бытовой солнечный водонагреватель

Формула изобретения

Бытовой солнечный водонагреватель, состоящий из бака-аккумулятора воды, выполненного в виде трехгранной призмы, в котором одна из граней является теплоприемной поверхностью, выполненной из листового металла, покрытого черной матовой краской и имеющего покрытие из листового стекла, кроме того, внутри бака-аккумулятора параллельно теплоприемной поверхности установлена разделительная панель, примыкающая к боковым граням бака-аккумулятора и выполненная из жесткого теплоизоляционного материала, при этом в баке-аккумуляторе имеются патрубки для подвода холодной и отвода горячей воды, а все поверхности бака-аккумулятора, кроме теплоприемной, теплоизолированы с внутренней или с внешней стороны, отличающийся тем, что патрубок для отвода горячей воды находится на уровне верхней кромки разделительной панели.

Описание изобретения к патенту

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.

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 бакс.

Такой системе 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.

Признаки аналога, общие с предлагаемой конструкцией бытового солнечного водонагревателя (БСВН), следующие:

- плоский остекленный тепловой коллектор;

- бак-аккумулятор воды с теплоизоляцией.

Известна конструкция солнечного водонагревателя, принятого за прототип [www.Mensh.ru. "Конструкции солнечных водонагревателей", рис.2], в котором тепловой коллектор размещен в плоском металлическом контейнере, окрашенном в черный цвет и имеющем покрытие из листового стекла. С одной стороны контейнер имеет выступающий резервуар для воды. Дефлектор внутри контейнера обеспечивает термосифонную циркуляцию, в результате которой нагретая вода из коллекторного отсека поступает в аккумуляторный отсек, а холодная вода со дна этого отсека поступает в коллектор. Аккумуляторный отсек нагревается в течение дня, а ночью теплоизолируется для уменьшения потерь тепла.

Недостатками прототипа являются:

- существенное снижение эффективности его использования в средних и высоких широтах в связи с необходимостью использования его в горизонтальном положении;

- значительные потери тепла в облачную погоду и ночью;

- неудобство эксплуатации, заключающееся в том, что для сохранения горячей воды на тепловой коллектор вечером необходимо устанавливать внешнюю теплоизоляцию, а утром ее снимать.

Признаки прототипа, общие с предлагаемой конструкцией бытового солнечного водонагревателя (БСВН), следующие:

- плоский тепловой коллектор;

- покрытие из листового стекла;

- бак-аккумулятор воды;

- дефлектор (разделительная панель) внутри теплового коллектора;

- патрубки для подвода холодной воды и отвода горячей воды.

Технический результат, достигаемый в предлагаемой конструкции БСВН, заключается в повышении эффективности его использования в средних и высоких широтах в связи с расположением теплового коллектора под оптимальным углом (близким к географической широте местности), в снижении тепловых потерь в облачную погоду и ночью и в исключении необходимости использования временной теплоизоляции.

Достигается это тем, что бытовой солнечный водонагреватель выполнен в виде трехгранной призмы, объем которой является баком-аккумулятором воды, а тепловым коллектором является наклонная грань, выполненная из листового металла, покрытого черной матовой краской и имеющая покрытие из листового стекла, кроме того, внутри бака-аккумулятора, параллельно тепловому коллектору, установлена специальная разделительная панель, играющая роль дефлектора и выполненная из жесткого теплоизоляционного материала (например, твердый пенопласт). Разделительная панель примыкает к боковым (треугольным) граням бака и имеет зазоры с другими поверхностями для обеспечения конвективных потоков. На одной из граней бака-аккумулятора закреплены патрубки для подвода холодной и отвода горячей воды. При этом патрубок для отвода горячей воды располагается на одном уровне или немного выше верхней кромки разделительной панели, чем ограничивается конвективное остывание воды. Все поверхности бака-аккумулятора воды, кроме теплового коллектора, имеют теплоизоляцию.

В облачную погоду и в ночное время в подобных конструкциях происходит интенсивное остывание воды за счет обратной конвекции. В предлагаемой конструкции этот процесс существенно ограничен, поскольку при охлаждении уровень воды понижается и при достижении им верхней грани разделительной панели, конвективные процессы прекращаются. При этом теплоизоляционный материал, из которого выполнена разделительная панель, практически исключает диффузное охлаждение основной массы воды (кроме той, что находится в ограниченном пространстве между разделительной и теплоприемной панелями БСВН).

Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой конструкции БСВН критерию "новизна", следующие:

- изготовление бака-аккумулятора воды в виде трехгранной призмы;

- использование большой грани призмы в качестве теплового коллектора;

- изготовление разделительной панели (дефлектора) из жесткого теплоизоляционного материала;

- теплоизоляция всех поверхностей, кроме теплового коллектора;

- расположение патрубка для отвода горячей воды на уровне верхней кромки разделительной панели.

Для доказательства соответствия предлагаемой конструкции БСВН критерию «изобретательский уровень» была проанализирована вся совокупность признаков и отдельно отличительные признаки. Установлено, что применение вышеуказанных отличительных признаков, дающих в совокупности с известными признаками технический результат, заключающийся в улучшении эксплуатационных и потребительских свойств (компактность, простота изготовления, монтажа и эксплуатации), в литературных источниках не обнаружено. Таким образом, по мнению авторов предлагаемая конструкция БСВН соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предлагаемая конструкция БСВН (см. фиг.1) состоит из бака-аккумулятора 1 в форме трехгранной призмы, большая боковая грань 2 которой является теплоприемной поверхностью, а необходимую жесткость конструкции придает силовой каркас из металлических уголков 3. Внутри бака-аккумулятора 1, параллельно теплоприемной панели 2, расположена разделительная панель 4, примыкающая к боковым граням бака-аккумулятора 1. Поверх теплоприемной панели 2 с помощью специального алюминиевого профиля 5 закреплено стекло 6. На одной из граней бака-аккумулятора закреплены патрубки 7 для подвода холодной и отвода горячей воды. На всех поверхностях бака-аккумулятора 1, за исключением теплоприемной панели 2, установлена теплоизоляция 8.

Пример конкретного исполнения показан на фиг.1.

БСВН состоит из бака-аккумулятора 1 в форме трехгранной призмы, изготовленной из листового металла, большая боковая грань 2 которой является теплоприемной поверхностью, покрытой черной матовой краской или имеющей селективное покрытие. Необходимую жесткость конструкции придает силовой каркас из металлических уголков 3. Внутри бака-аккумулятора 1, параллельно теплоприемной панели 2, расположена разделительная панель 4, примыкающая к боковым граням бака-аккумулятора 1 и выполненная из жесткого теплоизоляционного материала (например, твердый пенопласт). Наличие панели 4 обеспечивает термосифонную циркуляцию, в результате которой нагретая вода из промежутка между панелями 2 и 4 поступает в верхнюю часть бака-аккумулятора 1, а холодная вода со дна бака 1 поступает в промежуток между панелями 2 и 4 и нагревается. Для уменьшения тепловых потерь поверх теплоприемной панели 2 с помощью специального алюминиевого профиля 5 закреплено стекло 6. На одной из граней бака-аккумулятора закреплены патрубки 7 для подвода холодной и отвода горячей воды. При этом патрубок для отвода горячей воды располагается на уровне верхней кромки разделительной панели 4.

Все поверхности бака-аккумулятора 1, за исключением теплоприемной панели 2, теплоизолированы, причем теплоизоляция 8 может располагаться как с внешней, так и с внутренней стороны конструкции. При расположении теплоизоляции с внутренней стороны внешние металлические окрашенные поверхности исключают возможность повреждения БСВН при транспортировке, монтаже и эксплуатации, чем существенно улучшают ее потребительские и эстетические свойства. При расположении теплоизоляции с внешней стороны может быть существенно уменьшена металлоемкость конструкции.

Единственным условием, обеспечивающим сохранение горячей воды в ночное время суток, является обеспечение уровня разбора горячей воды ниже уровня патрубка "горячая вода" в БСВН. Подача горячей воды потребителю обеспечивается за счет подачи водопроводной воды через патрубок "холодная вода".

Предложенная конструкция позволяет устанавливать БСВН практически на любой поверхности, закреплять ее на стене дома, встраивать в скат крыши здания.