ТЕПЛОТРУБНАЯ СИСТЕМА СОЛНЕЧНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЗДАНИЯ
HEAT TUBE SYSTEM OF SOLAR POWER SAVING OF BUILDING

Предлагаемое изобретение относится к гелиотехнике, в частности к средствам получения тепла, холода и электричества с помощью солнечной энергии.
Известен солнечный энергетический комплекс, содержащий гелиоприемник, выполненный из гелиопокрытия, ступеней подъема, выполненных из пористого материала и полые паровые камеры, нижний коллектор и верхний барабан, эжектор, конденсатор, аккумулятор тепла, испаритель, аккумулятор холода, дроссель, турбогенератор с конденсатором и электрическим аккумулятором, соединенных между собой системой трубопроводов, запорно-регулирующую аппаратуру и гидрозатвор [Патент РФ №2213912, МПК F24J 2/04, 2/28, 2003].
Недостатками известного устройства являются низкая производительность по пару гелиоприемника, обусловленная ограниченной производительностью ступеней подъема, что не позволяет увеличить мощность, наличие конденсатора для конденсации отработанного пара турбины, что требует дополнительного количества охлаждающего агента и усложняет конструкцию, снижая таким образом эффективность и надежность энергетического комплекса.
Более близким к предлагаемому изобретению является теплотрубный энергетический комплекс, включающий гелиоприемник, состоящий из гелиопокрытия (крышки), покрытого изнутри решеткой из полос пористого материала, закрывающего короб, снабженный паровым и конденсатным патрубками, внутри которого помещены подъемные фитили, соединенные с решеткой из полос пористого материала и фитилем-коллектором, закрытые обечайками с зазорами у гелиопокрытия и соединенными с рубашкой, закрывающей фитиль-коллектор, уложенный на перфорированную плиту, полость между которой и днищем короба образует картер, заполненный рабочей жидкостью, сепарационный щит, устроенный на входе в паровой патрубок, который в свою очередь связан трубопроводами через вентиль с эжектором, конденсатором, аккумулятором тепла, аккумулятором холода и испарителем, соединенным через дроссель с днищем конденсатора, которое, в свою очередь, соединено через обратный клапан с фитилем-коллектором через конденсатный патрубок и картер, а через другой вентиль гелиоприемник соединен с турбогенератором, обратным клапаном и приемной камерой эжектора, причем турбогенератор соединен электропроводом с электрическим аккумулятором [Патент РФ №2281425, МПК F24J 2/42, 2/32, 2010].
Недостатками известного устройства являются получение электроэнергии при помощи турбогенератора, что требует выработки значительного количества пара в гелиоприемнике, не позволяя увеличить выработку холода и усложняет конструкцию энергетического комплекса, высокое аэродинамическое сопротивление гелиоприемника, обусловленное наличием в нем сепарационного щита, необходимость значительного запаса рабочей жидкости, обусловленная наличием картера в коробе гелиоприемника, что, в целом, снижает эффективность и надежность известного теплотрубного энергетического комплекса.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности и надежности теплотрубной системы солнечного энергоснабжения здания.
Технический результат достигается теплотрубной системой солнечного энергоснабжения здания, включающей гелиоприемник, состоящий из короба, крышка которого изнутри покрыта решеткой из полос пористого материала, снабженный паровым и конденсатным патрубками, внутри которого помещены подъемные фитили, соединенные с решеткой из полос пористого материала и фитилем-коллектором, закрытые обечайками с зазорами у крышки и соединенные нижними кромками с рубашкой, закрывающей фитиль-коллектор, связанный паропроводами и конденсатопроводом с эжектором, конденсатором, аккумуляторами тепла и электричества, испарителем, причем крышка короба гелиоприемника снаружи покрыта фотоэлементами, в коробах гелиоприемника и охлаждающих панелей боковые стенки покрыты изнутри решеткой из полос пористого материала, на днище вышеупомянутых коробов уложены фитили-коллекторы, рубашки которых покрыты решеткой из полос пористого материала, обечайки подъемных фитилей выполнены с зазорами в виде треугольных прорезей на верхних кромках, соединенных с крышками коробов, конденсатор выполнен в виде кожухотрубного теплообменника и соединен с сетью горячего водоснабжения здания и аккумулятором тепла, выполненным в виде бака горячей воды, испаритель выполнен в виде охлаждающих панелей, размещенных в верхней зоне охлаждаемого помещения, ниже которых размещены осевые вентиляторы, конденсатопровод представляет собой трубопровод, заполненный фитилем, и соединен с фитилями-коллекторами гелиоприемника и охлаждающих панелей, а фотоэлементы гелиоприемника соединены электропроводом с электрической сетью здания и электрическим аккумулятором.
На фиг.1 представлен общий вид, на фиг.2-6 разрезы и узлы предлагаемой теплотрубной системы солнечного энергоснабжения здания (ТССЭЗ).
ТССЭЗ содержит: помещенный на крыше здания гелиоприемник 1, состоящий из короба 2, крышка которого снаружи покрыта фотоэлементами 3, внутренняя поверхность крышки и боковые стенки короба 2 покрыты изнутри решеткой из полос пористого материала 4, днище - фитилем-коллектором 5, покрытым в свою очередь рубашкой 6, внутри короба 2 также помещены подъемные фитили 7, соединенные с решеткой 4 и фитилем-коллектором 5, покрытые обечайками 8 с зазорами, выполненными в виде треугольных прорезей 9 на верхних кромках и соединенные верхними и нижними кромками с крышкой и днищем короба 2, боковая стенка и днище которого снабжены паровым и конденсатным патрубками 10 и 11, соответственно; эжектор 12, конденсатор 13, представляющий собой кожухотрубный теплообменник; бак горячей воды 14 и электрический аккумулятор 15, расположенные в чердачном помещении; охлаждающие панели 16, размещенные в верхней зоне охлаждаемого помещения, ниже которых размещены обдувочные осевые вентиляторы 17, при этом внутреннее устройство коробов 2а охлаждающих панелей 16 аналогично конструкции короба 2 гелиоприемника 1, а именно внутренняя поверхность крышки и боковые стенки короба 2а покрыты изнутри решеткой из полос пористого материала 4, днище - фитилем-коллектором 5, покрытым в свою очередь рубашкой 6, внутри короба 2а также помещены подъемные фитили 7, соединенные с решеткой 4 и фитилем-коллектором 5, покрытые обечайками 8 с зазорами, выполненными в виде треугольных прорезей 9 на верхних кромках и соединенные верхними и нижними кромками с крышкой и днищем короба 2а, боковая стенка и днище которого снабжены паровым и конденсатным патрубками 10 и 11, соответственно, паровой патрубок 10 гелиоприемника 1, связан паропроводом высокого давления 18 с соплом эжектора 12, диффузор которого связан паропроводом среднего давления 19 с конденсатором 13, соединенным с сетью горячего водоснабжения здания (на фиг.1-5 не показана) и баком горячей воды 14, приемная камера эжектора 13 связана паропроводом низкого давления 20 с паровыми патрубками 10 охлаждающих панелей 16, при этом фитили-коллекторы 5 гелиоприемника 1 и охлаждающих панелей 16 через свои конденсатные патрубки 11 и конденсатопровод 21, представляющий собой трубопровод, заполненный фитилем 5а, соединены с поддоном конденсатора 13, а фотоэлементы гелиоприемника 1 соединены электропроводом с электрической сетью здания (на фиг.1-5 не показана) и электрическим аккумулятором 15.
В основу работы предлагаемой ТССЭЗ наряду с использованием солнечной энергии для получения электричества, принципа действия эжекторной холодильной машины, положено свойство жидкости создавать в капиллярах капиллярное давление, которое позволяет транспортировать жидкости фитилем из зоны повышенного давления в зону пониженного давления и высокая эффективность передачи теплоты в тепловых трубах, покрытых изнутри фитилем [А.с. СССР №№1537979, М. кл. F25B 1/06, 1990; В.В.Харитонов и др. Вторичные теплоэнергоресурсы и охрана окружающей среды. - Минск: Выш. школа, 1988, с.146; Тепловые трубы и теплообменники: от науки к практике. Сборник научн. тр. - М.: 1990, с.106].
В качестве рабочей жидкости в ТССЭЗ могут быть использованы вода, аммиак, различные виды хладонов в зависимости от назначения получаемого пара и параметров теплоносителя.
ТССЭЗ работает следующим образом.
1
1
3
1
2
2
3
1
Перед началом работы контур ТССЭЗ заполняется таким образом, чтобы были заполнены поры фитилей-коллекторов 5, подъемных фитилей 7, пористого материала решеток 4 гелиоприемника 1 и охлаждающих панелей 16, фитиля конденсатопровода 21 и поддон конденсатора 13. По мере нагрева поверхности гелиоприемника 1 солнечным теплом Q рабочая жидкость, находящаяся в порах полос пористого материала решетки 4, нагревается и поступает в канавки между ними, где происходит ее испарение (полосы пористого материала решетки 4 предотвращают образование паровой пленки на внутренней поверхности крышки и таким образом интенсифицируют процесс испарения), образуется пар, создается давление P, величина которого определяется свойствами рабочей жидкости и интенсивности солнечного облучения. Полученный пар, проходя между подъемными фитилями 7, освобождается от уносимых капель рабочей жидкости, которая отбрасывается на поверхность полос пористого материала решетки 4 и транспортируется ими обратно в зону испарения, и через паровой патрубок 10 выводится из гелиопремника 1, после чего направляется по паропроводу высокого давления 18 в эжектор 12. Пар, поступающий в эжектор 12 с давлением P, засасывает вторичный пар через паропровод низкого давления 20 из охлаждающих панелей 16, создавая там разрежение Р, в результате чего давление смешанного пара на выходе из диффузора эжектора 12 снижается от P до Р, после чего по паропроводу среднего давления 19 направляется в конденсатор 13, где конденсируется, отдавая тепло конденсации теплоносителю (например, воде), которую направляют в сеть горячего водоснабжения здания и в бак горячей воды 14. Полученный конденсат с давлением равным Р (без учета сопротивлений) из поддона конденсатора 13 поглощается фитилем конденсатопровода 20 и за счет капиллярных сил перемещается к фитилями-коллекторами 5 гелиоприемника 1 и охлаждающих панелей 16, распределяется по подъемным фитилям 7 и полосам пористого материала решетки 4, откуда поступает на поверхность канавок решетки 4, где происходит вышеописанный процесс испарения. Так как в охлаждающих панелях 16 при разрежении Р, температура кипения рабочей жидкости значительно ниже, чем при давлении P в гелиоприемнике 1, то ее испарение происходит при этой пониженной температуре, в результате чего теплообмен между воздухом и наружной поверхностью крышек панелей 16 осуществляется также при пониженной температуре. Теплый воздух поступает из нижней зоны охлаждаемого помещения осевыми вентиляторами 17, омывает крышки коробов 2а охлаждающих панелей 16, охлаждается и далее распределяется конвективными потоками по всему объему охлаждаемого помещения, обеспечивая в нем комфортные условия в жаркое время года. Одновременно в результате воздействия солнечных лучей на фотоэлементы 3, размещенные на наружной поверхности крышки короба 2 гелиоприемника 1, происходит выработка электричества, которое поступает в электрическую сеть здания (обеспечивая, в том числе, и работу вентиляторов 17) и в аккумулятор электричества 15. При этом, в результате испарения рабочей жидкости с внутренней поверхности крышки короба 2 гелиоприемника 1 и отвода из него полученного пара, происходит интенсивный отвод тепла от фотоэлементов 3, обеспечивая тем самым оптимальный режим их работы.
Количество, параметры пара и электричества, получаемого в гелиоприемнике 1 и, соответственно, количество и параметры всех видов энергии, вырабатываемых ТССЭЗ, зависят от интенсивности солнечного облучения, прочности конструкции гелиоприемника 1, количественных и качественных характеристик фотоэлементов 3 и другого оборудования, характеристик фитилей 5, 7, 21, пористого материала решетки 3, а также свойств рабочей жидкости.
Таким образом, предлагаемая теплотрубная система солнечного энергоснабжения здания обеспечивает одновременное получение тепла, холода и электричества, требуемых для комфортного жизнеобеспечения с использованием технологических и конструктивных преимуществ тепловых труб, что увеличивает ее надежность и эффективность.