солнечный кипятильник

Формула изобретения

Солнечный кипятильник, включающий в себя параболоцилиндрический концентратор лучистой солнечной энергии, установленный с возможностью вращения вокруг трубопровода и снабженный реверсивным приводом его азимутального поворота за солнцем, который управляется контактами силовых реле, обмотки которых включены в цепь питания через контакты поляризованного реле с нейтральным положением якоря, обмотка которого включена встречно между двумя фотоэлементами правого и левого поворота, а также установлен фотоэлемент заднего наблюдения, включенный на обмотку собственного силового реле через нормально разомкнутые контакты самоблокировки, при этом последовательно с контактами реверсивного привода левого поворота включены контакты силового реле заднего поворота, отличающийся тем, что трубопровод концентратора снабжен расширительным бачком и теплообменником по кольцевой схеме, а теплообменник снабжен трубопроводами подвода холодной воды и отвода горячей воды в промышленный котел, при этом питание обмоток силовых реле и реверсивного привода осуществляется из централизованной однофазной сети электроснабжения через выпрямитель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к солнечным кипятильникам для получения горячей воды и пара для бытовых и технологических нужд.

Известны солнечные кипятильники, включающие в себя параболоцилиндрический концентратор лучистой энергии, по фокальной оси которого установлен трубопровод [1].

Недостатком известного аналога является жесткая связь концентратора с трубопроводом, что ведет к повороту трубопровода вместе с концентратором при азимутальном слежении за солнцем.

Прототипом изобретения является солнечный кипятильник, включающий в себя параболоцилиндрический концентратор лучистой солнечной энергии, установленный с возможностью вращения вокруг трубопровода и снабженный реверсивным приводом его азимутального поворота за солнцем, который управляется контактами силовых реле, обмотки которых включены в цепь питания через контакты поляризованного реле с нейтральным положением якоря, обмотка которого включена встречно между двумя фотоэлементами правого и левого поворота, а также установлен фотоэлемент заднего наблюдения, включенный на обмотку собственного поляризованного реле через нормально разомкнутые контакты самоблокировки, при этом последовательно с контактами реверсивного привода левого поворота включены контакты силового реле заднего поворота [2].

Недостатком прототипа является его автономное использование по назначению, он не пригоден для работы с промышленными котлами, т.к. в этих условиях (условиях централизованного электроснабжения) солнечная фотобатарея как солнечная станция не нужна, и поэтому применение ее нецелесообразно как с экономической, так и с технологической стороны.

Изобретение позволяет получить новый технический эффект - упрощение и повышение технологической и экономической стороны, возможность работы кипятильника как приставки к промышленным котлам круглый год.

Настоящий технический эффект достигается тем, что солнечный кипятильник, включающий параболоцилиндрический концентратор лучистой солнечной энергии, установленный с возможностью вращения вокруг трубопровода и снабженный реверсивным приводом его азимутального поворота за солнцем, управляется контактами силовых реле, обмотки которых включены в цепь питания через контакты поляризованного реле с нейтральным положением якоря, обмотка которого включена встречно между двумя фотоэлементами правого и левого поворота, а также установлен фотоэлемент заднего наблюдения, включенного на обмотку собственного силового реле через нормально разомкнутые контакты самоблокировки, при этом последовательно с контактами реверсивного привода левого поворота включены контакты силового реле заднего поворота, согласно изобретению, трубопровод концентратора снабжен расширительным бачком и теплообменником по кольцевой схеме, а теплообменник снабжен трубопроводами подвода холодной воды и отвода горячей воды в промышленный котел, при этом питание обмоток силовых реле и реверсивного привода осуществляется из централизованной однофазной сети электроснабжения через выпрямитель.

На фиг.1 показан общий вид солнечного кипятильника, вид сбоку. На фиг.2 - вид фиг.1 по А. На фиг.3 - электрическая схема солнечного кипятильника.

Солнечный кипятильник состоит из основания 1 и рамы 2, на которых, с углом наклона половины максимального зенитального положения солнца на южную сторону, жестко закреплен трубопровод 3, на котором сверху и снизу установлены подшипники 4 (качения или скольжения) со спицами 5 для крепления параболоцилиндрического концентратора 6. Последний, в нижней части, снабжен зубчатым колесом (полуколесом) 7, находящимся в зацеплении с червячным валом 8 реверсивного электропривода 9, установленного на основании 1 рамы 2. В верхней части концентратора 6 закреплен кронштейн 10, а на нем фотоэлементы левого 11 и правого 12 поворота, а с обратной стороны - фотоэлемент 13 заднего наблюдения. При этом против кронштейна 10, в положении поворота его влево и вправо на 90°, на раме 2 закреплены концевые выключатели 14 левый и 15 правый. Верхний конец трубопровода 3 соединен с расширительным бачком 16, а после него линия проходит через змеевик 17, через теплообменник 18 и возвращается на нижний конец трубопровода 3 по кольцевой схеме. Теплообменник 18 через вентиль 19 имеет снизу подвод холодной воды "X" и сверху отвод горячей воды "Г" в промышленный котел.

Концентратор 6 с трубопроводом 3 и приводом 9 размещаются на улице, расширительный бачок 11 и теплообменник 18 в помещении. Гидросистема кипятильника (трубопровод 3, расширительный бачок 11, змеевик 17) заполняется низкокипящим теплоносителем (жидкостью), например тосолом, спиртоглицериновой смесью и т.д. Трубопровод 3 посредством кронштейнов 20 жестко закреплен на раме 2.

Электрическая схема солнечного кипятильника включает в себя разделительный трансформатор "Т" с выключателем "ВК". Во вторичную обмотку трансформатора "Т" включен выпрямитель "В". Фотоэлементы левого "Ф_л" (11) и правого "Ф_п " (12) поворота соединены встречно с обмоткой поляризованного малоточного реле "РП1" с нейтральным якорем, с левым и правым контактами замыкания, в цепях которых установлены обмотки силовых реле "РС1" и "РС2". Между контактами РС1 и РС2.2 подключен реверсивный привод "М" (9) постоянного тока в цепь выпрямителя "В". Каждая фаза питания имеет нормально замкнутые контакты концевых выключателей KB_л -левого и КВ_п-правого. В схему также входит фотоэлемент Ф_з (13) заднего наблюдения включенного на обмотку собственного поляризованного реле "РП2", контакты замыкания которого включены в цепь питания собственного силового реле "РС3" с параллельно разомкнутыми контактами "РС3.1", а также с ними включены нормально замкнутые контакты "РС2.1". При этом в цепи питания реверсивного привода "М" последовательно с нормально замкнутыми контактами "РС2.2" включены нормально замкнутые контакты "РСЗ.2" с параллельным их переключением. На фазы электропитания включены вольтметр "V" и сигнальная лампа "Л".

Солнечный кипятильник работает следующим образом. По фокальной оси концентратора 6 во время солнечного излучения в трубопроводе 3 нагревается низкозамерзающая жидкость, которая через расширительный бачок 16 поступает в змеевик 17 теплообменника 18, где теплота от незамерзающей жидкости передается воде, после чего охлажденная жидкость опять поступает снизу в трубопровод 3. Цикл повторяется многократно и повышает температуру воды в теплообменнике 18 откуда горячая вода "Г" поступает в промышленный котел (на чертеже не показан), где в случае недостаточности требуемой температуры воды, она догревается в котле обычным способом включения и выключения электропитания термореле. По мере расхода воды в котле, подпитка воды в теплообменнике 18 происходит через вентиль 19 из системы водоснабжения. Таким образом, в течение всего года по количеству солнечных дней происходит полное или частичное подогревание воды, что снижает потребление энергии порядка 30 тыс.кВт·ч·м²/год.

В несолнечные дни кипятильник не работает и нагревание воды в промышленном котле происходит обычным образом, без кипятильника.

С утра начинается зенитальное и азимутальное перемещение солнца. С увеличением азимутального угла с востока на запад происходит увеличение угла падения солнечных лучей на правый фотоэлемент Ф_п (12) и затемнение левого фотоэлемента Ф_л (11). Правый фотоэлемент Ф_п (12) вырабатывает постоянный ток, который подается на обмотку поляризованного реле РП1. Последняя срабатывает и замыкает свой якорь РП1 на левый контакт и ставит под ток обмотку реле РС1, которое размыкает свои нормально замкнутые контакты РС1 и замыкает нормально разомкнутые контакты РС1, тем самым ставит под ток реверсивный привод М (9). Последний через червячный вал 8 и зубчатое колесо 7 на подшипниках 4 вокруг трубопроводов 3 вращает солнечный концентратор 6 вправо и разворачивает их по азимутальному положению солнца. При азимутальном выравнивании оба фотоэлемента Ф_п (12) и Ф_л (11) под малым углом к солнечным лучам вырабатывают одинаковые малые токи, которые уравновешиваются на обмотке реле РП1. Последняя обесточивается и отпускает свой якорь РП1. Цепь питания обмотки реле РС1 обесточивается, которое отпускает свои контакты РС1 и обесточивает привод М (9). Азимутальный поворот прекращается. При дальнейшем азимутальном изменении солнца операция повторяется до заката солнца. Таким образом обеспечивается в течение дня постоянная фокусировка фокального луча концентратора 6 на трубопровод 3. При отсутствии солнца кипятильник и слежение не работают, поэтому при появлении солнца оно может оказаться как справа, так и слева, например, на следующий день.

При появлении солнца справа кипятильник работает описанным образом. При появлении солнца слева под лучи попадает фотоэлемент левого поворота Ф_л (11), который вырабатывает постоянный электрический ток и проходит через обмотку поляризованного реле РП1 в обратном направлении, вследствие чего описанным образом ставится под ток обмотка реле РС2, а последняя перекидывает свои контакты РС2.2 и замыкает цепь питания через нормально разомкнутые контакты РС2.2 реверсивного привода М (9) в обратном направлении. Последний описанным образом разворачивает концентратор 6 влево.

После заката солнца концентратор 6 смотрит на запад. С восходом солнца под его лучи попадает фотоэлемент заднего наблюдения Ф _з, который вырабатывает свой постоянный ток проходящий через обмотку поляризованного реле РП2. Последний замыкает свой якорь и ставит под ток обмотку реле РС3, который притягивает свой контакт РС3.1 и самоблокируется через нормально замкнутые контакты РС2.1. В то же время своими контактами РС3.2 замыкает цепь питания реверсивного привода М (9) последовательно через нормально замкнутые контакты РС2.2. Привод М (9) описанным образом разворачивает концентратор 6 влево до тех пор, пока под лучи попадет фотоэлемент Ф_л, т.е. уже с поворотом на восток. Под током Ф_л обмотка реле РП1 срабатывает и его якорь ставит под ток обмотку реле РС2, который своими контактами РС2.1 разрывает цепь питания РС3, последний отпускает свои контакты РС3.1 и снимает самоблокировку, а контактами РС3.2 питание привода М (9), однако РС2 замыкает свои нормально разомкнутые контакты РС2.2 и замыкает цепь питания привода М (9), который продолжает разворот концентратора 6 в азимутальное положение солнца.

После азимутального поворота одновременно начинают работать фотоэлементы Ф_л (11) и Ф_п (12), которые описанным образом обеспечивают ориентировку концентратора 6.

В цепи питания привода М (9) включены концевые выключатели ВК_л и ВК_п, исключающие аварийные ситуации в работе электрической схемы.

Таким образом, обеспечивается высокая эффективность работы кипятильника с круглосуточным слежением за азимутом солнца круглый год.

Кипятильник работает в Башкирском государственном аграрном университете.

Источники информации

1. Апариси Р.Р., Гафф Б.А. Использование солнечной энергии. АН СССР, М., 1958 г., с. 28-29.

2. Заявка России № 2003109373/20, МКЛ H 01 L 31/00, 03.04.03. «Кипятильник». - Прототип.