Патент на изобретение №2350853

(54) БЫТОВОЙ СОЛНЕЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области использования солнечной энергии, в частности к устройствам преобразования энергии светового излучения в тепло, и предназначено для получения горячей воды для бытовых нужд с помощью солнечного излучения. Бытовой солнечный водонагреватель выполнен в виде трехгранной призмы, объем которой является баком-аккумулятором воды, а теплоприемной поверхностью (тепловым коллектором) является наклонная грань призмы, выполненная из листового металла, покрытого черной матовой краской, и имеющая покрытие из листового стекла. Кроме того, внутри бака-аккумулятора, параллельно теплоприемной поверхности, установлена специальная разделительная панель, играющая роль дефлектора и выполненная из жесткого теплоизоляционного материала (например, твердый пенопласт). Разделительная панель примыкает к боковым (треугольным) граням бака и имеет зазоры с другими поверхностями для обеспечения конвективных потоков. Все поверхности бака-аккумулятора воды, кроме теплоприемной поверхности, имеют теплоизоляцию. На одной из граней бака-аккумулятора закреплены патрубки для подвода холодной и отвода горячей воды. При этом патрубок для отвода горячей воды располагается на одном уровне или немного выше верхней кромки разделительной панели, чем ограничивается конвективное остывание воды. Изобретение должно обеспечить улучшение эксплуатационных и потребительских свойств (компактность, простота изготовления, монтажа и эксплуатации, дешевизна), повышение эффективности использования энергии светового излучения путем снижения тепловых потерь в облачную погоду и ночью. 1 ил.

Изобретение относится к области использования солнечной энергии, в частности к устройствам преобразования энергии светового излучения в тепло, и предназначено для получения горячей воды для бытовых нужд с помощью солнечного излучения.

В качестве аналога принята типичная конструкция промышленного солнечного водонагревателя (www.Mensh.ru. “Конструкции солнечных водонагревателей”, рис.3), состоящая из наклонного остекленного теплового коллектора, отдельного, хорошо теплоизолированного, водяного бака-аккумулятора и теплоизолированных труб, соединяющих эти элементы. Днище бака-аккумулятора располагается, по крайней мере, на 300 мм выше верхней части коллектора. Такая компоновка исключает затраты дополнительной энергии для циркуляции воды в системе. Циркуляция происходит только вследствие естественной конвекции. При нагреве вода в коллекторе расширяется, становится менее плотной, поднимается вверх по коллектору и через трубу поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора. В результате более прохладная вода у днища бака вытесняется и перетекает по другой трубе в нижнюю часть коллектора. Эта вода в свою очередь нагревается и поднимается в бак. Пока светит солнце, вода будет постоянно циркулировать по этому контуру, все более нагреваясь. Вследствие того что бак приподнят над коллектором, эффект опрокидывания циркуляции в результате ночного охлаждения теплоносителя в коллекторе сводится на нет, так как холодная вода просто скапливается в нижней точке системы (на дне коллектора), в то время как теплая вода остается в бакс.

Такой системе присущи следующие недостатки:

– сложная технология изготовления герметичного теплового коллектора;

– изготовление отдельного бака-аккумулятора с хорошей теплоизоляцией;

– изготовление специальных несущих конструкций для установки теплового коллектора под определенным углом к горизонту и бака-аккумулятора над тепловым коллектором;

– необходимость проведения проектных и монтажных работ с привязкой к конкретным условиям эксплуатации и требованиям потребителя, которые могут быть выполнены только специалистами.

Признаки аналога, общие с предлагаемой конструкцией бытового солнечного водонагревателя (БСВН), следующие:

– плоский остекленный тепловой коллектор;

– бак-аккумулятор воды с теплоизоляцией.

Известна конструкция солнечного водонагревателя, принятого за прототип [www.Mensh.ru. “Конструкции солнечных водонагревателей”, рис.2], в котором тепловой коллектор размещен в плоском металлическом контейнере, окрашенном в черный цвет и имеющем покрытие из листового стекла. С одной стороны контейнер имеет выступающий резервуар для воды. Дефлектор внутри контейнера обеспечивает термосифонную циркуляцию, в результате которой нагретая вода из коллекторного отсека поступает в аккумуляторный отсек, а холодная вода со дна этого отсека поступает в коллектор. Аккумуляторный отсек нагревается в течение дня, а ночью теплоизолируется для уменьшения потерь тепла.

Недостатками прототипа являются:

– существенное снижение эффективности его использования в средних и высоких широтах в связи с необходимостью использования его в горизонтальном положении;

– значительные потери тепла в облачную погоду и ночью;

– неудобство эксплуатации, заключающееся в том, что для сохранения горячей воды на тепловой коллектор вечером необходимо устанавливать внешнюю теплоизоляцию, а утром ее снимать.

Признаки прототипа, общие с предлагаемой конструкцией бытового солнечного водонагревателя (БСВН), следующие:

– плоский тепловой коллектор;

– покрытие из листового стекла;

– бак-аккумулятор воды;

– дефлектор (разделительная панель) внутри теплового коллектора;

– патрубки для подвода холодной воды и отвода горячей воды.

Технический результат, достигаемый в предлагаемой конструкции БСВН, заключается в повышении эффективности его использования в средних и высоких широтах в связи с расположением теплового коллектора под оптимальным углом (близким к географической широте местности), в снижении тепловых потерь в облачную погоду и ночью и в исключении необходимости использования временной теплоизоляции.

Достигается это тем, что бытовой солнечный водонагреватель выполнен в виде трехгранной призмы, объем которой является баком-аккумулятором воды, а тепловым коллектором является наклонная грань, выполненная из листового металла, покрытого черной матовой краской и имеющая покрытие из листового стекла, кроме того, внутри бака-аккумулятора, параллельно тепловому коллектору, установлена специальная разделительная панель, играющая роль дефлектора и выполненная из жесткого теплоизоляционного материала (например, твердый пенопласт). Разделительная панель примыкает к боковым (треугольным) граням бака и имеет зазоры с другими поверхностями для обеспечения конвективных потоков. На одной из граней бака-аккумулятора закреплены патрубки для подвода холодной и отвода горячей воды. При этом патрубок для отвода горячей воды располагается на одном уровне или немного выше верхней кромки разделительной панели, чем ограничивается конвективное остывание воды. Все поверхности бака-аккумулятора воды, кроме теплового коллектора, имеют теплоизоляцию.

В облачную погоду и в ночное время в подобных конструкциях происходит интенсивное остывание воды за счет обратной конвекции. В предлагаемой конструкции этот процесс существенно ограничен, поскольку при охлаждении уровень воды понижается и при достижении им верхней грани разделительной панели, конвективные процессы прекращаются. При этом теплоизоляционный материал, из которого выполнена разделительная панель, практически исключает диффузное охлаждение основной массы воды (кроме той, что находится в ограниченном пространстве между разделительной и теплоприемной панелями БСВН).

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой конструкции БСВН критерию “новизна”, следующие:

– изготовление бака-аккумулятора воды в виде трехгранной призмы;

– использование большой грани призмы в качестве теплового коллектора;

– изготовление разделительной панели (дефлектора) из жесткого теплоизоляционного материала;

– теплоизоляция всех поверхностей, кроме теплового коллектора;

– расположение патрубка для отвода горячей воды на уровне верхней кромки разделительной панели.

Для доказательства соответствия предлагаемой конструкции БСВН критерию «изобретательский уровень» была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками технический результат, заключающийся в улучшении эксплуатационных и потребительских свойств (компактность, простота изготовления, монтажа и эксплуатации), в литературных источниках не обнаружено. Таким образом, по мнению авторов предлагаемая конструкция БСВН соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемая конструкция БСВН (см. фиг.1) состоит из бака-аккумулятора 1 в форме трехгранной призмы, большая боковая грань 2 которой является теплоприемной поверхностью, а необходимую жесткость конструкции придает силовой каркас из металлических уголков 3. Внутри бака-аккумулятора 1, параллельно теплоприемной панели 2, расположена разделительная панель 4, примыкающая к боковым граням бака-аккумулятора 1. Поверх теплоприемной панели 2 с помощью специального алюминиевого профиля 5 закреплено стекло 6. На одной из граней бака-аккумулятора закреплены патрубки 7 для подвода холодной и отвода горячей воды. На всех поверхностях бака-аккумулятора 1, за исключением теплоприемной панели 2, установлена теплоизоляция 8.

Пример конкретного исполнения показан на фиг.1.

БСВН состоит из бака-аккумулятора 1 в форме трехгранной призмы, изготовленной из листового металла, большая боковая грань 2 которой является теплоприемной поверхностью, покрытой черной матовой краской или имеющей селективное покрытие. Необходимую жесткость конструкции придает силовой каркас из металлических уголков 3. Внутри бака-аккумулятора 1, параллельно теплоприемной панели 2, расположена разделительная панель 4, примыкающая к боковым граням бака-аккумулятора 1 и выполненная из жесткого теплоизоляционного материала (например, твердый пенопласт). Наличие панели 4 обеспечивает термосифонную циркуляцию, в результате которой нагретая вода из промежутка между панелями 2 и 4 поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора 1, а холодная вода со дна бака 1 поступает в промежуток между панелями 2 и 4 и нагревается. Для уменьшения тепловых потерь поверх теплоприемной панели 2 с помощью специального алюминиевого профиля 5 закреплено стекло 6. На одной из граней бака-аккумулятора закреплены патрубки 7 для подвода холодной и отвода горячей воды. При этом патрубок для отвода горячей воды располагается на уровне верхней кромки разделительной панели 4.

Все поверхности бака-аккумулятора 1, за исключением теплоприемной панели 2, теплоизолированы, причем теплоизоляция 8 может располагаться как с внешней, так и с внутренней стороны конструкции. При расположении теплоизоляции с внутренней стороны внешние металлические окрашенные поверхности исключают возможность повреждения БСВН при транспортировке, монтаже и эксплуатации, чем существенно улучшают ее потребительские и эстетические свойства. При расположении теплоизоляции с внешней стороны может быть существенно уменьшена металлоемкость конструкции.

Единственным условием, обеспечивающим сохранение горячей воды в ночное время суток, является обеспечение уровня разбора горячей воды ниже уровня патрубка “горячая вода” в БСВН. Подача горячей воды потребителю обеспечивается за счет подачи водопроводной воды через патрубок “холодная вода”.

Предложенная конструкция позволяет устанавливать БСВН практически на любой поверхности, закреплять ее на стене дома, встраивать в скат крыши здания.

Формула изобретения

Бытовой солнечный водонагреватель, состоящий из бака-аккумулятора воды, выполненного в виде трехгранной призмы, в котором одна из граней является теплоприемной поверхностью, выполненной из листового металла, покрытого черной матовой краской и имеющего покрытие из листового стекла, кроме того, внутри бака-аккумулятора параллельно теплоприемной поверхности установлена разделительная панель, примыкающая к боковым граням бака-аккумулятора и выполненная из жесткого теплоизоляционного материала, при этом в баке-аккумуляторе имеются патрубки для подвода холодной и отвода горячей воды, а все поверхности бака-аккумулятора, кроме теплоприемной, теплоизолированы с внутренней или с внешней стороны, отличающийся тем, что патрубок для отвода горячей воды находится на уровне верхней кромки разделительной панели.

РИСУНКИ