СОЛНЕЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК F24J2/22 F24D10/00 

Изобретение относится к области энергетики, в частности солнечной энергетики, и может быть использовано для подогрева воды и горячего водоснабжения и отопления зданий за счет солнечной энергии с целью экономии природного топлива и улучшения экологии путем исключения выбросов в атмосферу продуктов сжигания природного топлива. Изобретение может быть также использовано для душевых установок в полевых и дачных условиях, на животноводческих фермах, для подогрева воды в бассейнах.

Известен солнечный водонагреватель, выполненный в виде солнечного коллектора, содержащего прозрачные каналы с селективным покрытием (RU 2126517 С1, 20.02.1999).

Недостатком известной конструкции являются значительные тепловые потери.

Техническим результатом является сведение к минимуму тепловых потерь за счет конвекции и излучения, а также значительное удешевление конструкции.

Технический результат достигается тем, что солнечный водонагреватель, выполненный в виде солнечного коллектора. содержит прозрачные каналы с селективным покрытием для поглощения солнечного излучения. Каналы объединены в верхний и нижний пеналы, разделенные общей средней стенкой, при этом каналы верхнего пенала обращены к Солнцу, а каналы нижнего пенала, размещенные за общей средней стенкой, имеют селективное покрытие, выполненное в виде гофрированных полос.

Каналы верхнего пенала, заполненные водой, представляют собой фильтр, снижающий тепловые потери. Технический результат также достигается тем, что солнечный водонагреватель, выполненный в виде солнечного коллектора, содержит прозрачные каналы с селективным покрытием для поглощения солнечного излучения, каналы выполнены в виде коаксиальных труб, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет селективное покрытие, выполненное в виде гофрированной трубы или гофрированной полосы, причем трубы размещены с зазором, обеспечивающим свободную циркуляцию воды.

Полость между внутренней и внешней трубами, заполненная водой, представляет собой фильтр, снижающий тепловые потери.

На фиг. 1 представлена конструкция водонагревателя (I вариант); на фиг. 2 - водонагреватель по I варианту с представлением конструкций пеналов; на фиг. 3 - конструкция водонагревателя по II варианту.

Водонагреватель (по варианту I) выполнен в виде солнечного коллектора, который содержит разделенные общей стенкой 1 каналы 2 и 3, объединенные в верхний и нижний пеналы. В каналах 3 нижнего пенала размещено селективное покрытие 4 в виде гофрированных полос из металлической фольги, окрашенной черной краской с высокой поглощающей способностью и низким коэффициентом излучения. Каналы 3 с помещенными в них полосками гофрированной металлической фольги свободно могут пропускать воду по всей своей длине. Покрытие 4 помещено в каждом канале нижнего пенала. Герметично подсоединенные коллекторы 5 прилегают к входной и выходной части каналов. Штуцеры 6 установлены во входной и выходной частям коллектора, предназначенные для подвода холодной воды и отвода нагретой воды. В корпусе 7 размещен слой теплоизоляции 8, на котором установлены пеналы с каналами. Корпус 7 сверху накрыт ограждением 9, выполненным из прозрачного материала (стекло, поликарбонатный лист).

Работа предложенного солнечного водонагревателя.

Холодная вода поступает по штуцеру 6 в коллектор 5, расположенный во входной нижней части солнечного водонагревателя. Из коллектора 5 вода поступает в каналы верхнего и нижнего пеналов. При этом вода, поступающая в каналы нижнего пенала, омывает нагретые солнечным излучением полосы гофрированной металлической фольги, окрашенной в черный цвет, снимает с них тепло и нагревается. На выходе из солнечного водонагревателя вода из первого и второго (нижнего и верхнего) пеналов смешивается и поступает в бак-аккумулятор горячей воды, откуда может подаваться вновь на вход солнечного водонагревателя на повторный цикл.

Следует отметить, что возможны конструкции, в которых вода в верхнем пенале (или нижней коаксиальной трубе) не циркулирует.

Предлагаемое устройство солнечного водонагревателя может быть выполнено (вариант II) в виде двух коаксиально расположенных стеклянных или прозрачных пластиковых труб 10 и 11. При этом внутри во внутренней трубе 11 должна быть расположена окрашенная в черный цвет гофрированная трубка 12 или полоска из металлической фольги. Вход и выход 14 коаксиальных труб соединения с коллекторами 13, снабженными патрубками-штуцерами для подвода холодной и отвода горячей воды. Указанная конструкция также помещается в корпус.

Водонагреватель работает следующим образом. Холодная вода поступает в коллектор, а затем в каналы, выполненные в виде труб 10 и 11. Вода, поступающая в каналы внутренней трубы 11, омывает нагретые солнечным излучением гофрированные трубы 12, окрашенные в черный цвет, снимает с них тепло и нагревается. На выходе из труб вода смешивается и поступает в бак-аккумулятор горячей воды.

Достигаемый эффект снижения тепловых потерь за счет конвекции и излучения в предложенной конструкции водонагревателя столь значителен, что его можно оценить наглядно по двум показателям: если дотронуться рукой до наружного стеклянного ограждения такого водонагревателя, то стекло совершенно не нагревается потоками воздуха внутри "парника" и, стало быть, не происходит значительных потерь за счет конвекции внутри водонагревателя в окружающую среду. С другой стороны, по сравнению с известными водонагревателями предложенная конструкция позволяет почти в полтора раза быстрее достигнуть необходимого температурного уровня нагретой воды. На широте Москвы нам удалось достигнуть 70^oC в баке-аккумуляторе воды при температуре окружающей среды 13-15^oC.

Изобретение может быть использовано для подогрева воды в системах отопления и водоснабжения зданий. Солнечный водонагреватель выполнен в виде солнечного коллектора, содержащего прозрачные каналы с селективным покрытием для поглощения солнечного излучения. Каналы объединены в верхний и нижний пеналы, разделенные общей средней стенкой, при этом каналы верхнего пенала обращены к Солнцу, а каналы нижнего пенала, размещенные за общей средней стенкой, имеют селективное покрытие, выполненное в виде гофрированных полос. Солнечный водонагреватель может быть выполнен в виде солнечного коллектора, содержащего прозрачные каналы с селективным покрытием для поглощения солнечного излучения. Каналы выполнены в виде коаксиальных труб, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет селективное покрытие, выполненное в виде гофрированной трубы или гофрированной полосы, причем трубы размещены с зазором, обеспечивающим свободную циркуляцию воды. Предложенная конструкция позволяет свести к минимуму тепловые потери от конвекции и излучения. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Солнечный водонагреватель, выполненный в виде солнечного коллектора, содержащий прозрачные каналы с селективным покрытием для поглощения солнечного излучения, отличающийся тем, что каналы объединены в верхний и нижний пеналы, разделенные общей средней стенкой, при этом каналы верхнего пенала обращены к Солнцу, а каналы нижнего пенала, размещенные за общей средней стенкой, имеют селективное покрытие, выполненное в виде гофрированных полос. 2. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что каналы верхнего пенала, заполненные водой, представляют собой фильтр, снижающий тепловые потери. 3. Солнечный водонагреватель, выполненный в виде солнечного коллектора, содержащий прозрачные каналы с селективным покрытием для поглощения солнечного излучения, отличающийся тем, что каналы выполнены в виде коаксиальных труб, размещенных одна в другой, при этом внутренняя труба имеет селективное покрытие, выполненное в виде гофрированной трубы или гофрированной полосы, причем трубы размещены с зазором, обеспечивающим свободную циркуляцию воды. 4. Водонагреватель по п. 3, отличающийся тем, что полость между внутренней и внешней трубами, заполненная водой, представляет собой фильтр, снижающий тепловые потери.