RU2078290C1 - Solar energy water heater - Google Patents

Abstract

FIELD: solar energy technology. SUBSTANCE: solar energy water heater is made like prism with solar energy accumulating capacity which slope side serves like solar energy absorption surface. Back side of accumulating capacity is adjoined to recuperation tank by thermoisolating interlayer using. Both vessels are connected by pipes. EFFECT: simpler construction of solar energy water heater. 1 dwg

Description

Изобретение относится к гелиотехнике, а конкретно к солнечным нагревательным установкам. The invention relates to solar technology, and in particular to solar heating installations.

Известна гелиоустановка в виде гелиомодуля, предназначенная для нагрева воды, содержащая поглощающие панели, подключенные с двух сторон к аккумулирующей емкости (патент Австралии N AU-R-59319/80, 1983). Known solar installation in the form of a solar module, designed to heat water, containing absorbing panels connected on both sides to the storage tank (Australian patent N AU-R-59319/80, 1983).

Недостатком такой конструкции является большая площадь для размещения, необходимость монтажа и сочленения отдельных элементов (коллекторов, аккумулятора, трубопроводов и арматуры) в единую систему. The disadvantage of this design is the large area for placement, the need for installation and articulation of individual elements (collectors, batteries, pipelines and fittings) into a single system.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является модульный коллектор-аккумулятор, выполненный в виде призмы, на одной из сторон которой находится тепловоспринимающая панель (авт. св. СССР N 1467332, 1989). Такая конструкция позволяет сократить занимаемую площадь. Совмещение поглощающей панели с конструкцией бака-аккумулятора позволяет избежать монтажа системы при установке, уменьшает вес и стоимость конструкции за счет совмещения функций коллектора и аккумулятора в одном модуле. The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a modular collector-battery, made in the form of a prism, on one side of which is a heat-sensitive panel (ed. St. USSR N 1467332, 1989). This design reduces the footprint. The combination of the absorbing panel with the design of the battery tank allows you to avoid mounting the system during installation, reduces the weight and cost of the structure by combining the functions of the collector and the battery in one module.

Недостатком приведенной конструкции являются повышенные теплопотери с тыльной стороны, кроме этого не обеспечивается регулирование температуры воды, идущей потребителю. The disadvantage of this design is the increased heat loss on the back side, in addition, the regulation of the temperature of the water going to the consumer is not provided.

В данной конструкции это является неизбежным, поскольку при создании модульной конструкции увеличивается поверхность, с которой происходят теплопотери, а толщину теплоизоляции приходится ограничивать по экономическим и компоновочным соображениям. Сопутствующим недостатком является также снижение теплопроизводительности в начальные часы работы, когда температура воздуха выше чем температура воды в водонагревателе. Кроме этого, существует проблема регулирования температуры воды, подаваемой потребителю при безнапорной эксплуатации солнечного водонагревателя. В условиях отсутствия гарантированного водоснабжения (а децентрализованные потребители именно таковыми и являются) нет возможности постоянно поддерживать давление в солнечном водонагревателе. А в безнапорном режиме для нормальной работы смесителя необходимо чтобы давление холодной и горячей воды, подаваемой в смеситель, было одного порядка. In this design, this is inevitable, since when creating a modular design, the surface with which heat loss occurs increases, and the thickness of the insulation must be limited for economic and layout reasons. A concomitant disadvantage is a decrease in heat production in the initial hours of operation, when the air temperature is higher than the temperature of the water in the water heater. In addition, there is the problem of regulating the temperature of the water supplied to the consumer during the non-pressure operation of the solar water heater. In the absence of a guaranteed water supply (and decentralized consumers are just such), it is not possible to constantly maintain pressure in a solar water heater. And in the non-pressure mode, for normal operation of the mixer, it is necessary that the pressure of cold and hot water supplied to the mixer is of the same order.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования солнечного водонагревателя, в котором повышение теплопроизводительности и регулирования обеспечивается тем, что за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью. The basis of the invention is the task of improving the solar water heater, in which the increase in heat production and regulation is ensured by the fact that behind the rear thermal insulation there is a regenerative tank having a common surface with rear thermal insulation and connected by pipelines with an accumulating capacity.

Поставленная задача решается тем, что в солнечном водонагревателе в виде призмы, содержащем аккумулирующую емкость с лицевой наклонной поглощающей поверхностью и тыльной теплоизоляцией согласно изобретению, за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью. The problem is solved in that in a solar water heater in the form of a prism containing a storage tank with a front inclined absorbing surface and rear heat insulation according to the invention, a heat recovery tank is located behind the rear heat insulation, having a common surface with rear heat insulation and connected by pipelines to the storage tank.

Не выявлено известных технических решений, которым отличительные признаки заявляемой конструкции придавали бы свойства, идентичные или эквивалентные свойствам, придаваемым заявляемому. There are no known technical solutions to which the distinguishing features of the claimed design would impart properties identical or equivalent to the properties attached to the claimed.

Заявляемая конструкция обеспечивает возможность повышения теплопроизводительности солнечного водонагревателя за счет уменьшения тепловых потерь с тыльной стороны и утилизации теплоты окружающего воздуха. Это достигается тем, что теплота, уходящая с тыльной стороны аккумулирующей емкости, идет на подогрев воды в рекуперативной емкости, имеющей общую поверхность с тыльной стороны. Кроме этого, в начальное (после заполнения водой) время работы, когда температура воздуха превышает температуру воды, идет подогрев воды в рекуперативной емкости, не имеющей наружной теплоизоляции. The inventive design provides the opportunity to increase the heat output of a solar water heater by reducing heat loss from the back and utilizing the heat of the surrounding air. This is achieved by the fact that the heat leaving the back side of the storage tank goes to heat the water in a regenerative tank having a common surface on the back side. In addition, at the initial (after filling with water) operating time, when the air temperature exceeds the temperature of the water, water is heated in a regenerative tank that does not have external thermal insulation.

Разница температур в основной и рекуперативной емкостях позволяет регулировать температуру воды на выходе при потреблении через смеситель. А практически совпадающий уровень статического давления в основной и рекуперативной емкостях обеспечивает работу смесителя в широком диапазоне коэффициента смешения. The temperature difference in the main and recuperative tanks allows you to adjust the temperature of the outlet water when consumed through a mixer. And almost the same level of static pressure in the main and recuperative tanks provides the mixer in a wide range of mixing ratio.

Изобретение поясняется чертежом. На чертеже показан солнечный водонагреватель в поперечном разрезе. The invention is illustrated in the drawing. The drawing shows a solar water heater in cross section.

Солнечный водонагреватель содержит аккумулирующую емкость 1, рекуперативную емкость 2, тепловую изоляцию 3. Тепловая изоляция 3 располагается с тыльной стороны аккумулирующей емкости 1. Рекуперативная емкость 2 располагается с тыльной стороны тепловой изоляции 3 и имеет с последней общую поверхность 4. The solar water heater comprises a storage tank 1, a regenerative tank 2, thermal insulation 3. The thermal insulation 3 is located on the back of the storage tank 1. The recovery tank 2 is located on the back of the thermal insulation 3 and has a common surface 4 with the latter.

На обращенной к солнцу стороне аккумулирующей емкости 1 расположена тепловоспринимающая поверхность 5, имеющая большой коэффициент поглощения (более 0,9). Над тепловоспиринмающей поверхностью 5 располагается прозрачное покрытие 6. On the side of the storage tank 1 facing the sun, there is a heat-absorbing surface 5 having a large absorption coefficient (more than 0.9). Above the heat-sealing surface 5 is a transparent coating 6.

В нижней части солнечного водонагревателя расположен трубопровод 7, соединяющий аккумулирующую 1 и рекуперативную 2 емкости, снабженный вентилями 8 для регулирования. К соединительному трубопроводу 7 подключен раздающий патрубок 9 через запорный вентиль 10. In the lower part of the solar water heater there is a pipeline 7 connecting the storage 1 and the regenerative 2 tanks, equipped with valves 8 for regulation. A distribution pipe 9 is connected to the connecting pipe 7 through a shut-off valve 10.

В верхней части аккумулирующей емкости 1 предусмотрены заливное 11 и переливное 12 отверстия. В верхней части рекуперативной емкости 2 находятся заливное 13 и переливное 14 отверстия. In the upper part of the storage tank 1, there are jellied 11 and overflow 12 openings. In the upper part of the recuperative capacity 2 are jellied 13 and overflow 14 holes.

В верхней части солнечного водонагревателя находится крепежное ухо 15. Перед лицевой поверхностью солнечного водонагревателя может находится отражатель 16, закрепленный на шарнире 17. In the upper part of the solar water heater is a mounting ear 15. In front of the front surface of the solar water heater may be a reflector 16 mounted on a hinge 17.

Солнечный водонагреватель может быть выполнен из распространенных марок стали толщиной 1 2 мм. При выборе конкретной марки стали следует руководствоваться технологическими требованиями при механической обработке и сварке в процессе производства. Solar water heater can be made of common steel grades with a thickness of 1 2 mm. When choosing a specific steel grade, one should be guided by technological requirements during machining and welding during production.

При наличии соответствующего технологического оборудования (экструзионно-выдувного или вакуум-формовочного) конструкцию можно выполнять из полимерных материалов (полипропилен, полиэтилен, полибутен и др.). In the presence of appropriate technological equipment (extrusion blow molding or vacuum molding), the design can be made of polymeric materials (polypropylene, polyethylene, polybutene, etc.).

Солнечный водонагреватель заявляемой конструкции работает следующим образом. Solar water heater of the claimed design works as follows.

Аккумулирующая 1 и рекуперативная 2 емкости солнечного водонагревателя заполняются водой через заливные отверстия 11 и 13, соответственно. Контроль заполнения и предотвращение переполнения осуществляется переливным отверстием 12 в аккумулирующей емкости 1 и переливным отверстием 14 в рекуперативной емкости 2. The storage 1 and recuperative 2 capacities of the solar water heater are filled with water through the filler holes 11 and 13, respectively. The control of filling and preventing overflow is carried out by overflow hole 12 in the storage tank 1 and overflow hole 14 in the recovery tank 2.

Солнечное излучение поступает на тепловоспринимающую поверхность 5. Солнечное излучение, поступающее к элементу 5, превращается в полезную теплоту и нагревают теплоноситель (воду) в аккумулирующей емкости 1. Тепловой поток, прошедший тепловую изоляцию 3, через поверхность 4 поступает в рекуперативную емкость 2. Solar radiation enters the heat-absorbing surface 5. Solar radiation entering the element 5 is converted into usable heat and the heat carrier (water) is heated in the storage tank 1. The heat flux that has passed the thermal insulation 3 passes through the surface 4 to the regenerative tank 2.

В конце цикла нагрева (обычно день) производится водоразбор через раздающий патрубок 9 путем открытия запорного вентиля 10. Температура воды при водоразборе регулируется путем смещения воды из аккумулирующей 1 и рекуперативной 2 емкостей, имеющих разную температуру. При этом коэффициент смещения может быть сколь угодно малым или большим поскольку уровни давления в емкостях одного порядка. Коэффициент смешения регулируется вентилями 8. At the end of the heating cycle (usually a day), water is sampled through the dispensing pipe 9 by opening the shut-off valve 10. The temperature of the water during the water sampling is controlled by displacing the water from the storage 1 and regenerative 2 tanks with different temperatures. In this case, the displacement coefficient can be arbitrarily small or large since the pressure levels in the tanks are of the same order. The mixing ratio is regulated by valves 8.

При температуре воды, которой заполняется солнечный водонагреватель, меньшей чем температура воздуха, заполнение водонагревателя осуществляется через рекуперативную емкость 2, которая не имеет наружной теплоизоляции. Находясь в рекуперативной емкости 2, вода утилизирует тепло окружающего воздуха. Ассимилировав тепло окружающего воздуха вода из рекуперативной емкости 2 подается через трубопровод 7 (при открытых вентилях 8) в аккумулирующую емкость 1, где осуществляется солнечный нагрев. После чего вентили 8 закрываются и идет вышеописанный цикл дневного нагрева и потребления. When the temperature of the water with which the solar water heater is filled is lower than the air temperature, the water heater is filled through a recuperative tank 2, which has no external thermal insulation. Located in the recovery tank 2, the water utilizes the heat of the surrounding air. Having assimilated the heat of the ambient air, water from the regenerative tank 2 is supplied through the pipeline 7 (with open valves 8) to the storage tank 1, where solar heating is carried out. After which the valves 8 are closed and there is the above-described cycle of daily heating and consumption.

Таким образом предлагаемая конструкция позволяет повысить итоговый КПД солнечного водонагревателя за счет ассимиляции тепла окружающего воздуха, тепловых потерь стороны и обеспечить регулирование температуры потребления в условиях негарантированного водоснабжения. Thus, the proposed design allows to increase the final efficiency of the solar water heater due to the assimilation of the heat of the ambient air, heat losses of the side and to ensure the regulation of the temperature of consumption in conditions of non-guaranteed water supply.

Использование предлагаемой конструкции гелиомодуля позволяет повысить теплопроизводительность и регулируемость. Using the proposed design of the solar module allows you to increase heat production and adjustable.

Claims (1)

Солнечный водонагреватель в виде призмы, содержащий аккумулирующую емкость с лицевой наклонной поглощающей поверхностью и тыльной теплоизоляцией, отличающийся тем, что за тыльной теплоизоляцией расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией и соединенная трубопроводами с аккумулирующей емкостью. A solar water heater in the form of a prism, containing a storage tank with a front inclined absorbing surface and rear thermal insulation, characterized in that a recovery tank is located behind the rear thermal insulation, having a common surface with rear thermal insulation and connected by pipelines to the storage tank.