CN101846399B - 带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，包括多根太阳能集热管、进水管、出水管、保温层、多根相变蓄热器和温控阀；各相变蓄热器设置在各太阳能集热管内；所述进水管套在出水管内；所述出水管与相变蓄热器连接；所述温控阀与出水管相连；所述保温层包于出水管、太阳能集热管和出水管的连接口以及太阳能集热管上端的外部。本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器在出水管上连接温控阀，出水管内热水温度过高时，可由温控阀排出热水，带走过量热能，降低出水管内热水温度，从而解除相变蓄热器过热的危险状态，大大提高了太阳能相变蓄热热水器的安全性能。

Description

带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器，特别是涉及一种带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器。

背景技术

一种现有技术的太阳能热水器包括集热器、保温水箱、连接管道和支架，保温水箱设置在支架的顶端，集热器设置在支架的前侧，集热器中的真空管倾斜插装在支架前侧下部的托盒和保温水箱之间，连接管道设置在集热器及保温水箱内，用以将热水从集热器输送到保温水箱、将冷水从保温水箱输送到集热器，这种太阳能热水器的缺点是，安装不方便，受天气或季节变化影响大，供热不稳定。

另一种现有技术是中国专利申请200710156133.8披露的“即热式太阳能热水器”包括太阳能集热管和构件支架，数个太阳能集热管排列在构件支架上，连体管中置SU形串联装置件，太阳能集热管插在SU形串联装置件的U形口，太阳能集热管内的内流管插在SU形串联装置件的S形通道中，SU形串联装置件首尾相接，第一个SU形串联装置件首端接进水接口，最后一个SU形串联装置件尾端接出水接口。这种即热式太阳能热水器不需要保温水箱，安装方便，但是蓄积热能差，不适合夜间、阴雨天使用，太阳能利用率低。

又一种现有技术的太阳能热水器是将高潜热相变材料置入太阳能集热管中，利用相变材料进行蓄热，蓄热密度较高，不仅稳定了太阳能集热管内的温度，提高了太阳能集热管的吸热效率，而且无需保温水箱，安装方便，但是置有高潜热相变材料的太阳能集热管收集热量能力强，散热能力较差，当相变材料蓄热过热时，会使太阳能集热管内压力过高，带来安全隐患或者导致材料变性。

发明内容

本发明的目的是提供一种带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，能在太阳能过剩时，排出部分热水，防止相变材料过热，提高太阳能相变蓄热热水器的安全性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，包括数个太阳能集热管、进水管、出水管、保温层、数个相变蓄热器和温控阀；

各相变蓄热器设置在各太阳能集热管内；

所述进水管套在出水管内；

所述出水管与相变蓄热器连接；

所述温控阀与出水管相连；

所述保温层包于出水管、太阳能集热管和出水管的连接口以及太阳能集热管上端的外部。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述进水管由进水总管与数个导流管连接贯通构成；所述出水管由出水总管与数个换热管连接贯通构成；各换热管设置在各相变蓄热器中；所述各导流管置于各换热管内，进水总管设置在出水总管内；所述温控阀与出水总管相连；所述出水总管包在保温层内。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述温控阀包括阀体、弹簧、阀芯芯体、相变材料、弹性元件、阀芯封头、顶杆、阀盖和连接口；

所述连接口设置在阀体底端的中央，该连接口与出水总管相连；

所述阀盖设置在阀体的顶端，该阀盖与阀体固定连接；

所述阀盖设有一空腔，所述空腔的顶端设有至少一出水口，该空腔的底端设有一阀口；

所述阀芯芯体设置在阀体腔内的上部，该阀芯芯体一端封闭，另一端开口；

所述弹簧设置在阀体的腔内，该弹簧的一端与阀体的底端连接，其另一端与阀芯封头连接；

所述相变材料置入阀芯芯体内；

所述弹性元件设置在阀芯芯体的开口端上，该弹性元件与阀芯芯体内的相变材料紧密接触；所述弹性元件的中央为一“U”型凹槽；

所述顶杆的一端置入弹性元件的“U”型凹槽内，其另一端穿过空腔底端的阀口伸入空腔内，不接触空腔的顶端；

所述阀芯封头设置在弹性元件的顶端、环绕顶杆，该阀芯封头与空腔底端的阀口接触，形成密封封口。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述相变蓄热器包括固定端盖、管体紧固端盖和相变材料，所述管体两端开口，所述固定端盖设置在管体的一端，该固定端盖与太阳能集热管的密封端相对应，所述紧固端盖设置在管体的另一端，所述相变材料置入管体内。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述紧固端盖焊接在管体上。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述相变蓄热器的管体连接紧固端盖的一端为收缩口，所述紧固端盖卡在管体的收缩口内，所述紧固端盖与管体的收缩口之间设有弹性密封圈，形成紧固端盖与管体的收缩口弹性收缩连接。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述固定端盖由尾端盖和数个支架组成，所述数个支架垂直设置在尾端盖的一侧面，或者数个支架垂直设置在管体下部的内壁上，所述支架撑托着换热管。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述紧固端盖包括首端盖、弹性密封圈、挡环、密封脂和压紧盖，所述首端盖一端的内壁上设有突台，其另一端的外壁上设有凹槽，首端盖设有突台的一端与管体连接，所述压紧盖插接在首端盖外壁上的凹槽内，所述弹性密封圈和挡环以相间隔的方式叠加在首端盖的突台与压紧盖之间，所述密封脂填充于弹性密封圈、挡环以及换热管之间的间隙内。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述换热管为一端封闭、另一端开口，所述换热管的封闭端置入相变蓄热器内，该封闭端位于数个支架间，并与相变蓄热器的尾端盖设有间隙，所述换热管的开口端的外表面设有接口，该接口与出水总管连接。

上述带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其中，所述换热管与紧固端盖相对应的部位与紧固端盖的弹性密封圈滑动连接。

本发明由于采用上述技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

1、本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器由于在出水管上连接温控阀，出水管内热水温度过高时，可由温控阀排出热水，带走过量热能，降低出水管内热水温度，从而解除相变蓄热器过热的危险状态，大大提高了太阳能相变蓄热热水器的安全性能。

2、本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器由于相变蓄热器、进水管和出水管采用套管结构，结构简单。

3、本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器由于相变蓄热器的紧固端盖设有密封脂，使换热管与相变蓄热器滑动连接，当相变材料过热时，相变蓄热器的管体内的高压力能推动换热管向外移动，释放出高压力，完成过热卸载，提高了相变蓄热器过热时的安全性能。

附图说明

图1是本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器的结构示意图。

图2是本发明中温控阀的结构示意图。

图3本发明中太阳能集热管结构示意图。

图4是本发明中相变蓄热器实施例之一的结构示意图。

图5是本发明中相变蓄热器实施例之二的结构示意图。

图6是本发明中太阳能集热管、相变蓄热器、换热管和导流管结合的结构示意图。

具体实施方式

以下参见附图具体说明本发明的较佳实施方式：

参见图1，一种带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，包括数个太阳能集热管1、数个相变蓄热器2、进水管、出水管、保温层3和温控阀4；

各相变蓄热器2设置在各太阳能集热管1内；

所述进水管由进水总管51与数个导流管52连接贯通构成；

所述出水管由出水总管61与数个换热管62连接贯通构成；

各换热管62设置在各相变蓄热器2中；所述各导流管52置于各换热管62内，进水总管51设置在出水总管61内；

所述温控阀4与出水总管61相连；

所述保温层包于出水总管61、太阳能集热管1和出水总管61的连接口以及太阳能集热管1上端的外部。

参见图2，所述温控阀4包括阀体41、弹簧42、阀芯芯体43、相变材料44、弹性元件45、阀芯封头46、顶杆47、阀盖48和连接口40；

所述连接口40设置在阀体41底端的中央，该连接口40与出水总管61相连；

所述阀盖48设置在阀体41的顶端，该阀盖48与阀体41固定连接；

所述阀盖48设有一空腔410，所述空腔410的顶端设有至少一出水口49，该空腔410的底端设有一阀口411；

所述阀芯芯体43设置在阀体41腔内的上部，该阀芯芯体43一端封闭，另一端开口；

所述弹簧42设置在阀体41的腔内，该弹簧42的一端与阀体41的底端连接，其另一端与阀芯封头46连接；

所述相变材料44置入阀芯芯体43内；

所述弹性元件45设置在阀芯芯体43的开口端上，该弹性元件45与阀芯芯体43内的相变材料44紧密接触；所述弹性元件45的中央为一“U”型凹槽；

所述顶杆47的一端置入弹性元件45的“U”型凹槽内，其另一端穿过空腔410底端的阀口411伸入空腔410内，不接触空腔410的顶端；

所述阀芯封头46设置在弹性元件45的顶端、环绕顶杆47，该阀芯封头46与空腔410底端的阀口411接触，形成密封封口。

上述温控阀4中，阀体41用于连接出水总管61，弹簧42将阀芯封头46压紧于阀口411，阀芯芯体43用于存放相变材料44，弹性元件用于密封相变材料44。

所述温控阀4的工作原理为：温度不高时，相变材料44体积较小，顶杆47不接触空腔410的顶端，阀芯封头46压封阀口411，使温控阀4处于断开状态；在高温下，相变材料44由固体变成液体，体积大幅膨胀，挤压弹性元件45，弹性元件45将相变材料44膨胀产生的压力传递给顶杆47，顶杆47在压力作用下向空腔410的顶端移动，接触空腔410的顶端并受到空腔410顶端的阻挡，反推弹性元件45，致使阀芯封头46后退，打开温控阀4的阀口411。

参见图3，所述太阳能集热管1由外玻璃管11、内玻璃管12组成，所述外玻璃管11和内玻璃管12均一端封闭，另一端开口，内、外玻璃管12和11同向相套，在开口端内、外玻璃管12和11熔接形成一真空腔14。所述外玻璃管11和内玻璃管12均呈“U”型。

参见图4、5，所述相变蓄热器2包括固定端盖21、管体22、紧固端盖23和相变材料7，所述管体22两端开口，所述固定端盖21设置在管体22的一端，该固定端盖21与太阳能集热管1的封闭端相对应，所述紧固端盖23设置在管体22的另一端，所述相变材料7置入管体22内。

所述固定端盖21由尾端盖24和数个支架25组成，所述数个支架25垂直设置在尾端盖24的一侧面(如图4)，或者数个支架25垂直设置在管体22下部的内壁上(如图5)，所述支架25撑托着换热管62。

所述支架25可为圆环或叉状。

所述紧固端盖23包括首端盖26、弹性密封圈27、挡环28和压紧盖30，所述首端盖26一端的内壁上设有突台，其另一端的外壁上设有凹槽，首端盖26设有突台的一端与管体22连接，所述压紧盖30插接在首端盖26外壁上的凹槽内，所述弹性密封圈27和挡环28以相间隔的方式叠加在首端盖26的突台与压紧盖30之间。

在弹性密封圈27、挡环28以及换热管4之间的间隙内可填充密封脂29。

在图4中，所述紧固端盖23焊接在管体22上。

在图5中，所述相变蓄热器2的管体22连接紧固端盖23的一端为收缩口，所述紧固端盖23卡在管体22的收缩口内，所述紧固端盖23与管体22的收缩口之间设有弹性密封圈20，形成紧固端盖23与管体22的收缩口弹性收缩连接。

所述首端盖26对管体22起连接作用、对弹性密封圈27、挡环28起固定作用，所述弹性密封圈27起密封作用，所述挡环28对弹性密封圈27起隔离、压紧作用，所述密封脂29起密封和润滑双重作用，所述压紧盖30起紧固作用。

参见图6，所述相变蓄热器2设置在太阳能集热管1的内玻璃管12内，所述相变蓄热器2与内玻璃管12的内表面之间设有间隙。

所述相变蓄热器2的工作原理是：贮热过程为太阳能集热管1吸收太阳能并将太阳能转化成热能，热能经管体22传递给相变材料7，相变材料7贮存热能；放热过程为相变材料7将贮存的热能释放，释放出的热能经换热管62传递给导流管52导入的冷水；相变材料7过热时，管体22内压力升高，管体22内的高压力对换热管62产生一个向外的推力，当该推力大于弹性密封圈27施加给换热管62的摩擦力时，换热管62向管体22外移动，释放出高压力，完成过热卸载。

所述换热管62为一端封闭、另一端开口的直管，所述换热管62的封闭端63置入相变蓄热器2内，该封闭端63位于数个支架25间，并与相变蓄热器2的尾端盖24设有间隙，所述换热管62的开口端64的外表面设有接口65，该接口65与出水总管61连接。

所述换热管62可通过其接口65与出水总管61快速装配，因此，安装、拆卸非常方便。

所述换热管62与紧固端盖23相对应的部位与紧固端盖23的弹性密封圈27滑动连接。

所述导流管52为两端均开口的直管道，该导流管52插入换热管62内，并与换热管62的封闭端63设有间隙。

导流管52插入换热管62内形成了水的山型流道，增大了换热面积，使换热比较均匀。

所述相变材料7置于相变蓄热器2的管体22内，填充管体22的内表面与换热管62之间的间隙。

所述相变材料7可以为水化物、石蜡或沥青。

本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器的工作原理为：太阳能集热管吸收太阳能，并将太阳能转化为热能传递给相变蓄热器，相变蓄热器中的相变材料蓄热，由进水总管流进的冷水进入各导流管，相变材料释放热能，加热冷水，热水再由换热管进出水总管流出；太阳能过剩时，相变蓄热器过热，致使出水管内的水过热，当出水管内水的温度超过温控阀内相变材料相变温度时，温控阀内相变材料膨胀致使温控阀打开，排出出水管内的热水，出水管内压力降低，此时，出水管内压力低于进水管内压力，冷水从进水总管经导流管进入相变蓄热器，吸收相变蓄热器过热热量，变成携带热能的热水，携带热能的热水进入出水管，经温控阀排出，如此不断带走相变蓄热器内的过量热能，直到出水管温度降到温控阀内相变材料相变温度以下，相变材料体积缩小，温控阀关闭，相变蓄热器过热解除。

本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器的相变蓄热器、进水管和出水管采用套管结构，结构简单。本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器在出水管上设置温控阀，能有效防止相变蓄热器过热，而该带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器的相变蓄热器设有密封脂，使换热管与相变蓄热器滑动连接，也能起到防止相变蓄热器过热的作用，因此本发明带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器简单可靠地解决了太阳能相变蓄热热水器的过热问题。

Claims (9)

1.一种带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，包括数个太阳能集热管（1）、进水管、出水管和保温层（3），其特征在于，还包括数个相变蓄热器（2）和温控阀（4）；

各相变蓄热器（2）设置在各太阳能集热管（1）内；

所述进水管套在出水管内；

所述出水管与相变蓄热器（2）连接；

所述温控阀（4）与出水管相连；

所述保温层（3）包于出水管、太阳能集热管（1）和出水管的连接口以及太阳能集热管（1）上端的外部；

所述相变蓄热器（2）包括固定端盖（21）、管体（22）、紧固端盖（23）和相变材料（7），所述管体（22）两端开口，所述固定端盖（21）设置在管体（22）的一端，该固定端盖（21）与太阳能集热管（1）的密封端相对应，所述紧固端盖（23）设置在管体（22）的另一端，所述相变材料（7）置入管体（22）内；

所述紧固端盖（23）包括首端盖（26）、弹性密封圈（27）、挡环（28）、密封脂（29）和压紧盖（30），所述首端盖（26）一端的内壁上设有突台，其另一端的外壁上设有凹槽，首端盖（26）设有突台的一端与管体（22）连接，所述压紧盖（30）插接在首端盖（26）外壁上的凹槽内，所述弹性密封圈（27）和挡环（28）以相间隔的方式叠加在首端盖（26）的突台与压紧盖（30）之间，所述密封脂（29）填充于弹性密封圈（27）、挡环（28）以及换热管（62）之间的间隙内。

2.如权利要求1所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述进水管由进水总管（51）与数个导流管（52）连接贯通构成；所述出水管由出水总管（61）与数个换热管（62）连接贯通构成；

各换热管（62）设置在各相变蓄热器（2）中；各导流管（52）置于各换热管（62）内，进水总管（51）设置在出水总管（61）内；

所述温控阀（4）与出水总管（61）相连；

所述出水总管（61）包在保温层（3）内。

3.如权利要求2所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述温控阀（4）包括阀体（41）、弹簧（42）、阀芯芯体（43）、相变材料（44）、弹性元件（45）、阀芯封头（46）、顶杆（47）、阀盖（48）和连接口（40）；

所述连接口（40）设置在阀体（41）底端的中央，该连接口（40）与出水总管（61）相连；

所述阀盖（48）设置在阀体（41）的顶端，该阀盖（48）与阀体（41）固定连接；

所述阀盖（48）设有一空腔（410），所述空腔（410）的顶端设有至少一出水口（49），该空腔（410）的底端设有一阀口（411）；

所述阀芯芯体（43）设置在阀体（41）腔内的上部，该阀芯芯体（43）一端封闭，另一端开口；

所述弹簧（42）设置在阀体（41）的腔内，该弹簧（42）的一端与阀体（41）的底端连接，其另一端与阀芯封头（46）连接；

所述相变材料（44）置入阀芯芯体（43）内；

所述弹性元件（45）设置在阀芯芯体（43）的开口端上，该弹性元件（45）与阀芯芯体（43）内的相变材料（44）紧密接触；所述弹性元件（45）的中央为一“U”型凹槽；

所述顶杆（47）的一端置入弹性元件（45）的“U”型凹槽内，其另一端穿过空腔（410）底端的阀口（411）伸入空腔（410）内，不接触空腔（410）的顶端；

所述阀芯封头（46）设置在弹性元件（45）的顶端、环绕顶杆（47），该阀芯封头（46）与空腔（410）底端的阀（411）接触，形成密封封口。

4.如权利要求1所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述紧固端盖（23）焊接在管体（22）上。

5.如权利要求1所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述相变蓄热器（2）的管体（22）连接紧固端盖（23）的一端为收缩口，所述紧固端盖（23）卡在管体（22）的收缩口内，所述紧固端盖（23）与管体（22）的收缩口之间设有弹性密封圈（20），形成紧固端盖（23）与管体（22）的收缩口弹性收缩连接。

6.如权利要求4所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述固定端盖（21）由尾端盖（24）和多个支架（25）组成，所述多个支架（25）垂直设置在尾端盖（24）的一侧面，所述支架（25）支撑换热管（62）的底部。

7.如权利要求5所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述固定端盖（21）由尾端盖（24）和多个支架（25）组成，多个支架（25）垂直设置在管体（22）下部的内壁上，所述支架（25）支撑换热管（62）的底部。

8.如权利要求1所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述换热管（62）为一端封闭、另一端开口，所述换热管（62）的封闭端（63）置入相变蓄热器（2）内，该封闭端（63）位于多个支架（25）间，并与相变蓄热器（2）的尾端盖（24）设有间隙，所述换热管（62）的开口端（64）的外表面设有接口（65），该接口（65）与出水总管（61）连接。

9.如权利要求1所述的带过热保护装置的太阳能相变蓄热热水器，其特征在于，所述换热管（62）与紧固端盖（23）相对应的部位与紧固端盖（23）的密封脂（29）滑动连接。

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