Мобільний тандем геліоколектор та тепловий насос

Реферат: Мобільний тандем геліоколектор та тепловий насос, містить установлені на рамі геліоколектори і трубопроводи для підведення і відведення теплоносія, причому рама виконана у вигляді візка, оснащеного конструктивними елементами та механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочу позицію, а також для їх розміщення у транспортному положенні. Оснащений тепловим насосом повітря-повітря або повітря-рідина, який приєднаний до трубопроводів для отримання теплоносія від геліоколекторів та, після додаткової концентрації в ньому тепла, відведення до споживачів. UA 119201 U (54) МОБІЛЬНИЙ ТАНДЕМ ГЕЛІОКОЛЕКТОР ТА ТЕПЛОВИЙ НАСОС UA 119201 U UA 119201 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до засобів отримання сонячної енергії у виробничих умовах при створенні систем сонячного теплопостачання для об'єктів, що потребують значних теплових потужностей. Розроблений мобільний тандем, призначений для нагрівання повітря та гарячого водопостачання в будинках і інших спорудах, наприклад кафе, ресторанах, ремонтних майстернях, гаражах, парниках, теплицях, басейнах, а також для нагрівання повітря в технологіях сушіння сільськогосподарської і іншої продукції. Даний мобільний нагрівач знайде застосування в польових умовах, наприклад в воєнних таборах чи на базах відпочинку і т.п. Відома геліоустановка, яка містить установлені під кутом сонячні колектори, бак-акумулятор, розподільний бак, насос, трубопроводи, запірно-регулюючі пристрої, причому розподільний бак містить сиру воду і розміщений під баком-акумулятором та з'єднаний з ним додатковими трубопроводами із запірними елементами і зовнішніми пристроями для змішування теплої і сирої води, також бак-акумулятор і розподільний бак спільно утворюють вежу, яка несе на собі колектори і яка встановлена на полозоподібні опори за допомогою проміжної конструкції, причому вежа виконана із звуженням догори, а проміжна конструкція має вигляд стрижневого конусоподібного утворення, також колектори встановлені з можливістю зміни кута нахилу, крім того, установка забезпечена пристроєм для перекачування води з розподільного бака в бакакумулятор і вітроенергетичним пристроєм, розміщеним за допомогою додаткової гостроверхої вежі на баку-акумуляторі, також вітроенергетичний пристрій забезпечений блискавковідводом [RU 2182288, 2002 p. F24J 2/44, F24J 2/34]. Не применшуючи переваги даної конструкції, а саме – деякою мірою її мобільність, слід відмітити і недоліки. Вона має обмежені функціональні можливості, тому що полозоподібні опори будуть ефективними тільки при наявності на дорогах снігу чи льоду. Також недоліком даної геліоустановки є мала потужність сприймання і концентрації сонячної енергії. Адже в ній неможливо використати габаритні і відповідно потужні з великою робочою площею колектори, інакше вона втратить свою мобільність. Згідно з правилами дорожнього руху, максимальна висота транспортного засобу з вантажем може становити не більше 3,8 м. Тому нескладно вирахувати, що в даній геліоустановці максимальна робоча площа колектора може становити 2 не більше 20 м . Це обумовлено значними обмеженнями розміру колекторів із-за вертикальних габаритів вежі, в якій, для забезпечення природної конвекції і циркуляції води, бак-акумулятор повинен розташовуватись над колекторами. Відома геліоустановка мобільна, яка містить установлені на рамі геліоколектори, теплообмінник, насос з трубопроводами для підведення і відведення теплоносія, причому рама виконана у вигляді возика оснащеного конструктивними елементами та монтажно-тяговими механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочу позицію та керування їхнім розташуванням у просторі, а також для компактного їх розміщення і закріплення у транспортному положенні, на рамі також розміщені конструктивні елементи та монтажно-тягові механізмами для установки та закріплення геліоколекторів у робочій позиції і для керування їхнім розташуванням у просторі, які являють собою шарнірно прикріплені до рами 1-подібні стояки, причому вони оснащені лебідками, тросовими розтяжками та лінійними горизонтальними перемичками, а конструктивні елементи для компактного розміщення і закріплення геліоколекторів у транспортне положення виконані у вигляді кронштейнів, які установлені по краях возика і оснащені напрямними, в які входять опорні ролики геліоколекторів, крім того, геліоустановка містить пристрій для керування кутом нахилу геліоколекторів до горизонту, який виконаний у вигляді лебідки з тяговим паралелограмним механізмом, а також оснащена датчиком швидкості вітру, що взаємодіє з системою оповіщення [UA 68796, 2012 р. F24J 2/44, F24J 2/34, F24J 2/00]. Не применшуючи переваги даної конструкції, а саме - її мобільність, і солідну робочу площу геліоколекторів слід відмітити і недоліки. Вона має низький ККД (коефіцієнт корисної дії) і не спроможна забезпечувати достатню температуру нагріву повітря, наприклад для сушіння зернових та маслянистих культур, особливо в осінній період та при хмарній погоді. Задачею корисної моделі є створення мобільної конструкції з підвищеною потужністю, навіть в прохолодну пору року і при хмарній погоді. На сучасному етапі розвитку науки і техніки, в царині отримання теплової енергії із навколишнього середовища, зокрема із повітря, створені і широко застосовуються не тільки сонячні колектори, а і теплові насоси. Тому, для підвищення процесу отримання теплової потужності, перспективним напрямком є поєднання в тандем цих технічних засобів. Поставлена задача вирішується тим, що мобільний тандем геліоколектор плюс тепловий насос, який містить установлені на рамі геліоколектори і трубопроводи для підведення і відведення теплоносія, причому рама виконана у вигляді візка, оснащеного конструктивними елементами та механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочу позицію, а 1 UA 119201 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 також для їх розміщення у транспортному положенні, згідно з корисною моделлю оснащений тепловим насосом повітря-повітря, або повітря-рідина, який приєднаний до трубопроводів для отримання теплоносія від геліоколекторів та, після додаткової концентрації в ньому тепла, відведення до споживачів. Суть заявленого технічного рішення пояснюється кресленнями, де: на Фіг. 1 і Фіг. 2 приведено загальний вигляд мобільного тандему геліоколектора плюс тепловий насос, на Фіг. 3 зображено елемент кріплення опорних роликів колекторів до 1 - подібних стояків; на Фіг. 4 зображено поперечний переріз В-В по Фіг. 3; на Фіг. 5 і Фіг. 6 зображено вигляд мобільного тандема в транспортному положенні. Мобільний тандем геліоколектор плюс тепловий насос (див. Фіг. 1, Фіг. 2) складається з установлених, на рамі візка 1, геліоколекторів 2, теплового насоса 3, який розміщений на поворотному підрамнику 4, та трубопроводів для підведення і відведення теплоносія (трубопроводи умовно не показані). Возик оснащений конструктивними елементами та монтажно-тяговими механізмами, які призначені для установки і закріплення геліоколекторів у робочій позиції, а також для керування їхнім розташуванням у просторі і для їх розміщення у транспортному положенні (див. Фіг. 5, Фіг. 6). Дані механізми можуть бути різного конструктивного виконання. Наприклад прикріплені до рами візка, на шарнірних опорах 5, два 1-подібні стояки 6. На кожному стояку встановлено (див. Фіг 1, Фіг. 2) монтажно-тяговий механізм у вигляді лебідки 7 з тросовим, чи ланцюговим тяговим органом 8, також до стояків прикріплені тросові розтяжки 9. 1-подібні стояки являють собою сталеві зварні конструкції, виконані у вигляді лінійних жорстких швелероподібних профілів з коробчастими порожнинами 10 (див. Фіг. 3 і Фіг. 4), в яких за допомогою упорів 11 (оснащених напівциліндричними ложементами) фіксуються геліоколектори, при робочій позиції. Для забезпечення необхідної взаємної стійкості, переведених у вертикальний робочий стан 1-подібних стояків, геліоустановка оснащена як мінімум двома стальним жорсткими поздовжніми перемичками 12. При транспортному положенні дані перемички розташовуються і кріпляться над геліоколекторами (див. Фіг. 5). Конструктивні елементи для компактного розміщення і закріплення геліоколекторів у транспортне положення, виконані у вигляді, розміщених по краях возика, кронштейнів 13 оснащених напрямними 14, в які вкочуються опорні ролики 15, які жорстко прикріплені до бокових рамних елементів геліоколекторів і в своїх цапфах мають щліцьові отвори 16 (див. Фіг. 3). Також мобільний тандем оснащений пристроєм для керування кутом нахилу геліоколекторів до горизонту, який виконаний у вигляді двох лебідок 17 (з ручним або електроприводом) та двох тягових паралелограмних механізмів 18. Крім того, мобільний тандем оснащений датчиком швидкості вітру, що взаємодіє з системою оповіщення. Додатково мобільний тандем комплектується спеціальним важелем та драбиною (на кресленні не показані). Одна людина, ознайомлена з інструкцією по монтажу і експлуатації даної конструкції, та два помічники (без використання підйомного крану) зможуть за кілька годин розвернути мобільний тандем в робочу позицію, чи скласти його в транспортне положення. Попередньо, на місцях експлуатації, повинні бути забетоновані в землю дві пари стальних різьбових наконечників 19 (див. Фіг. 1, Фіг. 2), до яких кріпляться в робочому положенні 1-подібі стояки 6, а також забетоновані дві пари зачепів 20, до яких кріпляться талрепи тросових розтяжок 9. Розвертання мобільного тандема в робочу позицію проводиться наступним чином. Спочатку возик з усім обладнанням, за допомогою трактора, чи іншого тягового засобу, доставляють на місце експлуатації і розміщують в зарані визначеному положенні - відносно раніше забетонованих різьбових наконечників 19. Ознайомлений з інструкцією по монтажу фахівець, спеціальним важелем виконує початковий (неповний) підйом 1-подібного стояка, який провертається відносно своєї шарнірної опори 5, а потім два його помічники за допомогою тросових розтяжок 9 повністю завершують розвертання стояка у вертикальне положення і прикріплюють його опорні фланці до різьбових наконечників 19. Також, за допомогою талрепів кріплять тросові розтяжки 9 до зарані забетонованих зачепів 20 і виконують їх попередню натяжку. Аналогічну роботу виконують і з іншим 1-подібним стояком. В кронштейнах 13 розблоковують геліоколектори 2. За допомогою опорних роликів 15 перекочують по напрямних 14 перший (крайній від стояків) геліоколектор. Через спеціальний паз, виконаний в швелероподібних профілях стояків 6, опорні ролики 15 потрапляють в коробчасті порожнини 10, а їхній геліоколектор відповідно розміщується в просторі між стояками. За допомогою установлених на 1-подібних стояках монтажно-тягових механізмів (лебідки 7 з тросовим, чи ланцюговим тяговим органом 8), два помічники синхронно (по кількості обертів) підіймають геліоколектор до зарані відміченого положення, при якому, в звільнений простір, 2 UA 119201 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 аналогічно попередньому геліоколектору, заводиться наступний геліоколектор, які зчіплюються між собою спеціальними зачепами. Знову виконується підіймання, але уже одночасно двох заведених між стояки геліоколекторів. Аналогічно і почергово процес повторяється і з іншими геліоколекторами, поки останній із них не займе своє положення між 1-подібними стояками. Разом із геліоколекторами одночасно підіймаються і розміщені на них стальні жорсткі поздовжні перемички 12, які потім розміщаються і кріпляться між 1-подібними стояками. Далі, з використанням драбини, в швелероподібних порожнинах 1-подібних стояків закріплюють нижні половинки упорів 11, які оснащені напівциліндричними ложементами. Потім синхронно лебідкою 7 опускають одночасно всі геліоколектори, поки їхні опірні ролики не розмістяться в напівциліндрах упорів 11, а тросовий, чи ланцюговий тяговий орган 8 ослабне, і його відчіплюють від геліоколектора. Далі кріплять верхні половинки упорів 11. Потім приєднують до 1-подібних стояків стальні жорсткі поздовжні перемички 12, які забезпечать розвернуту геліоустановку необхідною стійкістю в поздовжньому напрямі. На кінцевому етапі монтажу кріплять пристрій для керування кутом нахилу геліоколекторів до горизонту. Для цього вставляють в цапфи щліцьових отворів 16 відповідно шліцьові кінці важелів тягового паралелограмного механізму 18, який кінематично з'вязаний з лебідкою 17, котра може мати ручний, або одночасно ручний і електричний привод. Також установлюють в робоче положення тепловий насос, який закріплений на спеціальному поворотному підрамнику 4. Поворот теплового насоса з підрамником виконують на 90°, а потім з'єднують його вхідний патрубок з вихідним патрубком геліоколектора. Для переведення геліоколекторів із робочої позиції в транспортне положення і їх подальше компактне розміщення на возику необхідно виконати вище приведені операції в зворотній послідовності. Мобільний тандем може бути укомплектований спеціальним пристроєм для зміни кута нахилу до горизонту, в залежності від відповідного положення Сонця. Тоді, впродовж світлового дня, в автоматичному режимі, буде забезпечуватись максимально можливий відбір сонячної енергії. Повертання геліоколекторів у просторі, в автоматичному режимі, буде виконувати тяговий паралелограмний механізмом 18, за допомогою оснащеної електроприводом лебідки 17. Датчик швидкості вітру разом із системою оповіщення спрацьовують при буревіях. Так, при ручному керуванні нахилом геліоколекторів до горизонту, датчик включає систему оповіщення, наприклад звукову, чи світлову і тим самим попереджає про необхідність переведення площин геліоколекторів в паралельне положення домінуючому напряму руху повітря. Нахил геліоколекторів до горизонту буде виконуватись лебідкою 17 з ручним приводом, та кінематично з'вязаним із нею тяговим параделограмним механізмом 18. При автоматичному керуванні нахилом геліоколекторів до горизонту лебідка 17 повинна мати електричний привод. Тоді, після отримання необхідної команди, вона, разом із тяговим паралелограмним механізмом 18, оперативно забезпечить повертання геліоколекторів в потрібне положення. Таким чином наявність датчика швидкості вітру з системою оповіщення дасть можливість своєчасно повернути геліоколектори в безпечне положення. Це дозволить несучій конструкції витримати значні вітрові навантаження, що забезпечить її надійність та довговічність. Для фахівців в даній галузі техніки очевидні можливі подальші модифікації даного технічного рішення, що охоплюється суттю та межами заявленого об'єкта, як це розкрито у формулі. Мобільний тандем, при комплектації змінним тепловим насосом, тобто "повітря-повітря", чи "повітря-рідина" буде універсальним технічним засобом і в залежності від господарських потреб, може виконувати роботу по нагріванні як води, так і повітря. Він працює наступним чином. Сонячна енергія поглинається поверхнею геліоколекторів і нагріває повітря, чи власну робочу рідину (теплоносій), які відповідно за допомогою вентилятора чи циркуляційного насоса подаються від геліоколекторів на вхід до теплового насоса 3. Тепловий насос типу "повітря-повітря" додатково концентрує тепло в отриманому від колектора уже збагаченому теплом повітрі і передає його споживачеві, наприклад в сушарку зернових, чи маслянистих культур. Тепловий насос типу "повітря-рідина", також, отримуючи від колектора збагачене теплом повітря, відбирає від нього тепло, аналогічно роботі кондиціонера, і віддає його робочій рідині, наприклад воді. Процес відбувається безперервно. В період збирання урожаю, геліоустановка мобільна переїжджає до сушарок і нагріває повітря, яке безпосередньо використовується ними для сушіння сільськогосподарської продукції, наприклад зернових культур. 3 UA 119201 U 5 10 15 20 25 30 35 Новостворену конструкцію мобільного тандема, для прикладу, конструктивно оснастимо чотирма геліоколекторами, в кожному із яких довжина робочої поверхні становитиме 12 м, а 2 висота 2,5 м. Тоді робоча площа одного геліоколектора складе 30 м , а сумарна робоча площа 2 геліоустановки мобільної відповідно становитиме 120 м . Теплові насоси повітря-повітря своїм принципом роботи дуже схожі на геотермальні насоси. Головна їх відмінність полягає в добуванні теплової енергії. Вона витягується не із ґрунту, як при геотермальних насосах, а з повітряних мас зовнішнього середовища. Теплові насоси повітря-повітря відмінно підходять при прямому нагріві мас повітряного типу. Принцип роботи такого насоса досить простий. Теплота витягується з навколишнього повітря за допомогою випарного блоку. Після чого вона направляється в конденсатор. На цій стадії відбувається процес так званої віддачі теплоти. Після чого нагріте повітря наповнює приміщення, чи подається в зернову масу, при його сушінні. Теплові насоси повітря-повітря мають великий термін надійної експлуатації. Вони екологічні і прості в застосуванні. Тандем геліоколектор плюс тепловий насос забезпечує двостадійну концентрацію тепла в повітрі. Тобто нагріває повітря до більш високої температури. Наприклад, температура повітря в навколишньому середовищі, тобто на вході в геліоколектор, становить (5°….10°) С. На виході з геліоколектора отримуємо температуру повітря (15°…20°) С, а потім, на виході з теплового насоса типу "повітря-повітря", наприклад виробництва Mitsubishi Electric (Японія), отримаємо повітря уже з температурою (45°…50°) С 3 Продуктивність по повітрю може становити, наприклад 7200 м за годину і більше. Вона залежить від сумарної робочої площі геліоколекторів та від кількості блоків теплового насоса, наприклад в системах "multi спілт". Вище відмічена продуктивність і температура повітря уже є прийнятними для забезпечення ефективного процесу зерносушіння. Наприклад, в зерносховищах-сушарках, які працюють на принципі, що дозволяє сушити великі маси зерна і при цьому використовувати відносно малопотужні джерела теплової енергії (див. патенти України № 61778 та № 62931). Сучасні темпи зростання вартості органічних теплоносіїв та електроенергії вражають. Тому масштаби використання альтернативних джерел для отримання енергії будуть збільшуватись, що є прогресивною тенденцію, яка збережеться і надалі. Також слід відмітити про наявність екологічного ефекту (відсутність шкідливих викидів в атмосферу, які мають місце при спалюванні органічного палива). В матеріальному плані цей ефект забезпечується відповідними податковими пільгами. Аналіз відомих конструкцій геліоустановок як мобільних, так і стаціонарних, показує, що дана розробка є конкурентоспроможною. Тобто, завдяки кращій відповідності її технічних характеристик вимогам ринку, вона буде привабливішою для покупця. Таким чином, створена конструкція мобільного тандема геліоколектор плюс тепловий насос, повинна знайти широке застосування, адже вона має солідну потужність, універсальна і здатна забезпечувати дармовою сонячною енергією впродовж багатьох років експлуатації. 40 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Мобільний тандем геліоколектор та тепловий насос, що містить установлені на рамі геліоколектори і трубопроводи для підведення і відведення теплоносія, причому рама виконана у вигляді візка, оснащеного конструктивними елементами та механізмами для установки і закріплення геліоколекторів у робочу позицію, а також для їх розміщення у транспортному положенні, який відрізняється тим, що оснащений тепловим насосом повітря-повітря або повітря-рідина, який приєднаний до трубопроводів для отримання теплоносія від геліоколекторів та, після додаткової концентрації в ньому тепла, відведення до споживачів. 4 UA 119201 U 5 UA 119201 U 6 UA 119201 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7