ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ГЕЛИОУСТАНОВКА Российский патент 1995 года по МПК F24J2/44 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано для получения и длительного хранения горячей воды.

Известны гелиоустановки для получения горячей воды, содержащие гелиоприемник (ГП) и бак-аккумулятор (БА), собранные в едином теплоизолированном корпусе [1, 2] Эти установки ввиду мобильности и универсальности получили в мире наибольшее применение.

Однако установки отличаются недостаточно высоким отношением площади тепловоспринимающей поверхности к габаритной площади гелиоустановки (ГУ). Это связано с тем, что в данных конструкциях тепловоспринимающая поверхность составляется только площадью ГП, а габаритную поверхность создает ГП и БА.

Известно устройство, содержащее ГП и БА, размещенные в едином корпусе, причем БА расположен за ГП в его верхней части [3] Конструкция максимально использует габаритные размеры для поглощения солнечной энергии.

Однако подобная компановка БА и ГП приемлема для применения в северных широтах при высоком угле установки водонагревателя к горизонту. При малых углах установки термосифонный эффект отсутствует (угнетается) и ГП перестает работать.

Наиболее близкой по технической сути к предлагаемому изобретению является гелиоустановка, содержащая ГП и БА, помещенные в общий теплоизолированный корпус с прозрачной крышкой и с днищем из гофрированного покрытия, имеющим теплопоглощающие и теплоотражающие участки [4] Устройство имеет максимально возможное отношение площади тепловоспринимающей поверхности к габаритной площади ГУ, близкое к единице. Следовательно, при равных остальных характеристиках ГУ будет обладать большей теплопроизводительностью.

Недостатком указанного устройства является высокие тепловые потери ГУ, что связано с более низким тепловым сопротивлением прозрачной стенки по сравнению с теплоизоляцией корпуса. Так тепловое сопротивление однослойной стеклянной стенки меньше на порядок, а двухслойной в 4-5 раз меньше, чем сопротивление эквивалентной по размерам стенки из пенополиуретана. Поэтому указанное устройство, имея более высокую теплопроизводительность при солнечной погоде, быстро отдает накопленное тепло при ее отсутствии.

Целью изобретения является уменьшение тепловых потерь ГУ и увеличение времени хранения горячей воды.

Поставленная цель достигается тем, что в полости бака вдоль передней стенки установлена перегородка, которая образует дополнительную полость, сообщающуюся в нижней части с ГП, а в верхней с основной полостью БА, при этом между БА и прозрачным ограничением параллельно наружной поверхности БА установлено дополнительное прозрачное покрытие.

На фиг. 1 показан внешний вид предлагаемой конструкции; на фиг. 2 то же, вид сбоку.

Водонагревательная ГУ состоит из корпуса с теплоизоляцией 1, БА 2, ГП 3, прозрачного ограждения (остекления) 4, остекления БА 5 и внутренней перегородки 6.

В работе ГУ необходимо рассматривать два случая: работа при наличии Солнца и работа в отсутствии Солнца.

Предположим предложенная ГУ заправлена водой и направлена ГП на Солнце.

В теплообменнике ГП 3 холодная вода, поглощая солнечную энергию, начнет прогреваться. При этом плотность теплой воды, находящейся в ГП, будет меньше по сравнению с водой в БА 2. За счет разности плотностей (и следовательно масс) воды в гидравлическом контуре водонагревательной ГУ начнется ее циркуляция. Нагретая вода из ГП 3 будет поступать в полость, образованную внутренней перегородкой 6 и наружной стенкой БА 2, где дополнительно от стенки, направленной так же на Солнце, будет подогреваться. Как видно из описания, процесс подогрева воды практически не отличается от подобных в аналогах и прототипе.

В отсутствии Солнца начнется процесс охлаждения ранее нагретой воды в ГУ. Понятно, что чем меньше температурный градиент остывания, тем совершеннее конструкция ГУ. Поскольку термическое сопротивление остекления меньше, чем у теплоизоляции, которой со всех сторон (кроме "лицевой") закрыта ГУ, утечки тепла пойдут с максимальной интенсивностью со стороны остекления, причем прежде всего (ввиду малого объема) охладится вода в теплообменнике ГП, после чего циркуляция воды в контуре прекратиться. Одновременно начнется охлаждение воды в БА. Для уменьшения тепловых потерь из БА внутри его установлена перегородка в непосредственной близости от наружной стенки. В отсутствии стенки (как это выполнено в известных ГУ) вода в баке за счет конвективного теплообмена со стенкой, не закрытой теплоизоляцией, т.е. "лицевой", достаточно быстро будет остывать. Согласно теории теплообмена в узкой щели кольцевые потоки конвективного теплообмена практически отсутствуют и тем самым в ней создается дополнительное термическое сопротивление, которое препятствует быстрому остыванию воды в БА.

Кроме того, установленное между БА и прозрачным ограничением с "лицевой" стороны дополнительное прозрачное покрытие, которое практически не сказывается на нагрев воды (так как основной нагрев воды происходит в ГП), оказывает дополнительное сопротивление утечкам тепла.

Сущность изобретения: в полости бака-аккумулятора (БА)2 вдоль передней стенки установлена перегородка 6, которая образует дополнительную полость, сообщающуюся в нижней части с гелиоприемником (ГП) 3, а в верхней с основной полостью БА 2. Между БА и прозрачным ограждением 4 параллельно наружной поверхности БА установлено дополнительное прозрачное остекление 5. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ ГЕЛИОУСТАНОВКА, содержащая сообщенные между собой гелиоприемник и бак-аккумулятор, установленные в общем корпусе с прозрачным ограждением над ним, теплоизолированным днищем и боковыми стенками, отличающаяся тем, что в баке-аккумуляторе установлена перегородка вдоль его передней стенки, разделяющая полость бака-аккумулятора на основную и дополнительную зоны, при этом дополнительная зона расположена со стороны передней стенки и в нижней части сообщена с гелиоприемником, а в верхней части с основной зоной бака-аккумулятора. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между баком-аккумулятором и прозрачным ограждением параллельно передней стенке бака-аккумулятора установлено дополнительное прозрачное ограждение.