СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
SYSTEM OF SOLAR HOT WATER SUPPLY

Изобретение относится к энергетике, а именно к устройствам для горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии с дублированием от источника электрической энергии (ветроэлектрической станции, электрического ввода и т.п.).
Известно устройство для горячего водоснабжения [1], содержащее солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней секции которого расположен дополнительный нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом, средняя секция бака-аккумулятора снабжена нагревателем, электрически связанным с ветроэлектроагрегатом, теплообменником, связанным с дублирующим источником энергии, и теплообменником, вход которого связан с выходом солнечного коллектора через трехходовой клапан, а выход - с входом дополнительного теплообменника, расположенного в нижней секции бака-аккумулятора и своим выходом связанного с входом солнечного коллектора через обратный клапан, причем вход дополнительного теплообменника соединен перемычкой с трехходовым клапаном, а также введены насос для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора в его среднюю секцию и насос для перекачивания воды из нижней секции бака-аккумулятора в его среднюю (или верхнюю) секцию через трехходовой клапан, установленный на нагнетательном патрубке этого насоса.
Основным недостатком данного устройства является сложность конструкции.
Известна конструкция солнечного коллектора [2], включающая корпус коллектора с теплообменным каналом, вакуумные тепловые трубы, селективное покрытие, пробки, тепловые стержни с испарителями и поглощающими пластинами, принятая нами за прототип.
Испарители тепловых стержней в указанной конструкции снабжены уплотнителями и стойками из материала, не проводящего тепло, на которых закреплены рычаги и шарнирно связанная с ними тяга, приводимая в действие приводом, причем на одну поверхность поглощающей пластины нанесено селективное покрытие, а на противолежащую поверхность нанесено светоотражающее покрытие, а между поглощающими пластинами и тепловым стержнем нанесен слой теплопроводной пасты.
Прототип имеет существенный недостаток, а именно, предложенная конструкция является, по сути, проточным солнечным водонагревателем, поэтому температура теплоносителя, проходящего через теплообменный канал, будет зависеть не только от интенсивности солнечной радиации и поглощательной способности поглощающей солнечную радиацию пластины, но от температуры и скорости течения теплоносителя. Следовательно, при высокой интенсивности солнечной радиации и малом расходе теплоносителя тепловые стержни могут нагреть теплоноситель до кипения, что недопустимо, и, наоборот, при низкой интенсивности солнечной радиации и большом расходе теплоносителя тепловые стержни не обеспечат нагрев теплоносителя до требуемой температуры.
Техническим результатом предложенной нами конструкции ССГВ с вакуумированным трубчатым солнечным коллектором является повышение надежности (бесперебойности) горячего водоснабжения при совместном применении гелио-, ветроустановок и электрической энергии от энергетического ввода, а также повышение эффективности преобразования солнечной и ветровой энергии в тепловую.
Технический результат достигается тем, что в системе солнечного горячего водоснабжения, включающей солнечный коллектор из вакуумированных трубок, теплоотводящие концы которых расположены в термоизолированной емкости с подводящим, для холодной воды и отводящим, для горячей воды, патрубками, указанная емкость выполнена в виде бака-аккумулятора, снабженного устройством для сбора горячей воды, выполненном в виде плавающей платформы, нижняя поверхность которой выполнена конусообразно, с отверстием посередине, в которое установлено водозаборное устройство, в нижней части которого установлен ТЭН, над которым выполнено отверстие, при этом водозаборное устройство соединено гофрированным шлангом с патрубком горячей воды, соединенным через нагнетательный насос с трубопроводом горячей воды.
По имеющимся у авторов сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявленного изобретения, не известна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию «новизна».
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства.
Система солнечного горячего водоснабжения устроена следующим образом. Холодная вода по трубопроводу через патрубки 1 поступает в бак-аккумулятор 2 (фиг.1). Для снижения потерь тепловой энергии бак имеет термоизоляцию 3. Солнечная радиация, поступающая на поверхность стеклянной вакуумированной тепловой трубки с теплопроводящим стержнем 4, частично отражается от стекла, частично поглощается стеклом. Большая часть, за счет цилиндрической формы стеклянной трубки, фокусируется на поверхности селективного покрытия, расположенного на внешней поверхности теплопроводящего стержня, независимо от положения Солнца на горизонте. Часть солнечной энергии отражается от селективного покрытия и теряется через стекло и вакуум. Солнечная радиация, преобразованная в тепловую энергию, нагревает холодную воду в нижней части бака-аккумулятора 2. Бак снабжен устройством для сбора горячей воды, выполненным в виде плавающей платформы 5 (например, из пенопласта). Нижняя поверхность платформы 5 выполнена конусообразно, с отверстием посередине, в которое установлено водозаборное устройство 6. В нижней части водозаборного устройства установлены ТЭНы 7. Над ТЭНами 7 выполнено отверстие 8. Водозаборное устройство 6 соединено гофрированным шлангом 9 с патрубком горячей воды 10, соединенным через нагнетательный насос 11 с трубопроводом горячей воды 12. ТЭНы 7 могут быть выполнены в виде нескольких групп, каждая из которых подключена к разным источникам электропитания, при этом одна из групп ТЭН 7 подключена к электрической сети энерговвода объекта горячего водоснабжения, а другая к генератору ветроэлектрической станции (не показана).
Система солнечного горячего водоснабжения работает следующим образом.
В первоначальный момент (раннее утро), когда горячая вода израсходована, устанавливается (например, контроллером) необходимый минимальный уровень воды в баке путем открытия электромагнитного клапана (не показан) на трубопроводе холодной воды. Платформа 5 опирается на опоры и холодная вода через два патрубка 1 (слева и справа), поступая в бак, омывает горячие концы теплопроводящих стержней тепловых трубок 4. Нагреваясь, горячая вода за счет конвекции поднимается вверх и через отверстие 8 в водозаборном устройстве 6 растекается в верхнем слое, обеспечивая постоянную конвекцию воды в водонагревателе. По мере нагрева воды в баке 2, интенсивность нагрева теплопроводящими стержнями падает, тогда, при заданной температуре, уровень воды, открытием клапана, повышают до следующей отметки. Платформа 5 всплывает. Плавучесть ее рассчитана таким образом, чтобы ТЭНы 7 и отверстие 8 находились в воде. Потребитель открывает кран горячей воды, контроллером включается нагнетательный насос 11, верхний, наиболее горячий слой воды, подается через отверстие 8 и гофрированный шланг 9 потребителю. По мере расхода горячей воды платформа 5 опускается. При достижении минимального уровня (платформа упирается опорами в дно бака), через электромагнитный клапан и патрубки 1, в бак-аккумулятор 2 вновь подается холодная вода. Если потребитель по-прежнему нуждается в горячей воде, а солнечной энергии недостаточно для интенсивного нагрева воды (температура воды ниже заданной), контроллер информирует потребителя и по его команде (или заблаговременного разрешения) включаются ТЭН 7.
Установка ТЭН 7 на плавающей платформе 5 позволяет повысить эффективность нагрева воды за счет того, что ТЭНы подогревают предварительно нагретую солнечной энергией воду. ТЭНы, как отмечалось ранее, могут быть также подключены к ветроэлектрической станции соответствующей мощности.
Таким образом, предлагаемая система солнечного горячего водоснабжения обеспечивает повышение надежности горячего водоснабжения при совместном применении гелио-, ветроустановок и электрической энергии от энергетического ввода и эффективности преобразования солнечной и ветровой энергии в тепловую, а также повышение потребительских свойств водонагревателя за счет того, что независимо от вида источника энергообеспечения и интенсивности его работы потребителю всегда поступает горячая вода с максимально возможной в данный момент температурой.
Предлагаемая конструкция системы солнечного горячего водоснабжения может быть легко технически реализована при использовании солнечного водонагревателя НМ-16х18/58 с вакуумированными трубками и ветроэнергетического комплекса ВП-3,72.
Источники информации
1. Патент RU 2228492, F24D 17/00. Устройство для горячего водоснабжения. Опубликовано: 10.05.2004. Бюл. №13.
2. Патент RU 94316, F24J 2/05. Панель солнечного коллектора. Опубликовано: 20.05.2010. Бюл. №14.