CN103335415B - 一种增强吸热的相变储热太阳能热水器 - Google Patents

一种增强吸热的相变储热太阳能热水器 Download PDF

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Abstract

一种增强吸热的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述相变储热太阳能热水器包括多个吸热储热单元和至少一个吸热单元；所述吸热储热单元包括一太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管内设有相变储热材料，该相变储热材料内设有换热管；所述吸热单元包括一太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管内设有换热管；所述吸热储热单元的换热管和吸热单元的换热管连通形成通路。本发明通过增加真空管来增加集热面积，提高集热能力；采用自然循环的方式传递热量，结构简单，成本低；不增加相变储热材料，可控制成本，同时可防止热水器过重。

Description

一种增强吸热的相变储热太阳能热水器
技术领域
本发明涉及一种增强吸热的相变储热太阳能热水器，属于太阳能光热技术领域。
背景技术
随着中国经济快速发展，人民生活水平不断提高，对能源的需求亦随之递增，目前我国能源消耗主要为煤、石油和天然气等化石能源。由于我国石油储量有限，目前将近50％的原油依靠进口，煤依然是我国主要的燃料动力来源，燃煤引起的环境问题已成为我国可持续发展战略中必须认真对待的问题。
太阳能是一种巨大的对环境无污染的能源，地球每秒获得的太阳能量相当于燃烧500万吨优质煤发出的能量。我国是世界上太阳能最丰富的国家之一，我国太阳能辐照总量大于502万千焦平方米，年日照时数2200小时的地区约占我国国土面积2/3以上，特别是西部地区，年日照时间达3000小时以上。我国利用太阳能取得了举世瞩目的成绩，其中太阳能热水器行业发展尤为迅速，正成为一个新兴产业。
近几年来，太阳能热水器以每年递增20％至30％的速度增长。我国太阳能产业起步较晚，尚处于发展初期，与国外同行差距较大，目前太阳能的应用主要集中在低品质太阳能利用方面，国内使用的太阳能热水器主要有：闷晒式太阳能热水器、平板太阳能热水器、玻璃真空管太阳能热水器和热管玻璃真空管太阳能热水器等。近年来也有采用塑料-水管的低端太阳能集热器的。这些低端的、以真空玻璃板/管直接走水的太阳能热水器，其缺点是保温性能差，接口多易漏水，抵抗低温能力差，易碎易爆裂，体积大，重量重，热效率较低。
相变储能及技术能将能量以相变潜热的形式储藏于相变材料（Phase Change Materials，PCMs）中，实现能量在不同时空之间的转换。利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用，有助于提高能源利用效率和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。与显热储能技术相比，相变储能技术具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等 优点，在航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、医学工程、军事工程、蓄热建筑和极端环境服装等众多领域具有广阔的前景。
现有相变储热太阳能热水器一般将相变储热材料均匀的封装在容器内，容器再放入全玻璃真空太阳能集热管内，全玻璃真空太阳能集热管的吸热能力与相变材料的储热能力为固定匹配。当太阳辐照不足时，吸热能力小于储热能力，不能充分利用储热材料的性能，也不能提供充足的热水。
发明内容
本发明目的是提供一种增强吸热的相变储热太阳能热水器。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种增强吸热的相变储热太阳能热水器，所述相变储热太阳能热水器包括多个吸热储热单元和至少一个吸热单元；所述吸热储热单元包括一太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管内设有相变储热材料，该相变储热材料内设有换热管；所述吸热单元包括一太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管内设有换热管；所述吸热储热单元的换热管和吸热单元的换热管连通形成通路。
优选的技术方案为：所述吸热储热单元的换热管为U形管，所述吸热单元的换热管也为U形管。
优选的技术方案为：所述多个吸热储热单元的U形管和所述吸热单元的U形管依次串联连接以此形成通路。
优选的技术方案为：所述太阳能真空集热管为全玻璃太阳能真空集热管。
优选的技术方案为：所述吸热单元的太阳能真空集热管内设有用以将换热管固定的固定装置。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
上述方案中，吸热储热单元与现有的相变储热太阳能热水器的吸热储热装置结构和功能相同，即：太阳能真空集热管将太阳能吸收后转为热能（光能变为热能）储存于相变储热材料中；储存于相变储热材料中的热能在需要使用时，流过埋设于相变储热材料中的换热管将该热能带出热水器以供利用。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明在相变储热热水器内增加一支或若干支吸热单元，其结构为太阳能真空集热管和设于管内部的换热器，由于太阳能真空集热管内没有设相变储热材料，因此吸热单元只能将太阳能转为热能，而不能将热能直接储存于相变储热材料。相变储热热水器内还设有若干支现有技术的太阳能吸热储热装置，其结构包括一太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管内设有相变储热材料，该相变储热材料内设有换热管。由于在结构设置时，吸热单元的换热管和吸热储热单元的换热管连通而构成回路，因此吸热单元所吸收的太阳辐射能转为热能后通过换热管内的介质流动而带至吸热储热单元的相变储热材料而被存储。由于本发明的结构设置，从而提高了热水器的吸热能力，确保相变储热材料的热能存储能力被充分利用，保证热水的供应量。
2、本发明通过增加真空管来增加集热面积，提高集热能力；采用自然循环的方式传递热量，结构简单，成本低；不增加相变储热材料，可控制成本，同时可防止热水器过重。
附图说明
附图1为本发明示意图；
附图2为附图1的A-A剖视示意图。
以上附图中，1、总管；2、保温材料；3、吸热单元；4、换热管；5、固定装置；6、吸热储热单元；7、太阳能真空集热管。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例：一种增强吸热的相变储热太阳能热水器
参见附图1和附图2所示，一种增强吸热的相变储热太阳能热水器，该相变储热太阳能热水器的结构与现有的无蓄热箱相变蓄热太阳能热水器的结构相同，基本有一个箱体，该箱体可以为金属箱体，金属箱体的正面为光可透过的玻璃。金属箱体的一侧设有固定支架，该固定支架上固定有6个吸热储热单元6和2个吸热单元3。吸热储热单元6的结构包括一太阳能真空集热管7，该太阳能真空集热管7内设有相变储热材料，该相变储热材料内设有换热管4。相变储热材料可以直接封存于太阳能真空集热管7内，或者是将相变储热材料封存于以不锈钢筒体内，然后再将该不锈钢筒体置于所述太阳能真空集热管7内。
所述吸热单元3与吸热储热单元6的不同之处在于，吸热单元3内没有相变储热材料，因此吸热单元3只能吸热不能储热。所述吸热单元3的结构包括一太阳能真空集热管7，该太阳能真空集热管7内设有换热管4。所述吸热储热单元6的换热管4和吸热单元3的换热管4连通形成通路。
组成通路的方式可以为：1、多个吸热储热单元6的多个换热管和吸热单元3的换热管4串联形成回路。2、多个吸热储热单元6的多个换热管和吸热单元3的换热管4均与封存在保温材料2内的增强吸热的相变储热太阳能热水器总管连通以此构成连通结构。
优选的实施方式中，所述吸热储热单元6的换热管4为U形管，所述吸热单元3的换热管4也为U形管。
所述6个吸热储热单元6的6个U形管和所述2个吸热单元3的2个U形管依次串联连接以此形成通路，在通路的头端和尾端分别接冷水进水管和热水出水管。
所述太阳能真空集热管7为全玻璃太阳能真空集热管。其与现有技术玻璃真空管太阳能热水器中的太阳能真空管的结构相同。
所述吸热单元3的太阳能真空集热管7内设有用以将换热管固定的固定装置5。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种增强吸热的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述相变储热太阳能热水器包括多个吸热储热单元和至少一个吸热单元；所述吸热储热单元包括一太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管内设有相变储热材料，该相变储热材料内设有换热管；所述吸热单元包括一太阳能真空集热管，该太阳能真空集热管内设有换热管；所述吸热储热单元的换热管和吸热单元的换热管连通形成通路。
2.根据权利要求1所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述吸热储热单元的换热管为U形管，所述吸热单元的换热管也为U形管。
3.根据权利要求2所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述多个吸热储热单元的U形管和所述吸热单元的U形管依次串联连接以此形成通路。
4.根据权利要求1所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述太阳能真空集热管为全玻璃太阳能真空集热管。
5.根据权利要求1所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述吸热单元的太阳能真空集热管内设有用以将换热管固定的固定装置。
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