СОЛНЕЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК F24J2/06 F24J2/34 

Изобретение относится к гелиотехнике, а конкретно к солнечным нагревательным установкам.

Известна гелиоустановка в виде гелиомодуля, предназначенная для нагрева воды, содержащая поглощающие панели, подключенные с двух сторон к аккумулирующей емкости (патент Австралии N AU-R-59319/80, 1983).

Недостатком такой конструкции является большая площадь для размещения, необходимость монтажа и сочленения отдельных элементов (коллекторов, аккумулятора, трубопроводов и арматуры) в единую систему.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является модульный коллектор-аккумулятор, выполненный в виде призмы, на одной из сторон которой находится тепловоспринимающая панель (авт. св. СССР N 1467332, 1989). Такая конструкция позволяет сократить занимаемую площадь. Совмещение поглощающей панели с конструкцией бака-аккумулятора позволяет избежать монтажа системы при установке, уменьшает вес и стоимость конструкции за счет совмещения функций коллектора и аккумулятора в одном модуле.

Недостатком приведенной конструкции являются повышенные теплопотери с тыльной стороны, кроме этого не обеспечивается регулирование температуры воды, идущей потребителю.

В данной конструкции это является неизбежным, поскольку при создании модульной конструкции увеличивается поверхность, с которой происходят теплопотери, а толщину теплоизоляции приходится ограничивать по экономическим и компоновочным соображениям. Сопутствующим недостатком является также снижение теплопроизводительности в начальные часы работы, когда температура воздуха выше чем температура воды в водонагревателе. Кроме этого, существует проблема регулирования температуры воды, подаваемой потребителю при безнапорной эксплуатации солнечного водонагревателя. В условиях отсутствия гарантированного водоснабжения (а децентрализованные потребители именно таковыми и являются) нет возможности постоянно поддерживать давление в солнечном водонагревателе. А в безнапорном режиме для нормальной работы смесителя необходимо чтобы давление холодной и горячей воды, подаваемой в смеситель, было одного порядка.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования солнечного водонагревателя, в котором повышение теплопроизводительности и регулирования обеспечивается тем, что за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью.

Поставленная задача решается тем, что в солнечном водонагревателе в виде призмы, содержащем аккумулирующую емкость с лицевой наклонной поглощающей поверхностью и тыльной теплоизоляцией согласно изобретению, за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью.

Не выявлено известных технических решений, которым отличительные признаки заявляемой конструкции придавали бы свойства, идентичные или эквивалентные свойствам, придаваемым заявляемому.

Заявляемая конструкция обеспечивает возможность повышения теплопроизводительности солнечного водонагревателя за счет уменьшения тепловых потерь с тыльной стороны и утилизации теплоты окружающего воздуха. Это достигается тем, что теплота, уходящая с тыльной стороны аккумулирующей емкости, идет на подогрев воды в рекуперативной емкости, имеющей общую поверхность с тыльной стороны. Кроме этого, в начальное (после заполнения водой) время работы, когда температура воздуха превышает температуру воды, идет подогрев воды в рекуперативной емкости, не имеющей наружной теплоизоляции.

Разница температур в основной и рекуперативной емкостях позволяет регулировать температуру воды на выходе при потреблении через смеситель. А практически совпадающий уровень статического давления в основной и рекуперативной емкостях обеспечивает работу смесителя в широком диапазоне коэффициента смешения.

Изобретение поясняется чертежом. На чертеже показан солнечный водонагреватель в поперечном разрезе.

Солнечный водонагреватель содержит аккумулирующую емкость 1, рекуперативную емкость 2, тепловую изоляцию 3. Тепловая изоляция 3 располагается с тыльной стороны аккумулирующей емкости 1. Рекуперативная емкость 2 располагается с тыльной стороны тепловой изоляции 3 и имеет с последней общую поверхность 4.

На обращенной к солнцу стороне аккумулирующей емкости 1 расположена тепловоспринимающая поверхность 5, имеющая большой коэффициент поглощения (более 0,9). Над тепловоспиринмающей поверхностью 5 располагается прозрачное покрытие 6.

В нижней части солнечного водонагревателя расположен трубопровод 7, соединяющий аккумулирующую 1 и рекуперативную 2 емкости, снабженный вентилями 8 для регулирования. К соединительному трубопроводу 7 подключен раздающий патрубок 9 через запорный вентиль 10.

В верхней части аккумулирующей емкости 1 предусмотрены заливное 11 и переливное 12 отверстия. В верхней части рекуперативной емкости 2 находятся заливное 13 и переливное 14 отверстия.

В верхней части солнечного водонагревателя находится крепежное ухо 15. Перед лицевой поверхностью солнечного водонагревателя может находится отражатель 16, закрепленный на шарнире 17.

Солнечный водонагреватель может быть выполнен из распространенных марок стали толщиной 1 2 мм. При выборе конкретной марки стали следует руководствоваться технологическими требованиями при механической обработке и сварке в процессе производства.

При наличии соответствующего технологического оборудования (экструзионно-выдувного или вакуум-формовочного) конструкцию можно выполнять из полимерных материалов (полипропилен, полиэтилен, полибутен и др.).

Солнечный водонагреватель заявляемой конструкции работает следующим образом.

Аккумулирующая 1 и рекуперативная 2 емкости солнечного водонагревателя заполняются водой через заливные отверстия 11 и 13, соответственно. Контроль заполнения и предотвращение переполнения осуществляется переливным отверстием 12 в аккумулирующей емкости 1 и переливным отверстием 14 в рекуперативной емкости 2.

Солнечное излучение поступает на тепловоспринимающую поверхность 5. Солнечное излучение, поступающее к элементу 5, превращается в полезную теплоту и нагревают теплоноситель (воду) в аккумулирующей емкости 1. Тепловой поток, прошедший тепловую изоляцию 3, через поверхность 4 поступает в рекуперативную емкость 2.

В конце цикла нагрева (обычно день) производится водоразбор через раздающий патрубок 9 путем открытия запорного вентиля 10. Температура воды при водоразборе регулируется путем смещения воды из аккумулирующей 1 и рекуперативной 2 емкостей, имеющих разную температуру. При этом коэффициент смещения может быть сколь угодно малым или большим поскольку уровни давления в емкостях одного порядка. Коэффициент смешения регулируется вентилями 8.

При температуре воды, которой заполняется солнечный водонагреватель, меньшей чем температура воздуха, заполнение водонагревателя осуществляется через рекуперативную емкость 2, которая не имеет наружной теплоизоляции. Находясь в рекуперативной емкости 2, вода утилизирует тепло окружающего воздуха. Ассимилировав тепло окружающего воздуха вода из рекуперативной емкости 2 подается через трубопровод 7 (при открытых вентилях 8) в аккумулирующую емкость 1, где осуществляется солнечный нагрев. После чего вентили 8 закрываются и идет вышеописанный цикл дневного нагрева и потребления.

Таким образом предлагаемая конструкция позволяет повысить итоговый КПД солнечного водонагревателя за счет ассимиляции тепла окружающего воздуха, тепловых потерь стороны и обеспечить регулирование температуры потребления в условиях негарантированного водоснабжения.

Использование предлагаемой конструкции гелиомодуля позволяет повысить теплопроизводительность и регулируемость.

Использование: в гелиотехнике, а конкретно в солнечных нагревательных установках. Сущность: солнечный водонагреватель в виде призмы содержит аккумулирующую емкость с лицевой наклонной поглощающей поверхностью и тыльной теплоизоляцией, за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью. 1 ил.

Солнечный водонагреватель в виде призмы, содержащий аккумулирующую емкость с лицевой наклонной поглощающей поверхностью и тыльной теплоизоляцией, отличающийся тем, что за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью.