СОЛНЕЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

Предлагаемая конструкция солнечного водонагревателя относится к устройствам, преобразующим энергию солнечного излучения в низкопотенциальное тепло, в частности, в тепло нагреваемой воды.
Известен солнечный водногреватель (Dotan M. Solar Water Heater. US Patent 20120279493 A1), содержащий две одинаковые детали сложной формы, изготовленные из термопластичного полимерного материала. При сварном соединении этих деталей внутреннее пространство образует плоский бак-аккумулятор, а внешние пространства используются как воздушная прослойка между поглощающей панелью и прозрачным ограждением и в качестве тыльной теплоизоляции.
Основным недостатком такого солнечного водонагревателя является использование термопластиков, не обеспечивающих необходимой термостойкости конструкции.
Наиболее близким к предлагаемой конструкции является солнечный водонагреватель (Попель О.С., Фрид С.Е., Мордынский А.В., Арсатов А.В., Ощепков М.Ю., Мартовский C.B. Солнечный водонагреватель. Патент РФ на полезную модель №124953), содержащий герметичную секционированную аккумулирующую емкость с верхней стенкой, теплоизолированный корпус и закрепленное на корпусе светопрозрачное покрытие, причем верхняя стенка изготовлена из монолитного тонкостенного жесткого теплопроводного материала, наружная поверхность верхней стенки является тепловоспринимающей поверхностью, верхняя стенка и прозрачное покрытие, расположенное над ней с зазором, имеют в поперечном сечении волнообразную форму с плоскими участками.
Предложенная конструкция солнечного водонагревателя обеспечивает более высокую термостойкость вследствие выполнения верхней стенки из термостойкого теплопроводного материала. Вместе с тем, недостатками конструкции является невысокая эффективность преобразования солнечной энергии в тепло нагретой воды, вследствие того, что тепловоспринимающая поверхность не является оптически селективной, а также волнообразные формы поглощающей панели и прозрачной теплоизоляции, усложняющие изготовление этих элементов и возможность нанесения оптически селективного покрытия.
Предлагаемая конструкция решает техническую задачу повышения эффективности работы солнечного водонагревателя и упрощения технологии его изготовления.
Указанный технический результат в солнечном водонагревателе, содержащем герметичную заполняемую водой секционированную аккумулирующую емкость с верхней стенкой, наружная поверхность которой является тепловоспринимающей поверхностью, теплоизолированный корпус, закрепленное на корпусе светопрозрачное ограждение, достигается тем, что верхняя стенка аккумулирующей емкости выполнена трехслойной, состоящей из термостойкой стеклопластиковой подложки, металлической фольги, адгезионно плотно соединенной со стеклопластиковой подложкой, и оптически селективного покрытия, нанесенного на металлическую фольгу со стороны, обращенной к светопрозрачному ограждению, причем верхняя стенка аккумулирующей емкости выполнена плоской, а светопрозрачное ограждение - гнутым по образующей цилиндра большого радиуса.
Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность работы солнечного водонагревателя в результате более эффективного поглощения солнечного излучения тепловоспринимающей поверхностью, снабженной оптически селективным покрытием, одновременно снижающим тепловые потери обусловленные радиационным теплообменом между тепловоспринимающей панелью и светопрозрачным ограждением, а также упростить технологию изготовления установки в результате использования не волнообразной, а плоской формы верхней стенки аккумулирующей емкости светопрозрачного ограждения.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг. 1
Солнечный водонагреватель содержит герметичную заполняемую водой секционированную аккумулирующую емкость 1 с верхней стенкой 2, наружная поверхность которой 3 является тепловоспринимающей поверхностью, теплоизолированный корпус 4, закрепленное на корпусе 4 светопрозрачное ограждение 5. Верхняя стенка 2 аккумулирующей емкости 1 выполнена трехслойной, состоящей из термостойкой стеклопластиковой подложки 6, металлической фольги 7, адгезионно плотно соединенной со стеклопластиковой подложкой 6, и оптически селективного покрытия 8, нанесенного на металлическую фольгу 7 со стороны, обращенной к светопрозрачному ограждению 5, при этом верхняя стенка 2 аккумулирующей емкости 1 выполнена плоской, а светопрозрачное ограждение 5 - гнутым по образующей цилиндра большого радиуса.
Солнечный водонагреватель работает следующим образом.
Солнечное излучение, падающее на солнечный водонагреватель, проходит через закрепленное на теплоизолированном корпусе 4 светопрозрачное ограждение 5 и поглощается оптически селективным покрытием 8. Поглощенное тепло через металлическую фольгу 7 и термостойкую стеклопластиковую подложку 6 верхней стенки 2 аккумулирующей емкости 1 теплопроводностью передается заполняющей емкость 1 воде и нагревает ее. Нагретая вода направляется непосредственно потребителю. Вследствие использования оптически селективного покрытия 8 на тепловоспринимающей поверхности 3 радиационные тепловые потери в окружающую среду через светопрозрачное ограждение 5 снижаются, и эффективность работы солнечного водонагревателя повышается.
Заявляемое техническое решение прошло проверку как на основе математического моделирования работы солнечного водонагревателя, выполненного в ОИВТ РАН, так и на основе изготовления и испытания экспериментальных образцов солнечных водонагревателей в ООО «Политермо».
Полученные результаты математического моделирования показали преимущества предлагаемой конструкции солнечного водонагревателя, позволяющей на 7…10% повысить эффективность его работы по сравнению с прототипом, а изготовление и испытания экспериментальных образцов солнечных водонагревателей подтвердили возможность существенного упрощения технологию изготовления.