Система горячего водоснабжения
Предложена система горячего водоснабжения, включающая, по крайней мере, одну солнечную батарею, состоящую из солнечных коллекторов с трубопроводом отбора теплоносителя, каждый солнечный коллектор включает трубчатый теплообменник с циркулирующей водой, с термометром и расположенными в продольный ряд внутренними стаканами, а во внутренней полости каждого стакана с обеспечением надежного теплообмена закреплен хвостовик полой медной трубки с запаянным другим торцом и заполненной рабочей жидкостью, корпус медной трубки снабжен наружными тепловыми мостиками, выполненными в виде продольных пластин, свободные продольные торцы соединены охватывающим лучевоспринимающим тонкостенным цилиндром, наружная поверхность которого снабжена селективным покрытием. Трубка с цилиндром расположены внутри стеклянной вакуумированной колбы, причем зазор между внутренним диаметром колбы и наружной поверхностью цилиндра выбран из условия исключения тепловых потерь как конвекцией так и теплопроводностью. Один торец трубчатого теплообменника связан подводящим трубопроводом с трубчатым змеевиковым теплообменником, а второй торец - отводящим трубопроводом с тем же трубчатым змеевиковым теплообменником, встроенным в бак-аккумулятор. Система снабжена контроллером, выполненным с возможностью измерения и сопоставления измеренных температур в трубчатом теплообменнике и баке-аккумуляторе с последующим включением дополнительного электронагревателя бака-аккумулятора для обеспечения заданной температуру в системе, а в подводящем трубопроводе дополнительно установлена, снабженная датчиком включения от контроллера, насосная станция с расширительным бачком.
Полезная модель относится к системам децентрализованного теплоснабжения с использованием преобразования солнечной энергии в тепловую с использованием ее для нагрева воды в бытовых и производственных условиях и может применяться в системах горячего водоснабжения индивидуальных домов (коттеджей, дач), коммунальных объектов (отелей, пансионов, кемпенгов, летних баз отдыха и лагерей, и объектов сельскохозяйственного производства (ферм, теплиц и т.д.).
Известна «Двухконтурная гелиосистема горячего водоснабжения», патент РФ 
2045714, кл. F24J 2/42, 1992 г., содержащая последовательно установленные коллекторное поле, нагревательный элемент емкостного теплообменника и циркуляционный насос, а также контур нагреваемой воды с резервным нагревателем, межтрубное пространство скоростного теплообменника. Недостатком этой конструкции является ее низкая эффективность и сложность конструкции.
Известна «Система солнечного теплоснабжения», патент РФ 2187050, кл. F24J 2/42, 2001 г., содержащая солнечные коллекторы, бак-аккумулятор с размещенным в нем теплообменником, насос для прокачки теплоносителя, соответствующие трубопроводы с запорными элементами и приборы. Недостатком этой системы является низкая экономичность и отсутствие возможности ее в теплое время года без насоса. За счет естественной циркуляции теплоносителя при его нагреве.
Известна «Совмещенная система отопления с солнечной установкой горячего теплоснабжения», патент РФ 2110017, кл. F24D 3/08, 1993 г., содержащая расширительный бак-аккумулятор, встроенный трубчатый водонагревателем системы отопления в зимний период, коллектор солнечной энергии, систему трубопроводов с заперто-регулирующей аппаратурой, циркуляционный насос. Однако данная система очень сложна из-за использования двух источников получения тепла: нагретых дымовых газов и коллекторов солнечной энергии.
Наиболее близким техническим решением является «Гелеустановка горячего водоснабжения», патент РФ 2268444, F24D 15/00, 2005 г., содержащая, по крайней мере, одну солнечную батарею из тепловых коллекторов с поперечными трубками для жидкого теплоносителя, подключенными трубопроводом к теплоаккумулирующей емкости, снабженной змеевидными теплообменником системы отопления и системы горячего водоснабжения, температурные датчики, циркуляционный насос. Однако данное техническое решение низкая термическая эффективность из-за выполнения корпусов металлическими, сложность конструкций коллекторов, а также всей установки, так как требуется программное устройство и механизм слежения перпендикулярности панелей солнечной радиации.
Задачей заявленной полезной модели является повышение термической эффективности системы, а также удешевление ее стоимости за счет упрощение ее конструкции.
Поставленная задача достигается тем, что в системе горячего водоснабжения, включающей, по крайней мере, одну солнечную батарею, состоящую из солнечных коллекторов с трубопроводом отбора теплоносителя, теплоаккумулирующий бак со змеевиковым теплообменником, трубопроводы горячего водоснабжения, блок управления и измерительные устройства, характеризуется тем, что каждый солнечный коллектор включает трубчатый теплообменник с циркулирующей водой, снабженный термометром и расположенными в продольный ряд внутренними стаканами, открытый торец каждого стакана направлен наружу, а во внутренней полости каждого стакана с обеспечениемнадежного теплообмена закреплен хвостовик полой медной трубки с запаянным другим торцом и заполненной рабочей жидкостью, при этом корпус медной трубки снабжен наружными тепловыми мостиками, выполненными в виде продольных пластин, расположенными радиально по ее периметру, причем свободные продольные торцы соединены охватывающим лучевоспринимающим тонкостенным цилиндром, наружная поверхность которого снабжена селективным покрытием, при этом трубка с охватывающим цилиндром расположены внутри стеклянной вакуумированной колбы, причем зазор между внутренним диаметром колбы и наружной поверхностью цилиндра выбран из условия исключения тепловых потерь как конвекцией так и теплопроводностью от лучевоспринимающего цилиндра в окружающую среду, причем один торец трубчатого теплообменника связаны подводящим трубопроводом с трубчатым змеевиковым теплообменником, а второй торец - отводящим трубопроводом с тем же трубчатым змеевиковым теплообменником, встроенным в бак-аккумулятор, снабженный входным и выходным трубопроводами, термометром, взаимодействующий с контроллером, выполненным с возможностью измерения и сопоставления измеренных температур в трубчатом теплообменнике и баке-аккумуляторе, с последующим включением дополнительного электронагревателя бака-аккумулятора для обеспечения заданной температуры в системе, а в подводящем трубопроводе дополнительно установлена, снабженная датчиком включения от контроллера, насосная станция с расширительным бачком. Бак-аккумулятор может быть двухконтурным.
Система может быть снабжена дополнительным оборудованием, например распределителем, для подачи воды от бака-аккумулятора в другие постройки или систему отопления и другие теплопотребляющие объекты. Трубчатый теплообменник и трубчатый змеевиковый теплообменник заполнены незамерзающей жидкостью, например спиртосодержащей жидкостью.
Бак-аккумулятор может быть снабжен устройством стратификации, обеспечивающим исключения конвекционного перемещения жидкости по его высоте.
На фиг.1 представлена схема системы горячего водоснабжения, на фиг.2 - устройство солнечного коллектора.
Система горячего водоснабжения содержит солнечную батарею 1, включающую солнечные коллекторы 2, установленные в трубчатом теплообменнике 3 с циркулирующей водой. Трубчатый теплообменник снабжен термометром 4 и внутренними стаканами 5, расположенными в ряд, таким образом, что открытый торец 6 обращен наружу. Во внутреннюю полость 7 каждого из стаканов 5 закреплены своими хвостовиками 8 полые медные трубки 9. Каждая медная трубка 9 выполнена с запаянным нижним торцом 10, заполнена рабочей жидкостью, а ее корпус снабжен наружными пепловыми мостиками 11, выполненными в виде продольных пластин, закреплены на корпусе трубки радиально, а продольные торцы всех пластин соединены охватывающим луевоспринимающим тонкостенным цилиндром 12, наружная поверхность которого покрыта селективным покрытием. Трубка 9 с цилиндром 12 расположены с зазором в стеклянной вакуумированной колбе 13, причем зазор «а» между внутренним диаметром колбы и наружной поверхностью цилиндра выбран из условия исключения тепловых потерь, как конвекцией, так и теплопроводностью в окружающую среду. Торцы трубчатого теплообменника 3 соединены трубопроводами подводящим - 14, и отводящим - 15 с трубчатым змеевиковым теплообменником 16, встроенным в бак-аккумулятор 17. В подводящем трубопроводе 14 к трубчатому теплообменника от трубчатого змеевикового теплообменника установлена насосная станция 18 с датчиком 19 и бачком-расширителем 20, причем насосная станция 18 связана с контроллером 21, с которым также взаимодействует термометр 4 трубчатого теплообменника 3. Бак аккумулятор 17 снабжен входным трубопроводом 22 холодной воды и выходным трубопроводом 23 для горячей воды, термометром 24, дополнительным электронагревателем 25, также связанными с контроллером 21. Кроме того, бак-аккумулятор снабжен устройством стратификации 26, который обычно располагают выше трубчатого змеевикового теплообменника 16 и который обеспечивает исключение конвективного перемещения жидкости по высоте бака-аккумулятора 17. Для надежного снабжения горячее водой как трубчатый теплообменник 3, так и трубчатый змеевиковый теплообменник 16 заполнены незамерзающей жидкостью, например спиртосодержащей жидкостью.
Предложенная система горячего водоснабжения работает следующим образом. Солнечный коллектор 1 устанавливается на крыше здания или на специальной раме под наклоном 30-45 градусов к горизонту, а все остальные элементы системы размещаются в любом удобном месте помещений. При попадании солнца на солнечные коллекторы рабочая жидкость в медных трубках испаряется и пар по медной трубке поднимается в хвостовик, где конденсируется и отдает тепло посредством стакана жидкости, циркулирующей в трубчатом теплообменнике 2. Нагретая жидкость по отводящему трубопроводу 15 поступает в трубчатый змеевиковый теплообменник 16, где передает тепло жидкости находящейся в баке-аккумуляторе 17, откуда уже нагретая вода поступает потребителю к различным теплопотребляющим объектам, распределяясь в распределителе 27. Благодаря наличию контролера и взаимодействующих с ним термометров трубчатого теплообменника 3 солнечного коллектора, бака-аккумулятора 17 и насосной станции 18 обеспечивается при наличии положительного градиента температур в трубчатом теплообменнике 3, принудительная циркуляция жидкости в трубопроводах 14, 15 насосной станцией.
Благодаря выполнению солнечных коллекторов в виде колб круглого сечения обеспечивается более высокая эффективность восприятия солнечной энергии солнечными коллекторами, а, следовательно, и всей солнечной батареей, так как не требуется корректировка расположения солнечной батареи относительно изменяющих свое направление солнечных лучей.
Предложенная система горячего водоснабжения позволяет повысить эффективность преобразование солнечной энергии в тепловую и эффективность ее использование за счет выполнения колбы, обеспечивающей исключение потерь, как конвекцией, так и теплопроводностью. Наличие контроллера также улучшает эксплуатационные характеристики системы, так как обеспечивается измерение и контроль температурных параметров и при необходимости, а именно при положительном градиенте температуры в трубчатом теплообменнике 3 включается принудительная циркуляция воды посредством насосной станции 18. При недостаточном подогреве воды солнечной батареей в баке-аккумуляторе, по показанию термометра, расположенного в нем контроллер включает дополнительный подогрев воды электронагревателем 25.
Предложенная станция несложна в конструктивном выполнении, проста в эксплуатации, она апробирована в эксплуатации, показала эффективность и надежность в работе.
1. Система горячего водоснабжения, включающая, по крайней мере, одну солнечную батарею, состоящую из солнечных коллекторов с трубопроводом отбора теплоносителя, теплоаккумулирующий бак со змеевиковым теплообменником, трубопроводы горячего водоснабжения, блок управления и измерительные устройства, отличающаяся тем, что каждый солнечный коллектор включает трубчатый теплообменник с циркулирующей водой, снабженный термометром и расположенными в продольный ряд внутренними стаканами, открытый торец каждого стакана направлен наружу, а во внутренней полости каждого стакана с обеспечением надежного теплообмена закреплен хвостовик полой медной трубки с запаянным другим торцом и заполненной рабочей жидкостью, при этом корпус медной трубки снабжен наружными тепловыми мостиками, выполненными в виде продольных пластин, расположенных радиально по ее периметру, причем свободные продольные торцы соединены охватывающим лучевоспринимающим тонкостенным цилиндром, наружная поверхность которого снабжена селективным покрытием, при этом трубка с цилиндром расположены внутри стеклянной вакуумированной колбы, причем зазор между внутренним диаметром колбы и наружной поверхностью цилиндра выбран из условия исключения тепловых потерь как конвекцией так и теплопроводностью от лучевоспринимающего цилиндра в окружающую среду, причем один торец трубчатого теплообменника связан подводящим трубопроводом с трубчатым змеевиковым теплообменником, а второй торец - отводящим трубопроводом с тем же трубчатым змеевиковым теплообменником, встроенным в бак-аккумулятор, снабженный входным и выходным трубопроводами, термометром, взаимодействующий с контроллером, выполненным с возможностью измерения и сопоставления измеренных температур в трубчатом теплообменнике и баке-аккумуляторе с последующим включением дополнительного электронагревателя бака-аккумулятора для обеспечения заданной температуры в системе, а в подводящем трубопроводе дополнительно установлена снабженная датчиком включения от контроллера насосная станция с расширительным бачком.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она может быть снабжена дополнительным оборудованием, например распределителем, для подачи воды от бака-аккумулятора в другие постройки или систему отопления и другие теплопотребляющие объекты.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что трубчатый теплообменник и трубчатый змеевиковый теплообменник заполнены незамерзающей жидкостью, например спиртосодержащей жидкостью.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что бак-аккумулятор может быть снабжен устройством стратификации, обеспечивающим исключение конвективного перемещения жидкости по его высоте.
