солнечно-ветровой водонагреватель

Формула изобретения

1. Солнечно-ветровой водонагреватель, включающий корпус, внутри которого размещен резервуар с поплавковым нагревательным элементом, патрубки и прозрачное покрытие, отличающийся тем, что поплавковый нагревательный элемент выполнен в виде диска с прикрепленным по его периметру пустотелым кольцом, заполненного теплоаккумулирующим веществом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур, и прикреплен к внутренней поверхности резервуара с помощью эластичной гофрированной пленки, а на верхней части корпуса, на сферических шарнирах установлена панель, на металлическом каркасе которой размещена пьезоэлектрическая пленка, соединенная стержнями с шарнирами, а на наружной поверхности корпуса через прикрепленные к нему стержни, на металлическом каркасе, по периметру размещена пьезоэлектрическая пленка в три и более горизонтальных ярусов, причем сверху входного патрубка, между внутренней стенкой корпуса и резервуаром, установлен змеевиковый электрический нагревательный элемент, через провода электрически связанный с клеммами пьезоэлектрических пленок, а электрический нагревательный элемент, установленный в нижней части резервуара, через провода электрически связан с силовым щитком.

2. Водонагреватель по п.1, отличающийся тем, что панель с пьезоэлектрической пленкой со стороны, обращенной к солнечным лучам, снабжена отражающим покрытием.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области использования солнечной и ветровой энергий и предназначено для получения горячей воды круглогодично с температурой 50-70°С в южных регионах России.

Известен солнечный тепловой коллектор, содержащий погруженную в нагреваемую жидкость поглощающую поверхность и прозрачное покрытие, расположенное на раме, и эластичную пленку над коллектором, которая со стороны, обращенной к поглощающей поверхности, снабжена отражающим покрытием (А.С. СССР 1310591).

Такой тепловой коллектор сложен по конструкции, не проточный, малоэффективен и не использует энергию ветра.

Известна теплоаккумулирующая капсула, содержащая герметичный корпус, заполненный теплоаккумулирующим веществом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур, и два донышка, верхнее из которых закреплено сваркой (Патент РФ №2143648). Известная капсула получает тепло извне при его избытке и отдает обратно среде, в которой находится, при его снижении.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является солнечный водонагреватель, включающий резервуар, нагревательный элемент и патрубки, причем нагревательный элемент выполнен в виде лежащего на поверхности нагреваемой жидкости поплавка с бортами, помещенными в образованную по периметру резервуара заполненную маслом камеру (А.С. СССР 295900).

Известный водонагреватель малоэффективен из-за отсутствия в его конструкции дополнительного устройства обогрева солнечными лучами, нагревательный элемент получает до 85% солнечной энергии из 100% возможной, не используется энергия ветра и не стабилизируется температура выходящей из водонагревателя жидкости. Наличие масляной камеры усложняет его конструкцию.

Для устранения указанных недостатков предлагается солнечно-ветровой водонагреватель, включающий корпус, внутри которого размещен резервуар с поплавковым нагревательным элементом, патрубки и прозрачное покрытие. Поплавковый нагревательный элемент выполнен в виде диска с прикрепленным по его периметру пустотелым кольцом, заполненного теплоаккумулирующим веществом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур, и прикреплен к внутренней поверхности резервуара с помощью эластичной гофрированной пленки, на верхней части корпуса, на сферических шарнирах установлена панель, на металлическом каркасе которой размещена пьезоэлектрическая пленка, соединенная стержнями с шарнирами, а на наружной поверхности корпуса через прикрепленные к нему стержни, на металлическом каркасе, по периметру размещена пьезоэлектрическая пленка в три и более горизонтальных ярусов, причем сверху входного патрубка, между внутренней стенкой корпуса и резервуаром установлен змеевиковый электрический нагревательный элемент, через провода электрически связанный с клеммами пьезоэлектрических пленок, а электрический нагревательный элемент, установленный в нижней части резервуара, через провода электрически связан с силовым щитком. Кроме того, панель с пьезоэлектрической пленкой со стороны, обращенной к солнечным лучам, снабжена отражающим покрытием.

На чертежах показан предлагаемый солнечно-ветровой водонагреватель, где на фиг.1 представлен его разрез, а на фиг.2 - панель пьезоэлектрической пленки.

Солнечно-ветровой водонагреватель включает корпус 1 коробчатой формы, установленный на днище 2, внутри которого размещен резервуар 3 конической формы с входным 4 и выходным 5 патрубками, соответственно. Поплавковый нагревательный элемент 6 выполнен в виде диска с прикрепленным по его периметру пустотелым кольцом 7, заполненного теплоаккумулирующим веществом, изменяющим свое агрегатное состояние в рабочем диапазоне температур. Поплавковый нагревательный элемент 6 лежит на поверхности нагреваемой жидкости и прикреплен к внутренней поверхности резервуара 3 с помощью эластичной гофрированной пленки 8. Прозрачное покрытие 9 установлено на верхней расширенной части резервуара 3, а на верхней части корпуса 1 на сферических шарнирах 10 установлена панель, на металлическом каркасе 11 которой размещена пьезоэлектрическая пленка 12, соединенная стержнями 13 с шарнирами 10. Пленка 12 со стороны, обращенной к солнечным лучам, снабжена отражающим покрытием. На наружной поверхности корпуса 1 через прикрепленные к нему стержни 14, на металлическом каркасе 15, по периметру, размещена пьезоэлектрическая пленка 16 в три и более горизонтальных ярусов. Сверху входного патрубка 4 между внутренней стенкой корпуса 1 и резервуаром 3 установлен змеевиковый электрический нагревательный элемент 17, через провода 18 электрически связанный с клеммами (не показаны) пьезоэлектрических пленок 12 и 16. Электрический нагревательный элемент 19, установленный в нижней части резервуара 3, через провода 20 электрически связан с силовым щитком (не показан). Между корпусом 1 и резервуаром 3 размещен теплоизолирующий материал 21. В верхней части эластичной гофрированной пленки 8 выполнено отверстие 22.

Солнечно-ветровой водонагреватель работает следующим образом. При восходе солнца солнечные лучи через прозрачное покрытие 9 начнут проникать на поверхности нагревательного элемента 6, кольца 7 и эластичной гофрированной пленки 8, покрашенные сверху в черный цвет. Отраженные от панели с пьезоэлектрической пленкой 12 солнечные лучи также будут воздействовать на нагревательные поверхности водонагревателя. Солнечная радиация поглощается нагревательными поверхностями и нагревает верхние слои жидкости, находящейся в резервуаре 3. Нижние слои жидкости в ночное время нагревались змеевиковым электрическим нагревателем 17 при наличии ветра и периодически путем автоматического включения электрического нагревательного элемента 19 от силовой электрической сети. Как известно, пьезоэлектрические пленки 12 и 16 при наличии ветра колеблются и вырабатывают электрический ток, который поступает на нагреватель 17 для предварительного нагрева поступающей в водонагреватель жидкости на 3-5°С. Теплоаккумулирующее вещество, например парафин, в нагревательном элементе 6 нагревается и испаряется при достижении температуры жидкости на выходе в патрубок 5 свыше 70°С, забирая часть тепла от нее. При снижении температуры жидкости до 50°С тепло из нагревательного элемента возвращается, и тем самым выходящая из водонагревателя жидкость будет иметь сравнительно постоянную температуру. Нагревательный элемент 19 включают в зимний период из-за недостаточности солнечной радиации и ветровой энергии. В весенне-летний период он включается в пасмурную и безветренную погоду. Нагревательный элемент 17, расположенный на входном патрубке 4, нагревает поступающую жидкость в водонагреватель, а также поддерживает теплоизолирующий материал 21 в сухом и подогретом состоянии. Во избежание появления воздушной подушки между нагревательным элементом 6 и поверхностью воды в резервуаре 3 в эластичной гофрированной пленке 8 сверху имеется отверстие 21, через которое воздух удаляется в пространство под прозрачное покрытие 9. Температуру нагретой воды можно регулировать расходом подаваемой воды и периодическим включением нагревателя 19.

Предлагаемый солнечно-ветровой водонагреватель прост по конструкции. Может использоваться в переносном или стационарном вариантах. Панель с пьезоэлектрической пленкой 12 с помощью сферических шарниров 10 можно ориентировать к солнечным лучам под оптимальным углом и изменять его при изменении солнцестояния в течение года. Наличие в конструкции водонагревателя пьезоэлектрических пленок 12 и 16 позволяет осуществлять подогрев воды круглогодично при наличии ветра. Нагреватель 17 может быть размещен непосредственно в резервуаре 3, как и нагреватель 19. Расширенная тепловоспринимающая поверхность нагревателя увеличивает восприятие солнечной радиации на 5-10% по сравнению с прототипом.