Сонячний водонагрівач “губка”

Реферат: Сонячний водонагрівач містить металевий корпус із прозорим верхнім покриттям, під яким розміщена теплопоглинаюча пластина, покрита абсорбційним шаром, з трубчастим змійовиком, а днище корпусу покрите шаром теплоізоляційного матеріалу. Металевий корпус виконаний у вигляді короба, в порожнину якого вставлений каркас із рейок, трубчастий змійовик закріплений на теплопоглинаючій пластині за допомогою скоб, внутрішня поверхня яких оброблена теплопровідною пастою, на кінцях трубчастого змійовика встановлені гайки із прокладками. При цьому кінці трубчастого змійовика розвальцьовані, теплопоглинаюча пластина разом із трубчастим змійовиком вставлена в отвори, виконані в бічних стінках каркаса із рейок, і зверху затиснена планкою, що з’єднана із бічними стінками каркаса із рейок, до яких прикріплені під нахилом смужки теплоізоляційного матеріалу. При цьому верхня і нижня поверхні сонячного водонагрівача окантовані металевими кутниками. UA 113066 U (12) UA 113066 U UA 113066 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі сонячної енергетики, а саме стосується конструкції сонячного водонагрівача, та може бути використана для перетворення сонячної енергії у теплову і нагріву таким чином води у побуті та на різноманітних виробництвах, а також для використання у системах гарячого водопостачання житлових, адміністративних і промислових приміщень. Відомий геліоколектор, що містить корпус із захисним прозорим покриттям, на дні якого розташований шар теплоізолюючого матеріалу, над ним прикріплено теплопоглинач, з'єднаний з вхідним і вихідним патрубками теплоносія, зафіксованими в бічних стінках корпусу, при цьому корпус оснащений вхідним і вихідним патрубками для повітря, між теплоізолюючим шаром і теплопоглиначем розміщений шар променевідбиваючого матеріалу, а теплопоглинач виконаний у вигляді гребінок, розташованих паралельно і з'єднаних між собою оребреними трубками 6 [патент України № 98370 (U) з класу МПК F24J 2/04, опубл. 27.04.2015 у Бюл. № 8]. Недоліками відомого геліоколектора є значна складність і матеріалоємність конструкції при відносно низькій ефективності геліоколектора, що зумовлено наявністю додаткового шару променевідбиваючого матеріалу, а також виконанням теплопоглинача у вигляді паралельно розташованих гребінок, з'єднаних між собою оребреними трубками. Крім того, оснащення корпусу геліоколектора патрубками для повітря, які за задумом розробників призначені для захисту геліоколектора від перегріву, насправді призводить до зниження кількості теплоти, яку отримує теплоносій, що суттєво знижує ККД відомого пристрою. Також відомий плоский сонячний колектор, що містить корпус, всередині якого у верхній його частині розташоване прозоре покриття, під яким розміщено абсорбер, що містить теплопоглинаючий лист, трубний регістр, трубопровід якого має форму прямокутника із округленими краями в поперечному перерізі і контактує з теплопоглинаючим листом своєю більшою стороною, і гідравлічний колектор, а під абсорбером розташований теплоізоляційний 6 шар [патент України № 68850 (A) з класу МПК F24J 2/24, опубл. 16.08.2004 у Бюл. № 8]. Недоліками цього сонячного колектора є складність і металоємність конструкції, а також висока собівартість виготовлення пристрою. Найближчим аналогом запропонованої корисної моделі за кількістю суттєвих ознак та технічним результатом, що досягається, є сонячний водонагрівач, що містить металевий корпус із прозорим верхнім покриттям, під яким розміщені теплопоглинаюча пластина з трубчастим змійовиком, покриті абсорбційним шаром, а днище корпусу покрите шаром теплоізоляційного матеріалу [http://cotlix.com/kak-sdelat-solnechnyj-vodonagrevatel, знайдено в Інтернет 14.06.2016]. Недоліком найближчого аналога є складність конструкції, що зумовлено монолітністю конструкції теплообмінного вузла сонячного водонагрівача, зокрема тим, що трубопроводи трубчастого змійовика запресовані у теплопоглинаючу пластину. Це спричиняє високу трудоємність виготовлення відомого сонячного водонагрівача, а також значну його собівартість. Також недоліком найближчого аналога є низький ККД пристрою, що зумовлено недостатньою теплоізоляцією бічних стінок корпусу, що призводить до тепловтрат і не дозволяє ефективно поглинати сонячну енергію впродовж денної частини доби. Наступним недоліком є значна металоємність конструкції сонячного водонагрівача, що зумовлено масивністю і металоємністю конструкції його корпусу. В основу корисної моделі поставлена задача спростити конструкцію сонячного водонагрівача, підвищити його ККД, знизити металоємність і собівартість виготовлення в цілому, а також зменшити трудоємність виготовлення. Поставлена задача вирішується тим, що у сонячному водонагрівачі, що містить металевий корпус із прозорим верхнім покриттям, під яким розміщена теплопоглинаюча пластина, покрита абсорбційним шаром, з трубчастим змійовиком, а днище корпусу покрите шаром теплоізоляційного матеріалу, згідно з корисною моделлю, металевий корпус виконаний у вигляді короба, в порожнину якого вставлений каркас із рейок, трубчастий змійовик закріплений на теплопоглинаючій пластині за допомогою скоб, внутрішня поверхня яких оброблена теплопровідною пастою, на кінцях трубчастого змійовика встановлені гайки із прокладками, при цьому кінці трубчастого змійовика розвальцьовані, теплопоглинаюча пластина разом із трубчастим змійовиком вставлена в отвори, виконані в бічних стінках каркаса із рейок, і зверху затиснена планкою, що з'єднана із бічними стінками каркаса із рейок, до яких прикріплені під нахилом смужки теплоізоляційного матеріалу, при цьому верхня і нижня поверхні сонячного водонагрівача окантовані металевими кутниками. Крім того, згідно з корисною моделлю, короб може бути виготовлений із тонкого листового металу, переважно із жерсті. Також, згідно з корисною моделлю, рейки каркаса можуть бути виконані із деревини та/або ДСП. 1 UA 113066 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Також, згідно з корисною моделлю, прозоре верхнє покриття може бути виконане із полікарбонату. Також, згідно з корисною моделлю, з'єднання скоб із теплопоглинаючою пластиною може бути виконане за допомогою точкової зварки. Також у іншому можливому варіанті реалізації корисної моделі з'єднання скоб із теплопоглинаючою пластиною може бути виконане за допомогою заклепок. Також, згідно з корисною моделлю, як теплоізоляційний матеріал для виготовлення смужок, прикріплених під нахилом до видимої частини бічних стінок каркаса короба, використана мінеральна вата із фольгованою поверхнею. Перелічені ознаки є суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, а їх сукупність забезпечує досягнення очікуваного технічного результату - спрощення конструкції, підвищення ККД, зниження металоємності, а отже і ваги, зниження собівартості та трудоємності виготовлення. Причинно-наслідковий зв'язок між суттєвими ознаками корисної моделі, що заявляється, і одержаним технічним результатом полягає в наступному. За рахунок того, що у запропонованому сонячному водонагрівачі "Губка" металевий корпус виконаний у вигляді короба, в порожнину якого вставлений каркас із рейок - вузьких і тонких планок, виготовлених переважно із деревини або ДСП, досягається можливість знизити металоємність і загальну вагу пристрою без погіршення міцнісних характеристик його корпусу і надійності конструкції в цілому. Зокрема, вказане удосконалення дозволяє виготовляти корпус сонячного водонагрівача із тонкого листового металу, наприклад із жерсті (бляхи), що значно дешевше, порівняно із найближчим аналогом. За рахунок того, що трубчастий змійовик закріплений на теплопоглинаючій пластині за допомогою скоб, дозволяє зменшити трудоємність виготовлення запропонованого сонячного водонагрівача. При цьому завдяки обробленню внутрішньої поверхні вказаних скоб теплопровідною пастою досягається покращення адгезії між матеріалами трубчастого змійовика та теплопоглинаючої пластини, до якої він кріпиться, та збільшує тепловіддачу. Крім того, завдяки забезпеченій можливості з'єднання скоб із теплопоглинаючою пластиною за допомогою точкової зварки або заклепок досягається висока технологічність виробу. За рахунок того, що теплопоглинаюча пластина разом із трубчастим змійовиком вставлена в отвори, виконані в бічних стінках каркаса із рейок і зверху затиснена планкою, що з'єднана із бічними стінками каркаса із рейок та, по суті, виконує роль перетинки-розпірки, забезпечується простота конструкції при одночасно високій її надійності і стабільності впродовж всього терміну експлуатації, незалежно від кута встановлення сонячного водонагрівача, використання різноманітних технічних пристроїв для встановлення тощо. Додатково міцності і надійності конструкції пристрою сприяє те, що верхня і нижня поверхні сонячного водонагрівача окантовані металевими кутниками. За рахунок використання мінеральної вати із фольгованою поверхнею вздовж видимої частини всіх бічних стінок каркаса досягається збільшення поглинання сонячного тепла впродовж денної частини доби. Таким чином, запропонований сонячний водонагрівач "Губка" відповідає сучасним вимогам до геліотехнічних пристроїв і при цьому є ефективним, технологічним та має низьку собівартість виготовлення, порівняно із найближчим аналогом. Сонячний водонагрівач "Губка", що пропонується, може бути встановлений під кутом 30-60°, із застосуванням будь-яких технічних пристроїв і методів установки («телескоп", "гойдалка", "тринога", тощо). При цьому, за результатами практичної перевірки, в сонячний дні, при правильно обраному куті нахилу, сонячний водонагрівач "Губка" запропонованої конструкції здатен нагріти бойлер ємністю 80 літрів за одну годину до температури 60-70 °C. Саме тому в різні пори року даний пристрій може успішно використовуватися у приватному житловому секторі, котеджах, присадибних ділянках, туристичних закладах, на підприємствах харчування, в лікарнях, школах, дитсадках тощо для нагріву води без витрачання електроенергії або жодних інших енергоносіїв, окрім сонячного тепла. Подальша суть корисної моделі пояснюється в описі, який наведено нижче як необмежувальний приклад, з посиланням на ілюстративний матеріал, на якому зображено: на фіг. 1 - запропонований сонячний водонагрівач "Губка", профільний розріз; на фіг. 2 запропонований сонячний водонагрівач "Губка", фронтальний розріз; на фіг. 3 - запропонований сонячний водонагрівач "Губка", поперечний розріз; на фіг. 4 - загальний вигляд запропонованого сонячного водонагрівача "Губка" у робочому стані. Запропонований сонячний водонагрівач "Губка" містить металевий корпус, виконаний у вигляді короба 1, виготовленого із тонкого листового металу (жерсті), в порожнину якого 2 UA 113066 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 вставлений каркас із рейок 2, виготовлених наприклад із ДСП. Днище короба 1 покрите шаром теплоізоляційного матеріалу 3, наприклад мінеральної вати. Трубчастий змійовик 4 закріплений на теплопоглинаючій пластині 5 за допомогою скоб 6, внутрішня поверхня яких оброблена теплопровідною пастою. З'єднання скоб 6 із теплопоглинаючою пластиною 5 виконане, наприклад, за допомогою точкової зварки. Теплопоглинаюча пластина 5 разом із трубчастим змійовиком 4 покрита абсорбційним шаром (чорною фарбою). Теплопоглинаюча пластина 5 разом із трубчастим змійовиком 4 вставлена в отвори (не показані), виконані в бічних стінках каркаса із рейок 2, і зверху затиснена планкою 7, що з'єднана із бічними стінками каркаса із рейок 2. На кінцях 8 і 9 трубчастого змійовика 4 встановлені гайки 10 із прокладками для фіксації кінців в бічних стінках корпусу 1, при цьому кінці трубчастого змійовика 4 розвальцьовані з утворенням, відповідно, вхідного і вихідного патрубків для підведення і відведення теплоносія (води). До бічних стінок каркаса із рейок 2 прикріплені під нахилом смужки теплоізоляційного матеріалу 11. Як теплоізоляційний матеріал для виготовлення вказаних смужок 11 використана мінеральна вата із фольгованою поверхнею. Зверху короб 1 закритий прозорим покриттям 12, виконаним із полікарбонату. При цьому верхня і нижня поверхні сонячного водонагрівача окантовані, відповідно, металевими кутниками 13 і 14. Запропонований сонячний водонагрівач "Губка" виготовляють наступним чином. Із тонкого листового металу (жерсті) товщиною 0,45 мм викроюють короб 1 розмірами 1000×2000 мм. Кінці сторін загинають на сусідні стінки, герметизують (змащують зсередини термостійким герметиком) і з'єднують між собою саморізами (не показані). Виготовляють каркас із рейок 2, використовуючи планки з ДСП розмірами 2000×1000×20 та 960×100×20, та вставляють його в заготовлений короб 1. Днище короба 1 вистилають мінеральною ватою, наприклад ROCKWOOL або KNAUF, товщиною 50 мм. Бічні стінки каркаса із рейок 2 з'єднують, наприклад, за допомогою металевих шпильок 15, заховавши їх під мінеральну вату на 10 мм. Із жерсті вирізають теплопоглинаючу пластину 5 розмірами 1960×960 мм. Із мідної трубки діаметром 12,7 мм вигинають трубчастий змійовик 4 із радіусом згину кожного коліна 50 мм і довжиною прямої ділянки 800 мм. На вирізану теплопоглинаючу пластину 5 накладають мідний трубчастий змійовик 4 і роблять позначки його розташування на теплопоглинаючій пластині 5. При цьому слідкують, щоб вхідний та вихідний кінці трубчастого змійовика 4 виходили за межі теплопоглинаючої пластини 5 на 50 мм. Прикріплюють мідний трубчастий змійовик 4 до теплопоглинаючої пластини 5 скобами 6 довжиною 50 мм і шириною 10-15 мм. Для виготовлення скоб 6 використовують жерсть товщиною 0,2-0,З мм. Внутрішню поверхню скоб 6 оброблюють теплопровідною пастою. Саме з'єднання кожноїскоби 6 із теплопоглинаючою пластиною 5 здійснюють за допомогою зварювального контактно-точкового апарата. При відсутності вказаного апарата з'єднання скоб 6 із теплопоглинаючою пластиною 5 здійснюють за допомогою заклепок діаметром 3,2 мм у попередньо просвердлених отворах (не показані). Теплопоглинаючу пластину 5 разом із мідним трубчастим змійовиком 6 вставляють у попередньо просвердлені в бічних стінках каркаса із рейок 2 отвори (не показані) і зверху затискають дерев'яною планкою 7 розмірами 960×50×20, що з'єднана із бічними стінками каркаса із рейок 2 короба 1. Кінці 8 і 9 мідного трубчастого змійовика 4 розвальцьовують, попередньо вставивши туди гайки 10 М15 із прокладками. Здійснюють фарбування всієї поверхні теплопоглинаючої пластини 5 разом із мідним трубчастим змійовиком 4 та дерев'яною планкою 7 чорною фарбою, що утворює абсорбційний шар. До всіх бічних стінок каркаса із рейок 2, а саме до видимої частини кожної із стінок (від теплопоглинаючої пластини 5 до поверхні каркаса із рейок 2), прикріплюють під нахилом смужки 11 із мінеральної вати із фольгованою поверхнею δ20 шириною 50 мм, наприклад, за допомогою скобок (не показані), а нижній край фольги прикріплюють, наприклад, за допомогою термостійкого клею (не показано). На поверхню каркаса із рейок 2 рівномірно наносять силікон та встановлюють прозоре покриття 12 - полікарбонатний лист товщиною 8,1 мм. Верхню поверхню сонячного водонагрівача окантовують алюмінієвим кутником 13 L25 мм, а нижню - сталевим кутником 14 L35 мм. Запропонований сонячний водонагрівач "Губка" працює наступним чином. Сонячне світло проходить крізь прозоре покриття 12 і потрапляє на теплопоглинаючу пластину 5, яка нагрівається, перетворюючи сонячну радіацію в теплову енергію. Це тепло передається теплоносію (воді), що циркулює у мідному трубчастому змійовику 4, під'єднаному 3 UA 113066 U 5 до накопичувального бака (не показаний). Теплоносій нагрівається і віддає потім теплову енергію через теплообмінник воді в накопичувальному баці. Запропоноване технічне рішення перевірене на практиці. Корисна модель, що пропонується, втілена у конструкції сонячного водонагрівача СВН "Губка", який апробований на виробничих потужностях МПП "Верест", і при цьому не містить у своєму складі жодних конструктивних елементів чи матеріалів, які неможливо було б відтворити на сучасному етапі розвитку науки і техніки, зокрема, у галузі сонячної енергетики, може бути виготовлений з використанням відомих технологій. Разом із тим, у відомих джерелах патентної та іншої науково-технічної інформації не виявлено зразків сонячних нагрівачів із вказаною сукупністю суттєвих ознак. 10 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 25 30 35 1. Сонячний водонагрівач, що містить металевий корпус із прозорим верхнім покриттям, під яким розміщена теплопоглинаюча пластина, покрита абсорбційним шаром, з трубчастим змійовиком, а днище корпусу покрите шаром теплоізоляційного матеріалу, який відрізняється тим, що металевий корпус виконаний у вигляді короба, в порожнину якого вставлений каркас із рейок, трубчастий змійовик закріплений на теплопоглинаючій пластині за допомогою скоб, внутрішня поверхня яких оброблена теплопровідною пастою, на кінцях трубчастого змійовика встановлені гайки із прокладками, при цьому кінці трубчастого змійовика розвальцьовані, теплопоглинаюча пластина разом із трубчастим змійовиком вставлена в отвори, виконані в бічних стінках каркаса із рейок, і зверху затиснена планкою, що з’єднана із бічними стінками каркаса із рейок, до яких прикріплені під нахилом смужки теплоізоляційного матеріалу, при цьому верхня і нижня поверхні сонячного водонагрівача окантовані металевими кутниками. 2. Сонячний водонагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що короб виготовлений із тонкого листового металу, переважно із жерсті. 3. Сонячний водонагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що рейки каркаса виконані із деревини та/або ДСП. 4. Сонячний водонагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що прозоре верхнє покриття виконане із полікарбонату. 5. Сонячний водонагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що з'єднання скоб із теплопоглинаючою пластиною виконане за допомогою точкової зварки. 6. Сонячний водонагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що з'єднання скоб із теплопоглинаючою пластиною виконане за допомогою заклепок. 7. Сонячний водонагрівач за п. 1, який відрізняється тим, що як теплоізоляційний матеріал для виготовлення смужок, прикріплених під нахилом до видимої частини бічних стінок каркаса короба, використана мінеральна вата із фольгованою поверхнею. 4 UA 113066 U 5 UA 113066 U Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6