Устройство для нагревания жидкости солнечной энергией
APPARATUS FOR HEATING A LIQUID WITH SOLAR POWER

Изобретение относится к гелиоэнергетике и может быть применено для преобразования солнечной энергии в тепловую путем нагрева жидкости (воды), которая может использоваться для выработки электрической энергии или для теплоснабжения жилищ
Известен солнечный водонагреватель в виде призмы, содержащий аккумулирующую емкость с лицевой наклонной поглощающей поверхностью и тыльной теплоизоляцией, отличающийся тем, что за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью (Патент на изобретение РФ №2078290, F24J 2/24, 2001)
Недостаток аналога - плоская теплопоглощающая поверхность требует больших площадей, и устройство не работает в ночное время суток.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство для нагревания жидкости солнечной энергией, содержащее станину, протяженную линзу, имеющую овальное поперечное сечение, теплопоглощающий элемент, трубопроводы, сообщающиеся с системой подачи и удаления жидкости, причем линза и теплопоглощающие элементы свернуты в спираль и закреплены на поворотной штанге с опорой на станину (Патент на изобретение РФ №2379597, F24J 2/24, 2/08, 2010).
Недостаток прототипа - сложная конструкция, так как линза и теплопоглощающие элементы свернуты в спираль и не работает в ночное время суток.
Из анализа известных аналогичных технических решений выявлено, что технической проблемой в данной области является необходимость расширения арсенала средств для нагревания жидкости солнечной энергией.
Техническим результатом заявляемого устройства является упрощение конструкции теплопоглощающего элемента и повышение его теплоотдачи, что позволяет эксплуатировать устройство в ночное время суток
Для достижения указанного технического результата в устройстве для нагревания жидкости солнечной энергией, содержащей станину, теплопоглощающий элемент, трубопроводы, сообщающиеся с системой подачи и удаления жидкости, причем оно снабжено сухой камерой, выполненной в виде цилиндра, оборудованного концентратором солнечного излучения в виде систем зеркал, теплопоглощающий элемент выполнен в виде замкнутой круговой винтовой трубы прямоугольного поперечного сечения с закруткой стенки на 360° и размещен на станине в сухой камере.
Кроме того, заявляемое техническое решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, а именно:
-стороны прямоугольного поперечного сечения относятся как 1 к 2.
- теплопоглощающий элемент изготовлен, например, из дюралюминия и окрашен в черный цвет;
- сухая камера размещена ниже уровня поверхности земли.
Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что оно снабжено сухой камерой, выполненной в виде цилиндра, оборудованного концентратором солнечного излучения в виде систем зеркал, теплопоглощающий элемент выполнен в виде замкнутой круговой винтовой трубы прямоугольного поперечного сечения с закруткой стенки на 360° и размещен на станине в сухой камере.
Благодаря наличию этих признаков применение этого устройства позволит упростить конструкцию теплопоглощающего элемента и получать горячую воду в ночное время суток.
Предлагаемое устройство для нагревания жидкости солнечной энергией иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 показано устройство для нагревания жидкости солнечной энергией (план).
На фиг.2 - продольный разрез А-А устройство для нагревания жидкости солнечной энергией.
На фиг.3 - теплопоглощающий элемент (план).
На фиг.4 - вид Б теплопоглощающего элемента.
На фиг.5 - вид В теплопоглощающего элемента.
На фиг.6 - поперечное сечение Г-Г теплопоглощающего элемента.
На фиг.7 - поперечное сечение Д-Д теплопоглощающего элемента.
На фиг.8 - продольный разрез Е-Е теплопоглощающего элемента.
На фиг.9 - вертикальный разрез Ж-Ж дефлектора.
Устройство для нагревания жидкости солнечной энергией содержит: задвижку 1, дефлектор 2, концентратор солнечного излучения 3 в виде систем зеркал, рельсовый путь 4, сухую камеру 5, теплопоглощающий элемент 6 диаметра D, теплоизоляцию 7, мокрую камеру 8, выпускной воздушный клапан 9, задвижку 10, насос 11, задвижку 12, напорную трубу 13, воздуховод 14, станину 15, прозрачную пленку 16, отводную трубу 17, тэн 18, всасывающую трубу 19, напорный трубопровод 20, трубу Вентури 21, сопло 22, подшипниковый узел 23, цилиндр 24, флюгер-пластину 25, окно 26 (фиг.1-9).
Устройство для нагревания жидкости солнечной энергией работает следующим образом.
При открытой задвижке 1 холодная вода по напорной трубе 13 поступает в полость теплопоглощающего элемента 6 на станине 15, поверхность которого разогрета через прозрачную пленку 16 солнечными лучами от концентратора солнечного излучения 3, который перемещается по рельсовому пути 4 (по периметру сухой камеры 5) от механизма вращения и системы слежения за Солнцем (фиг.1 и 2). Холодная вода поступает в трубу Вентури 21 скорость ее резко увеличивается в горловине, а давление падает до вакуума. В эту зону пониженного давления от дефлектора 2, цилиндр 24 которого вращается вокруг вертикальной оси в подшипниковом узле 23, а флюгер-пластина 25 ориентирована по ветру, в окно 26 подсасывается атмосферный воздух по воздуховоду 14 (фиг.3, 4, 5, 6, 7, 8 и 9). Эффект подсасывания увеличивается за счет обтекания цилиндра 24 ветром (в зоне окна 26 имеет место пониженное давление) и за счет пониженного давления в зоне сопла 22. За соплом 22 происходит турбулентное перемешивание воздуха с холодной водой. Водовоздушная смесь продвигается по винтовой трубе, поглощает тепло от ее стенки и нагревается. Часть воды может циркулировать по замкнутому пути в полости винтовой трубы за счет подсоса ее трубой Вентури 21. Эффективному процессу отбора тепла способствуют четыре фактора: большая площадь поверхности винтовой трубы (сечение 2а×а, где а - сторона стенки), значительная длина винтовой трубы, материал винтовой трубы - дюралюминий, который хорошо отдает тепло воде, турбулентное перемешивание воды с воздухом. Для лучшего тепловосприятия (исключить отражение) лучей Солнца винтовую трубу следует покрасить в черный цвет. Горячая вода с паром поступает в отводную трубу 17 и накапливается в мокрой камере 8 с теплоизоляцией 7, в которой долгое время может поддерживаться ее температура. Размещение сухой 5 и мокрой 8 камер ниже уровня поверхности земли позволяет рационально поддерживать в них температурный режим. Пар поднимается вверх и накапливается в зоне выпускного воздушного клапана 9. Когда давление пара превысит атмосферное давление, клапан 9 открывается и воздух - пар выходит в атмосферу, после чего клапан 9 автоматически (пружина не показана на фиг.2) закрывается. Процесс подачи горячей воды потребителю начинается с открытия задвижки 10 на всасывающей трубе 19 и задвижки 12 на напорном трубопроводе 20 при работе насоса 11. В ночное время работа устройства может осуществляться двумя способами: если запас горячей воды большой, а потребность в ней незначительна, то подача ее производится из мокрой камеры; если потребность превышает запас, то устройство работает (без нагрева винтовой трубы лучами Солнца), а нагрев воды производится путем подключения тэнов 18 к электрической сети, так как в ночное время спрос на электрический ток снижен.
По сравнению с прототипом использование предложенного устройства для нагревания жидкости солнечной энергией позволит упростить конструкцию теплопоглощающего элемента и повысить его теплоотдачу, а также эксплуатировать устройство в ночное время суток.