MD135Y - Incalzitor solar combinat de agenti termici lichid si gazos - Google Patents

Abstract

Inventia se refera la heliotehnica, si anume la dispozitivele de transformare a energiei solare in energie termica si poate fi utilizata pentru alimentarea tehnicii de destinatie industriala si de uz casnic cu apa fierbinte si aer incalzit. Incalzitorul solar contine un corp (1) in forma de paralelipiped dreptunghiular cu un capac transparent (9) instalat pe el si cu fund termoizolat (2), un absorbitor (10) amplasat in interiorul corpului (1), care consta dintr-un sir de tevi (11) paralele, amplasate cu joc una fata de alta, fixate cu posibilitatea debitarii in ele a agentului termic lichid din colectoarele terminale, unul din ele fiind dotat cu un racord pentru debitarea agentului termic lichid rece, iar celalalt - cu un racord pentru evacuarea agentului termic lichid incalzit, tevile (11) fiind amplasate paralel capacului (9). Peretii (3) corpului incalzitorului sunt executati cavi, cavitatile a trei dintre ei sunt unite cu posibilitatea circulatiei agentului termic gazos, iar cavitatea celui de-al patrulea perete este divizata printr-un perete despartitor orizontal dintr-un intreg (5) in doua canale (6, 7). Cavitatea canalului superior (6) este unita cu cavitatile (4) peretilor adiacenti, iar cavitatea canalului inferior (7) este executata inchisa, cu un strat de izolatie termica (8) pe peretele exterior si cu un racord pentru evacuarea agentului termic gazos incalzit. In partea superioara a peretilor interiori (19), pana la absorbitor (10), sunt executate orificii (16), iar in partea inferioara a peretelui exterior al unuia din cei trei pereti laterali este executat un orificiu pentru debitarea in cavitatile comunicante a agentului termic gazos rece. Tevile (11) absorbitorului (10) sunt amplasate practic paralel cu peretele lateral (3) cu doua canale (6, 7). Suprafata exterioara a tevilor (11) absorbitorului (10) este acoperita cu material absorbant de lumina. La fundul corpului intre peretii laterali opusi (3), perpendicular tevilor (11) absorbitorului (10), sunt instalate cu posibilitatea amplasarii pe ele a tevilor (11) cel putin doua elemente de sprijin alungite, practic paralele unul altuia, in forma de figuri geometrice tridimensionale cave, cu gauri strapunse (18) in fetele laterale pentru circularea agentului termic gazos. Capetele frontale ale elementelor de sprijin dintr-o parte sunt executate inchise, iar din cealalta parte - deschise si conjugate cu orificiile executate pentru fixarea lor in peretele interior (19) al canalului inferior (7) al celui de-al patrulea perete lateral. Rezultatul consta in ameliorarea conditiilor de exploatare, reducerea pierderilor de caldura ale incalzitorului, precum si sporirea sigurantei si simplificarea constructiei.

Description

Invenţia se referă la heliotehnică, şi anume la dispozitivele de transformare a energiei solare în energie termică şi poate fi utilizată pentru alimentarea tehnicii de destinaţie industrială şi de uz casnic cu apă fierbinte şi aer încălzit.

Se cunoaşte un preîncălzitor de aer-apă, care realizează trecerea diferiţilor agenţi termici (lichizi şi gazoşi - apă, aer) pe aceeaşi cale din contul schimbării de la un agent termic la altul. Dispozitivul indicat conţine o carcasă metalică, în care este amplasat un colector de destinaţie mixtă în forma unei ţevi metalice de formă sinusoidală cu orificii de admisiune şi de evacuare pentru avansarea agentului termic. Carcasa dispozitivului este închisă ermetic cu un înveliş transparent. În calitate de acumulator de căldură se utilizează o structură în două straturi, în care stratul inferior este executat din pietriş, iar cel superior - din nisip. Aerul sau apa trece prin ţeava metalică, amplasată pe suprafaţa acumulatorului de căldură şi cufundată parţial în stratul lui de nisip. La intrarea ţevii este instalat un robinet pentru schimbarea agentului termic [1].

Dezavantajul acestui dispozitiv constă în eficacitatea comparativ joasă, condiţionată de posibilitatea încălzirii concomitente doar a unui agent termic, ceea ce nu numai măreşte durata procesului, ci şi micşorează randamentul preîncălzitorului de aer-apă.

Se cunoaşte, de asemenea, un colector solar combinat de aer/apă, care conţine un corp în formă de paralelipiped dreptunghiular cu un capac transparent instalat pe el şi cu fund termoizolat, un absorbitor amplasat în interiorul corpului, care constă dintr-un rând de ţevi paralele amplasate cu joc una faţă de alta, fixate cu posibilitatea debitării în ele a agentului termic fluid în orificiile colectoarelor terminale, unul din ele fiind dotat cu un racord pentru admisiunea agentului termic lichid rece, iar celălalt - cu un racord pentru evacuarea agentului termic lichid încălzit, totodată ţevile sunt paralele capacului încălzitorului. În absorbitor sunt prevăzute două rânduri de ţevi paralele, amplasate unul sub celălalt şi unite cu ajutorul unui mijloc care asigură transferul termic între ele. Ţevile unui rând sunt prevăzute pentru trecerea agentului termic fluid, iar ţevile celui de-al doilea rând - pentru trecerea agentului termic gazos. Ţevile fiecărui rând sunt fixate în colectoarele corespunzătoare. Stratul reflector de lumină, amplasat la fundul corpului, creează fluxuri convective termice care încălzesc ţevile absorbitorului [2].

Dezavantajele acestui colector constau în faptul că este complicat după construcţie, este incomod la asamblare şi montare, posedă greutate considerabilă, este insuficient de efectiv din punct de vedere energetic şi este un dispozitiv costisitor.

Problema pe care o rezolvă invenţia este de a proiecta un dispozitiv simplu şi efectiv din punct de vedere constructiv cu utilizarea materialelor accesibile şi ieftine, care să asigure încălzirea separată sau simultană a agenţilor termici lichid şi gazos, în particular a apei şi aerului, şi comod în exploatare.

Dispozitivul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că conţine un corp în formă de paralelipiped dreptunghiular cu un capac transparent instalat pe el şi cu fund termoizolat, un absorbitor amplasat în interiorul corpului, care constă dintr-un şir de ţevi paralele, amplasate cu joc una faţă de alta, fixate cu posibilitatea debitării în ele a agentului termic lichid din colectoarele terminale, unul din ele fiind dotat cu un racord pentru debitarea agentului termic lichid rece, iar celălalt - cu un racord pentru evacuarea agentului termic lichid încălzit, ţevile fiind amplasate paralel capacului. Pereţii corpului încălzitorului sunt executaţi cavi, cavităţile a trei dintre ei sunt unite cu posibilitatea circulaţiei agentului termic gazos, iar cavitatea celui de-al patrulea perete este divizată printr-un perete despărţitor orizontal dintr-un întreg în două canale. Cavitatea canalului superior este unită cu cavităţile pereţilor adiacenţi, iar cavitatea canalului inferior este executată închisă, cu un strat de izolaţie termică pe peretele exterior şi cu un racord pentru evacuarea agentului termic gazos încălzit. În partea superioară a pereţilor interiori, până la absorbitor, sunt executate orificii, iar în partea inferioară a peretelui exterior al unuia din cei trei pereţi laterali este executat un orificiu pentru debitarea în cavităţile comunicante a agentului termic gazos rece. Ţevile absorbitorului sunt amplasate practic paralel cu peretele lateral cu două canale. Suprafaţa exterioară a ţevilor absorbitorului este acoperită cu material absorbant de lumină. La fundul corpului între pereţii laterali opuşi, perpendicular ţevilor absorbitorului, sunt instalate cu posibilitatea amplasării pe ele a ţevilor cel puţin două elemente de sprijin alungite, practic paralele unul altuia, în formă de figuri geometrice tridimensionale cave, cu găuri străpunse în feţele laterale pentru circularea agentului termic gazos. Capetele frontale ale elementelor de sprijin dintr-o parte sunt executate închise, iar din cealaltă parte - deschise şi conjugate cu orificiile executate pentru fixarea lor în peretele interior al canalului inferior al celui de-al patrulea perete lateral. Ţevile absorbitorului au formă ovală şi sunt amplasate sub un unghi de 10…20º faţă de capacul corpului. Ţevile absorbitorului au formă dreptunghiulară şi sunt amplasate paralel cu capacul corpului. Ţevile absorbitorului sunt amplasate la nivelul peretelui despărţitor orizontal al celui de-al patrulea perete lateral. Pereţii laterali sunt executaţi din material termoizolant. Ţevile absorbitorului sunt executate din metal, materiale polimere sau compozite. În calitate de material absorbant de căldură pentru ţevile absorbitorului se utilizează vopsea mată neagră. Secţiunea transversală a elementelor de sprijin are formă triunghiulară, dreptunghiulară sau trapezoidală.

Rezultatul invenţiei revendicate constă în ameliorarea condiţiilor de exploatare, reducerea pierderilor de căldură ale încălzitorului, precum şi sporirea siguranţei şi simplificarea construcţiei.

Acoperirea ţevilor absorbitorului cu material absorbant de căldură, care acumulează energia termică a radiaţiei solare, asigură încălzirea directă a lichidului care trece prin ele.

Aerul rece, pătrunzând în pereţii comunicanţi cavi, se răspândeşte pe perimetrul corpului şi, trecând prin orificiile din pereţii interiori în interiorul corpului, învăluie cu un flux uniform ţevile absorbitorului încălzindu-se de la ele.

Totodată, aerul încălzit, care trece în corp mai jos de absorbitor, prin găurile străpunse din elementele de sprijin, fixate în orificiile din unul din pereţii interiori conjugaţi cu capetele frontale ale lor, pătrunde în canalul termoizolat închis format în peretele dat şi în continuare se livrează consumatorului.

Drept rezultat, în dispozitivul propus energia termică se cheltuieşte practic numai pentru încălzirea agenţilor termici, ceea ce sporeşte esenţial randamentul lui din contul reducerii pierderilor de căldură până la minimum.

La atingerea efectului dat contribuie de asemenea executarea fundului şi pereţilor corpului din material termoizolant, iar în cazul utilizării ţevilor de formă ovală - amplasarea lor sub un unghi de 10…20° faţă de capacul corpului, ceea ce corespunde poziţiei optime a suprafeţei care se încălzeşte faţă de razele solare incidente în timpul zilei-lumină.

Amplasarea tradiţională a ţevilor absorbitorului paralel cu pereţii încălzitorului şi aşezarea lor pe elementele de sprijin alungite cave, instalate la fundul corpului perpendicular pe axele ţevilor, asigură construcţiei dispozitivului stabilitate şi siguranţă în exploatare.

Forma geometrică standardizată a elementelor de sprijin cave (triunghiulară, dreptunghiulară sau trapezoidală), capetele frontale închis dintr-o parte şi deschis din altă parte formează canale care asigură trecerea fluxului de aer încălzit în direcţia necesară şi face aceste elemente comode în confecţionare şi montare.

Utilizarea elementelor accesibile şi ieftine pentru confecţionarea ţevilor absorbitorului, corpului încălzitorului şi elementelor de sprijin condiţionează preţul redus al dispozitivului în ansamblu.

Astfel, introducerea elementelor noi permite de a atinge condiţii de exploatare înalte pentru încălzitoarele solare simple şi sigure din punct de vedere constructiv care asigură încălzirea concomitentă a agenţilor termici lichid şi gazos.

Invenţia se explică prin desenele din fig. 1-3, care reprezintă:

- fig. 1, secţiunea transversală a încălzitorului solar combinat;

- fig. 2, secţiunea longitudinală a încălzitorului solar combinat;

- fig. 3, vederea de sus a absorbitorului încălzitorului solar combinat.

Dispozitivul conţine un corp 1 în formă de paralelipiped dreptunghiular cu un fund termoizolat 2 şi pereţii laterali cavi 3, cavităţi 4 care, create de pereţii exterior şi interior, formează canale pentru deplasarea maselor aeriene reci. Cavitatea unuia din pereţii laterali este divizată printr-un perete despărţitor orizontal dintr-un întreg 5 în două părţi, care formează un canal superior 6 pentru deplasarea aerului rece şi un canal inferior 7 pentru deplasarea aerului încălzit. Totodată, cavitatea canalului inferior 7 este executată închisă, cu un strat de izolaţie termică 8 pe peretele exterior şi cu un racord pentru evacuarea agentului termic gazos încălzit (în figură nu este arătat). Cavităţile 4 celor trei pereţi laterali 3 şi canalul superior 6 celui de-al patrulea perete comunică între ele.

Corpul 1 al încălzitorului este închis cu un capac transparent 9, care aderă etanş la capetele frontale ale pereţilor laterali 3.

În interiorul corpului este amplasat un absorbitor 10, care constă dintr-un şir de ţevi 11 paralele, amplasate cu joc una faţă de alta şi fixate cu posibilitatea debitării în ele a agentului termic lichid din colectoarele terminale 12 şi 13 (fig. 2, 3). Colectorul 12 este dotat cu un racord 14 pentru debitarea agentului termic lichid rece. Colectorul 13 este dotat cu un racord 15 pentru evacuarea agentului termic lichid încălzit.

În partea superioară a pereţilor interiori 19, până la absorbitorul 10, sunt executate orificii 16, iar în partea inferioară a peretelui exterior al unuia din cei trei pereţi laterali este executat un orificiu pentru debitarea în cavităţile 4 comunicante a agentului termic gazos rece (în figură nu este arătat).

La fundul 2 al corpului între pereţii laterali opuşi 3, perpendicular ţevilor 11 absorbitorului 10, sunt instalate cu posibilitatea amplasării pe ele a ţevilor 11 cel puţin două elemente de sprijin alungite 17, practic paralele unul altuia, în formă de figuri geometrice tridimensionale cave, cu găuri străpunse 18 în feţele laterale pentru circularea agentului termic gazos. Capetele frontale ale elementelor de sprijin 17 dintr-o parte sunt executate închise, iar din cealaltă parte - deschise şi conjugate cu orificiile executate pentru fixarea lor ale celui de-al patrulea perete lateral (în figură nu este arătat), în peretele interior 19 al canalului inferior 7.

În procesul de asamblare a dispozitivului revendicat la fundul 2 al corpului se amplasează la o distanţă egală şi paralel unul altuia elementele de sprijin 17, care trec de la un perete lateral la altul. Capetele ţevilor 11 se fixează în orificiile corespunzătoare ale colectoarelor 12 şi 13, formând o construcţie rigidă, care se instalează pe elementele de sprijin 17. În corpul 1 sunt prevăzute goluri tehnologice pentru fixarea capetelor proeminente ale colectoarelor şi orificii pentru amplasarea racordurilor 14 şi 15. Deasupra pe corp se fixează capacul transparent 9, prin care radiaţia solară pătrunde în absorbitorul 10.

Diverse variante de executare a invenţiei pot fi obţinute prin îmbinarea arbitrară a astfel de piese care formează construcţia propusă, cum ar fi ţevile şi elementele de sprijin, şi anume - în calitate de ţevi ale absorbitorului pot fi utilizate ţevile de formă ovală sau dreptunghiulară, iar în calitate de elemente de sprijin - articolele, secţiunea transversală a cărora poate avea formă triunghiulară, dreptunghiulară sau trapezoidală.

Soluţia constructivă descrisă a încălzitorului solar combinat de agenţi termici lichid şi gazos determină următoarele regimuri de funcţionare posibile:

- încălzirea doar a apei;

- încălzirea doar a aerului;

- încălzirea concomitentă a apei şi aerului.

La încălzirea doar a apei, încălzitorul nu se alimentează cu aer şi pereţii cavi 3 ai corpului 1 servesc în calitate de izolator termic. Apa pătrunde prin racordul 14 şi colectorul 12 în ţevile 11 ale absorbitorului 10. Pereţii ţevilor 11 ale absorbitorului 10, orientaţi spre capacul transparent 9, se încălzesc de către razele solare şi transferă căldura apei care curge prin aceste ţevi. Apa încălzită se transportă prin colectorul 13 şi racordul 15 în conducta termoizolată de apă fierbinte pentru utilizarea ulterioară a ei.

La încălzirea doar a aerului, încălzitorul nu se alimentează cu apă, iar aerul activat de către ventilator, prin orificiul executat în partea inferioară a peretelui exterior al unuia din cei trei pereţi laterali 3 pătrunde în cavităţile 4 comunicante, inclusiv în canalul 6 celui de-al patrulea perete lateral. Din cavităţile 4 aerul trece prin orificiile 16 în interiorul corpului şi se încălzeşte trecând pe lângă ţevile 11 ale absorbitorului 10, încălzite de razele solare.

În continuare aerul încălzit nimereşte prin găurile străpunse 18 în interiorul elementelor de sprijin 17 şi, sub acţiunea maselor aeriene care pătrund continuu prin găuri în peretele interior 19, se deplasează în canalul termoizolat 7, din care prin racordul de evacuare se îndreaptă în conducta de aer şi la consumatori.

La încălzirea concomitentă a agenţilor termici lichid şi gazos racordurile corespunzătoare se alimentează cu apă şi aer, şi procesele de încălzire au loc paralel.

În funcţie de debitul fiecăruia din agenţii termici şi intensitatea radiaţiei solare se ating anumite temperaturi ale apei şi aerului la ieşirea din colector. Dacă în componenţa sistemului de încălzire solară intră regulatoare de debit al agenţilor termici şi senzori de temperatură, atunci prin schimbarea debiturilor poate fi asigurată încălzirea fiecăruia din agenţii termici până la nivelul prescris.

Cercetările efectuate au demonstrat că, în funcţie de intensitatea radiaţiei solare, datorită construcţiei propuse a încălzitorului solar combinat de agenţi termici lichid şi gazos se poate obţine apă încălzită până la 30…50°C şi aer încălzit până la 40…50°C.

Exemplu de realizare concretă

În procesul de proiectare a soluţiei tehnice revendicate a fost confecţionat un model experimental al încălzitorului solar combinat de agenţi termici lichid şi gazos, care avea formă de paralelipiped dreptunghiular.

Dimensiunile încălzitorului:

suprafaţa bazei 2 m2, înălţimea pereţilor laterali 0,15 m, lăţimea pereţilor laterali opuşi ai unei perechi 1 m, lăţimea pereţilor laterali opuşi ai altei perechi 2 m, lăţimea cavităţilor pereţilor laterali 0,03 m.

Pereţii laterali au fost executaţi din placaj impermeabil slab conducător de căldură de tipul OSB3. Capacul corpului a fost executat din policarbonat celular cu grosimea de 8 mm. În calitate de material termoizolant pentru fund şi canalul de evacuare a aerului încălzit s-a utilizat polietilenă expandată (IZOLON) cu grosimea de 6 mm.

Ţevile absorbitorului în număr de 16 bucăţi, având în secţiune formă ovală şi raportul de axe de 1:6, au fost instalate sub un unghi de 15° faţă de capac şi fixate în colectorul de formă dreptunghiulară la distanţa de 0,015 m de la capac. Ţevile au fost executate din polietilenă de culoare neagră cu grosimea peretelui de 1,6 mm.

Elementele de sprijin au fost executate din placaj cu grosimea de 4 mm şi aveau în secţiune transversală formă triunghiulară cu dimensiunile laturilor de 0,08 m.

În calitate de agent termic lichid s-a utilizat apă de ploaie, iar în calitate de cel gazos - aer.

În procesul lucrului încălzitorul se alimenta cu apă prin scurgerea liberă din rezervor cu reglarea debitului cu ajutorul unui robinet sferic, iar aerul se pompa cu ajutorul unui ventilator B12.

Pe timp însorit şi la un debit de apă de 0,01 l/s apa în acest dispozitiv se încălzea până la temperatura de 50°C, iar aerul la un debit de 0,005 m3/s - până la 70°C.

De obicei, aceste încălzitoare se instalează pe un sector care se află sub razele solare de la ora 8 până la ora 17.

1. RU 2193147, C1 2002.11.20

2. FR 2546280 A1 1984.11.23

Claims (8)

1. Încălzitor solar combinat de agenţi termici lichid şi gazos, care conţine un corp în formă de paralelipiped dreptunghiular cu un capac transparent instalat pe el şi cu fund termoizolat, un absorbitor amplasat în interiorul corpului, care constă dintr-un şir de ţevi paralele amplasate cu joc una faţă de alta, fixate cu posibilitatea debitării în ele a agentului termic lichid din colectoarele terminale, unul din ele fiind dotat cu un racord pentru debitarea agentului termic lichid rece, iar celălalt - cu un racord pentru evacuarea agentului termic lichid încălzit, ţevile fiind amplasate paralel capacului, caracterizat prin aceea că pereţii corpului încălzitorului sunt executaţi cavi, cavităţile a trei dintre ei sunt unite cu posibilitatea circulaţiei agentului termic gazos, iar cavitatea celui de-al patrulea perete este divizată printr-un perete despărţitor orizontal dintr-un întreg în două canale, cavitatea canalului superior este unită cu cavităţile pereţilor adiacenţi, iar cavitatea canalului inferior este executată închisă, cu un strat de izolaţie termică pe peretele exterior şi cu un racord pentru evacuarea agentului termic gazos încălzit, totodată în partea superioară a pereţilor interiori, până la absorbitor, sunt executate orificii, iar în partea inferioară a peretelui exterior al unuia din cei trei pereţi laterali este executat un orificiu pentru debitarea în cavităţile comunicante a agentului termic gazos rece; ţevile absorbitorului sunt amplasate practic paralel cu peretele lateral cu două canale, suprafaţa exterioară a ţevilor absorbitorului este acoperită cu material absorbant de lumină; la fundul corpului între pereţii laterali opuşi, perpendicular ţevilor absorbitorului, sunt instalate cu posibilitatea amplasării pe ele a ţevilor cel puţin două elemente de sprijin alungite, practic paralele unul altuia, în formă de figuri geometrice tridimensionale cave, cu găuri străpunse în feţele laterale pentru circularea agentului termic gazos, totodată capetele frontale ale elementelor de sprijin dintr-o parte sunt executate închise, iar din cealaltă parte - deschise şi conjugate cu orificiile executate pentru fixarea lor în peretele interior al canalului inferior al celui de-al patrulea perete lateral.

2. Încălzitor solar, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că ţevile absorbitorului au formă ovală şi sunt amplasate sub un unghi de 10…20º faţă de capacul corpului.

3. Încălzitor solar, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că ţevile absorbitorului au formă dreptunghiulară şi sunt amplasate paralel cu capacul corpului.

4. Încălzitor solar, conform revendicărilor 1-3, caracterizat prin aceea că ţevile absorbitorului sunt amplasate la nivelul peretelui despărţitor orizontal al celui de-al patrulea perete lateral.

5. Încălzitor solar, conform revendicărilor 1-4, caracterizat prin aceea că pereţii laterali sunt executaţi din material termoizolant.

6. Încălzitor solar, conform revendicărilor 1-5, caracterizat prin aceea că ţevile absorbitorului sunt executate din metal, materiale polimere sau compozite.

7. Încălzitor solar, conform revendicărilor 1-6, caracterizat prin aceea că în calitate de material absorbant de căldură pentru ţevile absorbitorului se utilizează vopsea mată neagră.

8. Încălzitor solar, conform revendicărilor 1-7, caracterizat prin aceea că secţiunea transversală a elementelor de sprijin are formă triunghiulară, dreptunghiulară sau trapezoidală.