Бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения
Сущность изобретения: бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения содержит резервуар 1 с двойными боковыми стенками, нижняя часть которого через пространство между внешней 3 и внутренней 4 стенками сообщена с верхней частью, и подсоединенный к резервуару патрубок 2 отбора нагретой воды, при этом часть или вся внутренняя стенка выполнена перфорированной , причем отверстия перфорации 5 на внутренней стенке 4 выполнены одинакового размера и равномерно распределены по площади, кроме того отверстия перфорации 5 на внутренней стенке4 выполнены различного размера и распределены по площади с увеличением в направлении снизу вверх. Применение бака-аккумулятора в сочетании со своевременным отбором позволит концентрировать поступающую солнечную энергию на нагрев порции для одноразового использования , что даст возможност потребителю при малой интенсивности поступления солнечного тепла продлить сезон эксплуатации и тем самым повысить теплотехническую эффективность установки. 2 з.п. ф-лы. 2 ил. СП с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
P ЕСПУБЛ И К (я)5 F 24 J 2/32
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
00 00
00 () ! (21) 4851989/06 (22) 18.07.90 (46) 15.10.92. Бюл. ¹ 38 (71) Зональный научно-исследовательский и проектный институт типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий в г.Ташкенте (72) Ю.И.Бондаренко (56) Заявка Франции
N 2483063, кл. F 24 J 3/02, 1980.
Заявка Великобритании
¹ 22116666554411, кл. F 24 J 2/20, 1986.
Заявка ФРГ № 2951869, кл. F 24 J 3/02, 1979. (54) БАК-АККУМУЛЯТОР ДЛЯ СИСТЕМ
СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ (57) Сущность изобретения: бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения содержит резервуар 1 с двойными боковыми стенками, нижняя часть которого через
„, Ы„„1768886 А1 пространство между внешней 3 и внутренней 4 стенками сообщена с верхней частью, и подсоединенный к резервуару патрубок 2 отбора нагретой воды, при этом часть или вся внутренняя стенка выполнена перфорированной, причем отверстия перфорации 5 на внутренней стенке 4 выполнены одинакового размера и равномерно распределены по площади, кроме того отверстия перфорации 5 на внутренней стенке 4 выполнены различного размера и распределены по площади с увеличением в направлении снизу вверх.
Применение бака-аккумулятора в сочетании со своевременным отбором позволит концентрировать поступающую солнечную энергию на нагрев порции для одноразового использования, что даст возможност потребителю при малой интенсивности поступления солнечного тепла продлить сезон эксплуатации и тем самым повысить теплотехническую эффективность установки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
1768886
50
Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к системам, использующим солнечную энергию для теплоснабжения.
Известен бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения, содержащий бак с одинарными боковыми стенками и патрубок для отбора нагретой воды.
При нагреве солнечными лучами внешней поверхности стенок бака, часть воды контактирующая с внутренней поверхностью стенок нагревается и поднимается в приповерхностный слой, в результате чего со временем вся вода в баке прогревается.
Устройство отличается простотой конструкции и низкой себестоимостью.
Однако существенным недостатком такого бака-аккумулятора является его низкая теплотехническая эффективность из-за возможности вовлечения в процесс нагрева от стенок любой частицы воды в баке, что приводит к равномерному прогреву воды во всем объеме бака-аккумулятора.
В объеме бака-аккумулятора, рассчитанном на нагрев воды до заданной температуры при максимальной солнечной инсоляции, в случае уменьшения количества теплоты, поглощенной стенками бака, в начале и конце сезона эксплуатации наблюдается недогрев воды, что и обуславливает низкую теплотехническую эффективность использования установок данного типа.
Известен бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения, который выполнен из двух секций; одна секция — в виде бака прямоугольного поперечного сечения и большого объема, а вторая в виде плоского прямоугольного короба малого объема с развитой rorëî цающей поверхностью.
Обе секции выполнены как единое целое и непосредственно сообщаются друг с другом. Бак-аккумулятор оснащен также патрубком для отбора нагретой воды.
Достоинство известного устройства в простоте конструкции и низкой себестоимости, Как преимущество этой установки следует расценить попытку ограничить объем нагреваемой воды, что позволяет доводить ее до более высоких температур, Однако последующее поступление небольшого количества подогретой воды в нижнюю часть бака большого объема, приводит к перемешиванию холодной и нагретой воды, что как и в предыдущем случае снижает теплотехническую эффективность установки.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является бак-аккумулятор для системы теплоснабжения, выполненный с двойными боковыми стенками и оснащенный патрубком отбора нагретой воды.
Внутренняя стенка бака-аккумулятора выполнена непроницаемой для воды, а в нижней части пространство между внешней и внутренней стенкой сообщается с остальным объемом бака-аккумулятора.
При воздействии солнечных лучей на внешнюю стенку бака, в пространстве между внешней и внутренней стенкой возникает термосифонная циркуляция, результатом которой является накапливание нагретой воды в верхней части бака-аккумулятора.
Здесь количество нагреваемой воды ограничено, что дает возможность за один проход вдоль нагретой стенки догревать воду до нужной температуры при более низкой интенсивности солнечной радиации и получать за сезон эксплуатации большее количество воды с заданной температурой.
К достоинствам следует отнести также весьма простую конструкцию установки и ее низкую себестоимость.
Существенным недостатком известной конструкции солнечного водона гревателя является невозможность установления на стадии разработки величины температуры воды, участвующей в термосифонной циркуляции при известных климатических параметрах и размерах бака-аккумулятора. Это не позволяет подбирать оптимальную температуру нагрева воды, а следовательно эффективно использовать эти установки, в частности совместно с догревателями.
Известно, также, что эффективность теплосъема с нагреваемой поверхности прямо пропорциональна скорости циркуляции теплоносителя вдоль этой поверхности и величина ее самая низкая при полной остановкее ци р куля ции.
При отборе нагретой воды из установкипрототипд с подпиткоЙ хОлОднОЙ ВодОЙ, из за того, что 6 п0дп < 6 Отб временно, на период отбора (а он может быть весьма длительным), уровень в верхней части бака становится ниже верхней кромки внутренней стенки, перелив нагретой воды через стенку и циркуляция теплоносителя в межстеночном пространстве прекращается, В установке же без подпитки термосифонная циркуляция прекращается совсем уже после отбора первой порции теплоносителя из-за невозможности перелива нагретой воды через стенку.
Таким образом еще одним недостатком известной конструкции, имеющей непроницаемую стенку, является временное прекращение циркуляции теплоносителя на период отбора горячей воды в установках с подпиткой и полное прекращение циркуляции в межстеночном пространстве в установках без подпитки холодной водой, что, 176888б ский эффект
50 как было показано выше, существенно снижает теплотехническую эффективность установок данной конструкции, Целью настоящего изобретения является повышение теплотехнической эффективности бака-аккумулятора для систем солнечного теплоснабжения путем осуществления поддающейся расчету дозированной гидравлической связи через внутреннюю стенку между объемом воды в межстеночном пространстве, заключенном между двойными стенками бака, и остальным объемом воды в баке.
Поставленная цель достигается тем, что часть или вся поверхность внутренней стенки выполнена проницаемой для теплоносителя (перфорирована).
В зависимости от наличия в установках подпитки холодной водой, отверстия выполняются либо на части поверхности стенки, по высоте в пределах изменения уровня от первоначального при расходе нагретой воды, либо по всей поверхности стенки, Для получения максимального эффекта в определенных условиях эксплуатации суммарное проходное сечение отверстий может быть выполнено либо равномерно распределенным по перфорированной поверхности, либо увеличивающимся в направлении снизу вверх.
Признаками: выполнение на части или всей поверхности внутренней стенки перфорации, выполнение суммарного проходного сечения отверстий либо с равномерным распределением по площади перфорированной стенки либо увеличивающимся в направлении снизу вверх — заявляемое техническое решение отличается от прототипа.
Указанные признаки отсутствуют в известных решениях, что дает возможность утверждать, что заявленные отличительные признаки являются новыми.
Выполнение на части или всей поверхности стенки перфорации позволяет путем подбора гидравлического сопротивления воды через отверстия устанавливать необходимую величину температуры нагретой воды при известных климатических параметрах окружающей среды и геометрических размерах бака-аккумулятора, а также не нарушать термосифонную циркуляцию теплоносителя при снижении уровня воды в баке.
Выполнение суммарного проходного сечения отверстий перфорации с равномерным распределением по площади внутренней стенки, например, так, что отверстия перфорации на внутренней стенке выполнены одинакового размера и равномерно расп ределены по площади, позволяет накапливать с увеличением толщины приповерхностного слоя, в объеме бака-аккумулятора нагретую воду при расчетной температуре, соответствующей условиям максимально возможного использования поступающей теплоты, что при работе бака-аккумулятора в системе солнечного теплоснабжения с догревателем дает максимальный теплотехнический и экономичеБак-аккумулятор в системе солнечного теплоснабжения без догревателя обязан обеспечивать на выходе нагретую воду с температурой необходимой для потребителя.
B этом случае предлагается суммарное проходное сечение отверстий во внутренней стенке выполнять увеличивающимся в направлении снизу вверх.
Выполнение отверстий перфорации на внутренней стенке различного размера и распределенными по площади с увеличением в направлении снизу вверх позволяет в направлении снизу вверх уменьшать гидравлическое сопротивление для выхода теплоносителя во внутрен нее п рост ра нство бака, В этом случае в верхнем слое воды в баке, граничащем с частью внутренней стенки с большим суммарным проходным сечением отверстий (малым гидравлическим сопротивлением), будет сформирован слой нагретой воды для одноразового использования (он будет разной толщины для разных целей) с постепенным ростом температуры до максимально возможной в данных климатических условиях.
При достижении нужной температуры потребитель имеет возможность отбирать этой слой нагретой воды в йолной уверенности, что объем ее (он задан заранее) достаточен для его нужд.
Данное техническое решение бака-аккумулятора в сочетании со своевременным отбором позволяет концентрировать поступающую солнечную энергию на нагрев порции для одноразового использования, что дает возможность потребителю при малой интенсивности поступления солнечного тепла ранней весной и поздней осенью, в меньших количествах, но всегда получать нагретую воду с нужной температурой, тогда как в известных решениях в этих случаях мы получаем много воды (весь бак), но с температурой недостаточной для потребителя. Это позволяет продлить сезон эксплуатации и повысить теплотехническую эффективность установки.
Вышеизложенное подтверждает, что у заявленного решения имеются свойства по1768886 вышенного качества, чем свойства известных решений, что свидетельствует атом, что данное техническое решение обладает существенными признаками.
На фиг.1 и 2 изображен общий вид заявленногого бака-аккумулятора для систем солнечного теплоснабжения.
Бак-аккумулятор содержит, размещенный в корпусе 1 с двойными стенками патрубок отбора нагретой воды 2, а также внешнюю 3 и внутреннюю 4 стенку с отверстиями 5.
Суммарное проходное сечение отверстий внутренней стенки 4 на части ее(фиг.1) или на всей поверхности (фиг.2) выполнено или равномерно распределенным по площади перфорированной стенки 4 (фиг.1) или увеличивающимся в направлении снизу вверх.
В нижней части бака пространство между стенками 3 и 4 сообщается с внутренним объемом корпуса 1.
Бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения работает следующим образом.
Внутренний объем корпуса 1 бака-аккумулятора заполняют холодной водой до заданного уровня. При этом водой заполняется и пространство между стенками 3 и 4.
При нагреве солнечными лучами внешней стенки 3 корпуса 1 вода, нагревается от стенки 3, поднимается в межстеночном пространстве до такого уровня, на котором при расчетной температуре и вязкости, нагретая вода вытеснена во внутренний объем, по пути превозмогая предварительно рассчитанное гидравлическое сопротивление в отверстиях 5 внутренней стенки 4, Одновременно снизу в пространство между стенками 3 и 4 поступает порция холодной воды, поддерживая таким образом термосифонную циркуляцию в баке 1.
5 При испытаниях лабораторного образца бака-аккумулятора отмечено, что за счет интенсификации термосифонной циркуляции и возможности порционного нагрева воды, выход нагретой воды с заданной тем10 пературой за сезон увеличивается в среднем на 20 — 25% при этом отбор первой порции нагретой воды можно производить на 2 часа раньше, чем в известных установках.
15 Формула изобретения
1. Бак-аккумулятор для систем солнечного теплоснабжения, содержащий резервуар с двойными боковыми стенками, нижняя часть которого через пространство
20 между внешней и внутренней стенками сообщена с верхней частью, и подсоединенный к резервуару патрубок отбора нагретой воды, отличающийся тем, что, с целью повышения теплотехнической эффективно25 сти путем увеличения интенсивности циркуляции теплоносителя, часть или вся внутренняя стенка выполнена перфорированной.
2. Бак-аккумулятор по п.1, о т л и ч а ю30 шийся тем, что отверстия перфорации на внутренней стенке выполнены одинакового размера и равномерно распределены по площади.
3. Бак-аккумулятор по п.1, о т л и ч а ю35 шийся тем, что отверстия перфорации на внутренней стенке выполнены различного размера и распределены по площади с увеличением в направлении снизу вверх.
