RU2675640C1

RU2675640C1 - Combined solar collector installation

Info

Publication number: RU2675640C1
Application number: RU2017137476A
Authority: RU
Inventors: Эдгар Гарриевич Армаганян; Владимир Викторович Дворный; Владимир Александрович Лебедев; Алексей Борисович Медведев; Дмитрий Анатольевич Бебко; Валерий Владимирович Ковалев; Борис Сергеевич Литаш
Original assignee: Публичное акционерное общество энергетики и электрификации Кубани
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2018-12-21

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the solar power engineering and can be used to supply consumers with electricity and hot water. Combined solar collector installation includes housing with cover, transparent coating, heat insulating layer, protective casing. In the housing a solar infrared battery with a frame, and consisting of two modules solar collector are located, first of which is located directly under the solar infrared battery and represents a system of located at a distance of 200 mm from each other horizontally oriented partitions. Second module contains coil heat exchanger with the pipes diameter of 16 to 20 mm, located parallel to each other at a distance of 150 to 200 mm, and a cavity for its placement under the transparent coating, includes the heat exchange tank, inverter, pumps group, cold water to the heat exchange tank supply first and second metrological systems, pipeline for the hot water discharging from the heat exchange tank to the hot water supply system, pipeline for cold water supply and the hot water from the coil heat exchanger discharging to the hot water supply system.

EFFECT: technical result is increase in the solar collector installation productivity, reliability, safety, and also increase in the structural strength.

1 cl, 2 dwg

Description

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.The invention relates to solar engineering, in particular to solar systems, and can be used to supply electricity and hot water to domestic and industrial premises, private houses, leisure facilities, agricultural enterprises, etc.

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.It is known that a solar collector (Patent No. 112364 of January 10, 2012), comprising a body with transparent glazing and heat insulation, a beam-absorbing sheet and a series of heating pipes interconnected by input and output collector tubes for supplying and discharging a heat carrier, and a reflective surface inside the case characterized in that the thermal insulation is made of a material having a thermal conductivity of not more than 0.036 W / m2⋅ ° C, the collector body is made of material with a thermal conductivity of not more than 0.15 W / m2⋅ ° C the collector pipe is made in the form of a coil with a kalach radius equal to from 3 to 10 diameters of the heating pipes, and the distance between the cams of the coil is 3 to 10 diameters of the heating pipes, while one kalach of the coil smoothly passes into another, and the reflective surface is applied over the entire the inner surface of the device and on the front side of the insulation.

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.A well-known solar water heating plant (Patent No. 61016 of February 10, 2007) containing a solar collector and a heat storage coil connected by pipelines in a closed circuit, the cavity of which is connected to a cold water supply tank and the consumer. In this case, the heat accumulator is installed above the solar collector at a distance of more than 600 mm vertically.

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.A solar water hot water plant (Patent No. 109277 of 10/10/2011) containing a solar battery, which includes at least one solar thermal collector equipped with a heat sensor, an accumulator tank containing a heat exchanger connected through a heat supply pipe to the solar battery and a pipeline heat transfer pipe from the solar battery, equipped with a pump, with a solar thermal collector, cold water supply pipe, hot water pipe to the consumer, software electronic device, providing control of thermal sensors, a pump motor and shut-off devices, characterized in that it is equipped with a boiler tank, inside of which two heat exchangers are placed one below the other, the lower of which is connected through three-way valves connected to the heat carrier’s supply pipe to the solar battery and the heat carrier’s discharge from the solar battery with a heat exchanger in the battery tank and with a solar thermal collector, the top one is connected to the central pipeline through an introduced three-way valve with a servo drive minutes of hot water supply system of a building or a building central heating system, moreover, the bottom of the boiler tank installed heater includes a work when it is impossible to feed the upper heat exchanger, hot water from a central hot water supply system or a building central heating system of the building.

Недостатками известных устройств являются недостаточные функциональные возможности, низкая производительность и прочность конструкций.The disadvantages of the known devices are insufficient functionality, low productivity and structural strength.

Задачей изобретения является совершенствование гелиоустановки горячего водоснабжения с целью повышения эффективности ее работы.The objective of the invention is to improve the solar installation of hot water in order to increase the efficiency of its work.

Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей гелиоколлекторной установки, увеличение ее производительности, надежности, безопасности, а также повышение прочности конструкции.The technical result of the invention is to expand the functionality of the solar collector installation, increase its productivity, reliability, safety, as well as increase the structural strength.

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.The technical result is achieved by the fact that the combined solar collector installation comprises a housing with a cover, a transparent coating, an insulating layer, a protective casing, a solar infrared battery with a frame located in the housing, a solar collector consisting of two modules, the first of which is located directly under the solar infrared battery, and is a system of horizontally oriented partitions located at a distance of 200 mm from each other, and the second, containing a coil heat exchanger, made of heat exchange material, with pipe diameters from 16 to 20 mm, located at a distance of 150 to 200 mm parallel to each other and a cavity for its placement, under a transparent coating, heat transfer tank, inverter, pump group, first and second metrological complexes, pipeline supply of cold water to the heat exchange tank, a pipeline for draining hot water to the hot water supply system from the heat exchange tank.

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.During high temperatures, cold water is passed through the coil heat exchanger of the second module of the solar collector to prevent overheating of the coolant. At the same time, a pipeline is provided for supplying cold water and removing hot water after cooling the coolant to the hot water supply system from the coil heat exchanger.

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.The use of a solar infrared battery allows you to expand the functionality of the device and increase its efficiency by generating electricity not only from the visible part of the solar spectrum, but also from the infrared region.

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.The implementation of the solar collector from two interconnected modules, the first of which is a system of horizontally oriented partitions, increases the efficiency of the installation due to the uniform distribution of the coolant throughout the cavity, which in turn leads to an increase in heat removal from the solar infrared battery and a decrease in hydraulic resistance , its timely cooling and the conversion of more solar energy into heat.

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.The presence of a second thermal module of the solar collector, including a coil heat exchanger located only under a transparent coating, heating the heat carrier in which is carried out directly by direct sunlight, helps to significantly increase the performance of the installation by increasing the temperature of the heat carrier from direct sunlight, as well as increasing heat removal from the solar infrared battery .

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.During high temperatures, cold water is passed through the coil heat exchanger of the second module of the solar collector to prevent overheating of the coolant. At the same time, a pipeline is provided for supplying cold water and discharging hot water after cooling the coolant to the hot water supply system from the coil heat exchanger, which helps prevent emergencies and improves the reliability and stability of the installation.

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.Due to the fact that the first and second modules of the solar collector have different cross-sectional areas of the pipes, at the boundary of the transition of the heat carrier from the pipes of the first module to the coil heat exchanger of the second module, the velocity of the coolant decreases, which ensures further passage of the heat carrier through the coil heat exchanger at a lower speed. In this case, a more intense heating of the coolant by direct sunlight occurs.

Размещение солнечной инфракрасной батареи, первого и второго модулей солнечного коллектора в едином корпусе обеспечивает простоту сборки и надежность конструкции.Placing the solar infrared battery, the first and second modules of the solar collector in a single housing ensures ease of assembly and reliability of the design.

На фиг. 1 и 2 представлена комбинированная гелиоколлекторная установка.In FIG. 1 and 2 shows a combined solar collector installation.

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.The combined solar collector installation includes a housing 1 with a cover 2, a transparent coating 3, an insulating layer 4, a protective casing 5. In the housing 1 there is a solar infrared battery 6 with a frame 7, a solar collector 8, consisting of two modules, the first 9 of which are located directly below solar infrared battery 6, and is a system of horizontally oriented partitions located at a distance of 200 mm from each other, and the second 10, containing a coil heat exchanger 11 made of heat exchange material, with a pipe diameter of 16 to 20 mm, located at a distance of 150 to 200 mm parallel to each other and a cavity 12 for its placement, under a transparent coating 3, heat transfer tank 13, inverter 14, pump group, the first 16 and second 17 metrological complexes, a pipe 18 for supplying cold water to a heat exchange tank, a pipeline for draining hot water to a hot water supply system from a heat exchange tank.

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.During high temperatures, cold water is passed through the coil heat exchanger of the second module of the solar collector to prevent overheating of the coolant. At the same time, a pipeline 20 is provided for supplying cold water and removing hot water after cooling the coolant to the hot water supply system from the coil heat exchanger.

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.Combined solar collector installation works as follows. The solar collector 8 is filled with liquid coolant. Under the influence of solar energy in the solar infrared battery, electricity is generated. In this case, the electric current from the solar infrared battery is supplied to the electric network using the inverter 14, heating in the first 9 module of the solar collector 8 and at the same time cooling the solar infrared battery 6, the coolant enters the cavity 12, where the coil heat exchanger 11 of the second 10 solar collector module is located 8, where it is heated from direct sunlight. Next, the coolant enters the heat exchange tank 13, which serves cold water through the pipe 18, and in which heat is transferred from the coolant to the water. The supply of hot water to the hot water supply system from the heat exchange tank 13 is carried out through a pipeline. The cooled coolant again enters the first 9 module of the solar collector 8.

Движение теплоносителя из теплообменного бака 13 в первый 9 модуль солнечного коллектора 8 осуществляют за счет работы насосной группы.The movement of the coolant from the heat exchange tank 13 to the first 9 module of the solar collector 8 is carried out due to the work of the pump group.

Заявляемое техническое решение может быть реализовано с использованием промышленно выпускаемого оборудования и материалов, и может быть изготовлено на любом предприятии соответствующего назначения.The claimed technical solution can be implemented using industrially produced equipment and materials, and can be manufactured at any enterprise of the corresponding purpose.

Claims

A combined solar collector installation comprising a housing with a cover, a transparent coating, a heat insulating layer, a protective casing, a solar infrared battery with a frame located in the housing, a solar collector consisting of two modules, the first of which is located directly below the solar infrared battery and is a horizontally oriented system partitions located at a distance of 200 mm from each other, and the second contains a coil heat exchanger made of heat exchange material with a meter of pipes from 16 to 20 mm located at a distance of 150 to 200 mm parallel to each other, and a cavity for its placement under a transparent coating, a heat exchange tank, an inverter, a pump group, the first and second metrological complexes, a cold water supply pipe to the heat exchange tank a pipeline for supplying cold water and draining hot water to a hot water supply system from a heat exchange tank, a pipeline for supplying cold water and draining hot water to a hot water supply system from a coil heat exchanger.