RU2527270C2

RU2527270C2 - Solar water heater

Info

Publication number: RU2527270C2
Application number: RU2012128280/06A
Authority: RU
Inventors: Станислав Леонидович Гефтлер
Original assignee: Станислав Леонидович Гефтлер
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2014-08-27
Also published as: RU2012128280A

Abstract

FIELD: heating.

SUBSTANCE: invention relates to the field of use of solar energy, in particular to devices of converting the energy of light radiation into heat, and is intended to produce hot water for domestic use from the solar radiation. The solar water heater comprises a collector of solar heater, a storage tank with heat-insulation and pipes supplying cold water and discharging hot water. In the housing of the storage tank, a heat exchanger tank is located with the heat exchanging tubes and the high pressure tanks mounted in its end faces. The lower surface of the heat exchanger tank is the heat-receiving surface of direct heating. The storage tank is equipped with a system of topping-up the evaporating water.

EFFECT: avoiding the presence of the pumping station with circulation pumps for normal functioning of the solar water heater, which leads to increased efficiency.

1 dwg

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.

Известна установка для горячего водоснабжения с использованием солнечной энергии (изготовитель "Thermics", Италия (http://www.electro-mpo.ru/card27509.html), состоящая из одной или нескольких гелиопанелей и аккумулирующего бака, гидравлически объединенных в одну систему. Многократная циркуляция воды или специального теплоносителя в системе постепенно, в течение светового дня, повышает температуру воды в аккумулирующем баке. В состав системы входит насосная станция, включающая циркуляционные насосы, что снижает эффективность и КПД установки. Недостатком применяемой системы является большая металлоемкость и наличие оборудования, не принимающего непосредственного участия в процессе преобразования солнечного излучения в тепловую энергию, что определяет ее сравнительно высокую стоимость.A known installation for hot water using solar energy (manufacturer "Thermics", Italy (http://www.electro-mpo.ru/card27509.html), consisting of one or more solar panels and storage tank, hydraulically combined into one system. Multiple circulation of water or a special coolant in the system gradually, during the daylight hours, increases the temperature of the water in the storage tank.The system includes a pumping station, which includes circulation pumps, which reduces the efficiency and efficiency of the installation. enyaemoy system is a large metal and availability of equipment, do not participate directly in the process of converting solar radiation into heat energy, which determines its relatively high cost.

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 баке.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 as an analogue. . 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 tank.

Такой конструкции солнечного водонагревателя присущи следующие недостатки:Such a design of a solar water heater 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.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является солнечный водонагреватель (патент Российской Федерации RU №2078290, 1994 г.). Известный солнечный водонагреватель относится к гелиотехнике и предназначен для нагрева воды. Солнечный водонагреватель содержит аккумулирующую емкость, тепловую изоляцию, расположенную с тыльной стороны аккумулирующей емкости. Рекуперативная емкость расположена с тыльной стороны тепловой изоляции и имеет с последней общую поверхность. На обращенной к солнцу стороне аккумулирующей емкости расположена металлическая тепловоспринимающая поверхность с прозрачным покрытием над ней. В нижней части солнечного водонагревателя расположен трубопровод, соединяющий аккумулирующую и рекуперативную емкости, снабженный вентилями для регулирования температуры воды. К соединительному трубопроводу подключен раздающий патрубок. В верхней части аккумулирующей и рекуперативной емкостей находятся заливные и переливные отверстия. Перед лицевой поверхностью солнечного водонагревателя может находится отражатель, закрепленный на шарнире. Анализ технических характеристик прототипа показал, что наряду с таким достоинством, как удобство в эксплуатации, наличие существенных недостатков:The closest device of the same purpose to the claimed invention in terms of essential features is a solar water heater (patent of the Russian Federation RU No. 2078290, 1994). Known solar water heater relates to solar technology and is intended for heating water. The solar water heater contains a storage tank, thermal insulation, located on the back side of the storage tank. The recuperative capacity is located on the back of the thermal insulation and has a common surface with the latter. On the side of the storage tank facing the sun, there is a metal heat-absorbing surface with a transparent coating above it. In the lower part of the solar water heater there is a pipeline connecting the storage and regenerative tanks, equipped with valves for regulating the temperature of the water. A distribution pipe is connected to the connecting pipe. In the upper part of the accumulating and regenerative tanks there are filling and overflow openings. In front of the front surface of the solar water heater may be a reflector mounted on a hinge. Analysis of the technical characteristics of the prototype showed that, along with such advantages as ease of use, the presence of significant disadvantages:

- большая разница значений (градиента) температур по объему аккумулирующей емкости, что снижает эффективность работы нагревателя;- a large difference in the values (gradient) of temperatures in the volume of the storage tank, which reduces the efficiency of the heater;

- неравномерность распределения температур, вызванная тем, что нагрев воды происходит только в пограничном ее слое непосредственно контактирующим с тепловоспринимающей поверхностью. Нагретая вода накапливается в верхней части аккумулирующей емкости, а в нижней остается холодной;- uneven temperature distribution caused by the fact that water is heated only in its boundary layer directly in contact with the heat-absorbing surface. Heated water accumulates in the upper part of the storage tank, and remains cold in the bottom;

- сложная для изготовления конструкция;- difficult to manufacture design;

- большая материалоемкость дефицитных материалов.- high material consumption of scarce materials.

В основу изобретения поставлена техническая задача - создание конструкции солнечного водонагревателя, позволяющей максимально эффективно использовать тепловоспринимающую площадь аккумулирующей емкости солнечного водонагревателя, упростить конструкцию солнечного водонагревателя.The basis of the invention is the technical problem - the creation of a solar water heater design that allows the most efficient use of the heat-absorbing area of the storage capacity of the solar water heater, to simplify the design of the solar water heater.

Поставленная задача решается тем, что в солнечном водонагревателе, включающем коллектор солнечного излучения, бак-аккумулятор с теплоизоляцией и патрубками подвода холодной воды и отвода горячей воды, согласно изобретению бак-аккумулятор включает корпус, внутри которого размещены резервуар-теплообменник и резервуары высокого давления, установленные в его торцах, а нижняя поверхность резервуара-теплообменника является теплоприемной поверхностью прямого нагрева, кроме того, внутри него параллельно теплоприемной поверхности установлены теплообменные трубы, при этом бак-аккумулятор снабжен системой долива испаряющейся воды.The problem is solved in that in a solar water heater including a solar collector, a storage tank with heat insulation and nozzles for supplying cold water and hot water, according to the invention, the storage tank includes a housing, inside which there is a heat exchanger tank and high pressure tanks installed at its ends, and the lower surface of the tank-heat exchanger is a heat-receiving surface of direct heating, in addition, inside it parallel to the heat-receiving surface is installed enes heat exchange tubes, wherein the storage tank is provided with a system topping evaporating water.

Сущность технического решения поясняется чертежом, на котором изображен солнечный водонагреватель, общий вид.The essence of the technical solution is illustrated by the drawing, which shows a solar water heater, general view.

Солнечный водонагреватель содержит солнечный вакуумный коллектор 1, бак-аккумулятор 2 с теплоизоляцией 3 и патрубки подвода холодной воды 4 и отвода горячей воды 5. В корпусе бака-аккумулятора 2 размещен резервуар-теплообменник 6. Нижняя поверхность 7 резервуара-теплообменника 6 является теплоприемной поверхностью прямого нагрева. Внутри резервуара-теплообменник 6 параллельно теплоприемной поверхности установлены теплообменные трубы 8. В корпусе бака-аккумулятора 2 в торцах 9 резервуара-теплообменника 6 установлены резервуары высокого давления 10 и 11. Над баком-аккумулятором 2 установлена система долива испаряющейся воды 12.The solar water heater contains a solar vacuum collector 1, a storage tank 2 with thermal insulation 3, and cold water inlet 4 and hot water discharge pipes 5. A storage tank 6 is placed in the housing of the storage tank 2. The lower surface 7 of the heat exchanger tank 6 is a direct heat-receiving surface heating up. Inside the tank-heat exchanger 6, heat-exchange pipes 8 are installed parallel to the heat-receiving surface 8. High pressure tanks 10 and 11 are installed in the ends of the tank-accumulator 2 at the ends 9 of the tank-heat exchanger 6. A system of topping up evaporating water 12 is installed above the tank-accumulator 2.

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

Поток солнечного излучения падает на поверхность вакуумных труб солнечного коллектора 1, происходит прямая теплопередача солнечной энергии на теплоприемную поверхность прямого нагрева и далее происходит нагревание теплоносителя в резервуаре-теплообменнике 6 бака-аккумулятора 2. Холодная вода из системы холодного водоснабжения по патрубку 4 подачи холодной воды поступает в резервуар высокого давления 10, заполняет его и нагревается через торцевые стенки 9 резервуара-теплообменника 6, нагретая вода поступает в теплообменные трубки 8 резервуара-теплообменника. Резервуары высокого давления 10, 11 являются стартовыми емкостями подачи нагретой воды. Нагретая вода из резервуара высокого давления 11 поступает к потребителю через патрубок 5 подачи горячей воды. Солнечный водонагреватель работает на местном водяном давлении и солнечном излучении.The flow of solar radiation falls on the surface of the vacuum tubes of the solar collector 1, direct heat is transmitted from the solar energy to the heat-receiving surface of direct heating, and then the heat carrier is heated in the heat exchanger tank 6 of the storage tank 2. Cold water from the cold water supply through the cold water supply pipe 4 into the pressure tank 10, fills it and heats up through the end walls 9 of the heat exchanger tank 6, heated water enters the heat exchange tubes 8 cut the boulevard heat exchanger. Pressure vessels 10, 11 are the starting containers for the supply of heated water. Heated water from the pressure tank 11 enters the consumer through the pipe 5 for supplying hot water. The solar water heater runs on local water pressure and solar radiation.

Исключается присутствие насосной станции с циркуляционными насосами для нормального функционирования системы.The presence of a pumping station with circulation pumps for the normal functioning of the system is excluded.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить итоговый КПД солнечного водонагревателяThus, the proposed design allows to increase the final efficiency of the solar water heater

Claims

A solar water heater including a solar radiation collector, a storage tank with thermal insulation and cold and hot water supply pipes, characterized in that a heat exchanger tank and pressure tanks installed at its ends are placed inside the battery tank body, and the lower surface of the tank the heat exchanger is a direct-heating surface, in addition, heat exchange pipes are installed inside it parallel to the surface of the surface, while the storage tank is equipped with water topping top up.