СОЛНЕЧНЫЙ ВОДОНАГРЕВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области использования солнечной энергии, в частности к устройствам преобразования энергии светового излучения в тепло, и предназначено для получения горячей воды для бытовых нужд с помощью солнечного излучения.

Известна установка для горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии (изготовитель "Thermics", Италия (http://www.electro-mpo.ru/card27509.html), состоящая из одной или нескольких гелиопанелей и аккумулирующего бака, гидравлически объединенных в одну систему. Многократная циркуляция воды или специального теплоносителя в системе постепенно, в течение светового дня, повышает температуру воды в аккумулирующем баке. В состав системы входит насосная станция, включающая циркуляционные насосы, что снижает эффективность и КПД установки. 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.

В качестве аналога принята типичная конструкция промышленного солнечного водонагревателя (www.Mensh.ru. "Конструкции солнечных водонагревателей", рис.3), состоящая из наклонного остекленного теплового коллектора, отдельного, хорошо теплоизолированного, водяного бака-аккумулятора и теплоизолированных труб, соединяющих эти элементы. Днище бака-аккумулятора располагается, по крайней мере, на 300 мм выше верхней части коллектора. Такая компоновка исключает затраты дополнительной энергии для циркуляции воды в системе. Циркуляция происходит только вследствие естественной конвекции. При нагреве вода в коллекторе расширяется, становится менее плотной, поднимается вверх по коллектору и через трубу поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора. В результате более прохладная вода у днища бака вытесняется и перетекает по другой трубе в нижнюю часть коллектора. Эта вода в свою очередь нагревается и поднимается в бак. Пока светит солнце, вода будет постоянно циркулировать по этому контуру, все более нагреваясь. Вследствие того, что бак приподнят над коллектором, эффект опрокидывания циркуляции в результате ночного охлаждения теплоносителя в коллекторе сводится на нет, так как холодная вода просто скапливается в нижней точке системы (на дне коллектора), в то время как теплая вода остается в баке.

Такой конструкции солнечного водонагревателя присущи следующие недостатки:

- сложная технология изготовления герметичного теплового коллектора;

- изготовление отдельного бака-аккумулятора с хорошей теплоизоляцией;

- изготовление специальных несущих конструкций для установки теплового коллектора под определенным углом к горизонту и бака-аккумулятора над тепловым коллектором;

- необходимость проведения проектных и монтажных работ с привязкой к конкретным условиям эксплуатации и требованиям потребителя, которые могут быть выполнены только специалистами.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков 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 емкостей находятся заливные и переливные отверстия. 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 изобретения поставлена техническая задача - создание конструкции солнечного водонагревателя, позволяющей максимально эффективно использовать тепловоспринимающую площадь аккумулирующей емкости солнечного водонагревателя, упростить конструкцию солнечного водонагревателя.

Поставленная задача решается тем, что в солнечном водонагревателе, включающем коллектор солнечного излучения, бак-аккумулятор с теплоизоляцией и патрубками подвода холодной воды и отвода горячей воды, согласно изобретению бак-аккумулятор включает корпус, внутри которого размещены резервуар-теплообменник и резервуары высокого давления, установленные в его торцах, а нижняя поверхность резервуара-теплообменника является теплоприемной поверхностью прямого нагрева, кроме того, внутри него параллельно теплоприемной поверхности установлены теплообменные трубы, при этом бак-аккумулятор снабжен системой долива испаряющейся воды.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором изображен солнечный водонагреватель, общий вид.

Солнечный водонагреватель содержит солнечный вакуумный коллектор 1, бак-аккумулятор 2 с теплоизоляцией 3 и патрубки подвода холодной воды 4 и отвода горячей воды 5. В корпусе бака-аккумулятора 2 размещен резервуар-теплообменник 6. Нижняя поверхность 7 резервуара-теплообменника 6 является теплоприемной поверхностью прямого нагрева. Внутри резервуара-теплообменник 6 параллельно теплоприемной поверхности установлены теплообменные трубы 8. В корпусе бака-аккумулятора 2 в торцах 9 резервуара-теплообменника 6 установлены резервуары высокого давления 10 и 11. Над баком-аккумулятором 2 установлена система долива испаряющейся воды 12.

Солнечный водонагреватель заявляемой конструкции работает следующим образом.

Поток солнечного излучения падает на поверхность вакуумных труб солнечного коллектора 1, происходит прямая теплопередача солнечной энергии на теплоприемную поверхность прямого нагрева и далее происходит нагревание теплоносителя в резервуаре-теплообменнике 6 бака-аккумулятора 2. Холодная вода из системы холодного водоснабжения по патрубку 4 подачи холодной воды поступает в резервуар высокого давления 10, заполняет его и нагревается через торцевые стенки 9 резервуара-теплообменника 6, нагретая вода поступает в теплообменные трубки 8 резервуара-теплообменника. Резервуары высокого давления 10, 11 являются стартовыми емкостями подачи нагретой воды. Нагретая вода из резервуара высокого давления 11 поступает к потребителю через патрубок 5 подачи горячей воды. Солнечный водонагреватель работает на местном водяном давлении и солнечном излучении.

Исключается присутствие насосной станции с циркуляционными насосами для нормального функционирования системы.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить итоговый КПД солнечного водонагревателя