RU2715804C1 - Water-heating installation based on solar concentrator - Google Patents

Water-heating installation based on solar concentrator Download PDF

Info

Publication number
RU2715804C1
RU2715804C1 RU2019112059A RU2019112059A RU2715804C1 RU 2715804 C1 RU2715804 C1 RU 2715804C1 RU 2019112059 A RU2019112059 A RU 2019112059A RU 2019112059 A RU2019112059 A RU 2019112059A RU 2715804 C1 RU2715804 C1 RU 2715804C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
solar
pipes
collector
heating
Prior art date
Application number
RU2019112059A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Пинегин
Original Assignee
Сергей Викторович Пинегин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Викторович Пинегин filed Critical Сергей Викторович Пинегин
Priority to RU2019112059A priority Critical patent/RU2715804C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2715804C1 publication Critical patent/RU2715804C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S10/00—Solar heat collectors using working fluids
    • F24S10/70—Solar heat collectors using working fluids the working fluids being conveyed through tubular absorbing conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F24S20/25—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants using direct solar radiation in combination with concentrated radiation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S25/00—Arrangement of stationary mountings or supports for solar heat collector modules
    • F24S25/60—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules
    • F24S25/63—Fixation means, e.g. fasteners, specially adapted for supporting solar heat collector modules for fixing modules or their peripheral frames to supporting elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S30/00—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules
    • F24S30/40—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement
    • F24S30/45—Arrangements for moving or orienting solar heat collector modules for rotary movement with two rotation axes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/47—Mountings or tracking

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering; heating.
SUBSTANCE: invention relates to solar power engineering and can be used both in solar power plants and as a power plant for individual use. Water-heating plant includes unit of solar concentrators mounted on single collector; collector is made of transversal tubes mounted in certain sequence with formation inside sealed cavity for heat carrier movement, at that, on transverse pipes with possibility of rotation in two planes for tracking azimuthal and zenith displacements of the Sun there are installed helio-concentrators, made in the form of parabolic-shape reflectors, so that transverse pipes are located at focal distance from the surface of reflectors; on opposite lateral pipes of the header there are branch pipes, to which a direct and return hydraulic pipeline is connected, which is connected to a heat exchanger, which is placed inside the storage container, in which the produced heat is transferred from the heat carrier to water.
EFFECT: technical result consists in reduction of energy consumption for water heating.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к солнечной энергетике и может найти применение как в солнечных электростанциях, так и в качестве энергетической установки индивидуального пользования.The invention relates to solar energy and can find application both in solar power plants and as a power plant for individual use.

Известен модульный гелиоконцентратор (заявка на патент РФ №2012117377, 27.04.2012), содержащий плоские пластины со свето- и ИК-отражающим покрытием, скомпонованные единым блоком, отличающийся тем, что отштампованные модули, с заранее заданным положением фокуса, выполнены с возможностью фиксации их в одной плоскости, при этом фокусы всех модулей совмещены в одной зоне.Known modular solar concentrator (patent application of the Russian Federation No. 2012117377, 04/27/2012) containing flat plates with a light and IR reflective coating arranged in a single unit, characterized in that the stamped modules, with a predetermined focus position, are made with the possibility of fixing them in one plane, while the foci of all modules are combined in one zone.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Также известна солнечная энергетическая установка (Патент РФ № 2377472, опубликовано: 27.12.2009, бюл. № 36), состоящая из отдельных одинаковых модулей с панелью гелиоконцентраторов и панелью фотоэлементов. Механическая система содержит привод азимутального вращения и приводы зенитального вращения и оснащена устройством контроля положения Солнца. Модули расположены на механической системе параллельными рядами вплотную друг к другу в каждом ряду. Солнечная батарея соединена по меньшей мере с одним приводом зенитального вращения и одним приводом азимутального вращения. Изобретение должно обеспечить уменьшение ветровых нагрузок при сохранении упрощенной конструкции и высокой эффективности преобразования солнечной энергии в электричество.A solar power installation is also known (RF Patent No. 2377472, published: December 27, 2009, bull. No. 36), consisting of separate identical modules with a solar concentrator panel and a solar panel. The mechanical system contains an azimuthal rotation drive and zenithal rotation drives and is equipped with a device for monitoring the position of the Sun. The modules are located on the mechanical system in parallel rows close to each other in each row. The solar battery is connected to at least one anti-aircraft rotation drive and one azimuthal rotation drive. The invention should provide a reduction in wind loads while maintaining a simplified design and high conversion efficiency of solar energy into electricity.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известен гелиотеплопреобразователь с текучим теплоносителем для гелиотеплоэлектростанций (Патент РФ № 2344353, опубликовано: 20.01.2009, бюл. № 2), включающий теплоаккумулирующую емкость, размещенную, по меньшей мере, частично, в котловане грунтовой поверхности, заполненную преимущественно щебнем как теплоаккумулирующим материалом, днище, стенки и верхнее покрытие которой выполнены из жесткого пенистого теплоизолирующего материала, а в качестве транспортируемого теплоносителя применены воздух или вода.A known solar thermal converter with a fluid coolant for solar thermal power plants (RF Patent No. 2344353, published: 01.20.2009, bull. No. 2), including a heat storage tank, located at least partially in the excavation of the soil surface, filled mainly with rubble as heat storage material, days , the walls and top coating of which are made of rigid foamy insulating material, and air or water is used as the transported heat carrier.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известна солнечно-ветровая водонагревательная установка (Патент РФ № 2386907, опубликовано: 20.04.2010, бюл. №11), состоящая из секционного теплообменника типа «труба в трубе», вертикального секционного теплогенератора, вал которого вращает ветродвигатель, размещенных в помещении, на крыше которого установлена водяная емкость, связанная гидравлически прямым и обратным трубопроводами с ними. Теплообменник установлен за лучепрозрачным экраном с южного фасада здания, сзади которого размещен теплогенератор, имеющий нижнюю - теплогенерирующую, среднюю - теплоаккумулирующую и верхнюю - насосную секции. Рабочее колесо насосной секции, прикрепленное к валу теплогенератора, по трубопроводам прокачивает воду через теплообменник, емкость и обратно в насосную секцию. Нагретая вода в емкости расходуется на нужды потребителя, с поддержанием в ней постоянного объема поплавковым регулятором уровня, связанным с системой холодного водоснабжения. Изобретение позволит комбинировать известное оборудование для обеспечения нагрева воды, используя солнечную и ветровую энергии.A well-known solar-wind water heating installation (RF Patent No. 2386907, published: 04/20/2010, bull. No. 11), consisting of a sectional heat exchanger of the type "pipe in pipe", a vertical sectional heat generator, the shaft of which rotates a wind turbine located in the room, on the roof which has a water tank connected hydraulically by direct and return pipelines with them. The heat exchanger is installed behind the radiolucent screen from the southern facade of the building, behind which there is a heat generator having a lower - heat-generating, middle - heat-accumulating and upper - pump sections. The impeller of the pump section, attached to the shaft of the heat generator, pumps water through the pipelines through the heat exchanger, tank and back to the pump section. Heated water in the tank is consumed for the needs of the consumer, while maintaining a constant volume in it with a float level regulator associated with a cold water supply system. The invention will allow you to combine known equipment to provide water heating using solar and wind energy.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известна солнечная водонагревательная установка (Патент РФ № 2615619), состоит из солнечного коллектора и опорной конструкции, закрепленной на стене здания, на которой размещен солнечный коллектор, соединенный входным и выходным патрубками с баком-аккумулятором, опорная конструкция выполнена из нескольких дугообразных труб, по крайней мере, двух, верхние концы труб соединены между собой горизонтально стержнем и прикреплены к стене, нижние концы труб также соединены между собой горизонтально стержнем, на трубы установлены рельсы из с-профиля, на каждую рельсу установлено по два колеса, соединенных между собой вертикальными и горизонтальными стержнями, образующими раму для установки солнечного коллектора, к горизонтальным стержням прикреплена тяговая цепь, проходящая через блоки, установленные на стержнях опорной конструкции, регулирующая звездочка. Опорная конструкция для установки солнечного коллектора позволяет регулировать угол наклона солнечного коллектора относительно положения солнца над горизонтом в течение года.Known solar water heating installation (RF Patent No. 2615619), consists of a solar collector and a support structure mounted on the wall of the building, which houses a solar collector connected by inlet and outlet pipes to the storage tank, the support structure is made of several arcuate pipes, at least at least two, the upper ends of the pipes are connected horizontally by a rod and attached to the wall, the lower ends of the pipes are also connected horizontally by a rod, c-profiled rails are installed on the pipes For each rail, two wheels are installed, interconnected by vertical and horizontal rods, forming a frame for installing the solar collector, a traction chain is attached to the horizontal rods, passing through the blocks installed on the rods of the supporting structure, adjusting the sprocket. The support structure for installing the solar collector allows you to adjust the angle of inclination of the solar collector relative to the position of the sun above the horizon during the year.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известна солнечная водонагревательная панель (Патент РФ № 133909), содержащая алюминиевый корпус L-образной формы; прозрачную теплоизолирующую переднюю стенку, выполненную из сотового поликарбоната; боковые зеркала с отражающей поверхностью параболического профиля, установленные по периметру солнечного коллектора под углом 110-120° к плоскости солнечной водонагревательной панели, расположенные между прозрачной теплоизолирующей передней стенкой и размещенной внутри корпуса алюминиевой теплопоглощающей панелью; алюминиевую теплопоглощающую панель, выполненную с впадинами и выпуклостями, имеющими форму трапеции, внешняя поверхность которой имеет высокоселективное покрытие, поглощательная способность которого должна быть не менее 90%-95%; квадратные алюминиевые трубы, установленные сверху и снизу алюминиевой теплопоглощающей панели; нижнюю и верхнюю квадратные прямоугольные алюминиевые коллекторные трубы; заднюю алюминиевую стенку, внутренняя и наружная стороны которой покрыты теплоизолирующей краской, причем внутренняя сторона задней алюминиевой стенки поверх теплоизолирующей краски покрыта светоотражающей фольгой; втулки-фланцы, с помощью которых соединяются квадратные алюминиевые трубы с нижней и верхней квадратными прямоугольными алюминиевыми коллекторными трубами; входные и выходные патрубки, закрепленные в торцах заглушек нижней и верхней прямоугольных алюминиевых коллекторных трубах с помощью резьбовых соединений; заднюю теплоизолирующую панель, выполненную из сотового поликарбоната толщиной 4 мм; теплоносящую жидкость (вода или незамерзающая жидкость на основе этиленгликоля), которой заполняются квадратные алюминиевые трубы, установленные сверху и снизу алюминиевой теплопоглощающей панели, а также прямоугольные алюминиевые коллекторные трубы; алюминиевую стружку, которой заполняется все свободное пространство под алюминиевой теплоприемной панелью, что повышает теплоемкость и КПД СВНП; нижние полки алюминиевого корпуса L-образной формы, которые на стыках имеют специальные фигурные пазы, улучшающие технологичность сборки этого корпуса; алюминиевые треугольники, которые накладываются на стыки нижних полок алюминиевого корпуса L-образной формы в целях придания ему жесткости. Known solar water heating panel (RF Patent No. 133909), containing an aluminum housing of an L-shaped; transparent heat-insulating front wall made of cellular polycarbonate; side mirrors with a reflective surface of a parabolic profile, installed around the perimeter of the solar collector at an angle of 110-120 ° to the plane of the solar water heating panel, located between the transparent heat-insulating front wall and the aluminum heat-absorbing panel located inside the case; aluminum heat-absorbing panel made with hollows and bulges having the shape of a trapezoid, the outer surface of which has a highly selective coating, the absorption capacity of which should be at least 90% -95%; square aluminum pipes installed on top and bottom of the aluminum heat-absorbing panel; lower and upper square rectangular aluminum manifold pipes; a rear aluminum wall, the inner and outer sides of which are coated with heat-insulating paint, and the inner side of the rear aluminum wall over the heat-insulating paint is covered with reflective foil; flange bushings with which square aluminum pipes are connected to the lower and upper square rectangular aluminum manifold pipes; inlet and outlet pipes fixed at the ends of the caps of the lower and upper rectangular aluminum manifold pipes using threaded connections; rear heat-insulating panel made of cellular polycarbonate 4 mm thick; heat transfer fluid (water or ethylene glycol-based non-freezing fluid) that fills square aluminum pipes installed on top and bottom of the aluminum heat-absorbing panel, as well as rectangular aluminum manifold pipes; aluminum shavings, which fill all the free space under the aluminum heat-receiving panel, which increases the heat capacity and efficiency of the air heaters; the lower shelves of the aluminum L-shaped case, which at the joints have special curly grooves that improve the manufacturability of the assembly of this case; aluminum triangles, which are superimposed on the joints of the lower shelves of the aluminum housing of the L-shape in order to give it rigidity.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известна водонагревательная и электрогенерирующая установка на солнечной энергии (Патент РФ № 2643262), включает раму заранее определенной площади, установленную на поверхности крыши и стены здания, множество монтируемых на указанной раме генераторов, предназначенных для улавливания солнечного излучения и преобразования его в электроэнергию, и устройство горячего водоснабжения, встроенное в раму и предназначенное для нагрева и подачи горячей воды за счет поглощаемого солнечного излучения, при этом устройство горячего водоснабжения включает водосборник малой емкости, установленный на крыше здания под генератором и предназначенный для сбора нагреваемой воды, водонагревательную трубку, соединенную с водосборником малой емкости, расположенную под ленточным солнечным коллектором и покрытую снаружи теплопоглощающей пленкой, а генератор включает корпус, ленточный солнечный коллектор, размещенный внутри корпуса, наружная поверхность которого покрыта солнечными фотоэлементами, приводной механизм, обеспечивающий тяговое усилие для разворачивания или сворачивания ленты солнечного коллектора, аккумуляторную батарею для накопления электричества, генерируемого солнечными элементами, и регулятор управления приводным механизмом. Изобретение должно обеспечить горячее водоснабжение, отопление и выработку небольшого количества электроэнергии зимой и выработку электроэнергии для охлаждения воздуха летом. Установка устанавливается на единой раме на крыше или стене дома.Known water-heating and electricity generating installation on solar energy (RF Patent No. 2643262), includes a frame of a predetermined area mounted on the surface of the roof and walls of the building, a lot of generators mounted on this frame designed to capture solar radiation and convert it into electricity, and a hot device water supply built into the frame and designed for heating and supplying hot water due to absorbed solar radiation, while the hot water supply device is on It includes a small-capacity water collector mounted on the roof of the building under the generator and designed to collect heated water, a water heating pipe connected to a small-capacity water collector, located under the tape solar collector and coated with heat-absorbing film on the outside, and the generator includes a housing and a solar tape collector located inside the case , the outer surface of which is covered with solar photocells, a drive mechanism that provides traction to expand or collapse the tape a solar collector, a battery for storing electricity generated by solar cells, and a drive control regulator. The invention should provide hot water supply, heating and the production of a small amount of electricity in winter and the generation of electricity for cooling air in the summer. The installation is installed on a single frame on the roof or wall of the house.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известна солнечная водогрейная котельная (Патент CN207350852 (U) - 2018-05-11). В полезной модели предусмотрена солнечная водонагревательная котельная установка, оснащенная солнечным водонагревательным устройством, солнечное водонагревательное устройство, оснащенное резервуаром для хранения воды и трубой солнечной энергии, труба солнечной энергии поглощает солнечную энергию и нагревает воду в накопительной воде. резервуар, солнечное водонагревательное устройство проходит через конвейерную трубу и котел взаимно подключен, солнечное водонагревательное устройство подает горячую воду к котлу, другое устройство автоматического водоснабжения котла, которое снабжено котлом. Быть обеспеченным солнечным водонагревателем на соседнем котле, может обеспечить горячую воду для котла, снизить энергию потребления воды для отопления котла, сыграть эффект экономии энергии, уменьшить загрязнение окружающей среды котла, позволить использовать более высокую эффективность больше котла.Famous solar boiler room (Patent CN207350852 (U) - 2018-05-11). The utility model provides for a solar water heating boiler equipped with a solar water heating device, a solar water heating device equipped with a water storage tank and a solar energy pipe, the solar energy pipe absorbs solar energy and heats the water in the storage water. a tank, a solar water heating device passes through a conveyor pipe and the boiler is mutually connected, a solar water heating device supplies hot water to the boiler, another automatic boiler water supply device that is equipped with a boiler. Being provided with a solar water heater on an adjacent boiler can provide hot water for the boiler, reduce the energy consumption of water for heating the boiler, play the effect of energy savings, reduce environmental pollution of the boiler, allow higher boiler efficiency to be used.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известна солнечная водонагревательная установка с использованием утилизации остаточного тепла (Патент CN206145761 (U) - 2017-05-03). В полезной модели раскрыта утилизация остаточного тепла с использованием солнечной водонагревательной отопительной установки, включающей нагревательную плиту, верхняя поверхность нагревательной пластины снабжена нагревательной трубой, снабжена портом подачи и подводом воды на нагревательной трубе, портом подачи и горячим подключен водопровод, подсоединены водозаборник и трубопровод холодной воды, другой конец и резервуар для воды линии горячей воды соединены, другой конец трубы холодной воды соединен с выходом второго водяного насоса, входом и резервуаром для воды второй водяной насос подключен, эта рециркуляция остаточного тепла использует солнечную водонагревательную отопительную установку, может использовать солнечную энергию для отопления помещений, крышка снабжена графитовой пластинкой на отопительной трубе, может эффективно поглощать входящую отопительную трубу тепло, которое испускает солнце, высокая эффективность, хорошие эффекты, внешняя проводящая полоса, которая устанавливает теплообменную трубку, может осуществлять теплообмен с окружающей средой посредством эффективного посланника теплообменная трубка, пена для теплоизоляции наружного костюма дорожки качения эффективно предотвращает рассеивание и исчезновение тепла на пути, также может искусственно регулировать угол нагревательной пластины, перпендикулярно положительному углу облучения солнечным светом, чтобы сделать ее, Оцените выше использование солнечной энергии.A known solar water heating system using the utilization of residual heat (Patent CN206145761 (U) - 2017-05-03). The utility model discloses the utilization of residual heat using a solar water heating installation, including a heating plate, the upper surface of the heating plate is equipped with a heating pipe, is provided with a supply port and a supply of water on the heating pipe, a supply port and a hot water pipe are connected, a water intake and a cold water pipe are connected, the other end and the water tank of the hot water line are connected, the other end of the cold water pipe is connected to the outlet of the second water an wasp, a second water pump is connected by the inlet and the water tank, this residual heat recirculation uses a solar water heating system, can use solar energy to heat rooms, the lid is equipped with a graphite plate on the heating pipe, can effectively absorb the heat from the incoming heating pipe that the sun emits, high efficiency, good effects, the external conductive strip that installs the heat exchange tube can exchange heat with the environment second messenger through efficient heat exchange tube, the heat insulation foam of the outer raceway suit effectively prevents heat dissipation and disappearance of the path may also artificially adjust the angle of the heating plates, perpendicular positive angle of irradiation with sunlight to make it rank higher utilization of solar energy.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Кроме того, поворот осуществляют только в одной плоскости. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. In addition, the rotation is carried out only in one plane. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Известна солнечная водонагревательная система, устанавливаемая на заводе водопроводной воды, (Патент CN104654603 (A) - 2015-05-27) Изобретение раскрывает систему солнечного нагрева воды, установленную на заводе водопроводной воды. Солнечная водонагревательная система содержит резервуар I для хранения воды, расположенный на крыше здания водопроводной воды, циркуляционный трубопровод и множество солнечных водонагревателей щелевого типа, расположенных на циркуляционном трубопроводе, где насос с постоянным расходом и оборотная вода насос расположен на циркуляционном трубопроводе; резервуар для хранения воды I соединен с циркуляционным трубопроводом и трубопроводом водопроводной воды; резервуар I для хранения воды соединен с резервуаром II для хранения воды через водопровод I; резервуар для хранения воды II соединен с трубопроводом для отвода воды II; расходомер жидкости расположен на выпускном трубопроводе II для воды. Солнечная водонагревательная система проста по конструкции, разумна по конструкции, удобна в реализации, экономит место, экономит энергию, обладает высокой практичностью и удобна для популяризации и использования.A known solar water heating system installed in a tap water plant, (Patent CN104654603 (A) - 2015-05-27) The invention discloses a solar water heating system installed in a tap water plant. The solar water heating system comprises a water storage tank I located on the roof of a tap water building, a circulation pipe and a plurality of slot-type solar water heaters located on the circulation pipe, where a constant flow pump and a reverse water pump are located on the circulation pipe; a water storage tank I is connected to a circulation pipe and a tap water pipe; a water storage tank I is connected to a water storage tank II through a plumbing I; a water storage tank II is connected to a pipe for drainage of water II; a liquid flow meter is located on the exhaust pipe II for water. The solar water heating system is simple in design, reasonable in design, easy to implement, saves space, saves energy, has high practicality and is convenient for popularization and use.

К недостаткам конструкции следует отнести то, что данная установка предусмотрена для работы с традиционными системами нагрева непосредственно воды (газовые, электрические) в качестве дополнения к ним. Кроме того, поворот осуществляют только в одной плоскости. Как следствие, снижение эффективности при перемещении солнца по азимуту и при работе в холодное время года из-за риска промерзания труб.The design flaws include the fact that this installation is designed to work with traditional systems for directly heating water (gas, electric) as an addition to them. In addition, the rotation is carried out only in one plane. As a result, the decrease in efficiency when moving the sun in azimuth and when working in the cold season is due to the risk of freezing pipes.

Технической проблемой является необходимость разработки конструкции установки, позволяющей получать горячую воду для ГВС (горячее водоснабжение), а также отопления зданий и сооружений.The technical problem is the need to develop the design of the installation, which allows to obtain hot water for domestic hot water (hot water supply), as well as heating of buildings and structures.

Технический результат заключается в снижении энергозатрат на нагрев воды.The technical result is to reduce energy consumption for heating water.

Изобретение поясняется чертежом: фиг. - функциональная схема заявляемой водонагревательной установки.The invention is illustrated in the drawing: FIG. - functional diagram of the inventive water heater.

Гелиоконцентраторы можно условно разделить на две группы - точечные и линейные. К точечным относятся те устройства, в которых отраженные лучи собираются в одну условную фокальную точку - пятно. В линейных концентраторах при помощи параболоцилиндрического отражателя лучистая энергия концентрируется в фокальной линии, по оси которой размещается труба для движения теплоносителя. Температура теплоносителя в них может достигать 300-400°С.Helioconcentrators can be conditionally divided into two groups - point and linear. To the point are those devices in which the reflected rays are collected in one conditional focal point - a spot. In linear concentrators, with the help of a parabolic cylindrical reflector, radiant energy is concentrated in the focal line along the axis of which a pipe is placed for the movement of the coolant. The temperature of the coolant in them can reach 300-400 ° C.

В качестве основного элемента водонагревательной установки был выбран гелиоконцентратор 1 в форме параболоцилиндрического отражателя с фокусным расстоянием, обеспечивающим направление максимума солнечного света, на нагреваемые трубы коллектора, например, в 150 мм (в целях создания компактного размещения всех составляющих элементов установки). Каноническое уравнение параболы гелиоконцентратора имеет вид: y 2 =2px, где p - расстояние от фокуса до директрисы параболы и называется фокальным параметром параболы.A solar concentrator 1 in the form of a parabolic-cylindrical reflector with a focal length providing direction of the maximum sunlight to the heated collector pipes, for example, 150 mm (in order to create a compact arrangement of all the constituent elements of the installation) was chosen as the main element of the water heating installation. The canonical equation of the parabola of the helioconcentrator has the form: y 2 = 2px , where p is the distance from the focus to the directrix of the parabola and is called the focal parameter of the parabola.

Предпочтительным материалом для создания цилиндрического параболоида гелиоконцентратора 1 является листовой металл с зеркальным пленочным покрытием (минимальное время на обслуживание, материал устойчив к атмосферным осадкам в виде дождя, снега, града).The preferred material for creating a cylindrical paraboloid of the helioconcentrator 1 is sheet metal with a mirror film coating (minimum maintenance time, the material is resistant to atmospheric precipitation in the form of rain, snow, hail).

Водонагревательная установка содержит блок гелиоконцентраторов 1, смонтированных на едином коллекторе 2 с возможностью фиксируемого вращения для отслеживания азимутального перемещения солнца; коллектор 2 выполнен в виде стальной бесшовной трубы (например, по ГОСТ 8732-78 с) герметичной полостью для перемещения теплоносителя с патрубками-отводами 7 стальными 90° (например, по ГОСТ17375-2001), фланцами 4 (например, стальной плоский по ГОСТ 12820-80). Собранный в единое целое коллектор 2, представляет собой прямоугольную конструкцию, внутри которой с определенной последовательностью, смонтированы дополнительные поперечные трубы 5. В противоположные боковые трубы коллектора 6, на расстоянии

Figure 00000001
длинны трубы, смонтированы 2 патрубка 7 (по одному на каждую сторону) из стальной трубы того же диаметра что и труба коллектора. На свободном конце каждого из патрубков 7, смонтирован плоский фланец 4. В каждый из патрубков 7 вмонтирован по одному дополнительному, соединительному фитингу-сгону 8. Сгоны обеспечивают соединение (через гибкую подводку) коллектора 2 с прямым и обратным гидравлическим трубопроводом 9, подключенном к змеевику емкости-накопителя 10, устанавливаемой в помещении и заполняемой нагреваемой водой. На выходе емкости накопителя 10 установлен циркуляционный насос (на чертеже условно не показан).The water heating installation comprises a block of solar concentrators 1 mounted on a single collector 2 with the possibility of a fixed rotation to track the azimuthal movement of the sun; the collector 2 is made in the form of a seamless steel pipe (for example, according to GOST 8732-78 with) a sealed cavity for moving the coolant with branch pipes 7 steel 90 ° (for example, according to GOST 17375-2001), flanges 4 (for example, steel flat according to GOST 12820 -80). Collected collector 2 in a single unit, is a rectangular structure, inside which, with a certain sequence, additional transverse pipes 5 are mounted. In the opposite side pipes of the collector 6, at a distance
Figure 00000001
pipes are long, 2 pipes 7 are mounted (one on each side) from a steel pipe of the same diameter as the collector pipe. A flat flange 4 is mounted on the free end of each of the nozzles 7. One additional connecting fitting-damping is mounted on each of the nozzles 7. 8. The bends provide a connection (via a flexible connection) between the collector 2 and the direct and return hydraulic pipe 9 connected to the coil storage tank 10 installed in the room and filled with heated water. At the output of the storage tank 10 a circulation pump is installed (not shown conventionally in the drawing).

Коллектор 2 выполняет две функции: придает жесткость всей конструкции, а также является трубопроводом, внутри которого циркулирует теплоноситель.The collector 2 performs two functions: it gives rigidity to the entire structure, and is also a pipeline, inside which the coolant circulates.

В качестве теплоносителя предполагается использование незамерзающей жидкости произведенной на основе экологически безопасного сырья - пищевого пропиленгликоля или воды.The use of non-freezing fluid produced on the basis of environmentally friendly raw materials - food-grade propylene glycol or water is assumed as a heat carrier.

Соединения всех элементов, входящих в состав коллектора, выполняется с обеспечением герметичности конструкции, например, методом электродуговой сварки.The connection of all elements that make up the collector is performed to ensure the integrity of the structure, for example, by electric arc welding.

Коллектор 2 установлен на станине 3, которая представляет собой объемно-пространственную сварную конструкцию. Оптимальная проекция станины на горизонтальную плоскость представляет собой прямоугольник. На каждом, из коротких, участков прямоугольника смонтированы по одной вертикальной стойке, в верхней части стойки установлена горизонтальная планка. Планка необходима для последующего монтажа на ней опорно-поворотного узла. Высота стойки, в сочетании с опорно-поворотным узлом, должна обеспечивать свободное вращение коллектора, относительно и станины. Опорно-поворотный узел предназначен для отслеживания зенитного перемещения солнца и состоит из следующих комплектующих: подшипник качения, корпус подшипника, полуось с фланцем. Опорно-поворотный узел монтируется и крепится болтовым соединением к горизонтальной планке стойки станины. Через ответный фланец и, с помощью болтового соединения, опорно-поворотный узел соединяется с коллектором.The collector 2 is mounted on a bed 3, which is a three-dimensional welded structure. The optimal projection of the bed on a horizontal plane is a rectangle. On each of the short sections of the rectangle, one vertical rack is mounted, and a horizontal bar is installed at the top of the rack. The bar is necessary for the subsequent installation on it of the slewing ring. The height of the rack, in combination with the support-rotary assembly, should provide free rotation of the collector, relative to the bed. The rotary support unit is designed to track the anti-aircraft movement of the sun and consists of the following components: rolling bearing, bearing housing, half shaft with flange. The rotary support assembly is mounted and bolted to the horizontal bar of the bed stand. Through the counterflange and, using a bolted connection, the rotary support assembly is connected to the collector.

Создание цилиндрического параболоида гелиоконцентратора 1 обеспечивают набором в единый блок элементов с соответствующим параболическим профилем. Элементы профиля могут быть изготовлены из профильной стальной трубы, древесины (фанеры), полимерных материалов. Сборку отдельных элементов в блок цилиндрического параболоида осуществляют в стапеле. На заключительном этапе в собранный блок монтируют листовой металл (полированный алюминий либо нержавеющий лист с пленочным, зеркальным покрытием).The creation of a cylindrical paraboloid of the helioconcentrator 1 is provided with a set of elements with a corresponding parabolic profile in a single block. Profile elements can be made of profile steel pipe, wood (plywood), polymeric materials. The assembly of individual elements in a block of a cylindrical paraboloid is carried out in a slipway. At the final stage, sheet metal is mounted in the assembled unit (polished aluminum or a stainless sheet with a film, mirror coating).

Собранные отражатели, с помощью кронштейнов, встраивают в коллектор 2 таким образом, что дополнительные поперечные трубы 5 находились на фокусном расстоянии от параболического профиля гелиоконцентратора 1.The assembled reflectors, using brackets, are built into the collector 2 in such a way that the additional transverse pipes 5 are located at the focal length from the parabolic profile of the helioconcentrator 1.

Принцип работы установки.The principle of operation of the installation.

Теплоноситель (пищевой пропиленгликоля или воды) циркуляционным насосом, прокачивают через внутренние полости коллектора 2, в котором теплоноситель нагревается за счет тепла солнечной энергии, сконцентрированной гелиоконцентратором 1 на трубах коллектора 2. Затем теплоноситель по системе гидравлических трубопроводов поступает в теплообменник (на чертеже условно не показан), размещенный внутри накопительной, термоизолированной емкости 10, в которой происходит передача полученной теплоты от теплоносителя воде. Размещение накопительной емкости предусмотрено внутри помещения. После передачи тепловой энергии от теплоносителя воде, теплоноситель вновь поступает в коллектор водонагревательной установки и цикл повторяется.The coolant (food grade propylene glycol or water) is pumped through the internal cavity of the collector 2, in which the coolant is heated by the heat of solar energy concentrated by the solar concentrator 1 on the pipes of the collector 2. Then, the coolant enters the heat exchanger through a hydraulic pipe system (not shown in the drawing ) located inside the storage, thermally insulated tank 10, in which the received heat is transferred from the coolant to the water. The placement of the storage tank is provided indoors. After the transfer of thermal energy from the coolant to the water, the coolant again enters the collector of the water heater and the cycle repeats.

Нагретую воду в емкости 10 расходуют на нужды потребителя с поддержанием в ней постоянного объема поплавковым регулятором уровня, связанным с системой холодного водоснабжения.Heated water in the tank 10 is spent on the needs of the consumer with maintaining a constant volume in it by a float level controller associated with a cold water supply system.

Основные преимущества гелиоконцентратора.The main advantages of the helioconcentrator.

К основным достоинствам гелиоконцентратора подобного типа можно отнести следующее:The main advantages of a helioconcentrator of this type include the following:

- оригинальность и простота конструкции;- originality and simplicity of design;

- использование материалов только отечественного производства;- the use of materials only domestic production;

- доступность расходных материалов;- the availability of supplies;

- способность коллектора вращаться относительно станин установки обеспечивает контроль за зенитальным положением Солнца;- the ability of the collector to rotate relative to the bed of the installation provides control over the zenithal position of the Sun;

- способность вращения цилиндрический параболоид гелиоконцентратора относительно дополнительных, поперечных труд коллектора, обеспечивает контроль за азимутальным перемещением Солнца.- the ability to rotate the cylindrical paraboloid of the helioconcentrator relative to the additional, transverse labor of the collector, provides control over the azimuthal movement of the Sun.

Таким образом, создаются условия для более полного и оптимального сбора солнечного излучения всего светового дня.Thus, conditions are created for a more complete and optimal collection of solar radiation throughout the daylight hours.

Пример. Example.

Разработана установка, в которой была выбрана форма отражателя гелиоконцентратора в виде параболоида с фокусным расстоянием 150 мм (в целях создания компактного размещения всех составляющих элементов установки), температура теплоносителя в первом контуре будет сознательно ограничена температурой до +115°С (ограничения связаны с работой циркуляционного насоса). Представленная на рассмотрение установка в состоянии произвести свыше 500 литров горячей воды в час (температурой воды +70°С). Предварительная себестоимость производства одного гелиоконцентратора с блоком параболоцилиндрических отражателей (с суммарной площадью отражателей 3,6 м2) оценивается в 64000 рублей. Изготовление отражателя параболической формы, обеспечение поворота конструкции для азимутального и зенитного перемещений солнца, размещение накопительной емкости внутри помещения обеспечивают снижение энергозатрат на нагрев воды.An installation was developed in which the shape of the reflector of the helioconcentrator in the form of a paraboloid with a focal length of 150 mm was chosen (in order to create a compact arrangement of all the constituent elements of the installation), the temperature of the coolant in the primary circuit will be deliberately limited by the temperature to + 115 ° C (limitations are associated with the circulation pump). The unit presented for consideration is able to produce over 500 liters of hot water per hour (water temperature + 70 ° C). The preliminary cost of production of one solar concentrator with a block of parabolic cylindrical reflectors (with a total area of reflectors of 3.6 m 2 ) is estimated at 64,000 rubles. The manufacture of a parabolic reflector, the rotation of the structure for azimuthal and zenithal movements of the sun, the placement of the storage tank inside the room provide a reduction in energy consumption for heating water.

Claims (1)

Водонагревательная установка, содержащая блок гелиоконцентраторов, смонтированных на едином коллекторе, коллектор выполнен из смонтированных в определённой последовательности поперечных труб с образованием внутри герметичной полости для перемещения теплоносителя, при этом на поперечных трубах с возможностью поворота в двух плоскостях для отслеживания азимутального и зенитного перемещений Солнца установлены гелиоконцентраторы, выполненные в виде отражателей параболической формы, таким образом, что поперечные трубы расположены на фокусном расстоянии от поверхности отражателей, на противоположных боковых трубах коллектора смонтированы патрубки, к которым присоединён прямой и обратный гидравлический трубопровод, подключенный к теплообменнику, размещенному внутри накопительной емкости, в которой происходит передача полученной теплоты от теплоносителя воде.A water heater containing a block of solar concentrators mounted on a single collector, the collector is made of transverse pipes mounted in a certain sequence to form a sealed cavity for moving the coolant, while the solar pipes are mounted on transverse pipes with rotation in two planes to monitor the azimuthal and anti-aircraft movements of the Sun made in the form of parabolic reflectors, so that the transverse pipes are located on focal distance from the reflector surface, on opposite lateral pipes mounted collector tubes, which is attached to the forward and reverse hydraulic piping connected to the heat exchanger placed inside the collecting vessel, in which transfer heat obtained from the water coolant.
RU2019112059A 2019-04-20 2019-04-20 Water-heating installation based on solar concentrator RU2715804C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112059A RU2715804C1 (en) 2019-04-20 2019-04-20 Water-heating installation based on solar concentrator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019112059A RU2715804C1 (en) 2019-04-20 2019-04-20 Water-heating installation based on solar concentrator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2715804C1 true RU2715804C1 (en) 2020-03-03

Family

ID=69768333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019112059A RU2715804C1 (en) 2019-04-20 2019-04-20 Water-heating installation based on solar concentrator

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2715804C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2179690C2 (en) * 2000-04-19 2002-02-20 Лебедь Виктор Иванович Solar power plant
RU2190810C2 (en) * 2000-12-04 2002-10-10 Лебедь Виктор Иванович Solar power plant
RU2567324C1 (en) * 2014-03-28 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный технологический университет" Solar-windmill desalting plant
CN206145761U (en) * 2016-08-31 2017-05-03 杭州惠众科技有限公司 Residual heat recycling utilizes solar water -heating heating plant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2179690C2 (en) * 2000-04-19 2002-02-20 Лебедь Виктор Иванович Solar power plant
RU2190810C2 (en) * 2000-12-04 2002-10-10 Лебедь Виктор Иванович Solar power plant
RU2567324C1 (en) * 2014-03-28 2015-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пензенский государственный технологический университет" Solar-windmill desalting plant
CN206145761U (en) * 2016-08-31 2017-05-03 杭州惠众科技有限公司 Residual heat recycling utilizes solar water -heating heating plant

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С. ТАНАКА, Р. СУДА. Жилые дома с автономным солнечным теплохладоснабжением, М., Стройиздат, 1989 г., стр.62, рис.111. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6080927A (en) Solar concentrator for heat and electricity
US4159629A (en) Apparatus for the collection and conversion of solar energy
US20100205963A1 (en) Concentrated solar power generation system with distributed generation
Lovegrove et al. Solar thermal energy systems in Australia
US5195503A (en) Solar collector
US20120085340A1 (en) Mini solar islands for household needs
EP0746730A1 (en) Solar power plant for the production of electric power and/or hydrogen
CN110274294A (en) New type solar energy and air energy combined heat heating system
US20110253126A1 (en) Net Zero Energy Building System
Kalogirou Recent patents in solar energy collectors and applications
Rehman et al. Experimental evaluation of solar thermal performance of linear Fresnel reflector
WO2013183067A2 (en) An improved heat collection element for linear collector
CN109253553B (en) Tower type Fresnel solar light-gathering and heat-collecting device
Jesko Classification of solar collectors
KR101379445B1 (en) Solr lightand heat hybrid collecting System having a solar tracker
Singh et al. A review on solar energy collection for thermal applications
RU2715804C1 (en) Water-heating installation based on solar concentrator
Donatini et al. High efficency integration of thermodynamic solar plant with natural gas combined cycle
CN113375348A (en) Linkage type vertical groove type paraboloid synchronous tracking solar medium-temperature heating system
Vinubhai et al. A review: solar water heating systems
Pierucci et al. Realization of a test rig for small solar collectors and preliminary test
KR20110004380U (en) Parabolic Trough Concentrator
US20130269683A1 (en) Solar collector having a multi-tube receiver, thermosolar plants that use said collector and method for operating said plants
CN219640464U (en) Energy gathering device of Fresnel columnar lens array
WO2018071969A1 (en) A solar concentrator and a method for concentrating solar power