CN104406313A - 聚光贮热加热一体的太阳能热水器 - Google Patents
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Abstract
一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，包括有会聚太阳光器件、外壳、支架，在太阳光会聚的焦线上，有一筒形的双层玻璃真空管，所述筒形的双层玻璃真空管内部套有一金属筒，所述双层玻璃真空管与所述金属筒之间有支撑，金属筒内有一根贯穿所述金属筒的盘管，在金属筒内的剩余空间，用贮热材料填充，金属筒两端密封，盘管的进出口露在所述金属筒两端外，所述金属筒两端有与所述金属筒垂直的固定杆，所述筒形的双层玻璃真空管两端有双层玻璃真空板封堵，所述金属筒两端的固定杆与所述支架相连，所述外壳与所述会聚太阳光器件、所述支架镶嵌连接。由于聚光，该热水器具有煮饭、蒸馒头的功能，适用于家用、也适用于企业。
Description
技术领域
发明涉及一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，属于太阳能光热利用设备。
背景技术
太阳光照射到地球的能量是有限的，其辐射能量为1367W/㎡，现行的家用真空管太阳能热水器，由于吸收太阳能的能量密度低，太阳光的温度与水的温度之间温差小，加热的水温低于100℃，使用范围仅仅满足人们日常生活中的洗涮。家庭太阳能热水器发展到现在，已经将太阳能的光热转换挖掘到了极致，已经遇到了一个发展的瓶颈时期。如果将太阳光进行聚光，将低密度的太阳能变成高密度的，会聚的光照射到集热器上就会得到比普通太阳能热水器更高的温度。本人曾发明了一种家用中温太阳能热水器201220647197.4，能够煮饭蒸馒头，开始认为，在家用太阳能热利用方面，该项发明已经达到完美。后来发现，还有开拓的余地。
发明内容
本发明的任务是，设计一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，家用它能够煮饭、蒸馒头，企业大量用它能够产生大量高温蒸汽。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，包括有会聚太阳光器件、外壳、支架，在太阳光会聚的焦线上，有一筒形的双层玻璃真空管，所述筒形的双层玻璃真空管内部套有一金属筒，所述双层玻璃真空管与所述金属筒之间有支撑，所述金属筒的外表面涂有吸热涂层，所述金属筒内有一根贯穿所述金属筒的盘管，在所述金属筒内的剩余空间，用贮热材料填充，所述金属筒两端是密封的，所述盘管的进出口露在所述金属筒两端外，所述金属筒两端有与所述金属筒垂直的固定杆，所述筒形的双层玻璃真空管两端有双层玻璃真空板封堵，所述金属筒两端的固定杆与所述支架相连，所述外壳与所述会聚太阳光器件、所述支架镶嵌连接。所述会聚太阳光器件是沿一条抛物线所在平面高度方向上伸长所得出的抛物面，且在所述抛物面添加上反光材料所形成的反射镜；或者是一个凸透镜截面在其高度方向上伸长所形成的凸透镜。所述贮热材料是由若干小储热体与小储热体的间隙中填充的导热油组成，所述小储热体形状为柱形或者球形，所述小储热体的结构为：内部为相变储热物质，外表面为固体材料。所述固定杆的其中一段是凸形状与凹形状，之间隔有绝热材料构成的。所述小储热体的外表面的固体材料为金属、或者陶瓷、或者合成化工材料。若干所述的聚光贮热加热一体的太阳能热水器的所述盘管的进出口连接方式是串联、或者并联、或者混联。
本发明所述的会聚太阳光器件有两种实施例：反射镜和折射镜，由于二者都能够制造成聚光贮热加热一体的太阳能热水器，所以从原理上将二者视为了一种热水器。由于随着太阳的运转，部分太阳光会聚的焦线会照射在集热器外，所以在集热器背面及侧面还可以添加反射镜。这样做的好处是：减少光损失，减少辐射热量。本发明所述盘管的进口是与外部水管道的出口相连接的，所述盘管的出口是与外部水蒸汽管道的入口相连接的。所述金属筒的局部受到会聚的太阳光的照射后温度很高，一是通过金属筒向其余的外表面传导热量，二是通过这局部的内表面向导热油散热，导热油由于温差可以产生对流，对流加快了热量的传递，将热量传递到每个小储热体，小储热体通过相变储存更多的热量。将小储热体制造成球形或者柱形，小储热体之间的间隙给导热油的对流提供了条件。所述金属筒的储热过程是：当金属筒的温度低于小储热体相变温度时，通过金属筒内升温贮存热量；当金属筒的温度等于小储热体相变温度时，通过金属筒内小储热体固——液转化贮存热量；当小储热体内相变物质全部融化后，金属筒通过继续升温来贮存热量。金属筒放热的过程与上述相反。所述小储热体的外表面的固体材料是耐高温的，起到保持小储热体形状、传导热量、隔绝相变物质与导热油混合的作用，金属、或者陶瓷、或者合成化工材料都行。
将所述固定杆的其中一段制作成凸形状与凹形状，之间隔有绝热材料的目的是金属筒的热量不会通过固定杆对外散热。固定杆是安装在金属筒的两端的，每端1—3个为宜。所述金属筒的圆周有筒形的双层玻璃真空管包裹，两端有双层玻璃真空板封堵，金属筒四周的真空切断了热传导途径，这就实现了金属筒对外散热最小。家用时，平常金属筒的盘管不通水，吸收的太阳光热量通过金属筒贮存。中午或者晚上做饭时，缓慢往盘管的一端通入水，高温的金属筒将水加热成高于100℃水蒸气，水蒸气就可以通到蒸锅里煮饭、蒸馒头了。家庭使用时，如果有效采光面积按2平方米计算，光热转换效率按50%计算，太阳光的照射强度按1千瓦/平方计算，每天太阳光的照射时间按6小时计算，则该热水器吸收的热量为：2×1×50%×6=6千瓦时，相当于使用一个产生2千瓦热量的电炉工作3个小时产生的热量。这些热量足够一个普通家庭一天的做饭使用。当然通过增加采光面积就能够很方便的增加采热量。当本发明用于企业时，通过增加本发明的数量，将每个热水器盘管串联可以提高水蒸气的温度，将每个热水器盘管并联可以提高水蒸气的流量。本发明的结构特点是：首次在集热器内加入了盘管，首次在集热器内加入了相变储热物质，在相变储热物质之间的缝隙加入了导热油。
本发明的有益效果是，集聚光贮热加热于一体，总占用空减小，总散热面积减小，保温效果好。与现行市场上的真空管太阳能热水器相比，在构造上：本发明少了真空管，多了会聚太阳光器件、集热器，材料成本变化不大，也可以安装在阳台、屋顶；在效果上：家用本发明能够煮饭、蒸馒头，企业大量用本发明能够产生大量高温蒸汽，当然掺入凉水也兼有现行市场上的真空管太阳能热水器的效果。可以看出，本发明比现行市场上的真空管太阳能热水器具有显著进步，推广本发明，现行市场上的真空管太阳能热水器将会逐渐淘汰，本发明将会开辟太阳能光热利用的新局面。
附图说明
附图是本发明的结构示意图。
图1是聚光贮热加热一体的太阳能热水器的第一个实施例的结构图。
图2是聚光贮热加热一体的太阳能热水器的第二个实施例的结构图。
图3是图1或图2中安装在太阳光会聚焦线上的零件的第一个实施例结构图。
图4是图1或图2中安装在太阳光会聚焦线上的零件的第二个实施例结构图。
图5是图1至图4中任一图所示的固定杆的放大剖视图。
图中1. 会聚太阳光器件，2. 外壳，3. 支架，4. 双层玻璃真空管，5. 金属筒，6. 支撑，7. 盘管，8. 贮热材料，9. 盘管进口，10. 盘管出口， 11. 固定杆 ，12. 绝热材料 ，13. 双层玻璃真空板 ，14. 球形小储热体 ，15. 柱形小储热体 ，16. 水桶 ，17. 开关 ，18.蒸锅。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1是本发明的第一个实施例的结构图。图1中的会聚太阳光器件1使用的是折射式的一个薄的凸透镜，其原理见专利201220584585.2，它能够将太阳光会聚为一条焦线，在焦线上安装有一筒形的双层玻璃真空管4，在双层玻璃真空管4的内部套有一金属筒5，双层玻璃真空管4与金属筒5之间有支撑6，金属筒5的外表面涂有吸热涂层，金属筒5内有一根盘管7，金属筒5内的剩余空间，用贮热材料8填充。金属筒5两端是密封的，盘管进口9、盘管出口10露在金属筒5两端外面，延伸出外壳2，盘管进口9输入的是凉水，盘管出口10输出的是热水蒸气。在金属筒5的两端有固定杆11，固定杆11的放大剖视图如图5所示，其中一段是凸形状与凹形状，之间隔有绝热材料12构成，其目的是阻断金属筒5内的热量沿固定杆11向支架3传导。在双层玻璃真空管4的两端有双层玻璃真空板13封堵。外壳2与会聚太阳光器件1、支架3镶嵌，构成聚光贮热加热一体的太阳能热水器整体。图3是安装在太阳光会聚焦线上的零件的第一个实施例结构图，贮热材料8是由是由若干球形小储热体14与它们间隙中填充的导热油组成。图4是安装在太阳光会聚焦线上的零件的第二个实施例结构图，贮热材料8是由是由若干柱形小储热体15与它们间隙中填充的导热油组成。在图1中，安装在太阳光会聚焦线上的零件是图3形状。图3、图4除储热材料8的形状不同外，其它材料构成相同。
图2是本发明的第二个实施例的结构图，图2中的会聚太阳光器件1是抛物面反射式镜，它能够将太阳光会聚为一条焦线，安装在太阳光会聚焦线上的零件是图3，或者图4。为了更详细描述本发明的应用，在图2支架3的上方加装了水桶16、开关17，下面放了蒸锅18。平时开关关闭，金属筒5吸收储存太阳光热量。需要做饭时，打开开关17，盘管7将水加热为高温蒸汽，通入蒸锅煮饭、蒸馒头。图1可以安装在楼房阳台、屋顶，图2可以安装在农村院内地面、楼房大的凉台。
Claims (6)
1.一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，包括有会聚太阳光器件、外壳、支架，在太阳光会聚的焦线上，有一筒形的双层玻璃真空管，所述筒形的双层玻璃真空管内部套有一金属筒，所述双层玻璃真空管与所述金属筒之间有支撑，所述金属筒的外表面涂有吸热涂层，其特征是：所述金属筒内有一根贯穿所述金属筒的盘管，在所述金属筒内的剩余空间，用贮热材料填充，所述金属筒两端是密封的，所述盘管的进出口露在所述金属筒两端外，所述金属筒两端有与所述金属筒垂直的固定杆，所述筒形的双层玻璃真空管两端有双层玻璃真空板封堵，所述金属筒两端的固定杆与所述支架相连，所述外壳与所述会聚太阳光器件、所述支架镶嵌连接。
2.根据权利1所述的一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，其特征是：所述会聚太阳光器件是沿一条抛物线所在平面高度方向上伸长所得出的抛物面，且在所述抛物面添加上反光材料所形成的反射镜；或者是一个凸透镜截面在其高度方向上伸长所形成的凸透镜。
3.根据权利1所述的一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，其特征是：所述贮热材料是由若干小储热体与小储热体的间隙中填充的导热油组成，所述小储热体形状为柱形或者球形，所述小储热体的结构为：内部为相变储热物质，外表面为固体材料。
4.根据权利1所述的一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，其特征是：所述固定杆的其中一段是凸形状与凹形状，之间隔有绝热材料构成的。
5.根据权利1或3所述的一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，其特征是：所述小储热体的外表面的固体材料为金属、或者陶瓷、或者合成化工材料。
6.根据权利1至5中任一权利要求所述的一种聚光贮热加热一体的太阳能热水器，其特征是：若干所述的聚光贮热加热一体的太阳能热水器的所述盘管的进出口连接方式是串联、或者并联、或者混联。
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