ГЕЛИОСИСТЕМА
HELIOSYSTEM

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах солнечного теплоснабжения.
Известна гелиосистема солнечного теплоснабжения [1], которая включает коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, и подключенный к последней оребренный конденсатор. Гелиосистема дополнительно содержит теплообменник и подсоединенный к нему с образованием замкнутого контура бак-аккумулятор, а коллектор снабжен установленной в жидкостной зоне трубкой с выведенным из коллектора нижним концом, подключенным при помощи трехходового вентиля к контуру между теплообменником и баком-аккумулятором, и подающим патрубком, связанным с выходами последних и расположенным в нижней части жидкостной зоны коллектора. Трубка имеет сверху открытый конец. На конденсаторе установлен клапан. Бак-аккумулятор имеет дополнительный теплообменник. Замкнутый контур и коллектор заполнены теплоносителем. Коллектор содержит отражатель солнечного излучения. Паровая зона сообщена с конденсатором патрубком.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, отбор тепла в жидкостной зоне и тепловые потери в паровой зоне в оребренном конденсаторе, низкая поглощающая поверхность солнечного излучения и теплообмена.
Наиболее близкой по технической сущности является гелиосистема [2] солнечного теплоснабжения, которая включает солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем с образованием замкнутого контура теплообменник потребителя и бак-аккумулятор. Гелиосистема выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом.
Недостатком этого устройства является плохой теплообмен контейнера с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и теплоносителем из-за маленькой поверхности их соприкосновения.
Задача изобретения - улучшение теплоснабжения зданий путем разработки эффективного устройства гелиосистемы.
Технический результат - повышение эффективности использования солнечной энергии и стабильности энергоснабжения, снижения тепловых потерь и энергозатрат.
Сущность изобретения заключается в том, что гелиосистема содержит солнечный коллектор, имеющий жидкостную и паровую зоны, соединенный трехходовым вентилем с образованием замкнутого контура теплообменник потребителя и бак-аккумулятор, гелиосистема выполнена из двух контуров, в первом контуре коллектор состоит из жидкостной и паровой емкостей с теплоизоляционным материалом снаружи, соединенных трубопроводами, в паровой емкости расположен теплообменник второго контура, а в жидкостной емкости, покрытой светопрозрачным материалом, контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом и крышка-отражатель, которая заполнена теплоизоляционным материалом, согласно изобретению контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом выполнен с увеличенной поверхностью теплообмена из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность.
На чертеже представлена принципиальная схема гелиосистемы.
Гелиосистема содержит жидкостную емкость 1 с прозрачным ограждением 2, заполненную низкокипящим теплоносителем 3, и паровую емкость 4 с теплоизоляционной крышкой 5 и теплообменником 6. Обе емкости соединены трубой 7 и переливной трубкой 8 для движения пара и сконденсировавшейся жидкости. В жидкостной емкости, которая имеет крышку-отражатель 9, имеется контейнер 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом, выполненный как оребренный теплообменник с увеличенной поверхностью теплообмена из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность. Жидкостная и паровая емкости снаружи покрыты теплоизоляционным материалом для снижения тепловых потерь (на схеме показан штриховкой). Теплообменник 6 с подающим 11 и обратным 12 трубопроводами соединен трехходовым вентилем 13 к теплообменникам 14 и баку-аккумулятору 15 и образует второй замкнутый контур с таким же теплоносителем (например, Фреоном-113).
Гелиосистема работает следующим образом.
Солнечное излучение, проходя через прозрачное ограждение 2, разогревает теплоноситель 3 в жидкостной емкости 1 солнечного коллектора. При этом происходит кипение теплоносителя в емкости 1 и трубе 7. Образовавшийся пар движется вверх по трубе и через узкую щель, как показано стрелками, проходит в паровую емкость 4, где теплоноситель конденсируется за счет теплообмена с теплоносителем второго контура в теплообменнике 6, и по переливной трубке 8 возвращается в испарительную жидкостную емкость 1. Крышка-отражатель 9 в открытом состоянии служит экраном для усиления и концентрирования солнечных лучей, а при отсутствии солнечного излучения - для снижения тепловых потерь.
Поскольку в жидкостной зоне имеется контейнер с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом 10, например с парафином, он превращает в пар теплоноситель 3 первого контура при отсутствии солнечного излучения за счет накопленной энергии. Конструкция контейнера 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом такова, что поверхность соприкосновения теплоносителя увеличена, что приводит к повышению эффективности теплопередачи от теплоаккумулирующего материала к теплоносителю при отсутствии солнечного излучения и в обратном направлении при наличии солнечного излучения. Кроме того, контейнер 10 с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом выполнен из материала, имеющего высокую удельную теплопроводность, например из композитных материалов с высокой теплопроводностью [3], что также повышает эффективность теплопередачи от теплоаккумулирующего материала к теплоносителю и обратно.
В первом контуре происходит естественная циркуляция теплоносителя, так как использован принцип тепловой трубы, где роль фитиля играет переливная трубка 8. А во втором контуре циркуляция происходит за счет разности давлений горячего и холодного теплоносителя. Теплоносителями обоих контуров могут быть низкокипящие жидкости, например Фреон-113, водоаммиачный раствор и т.д.
Поворотом трехходового вентиля 13 теплоноситель подается к теплообменникам 14 для обогрева помещений или в теплообменник в баке-аккумуляторе 15, как в прототипе.
При отсутствии солнечного излучения (в ночное время и пасмурные дни) передача тепла обогреваемому объекту осуществляется не только от контейнера с фазопереходным теплоаккумулирующим материалом через теплоноситель первого контура, но и от бака-аккумулятора 15 во втором контуре, при котором трехходовой вентиль 13 устанавливают в положение, при котором отсутствует циркуляция теплоносителя через теплообменник 6.
Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными решениями имеет следующее преимущество - повышается степень использования возобновляемых источников энергии за счет повышения эффективности теплопередачи от теплоаккумулирующего материала к теплоносителю при отсутствии солнечного излучения и в обратном направлении при наличии солнечного излучения.
Источники информации
1. Л.Л. Васильев, М.И. Рабецкий, Л.П. Гракович, В.М. Богданов. «Гелиосистема», авторское свидетельство СССР №1347636, F24J 2/04, бюл. №15, 1989 (Аналог).
2. Патент РФ №2312276 С1, кл. F24J 2/32. Опубликовано: 10.12.2007 (Прототип).
3. Патент РФ №2270821 С2, кл. С04B 35/528. Опубликовано: 20.11.2004.