CN101329111B - 分体式太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式太阳能热水器，属于太阳能热水技术领域。该分体式太阳能热水器包括承压水箱、热管，以及填充防冻换热介质的太阳能集热装置、换热箱和进、出连接管；其中，所述太阳能集热装置的进、出口分别通过进、出连接管与换热箱连通，构成循环回路；所述热管的上散热段位于承压水箱内，下吸热段位于换热箱内。本发明实现了太阳能集热装置至承压水箱的热传递，由于承压水箱具有强劲的输水动力，因此可以很好的满足使用需求；而集热装置、换热箱和进、出连接管不直接与承压水箱连通，因此其中可以填充防冻换热介质，使外置部分具有所需的防冻效果；而循环回路和热管二级换热的有机组合，只需采用少量的热管，即可高效换热，成本显著降低。

Description

分体式太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器，尤其是一种承压式太阳能热水器，属于热水器技术领域。

背景技术

传统太阳能热水器通常为由真空集热管与非承压水箱直联组成的一体化结构的直接换热系统。这种传统太阳能热水器换热效率高，但缺陷也十分明显：体积大，必须置于室外，不仅安装不便，而且一楼多户使用受限；并且水箱因处于非承压状态而供水动力不足。

为了克服非承压供水动力不足的问题，申请号为01103950.7、名称为《新一代金属玻璃真空管太阳能热水器》的中国专利申请公开了一种太阳能热水器，它主要由水箱、真空集热管、热管和连接套管组成，金属连接套管下孔与全玻璃真空集热管口部外壁用耐250℃的粘接剂在高温下烘接并密封，其上孔与热管外壁密封连接。由于水箱是全承压的，因此克服了非承压供水动力不足的缺点，并且不炸管、不冻裂、不漏水，热效率和功能强于真空集热管热水器。但这种热水器的水箱通过热管直接与真空集热管衔接，因此必须其安装在一起，无法实现集热与热水供应相分离，不仅安装不够灵活，而且推广应用多有不便。例如，日照时间较少的楼下住户难以使用；又如，卫生间朝北的住家也无法使用。因此至今未能得到切实的应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的问题，提出一种分体式太阳能热水器，该太阳能热水器不仅应当输水动力强、换热效率高，而且应当便于灵活安装、成本经济，从而使其能够得以切实推广应用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种分体式太阳能热水器，包括承压水箱、热管，以及填充防冻换热介质的太阳能集热装置、换热箱和进、出连接管；其中，所述太阳能集热装置的进、出口分别通过进、出连接管与换热箱连通，构成循环回路；所述热管的散热段(即冷凝段)位于承压水箱内，吸热段位于换热箱内。

本发明的分体式太阳能热水器当换热箱位置高于太阳能集热装置时，安置在朝阳处的太阳能集热装置可以借助其中换热介质受热后比重变小的升浮现象，使热量通过出连接管形成朝换热箱的自然流动，同时，换热箱内温度较低的换热介质则由于比重较大，通过进连接管自然沉降回流到太阳能集热装置，形成所需的换热循环；当换热箱位置低于太阳能集热装置时，只要在循环回路中增设输液泵同样可以实现所需的换热循环。由于太阳能集热装置与换热箱之间通过可以实现所需换热的循环管路连接，因此该分体式太阳能热水器的安装十分灵活方便，并且成本经济，因此为切实推广应用创造了条件。此外，位于水箱附近的换热箱巧妙借助热管实现了与水箱存水的低成本高效换热，不仅使得水箱存水由于处于承压状态而具有强劲供水动力，可以很好的满足谁用需求；同时，热管传热实现了换热箱内的换热介质与水箱存水的相互隔离，因此换热介质中可以添加防冻成分，从而保证了通常位于室外的太阳能集热装置即使在寒冷的冬夜也不会冻结。

总之，本发明巧妙实现了太阳能集热装置至承压水箱的热传递，由于承压水箱具有强劲的输水动力，因此可以很好的满足使用需求；而集热装置、换热箱和进、出连接管不直接与承压水箱连通，因此其中可以填充防冻换热介质，使外置部分具有所需的防冻效果；而循环回路和热管二级换热的有机组合，只需采用少量的热管，即可高效换热，成本显著降低。

附图说明

图1是本发明优选实施例一的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明分体式太阳能热水器的结构作进一步说明。

实施例一

本实施例的分体式太阳能热水器如图1所示，包括设置于室外的两组真空管1-1、1-2、设置于室内的承压水箱2、穿过室内外的出连接管3、进连接管4和十二根热管5。两组水平真空管1-1、1-2之间设有一联接箱9，联接箱9将两组真空管1-1、1-2连通，构成鱼脊状的太阳能集热装置，非常适合安装在阳台一侧。联接箱9的上、下端分别开有上出口10和下进口11。换热箱6安设在承压水箱2底部外壁，在换热箱6的底部开有进口7和出口8。出连接管3和进连接管4的一端分别与联接箱9的上出口10和下进口11连接，出连接管3和进连接管4的另一端分别与进口7和出口8连接，构成循环回路。十二根热管5竖直穿过换热箱6的顶部与承压水箱2的底部，上散热段(即冷凝段)和下吸热段分别位于换热箱6内和承压水箱2内。在两组真空管1-1、1-2内、联接箱9、出连接管3、进连接管4和换热箱内充满防冻液。承压水箱2还设有从其底部穿入的冷水管12和热水管13。在换热箱6的侧面装设有防冻液补液箱14，换热箱6与防冻液补液箱14之间通过补液管15连通。

使用时，置于室外的两组真空管1-1、1-2吸受光热后使其内部的防冻液升温，这就造成两组真空管1-1、1-2内的防冻液与置于室内的换热箱6内的防冻液产生温差，从而促使防冻液在两组真空管1-1、1-2与换热箱6之间流动；两组真空管1-1、1-2内的热防冻液从两组真空管1-1、1-2之间的联接箱9的出连接管3流入换热箱6内，换热箱6内原冷换热箱6内沿进连接管4流回两组真空管1-1、1-2内被加热；流入换热箱6内的热防冻液将热量传给十二根热管5位于换热箱6内的一段后，其温度下降又流回联接箱9内，而流回两组真空管1-1、1-2内被加热的热防冻液再次流入换热箱6内，如此形成循环流动；十二根热管5位于换热箱6内一段内的液态介质接受热防冻液传来的热量后，迅速蒸发成气态并上升到十二根热管5位于承压水箱2内的另一段，气态的介质通过热管管壁将热量传给承压水箱2内的水后，重新冷凝成液态介质并借毛细力流回十二根热管5位于换热箱6内的一段。

从上述可知，本实施例的分体式太阳能热水器通过将短距离的热管竖直分设于承压水箱2和换热箱6内，并通过普通的连接管将真空管采集的光热传输到换热箱6内，使得热管处于不同位置的两段分别与承压水箱2内的水和换热箱6内的防冻液都形成传导式换热；这样就充分发挥了热管快速高效的性能，从而能够高效快速地加热承压水箱2内的水。本实施例的分体式太阳能热水器避免了现有分体式太阳能热水器的热管因存在距离长、拐弯多和含水平段所带来的无法有效并快速传输热管内介质的弊病，并大大降低成本。

申请人经过对本实施例的分体式太阳能热水器和现有分体式太阳能热水器的分别实验，得到对比实验数据如下表：

品牌	集热面积(m2)	安装角度(度)	安装朝向	水箱实际容量(L)	起始温度(℃)	最终温度(℃)	开始时间	结束时间	日得热量(MJ/d)	单位面积日得热量(MJ/m2.d)
											现有阳台壁挂	1.55	30	正南	69	27.95	48.1	8:00	16:00	5.84	3.77
本实施例样机	2.07	30	正南	92	28.48	55	8:00	16:00	10.25	4.95

从上表可看出，在其它条件相同的情况下，本实施例的分体式太阳能热水器使得热量比现有高出50％以上，换热效果十分显著。

此外，本实施例的分体式太阳能热水器将热管的蒸发段和冷凝段分别设于换热箱6内和承压水箱2内，夏天时，当承压水箱2内水温高时，由于热管的两段间温差小，因此可以降低热管的换热效率，从而避免承压水箱2处于过热状态，不仅可以延长承压水箱2的使用寿命还可以提高承压水箱2的使用安全性。

使用时，本实施例的太阳能集热装置可以按需安置在阳台之类的朝阳处，水箱则可以安置在室内合适位置，安装十分灵活方便。

本实施例由于使得重力式热管竖直分设于换热箱内和承压水箱内，因此避免了现有分体式太阳能热水器热管因距离长、拐弯多和含水平段所带来的无法有效并快速传输热管内介质的弊病，可以充分发挥重力式热管的传导式换热效能；同时，巧妙设置换热箱将非承压的真空管与热管通过充满防冻换热介质的普通连接管连通以进行对流式换热。本实施例的分体式太阳能热水器创造性地将对流式介质换热与传导式热管换热进行有机地结合，从而获得比现有换热方式更高的换热效率，且成本大幅降低。

实施例二

本实施例的分体式太阳能热水器基本结构与实施例一相同，不同之处在于毛细作用的采用非重力式热管，因此换热箱可以安置在水箱侧面，热管处于水平状态；并且允许换热箱的位置低于太阳能集热装置，因为在循环回路中增设了输液泵，同样可以实现所需的换热循环；此外，水箱为电热水器水箱，其中装有电热棒，因此本实施例中的太阳能加热与电加热构成了互补的加热系统。

实验证明，本实施例的分体式太阳能热水器具有与实施例一基本相同的以下显著优点：

1、安装灵活方便，易于推广应用；

2、只需少量热管，成本十分经济；

3、换热效率高，供水动力强劲，使用效果理想；

4、具有防冻效果，使用地域不受限制。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，还可以有其它变化方式，比如：1)两组真空管也可以是一组或多组，一组时可以省去联接箱；2)热管5的数量也可以是其它数量；3)防冻液也可由其它防冻换热介质代替；4)将进、出连接管制成套管结构；5)水箱除了电加热之外，也可以是燃气加热之类的燃烧器，作为辅助热源。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种分体式太阳能热水器，包括承压水箱、热管，以及填充防冻换热介质的太阳能集热装置，其特征在于：还包括换热箱和进、出连接管；所述太阳能集热装置的进、出口分别通过进、出连接管与换热箱连通，构成循环回路；所述热管的散热段位于承压水箱内，吸热段位于换热箱内。

2.根据权利要求1所述的分体式太阳能热水器，其特征在于：所述太阳能集热装置由水平真空管之间设有连通的联接箱构成，所述联接箱的上、下端分别开有上出口和下进口。

3.根据权利要求2所述的分体式太阳能热水器，其特征在于：所述换热箱位置高于所述太阳能集热装置，底部开有进口和出口；出连接管和进连接管的一端分别与所述联接箱的上出口和下进口连接，出连接管和进连接管的另一端分别与所述换热箱底部的进口和出口连接，构成循环回路。

4.根据权利要求2所述的分体式太阳能热水器，其特征在于：所述换热箱位置低于所述太阳能集热装置，所述循环回路中设有输液泵。

5.根据权利要求3或4所述的分体式太阳能热水器，其特征在于：所述水箱中含有辅助热源。

6.根据权利要求5所述的分体式太阳能热水器，其特征在于：所述辅助热源为电加热器与燃烧器之一。

7.根据权利要求6所述的分体式太阳能热水器，其特征在于：还含有防冻液补液箱，所述换热箱与防冻液补液箱之间通过补液管连通。