RU2734667C1 - Method of heating water with solar radiation - Google Patents
Method of heating water with solar radiation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2734667C1 RU2734667C1 RU2019128146A RU2019128146A RU2734667C1 RU 2734667 C1 RU2734667 C1 RU 2734667C1 RU 2019128146 A RU2019128146 A RU 2019128146A RU 2019128146 A RU2019128146 A RU 2019128146A RU 2734667 C1 RU2734667 C1 RU 2734667C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- collector
- boiler
- water
- sun
- solar radiation
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F5/00—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow
- F04F5/14—Jet pumps, i.e. devices in which flow is induced by pressure drop caused by velocity of another fluid flow the inducing fluid being elastic fluid
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для получения горячей воды.The invention relates to the field of energy and can be used to produce hot water.
Прототипом является способ нагрева воды солнечным излучением, заключающийся в том, что теплоноситель пропускают через солнечный коллектор, где его нагревают солнечным излучением и подают его в теплообменник в виде пара через паровой трубопровод, а конденсат возвращают в солнечный коллектор для нагрева через трубопровод для конденсата, при этом теплообменник размещают в бойлере системы горячего водоснабжения, а бойлер устанавливают над коллектором, причем паровой трубопровод и трубопровод для конденсата подключают к противоположным сторонам коллектора [Пат. KZ(A) №14944, МПК F24J 2/20, 2/42, 2004].The prototype is a method for heating water with solar radiation, which consists in the fact that the coolant is passed through a solar collector, where it is heated by solar radiation and supplied to the heat exchanger in the form of steam through a steam pipeline, and the condensate is returned to the solar collector for heating through the condensate pipeline, when In this case, the heat exchanger is placed in the boiler of the hot water supply system, and the boiler is installed above the collector, and the steam pipeline and the condensate pipeline are connected to opposite sides of the collector [US Pat. KZ (A) No. 14944, IPC F24J 2/20, 2/42, 2004].
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- небольшая температура нагрева тепловоспринимающей поверхности, обусловленная неперпендикулярностью солнечных лучей к поверхности коллектора;- low heating temperature of the heat-absorbing surface due to the non-perpendicularity of the sun's rays to the collector surface;
- получение относительно низкой температуры воды в бойлере, что связано с наличием второго теплообменника, т.е. передачей тепла еще через одну теплопередающую поверхность;- obtaining a relatively low water temperature in the boiler, which is associated with the presence of a second heat exchanger, i.e. heat transfer through another heat transfer surface;
- сложность конструкции из-за наличия второго теплообменника и специальной жидкости, используемой в качестве теплоносителя;- the complexity of the design due to the presence of a second heat exchanger and a special fluid used as a heat carrier;
- увеличение массогабаритных характеристик, вызванное уменьшением полезного объема бойлера вследствие размещения в нем второго теплообменника.- an increase in weight and size characteristics caused by a decrease in the useful volume of the boiler due to the placement of a second heat exchanger in it.
Задачей изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение конструкции, повышение КПД, а также улучшение эксплуатационных характеристик.The objective of the invention is to eliminate these disadvantages, namely, to simplify the design, increase efficiency, and improve performance.
Задача решается тем, что в способе нагрева воды солнечным излучением, включающем пропускание теплоносителя через нагреваемый солнечным излучением коллектор и размещение над ним бойлера с водой системы горячего водоснабжения, вход и выход коллектора трубопроводами соединяют с бойлером и используют находящуюся в нем воду в качестве теплоносителя.The problem is solved by the fact that in the method of heating water by solar radiation, which includes passing a coolant through a collector heated by solar radiation and placing a boiler with hot water supply above it, the inlet and outlet of the collector are connected to the boiler with pipelines and the water in it is used as a heat carrier.
Вход коллектора соединяют и с системой холодного водоснабжения. Выход коллектора подсоединяют к бойлеру ниже заборного трубопровода. Вход коллектора подсоединяют к бойлеру ниже трубопровода, соединяющего выход коллектора с бойлером. Бойлер с коллектором устанавливают на вращающуюся платформу. Приход воды из системы холодного водоснабжения выполняют потенциально большим, чем расход в системе горячего водоснабжения. Поворот платформы синхронизируют с движением солнца по азимуту, при этом обеспечивают перпендикулярность плоскости коллектора к плоскости, проходящей через ось вращения платформы и солнце. Изменяют положение коллектора в вертикальной плоскости синхронно с положением солнца относительно горизонта, при этом обеспечивают перпендикулярность плоскости коллектора солнечным лучам. Коллектор покрывают теплоизолятором, при этом на лицевой стороне коллектора теплоизолятор выполняют в виде ячеистой структуры, стенки ячеек которой параллельны солнечным лучам. Центр тяжести системы коллектор-бойлер размещают на оси вращения платформы.The collector inlet is also connected to the cold water supply system. The collector outlet is connected to the boiler below the intake pipe. The collector inlet is connected to the boiler below the pipe connecting the collector outlet to the boiler. The boiler with the manifold is installed on a rotating platform. The flow of water from the cold water supply system is potentially larger than the flow rate in the hot water supply system. The rotation of the platform is synchronized with the movement of the sun in azimuth, while the plane of the collector is perpendicular to the plane passing through the axis of rotation of the platform and the sun. Change the position of the collector in the vertical plane synchronously with the position of the sun relative to the horizon, while ensuring the perpendicularity of the collector plane to the sun's rays. The collector is covered with a heat insulator, while on the front side of the collector the heat insulator is made in the form of a cellular structure, the walls of the cells of which are parallel to the sun's rays. The center of gravity of the collector-boiler system is placed on the platform rotation axis.
Указанные отличительные признаки позволяют достичь следующих преимуществ по сравнению с прототипом.These distinctive features allow achieving the following advantages over the prototype.
Соединение входа и выхода коллектора трубопроводами с бойлером и использование находящейся в нем воды в качестве теплоносителя позволяет повысить КПД нагрева воды и улучшить эксплуатационные характеристики за счет увеличения полезного объема бойлера.The connection of the collector inlet and outlet with pipelines to the boiler and the use of the water in it as a heat carrier allows increasing the efficiency of water heating and improving operational characteristics by increasing the useful volume of the boiler.
Соединение входа коллектора и с системой холодного водоснабжения обеспечивает постоянное питание бойлера водой, что при тех же габаритах последнего обеспечивает длительное непрерывное поступление воды в систему горячего водоснабжения. Кроме того, уменьшается турбулентность движения воды в бойлере и перемешивание ее более теплой верхней части с более холодной нижней, благодаря чему не происходит резкого снижения температуры в бойлере. Все это повышает эксплуатационные характеристики.The connection of the collector inlet and with the cold water supply system provides constant water supply to the boiler, which, with the same dimensions of the latter, ensures a long-term continuous flow of water into the hot water supply system. In addition, the turbulence of the movement of water in the boiler is reduced and the mixing of its warmer upper part with the colder lower one, due to which there is no sharp drop in the temperature in the boiler. All of this improves performance.
Подсоединение выхода коллектора к бойлеру ниже заборного трубопровода способствует поступлению в систему горячего водоснабжения более теплой верхней части воды в случае, когда температура поступающей из коллектора воды ниже температуры воды в верхней части бойлера. Это повышает эксплуатационные характеристики.Connecting the collector outlet to the boiler below the intake piping allows the hot water system to enter the warmer upper part of the water when the temperature of the water coming from the collector is lower than the water temperature at the upper part of the boiler. This improves performance.
Подсоединение входа коллектора к бойлеру ниже трубопровода, соединяющего выход коллектора с бойлером, позволяет осуществлять нагрев в коллекторе более холодных придонных слоев воды, которые за счет более высокой плотности опускаются в коллектор. Это повышает эксплуатационные характеристики и КПД.Connecting the collector inlet to the boiler below the pipe connecting the collector outlet to the boiler allows heating in the collector of colder bottom layers of water, which, due to the higher density, descend into the collector. This improves performance and efficiency.
Устанавливание бойлера с коллектором на вращающуюся платформу позволяет повысить КПД даже за счет периодического поворота (например, вручную) коллектора в сторону солнца, что повышает КПД и эксплуатационные характеристики.Installing a boiler with a collector on a rotating platform increases the efficiency even by periodically rotating (for example, manually) the collector towards the sun, which increases efficiency and performance.
Выполнение прихода воды из системы холодного водоснабжения потенциально большим, чем расход в системе горячего водоснабжения, дает возможность снизить турбулентность движения воды в бойлере при заборе (наполнении) из него воды, уменьшить, тем самым, перемешивание ее более теплой верхней части с более холодной нижней, благодаря чему не происходит резкого снижения температуры в бойлере. Все это повышает эксплуатационные характеристики.Making the flow of water from the cold water supply system potentially greater than the flow rate in the hot water supply system makes it possible to reduce the turbulence of water movement in the boiler when water is taken (filled) from it, thereby reducing mixing of its warmer upper part with the colder lower one, thanks to which there is no sharp drop in the temperature in the boiler. All of this improves performance.
Синхронизация поворота платформы с движением солнца по азимуту и обеспечение перпендикулярности плоскости коллектора к плоскости, проходящей через ось вращения платформы и солнце, позволяет более сильно нагревать поверхность коллектора в течение воздействия солнечного излучения, что повышает КПД и эксплуатационные характеристики.Synchronizing the rotation of the platform with the movement of the sun in azimuth and ensuring the perpendicularity of the collector plane to the plane passing through the axis of rotation of the platform and the sun, allows more intense heating of the collector surface during exposure to solar radiation, which increases efficiency and operational characteristics.
Изменение положения коллектора в вертикальной плоскости синхронно с положением солнца относительно горизонта и обеспечение перпендикулярности плоскости коллектора солнечным лучам увеличивает воздействие потока излучения, что повышает КПД и эксплуатационные характеристики.Changing the position of the collector in the vertical plane synchronously with the position of the sun relative to the horizon and ensuring that the plane of the collector is perpendicular to the sun's rays increases the effect of the radiation flux, which increases efficiency and performance.
Покрытие коллектора теплоизолятором и выполнение на лицевой стороне коллектора теплоизолятора ячеистой структуры, стенки ячеек которой параллельны солнечным лучам, дозволяет уменьшить охлаждение тепловоспринимающей поверхности коллектора ветром. При этом солнечные лучи, обладающие достаточно хорошей параллельностью, попадают сквозь ячейки на тепловоспринимающую поверхность, а тепловое излучение тепловоспринимающей панели, будучи рассеянным, только частично выходит наружу, например при отсутствии солнечного излучения. Все это повышает КПД и эксплуатационные характеристики. Заметим, что известны конструкции, защищающие тепловоспринимающую поверхность коллектора от охлаждения воздухом стеклом. Однако стекло частично поглощает и отражает солнечные лучи, что снижает нагрев указанной поверхности.Coating the collector with a heat insulator and making a cellular structure on the front side of the collector, the walls of the cells of which are parallel to the sun's rays, makes it possible to reduce the cooling of the heat-absorbing surface of the collector by the wind. In this case, the sun's rays, which have a sufficiently good parallelism, fall through the cells onto the heat-receiving surface, and the thermal radiation of the heat-receiving panel, being scattered, only partially goes outside, for example, in the absence of solar radiation. All this improves efficiency and performance. Note that there are known designs that protect the heat-absorbing surface of the collector from air cooling by glass. However, glass partially absorbs and reflects the sun's rays, which reduces the heating of the specified surface.
Размещение центра тяжести системы коллектор-бойлер на оси вращения платформы снижает момент инерции этой системы, уменьшает потребляемую вращающим двигателем энергию, что улучшает эксплуатационные характеристики.Placing the center of gravity of the collector-boiler system on the axis of rotation of the platform reduces the moment of inertia of this system, reduces the energy consumed by the rotating motor, which improves operational characteristics.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг. 1 изображена схема первого варианта устройства для нагрева воды солнечным излучением. На фиг. 2 изображена схема второго варианта устройства для нагрева воды солнечным излучением, обеспечивающего слежение за солнцем. На фиг. 3 изображен вид А коллектора. На фиг. 4 изображена схема третьего варианта устройства для нагрева воды солнечным излучением с неподвижным бойлером.FIG. 1 shows a diagram of the first embodiment of a device for heating water with solar radiation. FIG. 2 shows a diagram of the second version of a device for heating water with solar radiation, which provides tracking of the sun. FIG. 3 shows a view A of the collector. FIG. 4 shows a diagram of a third embodiment of a device for heating water by solar radiation with a stationary boiler.
Устройство для нагрева воды солнечным излучением содержит коллектор 1 с входным 2 и выходным 3 трубопроводами, соединенными с бойлером 4, имеющим кран 5 для забора воды 6 и теплоизолятор 7. Входной трубопровод через трубу 8 соединен с системой холодного водоснабжения. Коллектор с бойлером посредством стоек 9 могут быть закреплены на червячном зубчатом колесе 10 (платформе), установленном с возможностью поворота на втулке 11, неподвижно закрепленной на основании 12, и сопряженным с червяком 13, соединенным с первым электродвигателем (не показан) и вращающимся в опорах основания. На червячном зубчатом колесе 10 закреплены стойки 14, в которых с возможностью вращения установлена ось 15, скрепленная с червячным колесом 16, которое сопряжено с полым червяком 17 и через тягу 18, с шарнирными концами, соединено с коллектором. В полости червяка 17, установленного во втулке 11 с возможностью вращения и соединенного с закрепленным на основании 12 вторым электродвигателем (не показан), размещена труба 8, которая через установленный на ней с возможностью поворота стакан 19 сообщена с входным трубопроводом коллектора, выходной трубопровод которого соединен с бойлером, на котором соосно с червячным колесом 10 закреплена труба 20, имеющая возможность вращения в неподвижном стакане 21 и сообщенная с краном 5. Коллектор имеет теплоизолятор в виде ячеек 22.The device for heating water by solar radiation contains a
Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.
При попадании солнечного излучения на коллектор 1 находящаяся в нем вода нагревается, более нагретые и менее плотные ее слои поднимаются вверх и по трубопроводу 3 поступают в бойлер 4 (фиг. 1). В зависимости от температуры воды 6 в бойлере поступающие в него из коллектора слои или опускаются в придонную часть бойлера, если их температура ниже, или поднимаются вверх, если имеют более высокую температуру. Из бойлера 4 вода с более низкой температурой через трубопровод 2 поступает в коллектор, где впоследствии нагревается. В результате такого естественного тока солнечное излучение нагревает всю воду в бойлере, теплоизоляция 7 которого препятствует потерям тепла в окружающую среду. Забор воды из бойлера осуществляют путем открывания крана 5. Если входной трубопровод 2 не подключен через трубу 8 к системе холодного водоснабжения, то ресурс горячей воды будет определяться емкостью бойлера. Если трубопровод 2 подключен к системе холодного водоснабжения, то расход воды из бойлера будет компенсироваться поступлением ее из системы холодного водоснабжения. При этом она как более холодная и плотная будет вытеснять воду из коллектора в бойлер и нагреваться в коллекторе. Степень нагрева будет зависеть от величины расхода горячей воды из бойлера, от интенсивности солнечного излучения и от положения лицевой панели коллектора относительно солнечных лучей. Естественно, что наибольший нагрев будет происходить тогда, когда лучи будут перпендикулярны лицевой панели коллектора. Заметим, что коллектор и бойлер одновременно могут быть подключены соответственно к системам холодного и горячего водоснабжения, при этом надобность в кране 5 отпадает.When solar radiation hits the
Для обеспечения перпендикулярности солнечных лучей к лицевой панели коллектора необходимо все время менять положение последнего вслед за перемещением солнца (фиг. 2). Для поворота коллектора 1 вокруг вертикальной оси включают первый электродвигатель, в результате чего червяк 13 начинает вращаться в опорах основания и поворачивать на втулке 11 зубчатое колесо 10 вместе со стойками 9, 14. При этом происходит также поворот в горизонтальной плоскости оси 15 с червячным колесом 16, которое своими зубьями будет скользить по винтовой поверхности неподвижного червяка 17. Так как угол поворота зубчатого колеса 10 в процессе очередной коррекции своего положения по солнцу небольшой, а передаточное отношение от червяка 17 до колеса 16, наоборот, большое, то колесо 16 будет практически стоять на месте при повороте колеса 10, а следовательно, не будет перемещаться тяга 18, и коллектор 1 не изменит своего положения в вертикальной плоскости. При достижении коллектором нужного положения (азимута) выключают первый электродвигатель, обеспечивая за счет самоторможения червячной передачи его фиксацию.To ensure the perpendicularity of the sun's rays to the front panel of the collector, it is necessary to constantly change the position of the latter following the movement of the sun (Fig. 2). To rotate the
Для поворота коллектора вокруг горизонтальной оси включают второй электродвигатель, благодаря чему начинает вращаться червяк 17, который посредством зубчатого колеса 16 и тяги 18 поворачивает коллектор в вертикальной плоскости (меняет его положение относительно горизонта). Заметим, что в качестве оси может служить специально выполненный для этого конец трубопровода 2. При повороте коллектора до требуемого положения производят его фиксирование путем выключения второго двигателя. Заметим, что, так как оба электродвигателя размещены на основании 12, то механизм системы слежения за солнцем получается максимально облегченным, что позволяет использовать электродвигатели малой мощности на перемещение коллектора, положение которого можно легко «запоминать» по количеству оборотов червяков.To rotate the collector around the horizontal axis, the second electric motor is turned on, due to which the
В результате воздействия солнечной энергии вода в коллекторе будет постоянно нагреваться и поступать через гибкий (или частично гибкий) трубопровод 3 в бойлер 4, вращающегося вместе с трубой 20. Соединение последней с краном 5 производят с помощью стакана 21, который обеспечивает герметичность соединения, например сальниками. Через стакан 19 осуществляют подачу воды из системы холодного водоснабжения. Для защиты коллектора от охлаждения ветром его покрывают теплоизолятором, который на лицевой панели выполняют в виде ячеек 22 (фиг. 3). Поскольку лицевая панель всегда поворачивается перпендикулярно солнечным лучам, то они беспрепятственно за счет своей параллельности достигают и нагревают лицевую панель коллектора, а при отсутствии солнечного излучения рассеянное тепловое излучение коллектора только частично выходит наружу, за счет чего и достигается высокий. При наличии бойлера большой емкости его целесообразно устанавливать неподвижно, а поворачивать только коллектор (фиг. 4).As a result of exposure to solar energy, the water in the collector will be constantly heated and flow through the flexible (or partially flexible)
Внедрение изобретения позволит создать простое по конструкции, надежное и удобное в эксплуатации устройство для нагрева воды солнечным излучением.Implementation of the invention will make it possible to create a device that is simple in design, reliable and convenient in operation for heating water with solar radiation.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019128146A RU2734667C1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Method of heating water with solar radiation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019128146A RU2734667C1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Method of heating water with solar radiation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2734667C1 true RU2734667C1 (en) | 2020-10-21 |
Family
ID=72948962
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019128146A RU2734667C1 (en) | 2019-09-06 | 2019-09-06 | Method of heating water with solar radiation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2734667C1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU112360U1 (en) * | 2011-08-12 | 2012-01-10 | Сергей Борисович Епископосян | UNIVERSAL CONDENSATION BLOCK MODULE FOR HEATING AND HOT WATER SUPPLY |
RU2672140C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-11-12 | Александр Николаевич Фадеев | Method of the spent nuclear fuel using in the hot water supply system |
-
2019
- 2019-09-06 RU RU2019128146A patent/RU2734667C1/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU112360U1 (en) * | 2011-08-12 | 2012-01-10 | Сергей Борисович Епископосян | UNIVERSAL CONDENSATION BLOCK MODULE FOR HEATING AND HOT WATER SUPPLY |
RU2672140C1 (en) * | 2017-07-26 | 2018-11-12 | Александр Николаевич Фадеев | Method of the spent nuclear fuel using in the hot water supply system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN101997454B (en) | Reduce the solar photovoltaic device of solar photocell every watt cost | |
US7836695B2 (en) | Solar energy system | |
CN102252430B (en) | Indoor oven of solar heat storage device | |
Barone et al. | Solar thermal collectors | |
US20130219889A1 (en) | Ground high-temperature high-efficiency solar steam electricity-generating device | |
CN106546013B (en) | A kind of solar-energy light collector and heat utilization system based on Fresnel Lenses | |
US20120186575A1 (en) | Solar Collector | |
CN103954049B (en) | A kind of solar thermal collector | |
RU2734667C1 (en) | Method of heating water with solar radiation | |
CN2451975Y (en) | Automatic tracking solar water heater | |
JP2011099665A (en) | Cold/warm water producing device | |
CN201569185U (en) | Novel solar energy heat collecting and storing device | |
CN112146290A (en) | Solar heating system based on automatic control and vertical solar device | |
CN208779735U (en) | A kind of solar thermal collection system passing light based on orientation | |
CN105823230A (en) | Solar heat collection and power generation automatic tracking control superconducting hot water system | |
RU2491482C2 (en) | System of solar hot water supply | |
JP5869284B2 (en) | Solar collector | |
Mawire | Solar thermal energy storage for solar cookers | |
US20220136738A1 (en) | Top-Surface-Cooled, Directly Irradiated Liquid Receiver For Concentrated Solar Power | |
CN104601085B (en) | A kind of photovoltaic-photo-thermal-thermoelectricity utilizes device with baking integral solar energy | |
CN207262735U (en) | A kind of light-collected solar water heater | |
CN201396956Y (en) | All-weather solar heating power generating device | |
JP2008185299A (en) | Heat collector | |
CN2480776Y (en) | Intermittence tracking type soalr energy steam and hot water generator | |
CN204460772U (en) | A kind of expanded function solar energy equipment |