CN108387007A - 一种带空气层的太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带空气层的太阳能热水器，包括太阳能集热器、冷水箱、热水箱以及支架，所述太阳能集热器包括框架以及设置在所述框架内的多根并排平行排列的太阳能集热管，所述框架包括顶板、底板以及两侧的侧板，在所述顶板与底板上设置有相对应的用于穿过所述太阳能集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能集热管相配合的套垫，所述太阳能集热器的框架设置在所述支架上，所述冷水箱位于所述支架的下端，所述热水箱位于所述支架的上端。

Description

一种带空气层的太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能领域，具体涉及一种带空气层的太阳能热水器。

背景技术

由于油价不稳定和气候变化协议的限制等，新的可再生能源的重要性变大。可再生能源包括太阳热、太阳光、生物质能、风力、小水电、地热、海洋能和废弃物能源等，而新能源包括燃料电池、液化煤炭、气化煤炭和氢能。问题是，从新的可再生能源、特别是太阳光发电的成本未达到等于利用化石燃料的传统火力发电的成本的电网平价。但是，随着技术的发展进步，从新的可再生能源中的太阳热发电的太阳热发电在发电成本上持续降低，而在发电效率正在逐渐提高。

把太阳能转换成热能主要依靠集热器。目前太阳能集热器主要有真空管集热器、热管集热器和真空平板集热器三种。

现有的家用太阳能热水器的太阳能集热器，依靠水在真空集热管中流动的过程中吸收热量，由于真空集热管为圆柱状结构，介质水在其内流动的过程中需要外加动力提供动力使其自下向上流动，而在其流动的过程中，在背阳面其温度较低，散热较多，影响其内水的温度均衡性，且传统太阳能真空集热管在背阳侧设置真空层隔热效果不佳，尤其冬季容易出现冻裂危险。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决太阳能集热器的集热管内制造工艺复杂、费时费力、水温均衡性差、容易冻裂的技术缺陷，提供一种带隔热层的太阳能热水器，解决上述技术问题，以满足人们日益增长的对美好生活的期望。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种带空气层的太阳能热水器，其特征在于，包括太阳能集热器、冷水箱、热水箱以及支架，所述太阳能集热器包括框架以及设置在所述框架内的多根并排平行排列的太阳能集热管，所述框架包括顶板、底板以及两侧的侧板，在所述顶板与底板上设置有相对应的用于穿过所述太阳能集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能集热管相配合的套垫，所述太阳能集热器的框架设置在所述支架上，所述冷水箱位于所述支架的下端，所述热水箱位于所述支架的上端，所述太阳能集热器的太阳能集热管的入口连接所述冷水箱，所述太阳能真空集热管的出口连接所述热水箱；

每一根所述太阳能集热管为双层结构，其包括外玻璃管以及内金属管，所述外玻璃管套设在所述内金属管的外端，外玻璃管与内金属管之间形成夹层空间，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述所述内金属管的两端外壁上，在所述夹层空间中设置有两根竖直挡板，所述两根竖直挡板沿着所述内金属管的轴线方向延伸，且其宽度两侧边分别与内金属管的外壁以及外玻璃管的内壁紧密抵接，所述两个竖直挡板将所述夹层空间隔开形成封闭的前夹层空间以及后夹层空间，所述前夹层空间位于向阳一侧，所述后夹层空间位于背阳一侧，所述前夹层空间抽真空形成前夹层真空空间，所述后夹层空间中设置有多对水平喷射管，每一对所述水平喷射管包括两根对称的水平喷射管，每一对所述水平喷射管紧贴在所述内金属管的外壁以及所述外金属管的内壁之间，将所述后夹层空间沿着所述内金属管的轴线方向分成若干段，且每一根水平喷射管的延伸方向与所述内金属管的轴线相垂直；

所述两根竖直挡板为空心结构，其内设置有扁平状空气通道，所述扁平状空气通道沿着所述竖直挡板的下端向上端的方向逐渐变大，每一个在所述竖直挡板的下端设置开口形成空气入口，所述空气入口连接鼓风机，每一个所述竖直挡板的上端封闭，每一个所述竖直挡板包括面向所述后夹层空间的后侧面，在所述后侧面上靠近所述内金属管一边设置有多个非等间距排列的一排插孔，一排所述插孔的间距沿着所述竖直挡板延伸方向由下向上逐渐变小，每一根所述水平喷射管一端开口，开口端插入与其对应的所述插孔内，另一端封闭，每一对水平喷射管的两根水平喷射管的封闭端不接触，之间间隔一定的距离；

在所述水平喷射管上一侧面开口，形成细缝结构，另一侧面不开口，所述细缝结构开口朝向位于其上方的相邻水平喷射管的不开口的侧面，所述细缝结构设置为渐缩喷嘴形式，由所述细缝结构喷出的空气在两个水平喷射管之间的内金属管的外壁上形成空气幕层，在位于后夹层空间内的所述内金属管的外壁上等间距设置有阵列式的空气喷孔，所述空气喷孔为渐缩喷嘴形式，其一端连通所述后夹层空间中的空气幕层，另一端连接所述内金属管内的介质水，在所述空气喷孔内设置有止回机构。

优选的，在所述鼓风机内还可以设置电加热器，所述电加热器内设置电加热丝。

还包括控制器，控制器分别与温度传感器、电加热器以及鼓风机电连接，所述控制器接收设置在太阳能真空集热管内的温度传感器的信号，在夏季以及所述温度传感器所测的温度值较高时，关闭所述电加热器，只运行所述鼓风机，在冬季以及所述温度传感器所测的温度值较低时，开启所述电加热器以及所述鼓风机。

有益效果在于：

(1)在太阳能集热管的背阳侧的夹层内设置有空气幕层，其在温度较低的冬季能够实现空气隔热，防止在冬季出现冻裂危险，且在冬季甚至可以利用电加热器产生的热空气进行隔热，其比现有技术的真空层隔热效果好，安全性明显提高；

(2)空气幕层的存在一方面能够实现隔热，另一方面，其能够通过设置在内金属管外壁上的空气喷孔喷入所述内金属管内的水流介质中，对处于背阳面的水流介质进行鼓泡扰动，使其扰流混合，提高其温度均匀性，使其扰动到向阳侧吸收太阳光热量，同时，在冬季温度较低时，启动电加热器后，由空气喷孔直接喷入热空气，热空气直接与所述水介质混合对其进行加热，提高了其加热效果，使水温度提高；

(3)设置控制器根据太阳能真空集热管内的水温度进行实时控制电机热器的开闭，其在一定程度上实现了智能控制，且能够在一定程度上避免资源浪费，合理实现其开闭，节约能源；

(4)设置竖直挡板为空心结构，避免了设置额外的空气共给管，使整个系统简化，节省了成本。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的太阳能集热器的结构示意图；

图2是本发明的任一太阳能集热管的结构示意图；

图3是本发明的竖直挡板的结构示意图；

图4是本发明的任意一对水平喷射管的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1-图4所示，本发明提供的一种带空气层的太阳能热水器，其特征在于，包括太阳能集热器1、冷水箱2、热水箱3以及支架4，所述太阳能集热器1包括框架5以及设置在所述框架5内的多根并排平行排列的太阳能集热管6，所述框架5包括顶板7、底板8以及两侧的侧板9，在所述顶板7与底板8上设置有相对应的用于穿过所述太阳能集热管6的插孔10，在每一个所述插孔10内设置有与所述太阳能集热管6相配合的套垫(图中未示出)，所述太阳能集热器1的框架5设置在所述支架4上，所述冷水箱2位于所述支架4的下端，所述热水箱3位于所述支架4的上端，所述太阳能集热器1的太阳能集热管6的入口连接所述冷水箱2，所述太阳能集热管6的出口连接所述热水箱3；

每一根所述太阳能集热管6为双层结构，其包括外玻璃管11以及内金属管12，所述外玻璃管11套设在所述内金属管12的外端，外玻璃管11与内金属管12之间形成夹层空间，所述外玻璃管11的两端熔封焊接在所述所述内金属管12的两端外壁上，在所述夹层空间中设置有两根竖直挡板13，所述两根竖直挡板13沿着所述内金属管12的轴线方向延伸，且其宽度两侧边分别与内金属管12的外壁以及外玻璃管11的内壁紧密抵接，所述两个竖直挡板13将所述夹层空间隔开形成封闭的前夹层空间14以及后夹层空间15，所述前夹层空间14位于向阳一侧，所述后夹层空间15位于背阳一侧，所述前夹层空间14抽真空形成前夹层真空空间，所述后夹层空间15中设置有多对水平喷射管16，每一对所述水平喷射管16包括两根对称的水平喷射管16，每一对所述水平喷射管16紧贴在所述内金属管12的外壁以及所述外金属管11的内壁之间，将所述后夹层空间15沿着所述内金属管12的轴线方向分成若干段，且每一根水平喷射管16的延伸方向与所述内金属管12的轴线相垂直；

所述两根竖直挡板13为空心结构，其内设置有扁平状空气通道，所述扁平状空气通道沿着所述竖直挡板13的下端向上端的方向逐渐变大，每一个在所述竖直挡板13的下端设置开口形成空气入口，所述空气入口连接鼓风机20，每一个所述竖直挡板13的上端封闭，每一个所述竖直挡板13包括面向所述后夹层空间的后侧面，在所述后侧面上靠近所述内金属管12一边设置有多个非等间距排列的一排插孔17，一排所述插孔17的间距沿着所述竖直挡板13延伸方向由下向上逐渐变小，每一根所述水平喷射管16一端开口，开口端插入与其对应的所述插孔17内，另一端封闭，每一对水平喷射管16的两根水平喷射管16的封闭端不接触，之间间隔一定的距离；

在所述水平喷射管16上一侧面开口，形成细缝结构18，另一侧面不开口，所述细缝结构18开口朝向位于其上方的相邻水平喷射管15的不开口的侧面，所述细缝结构18设置为渐缩喷嘴形式，由所述细缝结构喷出的空气在两个水平喷射管之间的内金属管12的外壁上形成空气幕层，在位于后夹层空间12内的所述内金属管12的外壁上等间距设置有阵列式的空气喷孔19，所述空气喷孔19为渐缩喷嘴形式，其一端连通所述后夹层空间15中的空气幕层，另一端连接所述内金属管12内的介质水，在所述空气喷孔19内设置有止回机构。

优选的，在所述鼓风机20内还可以设置电加热器21，所述电加热器内设置电加热丝。

还包括控制器22，控制器22分别与温度传感器23、电加热器21以及鼓风机20电连接，所述控制器22接收设置在太阳能真空集热管6内的温度传感器23的信号，在夏季以及所述温度传感器23所测的温度值较高时，关闭所述电加热器21，只运行所述鼓风机20，在冬季以及所述温度传感器23所测的温度值较低时，开启所述电加热器21以及所述鼓风机20。

其工作过程如下：

在系统开始运行时，水流在泵的作用下由下端的冷水箱逐渐进入所述太阳能真空集热管内进行吸热，同时，鼓风机开始启动，环境空气不断由鼓风机吹入所述竖直挡板一的空气入口内，通过所述竖直挡板一的插孔被均匀分配进入所述水平喷射管内，之后空气在水平喷射管之间，即后夹层空间中的内金属管的外壁上形成空气幕层，形成一定的隔热层，防止热量散失，同时，空气幕层中的空气由空气喷孔不断的被喷入所述内金属管内对其内的水流介质进行扰流，使其温度混合均匀，提高其温度均匀性；此外，在冬季时，在冬季温度较低时，启动电加热器后，由空气喷孔直接喷入热空气，热空气直接与所述水介质混合对其进行加热，提高了其加热效果，使水温度提高；最后，进入所述内金属管内的空气随水流进入所述热水箱中，可以通过热水箱上设置排空阀将其排入外界空气中，在热水箱中所述空气扔可以与其内的水进行混合换热，充分利用每一份热量，防止热量流失浪费。

有益效果在于：

(1)在太阳能集热管的背阳侧的夹层内设置有空气幕层，其在温度较低的冬季能够实现空气隔热，防止在冬季出现冻裂危险，且在冬季甚至可以利用电加热器产生的热空气进行隔热，其比现有技术的真空层隔热效果好，安全性明显提高；

(2)空气幕层的存在一方面能够实现隔热，另一方面，其能够通过设置在内金属管外壁上的空气喷孔喷入所述内金属管内的水流介质中，对处于背阳面的水流介质进行鼓泡扰动，使其扰流混合，提高其温度均匀性，使其扰动到向阳侧吸收太阳光热量，同时，在冬季温度较低时，启动电加热器后，由空气喷孔直接喷入热空气，热空气直接与所述水介质混合对其进行加热，提高了其加热效果，使水温度提高；

(3)设置控制器根据太阳能真空集热管内的水温度进行实时控制电机热器的开闭，其在一定程度上实现了智能控制，且能够在一定程度上避免资源浪费，合理实现其开闭，节约能源；

(4)设置竖直挡板为空心结构，避免了设置额外的空气共给管，使整个系统简化，节省了成本。

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以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种带空气层的太阳能热水器，其特征在于，包括太阳能集热器、冷水箱、热水箱以及支架，所述太阳能集热器包括框架以及设置在所述框架内的多根并排平行排列的太阳能集热管，所述框架包括顶板、底板以及两侧的侧板，在所述顶板与底板上设置有相对应的用于穿过所述太阳能集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能集热管相配合的套垫，所述太阳能集热器的框架设置在所述支架上，所述冷水箱位于所述支架的下端，所述热水箱位于所述支架的上端，所述太阳能集热器的太阳能集热管的入口连接所述冷水箱，所述太阳能真空集热管的出口连接所述热水箱；

每一根所述太阳能集热管为双层结构，其包括外玻璃管以及内金属管，所述外玻璃管套设在所述内金属管的外端，外玻璃管与内金属管之间形成夹层空间，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述所述内金属管的两端外壁上，在所述夹层空间中设置有两根竖直挡板，所述两根竖直挡板沿着所述内金属管的轴线方向延伸，且其宽度两侧边分别与内金属管的外壁以及外玻璃管的内壁紧密抵接，所述两个竖直挡板将所述夹层空间隔开形成封闭的前夹层空间以及后夹层空间，所述前夹层空间位于向阳一侧，所述后夹层空间位于背阳一侧，所述前夹层空间抽真空形成前夹层真空空间，所述后夹层空间中设置有多对水平喷射管，每一对所述水平喷射管包括两根对称的水平喷射管，每一对所述水平喷射管紧贴在所述内金属管的外壁以及所述外金属管的内壁之间，将所述后夹层空间沿着所述内金属管的轴线方向分成若干段，且每一根水平喷射管的延伸方向与所述内金属管的轴线相垂直；

所述两根竖直挡板为空心结构，其内设置有扁平状空气通道，所述扁平状空气通道沿着所述竖直挡板的下端向上端的方向逐渐变大，每一个在所述竖直挡板的下端设置开口形成空气入口，所述空气入口连接鼓风机，每一个所述竖直挡板的上端封闭，每一个所述竖直挡板包括面向所述后夹层空间的后侧面，在所述后侧面上靠近所述内金属管一边设置有多个非等间距排列的一排插孔，一排所述插孔的间距沿着所述竖直挡板延伸方向由下向上逐渐变小，每一根所述水平喷射管一端开口，开口端插入与其对应的所述插孔内，另一端封闭，每一对水平喷射管的两根水平喷射管的封闭端不接触，之间间隔一定的距离；

在所述水平喷射管上一侧面开口，形成细缝结构，另一侧面不开口，所述细缝结构开口朝向位于其上方的相邻水平喷射管的不开口的侧面，所述细缝结构设置为渐缩喷嘴形式，由所述细缝结构喷出的空气在两个水平喷射管之间的内金属管的外壁上形成空气幕层，在位于后夹层空间内的所述内金属管的外壁上等间距设置有阵列式的空气喷孔，所述空气喷孔为渐缩喷嘴形式，其一端连通所述后夹层空间中的空气幕层，另一端连接所述内金属管内的介质水，在所述空气喷孔内设置有止回机构。

2.根据权利要求1所述的带空气层的太阳能热水器，在所述鼓风机内还可以设置电加热器，所述电加热器内设置电加热丝。

3.根据权利要求1所述的带空气层的太阳能热水器，还包括控制器，控制器分别与温度传感器、电加热器以及鼓风机电连接，所述控制器接收设置在太阳能真空集热管内的温度传感器的信号，在夏季以及所述温度传感器所测的温度值较高时，关闭所述电加热器，只运行所述鼓风机，在冬季以及所述温度传感器所测的温度值较低时，开启所述电加热器以及所述鼓风机。