УНИВЕРСАЛЬНАЯ КОАКСИАЛЬНАЯ ГЕЛИОЭЛЕКТРОВОДОНАГРЕВАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к нагревателям текучей среды с использованием солнечной и электрической энергии, в частности к конструкциям водонагревательных установок получения низкопотенциального тепла за счет солнечного излучения при комбинированном использовании с электроподогревом для использования в системах бытового и хозяйственного назначения.
Известен солнечный водонагреватель, содержащий термоизолированный расходный бак и примыкающий трубчатый или плоский котел, в котором нагревается вода, сообщенные между собой прямым и обратным патрубками, трубопровод подачи холодной воды в расходный бак и трубопровод отвода горячей воды из расходного бака к потребителям (Политехнический словарь/Редкол.: А.Ю.Ишлинский и др. - 3-е изд., перераб. и доп.- М.: Советская энциклопедия, 1989 г., стр.492).
Недостатком данного водонагревателя является слабая естественная циркуляция нагреваемой в котле воды при перемешивании с водой в расходном баке из-за нахождения их в одном уровне.
Известна гелиоустановка, содержащая термоизолированный бак-аккумулятор, выполненный за одно целое с солнечным коллектором, содержащая прямой трубопровод подачи воды из бака-аккумулятора в солнечный коллектор, обратный трубопровод отвода воды из солнечного коллектора в бак-аккумулятор, трубопровод подачи холодной воды в бак-аккумулятор и трубопровод отвода горячей воды из бака аккумулятора к потребителям (А.с. СССР №1816937, опубл.23.05.1995).
Недостатком данной гелиоустановки являются ограниченные возможности ее использования в силу конструктивных особенностей.
Известен термоизолированный электрокипятильник, содержащий питательный бачок, сборник кипятка, камеру нагрева с электронагревательными элементами, систему соединительных труб, схему автоматики с датчиками, реле и контактором (В.Ф.Полянский, А.В.Попов «Электрооборудование судов и предприятий» - М.: «Транспорт», 1989 г., стр.155-156).
Недостатком данного электрокипятильника является сложность его конструкции, громоздкость и дополнительные потери в процессе парообразования и конденсации воды.
Известен электроводонагреватель ВМ 390, содержащий термоизолированный бак, нагревательный элемент с терморегулятором и термовыключателем, трубки подвода холодной воды и отвода горячей воды (руководство по эксплуатации ЭВН, 2006, ООО ПФ «Реал-Термо», Ижевск, Пушкинская, 264).
Недостатком данного электронагревателя является узкое использование только при утилитарном применении, в основном, в условиях капитальных построек городских квартир и загородных домов с гарантированным электроснабжением.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является водонагревательная гелиоустановка, которая содержит цилиндрический бак-аккумулятор, сливной патрубок, соединенный с дном бака-аккумулятора, солнечный коллектор, установленный ниже бака-аккумулятора и сообщенный с его дном при помощи патрубков подвода и отвода теплоносителя и, дополнительно, снабженная электроводонагревателем, встроенным в бак-аккумулятор (Пат. РФ №87502, опубл. 10.10.2009).
Недостатками прототипа являются жесткая привязка к наружному размещению всей водонагревательной гелиоустановки, нижний слив от дна расхода нагретой воды, неконтролируемый электроводонагрев.
Задачей полезной модели является создание универсальной коаксиальной гелиоэлектронагревательной установки как с раздельным использованием для нагрева воды солнечной или электрической энергии, так и при их совместном применении. В результате оптимизации комбинированного использования возобновляемой солнечной энергии и электроэнергии снижаются стоимостные затраты обеспечения горячим водоснабжением потребителей с повышением надежности.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в повышении надежности и снижении затрат на получение горячей воды.
Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в гелиоэлектроводонагревательной установке, содержащей термоизолированный цилиндрический бак-аккумулятор со встроенным электронагревательным элементом, с трубопроводами подачи холодной и отвода нагретой воды, солнечный коллектор, установленный ниже уровня бака-аккумулятора и сообщенный с его дном при помощи трубопроводов подвода и отвода теплоносителя, дополнительно встроена внутренняя соосная цилиндрическая емкость, расположенная вплотную между дном и верхом с устройством внутри ее электронагревательного элемента с терморегулятором и термовыключателем и трубопровода отвода сверху нагретой воды, сообщенной из нижней части протоком с верхней частью основной емкости бака-аккумулятора в дно которой выходят трубопроводы подачи холодной воды, подвода и отвода теплоносителя.
Сообщение верхней части основной емкости бака-аккумулятора с нижней частью дополнительно встроенной внутренней соосной цилиндрической емкости осуществляется через проток в виде вертикальных каналов по стенкам внутренней емкости, соединенных внизу с внутренней емкостью, а вверху с основной емкостью или в виде промежутка между внешней поверхностью дополнительной внутренней цилиндрической емкости, расположенной с зазором от дна и вплотную с верхом бака-аккумулятора и внутренней поверхностью промежуточной цилиндрической емкости, расположенной с зазором от верха и вплотную с дном, имеющей больший диаметр, чем внутренняя емкость бака-аккумулятора.
Совместное применение солнечной и электрической энергии, при низкой эффективности солнечного излучения или в ночное время, в целях повышения надежности горячим водоснабжением, дополнительно обеспечивается тем, что основная емкость бака-аккумулятора дополнительно снабжена внутренним электронагревательным элементом с терморегулятором и термовыключателем.
Повышение надежности с расширением сезонных рамок использования в течение всех суток при температурах наружного воздуха ниже 0°С, солнечный коллектор может заполняться незамерзающей жидкостью с циркуляцией теплоносителя через спиральный теплообменник внутри основной емкости бака-аккумулятора или при подключении теплообменника к общей сети отопления и использовании стороннего теплоносителя, в том числе и от индивидуальных источников с другими топливными системами.
Дополнительно к этому, в случаях использования универсальной коаксиальной водонагревательной установки без теплообменника, с применением в качестве циркулирующего теплоносителя расходной воды, активация циркуляции может осуществляеться за счет эжекторной насадки, соединенной с трубопроводом подачи холодной воды.
Сущность предлагаемой модели поясняется чертежами, на которых представлены продольный разрез (фиг.1) и поперечные сечения конструкции в версии 1-2, 6 пунктов (фиг.2) и в версии 3-5 пунктов формулы полезной модели.
Универсальная коаксиальная гелиоводонагревательная установка работает следующим образом.
Солнечное излучение направляется непосредственно на поверхность солнечного коллектора (на чертеже не изображен), находящегося в освещаемой солнцем зоне, установленного ниже уровня цилиндрического бака-аккумулятора 1 и сообщенного с его дном при помощи трубопроводов подвода 2 и отвода 3 теплоносителя. Теплоносителем является расходная, используемая для нагрева, вода. Циркуляция теплоносителя при нагреве воды в солнечном коллекторе происходит из-за градиента плотности ее по отношению к воде, находящейся в баке-аккумуляторе, в результате чего при естественной термосифонной циркуляции нагретая вода будет поступать по трубопроводу 2 в верхнюю часть бака при движении с замещением ее из нижней части бака по трубопроводу 3 холодной водой. Бак-аккумулятор снабжен дополнительной внутренней соосной цилиндрической емкостью 4, расположенной вплотную между дном и верхом с устройством внутри электронагревательного элемента с терморегулятором и термовыключателем 5 и трубопровода 6 отвода сверху нагретой воды. Внутренняя емкость 4 посредством вертикальных каналов 7 по ее стенкам или за счет промежутка между ее внешней поверхностью и внутренней поверхностью промежуточной цилиндрической емкости 8, за счет открытых соединений или зазоров сверху и снизу, сообщается из нижней части с верхней частью основной емкости 9. Более нагретая посредством лучистой энергии от солнечного коллектора расходная вода, находящаяся в верхней части основной емкости 9, при расходе из внутренней емкости 4 нагретой воды, поступает на замещение в нижнюю часть дополнительной емкости 4 и, в случае недостаточной температуры, за счет включения электронагревательного элемента 5, доводится до нужного параметра. Внутренняя емкость при расходе таким образом используется как проточный водонагреватель, использующий предварительно подогретую воду, то есть требующий меньших затрат электроэнергии. В случаях форсированного расхода горячей воды или в периоды малых возможностей использования солнечной энергии для предварительного подогрева используется дополнительный электронагревательный элемент 10, а в случаях низких температур наружного воздуха или при выключении из работы на зимний период, чтобы не осуществлять перекрытие коллектора со сливом теплоносителя, используется спиральный теплообменник 11, обеспечивающий возможность применения вместо расходной воды незамерзающей жидкости в качестве теплоносителя.
Вода для нагрева из водопроводной сети поступает по трубопроводу 12, который для активации циркуляции теплоносителя, может подключаться через эжекторную насадку 13, обеспечивая ускоренную элевацию нагретой в коллекторе воды в верхнюю часть основной емкости 9.
Предложенная конструкция универсальной коаксиальной гелиоэлектроводонагревательной установки позволяет реализовать не только аккумуляцию горячей воды в баке за счет лучистой энергии с помощью солнечного коллектора, но и в случаях форсированного расхода обеспечить работу в режиме проточного водоэлектронагрева, расширяя возможность нагрева воды на бытовые и хозяйственные нужды и повышая эффективность использования солнечной и электрической энергии при превращении ее в тепловую энергию воды. Использование предложенной полезной модели позволяет при обеспечении заданных режимов горячего водоснабжения снизить потребление электроэнергии за счет использования солнечной энергии, а при оптимизации расхода и нагрева можно вообще использовать только лучистый нагрев с применением электронагрева только в экстремальных ситуациях.
Для изготовления универсальной коаксиальной гелиоэлектроводонагревательной установки, в оптимальной версии, необходимо, при использовании промышленных образцов электроводонагревателей, дополнительно произвести устройство внутренней емкости, например из полимерной термостойкой, с вертикальными каналами в стенках, трубы при устройстве выходов из каналов в верхней и нижней частях, и дополнительно установить в нижней части водонагревателя два патрубка для входа-выхода теплоносителя. Промышленные солнечные коллекторы, малосерийно выпускаемые, могут устанавливаться на балконы или стены городских зданий, крыши и стены загородных домов и дач, на хозяйственные постройки.