MD70Y

MD70Y - Solar liquid heater

Info

Publication number: MD70Y
Application number: MDS20090020A
Authority: MD
Inventors: Anatolii Kapralov
Original assignee: Institutul De Energetica Al Academiei De Stiinte A Moldovei
Priority date: 2009-02-17
Filing date: 2009-02-17
Publication date: 2009-08-31
Also published as: MD70Z

Abstract

Inventia se refera la dispozitivele de transformare a energiei solare in energie termica si poate fi utilizata in perioada calda a anului pentru incalzirea agentului termic, de exemplu a apei, pentru necesitatile cotidiene in gospodariile individuale de tip urban, suburban si rural. Incalzitorul de lichide solar contine un corp, format din partea superioara umpluta cu aer, transparenta si elastica si partea inferioara umpluta cu apa si innegrita, acestea fiind separate de o diafragma elastica si transparenta. Partea inferioara a corpului este dotata cu un stut de debitare-evacuare a apei, la care este unit un furtun, si o teava pentru evacuarea aerului, montata sub diafragma, in partea opusa stutului de debitare-evacuare a apei. Partea superioara a corpului este dotata cu un stut pentru gonflarea acesteia. Totodata corpul incalzitorului este executat cu posibilitatea amplasarii sub un unghi pe o suprafata cu inclinatie in directia stutului de debitare-evacuare a apei. Rezultatul inventiei consta in imbunatatirea proprietatilor de exploatare si fiabilitatii incalzitorului solar, precum si in simplificarea constructiei lui.The invention relates to the devices for converting solar energy into thermal energy and can be used during the hot period of the year for heating the thermal agent, for example of water, for daily needs in individual urban, suburban and rural households. The solar liquid heater contains a body, formed by the upper part filled with air, transparent and elastic and the lower part filled with water and blackened, these being separated by an elastic and transparent diaphragm. The lower part of the body is equipped with a water-discharge pipe, to which is attached a hose, and a pipe for the evacuation of the air, mounted under the diaphragm, on the opposite side of the water-discharge pipe. The upper part of the body is equipped with a tube for inflating it. At the same time, the heater body is executed with the possibility of being placed under an angle on an inclined surface in the direction of the water-drainage discharge pipe. The result of the invention consists in improving the exploitation properties and reliability of the solar heater, as well as in simplifying its construction.

Description

[0001] Invenţia se referă la dispozitivele de transformare a energiei solare în energie termică şi poate fi utilizată în perioada caldă a anului pentru încălzirea agentului termic, de exemplu a apei, pentru necesităţile cotidiene în gospodăriile individuale de tip urban, suburban şi rural.[0001] The invention relates to devices for transforming solar energy into thermal energy and can be used during the warm period of the year for heating the thermal agent, for example water, for daily needs in individual households of urban, suburban and rural type.

[0002] Se cunoaşte un dispozitiv care asigură încălzirea apei până la temperatura de 80°C la absorbirea energiei solare cu ajutorul dispozitivelor auxiliare. Dispozitivul dat conţine o capacitate umplută cu apă, în stratul superior al căreia este instalat un absorbitor de energie solară, executat în formă de pâlnie cu ţeavă de scurgere. Peretele pâlniei este cav şi comunică în mod constructiv cu spaţiul din interiorul şi exteriorul pâlniei. De la centrul pâlniei spre fundul capacităţii trece un furtun, unit cu un robinet de evacuare executat la fundul capacităţii [1].[0002] A device is known that provides heating of water up to a temperature of 80°C by absorbing solar energy with the help of auxiliary devices. This device contains a capacity filled with water, in the upper layer of which a solar energy absorber is installed, made in the form of a funnel with a drain pipe. The wall of the funnel is hollow and constructively communicates with the space inside and outside the funnel. From the center of the funnel to the bottom of the capacity passes a hose, connected to a drain valve made at the bottom of the capacity [1].

[0003] Dezavantajele acestui dispozitiv constau în complexitatea construcţiei şi consumul sporit de materiale.The disadvantages of this device consist in the complexity of the construction and the increased consumption of materials.

[0004] Se cunoaşte, de asemenea, un dispozitiv de încălzire fără colector, adică capacitiv, care efectuează încălzirea masei de lichid cu ajutorul razelor solare directe şi reflectate. Dispozitivul dat reprezintă un container pentru încălzirea şi depozitarea lichidului, de exemplu a apei, executat în formă de paralelipiped dreptunghiular închis, amplasat pe un suport. Pereţii superior - conductor de căldură şi inferior - absorbant de căldură ai containerului sunt uniţi prin pereţi laterali flexibili. În peretele superior este instalată o supapă de evacuare a aerului după umplerea containerului cu apă. Pe porţiunea unghiulară a peretelui inferior este instalat un ştuţ unit cu un furtun pentru turnarea şi evacuarea apei. La umplerea containerului cu apă se produce contactul direct al peretelui superior cu apa încălzită [2].[0004] A collectorless, i.e. capacitive, heating device is also known, which heats the liquid mass with the help of direct and reflected sunlight. This device represents a container for heating and storing liquid, for example water, made in the form of a closed rectangular parallelepiped, placed on a support. The upper - heat-conducting and lower - heat-absorbing walls of the container are connected by flexible side walls. An air vent valve is installed in the upper wall after filling the container with water. A nozzle connected to a hose for pouring and draining water is installed on the angular portion of the lower wall. When filling the container with water, direct contact of the upper wall with the heated water occurs [2].

[0005] Dezavantajul dispozitivului constă în neprotejarea peretelui superior al containerului de mediul ambiant. Astfel, în cazul răcirii peretelui sub acţiunea oricăror factori externi, de exemplu a vântului sau datorită dispariţiei de scurtă durată a soarelui, apa încălzită de asemenea se răceşte. Aşadar, se micşorează eficacitatea de încălzire a lichidului, precum şi randamentul dispozitivului.[0005] The disadvantage of the device is that the upper wall of the container is not protected from the environment. Thus, in the case of cooling of the wall under the action of any external factors, for example, wind or due to the short-term disappearance of the sun, the heated water also cools down. Therefore, the efficiency of heating the liquid, as well as the efficiency of the device, decreases.

[0006] Cea mai apropiată soluţie este varianta construcţiei încălzitorului de lichide solar, care conţine un corp, format dintr-o suprafaţă superioară transparentă şi elastică, o suprafaţă inferioară absorbantă de căldură şi o diafragmă elastică şi transparentă unite la margini, şi amplasat pe un suport. Partea inferioară a corpului este dotată cu un ştuţ de debitare-evacuare a apei executat la marginea suprafeţei inferioare a corpului şi unit cu un furtun. Corpul mai conţine o ţeavă de evacuare a aerului din corp. Diafragma executată, de exemplu, din peliculă de polietilenă, este amplasată deasupra suprafeţei superioare a corpului, astfel aici se formează un strat de aer intermediar izolat între mediul extern şi volumul lichidului încălzit, ceea ce reduce pierderile de căldură. Pentru evacuarea aerului din corpul încălzitorului este prevăzută o ţeavă fixată în suprafaţa superioară a corpului şi care trece prin stratul de aer format şi diafragmă [3, fig. 9].[0006] The closest solution is the variant of the construction of the solar liquid heater, which contains a body, formed by a transparent and elastic upper surface, a heat-absorbing lower surface and an elastic and transparent diaphragm joined at the edges, and placed on a support. The lower part of the body is equipped with a water discharge-ejection nozzle made at the edge of the lower surface of the body and joined with a hose. The body also contains a pipe for exhausting air from the body. The diaphragm made, for example, of polyethylene film, is placed above the upper surface of the body, thus an intermediate layer of air is formed here isolated between the external environment and the volume of the heated liquid, which reduces heat losses. For exhausting air from the heater body, a pipe is provided fixed in the upper surface of the body and passing through the formed air layer and diaphragm [3, fig. 9].

[0007] Dezavantajul acestei soluţii constă în complexitatea executării din punct de vedere tehnologic a ansamblului, care asigură evacuarea aerului de sub suprafaţa superioară a corpului încălzitorului, deoarece necesită, pe de o parte, concordanţa dimensiunilor ţevii şi stratului de aer format, iar pe de altă parte, fixarea fiabilă a ţevii atât în suprafaţa corpului, cât şi în diafragmă, acestea fiind separate de stratul de aer.[0007] The disadvantage of this solution lies in the complexity of the technological execution of the assembly, which ensures the evacuation of air from under the upper surface of the heater body, because it requires, on the one hand, the concordance of the dimensions of the pipe and the formed air layer, and on the other hand, reliable fixation of the pipe both in the body surface and in the diaphragm, these being separated by the air layer.

[0008] Problema pe care o rezolvă invenţia constă în simplificarea executării din punct de vedere tehnologic, precum şi majorarea fiabilităţii încălzitorului.[0008] The problem solved by the invention consists in simplifying the execution from a technological point of view, as well as increasing the reliability of the heater.

[0009] Dispozitivul, conform invenţiei, înlătură dezavantajele menţionate mai sus prin aceea că încălzitorul de lichide solar conţine un corp, format din partea superioară umplută cu aer, transparentă şi elastică şi partea inferioară umplută cu apă şi înnegrită, acestea fiind separate de o diafragmă elastică şi transparentă. Partea inferioară a corpului este dotată cu un ştuţ de debitare-evacuare a apei, la care este unit un furtun, şi o ţeavă pentru evacuarea aerului, montată sub diafragmă, în partea opusă ştuţului de debitare-evacuare a apei. Partea superioară a corpului este dotată cu un ştuţ pentru gonflarea acesteia. Totodată corpul încălzitorului este executat cu posibilitatea amplasării sub un unghi pe o suprafaţă cu înclinaţie în direcţia ştuţului de debitare-evacuare a apei.[0009] The device according to the invention eliminates the above-mentioned disadvantages in that the solar liquid heater comprises a body formed by an upper part filled with air, transparent and elastic and a lower part filled with water and blackened, these being separated by an elastic and transparent diaphragm. The lower part of the body is equipped with a water discharge-discharge nozzle, to which a hose is connected, and a pipe for air discharge, mounted under the diaphragm, on the side opposite the water discharge-discharge nozzle. The upper part of the body is equipped with a nozzle for inflating it. At the same time, the heater body is made with the possibility of being placed at an angle on a surface inclined in the direction of the water discharge-discharge nozzle.

[0010] În particular, unghiul de înclinare a corpului se află în limitele de la 2 până la 8° faţă de suprafaţa orizontală. Totodată, grosimea materialului utilizat pentru confecţionarea diafragmei este mai mică decât pentru confecţionarea corpului.[0010] In particular, the angle of inclination of the body is within the limits of 2 to 8° with respect to the horizontal surface. At the same time, the thickness of the material used for making the diaphragm is less than for making the body.

[0011] Rezultatul invenţiei constă în îmbunătăţirea proprietăţilor de exploatare şi fiabilităţii încălzitorului solar, precum şi în simplificarea construcţiei lui.[0011] The result of the invention consists in improving the operating properties and reliability of the solar heater, as well as in simplifying its construction.

[0012] Rezultatul se obţine prin aceea că diafragma, amplasată în interiorul corpului şi executată din material mai subţire, acoperă etanş toată suprafaţa lichidului şi împiedică evaporarea lui şi depunerea picăturilor pe suprafaţa interioară a părţii superioare. Aceasta se asigură datorită prezenţei ţevii pentru evacuarea aerului de sub diafragmă şi amplasării corpului încălzitorului cu înclinaţie în direcţia orificiului de turnare-evacuare opus ţevii date.[0012] The result is achieved by the fact that the diaphragm, located inside the body and made of thinner material, tightly covers the entire surface of the liquid and prevents its evaporation and the deposition of drops on the inner surface of the upper part. This is ensured due to the presence of a pipe for air evacuation from under the diaphragm and the location of the heater body with an inclination in the direction of the pouring-discharging hole opposite to this pipe.

[0013] Stratul de aer, care se formează în partea superioară, asigură izolaţia termică a lichidului încălzit şi exercită presiune asupra diafragmei elastice, ceea ce de asemenea contribuie la evacuarea aerului din corp.[0013] The air layer, which is formed in the upper part, provides thermal insulation of the heated liquid and exerts pressure on the elastic diaphragm, which also contributes to the evacuation of air from the body.

[0014] Totodată, instalarea ţevii pentru evacuarea aerului de sub diafragmă este o operaţie simplă din punct de vedere tehnologic, care asigură fixarea fiabilă, comodă şi efectuată uşor în procesul de asamblare a încălzitorului.[0014] At the same time, the installation of the air exhaust pipe from under the diaphragm is a technologically simple operation, which ensures reliable, convenient and easily performed fixation in the process of assembling the heater.

[0015] Intervalul unghiurilor de înclinare a corpului corespunde condiţiilor optime de funcţionare a încălzitorului. Pentru unghiuri mai mici de 2° bula de aer, care se formează deasupra stratului de lichid, nu ocupă o poziţie stabilă în apropierea ţevii pentru evacuarea aerului, ceea ce complică evacuarea lui. Însă pentru unghiuri mai mari decât 8° construcţia devine instabilă din cauza deplasării centrului de greutate a ei de la poziţia de echilibru, ceea ce poate conduce la răsturnarea construcţiei.[0015] The range of body inclination angles corresponds to the optimum operating conditions of the heater. For angles less than 2° the air bubble, which is formed above the liquid layer, does not occupy a stable position near the air outlet pipe, which complicates its evacuation. However, for angles greater than 8° the construction becomes unstable due to the displacement of its center of gravity from the equilibrium position, which can lead to the overturning of the construction.

[0016] Introducerea elementelor noi permite obţinerea unui randament maxim posibil pentru încălzitoarele solare simple din punct de vedere constructiv.[0016] The introduction of new elements allows obtaining the maximum possible efficiency for constructively simple solar heaters.

[0017] Invenţia se explică prin desenul din figură, în care este reprezentat schematic încălzitorul de lichide solar.[0017] The invention is explained by the drawing in the figure, in which the solar liquid heater is schematically represented.

[0018] Dispozitivul conţine un corp 1, format din partea superioară 2 umplută cu aer, transparentă şi elastică şi partea inferioară 3 umplută cu apă şi înnegrită, unite la margini una cu alta. Părţile sunt separate de o diafragmă transparentă 4. Sub diafragma 4 în locul fixării este instalată o ţeavă 5 pentru evacuarea aerului. În partea superioară 1 este instalat un ştuţ 6 pentru gonflarea acesteia. Partea inferioară 3 a corpului 1 este dotată cu un ştuţ 7 de debitare-evacuare a apei, la care este unit un furtun 8. Ţeava 5 pentru evacuarea aerului este montată în partea opusă ştuţului 7 de debitare-evacuare a apei.[0018] The device comprises a body 1, formed by an upper part 2 filled with air, transparent and elastic, and a lower part 3 filled with water and blackened, joined at the edges to each other. The parts are separated by a transparent diaphragm 4. Under the diaphragm 4 in the place of fixation a pipe 5 for air evacuation is installed. In the upper part 1 a nozzle 6 for its inflation is installed. The lower part 3 of the body 1 is equipped with a nozzle 7 for water discharge-discharge, to which a hose 8 is connected. The pipe 5 for air evacuation is mounted on the side opposite to the nozzle 7 for water discharge-discharge.

[0019] În partea superioară 2 este creat un strat de aer 9, iar în partea inferioară 3 - un strat de apă încălzită 10.[0019] In the upper part 2, an air layer 9 is created, and in the lower part 3 - a layer of heated water 10.

[0020] Corpul 1 încălzitorului solar este instalat pe o bază plată (în figură nu este prezentată).[0020] The solar heater body 1 is installed on a flat base (not shown in the figure).

[0021] În procesul asamblării încălzitorului se efectuează unirea pe margini una cu alta a suprafeţelor părţilor 2 şi 3 şi a diafragmei 4, de exemplu, prin sudare pe maşini-unelte speciale. Prin ştuţul 6, instalat ermetic, partea superioară 2 este gonflată, astfel încât partea superioară 2 să capete forma unei cupole. Partea inferioară este umplută cu apă prin ştuţul 7 de debitare-evacuare a apei, unit cu un furtun.[0021] In the process of assembling the heater, the edges of the surfaces of the parts 2 and 3 and the diaphragm 4 are joined together, for example, by welding on special machine tools. Through the hermetically installed nozzle 6, the upper part 2 is inflated, so that the upper part 2 acquires the shape of a dome. The lower part is filled with water through the water discharge-discharge nozzle 7, connected to a hose.

[0022] Ţeava 5 pentru evacuarea aerului din partea inferioară 3, se fixează ermetic sub diafragma 4. Corpul 1 încălzitorului se instalează înclinat faţă de suprafaţa orizontală, astfel încât orificiul ţevii 5 să nimerească în bula de aer. Această poziţie permite evacuarea aerului din partea inferioară 3. Totodată, ţeava 5 pentru evacuarea aerului este montată în partea opusă ştuţului de debitare-evacuare a apei, ceea ce permite evacuarea completă a apei încălzite.[0022] The pipe 5 for air evacuation from the lower part 3 is hermetically fixed under the diaphragm 4. The heater body 1 is installed inclined to the horizontal surface, so that the hole of the pipe 5 falls into the air bubble. This position allows the air to be evacuated from the lower part 3. At the same time, the pipe 5 for air evacuation is mounted on the opposite side of the water discharge-discharge nozzle, which allows the complete evacuation of the heated water.

[0023] Furtunul 8 încălzitorului poate fi dotat cu un robinet, care închide fluxul de apă atât la debitare, cât şi la evacuare. De asemenea, controlul fluxului de apă poate fi efectuat prin schimbarea poziţiei capătului superior al furtunului 8 faţă de nivelul apei în stratul 10.[0023] The heater hose 8 can be equipped with a valve that shuts off the water flow both at the inlet and outlet. The water flow can also be controlled by changing the position of the upper end of the hose 8 relative to the water level in the layer 10.

[0024] Încălzitorul de lichide solar funcţionează în felul următor.[0024] The solar liquid heater operates in the following way.

[0025] La pătrunderea radiaţiei solare prin partea superioară 2 transparentă şi stratul de apă 10, suprafaţa înnegrită a părţii inferioare 3 se încălzeşte. Căldura se transmite stratului de apă 10. Apa încălzită se evacuează din corp şi se utilizează după destinaţie.[0025] When solar radiation penetrates through the transparent upper part 2 and the water layer 10, the blackened surface of the lower part 3 heats up. The heat is transmitted to the water layer 10. The heated water is discharged from the body and used for its intended purpose.

[0026] Exemplu de realizare[0026] Example of embodiment

[0027] În procesul proiectării încălzitorului de lichide solar a fost confecţionat un model experimental al acestuia. Suprafaţa bazei încălzitorului este executată în formă de pătrat. Încălzitorul are o capacitate de 100 l de lichid. În calitate de lichid se utilizează apa de la robinet. Părţile superioară şi inferioară ale încălzitorului sunt executate din peliculă de polietilenă de înaltă presiune marca PE 2010-B cu grosimea de 200 µm, iar diafragma - din acelaşi material, cu grosimea de 50 µm.[0027] In the process of designing the solar liquid heater, an experimental model of it was made. The surface of the heater base is made in the shape of a square. The heater has a capacity of 100 l of liquid. Tap water is used as the liquid. The upper and lower parts of the heater are made of high-pressure polyethylene film of the PE 2010-B brand with a thickness of 200 µm, and the diaphragm - of the same material, with a thickness of 50 µm.

[0028] Dimensiunile încălzitorului: suprafaţa bazei părţii superioare - 1 m2, înălţimea stratului de apă supus încălzirii - 0,1 m.[0028] Dimensions of the heater: surface area of the base of the upper part - 1 m2, height of the water layer subjected to heating - 0.1 m.

[0029] În calitate de ţeavă pentru evacuarea aerului se utilizează o ţeavă din cauciuc cu diametrul de 10 mm, care se fixează sub diafragmă cu ajutorul unui niplu.[0029] A rubber pipe with a diameter of 10 mm is used as the air exhaust pipe, which is fixed under the diaphragm with a nipple.

[0030] În calitate de ştuţ pentru gonflarea părţii superioare se utilizează o ţeavă din cauciuc cu diametrul de 10 mm, care se fixează în partea superioară cu ajutorul unui niplu. Pentru formarea stratului de aer 9 partea superioară este gonflată până la asigurarea înălţimii cupolei de 0,15 m.[0030] A rubber tube with a diameter of 10 mm is used as a nozzle for inflating the upper part, which is fixed to the upper part with a nipple. To form the air layer 9, the upper part is inflated until the dome height is 0.15 m.

[0031] Corpul încălzitorului se instalează pe o bază plată sub un unghi de 3°.[0031] The heater body is installed on a flat base at an angle of 3°.

[0032] În acest dispozitiv apa s-a încălzit timp de o zi însorită de septembrie până la temperatura de 40°C.In this device the water was heated during a sunny September day to a temperature of 40°C.

[0033] Se recomandă ca aceste încălzitoare să fie instalate la o înălţime de 0,5…1 m deasupra solului, pe o suprafaţă care se află sub razele solare de la ora 8 până la orele 17.[0033] It is recommended that these heaters be installed at a height of 0.5…1 m above the ground, on a surface that is under the sun's rays from 8 a.m. to 5 p.m.

[0034] 1. RU 2324121 C1 2008.05.10[0034] 1. RU 2324121 C1 2008.05.10

[0035] 2. WO 8502457 A 1985.06.062. WO 8502457 A 1985.06.06

[0036] 3. GB 2151012 A 1985.07.10[0036] 3. GB 2151012 A 1985.07.10

Claims

1. Solar liquid heater, comprising a body, formed by an upper part filled with air, transparent and elastic, and a lower part filled with water and blackened, these being separated by an elastic and transparent diaphragm, the lower part of the body being equipped with a water discharge-ejection nozzle, to which a hose is connected, and a pipe for air evacuation, characterized in that the air evacuation pipe is mounted under the diaphragm, on the opposite side to the water discharge-ejection nozzle; the upper part of the body is equipped with a nozzle for its inflation, at the same time the heater body is made with the possibility of being placed at an angle on a surface inclined in the direction of the water discharge-ejection nozzle.

2. Heater according to claim 1, characterized in that the thickness of the material used to make the diaphragm is smaller than the thickness of the material used to make the body walls.