Солнечный водонагреватель Российский патент 2023 года по МПК F24S10/70 

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным нагревателям, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений.

Известен солнечный водонагреватель (патент 13077174, МКИ F24J 2/36, 1981), содержащий сборный коллектор и гелиоприемник с эластичными верхним светопрозрачным полотном и нижним полотном, имеющем теплопоглощающие элементы и каналы для прохода нагреваемой среды. Для обеспечения устойчивой формы сборного коллектора, выполненного из эластичного материала, в нем установлены жесткие кольца.

В процессе эксплуатации циркуляция теплоносителя в системе горячего водоснабжения и, соответственно, в каналах, образованных светопрозрачным верхним полотном и нижним полотном, приведет к загрязнению внутренней поверхности. Пропускная способность для солнечного излучения по мере возрастания отложений на стенках каналов будет уменьшаться, снижая эффективность процесса нагревания теплоносителя. Отсутствие тепловой изоляции для нижнего полотна приведет к высоким потерям энергии в окружающую среду. В результате совокупности указанных недостатков кпд водонагревателя будет характеризоваться достаточно низкими показателями. Кроме того, эластичные полимерные материалы без дополнительно предусмотренных средств защиты интенсивно стареют и разрушаются под воздействием солнечного излучения, что повлияет на срок службы устройства и приведет к значительному его сокращению.

Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков является сворачиваемый солнечный водонагреватель (патент 2781658, МКИ F24S 20/55, F24S 10/70, 2022), содержащий сборные коллекторы, покрытые тепловой изоляцией, гелиоприемник с верхним светопрозрачным полотном и эластичным нижним полотном, имеющий теплопоглощающие элементы из тонких металлических листов с искусственной шероховатостью на внешней стороне и каналы для прохода нагреваемой среды, соединенные со сборными коллекторами посредством жестко установленных на них штуцеров и фланцевых реек. Каналы для теплоносителя образованы посредством соединения плотного полимера, имеющегося на тыльной стороне металлических листов и образующего верхний слой эластичного нижнего полотна, со вспененным полимером нижнего слоя эластичного полотна.

Каналы, выполненные посредством соединения полимеров плотного верхнего слоя и вспененного нижнего слоя в эластичном нижнем полотне, не обеспечивают высокую эффективность передачи уловленной энергии от теплопоглощающих элементов к теплоносителю в результате низкой теплопроводности материалов. Разъемные соединения каналов со сборными коллекторами посредством нескольких штуцеров, уплотненных фланцевыми рейками, при длительной эксплуатации могут привести к протечкам. В этих случаях устранение образовавшихся дефектов потребует проведения достаточно сложных ремонтных работ, предполагающих демонтаж верхнего светопрозрачного полотна значительного размера, а затем на завершающем этапе его последующую установку. При данной последовательности исполнения и хрупкости применяемого материала необходима тщательная выверенность проводимых операций, которая увеличит сроки ремонтных работ.

Задачей изобретения является повышение эффективности и надежности водонагревателя за счет выполнения каналов для прохода нагреваемой среды из труб, обладающих гибкостью, закрепления их положения на поверхности теплопоглощающих элементов посредством теплопроводного клея и выполнения нижнего эластичного полотна из теплоизоляционного материала.

Эта задача решается тем, что в солнечном водонагревателе, содержащем сборные коллекторы с тепловой изоляцией и штуцерами, гелиоприемник с верхним светопрозрачным полотном и эластичным нижним полотном, имеющий теплопоглощающие элементы из тонких металлических листов с искусственной шероховатостью на внешней стороне и каналы для прохода нагреваемой среды, отличительными от прототипа признаками является выполнение каналов для прохода нагреваемой среды из труб, обладающих гибкостью и закрепленных на поверхности теплопоглощающих элементов посредством теплопроводного клея, а нижнего эластичного полотна из теплоизоляционного материала.

Каналы из гибких металлических труб, закрепленные на поверхности теплопоглощающих элементов теплопроводным клеем, обеспечивают подогрев теплоносителя солнечной энергией до более высоких показателей температуры. Это происходит за счет значительной теплопроводности используемых материалов, как для теплопоглощающих элементов, так и для каналов с клеевым составом. Такое исполнение способствует эффективному теплосъему энергии от поглощенного излучения и передаче теплоты нагреваемой среде, что увеличивает кпд солнечного водоподогревателя. Снижение количества разъемных соединений каналов со сборными коллекторами посредством ограниченного числа штуцеров и их размещение за пределами гелиоприемника повышает надежность устройства и обеспечивает доступность для проведения возможных ремонтных работ.

На фиг. 1 изображен вид сверху сворачиваемого солнечного водоподогревателя на обрешетке кровли без верхнего светопрозрачного полотна с меандровым (змеевековым) типом расположения каналов, где:

1 - сборный коллектор;

2 - сборный коллектор;

5 - каналы;

6 - гелиоприемник;

8 - теплопоглощающие элементы;

12 - выступающие конструкции;

13 - обрешетка крыши.

На фиг. 2 показан фрагмент сечения водоподогревателя в разрезе 1-1, где:

2 - сборный коллектор;

3 - тепловая изоляция;

4 - штуцеры;

5 - каналы;

6 - гелиоприемник;

7 - фитинги;

8 - теплопоглощающие элементы;

9 - нижнее эластичное полотно;

10 - верхнее светопрозрачное полотно;

11 - уплотняющий материал;

12 - выступающие конструкции;

13 - обрешетка крыши.

На фиг. 3 изображен вид сверху сворачиваемого солнечного водоподогревателя на обрешетке кровли без верхнего светопрозрачного полотна с арфовым типом расположения каналов, где:

1 - сборный коллектор;

2 - сборный коллектор;

5 - каналы;

6 - гелиоприемник;

8 - теплопоглощающие элементы;

12 - выступающие конструкции;

13 - обрешетка крыши.

Солнечный водоподогреватель состоит из двух сборных коллекторов 1, 2, имеющих тепловую изоляцию 3. На сборных коллекторах 1, 2 жестко установлены штуцеры 4 для подсоединения каналов 5 гелиоприемника 6. Для обеспечения соединения штуцеров 4 и каналов 5 используются фитинги 7 с уплотняющим материалом. Каналы 5 выполнены из металлических труб, обладающих гибкостью, и закреплены посредством теплопроводного клея на теплопоглощающих элементах 8 гелиоприемника 6, соединенных с нижним эластичным полотном 9. В качестве теплопроводного клея могут быть использованы термопласт, теплопроводный силикон или какой-либо другой материал, обладающий данными свойствами.

Над нижним эластичным полотном 9 гелиоприемника 6 установлено верхнее светопрозрачное полотно 10, плотно прилегающее за счет размещенного по его периметру уплотняющего материала 11 на выступающих конструкциях 12 обрешетки крыши 13, к которым оно крепится посредством винтов. В качестве светопрозрачного полотна могут быть использованы поликарбонат, стекло или стеклопакет, или другие светопрозрачные листовые покрытия. Эластичное нижнее полотно 9 гелиоприемника 6 размещено на обрешетке крыши 13 и может быть выполнено из гибких полимерных или минераловатных изоляционных материалов, соединенных с одной стороны с теплопоглощающими элементами 8 из тонких металлических листов. На внешней стороне теплопоглощающих элементов 8, подвергаемой воздействию солнечного излучения, сформирована искусственная шероховатость и нанесено светопоглощающее покрытие. Оно может быть как селективным, так и черным окрасочным материалом.

На место монтажа устройство поступает отдельными узлами. Нижнее эластичное полотно 9 с теплопоглощающими элементами 8 доставляется к месту сборки в виде рулона. Производится его разворачивание и размещение на обрешетке крыши 13, а затем на поверхности теплопоглощающих элементов 8 выполняется раскладка гибких труб, образующих каналы 5 для прохода нагреваемой среды. Фиксирование положения каналов 5 и формирование теплопроводной взаимосвязи с теплопоглощающими элементами 8 производится теплопроводным клеем. Подсоединение каналов 5 к сборным коллекторам 1, 2 осуществляется посредством штуцеров 4 и фитингов 7. Расположение сборных коллекторов 1, 2 за пределами нижнего эластичного полотна 9 позволяет подсоединить к ним каналы 5 от нескольких гелиоприемников 6. В этом случае количество штуцеров 4 должно быть увеличено кратно количеству гелиоприемников 6. В завершении на выступающих конструкциях 12 обрешетки крыши 13 закрепляется верхнее светопрозрачное полотно 10. При необходимости устройство может быть демонтировано, нижнее полотно 9 без деформации каналов 5 аккуратно свернуто в рулон и отдельными узлами перевезено на другое место установки.

Солнечный водоподогреватель работает следующим образом.

Солнечное излучение проникает через верхнее светопрозрачное полотно 10 и нагревает теплопоглощающие элементы 8. Полученная тепловая энергия посредством теплопроводности металлических листов теплопоглощающих элементов 8 передается через теплопроводный клей к металлическим каналам 5 и к нагреваемой среде, поступающей в гелиоприемник 6 через сборный коллектор 1 и штуцер 4. При движении по каналам 5 температура нагреваемой среды повышается, и затем она отводится из устройства через штуцер 4 и сборный коллектор 2.

Сформированная на поверхности металлических листов теплопоглощающих элементов 8 искусственная шероховатость наряду со светопоглощающим покрытием расширяет область улавливания длинноволнового излучения. Каналы 5, выполненные из гибких металлических труб, с фиксацией их положения в гелиопримнике 6 посредством теплопроводного клея обеспечат более эффективную передачу полученной энергии нагреваемой среде, что повысит ее температуру на выходе из устройства. Разъемное подсоединение каналов 5 через ограниченное число штуцеров 4 к сборным коллекторам 1, 2 снижает вероятность протечек при длительной эксплуатации, повышая надежность солнечного водонагревателя. Размещение сборных коллекторов 1, 2 за пределами нижнего эластичного полотна 9 гелиоприемника 6 позволяет в случае необходимости провести ремонтные работы без демонтажа основных элементов устройства.

Солнечный водонагреватель может быть различной длины, соответствующей размерам обрешетки крыши, что обеспечивает его оптимальную интеграцию в кровельное покрытие. При необходимости водонагреватель может быть разобран на отдельные узлы, нижнее эластичное полотно 10 свернуто в рулон и, после перевозки на новое место установки, вновь смонтирован для дальнейшей эксплуатации.

Технический результат заключается в том, что каналы для прохода нагреваемой среды, выполненные из труб, обладающих гибкостью, позволяют их сформировать и расположить в гелиоприемнике под требуемую схему движения теплоносителя и длину с обеспечением эффективного теплосъема уловленной солнечной энергии; закрепление каналов на поверхности теплопоглощающих элементов посредством теплопроводного клея улучшает передачу теплоты к трубам и к нагреваемой среде, повышая ее температуру на выходе из устройства; выполнение нижнего эластичного полотна из теплоизоляционного материала снижает потери в окружающую среду и тем самым увеличивает кпд солнечного водонагревателя.

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным нагревателям, используемым в теплоснабжении зданий и сооружений. Солнечный нагреватель содержит сборные коллекторы 1, 2 с тепловой изоляцией 3 и штуцерами 4, необходимыми для поступления нагреваемой среды в каналы 5 гелиоприемника 6, а затем и для ее отвода. Каналы 5 выполнены из металлических труб, обладающих гибкостью. Гелиоприемник 6 с верхним светопрозрачным полотном 10 содержит теплопоглощающие элементы 8 на нижнем эластичном полотне 9 из теплоизоляционного материала. На поверхности тонких металлических листов теплопоглощающих элементов 8 с сформированной искусственной шероховатостью закреплены каналы 5 посредством теплопроводного клея и нанесено светопоглощающее покрытие. Изобретение должно повысить эффективность и надежность водонагревателя. 3 ил.

Солнечный водонагреватель, содержащий сборные коллекторы с тепловой изоляцией и штуцерами, гелиоприемник с верхним светопрозрачным полотном и эластичным нижним полотном, имеющий теплопоглощающие элементы из тонких металлических листов с искусственной шероховатостью на внешней стороне и каналы для прохода нагреваемой среды, отличающийся тем, что каналы для прохода нагреваемой среды выполнены из металлических труб, обладающих гибкостью и закрепленных на поверхности теплопоглощающих элементов посредством теплопроводного клея, а нижнее эластичное полотно выполнено из теплоизоляционного материала.