Віконна геліоустановка і блок перепускних клапанів системи автоматичного управління циркуляцією води для неї

Винахід відноситься до водонагріваючих пристроїв, які використовують сонячну енергію. Відомий "Торговий каталог - колектор сонячного вакуума" польської фірми "МК", представлений на виставці "Нетрадиційна енергетика", 2002р., в якому сонячний колектор розташований на вертикальній стінці будинку (фіг.8, стор.13). Відомий патент України №23837А, "Геліоустановка гарячого водопостачання", МПК F24J 2/00, публ. 31.08.98., бюл. №4, патентовласник Фельдман Яків Пінхусович. Дана геліоустановка має сонячний колектор із термоізольованим корпусом, закритим склом, із збираючою і розподільною трубками, які з'єднані між собою теплопоглинальними трубками, розташований вище сонячного колектора бак-акумулятор, до якого під'єднані трубопровід подачі холодної води і трубопровід подачі гарячої води до споживача, трубопровід подачі води із сонячного колектора в бак-акумулятор і трубопровід відводу води із бака-акумулятора в сонячний колектор, а також влаштовану в них систему управління циркуляцією води, до того ж отвір відводу гарячої води із сонячного колектора розташований у верхній його частині, а отвір подачі холодної води в сонячний колектор розташований в його нижній частині. Ця геліоустановка не забезпечує нагрів води в будь-який час року при різниці температур Т2-Т 1>0°С, де Т1 - температура води в баці-акумуляторі; Т2 - температура води в сонячному колекторі. До того ж ця геліоустановка знаходиться під тиском водопровідної мережі, що передбачає підвищені вимоги до герметичності і ущільнень. При перекритті вентиля подачі холодної води, або при припиненні подачі холодної води в бак-акумулятор робота геліоустановки припиняється. Відома система управління циркуляцією води в геліоустановці, - патент України №23837А, "Геліоустановка гарячого водопостачання", МПК F24J2/00, публ. 31.08.98., бюл.№4, патентовласник Фельдман Яків Пінхусович. Ця система управління циркуляцією води в геліоустановці має елементи управління. Система керується вручн у без врахування різниці температур у баці-акумуляторі та сонячному колекторі. В основу винаходу "Віконна геліоустановка і блок перепускних клапанів системи автоматичного управління циркуляцією води для неї" поставлено завдання шляхом оснащення сонячного колектора термоізольованим корпусом у вигляді віконної рами, блоком перепускних клапанів, який є часткою системи автоматичного управління циркуляцією води, в склад якої також входять трубопроводи управління і ємності управління, які встановлені в баці-акумуляторі і сонячному колекторі, який має трубчату раму з перегородками, - забезпечити постачання гарячої води для побутових потреб в будь-який час року без додаткових витрат на облаштування і управління, а також розширити асортимент геліоустановок, особливо для побутови х потреб (облаштування індивідуального житла). Суть винаходу віконна геліоустановка. Слідуюче відомо. Геліоустановка має сонячний колектор із термоізольованим корпусом, закритим склом, із збираючою і розподільною трубками, які з'єднані між собою теплопоглинальними трубками, розташований вище сонячного колектора бак-акумулятор, до якого під'єднані трубопровід подачі холодної води і трубопровід подачі гарячої води до споживача, трубопровід подачі води із сонячного колектора в бак-акумулятор і трубопровід відводу води із бака-акумулятора в сонячний колектор, а також влаштовану в них систему управління циркуляцією води, до того ж отвір відводу горячої води із сонячного колектора розташований у верхній його частині, а отвір подачі холодної води в сонячний колектор розташований в його нижній частині. Слідуюче нове. Безприводна система автоматичного управління циркуляцією води щільно заповнена незамерзаючою робочою рідиною і має блок перепускних клапанів, який зв'язаний трубопроводами управління із ємностями управління, одна з яких розташована в термоізольованому корпусі сонячного колектора, яким є віконна рама із віконними стеклами, а друга в баці-акумуляторі, причому у віконну раму вбудована трубчата рама з перегородками, які розділяють її на збираючу і розприділяючу трубчаті порожнини, які з'єднані теплопоглинальними трубками за допомогою еластичних ущільнюючих втулок, а бак-акумулятор має під'єднаний в його нижній частині гнучкий шланг з поплавком для прийому із сонячного колектора і подачі до споживача гарячої води, а у верхній його частині під'єднаний трубопровід подачі холодної води. Слідуюче відомо. Поплавковий кран автомачної подачі холодної води в бак-акумулятор (В.А. Ленський, "Водопостачання та каналізація". Вища школа, Москва, 1969, стор.190, Фіг.126). Термоізольованим корпусом сонячного колектора є огородження балконів та лоджій. Дана віконна геліоустановка забезпечує нагрів води в будь-який час року при різниці температур Т2-Т 1>0°С, де Т1 - температура води в баці-акумуляторі; Т2 - температура води в сонячному колекторі, а такі нові конструктивні елементи, і їх взаємозв'язок, як блок перепускних клапанів системи автоматичного управління циркуляцією води, який зв'язаний трубопроводами управління із ємкостями управління, одна з яких розташована в термоізольованому корпусі сонячного колектора, а друга в баці-акумуляторі, забезпечують автоматичну циркуляцію води за рахунок конвекції в любу пору року. До того ж ця віконна геліоустановка не потребує додаткової енергії для функціонування, не передбачає підвищені вимоги до герметичності і ущільнень і при припиненні подачі холодної води в бак-акумулятор робота віконної геліоустановки не припиняється. Використання віконної рами із віконними стеклами в якості термоізольованого корпусу сонячного колектора здешевлює облаштування конструктивних елементів геліоустановки, полегшує її монтаж і експлуатацію. З'єднання теплопоглинальних трубок із трубчатою рамою за допомогою еластичних ущільнювальних трубок забезпечує те хнологічність і швидкість зборки сонячного колектора. Виконання його трубчатої рами у вигляді замкнутого порожнистого трубчатого контур у з внутрішніми перегородками забезпечує компактність системи і зручність монтажу. Суть винаходу блок перепускних клапанів системи автоматичного управління циркуляцією води. Слідуюче відомо. Система управління має елементи управління. Слідуюче нове. Елементами управління є перепускні клапани, які зв'язані між собою і з фланцями блоку перепускних клапанів трубопроводами, причому фланець входу холодної води зв'язаний трубопроводом з перепускним клапаном циркуляції холодної води, фланець виходу холодної води зв'язаний трубопроводами з перепускним клапаном циркуляції холодної води і з перепускним клапаном зливу води із сонячного колектора, фланець зливу води із сонячного колектора зв'язаний трубопроводом з перепускним клапаном зливу води із сонячного колектора, фланець виходу гарячої води зв'язаний трубопроводом з перепускним клапаном циркуляції гарячої води, фланець входу гарячої води зв'язаний трубопроводами з перепускним клапаном циркуляції гарячої води і перепускним клапаном з'єднання з атмосферою, який в свою чергу зв'язаний трубопроводом з фланцем з'єднання сонячного колектора з атмосферою, до того ж штоки всіх перепускних клапанів з одного боку знаходяться в контакті з мембранами порожнин, які під'єднані трубопроводом управління до ємності управління, розташованої в баці-акумуляторі, а з другого боку знаходяться в контакті з мембранами порожнин, які під'єднані трубопроводом управління до ємності управління, розташованої в сонячному колекторі, причому порожнини відкривання в перепускних клапанах управління циркуляцією води з'єднані з ємністю управління, розташованою в сонячному колекторі, а в перепускних клапанах зливу і з'єднання з атмосферою порожнини відкривання з'єднані з ємністю управління, розташованою в баці-акумуляторі, а їх порожнини закривання під'єднані навпаки. Використання блоку перепускних клапанів системи автоматичного управління циркуляцією води з перепускними клапанами, одні з яких призначені регулювати температуру води в геліоустановці, а інші призначені запобігати замерзанню води в сонячному колекторі, і їх конструктивні особливості, дають можливість роз'єднувати тр убопроводи гарячої і холодної води, якщо вода в сонячному колекторі стає холоднішою, ніж в баці-акумуляторі, або дає можливість з'єднувати сонячний колектор з атмосферою і зливати воду із сонячного колектора, якщо температура в сонячному колекторі і баці-акумуляторі досягає різниці Т2-Т 1 = 15°С, де Т1 - температура води в баці-акумуляторі; Т2 - температура води в сонячному колекторі. Взаємодія штоків і мембран перепускних клапанів через трубопроводи управління з ємностями управління забезпечує безперервний контроль роботи віконної геліоустановки в автоматичному режимі. Віконна геліоустановка ілюструється слідуючими кресленнями: фіг.1 - схема віконної геліоустановки; фіг.2 сонячний колектор, вид спереду; фіг.3 - схема блоку перепускних клапанів автоматичної системи управління; фіг.4 - схема перепускного клапана. Віконна геліоустановка фіг.1,2 має: сонячний колектор поз.1, теплоізольованим корпусом якого є віконна рама із стеклами поз.2; бак-акумулятор поз.3, який розташований вище сонячного колектора; систему автоматичного управління циркуляцією води, яка складається із ємностей управління, одна з яких поз.4 розташована в баціакумуляторі, і зв'язана трубопроводом управління поз.5 з фланцем поз.6 під'єднання ємності управління до блоку перепускних клапанів поз.7, а друга ємність управління поз.8 розташована в сонячному колекторі, і зв'язана трубопроводом управління поз.9 з фланцем поз.10 під'єднання ємності управління до блоку перепускних клапанів, до того ж ця система щільно заповнена незамерзаючою робочою рідиною (наприклад, спиртовий розчин); блок перепускних клапанів автоматичної системи управління має фланці під'єднання, - входу холодної води поз.11, виходу холодної води поз.12, входу гарячої води поз.13, виходу гарячої води поз.14, зливу води із сонячного колектора поз.15, з'єднання сонячного колектора з атмосферою поз.16; трубопровід подачі холодної води поз.17 в бак-акумулятор з запірним вентилем поз.18; трубопровід подачі гарячої води до споживача поз.19 з запірним вентилем поз.20; трубопровід подачі води із сонячного колектора в бак-акумулятор поз.21, який з'єднаний з фланцем входу гарячої води поз.13 і з фланцем поз.22 сонячного колектора, і трубопровід поз.23, який з'єднаний з фланцем виходу гарячої води поз. 14; трубопровід відводу води із бака-акумулятора в сонячний колектор поз.24, який з'єднаний фланцем входу холодної води поз.11, і трубопровід поз.25, який з'єднаний з фланцем виходу холодної води поз.12 і з фланцем поз.26 сонячного колектора, трубопровід поз.27 з'єднаний з фланцем з'єднання сонячного колектора з атмосферою поз.16; бак-акумулятор має поплавковий кран подачі холодної води поз.28, поплавок отбору гарячої води поз.29, з'єднаний гнучким шлагом поз.30 з трубопроводом подачі гарячої води поз.19 до споживача і трубопроводом поз.23, трубопровід переливу поз.31, який з'єднаний з фланцем зливу води із сонячного колектора поз.15; сонячний колектор має трубчату раму поз.32 з перегородками поз.33 і поз.34 вбудовану у термоізольований корпус, яким є віконна рама, вони розділюють її на збираючу поз.35 і розподільну поз.36 трубчаті порожнини, і які з'єднані поміж собою теплопоглинальними трубками поз.37 за допомогою еластичних ущільнювальних втулок поз.38. Віконна геліоустановка фіг.1,2 працює слідуючим чином. Відкривають запірний вентиль поз.18, і вода по трубопроводу подачи холодної води поз.17 через поплавковий кран подачи холодної води поз.28 заповнює бакакумулятор поз.3. Запірний вентиль поз.20 закритий. Якщо температура в сонячному колекторі поз.1 вище температури води в баці-акумуляторі холодна вода по трубопроводу відводу води із бака-акумулятора в сонячний колектор поз.24, 25, через фланець входу холодної води поз.11, фланець виходу холодної води поз.12 блоку перепускних клапанів поз.7 і фланець поз.26 сонячного колектора надходить в сонячний колектор віконної геліоустановки. При цьому, повітря із сонячного колектора через фланець поз.22 сонячного колектора по трубопроводу подачі води поз.21, 23 із сонячного колектора в бак-акумулятор через фланець входу гарячої води поз.13 і фланець виходу гарячої води поз.14 блоку перепускних клапанів, і потім по гнучкому шлангу поз.30 витісняється в бак-акумулятор і відводиться по трубопроводу переливу поз.31 в атмосферу. Бак-акумулятор продовжує заповнюватись водою до моменту закриття поплавкового крану подачі холодної води. Управляючий сигнал від ємностей управління поз. 4, 8 по трубопроводам управління поз.5, 9 у вигляді тиску незамерзаючої робочої рідини подається через фланці поз.6, 10 в блок перепускних клапанів автоматичної системи управління циркуляцією води. При цьому: якщо температура в сонячному колекторі вища за температуру в баці-акумуляторі, то блок перепускних клапанів відкриває шляхи конвекції через фланці входу і виходу гарячої води поз.13, 14 відповідно і через фланці входу і виходу холодної води поз.11, 12 відповідно і вода в баці-акумуляторі починає підігріватися; якщо температура в сонячному колекторі нижча за температур у в баці-акумуляторі, то блок перепускних клапанів перекриває шляхи конвекції через фланці поз.13, 14 і поз.11, 12 і відключає сонячний колектор від бака-акумулятора, але теплою водою можна користуватись; якщо температура в сонячному колекторі нижча ніж в баці-акумуляторі і сягає, різниці 15°С і більше, то через фланець поз.26 сонячного колектора, трубопровід поз.25, фланець поз.12 і фланець зливу води поз.15, з'єднаний з трубопроводом переливу поз.31 вода зливається із сонячного колектора, а через фланець поз.16, з'єднаним з атмосферою, фланець поз.13, трубопровід поз.21 і фланець поз.22 сонячний колектор заповнюється повітрям. При користуванні гарячою водою, вода в баці-акумуляторі автоматично поновлюється холодною водою за допомогою поплавкового крану подачі холодної води поз.28, і її температура знижується. Як тільки різниця температур в баці-акумуляторі і сонячному колекторі стане меньшою, ніж 15°С, фланці поз.15, 16 відокремлюються від зливу і від атмосфери. Якщо температура в баці-акумуляторі стане нижчою ніж в сонячному колекторі - відкривається сполучення між баком-акумулятором і сонячним колектором, і вода завдяки конвекції починає нагріватися. Блок перепускних клапанів системи автоматичного управління циркуляцією води фіг.1, 3 має: перепускний клапан циркуляції холодної води поз.39 зв'язаний з фланцем входу холодної води поз.11 і з фланцем виходу холодної води поз.12 трубопроводами поз.40, 41, з яким також через трубопроводи поз.41, 42 зв'язаний перепускний клапан зливу води поз.43, який до того ж зв'язаний з фланцем поз.15 зливу води із сонячного колектора поз.1; перепускний клапан циркуляції гарячої води поз.44 зв'язаний із фланцем виходу гарячої води поз.14 і із фланцем входу гарячої води поз.13 трубопроводами поз.45, 46, з фланцем поз.13 через трубопроводи поз.47, 46 також зв'язаний перепускний клапан з'єднання з атмосферою поз.48, який в свою чергу зв'язаний з фланцем з'єднання сонячного колектора з атмосферою поз.16. Кожний перепускний клапан фіг.4 має корпус поз.49, в якому виконані отвори для проходу води поз.50 і для установки штока поз.51, в які встановлені відкриваючий шток поз.52 і закриваючий шток поз.53, який в свою чергу взаємодіє із сідлом поз.54 закріпленим в корпусі. Обидва штоки зв'язані між собою віссю поз.55, яка проходить через отвір в сідлі і жорстко з'єднана із відкриваючим штоком і рухомо, із закриваючим штоком. На корпусі, з дво х боків, встановлені кришки поз.56 і мембрани поз.57, які утворюють поміж собою з одного боку порожнину відкривання поз.58, а з другого боку порожнину закривання поз.59. Отвори поз.60 порожнин відкривання перепускних клапанів циркуляції холодної і гарячої води поз.39, 44 під'єднані трубопроводами управління поз.61, 62, 63 до фланця під'єднання поз.10 ємності управління поз.8, розташованої в сонячному колекторі. До того ж фланця поз. 10 під'єднані трубопроводами управління поз.61, 64, 65 отвори поз.66 порожнин закривання клапанів поз.43, 48. Отвори поз.66 порожнин закривання перепускних клапанів поз.39, 44 під'єднані трубопроводами управління поз.67, 68, 69 до фланця поз.6 під'єднання ємності управління поз.4, розташованої в баці-акумуляторі поз.3. До того ж фланця під'єднані трубопроводами управління поз.68,70,71 отвори поз.60 порожнин відкривання перепускних клапанів поз.43,48. Блок перепускних клапанів системи автоматичного управління працює слідуючим чином фіг.1-4. Температура води в баці-акумуляторі поз.3 і температура води в сонячному колекторі поз.1 однакові. При цьому об'єм незамерзаючої робочої рідини в ємності управління поз.4, трубопроводах поз.5, 67, 68, 69, 70, 71., порожнинах закривання поз.59 перепускних клапанів поз.39, 44 і порожнинах відкривання поз.58 перепускних клапанів поз.43 і поз.48 дорівнює об'єму незамерзаючої робочої рідини в ємності управління поз.8, трубопроводах поз.9, 61, 62, 63, 64, 65, порожнинах відкривання поз.58 перепускних клапанів поз.39,44 і порожнинах закривання поз.59 перепускних клапанів поз.43, 48. В цьому випадку отвори поз.50 перепускних клапанів поз.39, 44 знаходяться у напіввідкритому стані, а отвори перепускних клапанів поз.43, 48 закриті, - може відбуватись циркуляція води між баком-акумулятором і сонячним колектором. Температура води в баці-акумуляторі поз.3 нижче температури води в сонячному колекторі поз. 1. В цьому випадку об'єм незамерзаючої робочої рідини в ємності управління поз.8 стає більшим ніж в ємності управління поз.4, тиск на поверхнях штоків поз.52 перепускних клапанів поз.39, 44 збільшується і отвори поз.50 цих клапанів відкриваються, а отвори поз.50 клапанів поз.43, 48 залишаються закритими. Температура води в баці-акумуляторі вище температури води в сонячному колекторі. В цьому випадку об'єм незамерзаючої робочої рідини в ємності управління поз.4 стає більшим ніж в ємності управління поз.8, тиск на поверхнях штоків поз.53 перепускних клапанів поз.39, 44 збільшується і отвори поз.50 цих клапанів перекриваються, також перекриті отвори поз.50 перепускних клапанів поз.43, 48. Температура води в баці-акумуляторі вище температури води в сонячному колекторі на 15°С і більше. В цьому випадку об'єм незамерзаючої робочої рідини в ємності управління поз.4, і тиск в неї, значно перевищують об'єм незамерзаючої робочої рідини в ємності управління поз.8 і тиск в неї. Отвори поз.50 перепускних клапанів поз.39, 44 перекриваються, а отвори поз.50 перепускних клапанів поз.43, 48 відкриваються. При цьому вода із сонячного колектора зливається в каналізацію через трубопроводи поз.25, 41, 42, 31, а перепускний клапан поз.48 з'єднує через трубопроводи поз.23, 46, 47, 27 сонячний колектор з атмосферою. Постачання гарячої води із сонячного колектора припиняється. При зміні температури в баці-акумуляторі і сонячному колекторі цикли повторюються.