СОЛНЕЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

Полезная модель относится к гелиотехнике, а конкретно к солнечным нагревательным устройствам и может быть использована для нагрева воды в системе горячего водоснабжения (ГВС) гостиниц, пансионатов, частных домовладениях, дачных участках и т.д.
Существуют различные устройства для использования солнечного излучения для нагрева воды.
Широко распространенной в настоящее время являются система для нагрева воды с использованием солнечной энергии, состоящая из одной или нескольких гелиопанелей и аккумулирующего бака, гидравлически объединенных в одну систему. Многократная циркуляция воды или специального теплоносителя в системе постепенно, в течении светового дня, повышает температуру воды в аккумулирующем баке. В состав системы обычно входит теплообменник и циркуляционные насосы.
Недостатком применяемой системы является большая металлоемкость и наличие оборудования, не принимающего непосредственного участия в процессе преобразования солнечного излучения в тепловую энергию, что определяет ее сравнительно высокую стоимость.
Известен гелиоводонагреватель (декларационный патент UA №64200 МПК F24J 2/22, 2004 г.) предназначенный для нагрева воды при использовании солнечной энергии. Гелиоводонагреватель содержит корпус с наклонной основой и бортами, расположенными по периметру основы. Кроме того, выполненные из полимерной пленки экран с канавками и прозрачным ограждением, которые размещены на корпусе. В верхней и нижней частях корпуса расположены раздаточная и сборная трубы соответственно. Сверху над экраном размещены два слоя пленки черного цвета с воздушным зазором между ними. Воздушный зазор предохраняет нижнюю пленку от плавления при перегреве. Существенным недостатком известного гелиоводонагревателя является: низкая эффективность нагрева воды из-за плохой теплопроводности воздушного зазора, отсутствие емкости с запасом горячей воды, что усложняет его практическое применение и создает неудобство пользователю
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявленной полезной модели и принятым в качестве прототипа является солнечный водонагреватель (патент Российской Федерации RU №2078290, 1994 г.).
Известный солнечный водонагреватель относится к гелиотехнике и предназначен для нагрева воды.
Солнечный водонагреватель содержит аккумулирующую емкость, тепловую изоляцию, расположенную с тыльной стороны аккумулирующей емкости. Рекуперативная емкость расположена с тыльной стороны тепловой изоляции и имеет с последней общую поверхность. На обращенной к солнцу стороне аккумулирующей емкости расположена металлическая тепловоспринимающая поверхность с прозрачным покрытием над ней.
В нижней части солнечного водонагревателя расположен трубопровод, соединяющий аккумулирующую и рекуперативную емкости, снабженный вентилями для регулирования температуры воды. К соединительному трубопроводу подключен раздающий патрубок. В верхней части аккумулирующей и рекуперативной емкости находятся заливные и переливные отверстия. В верхней части солнечного водонагревателя находится крепежное ухо. Перед лицевой поверхностью солнечного водонагревателя может находится отражатель, закрепленный на шарнире. Анализ технических характеристик прототипа показал, что наряду с таким достоинством как удобство в эксплуатации наличие существенных недостатков:
- большая разница значений (градиента) температур по объему аккумулирующей емкости, что снижает эффективность работы нагревателя;
- неравномерность распределения температур, вызванная тем, что нагрев воды происходит только в пограничном ее слое непосредственно контактирующим с тепловоспринимающей поверхностью. Нагретая вода накапливается в верхней части аккумулирующей емкости, а в нижней остается холодной;
- сложная для изготовления конструкция;
- большая материалоемкость дефицитных материалов;
В основу полезной модели поставлена техническая задача создания конструкции солнечного водонагревателя, позволяющей устанавливать солнечный водонагреватель под оптимальным углом к горизонту; максимально эффективно использовать тепловоспринимающую площадь аккумулирующей емкости солнечного водонагревателя, упростить конструкцию солнечного водонагревателя и уменьшить себестоимость изделия за счет использования недорогих, доступных для изготовления материалов. Обеспечить удобство при эксплуатации солнечного водонагревателя и при проведении ремонтных работ.
Поставленная техническая задача достигается тем, что заявленная полезная модель содержит аккумулирующую емкость, тепловоспринимающую поверхность, прозрачное покрытие, теплоизоляцию. Аккумулирующая емкость установлена в теплоизолированный корпус. Верхняя стенка аккумулирующей емкости выполнена из прозрачного материала (пленки) и в поперечном своем сечении имеет выпуклую серповидную форму, а нижняя стенка аккумулирующей емкости служит тепловоспринимающей поверхностью. Верхняя стенка аккумулирующей емкости (обращенная к солнцу) закрыта прозрачным покрытием - листом гибкого прозрачного синтетического материала, например сотового поликарбоната, SAN и т.п.
Солнечное излучение пройдя через прозрачное покрытие, прозрачную верхнюю стенку аккумулирующей емкости и слой воды поступает на тепловоспринимающую поверхность нижней стенки аккумулирующей емкости. Полученное в результате этого тепло передается нижнему слою воды, обеспечивая процесс конвективной циркуляции и равномерное распределение температуры по объему аккумулирующей емкости.
Суть полезной модели поясняется чертежами, где изображено:
- на фиг.1 - солнечный водонагреватель, общий вид;
- на фиг.2 - солнечный водонагреватель, сечение А-А фиг.1.
Как показано на фиг.1, фиг.2 солнечный водонагреватель включает корпус, который содержит плоское нижнее основание 1, торцевые стенки 2, с изогнутыми верхними и прямолинейными нижними кромками, аккумулирующую емкость, состоящую из верхней стенки 3, нижней стенки 4, торцевых стенок 5, прозрачное покрытие 6, предохранительную сетку 7, планки прижимные 8, теплоизоляцию корпуса 9, трубу подачи холодной воды 10, автоматический регулятор уровня воды 11 в аккумулирующей емкости, трубу выхода горячей воды 12, трубу осушения аккумулирующей емкости 13.
Верхняя стенка аккумулирующей емкости 3 выполнена из прозрачного материала (пленки) и в поперечном сечении имеет выпуклую серповидную форму. Верхняя стенка 3, нижняя стенка 4 и торцевые стенки 5 аккумулирующей емкости закреплены к корпусу прижимными планками 8. Предохранительная сетка 7 служит для снятия растягивающего напряжения в материале верхней стенки аккумулирующей емкости 3, возникающего при заполнении аккумулирующей емкости водой и установке нагревателя под оптимальным углом к горизонту. Корпус с наружной стороны покрыт теплоизолирующим материалом.
Над верхней стенкой аккумулирующей емкости 3 с предохранительной сеткой 7 установлено прозрачное покрытие 6, представляющее собою лист гибкого прозрачного материала, например сотового поликарбоната, SAN, и т.п., изогнутого по верхним кромкам торцевых стенок корпуса 2 и закрепленного прижимными планками 8, придавая прозрачному покрытию серповидную форму.
Заявляемая полезная модель работает таким образом.
Корпус солнечного водонагревателя, в зависимости от географической широты местности, устанавливают под оптимальным углом к горизонту (35-55), обеспечивающего наилучшую освещенность аккумулирующей емкости с водою. Солнечное излучение, пройдя через прозрачное покрытие 6, прозрачную верхнюю стенку аккумулирующей емкости 3 и слой воды поступает на тепловоспринимающую поверхность нижней стенки аккумулирующей емкости 4. Полученное в результате тепло передается воде. Пополнение аккумулирующей емкости холодной водой, по мере расходования горячей воды, производится через автоматический регулятор уровня 11. Холодная вода по трубе 10 поступает в нижнюю часть аккумулирующей емкости. Горячая вода через трубу 12 из верхней части аккумулирующей емкости поступает к потребителю горячей воды. При необходимости осушение аккумулирующей емкости производится через трубу 13.
В результате осуществления заявляемой полезной модели, получаем простую конструкцию солнечного водонагревателя, выполненную из доступных, недорогих материалов, которая позволяет максимально эффективно использовать солнечную энергию. Заявленная полезная модель не требует установки аккумулирующего бака и дополнительного оборудования (теплообменника, циркуляционных насосов и т.д.) Разборная конструкция водонагревателя позволяет производить необходимый ремонт без замены базовых деталей (корпуса и торцевых стенок).