CN104596120A - 新型全天候平板太阳能热水器及其制热水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型全天候平板太阳能热水器，其包括平板太阳能集热器、压缩机、截流器和过滤器和内部设有热交换器的一体化保温水箱，平板太阳能集热器、压缩机、一体化保温水箱内、过滤器和截流器依次连接，并形成回路循环；还公开了该热水器的制热水方法；本发明的结构设计巧妙、合理，利用逆卡诺循环工作原理，在阳光下吸收热量的同时，还能在晚间通过温差来吸收热量，有效利用各种热能来制热水，满足全天候人们所需的热水，热能利用率高，产水量大，制热水效果好，且管路不易出现堵塞，不仅达到节能目的，还大大降低使用成本，利于节能环保，而且整体结构简单，轻便，便于安装，利于广泛推广应用。

Description

新型全天候平板太阳能热水器及其制热水方法

技术领域

本发明涉及制热水技术，具体涉及一种新型全天候平板太阳能热水器及其制热水方法。

背景技术

太阳能热水器是利用太阳能作为能源来加热热水，即是利用太阳的能量将水从低温度加热到高温度的装置，是一种热能产品，太阳作为一种绿色能源，在建筑等领域得到了广泛的应用。

太阳能热利用发展到今天，无论是在集热器(亦称吸热器)的集热效率方面，或是在性价比方面都取得了巨大的进步。太阳能热水器在中国具有非常广阔的市场，并且随着能源危机的不断加剧，太阳能的利用受到了国家越来越大的重视。每平方米平板太阳能集热器平均每个正常日照日，可产生相当于2.5度电的热量，每年可节约标准煤250公斤左右，可以减少700多公斤二氧化碳的排放量。太阳能热水器的广泛运用，包括生活用热水，采暖，空调，在省钱的同时必将极大地改善地球的污染状况。太阳能热水器的优点很多，甚至还可以开发出更多性能。

然而目前的平板(真空管)太阳能热水器存在以下缺点：1、未能完全利用太阳能所产生的热水，因为其工作原理是通过温差控制水泵启动，使水循环经过集热器，以获得热水，该热水流向水箱后，推动水箱内的冷水，流回集热器，当两边的水温平衡时，水泵停止工作，这样就导致一部分水还遗留在集热器中，造成不必要的热能浪费；2、现有的平板(真空管)集热器太过笨重，安装要求技术高、材料成本高；3、受太阳光照的限制，生产热水受天气的制约。4、平板太阳能热水器与保温水箱管路连接复杂安装不便。

发明内容

针对上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种能全天候使用，热能利用率高，产水量大，制热水效果好，且管路不易出现堵塞现象的新型全天候平板太阳能热水器。

本发明目的之二在于，提供一种上述新型全天候平板太阳能热水器的制热水方法。

一种新型全天候平板太阳能热水器，其包括平板太阳能集热器、压缩机、截流器和过滤器和内部设有热交换器的一体化保温水箱，所述平板太阳能集热器的介质出口与所述压缩机的进口端相连接，该压缩机的出口端与所述一体化保温水箱内的热交换器的进口端相连接，该热交换器的出口端与所述过滤器的进口端相连接，该过滤器的出口端通过所述截流器与所述平板太阳能集热器的介质入口相连接。

作为本发明的一种改进，所述平板太阳能集热器包括平板架和若干并排在该平板架上的铝合金吸热导流片，该铝合金吸热导流片从横截面角度看，该铝合金吸热导流片的中部设有介质传导管，该铝合金吸热导流片的两端对称向下弯折，并垂直向下延伸，末端位置对称向内变折形成一用于增大与空气的接触面积和安装定位的安装定位部。

作为本发明的一种改进，所述介质传导管为一直径为6～10毫米的铜管，所述铝合金吸热导流片的宽度为150毫米，该铝合金吸热导流片的外表面涂覆有厚度为5～17μm的黑钛涂层。

作为本发明的一种改进，所述一体化保温水箱包括外箱和内胆，该内胆设置在所述外箱内，且与该外箱内壁之间形成夹层空间，该夹层空间内填充有保温材料，所述外箱的顶面设有安装凹位，所述压缩机和过滤器设置在该安装凹位上。

作为本发明的一种改进，所述安装凹位上设有能将其开口封闭的盖体。

作为本发明的一种改进，所述外箱的外表面包覆有采用金属材料制成的保温外壳，所述内胆的外表面包覆有隔热膜，所述保温材料为陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料厚度为5～7CM。

作为本发明的一种改进，所述热交换器包括一管径为8～12毫米，型号为不锈钢316的盘管，该盘管设置在所述内胆内。

一种上述的新型全天候平板太阳能热水器的制热水方法，

(1)将平板太阳能集热器朝向太阳，用于将光能转化为热能，以将介质从低温度加热到高的温度，获得较高温度的介质；

(2)当介质达到预定的温度时，压缩机工作，对该较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱的热交换器；

(3)热交换器与一体化保温水箱内的水进行热交换，以将一体化保温水箱内的水从低温度加热到高的温度，获得热水；与此同时，更高温度的介质也从高的温度降低到低温度，形成低温度的介质；

(4)低温度的介质经过滤器的过滤后进入截流器，并在截流器的截流作用下，介质变冷回流至平板太阳能集热器，等待新一轮的加热；

重复步骤(2)至(4)，实现制热水的目的。

作为本发明的一种改进，所述步骤(2)具体包括以下步骤：

在时间段9:00～16:00时，若平板太阳能集热器内的介质的温度达到35℃时，压缩机工作，对该较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱的热交换器；

重复上述步骤，直至平板太阳能集热器内的介质的温度降到10℃时，压缩机停止工作。

作为本发明的一种改进，所述步骤(2)具体还包括以下步骤：

在时间段16:00～23:00时，若所述一体化保温水箱内的水的温度达不到预先设定的温度时，强制压缩机工作，对低温度或较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱的热交换器；

重复上述步骤，直至一体化保温水箱内的水的温度达到预先设定的温度时，压缩机停止工作。

本发明的有益效果为：本发明的新型全天候平板太阳能热水器的结构设计巧妙、合理，利用逆卡诺循环工作原理，在阳光下吸收热量的同时，还能在晚间通过温差来吸收热量，通过介质流动实现热量传导，进而将一体化保温水箱内的水加热，实现全天候快速制热水的目的，不仅有效简化传统太阳能热水器在没有阳光照射时，都是靠辅助加热的复杂结构还大大提升热能利用率，产水量大，制热水效果好；有效解决了传统太阳能热水器未能全部利用集热器(亦称吸热器)所产生的热水，避免不必要的热量浪费；而且平板太阳能集热器采用平板式结构设计，轻便、结构简单，便于安装，有效解决了现有的平板集热器太过于笨重、材料成本高、安装难度大的问题。本发明提供的制热水方法工艺简洁，成本低，易于实现，能快速制得热水，并且能充分利用太阳能，有效保证热水的供应质量，满足全天候人们所需的热水，不仅达到节能目的，还大大降低使用成本，利于节能环保，给人们生活带来便利，利于广泛推广应用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中铝合金吸热导流片的结构示意图。

具体实施方式

实施例：参见图1和图2，本发明实施例提供一种新型全天候平板太阳能热水器，其包括平板太阳能集热器1、压缩机2、截流器3和过滤器4和内部设有热交换器5的一体化保温水箱6，所述平板太阳能集热器1的介质出口与所述压缩机2的进口端相连接，该压缩机2的出口端与所述一体化保温水箱6内的热交换器5的进口端相连接，该热交换器5的出口端与所述过滤器4的进口端相连接，该过滤器4的出口端通过所述截流器3与所述平板太阳能集热器1的介质入口相连接。

所述平板太阳能集热器1包括平板架11和若干并排在该平板架11上的铝合金吸热导流片12，参见图2，该铝合金吸热导流片12从横截面角度看，该铝合金吸热导流片12的中部设有介质传导管121，该铝合金吸热导流片12的两端对称向下弯折，并垂直向下延伸，末端位置对称向内变折形成一用于增大与空气的接触面积和安装定位的安装定位部122，整体呈“凹”字形。通过该安装定位部122能快速将铝合金吸热导流片12安装在平板架11上。安装方便，简单，而且轻便，便于运输、安装和维护，有效解决了现有的平板集热器太过于笨重、材料成本高、安装难度大的问题。

本实施例中，较佳的，所述介质传导管121为一直径为6～10毫米的铜管，所述铝合金吸热导流片12的宽度为150毫米，较佳的，该铝合金吸热导流片12的外表面涂覆有厚度为5～17μm的黑钛涂层，有效提升吸热效果。

所述一体化保温水箱6包括外箱61和内胆62，该内胆62设置在所述外箱61内，且与该外箱61内壁之间形成夹层空间，该夹层空间内填充有保温材料63，所述外箱61的顶面设有安装凹位，所述压缩机2和过滤器4设置在该安装凹位上。截流器3对应过滤器4的上方位置设置在该安装凹位的侧壁上。所述外箱61的外表面包覆有采用金属材料制成的保温外壳，所述内胆62的外表面包覆有隔热膜，所述保温材料63为陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料厚度为5～7CM。保温效果好，避免不必要的热量浪费。

所述安装凹位上设有能将其开口封闭的盖体7。有效保护压缩机2和过滤器4不被损坏，延长使用寿命。

本实施例中，较佳的，所述热交换器5包括一管径为8～12毫米，型号为不锈钢316的盘管，该盘管设置在所述内胆62内。该盘管的管径优选为12毫米，结构简单，成本低，热交换效果好。

一种上述的新型全天候平板太阳能热水器的制热水方法，

(1)将平板太阳能集热器1朝向太阳，用于将光能转化为热能，以将介质从低温度加热到高的温度，获得较高温度的介质；该平板太阳能集热器1亦可称平板太阳能吸热器；

(2)当介质达到预定的温度时，压缩机2二作，对该较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，温度优选为80-110℃，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱6的热交换器5；

(3)热交换器5与一体化保温水箱6内的水进行热交换，以将一体化保温水箱6内的水从低温度加热到高的温度，获得热水；与此同时，更高温度的介质也从高的温度降低到低温度，形成低温度的介质；

(4)低温度的介质经过滤器4的过滤后进入截流器3，并在截流器3的截流作用下，介质变冷回流至平板太阳能集热器1，等待新一轮的加热；

重复步骤(2)至(4)，实现制热水的目的。

工作时，所述步骤(2)优选以下步骤：

(2.1)在时间段9:00～16:00时，若平板太阳能集热器1内的介质的温度达到35℃时，压缩机2工作，对该较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱6的热交换器5；

重复上述步骤(2.1)，直至平板太阳能集热器1内的介质的温度降到10℃时，压缩机2停止工作。

(2.2)在时间段16:00～23:00时，若所述一体化保温水箱6内的水的温度达不到预先设定的温度时，强制压缩机2工作，对低温度或较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱6的热交换器5；

重复上述步骤(2.2)，直至一体化保温水箱6内的水的温度达到预先设定的温度时，压缩机2停止工作。

上述实施例仅为本发明较好的实施方式，本发明不能一一列举出全部的实施方式，凡采用上述实施例的技术方案，或根据上述实施例所做的等同变化，均在本发明保护范围内。

白天时，平板太阳能集热器1吸收太阳能，将光能转化为热能，以将介质从低温度加热到高的温度，获得较高温度的介质。

晚上时，在与一体化保温水箱6内的水进行热交换后的低温度的介质，介质变冷回流至平板太阳能集热器1后，假设这时的低温度的介质的温度为0℃，经自然风吹过后，平板太阳能集热器1迅速作热交换动作，使低温度的介质从低温度加热到高的温度，如常温是25℃，则该低温度的介质从低温度0℃加热到高的温度25℃。

经实验表明，本发明具有以下优点：

1、本发明利用逆卡诺循环工作原理，在阳光下吸收热量的同时，还能在晚间通过温差来吸收热量，通过介质流动实现热量传导，进而将一体化保温水箱6内的水加热，实现全天候快速制热水的目的，不仅有效简化传统太阳能热水器在没有阳光照射时，都是靠辅助加热的复杂结构，还大大提升热能利用率，产水量大，制热水效果好；有效解决了传统太阳能热水器未能全部利用集热器所产生的热水，避免不必要的热量浪费。

2、平板太阳能集热器1采用平板式结构设计，并且合理设计铝合金吸热导流片12的结构，轻便、结构简单，便于安装，有效解决了现有的平板集热器太过于笨重、材料成本高、安装难度大的问题。

3、加设有过滤器4，有效解决传统管路易出现堵塞现象的问题，保证正常使用。

4、加设有截流器3，起到截流的作用，控制流速变成低压状态，介质变冷后，流回平板太阳能集热器1，以有足够长的时间与外界进行热交换，如经自然风吹、阳光照射等方式，以快速恢复常温，能有效利用热能，不仅达到节能目的，还大大降低使用成本，利于节能环保，给人们生活带来便利。

5、合理控制压缩机2的工作时间，能充分利用太阳能和其它热能，在阳光下能吸收热量，在晚间能通过温差来吸收热量，在保证热水的供应质量，满足全天候人们所需的热水基础上，最大限度降低使用成本，节能环保。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似结构而得到的其它热水器和方法，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种新型全天候平板太阳能热水器，其特征在于，其包括平板太阳能集热器、压缩机、截流器和过滤器和内部设有热交换器的一体化保温水箱，所述平板太阳能集热器的介质出口与所述压缩机的进口端相连接，该压缩机的出口端与所述一体化保温水箱内的热交换器的进口端相连接，该热交换器的出口端与所述过滤器的进口端相连接，该过滤器的出口端通过所述截流器与所述平板太阳能集热器的介质入口相连接。

2.根据权利要求1所述的新型全天候平板太阳能热水器，其特征在于，所述平板太阳能集热器包括平板架和若干并排在该平板架上的铝合金吸热导流片，该铝合金吸热导流片从横截面角度看，该铝合金吸热导流片的中部设有介质传导管，该铝合金吸热导流片的两端对称向下弯折，并垂直向下延伸，末端位置对称向内变折形成一用于增大与空气的接触面积和安装定位的安装定位部。

3.根据权利要求2所述的新型全天候平板太阳能热水器，其特征在于，所述介质传导管为一直径为6～10毫米的铜管，所述铝合金吸热导流片的宽度为150毫米，该铝合金吸热导流片的外表面涂覆有厚度为5～17μm的黑钛涂层。

4.根据权利要求1所述的新型全天候平板太阳能热水器，其特征在于，所述一体化保温水箱包括外箱和内胆，该内胆设置在所述外箱内，且与该外箱内壁之间形成夹层空间，该夹层空间内填充有保温材料，所述外箱的顶面设有安装凹位，所述压缩机和过滤器设置在该安装凹位上。

5.根据权利要求4所述的新型全天候平板大阳能热水器，其特征在于，所述安装凹位上设有能将其开口封闭的盖体。

6.根据权利要求1所述的新型全天候平板太阳能热水器，其特征在于，所述外箱的外表面包覆有采用金属材料制成的保温外壳，所述内胆的外表面包覆有隔热膜，所述保温材料为陶瓷复合材料，该陶瓷复合材料厚度为5～7CM。

7.根据权利要求4所述的新型全天候平板太阳能热水器，其特征在于，所述热交换器包括一管径为8～12毫米，型号为不锈钢316的盘管，该盘管设置在所述内胆内。

8.一种权利要求1-7任一所述的新型全天候平板太阳能热水器的制热水方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)将平板太阳能集热器朝向太阳，用于将光能转化为热能，以将介质从低温度加热到高的温度，获得较高温度的介质；

(2)当介质达到预定的温度时，压缩机工作，对该较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱的热交换器；

(3)热交换器与一体化保温水箱内的水进行热交换，以将一体化保温水箱内的水从低温度加热到高的温度，获得热水；与此同时，更高温度的介质也从高的温度降低到低温度，形成低温度的介质；

(4)低温度的介质经过滤器的过滤后进入截流器，并在截流器的截流作用下，介质变冷回流至平板太阳能集热器，等待新一轮的加热；

重复步骤(2)至(4)，实现制热水的目的。

9.根据权利要求8所述的制热水方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括以下步骤：

在时间段9:00～16:00时，若平板太阳能集热器内的介质的温度达到35℃时，压缩机工作，对该较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱的热交换器；

重复上述步骤，直至平板太阳能集热器内的介质的温度降到10℃时，压缩机停止工作。

10.根据权利要求8或9所述的制热水方法，其特征在于，所述步骤(2)具体还包括以下步骤：

在时间段16:00～23:00时，若所述一体化保温水箱内的水的温度达不到预先设定的温度时，强制压缩机工作，对低温度或较高温度的介质进行加压升温，以获得更高温度的介质，并将该更高温度的介质输送到一体化保温水箱的热交换器；

重复上述步骤，直至一体化保温水箱内的水的温度达到预先设定的温度时，压缩机停止工作。