МОЕЧНЫЙ ГЕЛИОАГРЕГАТ СЫСУНА-СТЕПНОВА Российский патент 2001 года по МПК F24J2/04 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к моечным гелиоагрегатам, у которых нагрев осуществляется энергией солнечного излучения, предназначенным для применения в бытовых моечных и душевых установках для дачных и фермерских владений, питаемых как от водопроводной системы водоснабжения, так и при заполнении водой баков вручную.

Известна система водоснабжения с уравнительными баками /1/ для бытового применения, содержащая установленные на одной отметке баки, заполненные холодной и подогреваемой генератором тепла горячей водой, с обеспечением подачи воды к водозаборной смесительной арматуре под одинаковым напором.

Недостатки системы обусловлены необходимостью применения сложного и дорогостоящего генератора тепла для подогрева воды.

В качестве прототипа выбран солнечный нагреватель жидкости, который может быть использован в качестве бытового моечного гелиоагрегата /2 и 3/, выполненный в виде заполненного водой утепленного бака с входным патрубком и одним или большим количеством выходных патрубков, перекрытый в верхней части со стороны падающих солнечных лучей прозрачной изоляцией, экранирующей лучепоглощающую (зачерненную) поверхность днища плавающего в баке металлического противня, на наружной, контактирующей с водой, поверхности которого установлен входной конец гибкого шланга, противоположный конец которого сопряжен с одним из выходных патрубков и водозаборной арматурой. Входной патрубок выполнен в нижней части бака, снабжен запорным вентилем и служит для заполнения бака водой.

Недостатки прототипа вызваны тем, что при эксплуатации устройства с заполнением водой бака вручную возникают известные неудобства, связанные с необходимостью выполнения специального входного патрубка с запорным вентилем в нижней части бака либо с применением сопряженного с патрубком колена и заполняемой водой воронки.

В этом случае, а также при использовании стационарной системы водоснабжения (водопровода), подключаемого по входному патрубку, происходит интенсивное не контролируемое перемешивание холодной и нагреваемой солнцем воды в баке за счет турбулентных потоков, поступающих из входного патрубка, что снижает максимально достижимую температуру и увеличивает время нагрева воды до этой температуры.

Кроме того, описанный в /2/ моечный агрегат не обеспечивает необходимое регулирование температуры потребляемой воды.

Целью изобретения является создание моечного гелиоагрегата, лишенного недостатков прототипа, с улучшенными эксплуатационными характеристиками, более удобного в эксплуатации, обеспечивающего быстрое получение более горячей и холодной воды с регулируемой температурой.

Поставленная цель достигается тем, что в моечном гелиоагрегате, содержащем заполненный водой и по крайней мере частично утепленный бак с входным и одним или большим количеством выходных патрубков и водоразборной арматурой, перекрытый в верхней, обращенной к солнцу части оптически прозрачной изоляцией, экранирующей лучепоглощающую (зачерненную) поверхность днища, плавающего в баке металлического противня, на наружной, контактирующей с водой, поверхности которого установлен входной конец гибкого шланга, противоположный конец которого сопряжен с одним из выходных патрубков и водоразборной арматурой, вышеуказанный бак выполнен из двух составных частей - отсеков, соединенных между собой вблизи дна бака одним или несколькими каналами для свободного ламинарного протекания воды, причем плавающий металлический противень с гибким шлангом, а также один из выходных патрубков водоразборной арматуры установлены совместно в одном из отсеков бака.

Цель достигается также тем, что два - больший с нагреваемой водой и меньший с холодной водой - отсека бака установлены на одном уровне и отделены друг от друга вертикальной перегородкой, выполненной из материала с низкой теплопроводностью, например из пластмассы, образующей с дном бака щелевой канал для ламинарного протекания воды.

Еще одним средством достижения цели является то, что составные части бака с нагреваемой и холодной водой выполнены в виде двух, соединенных между собой трубчатым каналом самостоятельных отсеков - баков с установленными в каждом из них выходными патрубками, соединенными между собой через водоразборную арматуру с тройником-смесителем воды и запорными вентилями.

Достижению технического результата способствует также то, что обращенная к солнцу часть боковой поверхности утеплителя отсека бака с нагреваемой водой установлена на шарнирно откидывающемся экране.

Предложенные варианты исполнения моечного гелиоагрегата согласно предлагаемому изобретению представлены на чертежах.

Фиг. 1. Моечный гелиоагрегат с вертикальной перегородкой составного бака, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг. 2. Моечный гелиоагрегат с самостоятельными отсеками-баками и тройником-смесителем, вид сбоку, частично в разрезе.

Фиг. 3. То же, что и на фиг. 2, вид А, частично в разрезе.

Показанный на фиг. 1 моечный гелиоагрегат содержит заполненный водой прямоугольный открытый металлический или пластмассовый бак, выполненный из двух, установленных на одном горизонтальном уровне, прямоугольных составных частей - отсеков 1 и 2, соединенных между собой вблизи дна бака одним или несколькими каналами, например щелевым каналом 3 шириной 2-4 мм для свободного ламинарного протекания холодной воды из отсека 1 в отсек 2 (показано стрелками). Щелевой канал 3 образован между дном бака и косым срезом плоской вертикальной перегородки 4, разделяющей бак на два отсека - больший с нагреваемой солнечным излучением водой отсек 2 и меньший отсек 1 с холодной водой. Разделяющая отсеки перегородка выполнена из материала с низкой теплопроводностью, например из пластмассы на основе полипропилена или полиэтилена высокой плотности.

В одном из отсеков бака, в частности в отсеке 2, который в 2-3 раза превышает размеры отсека 1, на поверхности воды установлен солнечный нагреватель воды, выполненный в виде плавающего противня 5 из алюминия, у которого внутренняя, обращенная к солнцу, поверхность днища покрыта лучепоглощающим материалом 6 (зачернена) и, кроме того, перекрыта (экранирована) со стороны падающих солнечных лучей (показаны косыми стрелками) оптически прозрачной изоляцией 7, например, оконным стеклом или слоем целлофана, выполняющими функции крышки бака.

Оконное стекло 7 с ручкой может быть установлено в оправе 9 с возможностью продольного перемещения и перекрывать оба отсека бака.

На наружной контактирующей с водой поверхности днища плавающего в отсеке 2 металлического противня 5 установлен и закреплен (сваркой или при помощи эпоксидной смолы) перфорированный фланец 10 со штуцером, соединенным с входным концом 11 гибкого шланга, противоположный конец 12 которого сопряжен с выполненным в этом же отсеке 2 одним из выходных патрубков и водоразборной арматурой, например, с патрубком 13 и пробковым краном 14.

Отсек 2 бака, в котором смонтирован солнечный нагреватель воды, окружен утеплителем 15, и установлен вместе с отсеком 1 в деревянный или пластмассовый короб 16, защищающий утеплитель от воздействия атмосферных осадков. Утеплителем может быть окружен весь бак, как это показано на фиг. 1.

Отсеки бака смонтированы на полке 17 арматуры наружного бытового умывальника или на специальном держателе.

Для заполнения отсека 1 бака водой от водопровода может быть использован входной патрубок 18, который при заполнении водой вручную через открытую часть отсека 1 закрыт заглушкой.

В варианте исполнения моечного гелиоагрегата, показанного на фиг. 2 и 3, составные части бака с холодной и подогреваемой водой выполнены в виде двух самостоятельных прямоугольных отсеков-баков 19 и 20, соединенных между собой вблизи дна одним или несколькими трубчатыми каналами 21 с внутренним диаметром 6-12 мм для свободного ламинарного протекания воды. В отсеке-баке 20 с нагреваемой солнечным излучением водой, который по объему выполнен равным или большим по сравнению с отсеком-баком 19 с холодной водой, установлен солнечный нагреватель воды, выполненный в виде плавающего в нем металлического противня 22 с зачерненным дном со стороны падающих солнечных лучей (показано косыми стрелками), на контактирующем с водой наружной поверхности которого закреплен перфорированный металлический фланец 23, соединенный с входным концом 24 гибкого шланга, аналогично описанному выше для варианта, показанного на фиг. 1.

При этом отсек-бак 20 индивидуально перекрыт оконным стеклом 25, а отсек-бак 19 закрыт крышкой 26.

В каждом из отсеков-баков 19 и 20 выполнены выходные патрубки 27 и 28 соответственно, соединенные между собой через водоразборную арматуру, включающую тройник-смеситель 29, два запорных вентиля 30 и 31 и кнопочный пробковый водоразборный кран 32.

Выходной конец 33 гибкого шланга в отсеке-баке 20 сопряжен с выходным патрубком 28, обеспечивая потребление подогреваемой воды непосредственно из зоны, примыкающей к нагреваемому солнечным излучением противню 22.

Для термостатирования нагреваемой воды боковые стенки и дно отсека-бака 20 утеплены слоем пористого утеплителя 34 и экранированы дополнительным слоем 35 гидроизоляции, защищающим утеплитель от проникновения влаги и атмосферных осадков.

По крайней мере часть обращенной к солнцу боковой поверхности утеплителя отсеков 2 (фиг. 1) или 20 (фиг. 3) бака с подогреваемой водой целесообразно устанавливать на шарнирно откидывающемся экране 36, обеспечивающем дополнительный нагрев солнечным излучением (показано стрелками на фиг. 3) зачерненной боковой стенки 37 отсека бака в условиях повышенной окружающей температуры в безветренную погоду и обеспечивающем термостатирование (сохранение тепла) в отсеке-баке в прижатом положении экрана 36 к стенке 37, например, при отсутствии солнечного излучения.

В отсеке-баке с холодной водой установлен входной патрубок 38 для подключения шланга или трубопровода водопровода (на фиг. не показано).

Отсеки-баки 19 и 20 устанавливают на полке 39 или подвешивают на специальной арматуре (на фиг. не показано).

Предложенный моечный гелиоагрегат функционирует следующим образом.

Составная часть бака-отсека 1 (фиг. 1) наполняется водой, вручную при сдвинутой влево по направляющим 9 оптически прозрачной изоляции 7 (оконного стекла или целлофана в правке - не показано), выполняющей функции стеклянной крышки с ручкой 8.

Отсек-бак 19 заполняется водой при открытой крышке 26. Наполнение водой указанных отсеков от водопровода или шланга может быть выполнено через входные патрубки 18 и 38.

В обоих случаях происходит заполнение водой отсека 2 и отсека-бака 20 за счет перетекания воды (показано изогнутыми стрелками) через щелевой канал 3 или трубчатый канал 21 из отсека 1 и отсека-бака 19.

Противни 5 и 22 солнечного нагревателя всплывают на уровень заполнения баков водой, например, в крайнее верхнее положение, как показано на фиг. 1, 2 и 3, который может быть ограничен, например, уровнем расположения входного патрубка 38.

Вместе с противнями 5 и 22 всплывают входные концы 11 и 24 гибкого шланга, соединенные через штуцера с перфорированными фланцами 10 и 23 соответственно.

Солнечное излучение (лучи показаны косыми стрелками на фиг. 1, 2 и 3) проходит через оптически прозрачный для них слой изоляции 7 или 25 (стеклянные или целлофановые крышки отсеков бака) и поглощается на внутренней, покрытой лучепоглощающим материалом, поверхности противней 5 и 22, преобразуясь в тепло и нагревая их до температуры 60-80^oC.

В результате кондуктивной теплопередачи, высокой поглощательной способности поверхности и теплопроводности металлических противней 5 и 22, а также благодаря разветвленной поверхности контакта с водой установленных на них перфорированных фланцев со штуцерами, энергия солнечного излучения эффективно преобразуется в тепловую, передается и рассеивается в примыкающем к ним объеме воды, нагревая ее.

При этом за счет перекрытия обращенной к солнцу поверхности противней 5 или 22 слоем оптически прозрачной изоляции 7 или 25 соответственно образуется воздушный зазор между дном противней и слоем указанной изоляции, снижающий конвективный теплообмен противней с окружающей средой (проявляется "парниковый эффект"), что способствует быстрому накоплению тепла и эффективному нагреву примыкающей к противням воды.

При открытом кране 14 или запорном вентиле 31 и кнопочном кране 32 примыкающая к противням 5 или 22 нагретая вода через отверстия перфорированных фланцев и штуцеры поступает на входные концы 11 или 24 гибких шлангов и далее на выходные патрубки 13 или 28 соответственно, т.е. происходит сток наиболее нагретой воды на потребление.

Одновременно происходит приток за счет свободного ламинарного протекания холодной воды из отсека 1 или отсека-бака 19 через щелевой канал 3 или трубчатый канал 21 соответственно.

Протекание холодной воды ламинарным потоком через щелевой 3 или трубчатый 21 каналы существенно снижает возможность перемешивания ее с нагреваемой водой в отсеке 1 или отсеке-баке 19, что позволяет существенно увеличить потребление горячей воды, а также сократить время получения горячей воды (время нагрева) независимо от глубины бака.

При открытом запорном вентиле 30, 31 и кнопочном кране 32 холодная и нагретая вода поступает в тройник смеситель 29 водоразборной арматуры, откуда после смешения используется на потребление с регулируемой температурой.

При эксплуатации гелиоагрегата в безветренную солнечную погоду, когда существенно снижается конвективный теплообмен, тыльная зачерненная боковая стенка 37 отсека-бака 20 (см. фиг. 3) подвергается воздействию солнечного излучения (показано косыми стрелками) наряду с противнем 22 солнечного нагревателя, что ощутимо снижает время подогревания всего объема воды в баке. Это достигается при опущенном в нижнее положение шарнирно установленного откидывающегося экрана 36, составляющего часть боковой поверхности утеплителя 34 и слоя гидроизоляции 35.

Перемещение экрана 36 в верхнее положение и возможность прижатия его к зачерненной стенке 37 отсека-бака обеспечивает его термостатирование, т.е. сохранение тепла нагретой воды в течение нескольких часов.

Таким образом, преимущества предлагаемого моечного гелиоагрегата вытекают из возможности непрерывной или дискретной подачи холодной воды в отсеки бака с горячей водой без ощутимого перемешивания и без контакта горячей воды в отсеках с окружающей средой, что создает удобство при эксплуатации, улучшает эксплуатационные характеристики, обеспечивая также более быстрое получение горячей воды, а также потребление раздельно горячей или смешанной, горячей и холодной воды с регулируемой температурой.

Литература:
1. В.С. Кедров, П.П. Пальгунов, М.А. Сомов. "Водоснабжение и канализация". Изд. М. "Стройиздат", 1984 г., стр. 9-10.

2. В. В. Сысун, Ю.Я. Коротеев. "Солнечный нагреватель жидкости". Патент РФ N 2108520, кл. F 24 G 2/04. Опубл. 10.04.98. Бюлл. N 10.

3. Ю.Г. Басов, В.В. Сысун. "Солнечный нагреватель жидкости". Заявка РФ N 98120040/06 (022019), приор. 04.11.98 г.

Моечный гелиоагрегат содержит заполненный водой бак, состоящий из двух отсеков, соединенных между собой вблизи дна бака одним или несколькими каналами для ламинарного протекания воды. Один из отсеков бака утеплен, перекрыт оптически прозрачной изоляцией и в нем установлен плавающий противень с зачерненной внутренней, обращенной к солнцу, поверхности дна, на наружной, контактирующей с водой, поверхности которого установлен входной конец шланга, противоположный конец которого сопряжен с одним из выходных патрубков бака и водоразборной арматурой. Отсеки с холодной и подогреваемой энергией солнечного излучения водой могут быть выполнены в виде самостоятельных отсеков бака, установленных на одном уровне, соединенных между собой вблизи дна трубчатыми каналами и снабжены выходными патрубками, соединенными между собой через водоразборную арматуру с тройником-смесителем воды и запорными вентилями. Моечный гелиоагрегат обладает улучшенными эксплуатационными характеристиками, более удобен в эксплуатации, обеспечивает быстрое получение горячей воды, раздельное потребление горячей и холодной воды с регулируемой температурой. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Моечный гелиоагрегат Сысуна-Степнова, содержащий заполненный водой и по крайней мере частично утепленный бак с входным и одним или большим количеством выходных патрубков и водоразборной арматурой, перекрытый в верхней, обращенной к солнцу части оптически прозрачной изоляцией, экранирующей лучепоглощающую (зачерненную) поверхность днища, плавающего в баке металлического противня на наружной, контактирующей с водой, поверхности которого установлен входной конец гибкого шланга, противоположный конец которого сопряжен с одним из выходных патрубков, отличающийся тем, что бак выполнен из двух составных частей-отсеков, соединенных между собой вблизи дна бака одним или несколькими каналами для свободного ламинарного протекания воды, причем плавающий металлический противень с гибким шлангом, а также один из выходных патрубков и водоразборная арматура установлены совместно в одном из отсеков бака. 2. Моечный гелиоагрегат по п.1, отличающийся тем, что два - больший с нагреваемой водой и меньший с холодной водой - отсека бака установлены на одном уровне и отделены друг от друга вертикальной перегородкой, выполненной из материала с низкой теплопроводностью, например из пластмассы, образующей с дном бака щелевой канал для ламинарного протекания воды. 3. Моечный гелиоагрегат по п.1, отличающийся тем, что составные части бака с нагреваемой и холодной водой выполнены в виде двух, соединенных между собой трубчатым каналом самостоятельных отсеков-баков с установленными в каждом из них выходными патрубками, соединенными между собой через водоразборную арматуру с тройником-смесителем воды и запорными вентилями. 4. Моечный гелиоагрегат по пп.1-3, отличающийся тем, что обращенная к солнцу часть боковой поверхности утеплителя отсека бака с нагреваемой водой установлена на шарнирно откидывающемся экране.