КОМБИНИРОВАННАЯ ГЕЛИОКОЛЛЕКТОРНАЯ УСТАНОВКА
COMBINED SOLAR COLLECTOR INSTALLATION

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к гелиосистемам, и может быть использовано для снабжения электроэнергией и горячей водой бытовых и производственных помещений, частных домов, объектов отдыха, сельскохозяйственных предприятий и т.д.
Известен, солнечный коллектор (Патент №112364 от 10.01.2012 г.), содержащий корпус с прозрачным остеклением и теплоизоляцией, лучепоглощающий лист и ряд нагревательных труб, соединенных между собой входными и выходными коллекторными трубками для подвода и отвода теплоносителя, и отражающую поверхность внутри корпуса, отличающийся тем, что теплоизоляция выполнена из материала, обладающего коэффициентом теплопроводности не более 0,036 Вт/м2⋅°С, корпус коллектора выполнен из материала с коэффициентом теплопроводности не более 0,15 Вт/м2⋅°С, нагревательные трубы коллектора выполнены в виде змеевика с радиусом калача, равным от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, и расстояние между калачами змеевика равно от 3 до 10 диаметров нагревательных труб, при этом один калач змеевика плавно переходит в другой, а отражающая поверхность нанесена на всю внутреннюю поверхность корпуса устройства и на лицевую сторону утеплителя.
Известна гелиоустановка горячего водоснабжения (Патент №61016 от 10.02.2007 г.), содержащая соединенные трубопроводами в замкнутый контур солнечный коллектор и змеевик теплоаккумулятора, полость которого подключена к расходной емкости холодной воды и потребителю. При этом теплоаккумулятор установлен над солнечным коллектором на расстоянии более 600 мм по вертикали.
Гелиоустановка горячего водоснабжения (Патент №109277 от 10.10.2011 г.) содержащая солнечную батарею, которая включает, по меньшей мере, один солнечный тепловой коллектор, снабженный тепловым датчиком, бак аккумулятор, содержащий теплообменник, соединенный через трубопровод подачи теплоносителя в солнечную батарею и трубопровод отвода теплоносителя из солнечной батареи, снабженный насосом, с солнечным тепловым коллектором, трубопровод подачи холодной воды, трубопровод отвода горячей воды к потребителю, программное электронное устройство, обеспечивающее управление тепловыми датчиками, электродвигателем насоса и запорными устройствами, отличающаяся тем, что она снабжена баком бойлером, внутри которого один под другим размещены два теплообменника, нижний из которых через введенные в трубопроводы подачи теплоносителя в солнечную батарею и отвода теплоносителя из солнечной батареи трехходовые краны связан с теплообменником в баке аккумуляторе и с солнечным тепловым коллектором, верхний через введенный трехходовой кран с сервоприводом подсоединен к трубопроводу центральной системы горячего водоснабжения здания или центральной отопительной системы здания, кроме того, в нижней части бака бойлера установлен ТЭН, включающийся в работу при невозможности подачи в верхний теплообменник горячей воды из центральной системы горячего водоснабжения здания или центральной отопительной системы здания.
Недостатками известных устройств являются недостаточные функциональные возможности, низкая производительность и прочность конструкций.
Задачей изобретения является совершенствование гелиоустановки горячего водоснабжения с целью повышения эффективности ее работы.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей гелиоколлекторной установки, увеличение ее производительности, надежности, безопасности, а также повышение прочности конструкции.
Технический результат достигается тем, что комбинированная гелиоколлекторная установка содержит корпус с крышкой, прозрачное покрытие, теплоизолирующий слой, защитный кожух, расположенные в корпусе солнечную инфракрасную батарею с рамой, солнечный коллектор, состоящий из двух модулей, первый из которых расположен непосредственно под солнечной инфракрасной батареей, и представляет собой систему горизонтально ориентированных перегородок, расположенных на расстоянии 200 мм друг от друга, а второй, содержащий змеевиковый теплообменник, выполненный из теплообменного материала, с диаметром труб от 16 до 20 мм, расположенных на расстоянии от 150 до 200 мм параллельно друг другу и полость для его размещения, под прозрачным покрытием, теплообменный бак, инвертор, насосную группу, первый и второй метрологические комплексы, трубопровод подачи холодной воды в теплообменный бак, трубопровод отвода горячей воды к системе горячего водоснабжения из теплообменного бака.
В период высоких температур по змеевиковому теплообменнику второго модуля солнечного коллектора для предотвращения перегрева теплоносителя пропускают холодную воду. При этом предусмотрен трубопровод для подачи холодной воды и отвода горячей воды после охлаждения теплоносителя к системе горячего водоснабжения из змеевикового теплообменника.
Использование солнечной инфракрасной батареи позволяет расширить функциональные возможности устройства и увеличить эффективность его работы за счет генерирования электричества не только от видимой части солнечного спектра, но и от инфракрасной области.
Выполнение солнечного коллектора из двух соединенных между собой модулей, первый из которых представляет собой систему горизонтально ориентированных перегородок, обуславливает повышение эффективности работы установки за счет равномерного распределения теплоносителя по всей полости, что в свою очередь приводит к увеличению теплосъема с солнечной инфракрасной батареи и снижение гидравлического сопротивления, ее своевременному охлаждению и преобразованию большего количества солнечной энергии в тепловую.
Наличие второго теплового модуля солнечного коллектора, включающего змеевиковый теплообменник, находящийся только под прозрачным покрытием, нагрев теплоносителя в котором осуществляется непосредственно прямыми солнечными лучами, помогает значительно повысить производительность установки за счет увеличения температуры теплоносителя от прямых солнечных лучей, а также увеличения теплосъема с солнечной инфракрасной батареи.
В период высоких температур по змеевиковому теплообменнику второго модуля солнечного коллектора для предотвращения перегрева теплоносителя пропускают холодную воду. При этом предусмотрен трубопровод для подачи холодной воды и отвода горячей воды после охлаждения теплоносителя к системе горячего водоснабжения из змеевикового теплообменника, что позволяет предотвратить возникновение аварийных ситуаций, повысить надежность и стабильность работы установки.
В связи с тем, что первый и второй модули солнечного коллектора имеют разную площадь сечения труб, на границе перехода теплоносителя из труб первого модуля в змеевиковый теплообменник второго модуля происходит снижение скорости движения теплоносителя, что обеспечивает дальнейшее прохождение теплоносителя через змеевиковый теплообменник с меньшей скоростью. При этом также происходит более интенсивный прогрев теплоносителя прямыми солнечными лучами.
Размещение солнечной инфракрасной батареи, первого и второго модулей солнечного коллектора в едином корпусе обеспечивает простоту сборки и надежность конструкции.
На фиг. 1 и 2 представлена комбинированная гелиоколлекторная установка.
Комбинированная гелиоколлекторная установка включает корпус 1 с крышкой 2, прозрачное покрытие 3, теплоизолирующий слой 4, защитный кожух 5. В корпусе 1 расположены солнечная инфракрасная батарея 6 с рамой 7, солнечный коллектор 8, состоящий из двух модулей, первый 9 из которых расположен непосредственно под солнечной инфракрасной батареей 6, и представляет собой систему горизонтально ориентированных перегородок, расположенных на расстоянии 200 мм друг от друга, а второй 10, содержащий змеевиковый теплообменник 11 выполненный из теплообменного материала, с диаметром труб от 16 до 20 мм, расположенных на расстоянии от 150 до 200 мм параллельно друг другу и полость 12 для его размещения, под прозрачным покрытием 3, теплообменный бак 13, инвертор 14, насосную группу, первый 16 и второй 17 метрологические комплексы, трубопровод 18 подачи холодной воды в теплообменный бак, трубопровод отвода горячей воды к системе горячего водоснабжения из теплообменного бака.
В период высоких температур по змеевиковому теплообменнику второго модуля солнечного коллектора для предотвращения перегрева теплоносителя пропускают холодную воду. При этом предусмотрен трубопровод 20 для подачи холодной воды и отвода горячей воды после охлаждения теплоносителя к системе горячего водоснабжения из змеевикового теплообменника.
Комбинированная гелиоколлекторная установка работает следующим образом. Солнечный коллектор 8 заполняют жидким теплоносителем. Под воздействием солнечной энергии в солнечной инфракрасной батарее происходит генерирование электричества. При этом подачу электрического тока от солнечной инфракрасной батареи в электрическую сеть осуществляют при помощи инвертора 14, нагреваясь, в первом 9 модуле солнечного коллектора 8 и одновременно охлаждая солнечную инфракрасную батарею 6, теплоноситель поступает полость 12, где размещен змеевиковый теплообменник 11 второго 10 модуля солнечного коллектора 8, где подвергается нагреву от прямых солнечных лучей. Далее теплоноситель поступает в теплообменный бак 13, куда подают по трубопроводу 18 холодную воду, и в котором происходит отдача тепла от теплоносителя воде. Подача горячей воды к системе горячего водоснабжения из теплообменного бака 13 осуществляют по трубопроводу. Охлажденный теплоноситель вновь поступает в первый 9 модуль солнечного коллектора 8.
Движение теплоносителя из теплообменного бака 13 в первый 9 модуль солнечного коллектора 8 осуществляют за счет работы насосной группы.
В период высоких температур по змеевиковому теплообменнику второго модуля солнечного коллектора для предотвращения перегрева теплоносителя пропускают холодную воду. При этом предусмотрен трубопровод 20 для подачи холодной воды и отвода горячей воды после охлаждения теплоносителя к системе горячего водоснабжения из змеевикового теплообменника.
Заявляемое техническое решение может быть реализовано с использованием промышленно выпускаемого оборудования и материалов, и может быть изготовлено на любом предприятии соответствующего назначения.