Гелиоводонагреватель

Полезная модель относится к области преобразования солнечной энергии в тепловую, с использованием последней на технологические и бытовые нужды населения. Может использоваться как основной или дополнительный нагреватель в системе горячего водоснабжения. Может применяться в системах с естественной (термосифонного типа) или принудительной циркуляцией теплоносителя.
Известен плоский солнечный коллектор (патент RU №102768 F24J 2/46, F24J 2/24), содержащий теплопоглощающую панель, выполненную из прозрачного или непрозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала, имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета, прозрачную теплоизоляцию, выполненную из листа прозрачного сотового поликарбоната или любого аналогичного полимерного материала, имеющего внутренние продольные каналы и стойкого к воздействию ультрафиолета, и прикрепленную поверх теплопоглощающей панели внутреннюю теплоизоляцию, выполненную из вспененного материала с низкой теплопроводностью, внутренние продольные каналы теплопоглощающей панели объединены в систему сообщающихся сосудов, образуя по меньшей мере два дополнительных канала поперек существующих, выполненных внутри листа теплопоглощающей панели и исполняющих функции коллекторных труб для возможности сквозной прокачки теплоносителя, при этом крайние продольные каналы теплопоглощающей панели используются в качестве дополнительной теплоизоляции, прозрачная теплоизоляция выполнена снаружи солнечного коллектора, кроме того, торцы листа теплопоглощающей панели и наружной прозрачной теплоизоляции герметизированы, а в теплопоглощающей панели выполнено не менее двух отверстий, в каждом из которых организован узел для подведения и стока нагреваемой жидкости, выполненный из стойкого к ультрафиолетовому излучению и погодным условиям полимерного материала.
Недостатками данного плоского солнечного коллектора являются:
1. Узлы подводки и стока воды выполнены в плоскости коллектора, что может снижать прочность коллектора и приводить к перегреву воды.
2. Установка подводки и стока воды в плоскости коллектора приводит к нарушению целостности и усложняет работы по замене рабочего органа коллектора.
3. Теплоизолятор абсорбера не защищен от механических повреждений и охлаждения наружным воздухом.
Известен патент (RU №94676 F24J 2/24, F24J 2/46) плоский солнечный коллектор, состоящий из светопроницаемого прозрачного покрытия и абсорбера, выполненных из полимерного светопроницаемого материала с внутренними каналами, системы теплообмена, содержащей внутренние каналы абсорбера и герметично надетые на торцевые стороны листа абсорбера коллекторные трубы, отверстий, сообщающих внутренние полости с атмосферой, теплоизоляции абсорбера, светопроницаемое прозрачное покрытие выполнено с двух сторон абсорбера и отстоит от него по всей своей плоскости на расстояние, предотвращающее конвективный теплообмен между абсорберами прозрачным покрытием, по периметру абсорбера и прозрачного покрытия расположено ограждение, между абсорбером и светопроницаемым покрытием равномерно расположены ограничивающие штифты с малой теплопроводностью, по наружному периметру солнечного коллектора герметично закреплен П-образный профиль с высотой полки, равной толщине коллекторной трубы и двойного листа прозрачного покрытия на расстоянии, обеспечивающем зазор между ограждением и полкой, достаточный для размещения теплоизоляции.
Недостатками данного плоского солнечного коллектора являются:
1. Низкая производительность установки из-за низкой теплопроводности и малого объема воды в абсорбере.
2. Сложная и ненадежная конструкция за счет применения нескольких слоев поликарбоната, что приводит к снижению производительности в процессе его эксплуатации, за счет загрязнения внутренних каналов поликарбоната.
Наиболее близким аналогом к заявленному плоскому солнечному коллектору относится (патент RU №170464 U1 F24J 2/24, F24J 2/46) плоский солнечный коллектор-сэндвич, состоящий из защитного светопроницаемого прозрачного слоя системы теплообмена, выполненного из полимерного светопроницаемого материала с внутренними каналами, системы теплообмена, содержащей внутренние каналы с абсорбером, на торцевые стороны которой герметично надеты коллекторные трубы, теплоизоляции системы теплообмена, герметично закрепленного П-образного профиля, изготовленного из полимерного материала с малой теплопроводимостью, отличающийся тем, что защитное светопроницаемое прозрачное покрытие выполнено с одной стороны системы теплообмена, изготовлено из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 4 мм, системой теплообмена, изготовленной из листа сотового поликарбоната с размером внутренних каналов 10 мм с абсорбером, выполненным их ПВХ-пленки черного цвета, покрывающей внутреннюю сторону листа сотового поликарбоната системы теплообмена, торцы которого закреплены в коллекторных трубах, водонепроницаемость соединения обеспечена силиконовым уплотнителем, за которым установлен теплоизолятор, выполненный из вспененного утеплителя с отражающим слоем толщиной 6 мм, отражающая сторона которого направлена к системе теплообмена, за теплоизолятором установлен лист сотового поликарбоната с размером каналов 6 мм.
Недостатками данного плоского солнечного коллектора являются:
1. Низкая производительность установки из-за низкой теплопроводности и малого объема воды в абсорбере.
2. Низкая надежность конструкции из-за применения в нем клея.
3. Сложная и ненадежная конструкция за счет применения нескольких слоев поликарбоната, что приводит к снижению производительности в процессе его эксплуатации, за счет загрязнения внутренних каналов поликарбоната.
Задача полезной модели - повышение надежности и производительности устройства.
Поставленная задача решается за счет того, что гелиоводонагреватель, состоящий из защитного прозрачного светопроницаемого слоя, системы теплообмена, содержащей внутренние каналы, на торцевые стороны которых герметично закреплены коллекторные трубы, которые имеют входные и выходные отверстия, теплоизоляции системы теплообмена, выполненного из вспененного утеплителя с отражающим слоем, отражающая сторона которого направлена к системе теплообмена. Система теплообмена выполнена из n-числа параллельных между собой металлических трубок высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью с внутренним диаметром трубок 8 мм. Между прозрачным светопроницаемым слоем и теплоизоляционной системой установлена металлическая фигурная пластин, имеющая «выемки» в виде полуцилиндров с возможностью размещения в них металлических трубок, внутренний диаметр выемок равен наружному диаметру металлических трубок, притом расстояние между центральными осями полуцилиндров равно расстоянию между центральными осями металлических трубок
Металлическая фигурная пластина, выполненная из металла высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью.
Новые существенные признаки:
1. Система теплообмена выполнена из n-числа параллельных между собой металлических трубок высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью с внутренним диаметром трубок 8 мм.
2. Между прозрачным светопроницаемым слоем и теплоизоляционной системой установлена металлическая фигурная пластина, имеющая «выемки» в виде полуцилиндров.
3. Внутренний диаметр выемок равен наружному диаметру металлических трубок, притом расстояние между центральными осями «выемок» равно расстоянию между центральными осями металлических трубок.
4. Металлическая фигурная пластина, выполненная из металла высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными необходимы и достаточны для достижения технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
Технический результат.
Повышение надежности гелиоводонагревателя, обусловлены: металлической конструкцией, выполненной из металлических трубок и сваренных между собой.
Повышение производительности гелиоводонагревателя обусловлены: увеличенной площадью тепловоспринимающей поверхности гелиоводонагревателя за счет фигурной пластины, а также использования метала высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью.
На Фиг. 1 изображен общий вид гелиоводонагревателя.
На Фиг. 2 изображены проекции гелиоводонагревателя с сечением А-А.
На Фиг. 3 представлены сечение Б-Б гелиоводонагревателя.
На Фиг. 4 представлены сечение В-В гелиоводонагревателя.
На Фиг. 5 представлено расположение трубок в фигурной пластине.
Гелиоводонагреватель, состоящий из защитного светопроницаемого слоя 1, например, стекла. Система теплообмена содержит n - металлические трубки 2, которые параллельны между собой и обладают высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью. Внутренний диаметр металлических трубок 2 равен 8 мм. Торцевые стороны металлических трубок 2 герметично закреплены в коллекторных трубах 3, которые имеют входные 4 и выходные 5 отверстия. Теплоизоляционная система теплообмена, выполненная из вспененного утеплителя 6 с отражающим слоем 7, отражающая сторона которого направлена к системе теплообмена. Между прозрачным светопроницаемым слоем 1 и теплоизоляционной системой установлена металлическая фигурная пластина 8, имеющая «выемки» 9 в виде полуцилиндров с возможностью размещения в них металлических трубок 2, внутренний диаметр «выемок» 9 равен наружному диаметру металлических трубок 2, при том расстояние между центральными осями «выемок» 9 равно расстоянию между центральными осями металлических трубок 2. Металлическая фигурная пластина 8, выполненная из металла высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью. Гелиоводонагреватель установлен в корпус 10.
Работа гелиоводонагревателя.
Вариант использования гелиоводонагревателя в системе с естественной (термосифонной) циркуляцией воды:
В данном варианте использования необходимым условием работы системы является расположение бака накопителя (на Фиг. 1-5 не показан) выше выходного отверстия 5 гелиоводонагревателя. Крепление гелиоводонагревателя выполняется за корпус 10. Под воздействием солнечной радиации фигурная пластина 8 с «выемками» 9 и металлические трубки 2 разогреваются до 65-85°С. Происходит нагрев металлических трубок 2 системы теплообмена. Холодная вода поступает из бака накопителя по системе труб (на Фиг. 1-5 не показаны) к нижнему входному отверстию 4 гелиоводонагревателя. По принципу сообщающихся сосудов вода равномерно заполняет весь объем внутренних каналов системы теплообмена гелиоводонагревателя. Система теплообмена, содержащая n - металлических трубок 2, которые параллельны между собой и обладают высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью, способна единовременно прогревать объем воды, равный двум с половиной литрам. Вследствие соприкосновения с нагретыми частями системы теплообмена, состоящая из металлических трубок 2 и фигурной пластины 8, вода начинает прогреваться. Плотность нагретой воды уменьшается. Нагретая вода самотеком поступает в верхнюю часть системы теплообмена 2, затем через выходное отверстие 5 коллекторной трубки 3 по системе труб поступает в верхнюю часть бака накопителя, а ее место занимает холодная вода, имеющая большую плотность. Циркуляция воды продолжается до момента, пока система не достигнет температурного равновесия. Потеря тепла с поверхности системы теплообмена гелиоводонагревателя снижается за счет установки защитного покрытия, выполненного из вспененного утеплителя 6 с отражающим слоем 7, отражающая сторона которого направлена к системе теплообмена.
Принцип работы теплоизоляционного покрытия - это создание воздушной прослойки нагретого воздуха между корпусом и системой теплообмена, состоящей из металлических трубок 2 и фигурной пластины 8.
Для обеспечения жесткости конструкции гелиоводонагревателя и исключения его деформации под воздействием тепла и веса воды, конструкция выполнена из металлических деталей, сваренных между собой.
Вариант использования плоского солнечного гелиоводонагревателя в системе с принудительной циркуляцией воды:
В системах с принудительной системой циркуляции установка гелиоводонагревателя допускается выше бака накопителя (на Фиг. 1-5 не показан). Крепление гелиоводонагревателя выполняется за корпус 10. Под воздействием солнечной радиации фигурная пластина 8 с «выемками» 9 и металлические трубки 2 разогреваются до 65-85°С. Происходит нагрев металлических трубок 2 системы теплообмена. Холодная вода поступает из бака накопителя по системе труб (на Фиг. 1-5 не показаны) к нижнему входному отверстию 4 гелиоводонагревателя. Под воздействием давления, создаваемого водяным насосом (на Фиг. 1-5 не показан), вода равномерно заполняет внутренний объем металлических трубок 2 гелиоводонагревателя. Система теплообмена, содержащая n - металлических трубок 2, которые параллельны между собой и обладают высокой тепловоспринимающей и теплопередающей способностью, способна единовременно прогревать объем воды, равный двум с половиной литрам. Вследствие соприкосновения с нагретыми частями системы теплообмена, состоящая из металлических трубок 2 и фигурной пластины 8, вода начинает прогреваться. Нагретая вода под давлением, создаваемым водяным насосом, поступает в верхнюю часть системы теплообмена, затем через выходное отверстие 5 коллекторной трубки 3 по системе труб поступает в нижнюю часть бака накопителя, тем самым обеспечивается диффузный теплообмен. Циркуляция воды зависит только от режима работы водяного насоса. Данный вариант использования солнечного гелиоводонагревателя позволяет обеспечить большую производительность системы и снижает теплопотери в системе, исключая рассевание тепла через геливодонагреватель.
Потеря тепла с поверхности гелиоводонагревателя снижается за счет установки теплоизоляционного покрытия, выполненного из вспененного утеплителя 6 с отражающим слоем 7, отражающая сторона которого направлена к системе теплообмена. Принцип работы теплоизоляционного покрытия - это создание воздушной прослойки нагретого воздуха между корпусом и системой теплообмена, состоящей из металлических трубок 2 и фигурной пластины 8.
Для обеспечения жесткости конструкции гелиоводонагревателя и исключения его деформации под воздействием тепла и веса воды конструкция выполнена из металлических деталей, сваренных между собой.