CN108387008A - 一种太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种温度均匀的太阳能热水器，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真空集热管，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真空集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能真空集热管相配合的套垫。

Description

一种太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能领域，具体涉及一种温度均匀的太阳能热水器。

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，其各个面的太阳能照射不均匀，因此，造成在其内流动的介质水的受热不均匀，导致最终存储到热水箱中的水温度不均匀，存在部分温度不够的较凉水，因此，容易造成热水温度达不到要求，且在冬季，环境温度比较低，在北方普遍环境温度在零度以下，由于太阳能集热器的真空集热管均设置在室外，则真空集热管容易冻裂，造成水流失且变为冰，进一步加剧冻裂，造成恶性循环，因此，现有的太阳能集热器存在冻裂的风险，安全性比较低。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决太阳能集热器的真空集热管集热不均匀的技术缺陷，提供一种温度均匀的太阳能热水器，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：

本发明提供的一种温度均匀的太阳能热水器，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真空集热管，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真空集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能真空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真空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，所述热水箱顶部设置有排空阀；

每一根所述太阳能真空集热管包括外玻璃管以及内金属管，在所述外玻璃管与所述内金属管之间形成真空夹层，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述内金属管的两端端部，在所述真空夹层内设置有一根圆环形空气集分管，所述圆环形空气集分管缠绕紧贴于所述内金属管的外壁上，且其布置方向与所述太阳能真空集热管的轴线方向相垂直，所述圆环形空气集分管位于所述内金属管的高度的1/3处，所述圆环形集分管由一根两端封闭的直管弯折形成圆环形，其包括位于朝阳一侧的集管以及背阳一侧的分管，在所述真空夹层的沿着所述太阳能真空集热管的轴线方向的底部设置有空气分流管，所述空气分流管为半圆环形，其缠绕紧贴于所述内金属管的底部朝阳的半圈外壁上，所述空气分流管与所述集管相对应，二者之间设置有将二者连通的多根空气吸热支管，所述空气分流管两端封闭，其上设置有穿过所述外玻璃管的空气入口管，所述空气入口管连接鼓风机，在所述真空夹层的沿着所述太阳能真空集热管的轴线方向的顶部设置有空气集流管，所述空气集流管为半圆环形，其缠绕紧贴于所述内金属管的顶部背阳的半圈外壁上，所述空气集流管与所述分管相对应，二者之间设置有多根将二者连通的空气放热支管，所述空气集流管两端封闭，其上设置有穿过所述外玻璃管的空气出口管，所述空气出口管插入所述热水箱内；

在所述内金属管的外壁上设置有多根凹槽，其包括一根位于内金属管的高度的1/3处的圆环形凹槽、沿着所述内金属管的轴线方向延伸的多根等间距设置的直线凹槽一以及多根等间距设置的直线凹槽二、位于内金属管底部的一根半圆环形凹槽一以及位于内金属管顶部的一根半圆环形凹槽二，所述圆环形空气集分管设置在所述圆环形凹槽内，所述空气分流管设置在所述半圆环形凹槽一内，所述空气集流管设置在所述半圆环形凹槽二内，每一根所述空气吸热支管对应设置在一根所述直线凹槽一内，每一根所述空气放热支管对应设置在一根所述直线凹槽二内，在所述空气放热支管与所述直线凹槽二接触的位置设置有多个沿着所述空气放热支管延伸方向等间距排列的空气喷嘴，所述空气喷嘴一端连通所述空气放热支管内的空气，另一端连通所述内金属管内的介质水，所述空气喷嘴内设置有止回机构。

优选的，在所述鼓风机内还设置有电加热器，所述电加热器内设置电加热丝。

优选的，还包括控制器，控制器分别与光强传感器、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上的光强传感器的信号，在所述阳光强烈时，关闭所述电加热器，只运行所述鼓风机，在阴雨天气时，开启所述电加热器以及所述鼓风机。

优选的，所述多根直线凹槽一之间设置有足够的间距，以预留足够的空间给内金属管管内的介质水吸收太阳能热量。

优选的，所述直线凹槽一与所述直线凹槽二的个数不相等，所述多根直线凹槽一最少三根，所述多根直线凹槽二最少四根。

优选的，所述空气喷嘴为减缩喷嘴，其横截面积由所述空气放热支管向所述内金属管方向逐渐变小。

有益效果在于：

（1）在每一根所述太阳能真空集热管下部的向阳侧的真空夹层内设置有多根空气吸热支管，用来吸收太阳能热量使得冷空气变为热空气，而在每一根所述太阳能真空集热管上部的背阳侧的真空夹层内设置有多根空气放热支管，一方面，其通过空气喷嘴将热空气直接喷入所述内金属管内，使热空气直接与其内的介质水接触换热，加热介质水，另一方面，其设置在背阳侧，喷入的热空气能够首先扰流加热背阳侧的介质水，提高其温度均匀性，同时，其还可以防止冬季背阳侧温度过低产生的冻裂风险；

（2）在所述空气喷嘴内设置有止回机构，使得只能空气喷入所述内金属管内，加热器内的介质水，而介质水则不能从内金属管流向所述空气放热支管；

（3）还包括控制器，所述控制器接收光强传感器的信号，在所述阳光强烈时，关闭所述电加热器，只运行所述鼓风机，在阴雨天气时，开启所述电加热器以及所述鼓风机，则可以实现智能节能加热，尽可能利用清洁的太阳能资源，而减小电量的消耗，同时，设置电加热器，能够维持热空气供应的连续性，防止在阴雨天空气温度不高等情况发生，尽可能的提高其加热性；

（4）在所述内金属管的下半部分向阳侧设置有直线凹槽一，虽对其内的介质水有一定的遮挡，但是在水流的前期流动中吸热较少，影响不是特别大，并且直线凹槽一之间设置足够的间距以满足水介质的吸热需求，同时，在内金属管的上半部分的向阳侧未设置直线凹槽二，使热量在空气以及水直接分配均匀，合理利用太阳能热量，提高能源利用率。

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真空集热管的结构示意图；

图3是本发明的圆环形空气集分管的结构示意图；

图4是本发明的空气分流管的结构示意图；

图5是本发明的空气集流管的结构示意图。

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5所示，本发明提供的一种温度均匀的太阳能热水器，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包括框架以及设置在所述框架内的多根并排平行排列的太阳能真空集热管5，所述框架包括顶板6、底板7以及两侧的侧板8，在所述顶板6与底板7上设置有相对应的用于穿过所述太阳能真空集热管的插孔9，在每一个所述插孔9内设置有与所述太阳能真空集热管相配合的套垫（未示出）；所述太阳能集热器1的框架设置在所述支架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的太阳能真空集热管5的入口连接所述冷水箱2，所述太阳能真空集热管5的出口连接所述热水箱3，所述热水箱3顶部设置有排空阀10；

在图2中，太阳能真空集热管5正面即朝阳一侧，背面即背阴一侧，每一根所述太阳能真空集热管5包括外玻璃管11以及内金属管12，在所述外玻璃管11与所述内金属管12之间形成真空夹层13，所述外玻璃管11的两端熔封焊接在所述内金属管12的两端端部，在所述真空夹层13内设置有一根圆环形空气集分管14，所述圆环形空气集分管14缠绕紧贴于所述内金属管12的外壁上，且其布置方向与所述太阳能真空集热管5的轴线方向相垂直，所述圆环形空气集分管14位于所述内金属管的高度的1/3处，所述圆环形集分管14由一根两端封闭的直管弯折形成圆环形，其包括位于朝阳一侧的集管15以及背阳一侧的分管16，在所述真空夹层13的沿着所述太阳能真空集热管5的轴线方向的底部设置有空气分流管17，所述空气分流管17为半圆环形，其缠绕紧贴于所述内金属管12的底部朝阳的半圈外壁上，所述空气分流管17与所述集管15相对应，二者之间设置有将二者连通的多根空气吸热支管18，所述空气分流管17两端封闭，其上设置有穿过所述外玻璃管11的空气入口管19，所述空气入口管19连接鼓风机20，在所述真空夹层13的沿着所述太阳能真空集热管5的轴线方向的顶部设置有空气集流管21，所述空气集流管21为半圆环形，其缠绕紧贴于所述内金属管12的顶部背阳的半圈外壁上，所述空气集流管21与所述分管16相对应，二者之间设置有多根将二者连通的空气放热支管22，所述空气集流管22两端封闭，其上设置有穿过所述外玻璃管11的空气出口管23，所述空气出口管23插入所述热水箱3内；

在所述内金属管12的外壁上设置有多根凹槽，其包括一根位于内金属管的高度的1/3处的圆环形凹槽24、沿着所述内金属管12的轴线方向延伸的多根等间距设置的直线凹槽一25以及多根等间距设置的直线凹槽二26、位于内金属管底部的一根半圆环形凹槽一27以及位于内金属管顶部的一根半圆环形凹槽二28，所述圆环形空气集分管14设置在所述圆环形凹槽24内，所述空气分流管17设置在所述半圆环形凹槽一27内，所述空气集流管22设置在所述半圆环形凹槽二28内，每一根所述空气吸热支管18对应设置在一根所述直线凹槽一25内，每一根所述空气放热支管22对应设置在一根所述直线凹槽二26内，在所述空气放热支管22与所述直线凹槽二26接触的位置设置有多个沿着所述空气放热支管22延伸方向等间距排列的空气喷嘴（未示出），所述空气喷嘴一端连通所述空气放热支管22内的空气，另一端连通所述内金属管12内的介质水，所述空气喷嘴内设置有止回机构。

优选的，在所述鼓风机20内还设置有电加热器29，所述电加热器内设置电加热丝。

优选的，还包括控制器30，控制器30分别与光强传感器31、电加热器29以及鼓风机20电连接，所述控制器30接收设置在太阳能真空集热管5上的光强传感器31的信号，在所述阳光强烈时，关闭所述电加热器29，只运行所述鼓风机20，在阴雨天气时，开启所述电加热器29以及所述鼓风机20。

优选的，所述多根直线凹槽一25之间设置有足够的间距，以预留足够的空间给内金属管管内的介质水吸收太阳能热量。

优选的，所述直线凹槽一25与所述直线凹槽二26的个数不相等，所述多根直线凹槽一25最少三根，所述多根直线凹槽二26最少四根。

优选的，所述空气喷嘴为减缩喷嘴，其横截面积由所述空气放热支管22向所述内金属管12方向逐渐变小。

具体工作过程如下：

首先，水流由冷水箱在泵的压力下流入所述太阳能真空集热管内，在所述内金属管内流动，在下半部分的时候，由于内金属管向阳侧一面设置有直线凹槽一以及位于其内的空气吸热支管，因此，水介质通过位于直线凹槽一之间的间隙吸收太阳能热量，在上半部分，内金属管的向阳侧一面未设置直线凹槽二，此时，未有遮挡，水介质可以充分吸收太阳能热量，进而流入所述热水箱中；

其次，冷空气通过所述鼓风机吹入所述空气分流管内，被平均分配到每一根所述空气吸热支管内，在所述空气吸热支管内吸收太阳能热量，变为热空气之后进入所述集管中，并经由集管流向所述分管内，被所述分管均分给所述空气放热支管，之后再所述放热支管内通过所述空气喷嘴喷入所述内金属管内的介质水中，热空气与水直接混合加热所述介质水，而未被喷入所述内金属管内的热空气则沿着所述空气出口管直接进入所述热水箱中，加热其内的介质水，并最终由所述排空阀排出。

有益效果在于：

（1）在每一根所述太阳能真空集热管下部的向阳侧的真空夹层内设置有多根空气吸热支管，用来吸收太阳能热量使得冷空气变为热空气，而在每一根所述太阳能真空集热管上部的背阳侧的真空夹层内设置有多根空气放热支管，一方面，其通过空气喷嘴将热空气直接喷入所述内金属管内，使热空气直接与其内的介质水接触换热，加热介质水，另一方面，其设置在背阳侧，喷入的热空气能够首先扰流加热背阳侧的介质水，提高其温度均匀性，同时，其还可以防止冬季背阳侧温度过低产生的冻裂风险；

（2）在所述空气喷嘴内设置有止回机构，使得只能空气喷入所述内金属管内，加热器内的介质水，而介质水则不能从内金属管流向所述空气放热支管；

（3）还包括控制器，所述控制器接收光强传感器的信号，在所述阳光强烈时，关闭所述电加热器，只运行所述鼓风机，在阴雨天气时，开启所述电加热器以及所述鼓风机，则可以实现智能节能加热，尽可能利用清洁的太阳能资源，而减小电量的消耗，同时，设置电加热器，能够维持热空气供应的连续性，防止在阴雨天空气温度不高等情况发生，尽可能的提高其加热性；

（4）在所述内金属管的下半部分向阳侧设置有直线凹槽一，虽对其内的介质水有一定的遮挡，但是在水流的前期流动中吸热较少，影响不是特别大，并且直线凹槽一之间设置足够的间距以满足水介质的吸热需求，同时，在内金属管的上半部分的向阳侧未设置直线凹槽二，使热量在空气以及水直接分配均匀，合理利用太阳能热量，提高能源利用率。

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 (6)

1.一种温度均匀的太阳能热水器，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真空集热管，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真空集热管的插孔，在每一个所述插孔内设置有与所述太阳能真空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真空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，所述热水箱顶部设置有排空阀；

每一根所述太阳能真空集热管包括外玻璃管以及内金属管，在所述外玻璃管与所述内金属管之间形成真空夹层，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述内金属管的两端端部，在所述真空夹层内设置有一根圆环形空气集分管，所述圆环形空气集分管缠绕紧贴于所述内金属管的外壁上，且其布置方向与所述太阳能真空集热管的轴线方向相垂直，所述圆环形空气集分管位于所述内金属管的高度的1/3处，所述圆环形集分管由一根两端封闭的直管弯折形成圆环形，其包括位于朝阳一侧的集管以及背阳一侧的分管，在所述真空夹层的沿着所述太阳能真空集热管的轴线方向的底部设置有空气分流管，所述空气分流管为半圆环形，其缠绕紧贴于所述内金属管的底部朝阳的半圈外壁上，所述空气分流管与所述集管相对应，二者之间设置有将二者连通的多根空气吸热支管，所述空气分流管两端封闭，其上设置有穿过所述外玻璃管的空气入口管，所述空气入口管连接鼓风机，在所述真空夹层的沿着所述太阳能真空集热管的轴线方向的顶部设置有空气集流管，所述空气集流管为半圆环形，其缠绕紧贴于所述内金属管的顶部背阳的半圈外壁上，所述空气集流管与所述分管相对应，二者之间设置有多根将二者连通的空气放热支管，所述空气集流管两端封闭，其上设置有穿过所述外玻璃管的空气出口管，所述空气出口管插入所述热水箱内；

在所述内金属管的外壁上设置有多根凹槽，其包括一根位于内金属管的高度的1/3处的圆环形凹槽、沿着所述内金属管的轴线方向延伸的多根等间距设置的直线凹槽一以及多根等间距设置的直线凹槽二、位于内金属管底部的一根半圆环形凹槽一以及位于内金属管顶部的一根半圆环形凹槽二，所述圆环形空气集分管设置在所述圆环形凹槽内，所述空气分流管设置在所述半圆环形凹槽一内，所述空气集流管设置在所述半圆环形凹槽二内，每一根所述空气吸热支管对应设置在一根所述直线凹槽一内，每一根所述空气放热支管对应设置在一根所述直线凹槽二内，在所述空气放热支管与所述直线凹槽二接触的位置设置有多个沿着所述空气放热支管延伸方向等间距排列的空气喷嘴，所述空气喷嘴一端连通所述空气放热支管内的空气，另一端连通所述内金属管内的介质水，所述空气喷嘴内设置有止回机构。

2.根据权利要求1所述的温度均匀的太阳能热水器，在所述鼓风机内还设置有电加热器，所述电加热器内设置电加热丝。

3.根据权利要求1所述的温度均匀的太阳能热水器，还包括控制器，控制器分别与光强传感器、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上的光强传感器的信号，在所述阳光强烈时，关闭所述电加热器，只运行所述鼓风机，在阴雨天气时，开启所述电加热器以及所述鼓风机。

4.根据权利要求1所述的温度均匀的太阳能热水器，所述多根直线凹槽一之间设置有足够的间距，以预留足够的空间给内金属管管内的介质水吸收太阳能热量。

5.根据权利要求1所述的温度均匀的太阳能热水器，所述直线凹槽一与所述直线凹槽二的个数不相等，所述多根直线凹槽一最少三根，所述多根直线凹槽二最少四根。

6.根据权利要求1所述的温度均匀的太阳能热水器，所述空气喷嘴为减缩喷嘴，其横截面积由所述空气放热支管向所述内金属管方向逐渐变小。