Двоконтурна комбінована геліосистема

Реферат: Двоконтурна комбінована геліосистема містить трубопроводи гарячої води і напірний трубопровід холодної води, з'єднані по контуру з циркуляційними насосами і швидкісним теплообмінником, сонячні геліоколектори з термодатчиками, ємність для води, диференційні регулятори. Додатково геліосистема оснащена контуром комбінованих фотоелектричних модулів з акумулятором електричної енергії та інвертором з блоком управління, опріснювачем з датчиками рівня води і концентраторами сонячної енергії для геліоколектора. UA 87910 U (12) UA 87910 U UA 87910 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до фотоенергетики та геліотехніки. За найближчий аналог вибрано двоконтурну геліосистему (RU № 2045714 (С1), F24J2/42, опубл. 10.10.1995 р.), що містить трубопроводи гарячої води і напірний трубопровід холодної води, з'єднані по контуру з циркуляційними насосами і швидкісним теплообмінником, сонячні геліоколектори з термодатчиками, ємність для води і диференційні регулятори. Недоліком такої двоконтурної геліосистеми є те, що вона сонячну енергію перетворює тільки в теплову. Робота насоса потребує електричної енергії для його живлення в денний час. Ємність гарячої води не має датчиків рівня рідини, відсутність яких може призвести до неконтрольованого її витоку, окислення нагрівальних частин контурів та передчасного виходу з ладу. Крім того, геліосистема має низьку експлуатаційну ефективність і тому завданням заявки є розширення діапазону її дії. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення двоконтурної геліосистеми шляхом оснащення її контуром комбінованих фотоелектричних модулів з акумулятором електричної енергії та інвертором, опріснювачем з датчиками рівня води та концентраторами сонячної енергії для геліоколекторів, що відповідно забезпечать перетворення сонячної енергії в електричну для живлення насоса, опріснення морської води, доведення температури теплоносія до величини, необхідної для робочого процесу в опріснювачі. Поставлена задача вирішується тим, що двоконтурна геліосистема, що містить трубопроводи гарячої води і напірний трубопровід холодної води, з'єднані по контуру з циркуляційним насосом, швидкісний теплообмінник, сонячні геліоколектори з термодатчиками, ємність для води, диференційні регулятори, згідно з корисною моделлю, додатково оснащена контуром комбінованих фотоелектричних модулів з акумулятором електричної енергії та інвертором, опріснювачем з датчиками рівня води і концентраторами сонячної енергії для геліоколектора. Оснащення двоконтурної комбінованої геліосистеми контуром комбінованих фотоелектричних модулів з акумулятором електричної енергії і інвертором забезпечить електричною енергією не тільки живлення насосів, які використовується в системі від сонячного випромінювання, а і дозволить скидати надлишки електричної енергії в локальну електричну систему або в централізовану мережу, надаючи можливість більш широко використовувати енергію Сонця і додасть фактор автономності системі. Внесення до геліосистеми концентратора сонячної енергії забезпечує збільшення робочої температури теплоносія в процесі опріснення морської води. Використання датчиків рівня води в опріснювачі дозволять автоматично підтримувати необхідний рівень води в опріснювачі. На кресленні представлена схема двоконтурної комбінованої геліосистеми, що містить комбіновані фотоелектричні модулі 1 з циркуляційним насосом Р1, нагрівачем 2 і вихідним контуром швидкісного теплообмінника 7, які створюють перший низькотемпературний контур, заповнений антифризом, геліоколектори 3 з концентраторами 4, з циркуляційним насосом Р2 і нагрівачем 5 в опріснювачі, які створюють другий контур, заповнений антифризом, опріснювач морської води 6, в якому нагрівач 5 від концентраторних геліоколекторів розміщений за рівнем вище нагрівача 2 від першого низькотемпературного контура, датчики температури, розташовані на вхідних і вихідних патрубках комбінованих фотоелектричних модулів-Т1 і Т2 і геліоколекторів з концентраторами-Т3 і Т4, а також опріснювача-Т5, датчики рівня рідини У2 і У1, розташовані всередині опріснювача 6, які сигналізують про досягнення рідиною максимального і мінімального об'єму солоної води в ньому, рівень рідини У1 - має постійне значення, і розташований над нагрівачем 5 другого контура, рівень рідини У2 - відповідно знаходиться над рівнем рідини У1, швидкісний теплообмінник 7, розташований між вихідним патрубком батареї комбінованих фотоелектричних модулів1 і напірним трубопроводом холодної води 9, диференційні терморегулятори А1, А2, A3 і регулятор освітленості А4 і регулятор рівня А5, які в свою чергу складаються з диференційних підсилювачів, фільтруючих ємностей, регулювальних опорів, проміжних реле та інших комутаційних елементів, що відповідно подають проміжні сигнали на вмикання або розмикання живлення циркуляційних насосів Р1 і P2 в обох контурах, вмикання глибинного насосу Р3 подачі морської води з глибини моря по мірі випаровування її в опріснювачі, що охолоджує за допомогою теплообмінника 7 теплоносій першого низькотемпературного контура, акумулятор електричної енергії 10, який накопичує енергію від комбінованих фотоелектричних модулів 1 і нівелює коливання напруги викликані нестабільністю надходження сонячного випромінення, інвертор 11 для фотоелектричних систем з власною системою керування, який здійснює живлення насосів P1, P2 і Р3 змінним струмом, а також живлення локальної або централізованої мережі змінного 1 UA 87910 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 електричного струму 12, датчик сонячного випромінювання 13, встановлений на каркасі комбінованих фотоелектричних модулів 1, логічні елементи "І" 14 і 15, які сприймають і обробляють сигнали від диференційних регуляторів А2 і A3 і відповідно А4 і А5. Робота двоконтурної комбінованої геліоустановки здійснюється наступним чином. В умовах літньої пори року, під час сходу сонця на комбінованих фотоелектричних модулях 1, кути установки яких встановлюються в залежності від широти місцевості та особливостей клімату обумовленого району, починає генеруватись електрична енергія невеликого рівня, яка накопичується на клемах акумулятора 10 і через інвертор 11 надходить для живлення циркуляційних насосів Р1 і Р2 в обох контурах та глибинного насоса Р3, а надлишковий рівень спрямовується в локальну або централізовану мережу 12. Температури Т2 і Т1 комбінованої фотоелектричної батареї в першому контурі, а також відповідно Т4 і Т3 геліоколектора 3 з концентратором 4 у складі другого контуру в умовах сходу сонця мають приблизно однаковий рівень і циркуляції теплоносія в обох контурах не відбувається. В умовах подальшого денного зростання потоку сонячної радіації відбувається одержання електричної енергії вищого рівня від комбінованих фотоелектричних модулів 1. Електрична енергія, накопичуючись на акумуляторі 12, який нівелює коливання постійного струму в умовах нестабільності сонячного випромінювання і перетворюючись в змінний струм в інверторі 11, спрямовується для живлення циркуляційних насосів P1, P2 і Р3, а більшою частиною надходить в локальну або централізовану мережу 12. В таких умовах починають грітись сонячні елементи в модулях і напруга в сонячних елементах починає поступово знижуватись, що призводить до зниження загального ККД фотоелектричних модулів 1. Починають зростати температури Т2 відносно Т1, а також Т4 відносно Т3. Коли Т2 відносно Т1 і Т4 відносно Т3 досягнуть певного рівня, а Т4 крім того перевищить Т5 за умов наявності сонячного випромінювання, спрацьовують відповідно диференційні терморегулятори А1 і А2 з A3. Диференційний регулятор А1 вмикає насос Р1, а диференційні регулятори А2 з A3, за допомогою логічного елемента 14 вмикають контурний насос Р2, які здійснюють циркуляцію теплоносіїв в контурах і передачу теплової енергії від нагрівальних приладів 2 і 5 до опріснювача 6. За умови зменшення кількості морської води в опріснювачі 6 до рівня У1, спрацьовує А5 і наявності сонячного випромінювання в певних межах, що надходить від датчика 13 спрацьовує диференційний регулятор А4, які за допомогою логічного елемента 15 вмикають глибинний насос Р3. Насос Р3 піднімаючи відносно холодну морську воду з дна моря, охолоджує в швидкісному теплообміннику 7 теплоносій першого контуру, який надходить до сонячних елементів викликаючи зростання не тільки напруги, а і ККД всієї комбінованих фотоелектричних модулів 1. Підігріта в теплообміннику 7 морська вода надходить до опріснювача 6 і заповнює його до рівня води У2. Заповнений морською водою опріснювач під дією нагрівальних приладів 2 і 5 від обох контурів, починає інтенсивно генерувати пар, який конденсуючись по стінкам опріснювача виводиться зовні у вигляді опрісненої води. По мірі випаровування солоної води в опріснювачі 6 процес повторюється. Закачування морської води в опріснювач 6 відбувається за умов падіння рівня її до У1 і наявності сонячного освітлення, про яке сигналізує датчик 13 на регулятор А4. Швидкість випаровування морської солоної води в опріснювачі більшою частиною обумовлене об'ємом рідини в межах У1-У2, температурою теплоносія в другому контурі з концентраторними геліоколекторними модулями 3 і 4 та швидкістю прокачування її по колу. З метою зниження температури випаровування морської води може бути передбачена наявність вакуумного насоса в складі опріснювача. В нічному режимі циркуляційні насоси не працюють, бо визначеної різниці між Т4 і Т3, а також між Т2 і Т1 і в умовах відсутності сонячного випромінення немає, датчик 13 сонячного випромінення не спрацьовує, і логічний елемент 15 не видає сигнал управління на насос Р3. Таким чином через швидкісний теплообмінник 7 в опріснювач 6 морську воду насос Р3 не закачує в нічний час. В осінньо-весняних умовах процеси генерування електричної енергії, утилізації теплової та опріснення в системі аналогічні тим, що відбуваються влітку, хоча в цей час суттєво знижуються потужності вищевказаних електричної і теплової енергії. В зимових умовах України генерування електричної енергії комбінованими фотоелектричними модулями складає 1/10-1/20 енергії одержаної влітку. Об'єм одержаної теплової енергії настільки незначний, що опріснювач 6 доцільно замінити на акумулятор теплової енергії з резервним нагрівачем, живлення якого відбувається від централізованої електричної мережі. 2 UA 87910 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 Двоконтурна комбінована геліосистема, що містить трубопроводи гарячої води і напірний трубопровід холодної води, з'єднані по контуру з циркуляційними насосами і швидкісним теплообмінником, сонячні геліоколектори з термодатчиками, ємність для води, диференційні регулятори, яка відрізняється тим, що додатково оснащена контуром комбінованих фотоелектричних модулів з акумулятором електричної енергії та інвертором з блоком управління, опріснювачем з датчиками рівня води і концентраторами сонячної енергії для геліоколектора. 3 UA 87910 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4