ВСЕСЕЗОННЫЙ ЭЛЕКТРОГЕЛИОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ
ALL-WEATHER ELECTRIC SOLAR WATER HEATER

Изобретение относится к устройствам нагрева воды при помощи солнца и может быть использовано как для бытовых потребителей, так и для сельскохозяйственных объектов.
Известна установка солнечного горячего водоснабжения / авт.св. №1770687 СССР, МКИ F24J 2/42. Установка солнечного горячего водоснабжения / М.Я.Поз, Д.Я.Коган, Р.Н.Магер, P.M.Гареев, А.Н.Гудкова. - №4874536/06, заявл.: 02.07.90, опубл.: 23.10.1992 // БИМП. - 1992. - №39/, которая включает гелиоводонагреватель, соединенный с баком-аккумулятором и питательной емкостью трубопроводами соответственно холодной и горячей воды. В емкости установлен регулятор уровня, выполненный с возможностью поддержания максимального уровня воды в ней, не превышающий точки подсоединения трубопровода горячей воды к баку-аккумулятору.
Недостатками этой установки являются расположение солнечного коллектора под углом к горизонту, что не позволяет принимать солнечному коллектору периферийные потоки; низкая эффективность и надежность, а также сложность в эксплуатации.
Известна система солнечного горячего водоснабжения / авт.св.№1638486 СССР, МКИ F24J 2/42. Система солнечного горячего водоснабжения / А.Т.Беленов, В.Ю.Ларин, И.И.Ткаченко. - №4620886/06, заявл.: 16.12.1988, опубл.: 30.03.1991 // БИМП. - 1991. - №12 /, состоящая из солнечного коллектора, бака-аккумулятора, связанных при помощи прямого и обратного трубопроводов. На последнем размещены циркуляционный насос и фотоэлектрическая батарея, подключенная к устройству управления, связанному с насосом и датчиками, установленными на выходе из солнечного коллектора и в нижней части бака-аккумулятора. Система дополнительно содержит подпитачный насос, подключенный к обратному трубопроводу и связанный с датчиком уровня воды в баке-аккумуляторе, обратный клапан и теплоаккумулирующие элементы с фазовым переходом размещены в нижней и верхней частях бака-аккумулятора.
К недостаткам такой системы относятся расположение фазопереходного вещества в области более низких температур системы, что не позволяет догреву большего количества воды, чем объем бака-аккумулятора; сложность конструкции, связанная с наличием циркуляционного насоса, фотоэлектрической батареи и подпитывающего насоса.
Известен солнечный нагреватель /авт.св. №1733870 СССР, МКИ F24J 2/04. Солнечный нагреватель/А.И.Еламов. - №4823269/06, заявл.: 07.05.1990, опубл.: 15.05.1992 // БИМП. - 1992. - №18 /, содержащий корпус с прозрачным ограждением и установленным в нем, с зазором относительно ограждений, нагревательным элементом в виде замкнутого объема, с поглощающей поверхностью и последовательно сообщенным с наружным и внутренними клапанами для теплоносителя, первый из которых подключен к входному, а второй - к выходному патрубку на линии теплоносителя, причем на последнем установлен вакуумирующий эжектор, камера смещения которого сообщена с полостью корпуса. В объеме нагревательного элемента размещено теплоаккумулирующее вещество с фазовым переходом, причем наружные каналы контактируют с последним тыльной стенкой, а внутренние размещены в его массе и выведены под прозрачное ограждение.
Недостатками известного нагревателя являются сложность конструкции, а также неполное восприятие теплового потока из-за наклона солнечного коллектора.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является гелиосистема/авт.св. №1812399 СССР, МКИ F24J 2/42. Гелиосистема/А.П.Цепелев, О.Л.Брандуков, В.В.Желдак. - №4758238, заявл.: 13.11.1989, опубл.: 30.04.1993 // БИМП. - 1993. - №16/, включающая солнечный коллектор, насос, бак-аккумулятор, ветроэнергетическую установку.
Недостатками данной гелиосистемы являются сложность конструкции; невозможность полностью поглощать тепловой поток тепловоспринимающей поверхностью из-за расположения солнечного коллектора под наклоном, неспособность работать в межсезонье и зимний период.
Задачей изобретения является улучшение параметров и режимов работы гелиоводонагревателя, снижение энергозатрат на процесс нагрева воды, повышение надежности его работы.
Поставленная задача решается тем, что во всесезонном электрогелиоводонагревателе бак-аккумулятор представлен в виде двух электрических водонагревателей, расположенных друг над другом и укомплектованных электронными устройствами; в корпусе солнечного коллектора установлен стеклопакет со специальным слоем напыленного серебра, а на поглощающей пластине закреплены емкости с фазопереходным веществом, при этом солнечный коллектор выполнен в виде накладного либо встроенного фальшокна.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами:
- на фиг.1 показана общая схема подключений всесезонного электрогелиоводонагревателя;
- на фиг.2 показан вид А на фиг.1;
- на фиг.3 показан вид В-В на фиг.2.
Всесезонный электрогелиоводонагреватель (фиг.1) включает электрические водонагреватели 1, 2, электронные устройства 3, 4, входные штуцера 6, 8 электрических водонагревателей, выходные штуцера 5, 7 электрических водонагревателей, узлы 9, 15, состоящие из обратных клапанов и защитных клапанов от высокого давления, трубопровод подачи холодной воды 10, трубопровод подачи горячей воды 11, водопроводные краны 12, 14, 16, термоклапан 13, насос 17, солнечный коллектор 18.
Солнечный коллектор (фиг.2, фиг.3) состоит из змеевика 19, поглощающей пластины 20, емкостей с фазопереходным веществом 21 (парафин, глауберова соль), стеклопакета 25 со слоем напыленного серебра 23, корпуса 22, теплоизоляции 24.
Всесезонный электрогелиоводонагреватель работает следующим образом.
Вода из водопровода при открытом водопроводном кране разбора горячей воды 12 через узел 9, состоящий из обратного клапана и защитного клапана от высокого давления, поступает на тройник и входной штуцер 6 электрического водонагревателя 1 и заполняет емкость электрического водонагревателя. ТЭНы электрического водонагревателя 1 погружаются в воду. Уровень воды достигает входного отверстия выходного штуцера 5 разбора горячей воды и поступает к тройнику, ведущему к узлу 15, также состоящему из обратного клапана и защитного клапана от высокого давления и входному штуцеру 8 электрического водонагревателя 2. Уровень воды в электрическом водонагревателе 2 повышается. ТЭНы электрического водонагревателя 2 погружаются в воду. При достижении уровня воды входного отверстия выходного штуцера 7 электрического водонагревателя 2 вода поступает к водопроводному крану разбора горячей воды 12 установки. После того, как из водопроводного крана 12 показалась вода, открывают водопроводный кран 16, расположенный перед узлом 15 для «стравливания» воздуха. При появлении воды из водопроводного крана 16 его закрывают и закрывают водопроводный кран 12 разбора. Включают насос 17, выставляют температуру догрева воды ТЭНами и при необходимости их включают. Вода подается по трубопроводу в змеевик 19, солнечные лучи проходят сквозь стеклопакет 25 со слоем напыленного серебра 23, нагревают змеевик 19 и поглощающую пластину 20, часть лучей, отраженных от поглощающей пластины 20, остаются внутри коллектора, так как стеклопакет 25 со слоем напыленного серебра 23 не позволяет им выйти наружу. Емкости с фазопереходным веществом 21 накапливают значительное количество тепловой энергии при переходе фазопреходного вещества из твердого состояния в жидкое (в период плавления) и отдают накопленную теплоту при затвердевании. Тем самым при циркулирование воды через змеевик 19 солнечного коллектора 18 во всем всесезонном электрогелиоводонагревателе происходит ее нагрев и накопление в емкостях электрических водонагревателей 1, 2. При такой схеме подключений всесезонного гелиоводонагревателя ТЭНы защищены от «сухой» работы. При превышении температуры воды в электрическом водонагревателе 2 выше 75°С, открывается термоклапан 13 или открывают вручную водопроводный кран 14 (в зависимости от комплектации установки) и излишек гелиоэнергии используется на нагрев воды в электрическом водонагревателе 1. Независимо от погодных условий и времени года можно использовать также функции серийно выпускаемых электрических водонагревателей, такие как догрев воды до требуемой температуры, функцию антизамерзания.
Преимуществом всесезонного электрогелиоводонагревателя является то, что объем подогреваемой воды разделен на две части (два каскада). При этом даже в пасмурные дни температура воды в электрическом водонагревателе 2 достигает 50°С, что исключает необходимость электрического догрева воды в отличие от известных одноемкостных гелиоводонагревателей. Электронные устройства, комплектующие электрические водонагреватели, обеспечивают включение ТЭНов только при необходимости для догрева воды и гарантированно обеспечивают графики горячего водоснабжения. Такое решение приводит к редкому влючению ТЭНов, что резко увеличивает срок службы котлов, а также увеличивает плановые сроки между обслуживанием электрических водонагревателей. Данное преимущество наряду с другими техническими решениями обеспечивает энергоэкономичность установки при увеличении срока службы установки. Установка стеклопакета со специальным слоем напыленного серебра в корпусе солнечного коллектора позволяет устранить замерзание воды в нем в зимнее время, отказаться от дорогостоящего анодированного покрытия, улучшить условия теплоотбора теплоотводящими медными трубками. Емкости с фазопереходным веществом, закрепленные на поглощающей пластине, позволяют обеспечить горячее водоснабжение в вечерний максимум водоразбора. Вертикальное расположение солнечного коллектора (в виде накладного, либо встроенного фальшокна) не приводит к существенному снижению его эффективности и позволяет решить ряд задач: использовать рассеянные и отраженные потоки излучения, использовать солнечный коллектор в зимнее время.
Применение предлагаемого устройства позволяет экономить до 80% электрической энергии по сравнению с бытовыми электроводонагревателями и на 75% обеспечить горячее водоснабжение в межсезонье и зимний период.