CN104776622B - 外置通道集热蒸发器及具有该集热蒸发器的太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种外置通道集热蒸发器，它包括保温外壳和密闭壳体，所述密闭壳体内设置有毛细结构层，所述密闭壳体上部为太阳能集热板，所述太阳能集热板上部盖设有玻璃盖板，所述太阳能集热板底部压制有多条蒸汽汇集槽道，多条所述蒸汽汇集槽道盖设所述毛细结构层上，利用压制的蒸汽汇集槽道代替传统实体蒸汽通道，通过太阳能集热板吸收热量后将进入毛细结构层的工质蒸发，以此提供热量。本发明还提供了一种具有该集热蒸发器的太阳能热水器，集热蒸发器与储水箱通过环路管道连通，满足中高层建筑的整体美观要求，同时利用毛细结构的毛细作用实现工质的无动力循环，整个太阳能热水器安装简单、无须其它动力驱动工质，即可满足人们的日常需求。

Description

外置通道集热蒸发器及具有该集热蒸发器的太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种集热蒸发器和太阳能热水器，具体的说，涉及了一种外置通道集热蒸发器及具有该集热蒸发器的太阳能热水器。

背景技术

在石油、煤碳、天然气等传统能源日趋紧张的今天，为了保护环境，实现可持续发展，发展新能源以及可再生资源成为一种趋势。太阳能以其具有资源丰富、可再生、无需开采、运输、无污染等优点，成为重要的新能源。目前，太阳能热水器技术是太阳能热利用中技术最成熟、市场应用最广泛的太阳能利用技术。

传统的一体式太阳能热水器能够满足低层建筑的需要，然而中高层建筑，特别是高层建筑的屋顶不适宜安装传统的太阳能热水器，不能满足与中高层建筑一体化的要求，影响建筑美观度；同时存在安全隐患。为了解决上述问题人们致力研究分体式太阳能热水器，集热蒸发器与储水箱通过管道连接，但储水箱仍然需要装在室外，虽然在一定程度上改善了建筑美观度，但生活用水仍需在建筑内外输送，存在热损失较大、太阳能转化效率较低等问题，并且需依靠重力提供系统循环的动力，对集热蒸发器与储热水箱的安装位置有一定的要求，依靠泵等运动部件提供系统循环的动力需消耗电能，不利于节约能源。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种计科学、实用性强、结构合理、安装美观、无须动力、集热效果好的外置通道集热蒸发器；本发明还提供了一种具有该外置通道集热蒸发器的太阳能热水器。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种外置通道集热蒸发器，它包括保温外壳和设置在所述保温外壳内部的密闭壳体，所述密闭壳体底部与所述保温外壳之间设置有保温层，所述密闭壳体内设置有毛细结构层，所述密闭壳体上部为太阳能集热板，所述太阳能集热板上部盖设有玻璃盖板，所述太阳能集热板底部压制有多条蒸汽汇集槽道，多条所述蒸汽汇集槽道盖设所述毛细结构层上，多条所述蒸汽汇集槽道的槽口作为集热蒸发器的气相出口，所述密闭壳体底部对应所述毛细结构层下方设置有工质回流槽道，所述工质回流槽道的槽口作为集热蒸发器的液相进口。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明包括保温外壳和设置在所述保温外壳内部的密闭壳体，利用压制工艺在太阳能集热板底部预先制作多条蒸汽汇集槽道，代替传统实体通道，避免爆管隐患，而且具有更大的集热面积；同时太阳能集热板与毛细结构层紧密扣合提高能源利用率；并利用设置在密闭壳体底部的工质回流槽道对回流液态工质进行均布，以此实现毛细结构层的蒸发作用；采用板状结构太阳能集热板便于切合高层建筑外表安装，美观实用，利用毛细结构层的毛细力作用实现工质在更远距离的无动力循环；其具有设计科学、实用性强、结构合理、安装美观、无须动力、集热效果好的优点。

一种外置通道集热蒸发器，它包括保温外壳和设置在所述保温外壳内部的密闭壳体，所述密闭壳体底部与所述保温外壳之间设置有保温层，所述密闭壳体内设置有毛细结构层，所述密闭壳体上部为太阳能集热板，所述太阳能集热板上部盖设有玻璃盖板，所述太阳能集热板底部压制有多条蒸汽汇集槽道，多条所述蒸汽汇集槽道盖设所述毛细结构层上，多条所述蒸汽汇集槽道的槽口作为集热蒸发器的气相出口，所述密闭壳体内部两侧分别设置有工质分布器，所述工质分布器的多个出口分别对应所述毛细结构层设置，所述工质分布器的入口作为集热蒸发器的液相进口。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明包括保温外壳和设置在所述保温外壳内部的密闭壳体，利用压制工艺在太阳能集热板底部预先制作多条蒸汽汇集槽道，代替传统实体通道，避免爆管隐患，而且具有更大的集热面积；同时太阳能集热板与毛细结构层紧密扣合提高能源利用率；利用工质分布器对回流液态工质进行均布，防止局部毛细结构层不能正常工作，降低板式集热蒸发器效率，以此实现毛细结构层的蒸发作用；采用板状结构太阳能集热板便于切合高层建筑外表安装，美观实用，利用毛细结构层的毛细力作用实现工质在更远距离的无动力循环；其具有设计科学、实用性强、结构合理、安装美观、无须动力、集热效果好的优点。

一种太阳能热水器，它包括如权利要求1或2所述的集热蒸发器、储水箱、设置在所述储水箱内的冷凝器和环路管道，所述集热蒸发器的气相出口、所述环路管道、所述冷凝器的进出口和所述集热蒸发器的液相进口依次连通形成热量循环输送回路。

基于上述，所述集热蒸发器的液相进口与所述冷凝器的出口之间安装有单向阀和工质缓存罐。

基于上述，它还包括安装在所述工质缓存罐内的液位计、与所述液位计电连接的控制器和设置在所述储水箱进水口处的电磁阀，所述控制器控制所述电磁阀。

基于上述，所述环路管道上安装有抽真空阀门。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明不同于传统的一体式或分体式太阳能热水器，它包括集热蒸发器、储水箱、冷凝器和环路管道，通过环路管道连接集热蒸发器和储水箱，适用中高层建筑安装需求，集热蒸发器与外墙体契合安装，储水箱则可以安装在室内需要用热水的地方，整体效果美观；同时利用集热蒸发器内的毛细结构层实现热循环工作的无动力循环，既节能环保又能满足人们对热水的需求；进一步说增加单向阀和工质缓存罐，确保进入集热蒸发器的液态工质适量；保证工质循环效率；进一步说增加液位计、控制器和电磁阀，便于及时向储水箱内注入冷水，保证集热蒸发器正常工作；其具有设计科学、无须动力、远程传热、安装美观和集热效果好的优点。

附图说明

图1是本发明中实施例1的结构示意图。

图2是本发明中实施例1中所述毛细结构层的结构示意图。

图3是本发明中实施例1中所述工质回流槽道的结构示意图。

图4是本发明中实施例2的结构示意图。

图5是本发明中实施例2中所述毛细结构和所述工质分布器的俯视图。

图6是本发明中实施例3的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种外置通道集热蒸发器，它包括保温外壳3和设置在所述保温外壳3内部的密闭壳体，采用壳体结构使得整个集热蒸发器能够做成板式结构，适用于中高层建筑安装需求；整个太阳能集热板设置成板式，便于将整个集热蒸发器安装在中高层建筑的外墙体上，整体美观。

所述密闭壳体底部与所述保温外壳3之间设置有保温层31，所述保温层31可根据需要包裹所述密闭壳体设置，不覆盖所述密闭壳体上部，保证太阳热能的吸收；所述密闭壳体内设置有毛细结构层4，所述密闭壳体上部为太阳能集热板2，采用太阳能集热板2直接作为密闭壳体的一部分，同时将整个太阳能集热板2的底部进行预先制作，使得该太阳能集热板2的底部呈波浪形结构，盖设在所述毛细结构层4上使得二者紧密接触，以此形成多条所述蒸汽汇集槽道41；所述太阳能集热板2上部盖设有玻璃盖板1，所述玻璃盖板1采用透光玻璃制成；多条所述蒸汽汇集槽道41盖设所述毛细结构层上，多条所述蒸汽汇集槽道41的槽口作为集热蒸发器的气相出口32，所述密闭壳体底部对应所述毛细结构层4下方设置有工质回流槽道42，所述工质回流槽道42设置在所述密封壳体底部盖板43上，所述工质回流槽道42的槽口作为集热蒸发器的液相进口33。

本实施例中所述密闭壳体将所述毛细结构层4、所述工质回流槽道42、连接集热蒸发器的气相出口32的管道和连接所述集热蒸发器的液相进口33的管道密闭封装，保证循环工质封闭循环。所述保温外壳3密封包裹所述密封壳体设置，同时根据安装需求在所述保温外壳3外部设置安装连接部件，例如：固定螺栓。

本实施例中采用压注工艺，将太阳能集热板2底部预先制作出蒸汽汇集槽道41，以此代替传统的实体管道，既节省材料，又能够及时将蒸发的蒸汽输送出去。需要说明的是在其它实施例中，可根据需要对太阳能集热板进行制作，使得整个太阳能集热板呈波浪形，配合毛细结构层形成蒸汽汇集槽道即可，其中，所述蒸汽汇集槽道的截面可压制呈半圆形、椭圆形、三角形行等形状。

本实施例中所述毛细结构层采用导热性好、热稳定性和工质相容性好的毛细材料。利用该毛细结构层4吸收太阳能集热板2上的热量，将进入该毛细结构层4中的液体工质气化，气化后的工质快速进入蒸汽汇集槽道41，并及时将气体工质转移，避免蒸汽长期滞留于毛细结构层内，导致气塞，以此实现太阳能热量的利用。

本实施例中为了保证毛细结构层4能够正常吸取工质进行热量利用，所述蒸汽汇集槽道41根据需要进行设置。同时所述工质回流槽道42呈蛇形状设置，保证工质均布整个毛细结构层4的底部，使得毛细结构层4与工质接触充分且均匀，防止局部毛细结构层4不能正常工作，降低板式集热蒸发器效率。为了便于清洁内部蒸发管路，所述工质回流槽道42的槽底可设置清洁口，整个集热蒸发器工作时，该清洁口密封设置。

该集热蒸发器中采用低沸点有机溶剂作为蒸发工质，例如：乙醇、甲醇、乙二醇等有机工质，代替传统的水作为循环工质，利用所述蒸汽汇集槽道41和所述工质分布器5外接其它设备实现热量的输送。

具体使用时，液体工质通过液相进口33进入所述工质回流槽道42，由于所述工质回流槽道42的均流作用，使得液体工质自上而下依次进入整个集热蒸发器，使得毛细结构层4由下而上均匀吸收液体工质，太阳能集热板2吸收太阳辐射的热量，以此加热毛细结构层4，使得液体工质被蒸发，蒸发后的气态工质快速进入蒸汽汇集槽道41并通过集热蒸发器的气相出口32向外进行热量的输送。

实施例2

如图4和图5所示，一种外置通道集热蒸发器，它包括保温外壳3和设置在所述保温外壳3内部的密闭壳体，采用壳体结构使得整个集热蒸发器能够做成板式结构，适用于中高层建筑安装需求；整个太阳能集热板设置成板式，便于将整个集热蒸发器安装在中高层建筑的外墙体上，整体美观。

所述密闭壳体底部与所述保温外壳3之间设置有保温层31，所述保温层31可根据需要包裹所述密闭壳体设置，不覆盖所述密闭壳体上部，保证太阳热能的吸收；所述密闭壳体内设置有毛细结构层4，所述密闭壳体上部为太阳能集热板2，采用太阳能集热板2直接作为密闭壳体的一部分，同时将整个太阳能集热板2的底部进行预先制作，使得该太阳能集热板2的底部呈波浪形结构，盖设在所述毛细结构层4上使得二者紧密接触，以此形成多条所述蒸汽汇集槽道41；所述太阳能集热板2上部盖设有玻璃盖板1，所述玻璃盖板1采用透光玻璃制成；多条所述蒸汽汇集槽道41盖设所述毛细结构层4上，多条所述蒸汽汇集槽道41的槽口作为集热蒸发器的气相出口32，所述密闭壳体内部两侧分别设置有工质分布器5，所述工质分布器5的多个出口分别对应所述毛细结构层4设置，所述工质分布器5的入口作为集热蒸发器的液相进口33。

本实施例中所述密闭壳体将所述毛细结构层4、所述工质分布器5、连接集热蒸发器的气相出口32的管道和连接所述集热蒸发器的液相进口33的管道密闭封装，保证循环工质封闭循环。所述保温外壳3密封包裹所述密封壳体设置，同时根据安装需求在所述保温外壳3外部设置安装连接部件，例如：固定螺栓。

本实施例中采用压注工艺，将太阳能集热板2底部预先制作出蒸汽汇集槽道41，以此代替传统的实体管道，既节省材料，又能够及时将蒸发的蒸汽输送出去。需要说明的是在其它实施例中，可根据需要对太阳能集热板进行制作，使得整个太阳能集热板呈波浪形，配合毛细结构层形成蒸汽汇集槽道即可，其中，所述蒸汽汇集槽道的截面可压制呈半圆形、椭圆形、三角形行等形状。

本实施例中所述毛细结构层采用导热性好、热稳定性和工质相容性好的毛细材料。利用该毛细结构层4吸收太阳能集热板2上的热量，将进入该毛细结构层4中的液体工质气化，气化后的气态工质快速进入蒸汽汇集槽道41，并及时将气体工质转移，避免蒸汽长期滞留于毛细结构层内，导致气塞，以此实现太阳能热量的利用。

本实施例中为了保证毛细结构层4能够正常吸取工质进行热量利用，所述蒸汽汇集槽道41根据需要进行设置。同时所述工质分布器5采用保证工质均布整个毛细结构层4的底部，使得毛细结构层4与工质接触充分且均匀，防止局部毛细结构层4不能正常工作，降低板式集热蒸发器效率。本实施中所述工质分布器5由多个L形隔板交错分布而成，利用溢流堰原理，对进入整个集热蒸发器的液体工质进行均布。

该集热蒸发器中采用低沸点有机溶剂作为蒸发工质，例如：乙醇、甲醇、乙二醇等有机工质，代替传统的水作为循环工质，利用所述蒸汽汇集槽道41和所述工质分布器5外接其它设备实现热量的传输。

具体使用时，液体工质通过液相进口33进入两侧的工质分布器5，由于所述工质分布器5的均流作用，使得液体工质自上而下以依次入整个集热蒸发器，使得毛细结构层4由上而下均匀吸收液体工质，太阳能集热板2吸收太阳辐射的热量，以此加热毛细结构层4，使得液体工质被蒸发，蒸发后的气态工质快速进入蒸汽汇集槽道41并通过集热蒸发器的气相出口32向外进行热量的输送。

实施例3

如图6所示，一种太阳能热水器，它包括集热蒸发器6、储水箱8、设置在所述储水箱8内的冷凝器9和环路管道7，以此构成分体式太阳能热水器，适用于中高层建筑需求。所述集热蒸发器6的气相出口、所述环路管道7、所述冷凝器9的进出口和所述集热蒸发器6的液相进口依次连通形成热量循环输送回路。

本实施例中采用的集热蒸发器6为上述实施例1或实施例2中的平板式集热蒸发器，热量循环输送回路的循环无须其它动力，即可进行工质的循环输送。具体工作原理：利用集热蒸发器6吸收太阳辐射，将毛细结构层内的液态工质加热为气态工质，并通过环路管道7快速输送进入储水箱8内的冷凝器9进行放热加热储水箱8内的冷水，冷凝后的工质经过环路管道7回流进入集热蒸发器6，完成热量的输送和利用。

集热蒸发器6中的毛细结构层将液态工质蒸发为气态工质时，产生毛细力以此驱动整个循环回路中工质的循环。

该太阳能热水器将集热蒸发器6和储水箱8分离设置，储水箱8设置在室内需要热水的地方，整个环路管道7设置在室内，相比传统的储水箱设在室外的形式，既美观又安全；同时利用集热蒸发器6中毛细结构层中的毛细力对环路管道7内的工质进行驱动，相比传统热能循环无须工质驱动动力，节能环保。

采用板式结构的集热蒸发器6，便于安装在中高层建筑的外墙体上，安装外形美观便于统一设置，相比传统热水器更加安全实用；以此吸收太阳热量，同时通过所述环路管道7向所述储水箱8输送热量，所述环路管道7设置于室内，该环路管道7外部做保温处理，减少热能损失。

本实施例中为了保证工质的正常循环，所述集热蒸发器6的液相进口与所述冷凝器9的出口之间安装有单向阀72和工质缓存罐71，所述单向阀72防止工质回流进入冷凝器9，所述工质缓存罐71用于存放液态工质，所述工质缓存罐71用于存放液态工质，保证液态工质均匀稳定的进入集热蒸发器6。

本实施例中，为了保证热量的充分利用，该太阳能热水器还包括安装在所述工质缓存罐71内的液位计81、与所述液位计81电连接的控制器82和设置在所述储水箱8进水口处的电磁阀83，所述控制器82控制所述电磁阀83；所述液位计81能够监测工质缓存罐71内液态工质的储量，所述控制器82根据监测到的储量信息及时控制所述电磁阀83，当监测到的储量信息减少，进行冷水补充。如果储水箱8内水量不足，则液位计81能够及时监测工质缓存罐71内液态工质储量减少，表示冷凝器9中没有进行放热工作，为了保证热能利用率，及时开启电磁阀83，向储水箱8补充冷水。

本实施例中，所述环路管道7上开设有抽真空阀门，保证整个循环管路中处于一定真空状态，既利于毛细力驱动工作循环，也可在温度较低的情况下，液态工质蒸发成气体。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (5)

1.一种外置通道集热蒸发器，其特征在于：它包括保温外壳和设置在所述保温外壳内部的密闭壳体，所述密闭壳体底部与所述保温外壳之间设置有保温层，所述密闭壳体内设置有毛细结构层，所述密闭壳体上部为太阳能集热板，所述太阳能集热板上部盖设有玻璃盖板，所述太阳能集热板底部压制有多条蒸汽汇集槽道，多条所述蒸汽汇集槽道盖设所述毛细结构层上，多条所述蒸汽汇集槽道的槽口作为集热蒸发器的气相出口，所述密闭壳体内部两侧分别设置有工质分布器，所述工质分布器由多个L形隔板交错分布而成，所述工质分布器的多个出口分别对应所述毛细结构层设置，所述工质分布器的入口作为集热蒸发器的液相进口。

2.一种太阳能热水器，其特征在于：它包括如权利要求1所述的集热蒸发器、储水箱、设置在所述储水箱内的冷凝器和环路管道，所述集热蒸发器的气相出口、所述环路管道、所述冷凝器的进出口和所述集热蒸发器的液相进口依次连通形成热量循环输送回路。

3.根据权利要求2所述的太阳能热水器，其特征在于：所述集热蒸发器的液相进口与所述冷凝器的出口之间安装有单向阀和工质缓存罐。

4.根据权利要求3所述的太阳能热水器，其特征在于：它还包括安装在所述工质缓存罐内的液位计、与所述液位计电连接的控制器和设置在所述储水箱进水口处的电磁阀，所述控制器控制所述电磁阀。

5.根据权利要求2所述的太阳能热水器，其特征在于：所述环路管道上安装有抽真空阀门。