[1]Изобретение относится к гелиотехнике и предназначено для нагревания воды за счет преобразования солнечной энергии в тепловую и может быть использовано в биотехнологической, пищевой, сельскохозяйственной и других отраслях промышленности, а также в быту.
[2]Известен солнечный водонагреватель, содержащий вертикально расположенный прозрачный корпус, внутри которого размещена емкость, окрашенная в черный цвет, с подводящим и отводящим патрубками для воды, емкость для воды образована поверхностями двух коаксиально расположенных цилиндров, крышкой и днищем, внутри емкости расположена спиралевидная вставка, а внутренний полый цилиндр с открытым верхним концом выполнен удлиненным и имеет отверстия, расположенные внутри корпуса под днищем емкости, см. RU Патент №2555611, МПК F24J 2/04 (2006.01), 2014.
[3]Недостатком известного устройства является то, что в середине дня, когда солнце находится в верхней точке (зените), эффективность работы солнечного водонагревателя снижается, т.к. плоская крышка водонагревателя имеет незначительную поверхность по сравнению с поверхностью внешнего обогреваемого цилиндра.
[4]Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является солнечный водонагреватель, выполненный в виде призмы и содержащий аккумулирующую емкость и рекуперативную емкость, аккумулирующая емкость выполнена с лицевой наклонной поглощающей поверхностью и тыльной теплоизоляцией, за которой расположена рекуперативная емкость, имеющая общую поверхность с тыльной теплоизоляцией, и соединена трубопроводами с аккумулирующей емкостью, см. RU Патент №2078290, МПК F24J 2/06 (1995.01), F24J 2/34 (1995.01), 1997 г
[5]Указанный солнечный водонагреватель работает следующим образом:
[6]Аккумулирующую и рекуперативную емкости водонагревателя заполняют водой через соответствующие заливные отверстия. Солнечные лучи проходят через прозрачное покрытие, попадают на лицевую наклонную поглощающую поверхность аккумулирующей емкости и полученное тепло нагревает воду в этой емкости. Часть теплового потока, пройдя через стенку аккумулирующей емкости, тепловую изоляцию и стенку рекуперативной емкости нагревает воду, находящуюся в рекуперативной емкости.
[7]Недостатком данного устройства является длительность нагрева воды. Поскольку солнечный водонагреватель, содержащий аккумулирующую емкость и рекуперативную емкость, выполнен в виде призмы, поток солнечного излучения будет плохо поглощаться в утреннее и вечернее время, т.к. светопоглощающая поверхность призмы в силу своей геометрии наиболее эффективно поглощает солнечные лучи, когда солнце находится в зените, и эффективность нагревания воды существенно снижается, если лучи солнца падают на светопоглощающую поверхность не под прямым углом.
[8]Нагрев воды в рекуперативной емкости, за счет теплового потока, аккумулирующей емкости, проходящего через тепловую изоляцию и стенку рекуперативной емкости малоэффективен, так как тепловая изоляция, существенно ослабляет тепловой поток, к тому же, рекуперативная емкость не имеет наружной теплоизоляции, поэтому нагревание воды в этой емкости сопровождается ее быстрым охлаждением при отсутствии солнечных лучей.
[9]Задачей изобретения является повышение эффективности солнечного водонагревателя за счет сокращения времени нагрева воды до заданной рабочей температуры.
[10]Техническая задача решается тем, что солнечный водонагреватель, содержащий аккумулирующую и рекуперативную емкости, согласно изобретению аккумулирующая и рекуперативная емкости образованы поверхностями двух коаксиально расположенных цилиндров со сферическим верхом, аккумулирующая емкость дополнительно снабжена светопрозрачной оболочкой, а рекуперативная емкость имеет штуцер по оси цилиндров с отверстием внутри аккумулирующей емкости, при этом аккумулирующая емкость имеет патрубок для ввода воды, а рекуперативная емкость - для ее вывода.
[11]Решение технической задачи позволяет повысить эффективность солнечного водонагревателя за счет сокращения времени нагрева воды до заданной температуры.
[12]Солнечный водонагреватель, см. Фиг. 1, содержит аккумулирующую емкость 1, рекуперативную емкость 2. Аккумулирующая и рекуперативная емкости образованы поверхностями двух коаксиально расположенных цилиндров 3 и 4 со сферическим верхом 3' и 4', соответственно. Аккумулирующая емкость 1 дополнительно снабжена светопрозрачной оболочкой 5. Рекуперативная емкость 2 имеет штуцер 6, расположенный по оси двух коаксиально расположенных цилиндров, штуцер имеет отверстие 7 внутри аккумулирующей емкости 1. Аккумулирующая емкость имеет патрубок 8 для ввода холодной воды, а рекуперативная емкость имеет патрубок 9 для вывода нагретой воды. Патрубки для ввода и вывода воды могут быть снабжены вентилями для регулирования скорости слива и налива, подвода и отвода воды (на Фиг. 1 не показаны).
[13]Устройство предназначено для непрерывного нагрева воды до заданной рабочей температуры в течение светового дня и работает следующим образом.
[14]Аккумулирующую емкость 1 через патрубок 8 заполняют водой до сливного отверстия 7 (или частично) для нагрева ее солнечными лучами. Солнечные лучи проходят через светопрозрачную оболочку 5 и поглощаются поверхностью аккумулирующей емкости 1. Полученная от солнца теплота нагревает воду в аккумулирующей емкости. Для ускорения нагрева воды до заданной температуры объем аккумулирующей емкости 1 выбирают таким, чтобы он был меньше объема рекуперативной емкости 2. Скорость подачи воды (или объем поступающей воды) в аккумулирующую емкость 1 выбирают такой, чтобы к моменту ее слива в рекуперативную емкость 2 через отверстие 7 штуцера 6 вода имела заданную температуру.
[15]При заполнении рекуперативной емкости 2 водой воздух, находящийся в рекуперативной емкости, через штуцер 6 выходит наружу.
[16]Отбор нагретой воды осуществляют из рекуперативной емкости 2 через патрубок 9.
[17]Большая поверхность цилиндрической части аккумулирующей емкости со сферическим верхом обеспечивает быстрый нагрев воды в утренние и вечерние часы, когда интенсивность потока солнечного излучения невелика, а лучи солнца падают на эту поверхность практически под прямым углом. По мере подъема солнца над горизонтом солнечные лучи падают на сферический верх аккумулирующей емкости 1. В середине дня, когда лучи солнца имеют максимальный угол над горизонтом, сферическая поверхность аккумулирующей емкости эффективно воспринимает весь поток солнечного излучения и передает тепло воде.
[18]Благодаря цилиндрической поверхности со сферическим верхом аккумулирующей емкости 1 обогреваемая поверхность водонагревателя не зависит от поворота земли относительно солнца.
[19]Потери тепла нагретой воды в окружающее пространство минимальны, т.к. водонагреватель дополнительно снабжен светопрозрачной оболочкой 5. Наличие светопрозрачной оболочки позволяет не только снизить теплопотери в окружающее пространство, но и увеличить скорость нагрева воды в аккумулирующей емкости за счет конвекции воздуха, находящего между светопрозрачной оболочкой и стенкой аккумулирующей емкости.
[20]Совокупность признаков заявляемого объекта, обладающего простой конструкцией по сравнению с прототипом, позволяет повысить эффективность солнечного водонагревателя за счет сокращения времени нагрева воды до заданной температуры.
