Солнечный водонагреватель

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах горячего водоснабжения. Солнечный водонагреватель содержит коллектор в виде трубчатого змеевика, входной и выходной патрубки, прозрачное ограждение, корпус с крышкой. На змеевике коллектора установлены ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом в области рабочих температур водонагревателя, а сам змеевик ориентирован к солнечным лучам с максимальным использованием их тепла. На днище корпуса размещен слой гальки, теневые стороны корпуса с внутренней стороны выполнены с зеркальным покрытием. На выходном патрубке установлен электроконтактный термометр, через электрическую цепь соединенный с катушкой электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе горячей воды. Изобретение должно обеспечить эффективное использование солнечной энергии в течение всего дня. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в системах горячего водоснабжения.

Известна теплообменная поверхность для паровых котлов, содержащая оребренные трубчатые змеевики, у которых ребра выполнены в виде пластинчатых мембран с лепестками, расположенными перпендикулярно плоскости змеевика (А.С. СССР 375445, кл. F 22 D 1/08, БИ №16, 1973).

Известная теплообменная поверхность сложна по конструкции и не надежна в эксплуатации, т.к. возможно забивание лепестков сажей и золой.

Известен солнечный водонагреватель, содержащий коллектор, подключенный к нему вертикальный теплоаккумулирующий резервуар и установленный в последний бак, причем резервуар имеет прозрачные стенки, коллектор выполнен кольцевым. (А.С. СССР 1451476, кл. F 24 J 2/30, БИ №2, 1989).

Известный солнечный водонагреватель сложный по конструкции и не достаточно эффективен в стабилизации теплообмена в течение дня.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является солнечный нагреватель, содержащий абсорбер в виде бесконечной цепи, имеющей последовательно соединенные между собой ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом, вращающиеся барабаны, связанные с тяговым органом, и емкость с жидкостью. (А.С. СССР 1420315, кл. F 24 J 2/34, БИ №32, 1988).

Известный солнечный нагреватель сложный по конструкции, имеет вращающиеся части, усложняющие его эксплуатацию, расходует энергию извне для своей работы, металлоемок.

На чертежах схематически изображен солнечный водонагреватель: на фиг.1 - вид сверху; на фиг.2 - разрез В-В; на фиг.3 - разрез А-А; на фиг.4 - продление трубопровода выхода горячей воды; на фиг.5 - вид сбоку.

Солнечный водонагреватель содержит трубчатый змеевиковый коллектор 1, имеющий входной и выходной патрубки 2 и 3, соединенные с распределительными коллекторами 4 и 5, к которым прикреплены U-образные трубопроводы 6, например, в количестве 3-х, расположенных параллельно друг другу. Трубопроводы 6 соединены между собой верхними и нижними пластинами 7 и 8, сообщены между собой гидравлически прерывистыми щелями 9. Сверху на пластины 7 коллектора 1 установлены съемные прямоугольные и сегментные ячейки 10 и 11, которые заполнены теплоаккумулирующим веществом (не показано) с фазовым переходом в области рабочих температур водонагревателя. Корпус 12 с прикрепленной к нему съемной крышкой 13 имеют сверху и сбоку прозрачные ограждения 14 и 15, а также и с солнечной стороны. Металлическая стенка 16 в нижней части имеет лаз 17, а также в ней закреплены патрубки 2 и 3, по высоте смещенные на угол α₁ (30-35°). Змеевик коллектора 1 (фиг.2) имеет наклон в сторону крышки 13, составляющий угол α₂ (35-45°), к днищу 18 корпуса 12 змеевик крепится стойкой 19. На днище 18 корпуса и днище 20 крышки 13 размещен слой гальки 21. Теневые стенки 22 и 23 корпуса 12 и крышки 13 не прозрачны, с внутренней стороны, до слоя гальки 21, выполнены с зеркальным покрытием. На выходном патрубке 3 установлен электроконтактный термометр 24, через электрическую цепь 25 соединенный с катушкой 26 электромагнитного клапана 27, установленного на трубопроводе 28 подачи горячей воды потребителю.

Ячейки 10 и 11 установлены на пластинах 7 с зазором а, составляющим ≈ 1/3 длины самих ячеек. Наклон трубчатого змеевикового коллектора 1 в сторону крышки 13 и его разворот в сторону траектории перемещения Солнца создают максимальную возможность использования солнечной радиации для нагрева воды, находящейся в змеевике коллектора 1.

Лаз 17 предназначен для засыпки слоя гальки 21, служащий теплоаккумулятором в дневное время и отдающий тепло воде в вечернее и ночное время суток. Зеркальная поверхность стенок 22 и 23 способствует отражению солнечных лучей на змеевик коллектора 1, окрашенного в черный цвет, и слой гальки 21. Установка на выходном патрубке 3 электроконтактного термометра 24 позволяет подавать потребителю горячую воду с температурой 50-60°С по мере ее нагрева солнечными лучами. Ячейки 10 и 11 также окрашены в черный цвет.

Солнечный водонагреватель работает следующим образом. В собранном виде, с засыпанным и разравненым слоем гальки 21, водонагреватель ориентируют на максимальное использование солнечных лучей в дневное время. Солнечные лучи через прозрачные ограждения 14 и 15 воздействуют своим теплом на U-образные трубопроводы 6, ячейки 10 и 11, пластины 7 в зазорах а. Вода, находящаяся в змеевике коллектора 1, постепенно нагревается, перетекает из трубопроводов 6 через щели 9 и нагретой поднимается в приподнятую часть коллектора 1. При нагреве воды до температуры 60°С электроконтактный термометр 24 замыкает электрическую цепь, катушка 26 притягивает вверх клапан электромагнитного клапана 27 и горячая вода по трубопроводу 28 начнет поступать потребителю. При снижении температуры воды до 50°С электроконтактный термометр 24 разомкнет электрическую цепь 25, катушка 26 обесточится и отпустит клапан, который перекроет выход горячей воды. По мере нагрева воды до температуры 60°С клапан снова поднимется вверх и горячая вода вторично будет подана потребителю.

Ячейки 10 и 11, а также слой гальки 21 нагреваются от солнечных лучей и воздуха в закрытом объеме корпуса 12. Теплоаккумулирующее вещество, находящееся в ячейках 10 и 11, при этом меняет свое агрегатное состояние: из твердого превращается в жидкое. При снижении солнечной активности (тучи, вечернее время) ячейки через пластины 7 начнут отдавать тепло воде, т.к. теплоаккумулирующее вещество, охлаждаясь, из жидкого превращается в твердое, отдавая при этом запасенную энергию.

В вечернее время электромагнитный клапан 27 вручную поднимают вверх, теплую воду всю отдают потребителю. Утром процесс нагрева воды повторяется.

Предлагаемый солнечный водонагреватель прост по конструкции, эффективно использует солнечные лучи в течение всего дня, периодически выдает потребителю горячую воду с температурой согласно СНиП, может быть использован в фермерском хозяйстве и садоводческих обществах.

1. Солнечный водонагреватель, содержащий коллектор в виде трубчатого змеевика, входной и выходной патрубки, сверху и сбоку прозрачное ограждение, съемные крышку и ячейки, заполненные теплоаккумулирующим веществом с фазовым переходом в области рабочих температур водонагревателя, отличающийся тем, что трубопроводы змеевикового коллектора соединены между собой верхними и нижними пластинами, сообщены между собой гидравлически прерывистыми щелями, а сверху пластин установлены съемные прямоугольные и сегментные ячейки, на выходном патрубке установлен электроконтактный термометр, через электрическую цепь соединенный с катушкой электромагнитного клапана, установленного на трубопроводе горячей воды, металлическая стенка корпуса в нижней части имеет лаз, а закрепленные в ней входной и выходной патрубки смещены на угол α₁ (30-35°), причем змеевик коллектора имеет наклон в сторону крышки на угол α₂ (35-45°), а теневые стенки корпуса и крышки непрозрачны, с внутренней стороны до слоя гальки выполнены с зеркальным покрытием.

2. Солнечный водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что ячейки установлены на пластинах с зазором а, составляющим ≈ 1/3 длины самих ячеек.