RU2350853C2 - Domestic solar water heater - Google Patents
Domestic solar water heater Download PDFInfo
- Publication number
- RU2350853C2 RU2350853C2 RU2006146382/06A RU2006146382A RU2350853C2 RU 2350853 C2 RU2350853 C2 RU 2350853C2 RU 2006146382/06 A RU2006146382/06 A RU 2006146382/06A RU 2006146382 A RU2006146382 A RU 2006146382A RU 2350853 C2 RU2350853 C2 RU 2350853C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- storage tank
- water
- receiving surface
- hot water
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
- Y02B10/20—Solar thermal
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
Landscapes
- Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
- Details Of Fluid Heaters (AREA)
- Housings, Intake/Discharge, And Installation Of Fluid Heaters (AREA)
Abstract
Description
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.The invention relates to the field of use of solar energy, in particular to devices for converting the energy of light radiation into heat, and is intended to produce hot water for domestic use using solar radiation.
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.A typical design of an industrial solar water heater (www.Mensh.ru. "Solar water heater designs", Fig. 3), consisting of an inclined glazed heat collector, a separate, well insulated, water storage tank and heat-insulated pipes connecting these elements, is adopted . The bottom of the battery tank is at least 300 mm above the top of the collector. This arrangement eliminates the cost of additional energy for the circulation of water in the system. Circulation occurs only due to natural convection. When heated, the water in the collector expands, becomes less dense, rises up the collector and through the pipe enters the upper part of the storage tank. As a result, cooler water at the bottom of the tank is forced out and flows through another pipe to the lower part of the collector. This water, in turn, is heated and rises into the tank. While the sun is shining, water will constantly circulate along this circuit, becoming more and more heated. Due to the fact that the tank is raised above the collector, the effect of overturning circulation as a result of nightly cooling of the coolant in the collector is nullified, since cold water simply accumulates at the lower point of the system (at the bottom of the collector), while warm water remains in the buck.
Такой системе присущи следующие недостатки:Such a system has the following disadvantages:
- сложная технология изготовления герметичного теплового коллектора;- sophisticated manufacturing technology of sealed thermal collector;
- изготовление отдельного бака-аккумулятора с хорошей теплоизоляцией;- manufacture of a separate battery tank with good thermal insulation;
- изготовление специальных несущих конструкций для установки теплового коллектора под определенным углом к горизонту и бака-аккумулятора над тепловым коллектором;- the manufacture of special load-bearing structures for installing the heat collector at a certain angle to the horizon and the storage tank above the heat collector;
- необходимость проведения проектных и монтажных работ с привязкой к конкретным условиям эксплуатации и требованиям потребителя, которые могут быть выполнены только специалистами.- the need for design and installation work with reference to specific operating conditions and customer requirements, which can only be performed by specialists.
Признаки аналога, общие с предлагаемой конструкцией бытового солнечного водонагревателя (БСВН), следующие:Signs of an analogue common with the proposed design of a domestic solar water heater (BSVN) are as follows:
- плоский остекленный тепловой коллектор;- flat glazed thermal collector;
- бак-аккумулятор воды с теплоизоляцией.- water storage tank with thermal insulation.
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.The known design of a solar water heater, adopted for the prototype [www.Mensh.ru. "Designs of solar water heaters", Fig. 2], in which the heat collector is placed in a flat metal container, painted black and coated with sheet glass. On one side, the container has a protruding water tank. The deflector inside the container provides thermosiphon circulation, as a result of which heated water from the collector compartment enters the battery compartment, and cold water from the bottom of this compartment enters the collector. The battery compartment heats up during the day and is thermally insulated at night to reduce heat loss.
Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- существенное снижение эффективности его использования в средних и высоких широтах в связи с необходимостью использования его в горизонтальном положении;- a significant decrease in the effectiveness of its use in the middle and high latitudes due to the need to use it in a horizontal position;
- значительные потери тепла в облачную погоду и ночью;- Significant heat loss in cloudy weather and at night;
- неудобство эксплуатации, заключающееся в том, что для сохранения горячей воды на тепловой коллектор вечером необходимо устанавливать внешнюю теплоизоляцию, а утром ее снимать.- inconvenience of operation, which consists in the fact that in order to maintain hot water on the heat collector in the evening, it is necessary to install external thermal insulation and remove it in the morning.
Признаки прототипа, общие с предлагаемой конструкцией бытового солнечного водонагревателя (БСВН), следующие:The features of the prototype, common with the proposed design of a domestic solar water heater (BSVN), are as follows:
- плоский тепловой коллектор;- flat thermal collector;
- покрытие из листового стекла;- a coating of sheet glass;
- бак-аккумулятор воды;- water storage tank;
- дефлектор (разделительная панель) внутри теплового коллектора;- deflector (dividing panel) inside the heat collector;
- патрубки для подвода холодной воды и отвода горячей воды.- nozzles for supplying cold water and draining hot water.
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.The technical result achieved in the proposed design of the BSVN is to increase the efficiency of its use in the middle and high latitudes due to the location of the heat collector at an optimal angle (close to the geographical latitude of the area), to reduce heat loss in cloudy weather and at night, and to eliminate the need use of temporary thermal insulation.
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.This is achieved by the fact that the domestic solar water heater is made in the form of a trihedral prism, the volume of which is a water storage tank, and the heat collector is an inclined face made of sheet metal coated with matt black paint and having a sheet of glass coating, in addition, inside the tank -accumulator, parallel to the heat collector, a special separation panel is installed that plays the role of a deflector and is made of rigid heat-insulating material (for example, rigid foam). The separation panel is adjacent to the side (triangular) sides of the tank and has gaps with other surfaces to provide convective flows. On one of the faces of the storage tank are fixed pipes for supplying cold and draining hot water. In this case, the pipe for draining hot water is located at the same level or slightly higher than the upper edge of the separation panel, which limits the convective cooling of the water. All surfaces of the water storage tank, except for the heat collector, are insulated.
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).In cloudy weather and at night in such structures, intense cooling of water occurs due to reverse convection. In the proposed design, this process is significantly limited, since when cooling the water level decreases and when it reaches the upper edge of the separation panel, convective processes cease. At the same time, the heat-insulating material from which the separation panel is made practically eliminates diffuse cooling of the bulk of the water (except for that which is located in a limited space between the separation and heat-receiving panels of the BSVN).
Отличительные признаки, обуславливающие соответствие предлагаемой конструкции БСВН критерию "новизна", следующие:Distinctive features that determine the conformity of the proposed design BSVN to the criterion of "novelty", the following:
- изготовление бака-аккумулятора воды в виде трехгранной призмы;- manufacture of a water storage tank in the form of a trihedral prism;
- использование большой грани призмы в качестве теплового коллектора;- the use of a large facet of the prism as a thermal collector;
- изготовление разделительной панели (дефлектора) из жесткого теплоизоляционного материала;- manufacture of a dividing panel (deflector) from a rigid heat-insulating material;
- теплоизоляция всех поверхностей, кроме теплового коллектора;- thermal insulation of all surfaces except the heat collector;
- расположение патрубка для отвода горячей воды на уровне верхней кромки разделительной панели.- the location of the pipe for draining hot water at the level of the upper edge of the separation panel.
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».To prove the conformity of the proposed design BSVN to the criterion of "inventive step" was analyzed the whole set of features and separately distinguishing features. It was found that the use of the above distinctive features, which, together with the known features, give a technical result consisting in improving operational and consumer properties (compactness, ease of manufacture, installation and operation), was not found in literary sources. Thus, according to the authors, the proposed design BSVN meets the criterion of "inventive step".
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.The proposed design BSVN (see figure 1) consists of a storage tank 1 in the form of a trihedral prism, a large side face 2 of which is a heat-receiving surface, and the necessary structural rigidity is given by a power frame made of metal corners 3. Inside the storage tank 1, parallel to the heat-receiving panel 2, there is a dividing panel 4 adjacent to the side faces of the storage tank 1. On top of the heat-receiving panel 2, glass 6 is fixed using a special aluminum profile 5. On one of the faces of the storage tank is closed prison pipes 7 for supplying cold and draining hot water. On all surfaces of the storage tank 1, with the exception of the heat-receiving panel 2, thermal insulation 8 is installed.
Пример конкретного исполнения показан на фиг.1.An example of a specific implementation is shown in figure 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.BSVN consists of a storage tank 1 in the form of a trihedral prism made of sheet metal, the large side face 2 of which is a heat-receiving surface coated with a matte black paint or having a selective coating. The required structural rigidity is provided by a power frame made of metal corners 3. Inside the storage tank 1, parallel to the heat-receiving panel 2, there is a dividing panel 4 adjacent to the side faces of the storage tank 1 and made of rigid heat-insulating material (for example, rigid foam). The presence of panel 4 provides thermosiphon circulation, as a result of which heated water from the gap between panels 2 and 4 enters the upper part of the storage tank 1, and cold water from the bottom of the tank 1 enters the gap between panels 2 and 4 and is heated. To reduce heat loss over the heat-receiving panel 2, a glass 6 is fixed using a special aluminum profile 5. On one of the faces of the storage tank, nozzles 7 are fixed for supplying cold and removing hot water. In this case, the pipe for draining hot water is located at the level of the upper edge of the separation panel 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.All surfaces of the storage tank 1, with the exception of the heat-receiving panel 2, are thermally insulated, and the thermal insulation 8 can be located both on the external and internal sides of the structure. When the insulation is located on the inside, the external metal painted surfaces exclude the possibility of damage to the BSVN during transportation, installation and operation, thereby significantly improving its consumer and aesthetic properties. When the insulation is located on the outside, the metal consumption of the structure can be significantly reduced.
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".The only condition ensuring the preservation of hot water at night is to provide a level of analysis of hot water below the level of the "hot water" pipe in the BSVN. The supply of hot water to the consumer is ensured by the supply of tap water through the pipe "cold water".
Предложенная конструкция позволяет устанавливать БСВН практически на любой поверхности, закреплять ее на стене дома, встраивать в скат крыши здания.The proposed design allows you to install BSVN on virtually any surface, fix it on the wall of the house, embed in the slope of the roof of the building.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006146382/06A RU2350853C2 (en) | 2006-12-25 | 2006-12-25 | Domestic solar water heater |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006146382/06A RU2350853C2 (en) | 2006-12-25 | 2006-12-25 | Domestic solar water heater |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006146382A RU2006146382A (en) | 2008-06-27 |
RU2350853C2 true RU2350853C2 (en) | 2009-03-27 |
Family
ID=39679809
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006146382/06A RU2350853C2 (en) | 2006-12-25 | 2006-12-25 | Domestic solar water heater |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2350853C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714635C1 (en) * | 2019-06-18 | 2020-02-18 | Максим Владимирович Герьятович | Solar thermal power plant |
RU2758738C1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Autonomous solar photothermal tube water heater |
-
2006
- 2006-12-25 RU RU2006146382/06A patent/RU2350853C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ТАНАКА С., СУДА Р. Жилые дома с автономным солнечным теплохладоснабжением. - М.: Стройиздат, 1989 г., 34-35. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2714635C1 (en) * | 2019-06-18 | 2020-02-18 | Максим Владимирович Герьятович | Solar thermal power plant |
RU2758738C1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-11-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования. "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Autonomous solar photothermal tube water heater |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2006146382A (en) | 2008-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10024551B2 (en) | Insulating glass style solar heat collector and building using solar energy for heating and cooling | |
US10461205B2 (en) | Solar panel housing | |
Tripanagnostopoulos | Aspects and improvements of hybrid photovoltaic/thermal solar energy systems | |
RU2457579C2 (en) | Tiles for roof serving as solar battery producing hot water and power with solar energy and photovoltaic method | |
Sotehi et al. | Hybrid PV/T water solar collector for net zero energy building and fresh water production: A theoretical approach | |
JP3583871B2 (en) | Photovoltaic-heat collecting hybrid panel, and roof panel, roof unit, solar system and solar system building comprising the photovoltaic-heat collecting hybrid panel | |
Shao et al. | Experimental study on electrical and thermal performance and heat transfer characteristic of PV/T roof in summer | |
US20120255541A1 (en) | Integrated Modular Mounting Apparatus | |
US20080302355A1 (en) | Solar air conditioning device | |
RU2459152C1 (en) | Combined solar power supply system | |
US20060124276A1 (en) | Solar energy system | |
Hu et al. | Performance study of a dual-function roof solar collector for Chinese traditional buildings application | |
Streicher | Solar thermal technologies for domestic hot water preparation and space heating | |
Shao et al. | Experimental study on the heat transfer performance of the PVT ventilated roof as heat exchanger for heat pump system | |
Ren et al. | Performance simulation and analysis of a multi-energy complementary energy supply system for a novel BIPVT nearly zero energy building | |
Juanico | New design of solar roof for household heating and cooling | |
RU2350853C2 (en) | Domestic solar water heater | |
Zhang et al. | Building integrated solar thermal (BIST) technologies and their applications: A review of structural design and architectural integration | |
CN215407014U (en) | Distributed photovoltaic slope roof and building integrated construction structure | |
US20100065041A1 (en) | Sunroof | |
US20120216853A1 (en) | Integrated solar energy system | |
JP2013179138A (en) | Photovoltaic power generation device and photovoltaic power generation system including the same | |
KR200263479Y1 (en) | A Hot Water Heater Using A Panel Of Concentrating Solar Heat | |
RU2442869C2 (en) | Building with closed thermal regulation cycle | |
JPH04120573U (en) | photothermal hybrid panel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121226 |