СОЛНЕЧНАЯ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2005 года по МПК F24J2/34 

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к конструкции и технологии изготовления солнечных фототермических установок для получения тепла.

Известен солнечный коллектор, содержащий корпус из теплоизоляционного материала, светопоглощающий приемник, расположенный на дне корпуса, и светопрозрачную изоляцию, состоящую, по крайней мере, из двух прозрачных пластин, расположенных одна над другой на некотором расстоянии [Авт. свид. СССР №1815525, кл. F 24 J 2/02, 1993 г.].

Недостатком данной конструкции является низкий КПД из-за осаждения конденсата на обращенной к воде поверхности прозрачной изоляции и тепловых потерь через прозрачную изоляцию.

Известен солнечный коллектор, содержащий полый корпус из теплоизоляционного материала, расположенные внутри корпуса и находящиеся в тепловом контакте теплоноситель и светопоглощающий приемник с рабочей поверхностью, на которую падает солнечное излучение, светопрозрачное окно в корпусе, состоящее, по крайней мере, из двух прозрачных листов, расположенных один над другим с некоторым зазором, причем листы выполнены из стекла и герметично соединены по периметру, образуя замкнутый объем, откачанный до вакуума, а на обращенную в вакуумный объем поверхность, по крайней мере, одного листа нанесено покрытие, пропускающее солнечные лучи и отражающее тепловые лучи; другим вариантом солнечного коллектора является то, что теплоноситель заполняет всю полость корпуса, а теплоносителем служит прозрачный газ или жидкость, химически инертные к материалам корпуса [Свидетельство на полезную модель №27195 по заявке №2001101637, дата поступления 19.01.2001. Приоритет от 19.01.2001. Зарегистрирован в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации, г. Москва, 10 января 2003 г.].

Недостатками данной конструкции являются необходимость внешнего циркуляционного контура и аккумулирующей теплоноситель емкости, а также отсутствие указания конкретных материалов корпуса и устройств компенсации температурных расширений теплоносителя и стекла.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является солнечный водонагреватель, содержащий теплоизолированный корпус с прозрачным покрытием, расположенные в нем светопоглощающий приемник и перегородку, образующую с корпусом аккумулирующую горячую воду емкость, а с приемником канал для воды, гидравлически связанный с аккумулирующей емкостью; при этом в канале расположены патрубки для подвода холодной и отбора горячей воды, коллектор-аккумулятор снабжен двухсторонними зеркальными покрытиями [Авт. свид. СССР №1467332, кл. F 24 J 2/06, 2/34, 1989 г. - прототип].

Недостатком данной конструкции является низкий КПД из-за больших потерь через прозрачное покрытие, а также из-за расположения поглощающей поверхности приемника солнечного излучения вслед за прозрачным покрытием, что приводит к повышению температуры приемника и нерациональному нагреву жидкости сверху. Кроме того, эта конструкция не содержит устройств перетока нагретой воды в аккумулирующую емкость и других необходимых для эксплуатации водонагревателя элементов.

Задачей изобретения является создание функционально обеспеченной солнечной водонагревательной установки с высокой эффективностью использования солнечной энергии, увеличение срока службы установки, снижение стоимости.

В результате использования предлагаемого изобретения повышается КПД установки, снижается стоимость и обеспечивается функциональность.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в солнечной водонагревательной установке, содержащей прозрачные вакуумные стеклопакеты, теплоизолированный корпус, водоснабжающий и водоразборный краны, корпус разделен гидротеплоизолированной перегородкой на два отсека, верхний отсек предназначен для нагрева воды солнечной радиацией, поглощаемой дном и стенками отсека, и нижний отсек - для аккумулирования нагретой в верхнем отсеке воды, причем установка содержит управляемый термодатчиком вентиль для перелива нагретой воды из верхнего отсека в нижний и переливные трубки, одновременно являющиеся дренажными, а также содержит устройство с антииспарителем для предотвращения осаждения конденсата на внутренней стороне прозрачного вакуумного стеклопакета при наличии зазора между стеклопакетом и поверхностью воды и приборы визуального контроля температуры и уровня воды в обоих отсеках, причем корпус выполнен из стекло-фибро- и пенобетона, а прозрачный вакуумный стеклопакет через эластичную прокладку с помощью замков крепится к корпусу.

Солнечная водонагревательная установка содержит зеркала, которые дополнительно отражают солнечную радиацию на прозрачный вакуумный стеклопакет.

В солнечной водонагревательной установке кран для подачи водопроводной воды выполнен поплавковым.

Сущность: корпус установки изготавливается из нового строительного материала - стекло-фибро - и пенобетона; разделение гидро- и теплоизолированной перегородкой корпуса на два отсека - для нагрева воды и для аккумулирования нагретой воды; установление по боковым стенкам крана подвода холодной воды и крана водоразбора нагретой; для регулирования температуры воды в водонагревателе и перелива нагретой воды в аккумулятор установлен управляемый термодатчиком вентиль; установление возле перегородки прибора для визуального контроля температуры воды в водонагревателе и второго прибора - возле дна - для визуального контроля температуры воды в аккумуляторе; термодатчики могут быть соединены с измерительным прибором; установление на аккумуляторе датчика уровня воды; установление в обоих отсеках переливных трубок, служащих одновременно дренажными; придание водонепроницаемого слоя внутренней поверхности пропиткой гидроизоляционным материалом, например гидротексом; для герметизации между вакуумным светопрозрачным окном (стеклопакетом) и торцами корпуса применены термостойкие эластичные уплотнители; для создания удобств обслуживания прозрачных вакуумных стеклопакетов и корпуса они между собой закрепляются замками; теплоизолирование внешней поверхности корпуса пенобетоном; применение устройства (капельницы) с антииспарителем для предотвращения осаждения конденсата на внутренней стороне стеклопакета; установление зеркал на северной стороне корпуса для отражения на приемник солнечной радиации.

Изготовление солнечной водонагревательной установки включает создание заливочной формы по заданным размерам корпуса, подбор химических составов стеклофибробетона, подготовку растворной смеси, заливку, затвердевание, крепление кранов для подвода холодной и отвода нагретой воды, капельницы, уровнемера, термодатчиков, уплотнение и закрепление вакуумного стеклопакета по торцам корпуса, крепления зеркала на северной стороне установки, гидроизоляцию внутренней поверхности корпуса и теплоизоляцию внешней поверхности пенобетоном.

Указанный технический эффект изобретения достигается тем, что в известной солнечной водонагревательной установке, состоящей из вакуумированного прозрачного стеклопакета, теплоизолированного корпуса с расположенной в нем перегородкой, образующей с корпусом аккумулирующую емкость для нагретой в приемнике воды, патрубков для подвода холодной и отбора горячей воды, корпус и перегородка выполнены из стекло-фибро-пенобетона, а гидротеплоизолированная перегородка делит корпус на 2 отсека: верхний - для нагрева воды солнечными лучами, при этом верхняя поверхность перегородки является лучепоглощающей, и нижний отсек - для аккумулирования нагретой в верхнем отсеке воды.

В солнечной водонагревательной установке содержится управляемый термодатчиком вентиль, по заданной температуре открывающий или закрывающий переток воды в нижний отсек. Таким образом нагретая вода из верхнего отсека переливается в нижний - аккумулятор нагретой воды.

В предлагаемой солнечной водонагревательной установке между прозрачным вакуумным стеклопакетом и поверхностью нагреваемой воды оставлен зазор 3 см.

В солнечной водонагревательной установке рядом с краном (возможно поплавковым вентилем) холодной воды находится устройство (капельница) с антииспарителем воды для предотвращения осаждения конденсата на внутренней стороне стеклопакета.

В солнечной водонагревательной установке на северной стороне установлены зеркала под определенным углом для отражения солнечной радиации на водонагреватель.

В солнечной водонагревательной установке зеркала снабжены поворотным механизмом, например шарнирным, для изменения угла наклона в зависимости от склонения Солнца и для снижения тепловых потерь в бессолнечный период в сложенном положении.

В солнечной водонагревательной установке предусмотрено устройство съема прозрачного вакуумного стеклопакета для профилактики или ремонта как самого пакета, так и корпуса.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, на которых представлены продольное (фиг.1) и поперечное (фиг.2) сечения конструкции солнечного нагревателя.

Солнечная водонагревательная установка содержит стекло-фибро- и пенобетонный корпус 1, перегородку 2 между отсеком 5 для нагрева воды и для ее аккумулирования в отсеке 7, вентиль 3 (может быть поплавковым) для подачи холодной (например, водопроводной) воды, капельницу 11 для подачи антииспарительной жидкости, прозрачный вакуумный стеклопакет 4, управляемый термодатчиком вентиль 6, кран 8 водоразбора, датчик уровня воды 12.

Солнечная водонагревательная установка, показанная на фиг.2 в поперечном сечении, дополнительно содержит отражающие зеркала 9, закрепленные шарнирно на северной стороне емкости, и зазор 10 между прозрачным вакуумным стеклопакетом и поверхностью нагреваемой воды.

Солнечная водонагревательная установка работает следующим образом.

Солнечное излучение попадает непосредственно и после отражения от зеркала на горизонтально расположенную поверхность стеклопакета, а затем на поверхность воды, частично в ней поглощается, а остальная часть поглощается зачерненным дном верхнего отсека, при этом глубина первого отсека должна быть рассчитана на максимально возможный дневной объем нагреваемой воды (не более 100 литров/м², т.е. глубина не более 100 мм, кроме зазора), а глубина второго - на предельный объем хранения нагретой воды (обычно не более трехсуточного запаса). Поглощенная солнечная радиация нагревает воду, а "парниковый эффект" и теплоизоляция корпуса и перегородки препятствуют быстрому охлаждению воды. Для того чтобы избежать осаждения конденсата на внутренней стороне стеклопакета, вместе с холодной водой впрыскивается из капельницы 2-3 капли антииспарителя, например жидкости ПМС-200. Для замера температуры воды в нагревательном отсеке и в аккумуляторе могут быть установлены термометры или другие показывающие приборы, а также указатели уровня жидкости, например, на основе сообщающихся сосудов. Обе полости содержат переливные (они же дренажные) трубки.

Когда температура воды в первом отсеке достигает заданного значения, открывается вентиль, например электромагнитный, и нагретая вода переливается самотеком в аккумулятор, при падении температуры воды ниже заданной вентиль перекрывает сообщение между отсеками, а в верхний отсек поступает новая порция воды через поплавковый вентиль, т.о. цикл повторяется.

Способ монтажа солнечной водонагревательной установки следующий.

Стекло-фибро-бетонный корпус размером, например, 1120×1120×600 мм³ устанавливается на горизонтальной поверхности крыши здания или земли, по торцам емкости устанавливается термостойкий эластичный уплотнитель толщиной 5 мм, на него устанавливается прозрачный вакуумный стеклопакет размером 1010×1010×6 мм³, закрепляемый 8-ю замками через эластичную прокладку, на северной стороне корпуса устанавливаются отражающие зеркала и фиксируются под углом наклона α, необходимым для дополнительного отражения на водонагреватель солнечной радиации.

Корпус разделен теплоизолированной перегородкой толщиной 70 мм на верхний отсек (размеры 1000×1000×100 мм³) для нагрева воды и нижний (размеры 1000×1000×375 мм³) для аккумулирования воды, нагретой в верхнем отсеке. Внутренняя часть верхнего отсека гидро- и теплоизолирована материалом, например гидротексом, и зачернена, например, черным лаком. С левой стороны верхнего отсека установлены кран для подачи холодной воды, капельница для впрыска антииспарителя и переливная трубка, одновременно служащая дренажной; с правой стороны верхней полости установлен термодатчик, управляющий вентилем для перелива воды в нижний отсек; в нижнем отсеке установлены водоразборный кран, переливная трубка и указатель уровня воды. При отсутствии электропитания управление вентилем может осуществляться вручную.

Изобретение относится к гелиоэнергетике, в частности к конструкции и технологии изготовления солнечных фототермических установок для получения тепла. В солнечной водонагревательной установке, содержащей прозрачные вакуумные стеклопакеты, теплоизолированный корпус, водоснабжающий и водоразборный краны, корпус разделен гидро-теплоизолированной перегородкой на два отсека, верхний отсек предназначен для нагрева воды солнечной радиацией, поглощаемой дном и стенками отсека, и нижний отсек - для аккумулирования нагретой в верхнем отсеке воды, причем установка содержит управляемый термодатчиком вентиль для перелива нагретой воды из верхнего отсека в нижний и переливные трубки, одновременно являющиеся дренажными, а также содержит устройство с антииспарителем для предотвращения осаждения конденсата на внутренней стороне прозрачного вакуумного стеклопакета при наличии зазора между стеклопакетом и поверхностью воды и приборы визуального контроля температуры и уровня воды в обоих отсеках, причем корпус выполнен из стекло-фибро- и пенобетона, а прозрачный вакуумный стеклопакет через эластичную прокладку с помощью замков крепится к корпусу. В результате использования изобретения повысится КПД установки, снизится стоимость. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Солнечная водонагревательная установка, содержащая прозрачные вакуумные стеклопакеты, теплоизолированный корпус, водоснабжающий и водоразборный краны, отличающаяся тем, что корпус разделен гидротеплоизолированной перегородкой на два отсека, верхний отсек предназначен для нагрева воды солнечной радиацией, поглощаемой дном и стенками отсека, и нижний отсек - для аккумулирования нагретой в верхнем отсеке воды, причем установка содержит управляемый термодатчиком вентиль для перелива нагретой воды из верхнего отсека в нижний и переливные трубки, одновременно являющиеся дренажными, а также содержит устройство с антииспарителем для предотвращения осаждения конденсата на внутренней стороне прозрачного вакуумного стеклопакета при наличии зазора между стеклопакетом и поверхностью воды и приборы визуального контроля температуры и уровня воды в обоих отсеках, причем корпус выполнен из стекло-фибро- и пенобетона, а прозрачный вакуумный стеклопакет через эластичную прокладку с помощью замков крепится к корпусу.2. Солнечная водонагревательная установка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит зеркала, которые дополнительно отражают солнечную радиацию на прозрачный вакуумный стеклопакет.3. Солнечная водонагревательная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что кран для подачи водопроводной воды выполнен поплавковым.