beztlakových kolektorov 4, podlá vyná-lezu, podlá obr.
2. 2. Zariadenie pre priamy ohřev kvapalinyslnkom možno využit v bytovom hospodár-stve, priemysle, v polnohospodárstve napredohrev a ohřev kvapaliny s’nkom. PREDMET Zariadenia pre priamy ohřev kvapalinyslnkom, hlavně vody, napojené na zdroj von ·kajšej vodovodnej siete cez spoločný tlako-vý regulátor s beztlakovými, navzájom na-pojenými solárnymi kolektormi, opatřenýmiotvormi s trubkou so spoločným odvzdušňo-vacím potrubím, spojeným s tlakovým re-gulátorom pre spojenie s vonkajšou atmo-sférou, připojenými spoločným zberným po-trubím cez hydraulicko-teplotný spínač natrojcestný ventil a ďalej buď cez oběhovéčerpadlo na spoločný t akový regulátor ale-bo na výtokové potrubie, vyznačujúce satým, že pozostáva z najmenej jedného kom-plexu, tvořeného tlakovým regulátorom (5)a beztlakovým kolektorom (4), navzájom si-tuovaných a spojených vstupným potrubím(6) tak, že najnižší bod příslušného tlako-vého regulátora (5) je vo vyššej polohe nežnajvyšší bod beztlakového kolektora (4j a VYNALEZU odvzdušňovacie potrubie (9), spojené s tla-kovým regulátorom (5), je vedené vo výš-ke vyššej než je nastavená najvyššia hladi-na ohrievanej kvapaliny v príslušnom tla-kovom regulátore (5), ktorý je trvale spoje-ný s vonkajšou atmosférou, pričom spojova-cím potrubím (12 j je najnižší bod spoločné-ho tlakového regulátora (3J, ktorý je tiežtrvale otvorený k vonkajšej atmosféře, na-stavený vo vyššej polohe než najvyšší bodnasledujúcich tlakových regulátorov (5),ktoré s příslušnými beztlakovými kolektor-mi (4j vytvárajú navzájom připojené kom-plexy, z ktorých každý má najnižší bod vovyššej polohe než je najvyšší bod spoločné-ho zberného potrubia (13), ktoré je vo vyš-šej polohe než výstupný ventil (8), ktorý jevo vyššej polohe ako výtokové potrubie (15).
3. 3 listy výkresov