RU124953U1

RU124953U1 - SOLAR WATER HEATER

Info

Publication number: RU124953U1
Application number: RU2012117008/06U
Authority: RU
Inventors: Олег Сергеевич Попель; Семен Ефимович Фрид; Александр Витальевич Мордынский; Андрей Владимирович Арсатов; Михаил Юрьевич Ощепков; Сергей Васильевич Мартовский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Политермо"
Priority date: 2012-04-27
Filing date: 2012-04-27
Publication date: 2013-02-20

Abstract

Солнечный водонагреватель, содержащий аккумулирующую емкость с верхней стенкой, тепловоспринимающую поверхность, теплоизолированный корпус, закрепленное на корпусе прозрачное покрытие, отличающийся тем, что аккумулирующая емкость выполнена герметичной в результате плотного соединения по периметру верхней стенки и ее внутренних плоских поверхностей с плоскими поверхностями теплоизолированного корпуса с образованием внутренней герметичной полости, верхняя стенка изготовлена из непрозрачного тонкостенного жесткого теплопроводного материала, наружная поверхность верхней стенки является тепловоспринимающей поверхностью, верхняя стенка и прозрачное покрытие, расположенное над ней с зазором, имеют в поперечном сечении волнообразную форму с плоскими участками.A solar water heater comprising a storage tank with an upper wall, a heat-absorbing surface, a heat-insulated housing, a transparent coating fixed to the housing, characterized in that the storage tank is sealed as a result of tight connection along the perimeter of the upper wall and its internal flat surfaces with flat surfaces of the heat-insulated housing to form internal sealed cavity, the upper wall is made of an opaque thin-walled hard heat-conducting of material, the outer surface of the top wall is a heat reception surface of the top wall and a transparent coating disposed over it with a clearance, in cross-section a wavy shape with flat portions.

Description

Предлагаемая конструкция солнечного водонагревателя относится к устройствам, преобразующим энергию солнечного излучения в низкопотенциальное тепло, в частности, в тепло нагреваемой воды.The proposed design of a solar water heater relates to devices that convert the energy of solar radiation into low-grade heat, in particular, into the heat of heated water.

Известен солнечный водногреватель (Казанджан Б.И. Водонагревательная гелиоустановка. Патент РФ RU 87502 U1), содержащий бак-аккумулятор с нанесенным на его верхнюю стенку поглощающим покрытием, прозрачный кожух, охватывающий бак-аккумулятор, причем бак-аккумулятор выполнен цилиндрической формы и расположен на основании вертикально, на боковую цилиндрическую стенку бака-аккумулятора дополнительно нанесено поглощающее покрытие, а прозрачный кожух выполнен из двухслойного ячеистого поликарбоната цилиндрической формы с верхней крышкой.A well-known solar water heater (Kazanjan B.I. Solar water heating plant. RF patent RU 87502 U1) containing a storage tank with an absorbing coating applied to its upper wall, a transparent casing covering the storage tank, the storage tank is made of cylindrical shape and is located on the base vertically, an absorbent coating is additionally applied to the side cylindrical wall of the storage tank, and the transparent casing is made of a double-layer cellular polycarbonate with a cylindrical shape with a top cover.

Основным недостатком такого солнечного водонагревателя является низкая эффективность преобразования энергии солнечного излучения в тепло нагретой воды вследствие неоптимальных формы и ориентации теплопоглощающих поверхностей бака-аккумулятора по отношению к направлению поступающего солнечного излучения, а также вследствие увеличенных тепловых потерь к наружному воздуху через поверхность прозрачного кожуха, охватывающего бак-аккумулятор. Другим недостатком является малая прочность и жесткость конструкции, обусловленная использованием в качестве прозрачного ограждения ячеистого поликарбоната цилиндрической формы с верхней крышкой из того же материала.The main disadvantage of such a solar water heater is the low efficiency of converting the energy of solar radiation into heat of heated water due to the non-optimal shape and orientation of the heat-absorbing surfaces of the storage tank relative to the direction of incoming solar radiation, as well as due to increased heat loss to the outside air through the surface of the transparent casing covering the tank -battery. Another disadvantage is the low strength and structural rigidity due to the use of a cylindrical cellular polycarbonate with a top cover of the same material as a transparent fence.

Наиболее близким к предлагаемой конструкции является солнечный водонагреватель [Гончаренко В.П. Солнечный водонагреватель. Патент РФ RU 99122 U1], содержащий аккумулирующую емкость, тепловоспринимающую поверхность, прозрачное покрытие, теплоизоляцию, автоматический регулятор уровня воды, размещенный в аккумулирующей емкости, причем аккумулирующая емкость установлена в корпусе, верхняя стенка аккумулирующей емкости выполнена из прозрачного материала (пленки) и в поперечном своем сечении имеет выпуклую серповидную форму, а нижняя стенка аккумулирующей емкости служит тепловоспринимающей поверхностью.Closest to the proposed design is a solar water heater [Goncharenko V.P. Solar water heater. RF patent RU 99122 U1], comprising a storage tank, a heat-absorbing surface, a transparent coating, heat insulation, an automatic water level controller located in the storage tank, the storage tank being installed in the housing, the upper wall of the storage tank is made of transparent material (film) and in the transverse its cross section has a convex crescent shape, and the bottom wall of the storage tank serves as a heat-absorbing surface.

Предложенная конструкция солнечного водонагревателя обеспечивает более высокую эффективность преобразования энергии солнечного излучения в тепло нагреваемой в водонагревателе воды вследствие улучшенной геометрической формы и использования теплоизолированного корпуса. Вместе с тем, серьезными недостатками остаются низкие прочность, жесткость и эксплуатационные характеристики конструкции. Исполнение верхней стенки аккумулирующей емкости из малопрочного и нежесткого прозрачного материала (пленки), находящегося в контакте с заполняющей емкость водой, приводит к необходимости соединения полости аккумулирующей емкости с атмосферой и применения автоматического регулятора уровня воды, ограничивающего давление нагреваемой в аккумулирующей емкости воды атмосферным. При этом для подачи нагретой воды потребителю требуется размещение водонагревателя на некоторой высоте, обеспечивающей требуемый гидравлический напор для эффективного смешения с холодной водой в смесителе. Малая жесткость и прочность конструкции связана также с выбранной выпуклой серповидной формой верхней стенки аккумулирующей емкости и прозрачного покрытия.The proposed design of a solar water heater provides a higher efficiency of converting the energy of solar radiation into heat of water heated in a water heater due to the improved geometric shape and the use of a thermally insulated casing. At the same time, low strength, rigidity and operational characteristics of the structure remain serious disadvantages. The execution of the upper wall of the storage tank from a low-strength and non-rigid transparent material (film) in contact with the water filling the tank leads to the necessity of connecting the cavity of the storage tank with the atmosphere and the use of an automatic water level controller that limits the pressure of the water heated in the storage tank to atmospheric. At the same time, for supplying heated water to the consumer, it is necessary to place the water heater at a certain height, providing the required hydraulic pressure for efficient mixing with cold water in the mixer. Low rigidity and structural strength is also associated with the selected convex crescent shape of the upper wall of the storage tank and a transparent coating.

Предлагаемая конструкция решает техническую задачу повышения эффективности работы солнечного водонагревателя и улучшения его эксплуатационных характеристик.The proposed design solves the technical problem of increasing the efficiency of the solar water heater and improving its operational characteristics.

Указанный технический результат достигается в солнечном водонагревателе, содержащем аккумулирующую емкость с верхней стенкой, тепловоспринимающую поверхность, теплоизолированный корпус, закрепленное на корпусе прозрачное покрытие, причем аккумулирующая емкость выполнена герметичной в результате плотного соединения по периметру верхней стенки и ее внутренних плоских поверхностей с плоскими поверхностями теплоизолированного корпуса с образованием внутренней герметичной полости, верхняя стенка изготовлена из тонкостенного жесткого теплопроводного материала, наружная поверхность верхней стенки является тепловоспринимающей поверхностью, верхняя стенка и прозрачное покрытие, расположенное над ней с зазором, имеют в поперечном сечении волнообразную форму с плоскими участками.The specified technical result is achieved in a solar water heater containing a storage tank with an upper wall, a heat-absorbing surface, a heat-insulated housing, a transparent coating fixed to the housing, the storage tank being sealed as a result of tight connection around the perimeter of the upper wall and its inner flat surfaces with flat surfaces of the heat-insulated housing with the formation of an internal airtight cavity, the upper wall is made of thin-walled rigid of thermally conductive material, the outer surface of the top wall is a heat reception surface of the top wall and a transparent coating disposed over it with a clearance, in cross-section a wavy shape with flat portions.

Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность работы солнечного водонагревателя за счет более эффективного поглощения солнечного излучения тепловоспринимающей поверхностью верхней стенки аккумулирующей емкости и организации зазора контролируемой толщины между верхней стенкой емкости и прозрачным покрытием, уменьшающего интенсивность конвективного теплообмена с наружным воздухом, и улучшить его эксплуатационные характеристики, в том числе обеспечить повышение прочности, жесткости и долговечности конструкции в результате выполнения верхней стенки аккумулирующей емкости из непрозрачного тонкостенного жесткого теплопроводного материала и придания верхней стенке и прозрачному покрытию, расположенному над ней с зазором, волнообразной формы с плоскими участками. Выполнение аккумулирующей емкости герметичной без соединения ее полости с атмосферой позволяет содержать нагреваемую в ней воду под давлением, что снимает жесткие ограничения по высоте расположения водонагревателя и улучшает его эксплуатационные характеристики.The proposed design allows to increase the efficiency of the solar water heater due to more efficient absorption of solar radiation by the heat-absorbing surface of the upper wall of the storage tank and the organization of a gap of controlled thickness between the upper wall of the tank and a transparent coating, which reduces the intensity of convective heat exchange with outside air, and improve its operational characteristics, including including ensuring increased strength, rigidity and durability of the structure in cut By performing the upper wall of the storage tank from an opaque thin-walled rigid heat-conducting material and giving the upper wall and a transparent coating located above it with a gap, a wavy shape with flat sections. The implementation of the storage tank is sealed without connecting its cavity with the atmosphere allows you to keep the water heated in it under pressure, which removes strict restrictions on the height of the water heater and improves its performance.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется схемой, показанной на фиг.1.The essence of the proposed technical solution is illustrated by the circuit shown in figure 1.

Солнечный водонагреватель содержит аккумулирующую емкость 1 с верхней стенкой 2, тепловоспринимающую поверхность 3, теплоизолированный корпус 4, закрепленное на корпусе прозрачное покрытие 5, причем аккумулирующая емкость 1 выполнена герметичной в результате плотного соединения по периметру 9 верхней стенки 2 и ее внутренних плоских поверхностей 10 с плоскими поверхностями 6 теплоизолированного корпуса 4 с образованием внутренней герметичной полости 7, верхняя стенка 2 изготовлена из непрозрачного тонкостенного жесткого теплопроводного материала, наружная поверхность верхней стенки 2 является тепловоспринимающей поверхностью 3, верхняя стенка 2 и прозрачное покрытие 5, расположенное над ней с зазором 8, имеют в поперечном сечении волнообразную форму с плоскими участками.The solar water heater comprises a storage tank 1 with an upper wall 2, a heat-absorbing surface 3, a heat-insulated housing 4, a transparent coating 5 fixed to the housing, the storage tank 1 being sealed as a result of tight connection around the perimeter 9 of the upper wall 2 and its inner flat surfaces 10 with flat surfaces 6 of the insulated body 4 with the formation of an internal sealed cavity 7, the upper wall 2 is made of an opaque thin-walled hard heat-conducting Container material, the outer surface of the top wall 2 is the heat reception surface 3, upper wall 2 and the transparent cover 5, situated above it with a gap 8 have a wavy cross-sectional shape with flat portions.

Солнечный водонагреватель работает следующим образом.Solar water heater operates as follows.

Солнечное излучение, падающее на ориентированную на солнце поверхность солнечного водонагревателя, проходит через закрепленное на корпусе 4 прозрачное покрытие 5 и зазор 8, поглощается тепловоспринимающей поверхностью 3, которая нагревается и передает тепло через верхнюю стенку 2 воде, заполняющей аккумулирующую емкость 1, образованную верхней стенкой 2 и теплоизолированным корпусом 4. Нагретая внутри аккумулирующей емкости вода направляется непосредственно потребителю.Solar radiation incident on the sun-oriented surface of the solar water heater passes through a transparent coating 5 and a gap 8 fixed to the housing 4, is absorbed by the heat-absorbing surface 3, which heats up and transfers heat through the upper wall 2 to the water filling the storage tank 1 formed by the upper wall 2 and heat-insulated housing 4. Heated water inside the storage tank is sent directly to the consumer.

Заявляемое техническое решение прошло проверку на основе математического моделирования работы солнечного водонагревателя при различных геометрических характеристиках и условиях освещенности.The claimed technical solution was tested on the basis of mathematical modeling of the operation of a solar water heater under various geometric characteristics and lighting conditions.

Полученные результаты моделирования показали преимущества предлагаемой конструкции солнечного водонагревателя, позволяющей на 5…10% повысить эффективность его работы по сравнению с аналогом и улучшить эксплуатационные характеристики.The obtained simulation results showed the advantages of the proposed design of a solar water heater, which makes it possible to increase its efficiency by 5 ... 10% compared to the analogue and improve operational characteristics.

Claims

A solar water heater comprising a storage tank with an upper wall, a heat-absorbing surface, a heat-insulated housing, a transparent coating fixed to the housing, characterized in that the storage tank is sealed as a result of tight connection along the perimeter of the upper wall and its internal flat surfaces with flat surfaces of the heat-insulated housing to form internal sealed cavity, the upper wall is made of an opaque thin-walled hard heat-conducting of material, the outer surface of the top wall is a heat reception surface of the top wall and a transparent coating disposed over it with a clearance, in cross-section a wavy shape with flat portions.