CN103912999A - 一种具有新散热结构的相变储热太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，包括一相变储热太阳能热水器（1）以及一内部携带有蒸发介质的散热装置，散热装置安装在相变储热太阳能热水器（1）上部，散热装置包括蒸发管（2）和冷凝管（4），冷凝管（4）设置在相变储热太阳能热水器（1）外部，蒸发管（2）埋设于相变储热太阳能热水器（1）内，蒸发管（2）与相变储热太阳能热水器（1）内的相变储热材料传热接触，蒸发管（2）的出口端与冷凝管（4）的进口端连通，冷凝管（4）的出口端与蒸发管（2）的进口端连通，蒸发管（2）与冷凝管（4）构成循环回路；本发明通过自循环的方式保证了相变储热太阳能热水器内部温度不会过高，且散热作用不依赖于自来水和电源，可节约水源和电力。

Description

一种具有新散热结构的相变储热太阳能热水器
[技术领域]
本发明涉及太阳能热水器技术领域，具体地说是一种具有新散热结构的相变储热太阳能热水器。
[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，能源消耗主要为煤、石油和天然气等化石燃料。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：闷晒式太阳热水器、平板太阳热水器、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均具有广阔的前景。
现有相变储热太阳能热水器防过热的措施一般采用T/P阀定温排水或者遮阳帘的方式来防止过热。T/P阀定温防水需保证相变储热太阳能热水器与自来水畅通，在房屋尚未交付或长期无人居住时存在自来水不通造成过热的危险，且过热保护启动时需排放大量热水，造成浪费。而若采用自动遮阳帘的方式，又具有系统复杂、投资大、故障率高以及消耗电能的缺点。
[发明内容]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，通过自循环的方式保证了相变储热太阳能热水器内部温度不会过高，且该散热结构起作用不依赖于自来水和电源，从而可节约水源和电力，结构简单，性能可靠。
为实现上述目的设计一种具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，包括一相变储热太阳能热水器1以及一内部携带有蒸发介质的散热装置，所述散热装置安装在相变储热太阳能热水器1上部，所述散热装置包括将蒸发介质蒸发成为汽体的蒸发管2以及将汽体冷凝成为蒸发介质的冷凝管4，所述冷凝管4设置在相变储热太阳能热水器1外部，所述蒸发管2全部或部分埋设于相变储热太阳能热水器1内，所述蒸发管2与相变储热太阳能热水器1内的相变储热材料传热接触，所述蒸发管2的出口端与冷凝管4的进口端连通，所述冷凝管4的出口端与蒸发管2的进口端连通，所述蒸发管2与冷凝管4构成循环回路。
所述冷凝管4上连接有空气罐3，所述空气罐3与循环回路连通。
所述冷凝管4的出口端通过管路5连接蒸发管2的进口端，或者所述冷凝管4的进口端通过管路5连接蒸发管2的出口端，所述管路5上连接有空气罐3，所述空气罐3与循环回路连通。
所述蒸发介质为沸点小于或等于150℃的材料。
所述蒸发介质为水、酒精、防冻液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或异丙醇。
所述蒸发管2为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。
所述冷凝管4为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。
所述冷凝管4为管状结构，所述冷凝管4外设有多个散热片。
本发明同现有技术相比，通过在相变储热太阳能热水器上部安装内部灌注有蒸发介质的散热装置，该散热装置采用蒸发管和冷凝管组成自循环回路，冷凝管置于相变储热太阳能热水器外部，蒸发管埋设于相变储热太阳能热水器内，并与相变储热太阳能热水器内的相变储热材料传热接触，从而在无水源和电源的情况下，当热水器温度达到某一值时，蒸发介质能够蒸发成汽体带走热量，到冷凝管处散热冷凝成液体后再回到蒸发管，通过自动循环的方式保证了相变储热太阳能热水器内部温度不会过高，且该散热装置起作用不依赖于自来水和电源，从而可节约水源和电力，结构简单，性能可靠；另外，空气罐的设置是为了在辐射很强时，由于蒸发介质蒸发形成的蒸汽的量过大，从而对蒸发管和冷凝管所构成的循环回路造成冲击，而设立了空气罐，则当蒸汽量大时，由于气体可以压缩，因此过多的空气会进入空气罐内形成压缩空气，由此形成了缓冲，使用非常安全、可靠。
[附图说明]
图1是本发明的结构示意图；
图中：1、相变储热太阳能热水器2、蒸发管3、空气罐4、冷凝管5、管路。
[具体实施方式]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
如附图1所示，本发明包括：一相变储热太阳能热水器1以及一内部携带有蒸发介质的散热装置，散热装置安装在相变储热太阳能热水器1上部，散热装置包括将蒸发介质蒸发成为汽体的蒸发管2以及将汽体冷凝成为蒸发介质的冷凝管4，冷凝管4设置在相变储热太阳能热水器1外部，蒸发管2全部或部分埋设于相变储热太阳能热水器1内，蒸发管2与相变储热太阳能热水器1内的相变储热材料传热接触，蒸发管2的出口端与冷凝管4的进口端连通，冷凝管4的出口端与蒸发管2的进口端连通，蒸发管2与冷凝管4构成循环回路；其中，蒸发介质为沸点小于或等于150℃的材料，如蒸发介质可以是但不限于水、酒精、防冻液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或异丙醇，蒸发管2可以是但不限于铜管、铝管、不锈钢管或翅片管，冷凝管4可以是但不限于铜管、铝管、不锈钢管或翅片管，冷凝管4为管状结构，冷凝管4外设有多个散热片。
相变储热太阳能热水器的特点是：当用户不使用时，相变储热太阳能热水器的内部没有水流通过，太阳辐射能转变为热能储存在相变储热材料内。当用户使用时，水流流过相变储热太阳能热水器，水流和相变储热材料进行热交换，热量随着水流带出相变储热太阳能热水器。如果辐射很强，且用户不在使用相变储热太阳能热水器时，相变储热材料的能量蓄积过多，会使得相变储热材料的温度升高，从而会因过热而损坏相变储热太阳能热水器。因此，本发明设计了由蒸发管和冷凝管构成的循环回路，由于蒸发管埋设在相变储热太阳能热水器内，则随着相变储热太阳能热水器内的相变储热材料温度的升高，蒸发管内的蒸发介质的温度也会随之升高，直至蒸发介质成为蒸汽，然后该蒸汽进入冷凝管，而冷凝管设在相变储热太阳能热水器之外，且冷凝管的结构为管状构件外设多个散热片，因此蒸汽在冷凝管冷凝成为液体状态的蒸发介质。因此，相变储热材料内的过多的热量会因蒸发介质的相变而带出相变储热太阳能热水器之外。
本发明中，冷凝管4的出口端通过管路5连接蒸发管2的进口端，或者冷凝管4的进口端通过管路5连接蒸发管2的出口端，管路5是为了蒸发管2和冷凝管4的连接方便，并在管路5或者冷凝管4上连接有空气罐3，空气罐3与循环回路连通；设置空气罐是为了在辐射很强时，由于蒸发介质蒸发形成的蒸汽的量过大，而对蒸发管和冷凝管构成的回路造成冲击，而设立了空气罐，当蒸汽量大时，由于气体可以压缩，从而过多的空气会进入空气罐内形成压缩空气，由此形成了缓冲。
本发明采用蒸发管、冷凝管、空气罐和连接管路组成自循环系统，蒸发管与热水器内部的相变储热材料紧密接触，内灌注可蒸发的介质，当热水器温度达到某一值时，蒸发介质蒸发成汽体带走热量，到冷凝管处散热冷凝成液体后回到蒸发管，通过自循环的方式防止集热器内部温度过高。
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：包括一相变储热太阳能热水器（1）以及一内部携带有蒸发介质的散热装置，所述散热装置安装在相变储热太阳能热水器（1）上部，所述散热装置包括将蒸发介质蒸发成为汽体的蒸发管（2）以及将汽体冷凝成为蒸发介质的冷凝管（4），所述冷凝管（4）设置在相变储热太阳能热水器（1）外部，所述蒸发管（2）全部或部分埋设于相变储热太阳能热水器（1）内，所述蒸发管（2）与相变储热太阳能热水器（1）内的相变储热材料传热接触，所述蒸发管（2）的出口端与冷凝管（4）的进口端连通，所述冷凝管（4）的出口端与蒸发管（2）的进口端连通，所述蒸发管（2）与冷凝管（4）构成循环回路。
2.如权利要求1所述的具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述冷凝管（4）上连接有空气罐（3），所述空气罐（3）与循环回路连通。
3.如权利要求1所述的具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述冷凝管（4）的出口端通过管路（5）连接蒸发管（2）的进口端，或者所述冷凝管（4）的进口端通过管路（5）连接蒸发管（2）的出口端，所述管路（5）上连接有空气罐（3），所述空气罐（3）与循环回路连通。
4.如权利要求2或3所述的具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述蒸发介质为沸点小于或等于150℃的材料。
5.如权利要求4所述的具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述蒸发介质为水、酒精、防冻液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或异丙醇。
6.如权利要求5所述的具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述蒸发管（2）为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。
7.如权利要求6所述的具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述冷凝管（4）为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。
8.如权利要求7所述的具有新散热结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述冷凝管（4）为管状结构，所述冷凝管（4）外设有多个散热片。
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