CN107702349A - 一种太阳能加热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能加热器，包括有集热保温箱、保温水箱和安装支架，集热保温箱由多支并列安装的圆柱形单层薄壁真空玻璃管、集热板和传热管、隔热保温层、金属框架组成，金属框架上安装有隔热保温层，隔热保温层上铺设有集热板，集热板上焊接有间隔排列的传热管，且传热管的一端分别伸入并密封固定在保温水箱中，集热板上方架设的多根圆柱形单层薄壁真空玻璃管其并排相切安装在同一平面或曲面内。本发明提高了热水的利用率和扩大了热水的应用范围的优势；同时绝热保温性提高了很多倍，完全可以实现热管高效传热，无需外加动力循环，大大降低了使用成本和制造成本，可靠性更高、耐低温性更强，使用范围和区域更广。

Description

一种太阳能加热器

技术领域：

本发明涉及太阳热领域，具体是一种能接收、转换、传递和储存的装置，主要涉及一种太阳能加热器。

背景技术：

目前，太阳热能利用方式主要是太阳能热水器，太阳能热水器形式主要有集热管式和集热板式两种，这两种太阳能热水器都是低效贫热热水器，集热管式热水器集热管与集热管间有较大距离，所以单位面积光热的利用率很低；集热板式热水器其通光玻璃板不具有绝热性能，大量热量经通光玻璃板散失，热利用效率很低，温升有限，所以都是贫热太阳能热水器,并且其传热方式为热传导，传热效率低，其产生的热水基本上是洗浴热水而不能作为生活饮用水，严重限制了太阳能热水器的功能范围；集热管式太阳能热水器进出水管线都比较长低温严寒环境容易结冰堵管，集热板式太阳能热水器因通光玻璃板不绝热，低温严寒环境下更容易结冰堵塞或冻坏。

发明内容：

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种太阳能加热器，其集热效率、传热递效率和储热效率高，加热快，其产生的热水既可以做洗浴热水又可以做饮食开水，安装使用方便，抗低温性能强。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种太阳能加热器，包括有集热保温箱、保温水箱和安装支架，其特征在于：所述集热保温箱由多支并列安装的圆柱形单层薄壁真空玻璃管、集热板和传热管、隔热保温层、金属框架组成，所述金属框架上安装有隔热保温层，所述隔热保温层上铺设有集热板，所述集热板上焊接有间隔排列的传热管，且传热管的一端分别伸入并密封在保温水箱中，所述集热板上方架设的多根圆柱形单层薄壁真空玻璃管其并排相切安装在同一平面或曲面内。

所述的集热保温箱和保温水箱通过安装支架倾斜架设安装，且集热保温箱所在平面与水平面夹角成一定夹角。

所述的金属框架上安装有底面隔热保温层、侧面隔热保温层和端面隔热保温层组成的腔体，所述腔体内铺设有集热板。

所述集热板之间无间距并排平铺在集热保温层的内表面上，形成一定面积的受光和光热转换面，且受光和光热转换面与水平面有一定夹角。

所述的集热板是在金属薄板面上镀有选择性镀层。

所述的集热板与传热管均用超声波焊接在一起，所述传热管两端封闭，内置相应热管工质并抽成了真空，其一端为蒸发段，另一端为冷凝段，所述蒸发段焊接在集热板上，冷凝段上为光管，冷凝段光管分别并排插入并密封固定到保温水箱内。

所述的圆柱形单层薄壁真空玻璃管两端封闭成盲管，管内形成封闭的真空空间，两端平齐，形成一个或多个通光绝热的界面。

所述的保温水箱由内胆、保温层、进水口、出水口、传热管接口、安全阀接口、电加热器和两块分隔板组成，所述不锈钢内胆用两块隔板分成三个腔，进水端的冷水腔，出水端的电辅加热腔和中间的太阳能加热腔，两隔板上分别开一个小通水孔，自来水自冷水腔经通水孔进入太阳能加热腔，再经另一隔板的通水孔进入电辅加热腔，电辅加热腔的容积保持在升以下，所述电辅加热腔中的电加热器由温控器自动控制，所述保温水箱内胆上焊有一排若干个安装传热管的密封接口。

本发明的优点是：

本发明与集热管式太阳能热水器相比有单位面积太阳光的利用率提高了两倍以上，传热效率有较大提高、水箱承压，热水出水口管线极短，即开即用，提高了热水的利用率和扩大了热水的应用范围的优势；与集热板式平板太阳能热水器相比，因为圆柱形单层薄壁真空玻璃管组合界面代替了平板玻璃界面，其绝热保温性提高了很多倍，也就是热效率提高了很多倍，完全可以实现热管高效传热，无需外加动力循环，大大降低了使用成本和制造成本，太阳能加热器的可靠性更高了、耐低温性更强，使用范围和区域更广。

附图说明：

图1为太阳能加热器侧向立面安装图。

图2为太阳能加热器俯视图。

图3为集热保温箱断面图。

图4为集热板和传热管图。

图5为圆柱形单层薄壁真空玻璃管图。

图6为保温水箱图。

具体实施方式：

参见附图。

一种太阳能加热器，包括有集热保温箱、保温水箱和安装支架，其整体通过贴墙支架7和支撑杆8固定在朝阳墙面上，所述集热保温箱包括有倾斜设置的金属框架，所述集热保温箱包括有多根圆柱形单层薄壁真空玻璃管2，多片集热板13和多根传热管14，底面、侧面和端面保温隔热层3，金属框架4，压紧横担12所组成的集热保温箱，底面、侧面和端面保温隔热层3安装在金属框架4内，集热板13与传热管14焊接在一起，并平行并列无间距平摆在保温隔热层的内表面上，传热管14的光管段伸出端面保温隔热层的外侧，进入保温水箱的内胆内，圆柱形单层薄壁真空玻璃管2并列无间隙摆放在端面保温隔热层上，两端平齐并用保温材料填实，侧面、端面用保温材料密封，然后两端用压紧横担12固定在金属框架4上组成集热保温箱，圆柱形单层真空玻璃管所形成的平面、与集热板所形成的平面基本平行并有一定间距，太阳光穿过圆柱形单层薄壁真空玻璃管2照射在集热板13表面上，集热板13把吸收的光能转换成热能经管壁传递到传热管内的工质，工质受热后汽化上升至传热管冷凝段，工质蒸汽在冷凝段冷凝释放热量加热水箱里的水后变成工质液体，在重力作用下工质液体下降到蒸发段，自动实现热量快速转移。

所述的集热保温箱与保温水箱用连接件连接成整体，共同置于安装支架上，保温水箱在上部，集热保温箱在下部，一般情况下保温水箱沿轴线水平放置，集热保温箱所在平面与水平面夹角成30°- 90°比较合适，用支撑杆8调节集热保温箱的安装角度。

所述的安装支架可以固定在朝阳窗台附近的外墙上，也可以置于地面上，因为水箱承压，所以水箱出水不需要高度差。

所述的保温水箱有两种，一种为内胆加保温层，另一种为内胆加真空隔热层，根据实际情况选用，保温水箱包括有不锈钢内胆6，保温层15，自来水进水口9，隔板10，出水口11，电加热器16，传热管连接密封口及安全阀接口5，不锈钢内胆6用两块隔板10分成三个腔，进水端的冷水腔，出水端的电辅加热腔和中间的太阳能加热腔，两隔板上分别开一个小通水孔，自来水自冷水腔经通水孔进入太阳能加热腔，再经另一隔板的通水孔进入电辅加热腔，电辅加热腔的容积保持在5升以下，以保证快速升温，省电；电加热器16由温控器自动控制，当来自太阳能加热腔的水温未达到设定温度时，电加热器开始加热到设定温度，当来自太阳能加热腔的水温达到了设定温度时电加热器不启动；保温水箱内胆上焊有一排若干个安装传热管的密封接口；保温水箱上焊有安全阀接口5，当水温不断升高时控制内胆压力在设定范围以内，安全阀接口焊接在太阳能加热腔的位置上。

所述的多支并列安装的圆柱形单层薄壁真空玻璃管中，一定直径（直径远大于壁厚）、一定长度（长度远大于直径）的圆柱形单层薄壁真空玻璃管并排相切安装在同一平面内，两端平齐，形成一个通光绝热的界面，圆柱形单层薄壁真空玻璃管两端封闭成盲管，管内形成封闭的真空空腔，如图5，每根单层薄壁真空玻璃管管内是真空，热量不可能经管内空间传递或传导，也就是说每根圆柱形单层薄壁真空玻璃管在其最大纵截面面积范围内是绝热的，把多根圆柱形单层薄壁真空玻璃管沿其最大纵截面并列排放在同一平面或曲面内就形成了我们所需要的较大的高通光率和高绝热性的界面了。

如图3，这样就为我们高效利用太阳热能提供了有力的保障，圆满解决了在任意大小的平面内高通光率和高绝热性的技术难题。太阳能加热器集热板把光能转换成热能时，集热板温度升高，整个集热保温箱内的温度随之升高，此时，每根圆柱形单层薄壁真空玻璃管靠近集热保温箱内侧的半圆柱面为高温面，靠近外侧的半圆柱面为常温或低温面，以每根相邻圆柱形单层薄壁真空玻璃管的相切线为分界线；因为圆柱形单层薄壁真空玻璃管的壁厚与直径相比比值很小（几十分之一），即圆柱形单层薄壁真空玻璃管管壁壁厚的截面积与其最大纵向截面面积相比比值很小，3%左右，即在整个通光绝热的界面上管壁厚度所占的面积在3%左右，真空面在97%左右，所以沿圆柱形单层薄壁真空玻璃管管壁厚度方向所传导的热量可以忽若不计（玻璃本身为热量的不良导体），这样就形成了每根圆柱形单层薄壁真空玻璃管外侧半圆柱面为常温或低温面，内侧半圆柱面为高温面，保证了太阳光转换成的热量不经通光玻璃面向外传导。

相邻每根圆柱形单层薄壁真空玻璃管间相切接触，没有空隙，集热保温箱内的高温空气与集热保温箱外的常温或低温空气不能形成对流，保证了集热保温箱内的热量不被损失。由于集热保温箱内的热量不能与大气传导和对流，集热保温箱就成为了富热高温箱，与大气环境既不热传导又不热对流，进出水管线基本不暴露在室外，所以在低温严寒环境下使用不受影响。

如图1，图2，安装时蒸发段的高度必须远低于冷凝段的高度，集热板是在金属薄板面上镀有选择性镀层，把太阳光能充分地转化成热能，传热管两端封闭，内置相应热管工质，并抽成真空，所有的传热管均独立传热，互不影响，任何一根的损坏都不影响系统运行，所有传热管均以重力热管原理传热，重力热管传热为无热阻超导单向传热，把太阳热能迅速传递到水箱，对水箱内的水进行加热，（传热管不能把水箱内的热量传递到集热箱)，具有单向传热特性，充分提高了系统的保温性能和可靠性，其具体工作过程为：太阳光透过圆柱形单层薄壁真空玻璃管照射到每块集热板上，每块集热板把光能转换成热量加热传热管内的工质，工质吸热后迅速转换成蒸汽上升至水箱内的冷凝段，水箱内的水对传热管内的工质蒸汽冷凝成液体并释放出大量的汽化潜热，水箱内的水被加热，冷凝成液体的工质在重力作用下再回到蒸发段，如此不断循环往复，集热板上的热量通过工质的汽化潜热源源不断快速地自动送到了水箱内的水中而不是通过金属管壁把热量从集热板慢慢传递到水箱内的水中更不需要外加动力循环传热。

Claims (8)

1.一种太阳能加热器，包括有集热保温箱、保温水箱和安装支架，其特征在于：所述集热保温箱由多支并列安装的圆柱形单层薄壁真空玻璃管、集热板和传热管、隔热保温层和金属框架组成，所述金属框架上安装有隔热保温层，所述隔热保温层上铺设有集热板，所述集热板上焊接有间隔排列的传热管，且传热管的一端分别伸入并密封在保温水箱中，所述集热板上方架设的多根圆柱形单层薄壁真空玻璃管其并排相切安装在同一平面或曲面内。

2.根据权利要求1所述的太阳能加热器，其特征在于：所述的集热保温箱和保温水箱通过安装支架倾斜架设安装，且集热保温箱所在平面与水平面夹角成一定夹角。

3.根据权利要求1所述的太阳能加热器，其特征在于：所述的金属框架上安装有底面隔热保温层、侧面隔热保温层和端面隔热保温层组成的腔体，所述腔体内铺设有集热板。

4.根据权利要求3所述的太阳能加热器，其特征在于：所述集热板之间无间距并排平铺在集热保温层的内表面上，形成一定面积的受光和光热转换面，且受光和光热转换面与水平面有一定夹角。

5.根据权利要求3所述的太阳能加热器，其特征在于：所述的集热板是在金属薄板面上镀有选择性镀层。

6.根据权利要求1所述的太阳能加热器，其特征在于：所述的集热板与传热管均用超声波焊接在一起，所述传热管两端封闭，内置相应热管工质并抽成了真空，其一端为蒸发段，另一端为冷凝段，所述蒸发段焊接在集热板上，冷凝段上为光管，冷凝段光管分别并排插入并密封固定到保温水箱内。

7.根据权利要求1所述的太阳能加热器，其特征在于：所述的圆柱形单层薄壁真空玻璃管两端封闭成盲管，管内形成封闭的真空空间，两端平齐，形成一个或多个通光绝热的界面。

8.根据权利要求1所述的太阳能加热器，其特征在于：所述的保温水箱由内胆、保温层、进水口、出水口、传热管接口、安全阀接口、电加热器和两块分隔板组成，所述不锈钢内胆用两块隔板分成三个腔，进水端的冷水腔，出水端的电辅加热腔和中间的太阳能加热腔，两隔板上分别开一个小通水孔，自来水自冷水腔经通水孔进入太阳能加热腔，再经另一隔板的通水孔进入电辅加热腔，电辅加热腔的容积保持在5升以下，所述电辅加热腔中的电加热器由温控器自动控制，所述保温水箱内胆上焊有一排若干个安装传热管的密封接口。