ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2228492

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Имя изобретателя: Шерьязов С.К.; Ахметжанов Р.А. 
Имя патентообладателя: Челябинский государственный агроинженерный университет
Адрес для переписки: 454080, г.Челябинск, пр. Ленина, 75, Челябинский государственный агроинженерный университет, кафедра ЭССХ
Дата начала действия патента: 2002.12.09 

Изобретение относится к комбинированным устройствам для горячего водоснабжения с использованием солнечной и ветровой энергии. Устройство для горячего водоснабжения содержит солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней секции которого расположен дополнительный нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом, а в средней секции - нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом, теплообменник, 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. Вход дополнительного теплообменника соединен перемычкой с трехходовым клапаном. В устройстве имеется 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. Устройство обеспечивает повышение надежности горячего водоснабжения и эффективности преобразования солнечной и ветровой энергии в тепловую.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Изобретение относится к гелиотехнике, а именно к комбинированным устройствам для горячего водоснабжения с использованием солнечной и ветровой энергии.

Известно устройство для горячего водоснабжения, содержащее солнечный коллектор, вход которого связан с утилизатором тепла сточных вод, а выход - с тепловым насосом, соединенным с ветроэлектроагрегатом (Авторское свидетельство СССР № 846936, опубликовано 15.07.81, бюл. № 26).

Недостатком данного устройства является невысокая надежность горячего водоснабжения при работе в условиях недостаточной интенсивности солнечной и ветровой энергии.

Известна комбинированная гелиоветровая установка, содержащая солнечный коллектор, связанный с ветроэлектроагрегатом тепловой насос и секционный бак-аккумулятор, верхние секции которого входными патрубками сообщены с выходами коллектора и охладителя теплового насоса, а нижняя - с входами коллектора и циркуляционного насоса, сообщенного на выходе с охладителем теплового насоса (Авторское свидетельство СССР № 1044903, опубликовано 30.09.83, бюл. № 36).

Недостатком данной установки является то, что при уровне солнечной радиации сверх номинального значения происходит отключение электродвигателя компрессора теплового насоса от ветроэлектроагрегата и электроэнергия, вырабатываемая ветроэлектроагрегатом, не используется.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому устройству является комбинированная гелиоветровая установка Э.З. Керимова (Авторское свидетельство СССР № 1133460, опубликовано 07.01.85, бюл. № 1), содержащая солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней секции которого расположен дополнительный нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом, с которым связан тепловой насос. Средняя и верхняя секции бака-аккумулятора тепла входными патрубками сообщены с выходами охладителя теплового насоса и солнечного коллектора, а нижняя - с входами солнечного коллектора и циркуляционного насоса, сообщенного на выходе с охладителем теплового насоса.

Прототип имеет следующие недостатки:

1. В период максимальной интенсивности солнечной радиации, достаточной для нагрева воды до требуемой температуры, вода, поступающая в верхнюю секцию бака-аккумулятора с выхода солнечного коллектора, дополнительно нагревается нагревателем, электрически связанным с ветроэлектроагрегатом. Это приводит к бесполезному перегреву воды и увеличению тепловых потерь в этой секции.

2. При минимальной интенсивности солнечной радиации вода из нижней секции бака-аккумулятора, предварительно охлажденная в дополнительном теплообменнике теплового насоса, через солнечный коллектор попадает в верхнюю секцию бака-аккумулятора. Это приводит к охлаждению воды в верхней секции бака-аккумулятора, нагретой в охладителе теплового насоса или нагревателем, электрически связанным с ветроэлектроагрегатом.

Целью изобретения является повышение надежности горячего водоснабжения при совместном применении гелио- и ветроустановок, а также эффективности преобразования солнечной и ветровой энергии в тепловую.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для горячего водоснабжения, содержащем 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.

По имеющимся у авторов 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.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ

Устройство содержит солнечный коллектор 1, трехсекционный бак-аккумулятор 2, в верхней секции которого расположен дополнительный нагреватель 3, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 5, а в средней секции - нагреватель 6, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом 4 через выключатель 7, теплообменник 8, связанный с дублирующим источником энергии (на схеме не показан), и теплообменник 9, вход которого связан с выходом солнечного коллектора 1 через трубопровод 10 и трехходовой клапан 11, а выход - с входом дополнительного теплообменника 12, расположенного в нижней секции бака-аккумулятора 2 и своим выходом связанного с входом солнечного коллектора 1 через обратный клапан 13. Вход дополнительного теплообменника 12 соединен перемычкой 14 с трехходовым клапаном 11.

Кроме того, устройство содержит насос 15 для перекачивания воды из верхней секции бака-аккумулятора 2 в его среднюю секцию и насос 16, на нагнетательном патрубке которого установлен трехходовой клапан 17, через который перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора 2 в его среднюю секцию по трубопроводу 18 или верхнюю секцию по трубопроводу 19.

В нижней секции бака-аккумулятора 2 встроен клапан 20 для заполнения этой секции холодной водой из водопровода.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ РАБОТАЕТ СЛЕДУЮЩИМ ОБРАЗОМ

В исходном состоянии все секции бака-аккумулятора 2 заполнены водой.

При температуре воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой включается выключатель 7, обеспечивающий подачу электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом 4, на нагреватель 6. Одновременно с этим, при условии, что температура воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовой клапан 11 открывает трубопровод 10 и закрывает трубопровод 14, и теплоноситель, нагретый под действием солнечной радиации в солнечном коллекторе 1, за счет термосифонной циркуляции поступает в теплообменники 9 и 12 и возвращается в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.

При достижении водой в средней секции бака-аккумулятора 2 температуры, выше или равной температуре теплоносителя на выходе из солнечного коллектора 1, трехходовой клапан 11 закрывает трубопровод 10 и открывает трубопровод 14, обеспечивая поступление теплоносителя из солнечного коллектора 1 в теплообменник 12 и обратно в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.

После нагрева воды в средней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры выключается выключатель 7, обеспечивающий включение выключателя 5, который в свою очередь обеспечивает подачу электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом 4, на дополнительный нагреватель 3. Одновременно с этим трехходовой клапан 11 закрывает трубопровод 10 (если последний был открыт) и теплоноситель из солнечного коллектора 1 через трубопровод 14 поступает в теплообменник 12 и обратно в солнечный коллектор 1 через обратный клапан 13.

В случае снижения температуры воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже требуемой цикл нагрева воды в этой секции повторяется.

При нагреве воды в верхней секции бака-аккумулятора 2 до требуемой температуры выключатель 5 выключается.

Нагрев воды в средней секции бака-аккумулятора 2 при отсутствии энергии солнца и ветра (или ее слабой интенсивности) осуществляется с помощью теплообменника 8, связанного с дублирующим источником энергии.

При снижении уровня воды в средней секции бака-аккумулятора 2 ниже допустимого пополнение этой секции новой порцией воды производится из той секции бака-аккумулятора, в которой находится вода с более высокой температурой, причем при снижении уровня воды в верхней секции бака-аккумулятора 2 (в результате ее перекачивания в среднюю секцию бака-аккумулятора 2 насосом 15) ниже допустимого вода в эту секцию перекачивается из нижней секции бака-аккумулятора 2 насосом 16 путем открытия трубопровода 19 и закрытия трубопровода 18 трехходовым клапаном 17, а при снижении уровня воды в нижней секции бака-аккумулятора 2 (в результате ее перекачивания в верхнюю или среднюю секцию бака-аккумулятора 2 насосом 16) ниже допустимого открывается клапан 20 и эта секция пополняется холодной водой из водопровода.

В случае равенства температур воды в верхней и нижней секциях бака-аккумулятора 2 в среднюю секцию перекачивается вода из нижней секции бака-аккумулятора 2 с помощью насоса 16 через трехходовой клапан 17 и трубопровод 18.

Таким образом, предлагаемое устройство для горячего водоснабжения обеспечивает повышение надежности горячего водоснабжения за счет введения в среднюю секцию бака-аккумулятора теплообменника, связанного с дублирующим источником энергии, а также повышение эффективности преобразования солнечной и ветровой энергии за счет того, что при температуре воды в средней секции бака-аккумулятора ниже температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора аккумулирование тепловой энергии, получаемой в солнечном коллекторе, происходит в средней и нижней секциях бака-аккумулятора, иначе - только в нижней секции бака-аккумулятора, а при температуре воды в средней секции бака-аккумулятора, равной требуемой, аккумулирование тепловой энергии, получаемой в результате преобразования электроэнергии, вырабатываемой ветроэлектроагрегатом, происходит в верхней секции бака-аккумулятора.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для горячего водоснабжения, содержащее солнечный коллектор, трехсекционный бак-аккумулятор, в верхней секции которого расположен дополнительный нагреватель, электрически связанный с ветроэлектроагрегатом, отличающееся тем, что 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.

Версия для печати
Дата публикации 30.01.2007гг


вверх