CN105758023B - 直接散热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直接散热结构的相变储热太阳能热水器，包括相变储热太阳能热水器本体、散热体和相变换热管，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，相变换热管安装于真空管顶部，开口端埋入真空管内，侧壁与真空管壁密封连接，封闭端埋入散热体的导热平板内，相变储热材料过热产生的热气体，从相变换热管的开口端进入相变换热管，在相变换热管的封闭端冷凝，冷凝产生的热量由相变换热管的封闭端传导至散热体进行散热，冷凝后的液体沿着相变换热管内壁回流至真空管内，通过对真空管内过热所产生气体的冷凝，维持真空管内的压力稳定，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能热水器技术领域，具体地说是一种直接散热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CN 104697184A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，而是间接降温的方式。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CN 103912999B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的真空管内，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。本质上也是间接降温的方式，相当于把CN104697184A的出水管变为循环管路。其缺点在于，循环管路本身，也跟相变储热材料的真空管一样，会存在过热损坏的问题；循环管路要埋入密封相变储热材料的真空管内，当循环管路发生破损时，其内部的蒸发介质会渗出，污染相变储热材料，造成真空管失效。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种直接散热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：
一种具有直接散热结构的相变储热太阳能热水器，包括相变储热太阳能热水器本体、散热体和相变换热管，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，散热体包含导热平板和位于相变储热太阳能热水器本体外部的散热片，相变换热管包括开口端和封闭端，相变换热管安装于真空管顶部，开口端埋入真空管内，侧壁与真空管壁密封连接，封闭端埋入散热体的导热平板内，当相变储热材料过热时，产生的热气体向真空管顶部扩散，从相变换热管的开口端进入相变换热管，在相变换热管的封闭端冷凝，冷凝产生的热量由相变换热管的封闭端传导至散热体进行散热，冷凝后的液体沿着相变换热管内壁回流至真空管内，通过对真空管内过热所产生气体的冷凝，维持真空管内的压力稳定，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。
所述相变换热管的开口端，设置于真空管内相变储热材料的上表面与真空管顶部内壁之间。
作为进一步优选，所述相变换热管内壁有毛细管微结构，冷凝后的液体借助于毛细管作用沿所述相变换热管内壁从冷凝端回流至开口端，进而流回相变储热材料内。
作为进一步优选，所述相变换热管外形呈喇叭状，开口端的直径大于封闭端。
作为进一步优选，所述散热体的导热平板底部埋入绝热包层内，并与真空管之间有绝热包层。
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，所述相变换热管侧壁与真空管的密封连接，采用热导率小于1W/m.K的玻璃、高分子材料、无机物填充改性高分子复合材料。
上述技术方案具有如下有益效果：
本发明同现有技术相比，采用相变换热管直接对相变储热太阳能热水器真空管内的过热气体进行冷却，当相变储热材料过热时，产生的热气体向真空管顶部扩散，从相变换热管的开口端进入相变换热管，在相变换热管的封闭端冷凝，冷凝产生的热量由相变换热管的封闭端传导至散热体进行散热，冷凝后的液体沿着相变换热管内壁回流至真空管内，通过对真空管内过热所产生气体的冷凝，维持真空管内的压力稳定，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。
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；
图中的附图标记为：1、散热件；2、相变换热管；3、相变储热太阳能热水器本体；11、散热片；12、导热平板；31、真空管；32、绝热包层；311、相变储热材料。
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1，一种具有直接散热结构的相变储热太阳能热水器，包括散热体1、相变换热管2和相变储热太阳能热水器本体3，相变储热太阳能热水器本体3内设有绝热包层32和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1包含导热平板12和位于相变储热太阳能热水器本体外部的散热片11，相变换热管2包括开口端和封闭端，相变换热管2安装于真空管31顶部，开口端埋入真空管31内，侧壁与真空管31壁密封连接，封闭端埋入散热体1的导热平板12内，当相变储热材料311过热时，产生的热气体向真空管31顶部扩散，从开口端进入相变换热管2，在相变换热管2的封闭端冷凝，冷凝产生的热量由相变换热管2的封闭端传导至散热体1进行散热，冷凝后的液体沿着相变换热管2内壁回流至真空管31内，通过对真空管2内过热所产生气体的冷凝，维持真空管2内的压力稳定，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护。
所述相变换热管2的开口端，设置于真空管31内相变储热材料311的上表面与真空管31顶部内壁之间。
所述相变换热管2内壁有毛细管微结构，冷凝后的液体借助于毛细管作用沿所述相变换热管2内壁从冷凝端回流至开口端，进而流回相变储热材料311内。
所述相变换热管2外形呈喇叭状，开口端的直径大于封闭端。
所述散热体1的导热平板12底部埋入绝热包层内，并与真空管31之间有绝热包层32。
所述散热体1由热导率大于20W/m.K的金属、塑料或陶瓷一体成型。
所述相变换热管2侧壁与真空管31的密封连接，采用热导率小于1W/m.K的玻璃、高分子材料、无机物填充改性高分子复合材料。
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 (1)
1.一种具有直接散热结构的相变储热太阳能热水器，包括相变储热太阳能热水器本体、散热体和相变换热管，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，散热体包含导热平板和位于相变储热太阳能热水器本体外部的散热片，相变换热管包括开口端和封闭端，其特征在于，相变换热管安装于真空管顶部，开口端埋入真空管内，侧壁与真空管壁密封连接，封闭端埋入散热体的导热平板内，当相变储热材料过热时，产生的热气体向真空管顶部扩散，从开口端进入相变换热管，在相变换热管的封闭端冷凝，冷凝产生的热量由相变换热管的封闭端传导至散热体进行散热，冷凝后的液体沿着相变换热管内壁回流至真空管内，通过对真空管内过热所产生气体的冷凝，维持真空管内的压力稳定，实现对相变储热太阳能热水器的过热保护；
所述相变换热管的开口端，设置于真空管内相变储热材料的上表面与真空管顶部内壁之间，所述相变换热管内壁有毛细管微结构，冷凝后的液体借助于毛细管作用沿所述相变换热管内壁从冷凝端回流至开口端，进而流回相变储热材料内，所述相变换热管外形呈喇叭状，开口端的直径大于封闭端，所述散热体的导热平板底部埋入绝热包层内，并与真空管之间有绝热包层，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，所述相变换热管侧壁与真空管的密封连接，采用热导率小于1W/m.K的玻璃、高分子材料、无机物填充改性高分子复合材料。
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