CN107940774A - 一种太阳能集热装置及太阳能热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能集热装置及太阳能热水系统，属于太阳能设备领域，其中太阳能集热装置，包括收放驱动部、柔性集热部和集热介质；集热介质为用于吸收太阳能的流体，柔性集热部内设置有用于集热介质通过的流道，集热介质能够在流道内流动，集热介质上设置有用于太阳光投射至集热介质的透光部；驱动部用于驱动柔性集热部收拢或展开。通过本发明提供的太阳能热水系统，将吸热体设置为流动的集热介质，而柔性的柔性集热部可以自如收放以便设置到室内部分区域如窗户处，或可以直接当做窗帘。而不需要像硬质的集热部需要固定的位置，占据空间。在实际使用中，也便于维护，在吸热能力下降后，进行集热介质的补充或更换即可，方便经济。

Description

一种太阳能集热装置及太阳能热水系统

技术领域

本发明涉及太阳能设备领域，具体而言，涉及一种太阳能集热装置及太阳能热水系统。

背景技术

传统的热水系统，集热部件均是采用硬性的、非透明、不可缩放的设计方式，比较笨重，安装是有一定局限性，如一些露天阳台是无法安装的。

而且传统的热水系统外观古板，放置到阳台等区域，格外显眼，对房屋的整体美观产生了一定的影响。

发明内容

本发明提供了一种太阳能集热装置及太阳能热水系统，旨在解决现有技术中太阳能集热装置及太阳能热水系统存在的上述问题。

本发明是这样实现的：

一种太阳能集热装置，包括收放驱动部、柔性集热部和集热介质；

所述集热介质为用于吸收太阳能的流体；

所述柔性集热部内设置有用于所述集热介质通过的流道，所述集热介质能够在所述流道内流动，所述集热介质上设置有用于太阳光投射至所述集热介质的透光部；

所述驱动部用于驱动所述柔性集热部收拢或展开。

在本发明的一种实施例中，所述集热介质包括分散剂和分散质，所述分散质包括碳纳米管或碳粉，所述分散剂为深色液体。

在本发明的一种实施例中，所述分散剂包括水或油。

在本发明的一种实施例中，还包括储液罐，所述储液罐用于储存从所述柔性集热部流出的所述集热介质。

在本发明的一种实施例中，所述柔性集热部远离所述透光部的一面设置有用于隔离所述柔性集热部与低温外界的柔性保温部。

在本发明的一种实施例中，所述收放驱动部包括驱动件和转轴，所述驱动件的输出端与所述转轴轴向限位连接，所述柔性集热部的一端固定在所述转轴上。

一种太阳能热水系统，包括换热装置、环流装置和上述的太阳能集热装置；

所述环流装置用于引导所述集热介质流出所述流道经过所述换热装置并流回所述流道；

所述换热装置设置在所述环流装置上，用于导出所述集热介质的热能。

在本发明的一种实施例中，所述环流装置包括循环泵和环流管，所述环流管一端与所述流道的出口连通，另一端与所述流道的入口连通，所述循环泵设置在所述环流管上用于驱动所述集热介质流动。

在本发明的一种实施例中，所述换热装置设置在所述环流管上，所述换热装置包括储热水箱，所述储热水箱与所述环流管通过传热件隔离。

在本发明的一种实施例中，所述环流装置上还设置有补气装置，所述补气装置包括单向阀或排气阀。

本发明的有益效果是：通过本发明提供的太阳能热水系统，将吸热体设置为流动的集热介质，而柔性的柔性集热部可以自如收放以便设置到室内部分区域如窗户处，或可以直接当做窗帘。而不需要像硬质的集热部需要固定的位置，占据空间。在实际使用中，也便于维护，在吸热能力下降后，进行集热介质的补充或更换即可，方便经济。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例一提供的太阳能热水系统横置时的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的太阳能热水系统竖置时的结构示意图；

图3是本发明提供的具有第一种流道的太阳能热水系统的结构示意图；

图4是本发明提供的具有第二种流道的太阳能热水系统的结构示意图；

图5是本发明提供的不额外设置储液罐的太阳能热水系统的结构示意图；

图6是本发明实际应用时的水箱温度随时间的变化曲线图。

图标：001-太阳能热水系统；010-换热装置；030-环流装置；050-太阳能集热装置；100-收放驱动部；200-柔性集热部；300-储液罐；230-流道；210-隔离板；110-转轴；400-循环泵；510-出流管；530-回流管；610-储热水箱；700-补气装置；630-隔热件。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例

本实施例提供了一种太阳能热水系统001，请参阅图1，这种太阳能热水系统001包括换热装置010、环流装置030和太阳能集热装置050。

其中，太阳能集热装置050为太阳能热水系统001的主体部分，太阳能集热装置050包括收放驱动部100、柔性集热部200、储液罐300和集热介质。

请参阅图1和图2，在本实施例中，柔性集热部200使用两块在展开状态时平行的柔性的透明板制成，使得太阳光可以直接穿透柔性集热部200的表层进入内部。因此整个柔性集热部200的表面均为用于太阳光透过的透光部。在其他实施例中，也可以使用非透明的柔性材质制作柔性集热部200，但是在柔性集热部200的其中一面开设窗口，并使用透明柔性材料覆盖窗口形成透光部。

柔性集热部200内部具有安装空间，在安装空间内安装有隔离板210，隔离板210也为柔性的透明板，隔离板210在安装空间内隔离出流道230。通过不同的隔离板210安装方式可以调节流道230的具体结构，而使得流道230具有现有技术中常用的管板式结构或翼管式结构或扁盒式结构或蛇管式结构(请参阅图3和图4)。而在不同的阳光条件下或者水质条件下，采用不同的流道230结构可以提高太阳能集热装置050的集热效率。

在柔性集热部200展开的同时，流道230也可以展开用于集热介质在其内流动。而在柔性集热部200卷收时，流道230也可以被挤压收缩，实现柔性集热部200的整体大小变小，方便柔性集热部200的整体收纳。

在太阳能集热装置050中，用于吸收太阳能的部分为集热介质，集热介质在柔性集热部200内流动的同时吸收太阳能。

集热介质为深色的流体，以吸收太阳能，而集热介质还需要储存吸收的太阳能，因此以液态流体最佳。在本实施例中，集热介质包括分散剂和分散质，分散剂为用黑色染色剂深度着色的水，既能够有较大的热容性能，又能够快速吸收太阳能。而且黑色染色剂深度着色的水流动性佳，不易附着在流道230内壁造成凝结堆积。分散质采用碳纳米管和碳粉混合，通过碳的高黑度实现太阳能的吸收，高效而且便宜。在其他实施例中，分散剂也可以使用油，相对来说油的热传输效率更高，流动性也很好，通过油可以快速将吸收的太阳能转为热能输送出去，再返回来继续吸收太阳能。

而为了减弱吸收太阳能之后集热介质向外辐射能量，在柔性集热部200远离透光部的一面设置有用于隔离柔性集热部200与低温外界的柔性保温部(图中未示出)。在本实施例中，没有具体的透光部，柔性保温部可以设置在柔性集热部200的任意一面，然后另一面作为透光部用于集热介质吸收太阳能。在其他实施例中，有具体的透光部时，柔性保温部需要设置在柔性集热部200远离透光部的一面，以避免柔性保温部影响集热介质的吸光效率。柔光保温部能够与柔性集热部200同步运动，可以采用柔性集热部200与柔性保温部固定连接的方式。

在柔性集热部200的一端还设置有收放驱动部100，收放驱动部100用于驱动柔性集热部200收缩比表面积以存放或者展开扩大比表面积以吸收太阳能。

在本实施例中，收放驱动部100包括驱动件和转轴110，驱动件为电机，驱动件的输出端与转轴110轴向限位连接，即通过驱动件可以驱动转轴110转动。而柔性集热部200的一端固定连接在转轴110上，使得转轴110转动的同时，可是带动柔性集热部200卷收。而如果柔性集热部200竖直放置，转轴110设置在柔性集热部200的物理位置的上方，即可在转轴110方向转动时，柔性集热部200通过重力的作用自动展开。而在其他实施例中，也可以在柔性集热部200的两侧设置多节链条，而转轴110驱动链条使得链条运动的同时驱动柔性集热部200展开或卷收，这样的设置使得柔性集热部200可以水平铺设或者将转轴110设置在柔性集热部200的物理位置的左侧、右侧也能够很好的卷收或展开。

集热介质吸收太阳能后即升温，升温后的集热介质会往外辐射能量，相应的热量净吸收效率就减小了，因此需要将高温的集热介质导出，引入新的相对低温的集热介质。而柔性集热部200一般不会做得太大，以方便一些小户型用户使用，但是集热介质却需要大量的，以保证集热介质的吸热效率，另外也考虑到集热介质的循环速率等原因，在柔性集热部200的输出端设置了储液罐300以储存部分集热介质，从柔性集热部200吸收了太阳能的集热介质流入储液罐300内进行储存，然后再将储存了热能的集热介质输出进行换热，最后再传回柔性集热部200进行下一次太阳能吸收。

在本实施例中，通过设置环流装置030实现集热介质在流道230内的循环流动。环流装置030包括循环泵400和环流管。在本实施例中，环流管包括出流管510和回流管530，循环泵400设置在储液罐300的输出端，通过循环泵400的动力输出使得储液罐300输出的集热介质具有稳定的动能。出流管510与循环泵400的输出口连接，通过循环泵400的集热介质流入到出流管510内，而出流管510与换热装置010连接，使得输出的集热介质在换热装置010内完成换热将热量输出。出流管510通过换热装置010与回流管530连通，经过了换热装置010已经降温的集热介质进入回流管530内，回流管530远离换热装置010的一端与柔性集热部200的流道230的入口连通，回流管530内的集热介质流入柔性集热部200的流道230内进行下一次的太阳能吸收。

在本实施例中，换热装置010夹套换热器，在其他实施例中，也可以采用板式换热器、管壳式换热器等。可以根据实际经济要求和占地大小综合考虑选择。换热装置010设置到环流管上，以从环流管内的集热介质吸收热量，换热装置010包括储热水箱610，储热水箱610内具有温度低于环流管内集热介质温度的水。储热水箱610与环流管通过传热件隔离，传热件具有良好的传热性能，使得环流管内的热量可以迅速传到储热水箱610的水内。

为了适应不同的季节及使用环境，在回流管530上还设置有补气装置700，补气装置700可以使用单向阀、排气阀等具有补气功能的阀门。通过补气装置700保证温度变化后集热介质的体积发生改变，环流装置030和流道230内的集热介质也可以顺利循环。

需要说明的是，在本实施例中，换热装置010、环流装置030与太阳能集热装置050虽然是配合使用的，但是在实际生产中可以分别生产，最后进行实际需求使用不同类型的换热装置010、不同类型的环流装置030与本实施例中的可收放的太阳能集热装置050的进行组合。

需要补充的是，本发明中的柔性集热部200，展开状态也可以不为板状，可以为块状、球状以适应不同方位投来的阳光，主要特点为柔性的柔性集热部200可以进行收缩收纳。而进一步的，收放驱动部100，也可以不为电机带动转轴110的方式，可以将柔性集热部200置于两硬质板之间，通过液压杆实现两硬质板的靠近或远离以打开或收缩柔性集热部200。在具体使用时，如果换热装置010较大或者柔性集热部200较大或者热能需求足够的情况下，也可以不要储液罐300或者把储液罐300设置到换热装置010中，如图5所示。

根据本实施例的结构制作吸光面积为4m²的柔性集热部200(未设置柔性保温部)，匹配80L盘管水箱；在总辐照量18MJ/m²，环境温度20℃下的水箱温升曲线如图6所示。实际使用时，柔性集热部200的吸热效果可以与集热部件媲美，而且具有可以伸缩的性质用于各种原本不适合安装太阳能部件的地方。

通过本发明提供的太阳能热水系统001，将吸热体设置为流动的集热介质，而柔性的柔性集热部200可以自如收放以便设置到室内部分区域如窗户处，或可以直接当做窗帘。而不需要像硬质的集热部需要固定的位置，占据空间。在实际使用中，也便于维护，在吸热能力下降后，进行集热介质的补充或更换即可，方便经济。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能集热装置，其特征在于，包括收放驱动部、柔性集热部和集热介质；

所述集热介质为用于吸收太阳能的流体；

所述柔性集热部内设置有用于所述集热介质通过的流道，所述集热介质能够在所述流道内流动，所述集热介质上设置有用于太阳光投射至所述集热介质的透光部；

所述驱动部用于驱动所述柔性集热部收拢或展开。

2.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述集热介质包括分散剂和分散质，所述分散质包括碳纳米管或碳粉，所述分散剂为深色液体。

3.根据权利要求2所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述分散剂包括水或油。

4.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，还包括储液罐，所述储液罐用于储存从所述柔性集热部流出的所述集热介质。

5.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述柔性集热部远离所述透光部的一面设置有用于隔离所述柔性集热部与低温外界的柔性保温部。

6.根据权利要求1所述的太阳能集热装置，其特征在于，所述收放驱动部包括驱动件和转轴，所述驱动件的输出端与所述转轴轴向限位连接，所述柔性集热部的一端固定在所述转轴上。

7.一种太阳能热水系统，其特征在于，包括换热装置、环流装置和如权利要求1-6任一项所述的太阳能集热装置；

所述环流装置用于引导所述集热介质流出所述流道经过所述换热装置并流回所述流道；

所述换热装置设置在所述环流装置上，用于导出所述集热介质的热能。

8.根据权利要求7所述的太阳能热水系统，其特征在于，所述环流装置包括循环泵和环流管，所述环流管一端与所述流道的出口连通，另一端与所述流道的入口连通，所述循环泵设置在所述环流管上用于驱动所述集热介质流动。

9.根据权利要求8所述的太阳能热水系统，其特征在于，所述换热装置设置在所述环流管上，所述换热装置包括储热水箱，所述储热水箱与所述环流管通过传热件隔离。

10.根据权利要求7所述的太阳能热水系统，其特征在于，所述环流装置上还设置有补气装置，所述补气装置包括单向阀或排气阀。