CN105758022A - 一种具有新散热方式的相变储热太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有新散热方式的相变储热太阳能热水器，包括进水管、出水管、相变储热太阳能热水器本体和散热体，相变储热太阳能热水器本体内设有包覆了热致变色辐射层和绝热包层的若干个并列的真空管，相变储热材料位于真空管内，散热体包含插入相变储热太阳能热水器本体内的若干个并列的导热棒和位于相变储热太阳能热水器本体外部的散热片，当相变储热材料的温度高于热致变色辐射层的变色阈值温度时，热致变色辐射层由透明变为黑色，以热辐射的方式将热量传递给导热棒，相变储热材料的热量经导热棒传递至散热体的散热片进行散热，从而降低相变储热材料的温度，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。

Description

一种具有新散热方式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型散热方式的相变储热太阳能热水器。
背景技术
太阳能热利用是新能源和可再生能源中商业化程度最高、应用最普遍的技术之一，并带来了巨大的节能环保效益，我国是太阳能热水器生产总量最多、拥有太阳能热水器的家庭数量多、潜在市场最大的国家。
相变储热太阳能热水器是一种体积小、储能密度高的太阳能热水器。相变储热的主要特点在于，利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用。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。但是，如果太阳辐射很强，用户未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太高，会因过热而损坏相变储热太阳能热水器。因此，采用合理的散热方式对相变储热材料进行过热保护，是相变储热太阳能热水器面临的主要问题。
中国专利CN104697184A提出一种在热水出水管上并联散热管路，对相变储热太阳能热水器进行过热防护的方法，当热水管的水温超过设定值时，并联管路的安全阀开启，让热水从并联管路流至冷凝器，水经降温后返回至出水管。其缺点在于，只能对出水管内的热水进行降温，并非直接对相变储热材料进行降温，在房屋尚未交付或长期无人居住，自来水不通时，无法起到过热保护的作用。中国专利CN103912999B提出一种采用蒸发介质，对相变储热太阳能热水器进行过热防护的散热装置，将蒸发介质装在循环管路中，循环管路的蒸发端埋在相变储热材料内，冷凝端在太阳能热水器外部，当相变储热材料的温度高于液体沸点时散热装置启动，液态的蒸发介质在蒸发端吸收相变储热材料的热量变为气体，气体流至冷凝端放出热量变回液态，液体再回流至蒸发端，反复循环实现对相变储热材料的过热保护。其缺点在于，循环管路必须真空密封，成本高；循环管路要埋入密封相变储热材料的真空管内，循环管路与真空管之间的密封安装困难、难以进行维修。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有新型散热方式的相变储热太阳能热水器，用以解决现有技术中难以有效提供过热保护、安装困难的问题，其技术方案如下：
一种具有新散热方式的相变储热太阳能热水器，包括进水管、出水管、相变储热太阳能热水器本体和散热体，相变储热太阳能热水器本体内设有绝热包层和若干个并列的真空管，相变储热材料位于真空管内，散热体包含插入相变储热太阳能热水器本体内的若干个并列的导热棒和位于相变储热太阳能热水器本体外部的散热片，若干个导热棒与若干个真空管交替排列，其特征在于，若干个并列的真空管分别包覆了热致变色辐射层，当相变储热材料的温度高于热致变色辐射层的变色阈值温度时，热致变色辐射层由透明变为黑色，从而以热辐射的方式将热量传递给导热棒，相变储热材料的热量经导热棒传递至散热体的散热片进行散热，从而降低相变储热材料的温度，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。
所述的真空管内还设有中空管，中空管包括中空管进水端和中空管出水端，中空管进水端与所述进水管连接，中空管出水端与所述出水管连接。
所述导热棒与所述热致变色辐射层之间具有一间隙。
所述热致变色辐射层的热致变色为可逆过程，在相变储热材料的温度降低后，热致变色辐射层恢复变色前的透明状态，辐射层的热辐射率大幅降低，热辐射方式传递的热量减小，相变储热材料的温度不再降低。
作为进一步优选，所述热致变色辐射层，温度低于变色阈值温度时为透明状，温度高于变色阈值温度时为黑色、灰色或者棕黑色。
作为进一步优选，所述散热体由热导率大于20W/m.K的金属、塑料或陶瓷一体成型。
作为进一步优选，所述导热棒表面均匀涂覆热导率大于1W/m.K的白漆层，以吸收热辐射。
作为进一步优选，所述热致变色辐射层的变色阈值温度大于60℃。
作为进一步优选，所述绝热包层将所述真空管、导热棒以及导热棒与热致变色辐射层之间的间隙包覆起来。
上述技术方案具设有如下设有益效果：
本发明同现有技术相比，采用散热体进行散热，散热体包括若干个并列插入相变储热太阳能热水器本体内的导热棒和位于相变储热太阳能热水器本体外部散热片，导热棒与真空管交替排列，真空管外部包覆热致变色辐射层，当相变储热材料的温度高于热致变色辐射层的变色阈值温度时，热致变色辐射层由透明变为黑色，从而以热辐射的方式将热量传递给导热棒，相变储热材料的热量经导热棒传递至散热体的散热片进行散热，从而降低相变储热材料的温度，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。本发明的散热方式具有成本低、安装维护方便的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的相变储热太阳能热水器的横截面示意图；
图2为本发明实施例的相变储热太阳能热水器的俯视剖面示意图；
图中的附图标记为：1、进水管；2、出水管；3、相变储热太阳能热水器本体；4、散热体；11、中空管进水端；21、中空管出水端；31、真空管；32、热致变色辐射层；33、间隙；34、绝热包层；311、相变储热材料；41、导热棒；42、散热片。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，一种具有新散热方式的相变储热太阳能热水器，包括进水管1、出水管2、相变储热太阳能热水器本体3和散热体4，相变储热太阳能热水器本体3内设有包覆了热致变色辐射层32和绝热包层34的若干个并列的真空管31，相变储热材料311位于真空管31内，散热体4包含插入相变储热太阳能热水器本体3内的若干个并列的导热棒41和位于相变储热太阳能热水器本体3外部的散热片42，若干个导热棒41与若干个真空管31交替排列，当相变储热材料311的温度高于热致变色辐射层32的变色阈值温度时，热致变色辐射层32由透明变为黑色，从而以热辐射的方式将热量传递给导热棒41，相变储热材料311的热量经导热棒41传递至散热体4的散热片42进行散热，从而降低相变储热材料311的温度，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。
请参考图1和图2，所述的真空管31内还设有中空管，中空管包括中空管进水端11和中空管出水端21，中空管进水端11与进水管1连接，中空管出水端21与出水管2连接。
请参考图2，所述导热棒41与所述热致变色辐射层32之间具有一间隙33，所述导热棒41与所述热致变色辐射层32分隔开，两者之间没有热传导，当相变储热材料311的温度低于热致变色辐射层32的变色阈值温度时，所述相变储热材料311的热量不会发生热传导造成的热量流失。
所述热致变色辐射层32的热致变色为可逆过程，所述相变储热材料311的温度降低后，所述热致变色辐射层32恢复变色前的透明状态，辐射层32的热辐射率大幅降低，热辐射方式传递的热量减小，相变储热材料311通过吸收太阳辐射获得的热流量大于热致变色辐射层32通过热致变色辐射层32，相变储热材料311温度逐步恢复至平衡状态，相变储热材料311的温度不再降低。
所述热致变色辐射层32，温度低于变色阈值温度时为透明状，温度高于变色阈值温度时为黑色、灰色或者棕黑色。
所述散热体4由热导率大于20W/m.K的金属、塑料或陶瓷一体成型。
所述导热棒41表面均匀涂覆热导率大于1W/m.K的白漆层，以吸收热辐射。
所述热致变色辐射层32的变色阈值温度大于60℃。
所述绝热包层34将所述真空管31、导热棒41以及导热棒41与热致变色辐射层32之间的间隙33包覆起来。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种具有新散热方式的相变储热太阳能热水器，包括进水管、出水管、相变储热太阳能热水器本体和散热体，相变储热太阳能热水器本体内设有绝热包层和若干个并列的真空管，相变储热材料位于真空管内，散热体包含插入相变储热太阳能热水器本体内的若干个并列的导热棒和位于相变储热太阳能热水器本体外部的散热片，若干个导热棒与若干个真空管交替排列，其特征在于，若干个并列的真空管分别包覆了热致变色辐射层，当相变储热材料的温度高于热致变色辐射层的变色阈值温度时，热致变色辐射层由透明变为黑色，从而以热辐射的方式将热量传递给导热棒，相变储热材料的热量经导热棒传递至散热体的散热片进行散热，从而降低相变储热材料的温度，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。
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，所述的真空管内还设有中空管，中空管包括中空管进水端和中空管出水端，中空管进水端与所述进水管连接，中空管出水端与所述出水管连接。
3.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，所述导热棒与所述热致变色辐射层之间具有一间隙。
4.根据权利要求3所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于，所述热致变色辐射层的热致变色为可逆过程，在相变储热材料的温度降低后，热致变色辐射层恢复变色前的透明状态，辐射层的热辐射率大幅降低，热辐射方式传递的热量减小，相变储热材料的温度不再降低。
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，所述热致变色辐射层，温度低于变色阈值温度时为透明状，温度高于变色阈值温度时为黑色、灰色或者棕黑色。
6.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，所述散热体由热导率大于20W/m.K的金属、塑料或陶瓷一体成型。
7.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，所述导热棒表面均匀涂覆热导率大于1W/m.K的白漆层，以吸收热辐射。
8.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，所述热致变色辐射层的变色阈值温度大于60℃。
9.根据权利要求3所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于，所述绝热包层将所述真空管、导热棒以及导热棒与热致变色辐射层之间的间隙包覆起来。
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