RU9937U1 - Гелеоводонагревательная установка - Google Patents

Abstract

Гелиоводонагревательная установка с естественной циркуляцией, содержащая солнечный коллектор и сообщенный с ним посредством прямого и обратного трубопроводов бак-аккумулятор, выполненный из двух емкостей, сообщающихся между собой непосредственно в баке-аккумуляторе при помощи патрубка, а в его нижней части - смесителем, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена перепускным циркуляционным контуром, образованным трубопроводом, один конец которого входным сечением установлен навстречу потоку в прямом трубопроводе непосредственно на его выходе из солнечного коллектора, а другой его конец установлен в обратном трубопроводе выходным сечением по ходу потока непосредственно на входе последнего в солнечный коллектор, причем в емкости, к которой подключен прямой трубопровод, труба отбора горячей воды в смеситель выполнена по высоте не ниже высоты установки патрубка, сообщающего обе емкости бака-аккумулятора, и снабжена по высоте отверстиями с невозвратными клапанами, установленными с внутренней стороны этой трубы.

Description

ГЕЛИОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к области гелиотехники, в частности, к гелиосистемам теплого и горячего водоснабжения преимущественно для индивидуальных потребителей в условиях отдаленных районов и в экспедиционных условиях.

Известна солнечная водонагревательная установка с естественной циркуляцией 1. Известная установка содержит солнечный коллектор и бакаккумулятор, сообщенные между собой при помощи прямого и обратного патрубков. Теплоноситель (далее - вода), нагреваясь в солнечном коллекторе, поднимается по прямому патрубку и поступает в бак-аккумулятор, а на его место в солнечный коллектор по обратному патрубку из нижней части бакааккумулятора поступает холодная вода.

Известна также гелиоустановка с естественной циркуляцией 2 для обеспечения горячего водоснабжения в отдаленных районах страны и в экспедиционных условиях. Известная гелиоустановка содержит солнечный коллектор и сообщенный с ним посредством прямого и обратного трубопроводов бакаккумулятор, выполненный из двух емкостей, сообщающихся между собой непосредственно в баке-аккумуляторе при помощи патрубка, а в его нижней части - смесителем. В данной гелиоустановке вода по мере нагрева в каналах солнечного коллектора поступает по прямому трубопроводу в верхнюю часть емкости бака-аккумулятора, к которой подключен прямой трубопровод. По мере нагрева воды в данной емкости происходит перетекание нагретой воды через сообщающий патрубок в баке-аккумуляторе в другую его емкость, где и

МПК 6 F 24 I 2/42

собирается в верхней части. Таким образом, в первой емкости бакааккумулятора находится только нагретая вода, а в другой его емкости - нагретая сверху и холодная снизу, а в каналы солнечного коллектора поступает только холодная вода.

Данная гелиоустановка для обеспечения горячего водоснабжения по функциональному назначению, по своей технической сущности и по достигаемому техническому результату наиболее близка к заявленной гелиоводонагревательной установке.

Обе известные гелиоводонагревательные установки имеют общие недостатки, снижающие эффективность работы их солнечных коллекторов и потребительские свойства используемой воды, а следовательно - снижающие коэффициент полезного действия (КПД) установки в целом.

Общеизвестно, что обе известные гелиоводонагревательные установки не имеют средств для повышения скорости циркуляции воды. Скорость естественной циркуляции воды в таких гелиоводонагревательных установках, а следовательно и в солнечном коллекторе, зависит от разности температур воды в прямом и обратном трубопроводе и, как правило, невелика. Малые же скорости циркуляции воды в известных гелиоводонагревательных установках не обеспечивают высокий коэффициент теплопередачи в их солнечных коллекторах, а это, в свою очередь, снижает КПД известных установок. Кроме того, в известных гелиоводонагревательных установках температура воды на выходе из солнечного коллектора повышается постепенно с утра в течение дня. Поэтому в утренние часы, несмотря на то, что гелиоводонагревательная установка уже работает и нагревает воду, температура воды в этот период все еще недостаточна для 1 непосредственного и полноценного использования (мытья, стирки, отопления и т.д.). Это снижает, особенно в утренние часы потребительские свойства воды, получаемой из известных гелиоводонагревательных установок. К недостатку известных водонагревательных гелиоустановок следует отнести также и то, что отбор горячей воды из бака-аккумулятора не на всех режимах работы производится из наиболее горячих в данный момент слоев воды в баке.

Это обстоятельство также снижает эффективность известных гелиоводоподогревательных установок.

В основу полезной модели поставлена задача разработать более эффективно работающую гелиоводонагревательную установку с лучшими потребительскими свойствами используемой воды путем включения в систему естественной циркуляции воды средства для повышения скорости ее циркуляции, а также организации постоянного отбора используемой воды из бака-аккумулятора из наиболее горячих слоев воды.

Поставленная задача решается тем, что в гелиоводонагревательной установке с естественной циркуляцией, содержащей солнечный коллектор и сообщенный с ним посредством прямого и обратного трубопроводов бак-аккумулятор, выполненный из двух емкостей, сообщающихся между собой непосредственно в баке-аккумуляторе при помощи патрубка, а в его нижней части - смесителем, установка дополнительно снабжена перепускным циркуляционным контуром, образованным трубопроводом, один конец которого входным сечением установлен навстречу потоку в прямом трубопроводе непосредственно на его выходе из солнечного коллектора, а другой его конец установлен в обратном трубопроводе выходным сечением по ходу потока непосредственно на входе последнего в солнечный коллектор, причем в емкости, к которой подключен прямой

трубопровод, труба отбора горячей воды в смеситель выполнена по высоте не ниже высоты установки патрубка, сообщающего обе емкости бака-аккумулятора, и снабжена по высоте отверстиями с невозвратными клапанами, установленными с внутренней стороны этой трубы.

В заявленной гелиоводонагревательной установке с естественной циркуляцией общими существенными признаками для нее и для ее прототипа являются:

-наличие солнечного коллектора и сообщенного с ним посредством прямого и обратного трубопроводов бака-аккумулятора;

-выполнение бака-аккумулятора из двух емкостей, сообщающихся между собой непосредственно в баке-аккумуляторе при помощи патрубка, а в его нижней части - смесителем.

Сопоставительный анализ заявленной гелиоводонагревательной установки и прототипа показывает, что первая имеет, в отличие от прототипа, следующие существенные признаки:

-установка дополнительно снабжена перепускным циркуляционным контуром;

-перепускной циркуляционный контур образован трубопроводом, один конец которого входным сечением установлен навстречу потоку в прямом трубопроводе непосредственно на его выходе из солнечного коллектора,а другой его конец установлен в обратном трубопроводе выходным сечением по ходу потока непосредственно на входе последнего в солнечный коллектор;

-в емкости бака-аккумулятора, к которой подключен прямой трубопровод, труба отбора воды в смеситель выполнена по высоте не ниже высоты установки патрубка, сообщающего обе емкости бака-аккумулятора;

- труба отбора горячей воды из бака-аккумулятора в смеситель снабжена по высоте отверстиями, снабженными невозвратными клапанами, установленными с внутренней стороны этой трубы.

Данная совокупность известных и отличительных признаков обеспечивает получение технического результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Установка в гелиоводонагревательной установке перепускного циркуляционного контура позволила увеличить разность температур горячей и холодной воды в прямом и обратном трубопроводах, особенно в утренние часы, и за счет этого увеличить скорость циркуляции воды в солнечном коллекторе и теплопередачу в нем. Это позволило повысить эффективность работы гелиоводонагревательной установки в целом, т.е. его КПД.

Предлагаемая конструкция трубы отбора горячей воды из бакааккумулятора обеспечивает постоянный отбор горячей воды из верхних, наиболее горячих слоев воды в баке при любом уровне воды в нем.

На основании изложенного можно заключить, что все существенные признаки, характеризующие заявленную полезную модель, имеют причинно следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. обеспечивают получение технического результат во всех случаях, на которые распространяются испрашиваемый объем правовой защиты гелиоводонагревательной установки с естественной циркуляцией. Благодаря данной совокупности существенных признаков стало возможным рещить поставленную задачу.

Следовательно, заявленная гелиоводонагревательная установка является новой, так как явным образом не следует из уровня техники.

Гелиоводонагревательная установка содержит солнечный коллектор 1 и бак-аккумулятор 2, сообщенные между собой посредством прямого трубопровода 3 и обратного трубопровода 4. Установка снабжена дополнительным перепускным циркуляционным контуром, образованным солнечным коллектором 1 и трубопроводом 5, один конец которого входным сечением 6 установлен навстречу потоку в прямом трубопроводе 3 непосредственно на его выходе из солнечного коллектора 1, а другой его конец установлен в обратном трубопроводе 4 выходным сечением 7 по ходу потока непосредственно на входе последнего в солнечный коллектор 1.

На выходном сечении 7 трубопровода 4 установлен невозвратный клапан 8, открывающийся по ходу направления потока воды в трубопроводе 5 в сторону солнечного коллектора 1. Назначение клапана 8 - предотвратить обратную циркуляцию воды в перепускном циркуляционном контуре преимущественно в ночное время, когда солнечный коллектор 1 охлаждается более интенсивно, чем трубопровод 5.

Бак-аккумулятор 2 разделен перегородкой 9 на две емкости 10 и 11, сообщающиеся между собой внутри бака-аккумулятора 2 при помощи патрубка 12. В нижней части бака-аккумулятора 2 установлен смеситель, выполненный из сообщающихся между собой посредством запорных вентилей трубы 13 отбора горячей воды из емкости 10 и трубы 14 отбора холодной воды из емкости 11. Труба 13 отбора горячей воды из емкости 10 выполнена по высоте не ниже высоты установки конца патрубка 12 в емкости 11. Кроме того, труба 13 снабжена по высоте, внутри емкости 10, отверстиями 15 с невозвратными клапанами 16, причем последние установлены с внутренней стороны трубы 13 и открываются только внутрь этой трубы.

Гелиоводонагревательная установка работает следующим образом. Полностью смонтированная гел и ов о до нагревательная установка заполняются холодной водой. Под воздействием солнечной радиации холодная вода в солнечном коллекторе 1 нагревается и по прямому трубопроводу 3 поступает в бакаккумулятор 2, а именно в его емкость 10. По мере нагрева воды в данной емкости происходит перетекание нагретой воды через патрубок 12 в бакеаккумуляторе 2 в другую его емкость 11, где и собираются в верхней ее части. Таким образом, в емкости 10 бака-аккумулятора 2 находится только нагретая вода, а в другой его емкости 11 - нагретая вверху и холодная внизу. На место нагретой воды в солнечный коллектор 1 по обратному трубопроводу 4 из нижней части емкости 11 бака-аккумулятора 2 поступает только холодная вода. Таким образом совершается естественная циркуляция воды в основном контуре гелиоводонагревательной установки.

Одновременно, часть нагретой воды из солнечного коллектора 1 под воздействием гидродинамического напора в прямом трубопроводе 3 поступает в трубопровод 5 через его входное сечение 6. Под воздействием гидродинамического напора потока нагретой воды в трубопроводе 5 на его выходном сечении 7 открывается невозвратный клапан 8. Нагретая вода, под воздействием названного напора и разрежения на выходном сечении 7, вызванного обтеканием этого сечения попутным потоком холодной воды, поступающей в обратный трубопровод 4 из бака-аккумулятора 2, поступает в трубопровод 4 и смешивается с холодной водой. Вследствие разбавления холодной воды в трубопроводе 4 подогретой водой из трубопровода 5 в солнечный коллектор 1 поступает вода с более высокой температурой и далее цикл повторяется. Таким образом осуществляется рабрта перепускного циркуляционного контура в качестве средства для повышения коэффициента теплопередачи в солнечном коллекторе 1, а следовательно и КПД всей установки, за счет ускоренного повышения разности температур воды в прямом и обратном трубопроводах и увеличения скорости естественной циркуляции воды в основном контуре.

Отбор горячей воды для потребления осуществляется из емкости 10 бакааккумулятора 2. Первоначально отбор горячей воды осуществляют через верхнее сечение трубы 13 из верхних наиболее нагретых слоев, при этом невозвратные клапаны 16 закрыты. По мере снижения уровня горячей воды в емкости 10 под давлением воды последовательно открываются невозвратные клапаны 16 и горячая вода через отверстия 15 поступает внутрь трубы 13. Если из трубы 13 течет очень горячая вода то ее смешивают с холодной водой из нижней части емкости 11 через трубу 14, открыв для этого запорный вентиль. Таким образом конструктивные особенности выполнения бака-аккумулятора позволили организовать постоянный отбор горячей воды из наиболее горячих слоев воды в баке-аккумуляторе и тем самым повысить потребительские свойства воды.

Источники информации, принятые во внимание:

1.Байрамов Р.Б., Ушакова А.Д. Солнечные водонагревательные установки. Ашхабад: БТлым, 1987, с. 125, рис.3.9.

2. Гелиоустановка. А.С. № 1330417, 1986 г. БИ № 30 15.08.87 г. Авторы: Аверьянов В.К., Еркович B.C. и др. (прототип).

Claims (1)

1. Гелиоводонагревательная установка с естественной циркуляцией, содержащая солнечный коллектор и сообщенный с ним посредством прямого и обратного трубопроводов бак-аккумулятор, выполненный из двух емкостей, сообщающихся между собой непосредственно в баке-аккумуляторе при помощи патрубка, а в его нижней части - смесителем, отличающаяся тем, что установка дополнительно снабжена перепускным циркуляционным контуром, образованным трубопроводом, один конец которого входным сечением установлен навстречу потоку в прямом трубопроводе непосредственно на его выходе из солнечного коллектора, а другой его конец установлен в обратном трубопроводе выходным сечением по ходу потока непосредственно на входе последнего в солнечный коллектор, причем в емкости, к которой подключен прямой трубопровод, труба отбора горячей воды в смеситель выполнена по высоте не ниже высоты установки патрубка, сообщающего обе емкости бака-аккумулятора, и снабжена по высоте отверстиями с невозвратными клапанами, установленными с внутренней стороны этой трубы.