RU2059168C1

RU2059168C1 - Plant for hot-water supply

Info

Publication number: RU2059168C1
Application number: SU925063172A
Authority: RU
Inventors: Николай Павлович Икрянников; Виктор Сергеевич Жизнев; Лариса Аркадьевна Молохина; Эрнест Александрович Нарусбек; Валентин Петрович Чагин
Original assignee: Николай Павлович Икрянников; Виктор Сергеевич Жизнев; Лариса Аркадьевна Молохина; Эрнест Александрович Нарусбек; Валентин Петрович Чагин
Priority date: 1992-09-24
Filing date: 1992-09-24
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: solar power engineering. SUBSTANCE: solar receiver is made up as at least two solar collectors 1,2 interconnected through flexible link 13. The straightforward and return pipe lines 3,4 are provided with distributing devices 14,15 for withdrawing hot water and supplying cold water. Branch pipe 6 for supplying cold water is connected with distributing device 15 mounted in return pipe line 4. Branch pipe 7 for withdrawing hot water is connected with distributing device 14 mounted in straightforward pipe line 3. The inlet part of return pipe line 4 is mounted inside the space of tank-accumulator 5 and rigidly connected with separating grid 10 provided with device 17 for its movement along the height of the tank with respect to float 8. Level meter 19 serves for removing air from straightforward pipe line 3. The level meter is connected with the atmosphere. EFFECT: enhanced efficiency. 5 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к гелиоэнергетике и может применяться для получения горячей воды при использовании солнечной энергии. The present invention relates to solar energy and can be used to produce hot water using solar energy.

Известна установка горячего водоснабжения, содержащая гелиоприемник, соединенный гибкими прямым и обратным трубопроводами с размещенным выше него баком-аккумулятором, в котором расположены теплоизолирующий поплавок, разделительная сетка под ним и в полости между ними выходной участок прямого трубопровода [1]
К недостаткам известного технического решения можно отнести перемешивание горячей и холодной воды в баке-аккумуляторе, повышенные потери тепла, что приводит к снижению температуры отбираемой воды.A known installation of hot water supply containing a solar receiver connected by flexible direct and return piping to a storage tank located above it, in which a heat-insulating float is located, a dividing grid under it and in the cavity between them the outlet section of the direct pipeline [1]
The disadvantages of the known technical solutions include the mixing of hot and cold water in the storage tank, increased heat loss, which leads to lower temperatures of the selected water.

Известна также установка горячего водоснабжения, содержащая солнечный коллектор и расположенный выше него бак-аккумулятор, заполненный водой с размещенным в нем поплавком и сообщающийся с коллектором при помощи прямого и обратного трубопроводов, а с потребителем при помощи отводящего трубопровода, причем все трубопроводы выполнены гибкими и прикреплены к поплавку на разных уровнях, обеспечивая определенную высоту отбираемого слоя воды [2]
Недостатками известного технического решения являются снижение температуры отбираемой воды вследствие перемешивания с холодной водой из нижней части бака-аккумулятора и охлаждения ее при протекании через слой холодной воды в баке-аккумуляторе, а также низкий КПД установки ввиду подачи на вход в коллектор горячей воды из отбираемого слоя воды.A hot water supply installation is also known, comprising a solar collector and an accumulator tank located above it, filled with water with a float placed in it and communicating with the collector by means of direct and return pipelines, and with the consumer by means of a discharge pipeline, all pipelines being flexible and attached to the float at different levels, providing a certain height of the selected layer of water [2]
The disadvantages of the known technical solution are the reduction of the temperature of the selected water due to mixing with cold water from the bottom of the storage tank and cooling it when flowing through a layer of cold water in the storage tank, as well as the low efficiency of the installation due to the supply of hot water from the selected layer to the collector inlet water.

Наиболее близким по своей технической сущности техническим решением является установка горячего водоснабжения, содержащая гелиоприемник, сообщающийся по воде гибким прямым и обратным трубопроводами с расположенным над ним баком-аккумулятором, снабженным отводящим патрубком и теплоизолирующим поплавком с отверстием с отогнутыми вниз краями и с разделительной сеткой. Разделительная сетка выполнена в виде плоского листа и примыкает к отогнутым краям поплавка, а входной участок отводящего патрубка установлен в полости бака-аккумулятора с возможностью перемещения его по высоте вместе с разделительной сеткой, с которой он скреплен [3]
Недостатком известного технического решения является относительно низкая температура отбираемой воды вследствие подачи ее в обратный трубопровод из нижней, холодной части бака-аккумулятора и охлаждения отбираемой воды при прохождении ее через слой воды в баке-аккумуляторе. Кроме того, в течение светового дня имеет место неравномерность подогрева воды в установке, вызванная изменяющимся положением Солнца относительно гелиоприемника (этот недостаток присущ и рассмотренным выше аналогам).The technical solution closest in technical essence is a hot water supply installation containing a solar collector, connected via flexible inlet and return pipelines with a storage tank located above it, equipped with a discharge pipe and a heat-insulating float with an opening with bent down edges and with a dividing grid. The separation grid is made in the form of a flat sheet and is adjacent to the bent edges of the float, and the inlet section of the outlet pipe is installed in the cavity of the storage tank with the possibility of moving it in height along with the separation grid with which it is attached [3]
A disadvantage of the known technical solution is the relatively low temperature of the selected water due to its supply to the return pipe from the lower, cold part of the storage tank and cooling of the selected water when it passes through a layer of water in the storage tank. In addition, during daylight hours there is a non-uniformity of water heating in the installation caused by the changing position of the Sun relative to the solar receiver (this drawback is also inherent in the analogues considered above).

Достигаемым техническим положительным результатом изобретения является повышение температуры горячей воды, отдаваемой потребителю, возможность получения желаемого, в частности, более равномерного нагрева ее в течение светового дня, увеличение КПД установки. Achievable technical positive result of the invention is to increase the temperature of hot water delivered to the consumer, the ability to obtain the desired, in particular, more uniform heating during daylight hours, increase the efficiency of the installation.

Положительный результат имеет место вследствие введения совокупности новых существенных признаков, обеспечивающих оптимальные схемы и режимы работы установки путем перераспределения горячей и холодной воды. A positive result occurs due to the introduction of a set of new essential features that provide optimal schemes and operating modes of the installation by redistributing hot and cold water.

Этот результат достигается тем, что гелиоприемник выполнен не менее чем из двух солнечных коллекторов, соединенных между собой параллельно гибкой связью, выходные штуцеры коллекторов соединены посредством гибкой связи через выходной соединительный узел с прямым трубопроводом, а входные штуцеры соединены посредством гибкой связи через входной соединительный узел с обратным трубопроводом, в прямом и обратном трубопроводах установлены соответственно вновь введенные распределительные устройства для отбора горячей воды и подачи холодной, патрубок подачи холодной воды соединен с распределительным устройством, установленным в обратном трубопроводе, патрубок отбора горячей воды соединен с распределительным устройством, установленным в прямом трубопроводе, входной участок обратного трубопровода установлен в полости бака-аккумулятора и жестко соединен с разделительной сеткой, которая снабжена устройством ее перемещения по высоте бака относительно поплавка, при этом вновь введенная воздухоотводная трубка (уровнемер) одним торцом соединена через выходной соединительный узел с прямым трубопроводом, а другим торцом сообщается с атмосферой. This result is achieved by the fact that the solar collector is made of at least two solar collectors interconnected in parallel by a flexible connection, the output nozzles of the collectors are connected by a flexible connection through an output connecting unit with a direct pipeline, and the input nozzles are connected by a flexible connection through an input connecting node with by the return pipeline, in the direct and return pipelines, respectively, newly introduced distribution devices for the selection of hot water and cold water supply are installed oh, the cold water supply pipe is connected to the distribution device installed in the return pipe, the hot water pipe is connected to the distribution device installed in the direct pipe, the inlet section of the return pipe is installed in the cavity of the storage tank and is rigidly connected to the separation grid, which is equipped with a device its movement along the height of the tank relative to the float, while the newly introduced vent pipe (level gauge) is connected to one end via an outlet connector the first node with a direct conduit, and the other end communicates with the atmosphere.

На фиг.1 схематически изображена предложенная установка горячего водоснабжения; на фиг.2, 3 представлены варианты выполнения распределительных устройств для отбора и подачи воды; на фиг. 4,5 различные рабочие положения распределительных устройств. Figure 1 schematically shows the proposed installation of hot water; figure 2, 3 presents embodiments of distribution devices for the selection and supply of water; in FIG. 4.5 different operating positions of switchgears.

Предложенная установка горячего водоснабжения содержит солнечные коллекторы 1, 2; прямой трубопровод 3, обратный трубопровод 4, бак-аккумулятор 5, патрубок подачи холодной воды 6, патрубок отбора горячей воды 7, теплоизолирующий поплавок 8, отверстие 9, разделительную сетку 10, полость 11, выходной участок 12 прямого трубопровода, гибкую связь 13, распределительные устройства для отбора горячей воды 14 и для подачи холодной воды 15, входной участок 16 обратного трубопровода, устройство 17 перемещения сетки относительно поплавка, выходной соединительный узел 18, уровнемер 19 (воздухоотводная трубка) и входной соединительный узел 20. The proposed installation of hot water supply contains solar collectors 1, 2; straight pipe 3, return pipe 4, storage tank 5, cold water supply pipe 6, hot water take-off pipe 7, heat-insulating float 8, hole 9, separation grid 10, cavity 11, outlet section 12 of the direct pipeline, flexible connection 13, distribution devices for the selection of hot water 14 and for supplying cold water 15, the inlet section 16 of the return pipe, the device 17 for moving the mesh relative to the float, the output connecting node 18, the level gauge 19 (air exhaust pipe) and the input connecting node 20.

Солнечные коллекторы 1 и 2 с помощью прямого 3 и обратного 4 гибких трубопроводов соединены с баком-аккумулятором 5, расположенным выше коллекторов 1 и 2. Холодная вода подается в установку через патрубок подачи холодной воды 6, нагретая вода отводится из установки через патрубок отбора горячей воды 7. Бак-аккумулятор 5 заполняется водой, в которой находится теплоизолирующий поплавок 8 с отверстием 9 и разделительной сеткой 10 в виде плоского листа, подвижно соединенной с поплавком 8. Между поплавком 8 и разделительной сеткой 10 образована заполненная водой полость 11, в которой размещается выходной участок 12 прямого трубопровода 3. Солнечные коллекторы 1 и 2 соединены между собой параллельно с помощью гибкой связи 13, позволяющей изменять положение коллекторов относительно друг друга (в качестве гибкой связи могут использоваться, например, сильфоны или гибкие трубопроводы) и подключены к прямому трубопроводу с помощью выходного соединительного узла 18, а к обратному трубопроводу с помощью входного соединительного узла 20. Штуцеры коллекторов 1, 2 непосредственно соединены с помощью гибкой связи 13 со штуцерами соединительных узлов 18 и 20, поэтому количество штуцеров в узлах будет определяться числом солнечных коллекторов в установке. Распределительные устройства для отбора горячей воды 14 и для подачи холодной воды 15 размещены соответственно в прямом 3 и обратном 4 трубопроводах и служат для изменения направления потоков горячей и холодной воды в прямом 3 и обратном 4 трубопроводах. В качестве распределительных устройство 14 и 15 можно использовать, например, краны-тройники (см.фиг.2), тройники с зажимами на гибких присоединяемых трубопроводах (см.фиг.3), обычные запорные краны в комбинации с тройниками. Входной участок обратного трубопровода 16 жестко прикреплен к разделительной сетке 10, соединенной в свою очередь с устройством 17 перемещения сетки относительно поплавка 8 (например, в виде перемещающихся вдоль оси поплавка стержней, тросиков, механически закрепляемых на поплавке). В выходной соединительный узел 18 введен уровнемер 19, своим верхним концом сообщающийся с атмосферой. Solar collectors 1 and 2 are connected with a direct 3 and 4 reverse flexible pipelines to the storage tank 5 located above the collectors 1 and 2. Cold water is supplied to the installation through the cold water supply pipe 6, heated water is discharged from the installation through the hot water extraction pipe 7. The storage tank 5 is filled with water, in which there is a heat-insulating float 8 with an opening 9 and a dividing grid 10 in the form of a flat sheet, movably connected to the float 8. Between the float 8 and the dividing grid 10 is formed water cavity 11, in which the outlet section 12 of the direct pipeline 3 is located. The solar collectors 1 and 2 are connected together in parallel by means of a flexible connection 13, which allows changing the position of the collectors relative to each other (for example, bellows or flexible can be used as a flexible connection pipelines) and are connected to the direct pipeline using the output connecting node 18, and to the return pipeline using the input connecting node 20. The fittings of the collectors 1, 2 are directly connected using communication unit 13 with fittings of the connecting nodes 18 and 20, so the number of fittings in the nodes will be determined by the number of solar collectors in the installation. Switchgears for the selection of hot water 14 and for supplying cold water 15 are placed respectively in the forward 3 and return 4 pipelines and serve to change the direction of the flows of hot and cold water in the forward 3 and return 4 pipelines. As distribution devices 14 and 15, for example, tee valves (see Fig. 2), tees with clamps on flexible connected pipelines (see Fig. 3), conventional shut-off valves in combination with tees can be used. The inlet section of the return line 16 is rigidly attached to the separation grid 10, which in turn is connected to the device 17 for moving the mesh relative to the float 8 (for example, in the form of rods moving along the axis of the float, cables mechanically fixed on the float). A level gauge 19 is introduced into the output connecting unit 18, communicating with the atmosphere with its upper end.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

При отсутствии отбора горячей воды в патрубок 7 нагретая в солнечных коллекторах 1, 2 вода по прямому трубопроводу 3 подается в полость 11, а по обратному трубопроводу 4 возвращается из полости 11 в коллекторы 1, 2. Происходит прогрев жидкости в полости 11, при этом распределительные устройства 14, 15 соединяют коллекторы 1, 2 с полостью (положение кранов-тройников представлено на фиг.4). При необходимости отбора горячей воды в патрубок 7 в зависимости от потребности возможны различные варианты отбора, а именно:
при необходимости получить воду с максимальной температурой производится ее забор из полости 11 с помощью входного участка 16 обратного трубопровода 4, и после подогрева в коллекторах 1, 2 через устройство 14 горячая вода поступает в патрубок отбора горячей воды 7. При этом кран устройства 15 находится в положении, представленном на фиг.4, а кран устройства 14 в положении на фиг.5;
меньшую температуру горячей воды можно получить, отбирая с помощью устройства 14 горячую воду в патрубок 7 или из полости 11 непосредственно, или одновременно из полости 11 и коллекторов 1,2 (положение крана устройства 14 представлено на фиг.2, при этом обеспечивается максимальный расход горячей воды);
при необходимости получения воды с относительно невысокой температурой при относительно малом перепаде температуры на входе-выходе установки (например, при подогреве холодной артезианской воды, используемой для полива) холодная вода через патрубок 6 может непосредственно подаваться на вход коллекторов 1, 2 во входной узел 10 и после нагрева в них в патрубок отбора 7. (Краны устройств 14, 15 находятся в положении, представленном на фиг.5). Заполнение водой из патрубка 6 бака-аккумулятора 5 следует также производить через коллекторы 1, 2 (Кран устройства 14 находится в положении, представленном на фиг.4), так как при подаче холодной воды обеспечивается максимальный КПД установки.If there is no selection of hot water in the nozzle 7, the water heated in the solar collectors 1, 2 is supplied through the direct pipe 3 to the cavity 11, and through the return pipe 4 it returns from the cavity 11 to the collectors 1, 2. The liquid is heated in the cavity 11, while the distribution devices 14, 15 connect the collectors 1, 2 to the cavity (the position of the tees is shown in figure 4). If necessary, the selection of hot water in the pipe 7, depending on the need, various selection options are possible, namely:
if necessary, to obtain water with a maximum temperature, it is taken from the cavity 11 using the inlet section 16 of the return pipe 4, and after heating in the collectors 1, 2 through the device 14, hot water enters the hot water outlet 7. In this case, the valve of the device 15 is in the position shown in figure 4, and the crane device 14 in the position in figure 5;
a lower temperature of hot water can be obtained by taking hot water using the device 14 into the pipe 7 or from the cavity 11 directly, or simultaneously from the cavity 11 and the collectors 1,2 (the position of the valve of the device 14 is shown in FIG. 2, while maximizing the flow of hot water);
if necessary, to obtain water with a relatively low temperature with a relatively small temperature difference at the input / output of the installation (for example, when heating cold artesian water used for irrigation), cold water through the pipe 6 can be directly supplied to the input of the collectors 1, 2 to the input node 10 and after heating them in the selection pipe 7. (Cranes of devices 14, 15 are in the position shown in figure 5). Filling with water from the pipe 6 of the storage tank 5 should also be done through the collectors 1, 2 (the tap of the device 14 is in the position shown in figure 4), since when supplying cold water the maximum efficiency of the installation is ensured.

Использование гелиоприемника из двух или более коллекторов, соединенных с помощью гибкой связи, позволяет получать желаемый, в частности, более равномерный нагрев отбираемой воды в течение светового дня посредством индивидуальной ориентации каждого из коллекторов относительно южного направления. При использовании двух коллекторов большая по сравнению с прототипом равномерность нагрева воды, отдаваемой потребителю в течение дня, достигается, например, при ориентации одного из коллекторов на юго-запад, а другого на юго-восток. Установив каждый коллектор в фиксированном положении, можно получить необходимый режим нагрева отбираемой воды в течение светового дня. The use of a solar collector from two or more collectors connected by a flexible connection makes it possible to obtain the desired, in particular, more uniform heating of the selected water during daylight hours by individually orienting each of the collectors relative to the south. When using two collectors, a greater uniformity in heating the water supplied to the consumer during the day compared to the prototype is achieved, for example, by orienting one of the collectors to the south-west and the other to the south-east. By installing each collector in a fixed position, it is possible to obtain the required heating mode for the selected water during daylight hours.

Устройство перемещения сетки относительно поплавка 17 позволяет существенно повысить эффективность работы установки по сравнению с прототипом. При необходимости быстрого получения горячей воды с максимально возможной температурой разделительная сетка 10 поднимается как можно ближе к поплавку 8, создавая минимальный объем полости 11. Происходит быстрый нагрев находящейся в полости 11 воды и ее отбор потребителем. Соответственно при опускании сетки 10 относительно поплавка 8 увеличивается объем полости 11 и находящейся в ней воды, которая поступает в обратный трубопровод. При опускании сетки 10 на дно бака-аккумулятора 5 производится забор воды в обратный трубопровод с последующим нагревом ее в коллекторах из всего объема бака-аккумулятора аналогично прототипу. The device moving the mesh relative to the float 17 can significantly improve the efficiency of the installation compared to the prototype. If it is necessary to quickly obtain hot water with the highest possible temperature, the separation grid 10 rises as close as possible to the float 8, creating a minimum volume of the cavity 11. There is a rapid heating of the water in the cavity 11 and its selection by the consumer. Accordingly, when lowering the grid 10 relative to the float 8, the volume of the cavity 11 and the water contained in it, which enters the return pipe, increases. When lowering the grid 10 to the bottom of the storage tank 5, water is drawn into the return pipe, followed by heating it in the collectors from the entire volume of the storage tank similar to the prototype.

Как показал опыт эксплуатации подобных установок горячего водоснабжения при работе установки из воды может выделяться воздух (чаще всего на нагретых поверхностях) и накапливаться в контуре с последующим возможным прекращением циркуляции, если не принять мер к удалению воздуха. Для облегчения удаления воздуха из установки при работе и заполнении ее водой и одновременного контроля уровня воды в баке-аккумуляторе используется сообщающийся с атмосферой уровнемер, например, в виде прозрачной (стеклянной) трубки с открытым верхним концом, подключенной к выходному соединительному узлу 18 параллельно баку-аккумулятору 5. As experience has shown in the operation of such hot water supply units during installation operation, air can be released from the water (most often on heated surfaces) and accumulate in the circuit with the subsequent possible cessation of circulation if measures are not taken to remove air. To facilitate the removal of air from the installation during operation and filling it with water and at the same time control the water level in the storage tank, a level gauge communicating with the atmosphere is used, for example, in the form of a transparent (glass) tube with an open upper end connected to the outlet connecting unit 18 parallel to the tank battery 5.

Таким образом, предлагаемая установка по сравнению с прототипом позволяет существенно повысить температуру горячей воды, отдаваемой потребителю, как за счет создания минимального объема полости между поплавком и разделительной сеткой, так и за счет отбора горячей воды сразу после ее выхода из коллекторов, без подачи в бак. Применение гелиоприемника из двух и более коллекторов, соединенных гибкой связью, каждый из которых ориентирован соответствующим образом, позволяет получить желаемый нагрев воды в течение светового дня, а использование распределительных устройств в трубопроводах позволяет повысить КПД установки за счет непосредственной подачи холодной воды в коллекторы. Thus, the proposed installation in comparison with the prototype can significantly increase the temperature of the hot water supplied to the consumer, both by creating a minimum volume of the cavity between the float and the separation grid, and by selecting hot water immediately after it leaves the collectors, without being fed to the tank . The use of a solar collector from two or more collectors connected by a flexible connection, each of which is oriented appropriately, allows you to obtain the desired water heating during daylight hours, and the use of distribution devices in pipelines allows you to increase the efficiency of the installation by directly supplying cold water to the collectors.

Установки подобного типа могут с успехом применяться на дачных и садовых участках для получения горячей воды, используемой в душевых кабинах, на кухнях для полива, для обогрева теплиц, домов и т.д. Представляется перспективным использование подобных установок для непосредственного подогрева холодной проточной воды (например, артезианской или из горных рек), используемой для полива, в горных животноводческих районах горячая вода, накопленная в баке-аккумуляторе, может с успехом использована в быту, а подогретая вода горных рек для животноводческих комплексов. На предприятии в настоящее время закончена разработка КД и изготавливается первая партия установок горячего водоснабжения. Installations of this type can be successfully used in summer cottages and garden plots to produce hot water used in showers, in kitchens for irrigation, for heating greenhouses, houses, etc. It seems promising to use such installations for the direct heating of cold running water (for example, artesian or from mountain rivers) used for irrigation in the mountain livestock areas, the hot water accumulated in the storage tank can be successfully used in everyday life, and the heated water of mountain rivers for livestock complexes. Currently, the enterprise has completed the development of design documentation and the first batch of hot water supply units is being manufactured.

Claims

INSTALLATION OF HOT WATER SUPPLY, containing a solar receiver connected by a flexible direct and return piping with an accumulator tank located above it, cold water supply and hot water extraction nozzles and a heat-insulating float having an opening and forming a cavity in which there is a separating grid in the form of a flat sheet, in which the outlet section of the direct pipeline is located, characterized in that the solar collector is made of at least two solar collectors connected in parallel by flexible connections through input and output connecting nodes to the return and direct pipelines, hot and cold water supply pipes are connected to distribution devices installed on the direct and return pipelines, the input section of the return piping is installed in the storage tank and is rigidly connected to the separation grid equipped with a device for moving it the height of the storage tank relative to the float, and to the output connecting node an additional level gauge is connected to the atmosphere.