ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
WATER HEATING PLANT

Изобретение относится к энергетике, а именно к комбинированным устройствам для горячего водоснабжения с использованием солнечной и ветровой энергии.
Известно устройство для горячего водоснабжения, 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 (Патент РФ на изобретение №2228492 "Устройство для горячего водоснабжения", опубликован 10.05.2004 г.).
Основным недостатком данного устройства является сложность конструкции.
Известна система солнечного горячего водоснабжения, содержащая бак-аккумулятор с патрубками для подачи холодной и забора горячей воды, соединенными с трубопроводами холодной и горячей воды, с размещенными в нижней части бака трубчатым электронагревателем (ТЭН) и теплообменником, подсоединенным к гелиоколлектору соединительным трубопроводом, принятая нами в качестве прототипа (Бастрон А.В. Теоретические модели поля солнечной радиации и результаты исследований солнечного водонагревателя в климатических условиях Красноярского края / А.В.Бастрон, А.А.Беляков, Е.М.Судаев // Вестник КрасГАУ, №4, 2008. - С.245-254. Рис.4).
Прототип имеет следующие недостатки:
1. При заливке бака-аккумулятора холодной водой или при необходимости использования горячей воды в утреннее время, когда температура воды в баке-аккумуляторе минимальна, даже при максимальной интенсивности солнечной радиации, достаточной для нагрева воды до требуемой температуры, вода, нагретая от теплообменника и поднимающаяся в верхнюю часть бака-аккумулятора за счет конвекции, смешивается с холодной водой. Таким образом, вместо того, чтобы получить пусть немного, но горячей воды, потребитель получает много, но теплой воды, несмотря на то, что патрубок для забора холодной воды расположен в верхней части бака-аккумулятора.
2. При нагреве воды в баке-аккумуляторе от ТЭНа картина аналогична вышеизложенному.
Технический результат - повышение надежности горячего водоснабжения при совместном применении гелио-, ветроустановок и электрической энергии от энергетического ввода, а также эффективности преобразования солнечной и ветровой энергии в тепловую.
Технический результат достигается тем, что водонагревательная установка содержит бак-аккумулятор с патрубками для подачи холодной и забора горячей воды, соединенные с трубопроводами холодной и горячей воды, с размещенными в нижней части бака трубчатыми электронагревателями (ТЭНами) и теплообменником, соединенным с гелиоколлектором, и снабжена двумя обечайками, при этом теплообменник установлен в первой обечайке, а ТЭНы установлены во второй обечайке, притом первая и вторая обечайки выполнены каждая в виде усеченного конуса, расположенного своим основанием в нижней части бака и соединенного усеченным верхом со своим полым цилиндром, выход каждого из которых, как и патрубок забора горячей воды, расположен в верхней части бака. ТЭНы выполнены в виде нескольких групп, каждая из которых подключена к разным источникам электропитания. Одна из групп ТЭН подключена к электрической сети энерговвода объекта теплоснабжения, а другая - к генератору ветроэлектрической станции.
По имеющимся у автора сведениям совокупность существенных признаков, характеризующих сущность заявленного изобретения, неизвестна из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного изобретения критерию "новизна".
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана принципиальная схема устройства.
Водонагревательная установка содержит бак-аккумулятор 1 с патрубком 2 для подачи холодной и патрубком 3 для забора горячей воды, которые соединены с трубопроводами холодной 4 и горячей 5 воды. В нижней части бака размещены трубчатые электронагреватели (ТЭНы) 6 и теплообменник 7, соединенный соединительным трубопроводом 8 с гелиоколлектором 9. Водонагревательная установка 1 снабжена двумя обечайками 10 и 11. Теплообменник 7 установлен в первой обечайке 10, а ТЭНы 6 установлены во второй обечайке 11. Первая 10 и вторая 11 обечайки выполнены в виде полого усеченного конуса (12 и 13 - соответственно), расположенного своим основанием в нижней части бака и соединенного усеченным верхом с полым цилиндром (14 и 15 - соответственно). Выходы полых цилиндров 14 и 15, как и патрубок забора горячей воды 3, расположены в верхней части бака 1. Верхнее отверстие первой обечайки 10 может быть снабжено биметаллической пластиной (не показана), выполняющей роль терморегулятора жидкости. ТЭНы 6 могут быть выполнены в виде нескольких групп, каждая из которых подключена к разным источникам электропитания, при этом одна из групп ТЭН 6 подключена к электрической сети энерговвода объекта теплоснабжения, а другая к генератору ветроэлектрической станции (не показан).
Водонагревательная установка работает следующим образом.
Холодная вода по трубопроводу холодной воды 4 через патрубок 2 поступает в бак-аккумулятор 1. Теплоноситель (антифриз, вода и т.п.), нагретый под действием солнечной радиации в геликоллекторе 9, за счет термосифонной циркуляции поступает по соединительному трубопроводу 8 в теплообменник 7 и возвращается в гелиоколлектор 9. Теплообменник 7 нагревает объем воды, ограниченный первой обечайкой 10. Под действием конвекции подогретая вода через полый цилиндр 14 подается в верхнюю зону бака-аккумулятора 1. Поддержание требуемой температуры нагреваемой воды независимо от интенсивности ее нагрева гелиоколлектором 9 может осуществляться за счет использования биметаллической пластины (не показана), выполняющей роль терморегулятора жидкости и установленной в верхнем отверстии обечайки 10. По мере необходимости, при открытии вентиля горячей воды горячая вода, забираемая из верхней зоны бака-аккумулятора патрубком 3 для забора горячей воды, подается потребителю. Аналогично происходит нагрев воды во второй обечайке 11: группа ТЭН 6, подключенная к генератору ветроэлектрической станции, или группа ТЭН 6, подключенная к электрической сети энерговвода объекта теплоснабжения, нагревает воду, которая подается через полый цилиндр 15 в верхнюю зону бака аккумулятора. Поддержание требуемой температуры нагреваемой воды независимо от интенсивности ее нагрева ТЭНами 6 может также осуществляться за счет использования биметаллической пластины (не показана), выполняющей роль терморегулятора жидкости и установленной в верхнем отверстии обечайки 11.
Таким образом, предлагаемая водонагревательная установка обеспечивает повышение надежности горячего водоснабжения при совместном применении гелио-, ветроустановок и электрической энергии от энергетического ввода, а также 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 водонагревательной установки может быть легко технически реализована при использовании солнечного коллектора «Сокол», ветроэнергетического комплекса ВП-3,72 и бака-аккумулятора Thermex-80 с теплообменником.