CN102109227A - 太阳能速热水器 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能速热水器，包括有壳体、保温层、集热器和热交换水管，所述壳体内设有储热箱，所述储热箱包括有箱体，所述箱体内填充有第一相变材料，所述的相变材料内埋设所述的热交换水管；所述集热器由玻璃真空集热管组成，所述玻璃真空集热管内填充有第二相变材料，所述储热箱中的第一相变材料与玻璃真空集热管内的第二相变材料直接连接进行热传递。本发明集热器中不走水，采用相变材料，使用时才通过置换储热箱中相变材料的热量出来加热用水，这样储热材料热辐射少，热量损失少，保温要求不高，可以比传统太阳能热水器的保温层薄。

Description

太阳能速热水器
(一)技术领域
本发明涉及太阳能热水器。
(二)背景技术
太阳能热水器一般包括有分体承压式太阳能热水器、一体非承压式太阳能热水器和一体承压式太阳能热水器。一般的分体承压式太阳能热水器由三大模块组成：集热器、包括循环泵在内的太阳能工作站和承压水箱，结构复杂、成本高；一体非承压式的太阳能热水器不但有个庞大的筒型水箱，还因为真空集热管是竖立排列的，所以必须和太阳保持一定的倾斜角，才能得热率高，所以需要倾角支架，水箱、集热管中的水也不能用尽、剩余积水在温暖环境下长期滋生细菌，非但不能饮用连洗澡都可能危害皮肤，空晒上水会炸玻璃真空管，空晒容易老化聚氨酯保温层，有些厂家做的保温层质量伪劣效果差，冬天晚上热水就凉了，很多太阳能热水器冬天就不能使用了，控制仪表的水位传感器一般一、二年就因结水垢而失灵，输水管路长，冬天易冻裂，刚出水时需要放掉近一脸盆冷水，浪费水资源，安装也有较多限制，体积庞大，风阻大、不能抗强台风，放在面积有限、产权不明的房屋顶部，容易引起民间纠纷，组件多，安装麻烦，也不易做成建筑一体化，使用寿命短，不美观，所以有些高档住宅小区还加以限制，我国大量充斥的是这种廉价太阳能热水器几乎都成摆设；一体承压式太阳能热水器体积也比较庞大；所以现在几乎所有的太阳能热水器都不能做到很好的建筑一体化设计，生产工艺复杂、体积庞大，组件多安装麻烦，能效比差是普遍问题。
(三)发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能有效解决上述问题的一体化太阳能速热水器，采用相变材料，使用储热箱替代传统的热水箱，体积更小，重量更轻，能效比更高，使用时通过热交换加热用水、即开即用，无需控制仪表，泄压阀、膨胀罐，集热管不受太阳光角度限制，无需倾斜支架；一体化薄型整体结构，可壁挂、内嵌在朝南的墙体或屋顶，与建筑一体化，适用范围广，更美观。
为此，本发明采取以下技术方案：
一种太阳能速热水器，包括有壳体、保温层、集热器和热交换水管，所述壳体内设有储热箱，所述储热箱包括有箱体，所述箱体内填充有第一相变材料，所述的相变材料内埋设所述的热交换水管；所述集热器由多个并排布置的玻璃真空集热管组成，所述玻璃真空集热管内填充有第二相变材料，所述的储热箱上设有连接所述玻璃真空集热管的接口，所述玻璃真空集热管的一端封闭，另一端敞口，所述玻璃真空集热管的敞口端连接储热箱的接口，所述储热箱中的第一相变材料与玻璃真空集热管内相邻端的第二相变材料直接连接进行热传递；所述热交换水管的一端为进水端，一端为出水端。
相变材料是指随温度变化而改变形态并能提供潜能的物质。目前对国内外相变材料(phase change materials，PCM)储热性能的研究越来越多，相变材料有独特的潜热性能：它在其物相变化过程中，可以从环境吸收热(冷)量或向环境放出热(冷)量从而达到热量储存和释放的目的。从现在应用普遍程度来看，相变材料主要使用的是固液相变材料和固固相变材料。把载体基质做成微胶囊、多孔泡沫塑料或三维网状结构，再把相变材料灌注于其中，这样微观上仍是发生固-液相变，进行储能控温。但从蓄能材料的整个宏观特性上来看仍然保持其固体形状。
所述储热箱呈平板式回形框架结构，所述的第一相变材料填充在回形管路中，所述集热器布置在所述储热箱回形框架内，所述接口布置在回形框架内壁的一侧，回形框架内壁对应另一侧安装有支撑玻璃真空集热管的管托。
所述热交换水管为紫铜盘管。
所述第一、第二相变材料是固-固相变材料。
所述的储热箱由铝合金型材构成。
所述的第一、第二相变材料为纳米多孔石墨基相变储能复合材料。
所述的第一、第二相变材料为膨胀陶瓷微粒基相变复合材料。
所述保温层安装在壳体内，布置在储热箱的外侧，壳体、保温层与储热箱形状匹配。
所述储热箱呈普通的长方体结构，玻璃真空集热管布置在储热箱的侧面。
所述储热箱呈圆筒结构，玻璃真空集热管布置在储热箱的侧面。
本发明的工作原理是：经过太阳光照射的集热器，通过导热良好的相变材料，把热量传递到储热箱中的相变材料中并保存起来，使用时才进行热交换。使用时，打开水龙头，冷水流经储热箱中的热交换水管，热交换水管内的水获得热量升高温度，到达出口处时，水已到达理想的使用温度，达到了即开即用即热的目的。
本发明的优点是：1、采用热交换结构，集热器中不走水，采用高储热性能和导热性能的相变材料，使用时才通过置换储热箱中相变材料的热量出来加热用水，可以通过选择相变材料的相变温度点来选择合适的相变材料，比如说60摄氏度，这样储热材料热辐射少，热量损失少，保温要求不高，可以比传统太阳能热水器的保温层薄；2、由于相变材料能存储大量的热能，相同质量的相变材料能比水存储多一倍以上的热能，因此体积可以做的更小；3、由于相变材料能存储大量的热能，而温度却并没多大的升高，因此空晒也不至于导致温度升高到破坏保温层，而传统太阳能热水器空晒会引起超高温，暴晒会引起高温水蒸汽来老化损坏聚氨酯保温层，降低使用寿命；4、实际上对本发明而言空晒也是种使用形式，就像对蓄电池充电一样，给储热箱充热能，使用时再接水管也没问题，是军事、野外作业的一种移动应用形式；5、采用一体薄型板式整体结构，体积小，重量轻，方便运输、安装快捷，可内嵌在朝南的墙体内或放置屋顶上，产品与建筑一体化，适用范围广，更美观；6、除热交换水管外不需要承压，耐低温寒冻，而且输水管路短，有效避免了管路冻裂的问题；7、所述储热箱只要密闭、承压力不强，采用铝合金型材，不需焊接设备，加工简单，制造高效；8、所述系统用水时即开即热，基本恒温，不需要电脑控制系统、泄压阀、膨胀罐，结构简单可靠。
(四)附图说明
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明另一种结构示意图。
(五)具体实施例
实施例一：
参照附图1，一种太阳能速热水器，包括有壳体6、保温材料5组成的保温层、集热器和热交换水管4，所述热交换水管为紫铜盘管，为了提高热交换效率，热交换水管可以套装肋片。所述壳体内设有储热箱2，所述储热箱包括有箱体21，所述箱体内填充有第一相变材料3，所述的相变材料内埋设所述的热交换水管；所述集热器由多个并排布置的玻璃真空集热管1组成，所述玻璃真空集热管内填充有第二相变材料8，所述的储热箱上设有连接所述玻璃真空集热管的接口，所述玻璃真空集热管的一端封闭，另一端敞口，接口与储热箱一体成型，所述玻璃真空集热管的敞口端插入储热箱的接口，储热箱在接口处设有O型硅橡胶圈，套住玻璃真空集热管，起固定、密封作用，所述储热箱中的第一相变材料与玻璃真空集热管内相邻端的第二相变材料直接连接进行热传递；所述热交换水管的一端为进水端41，一端为出水端42。
所述储热箱由铝合金型材构成，呈回形框架结构，所述的第一相变材料填充在回形管路中，所述集热器布置在所述储热箱回形框架内，所述接口布置在回形框架内壁的一侧，回形框架内壁对应另一侧安装有支撑玻璃真空集热管的管托7。
所述的第一、第二相变材料为纳米多孔石墨基相变储能复合材料，属于固-固相变材料。
所述保温层安装在壳体内，布置在储热箱的外侧，壳体、保温层与储热箱形状匹配，所述壳体由铝合金型材或其它金属材料构成，所述储热箱为板式结构，保温层同时起到保温和作为内部的支撑作用。所述壳体由玻璃纤维复合树脂板构成，所述壳体的4个角设有固定结构，可以通过膨胀螺栓和建筑物固定。
玻璃真空集热管内管的外表面是特种材料涂层，可以有效吸收太阳辐射能。当太阳能光子撞击膜层的时候，光能转化为热能，并传导给玻璃真空集热管内的第二相变材料，第二相变材料把热能传递到储热箱中的第一相变材料并储存起来，需要用水时，冷水流经储热箱中的管路被加热成热水后流出，由于相变材料具有恒温特性，所以热水几乎也是恒温的。
本发明所述的太阳能速热水器为一体薄型整体板式，采用壁挂南墙、屋顶的安装结构，太阳能速热水器的四个角上有紧固螺母，可通过膨胀螺栓固定在墙体或屋顶，由于结构一体，运输安装简单，使用中几乎是免维护的。
实施例二：所述的第一、第二相变材料为膨胀陶瓷微粒基相变复合材料，属于固-固相变材料，其他同实施例一。
实施例三：所述的第一相变材料为膨胀陶瓷微粒基相变复合材料，第二相变材料为纳米多孔石墨基相变储能复合材料，均属于固-固相变材料，所述储热箱中的热交换水管是不锈钢材质的承压水管，其他同实施例一。
实施实例四：
参考附图2，所述储热箱52为长方体，置于壳体51的保温层55内，热交换水管54置于储热箱中的相变材料53中，一端为进水口541，一端为出水口542，玻璃真空集热管51安装在储热箱的侧面，另一头由支架57和管托58支撑，玻璃真空集热管55内填充有相变材料59，其他同实施例一。
实施实例五：
所述储热箱为圆筒状，其它同实施实例四。

Claims (10)

1.一种太阳能速热水器，包括有壳体、保温层、集热器和热交换水管，其特征在于：所述壳体内设有储热箱，所述储热箱包括有箱体，所述箱体内填充有第一相变材料，所述的相变材料内埋设所述的热交换水管；所述集热器由多个并排布置的玻璃真空集热管组成，所述玻璃真空集热管内填充有第二相变材料，所述的储热箱上设有连接所述玻璃真空集热管的接口，所述玻璃真空集热管的一端封闭，另一端敞口，所述玻璃真空集热管的敞口端连接储热箱的接口，所述储热箱中的第一相变材料与玻璃真空集热管内相邻端的第二相变材料直接连接进行热传递；
所述热交换水管的一端为进水端，一端为出水端。
2.如权利要求1所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述储热箱呈平板式回形框架结构，所述的第一相变材料填充在回形管路中，所述集热器布置在所述储热箱回形框架内，所述接口布置在回形框架内壁的一侧，回形框架内壁对应另一侧安装有支撑玻璃真空集热管的管托。
3.如权利要求2所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述热交换水管为紫铜盘管。
4.如权利要求3所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述第一、第二相变材料是固-固相变材料。
5.如权利要求4所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述的储热箱由铝合金型材构成。
6.如权利要求4所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述的第一、第二相变材料为纳米多孔石墨基相变储能复合材料。
7.如权利要求4所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述的第一、第二相变材料为膨胀陶瓷微粒基相变复合材料。
8.如权利要求4所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述保温层安装在壳体内，布置在储热箱的外侧，壳体、保温层与储热箱形状匹配。
9.如权利要求1所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述储热箱呈普通的长方体结构，玻璃真空集热管布置在储热箱的侧面。
10.如权利要求1所述的太阳能速热水器，其特征在于：所述储热箱呈圆筒结构，玻璃真空集热管布置在储热箱的侧面。
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