CN108426377A - 一种带扰流器的太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带扰流器的太阳能热水器，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。

Description

一种带扰流器的太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能领域，具体涉及一种带扰流器的太阳能热水器。

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，加热介质为水，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、加热介质单一、冬季易冻裂的技术缺陷，提供一种带扰流器的太阳能热水器，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：

本发明提供的一种带扰流器的太阳能热水器，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玻璃管，在所述外玻璃管与所述内玻璃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玻璃管的两端端部，每一根所述太阳能真空集热管设置有一个扰流器，所述扰流器包括空气母管、空气支管以及空气摆动小支管，在所述外玻璃管的外部设置有沿着所述外玻璃管的轴线方向延伸的两根空气母管，所述两根空气母管紧贴所述外玻璃管的外壁设置，分别设置在外玻璃管的朝向东西方向的两个侧面上，且两个所述空气母管相互对称布置，每一根所述空气母管的下端开口，设置为空气入口，每一根所述空气母管的上端开口直接插入所述热水箱中，形成空气出口，在两根所述空气母管之间设置有贯通二者的多根空气支管，多根所述空气支管在所述两根空气母管之间非等间距设置，多根空气支管的延伸方向与所述太阳能真空集热管的轴线方向相垂直，且分别密封穿透所述外玻璃管的壁面和内玻璃管的壁面，所述多根空气支管之间的间距沿着所述空气母管内空气的流动方向逐渐变小；

多根空气支管的两端分别与两端的空气母管通过转动套筒对接，所述空气母管上设有接头，所述转动套筒一端与所述接头拧接，另一端套设在所述空气支管的端部外壁，使得所述空气支管可以在制动器的控制下围绕其轴线以两端的转动套筒为支点进行0-40°内的旋转，所述空气支管的两端开口分别与两端的空气母管内的空气连通，在每一个所述空气支管上设置有至少两个空气摆动小支管，每一个所述空气摆动小支管的一端开口，开口面向所述内玻璃管的背阳侧的内壁，二者之间存在一定的间隙，在所述空气摆动小支管的开口设置有空气喷嘴，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，空气摆动小支管的另一端插入所述空气支管内，与所述空气支管焊接固定连接，所述空气摆动小支管随着所述空气支管的转动而上下摆动，所述空气喷嘴内设置有止回机构；

所述空气入口连接位于所述太阳能真空集热管外部的鼓风机，所述鼓风机的出口连接所述空气入口，所述鼓风机的入口连接环境空气，所述空气出口连接位于所述热水箱中的空气盘管，所述空气盘管的出口端位于所述热水箱底部，所述空气盘管上设置有多个空气通孔。

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，且所述控制器始终控制所述制动器带动所述空气支管进行0-40°内的来回转动。

优选的，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，其横截面积由所述空气摆动小支管向所述内玻璃管侧逐渐变小。

优选的，所述空气支管、空气摆动小支管的材质为环保材质，且食品级材质。

有益效果在于：

（1）在每一根所述太阳能真空集热管的内玻璃管内设置有扰流器，所述扰流器包括空气支管以及空气摆动小支管，所述空气支管能够带动所述空气摆动小支管围绕所述空气支管的轴线进行旋转喷射，则空气摆动小支管内的空气喷嘴能够将热空气喷射到内玻璃管内的背阳侧的介质水中，对其进行扰流，使内玻璃管内的水流介质混合均匀，温度均匀，同时，由于热空气的进入，直接与水混合接触，将温度传递给背阳侧的介质水，进一步提高其温度；

（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水平凹槽一，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，并且水平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水平凹槽二，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是本发明的太阳能热水器的结构示意图；

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是本发明的空气母管与空气支管的连接结构示意图。

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3所示，本发明提供的一种带扰流器的太阳能热水器，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以及内玻璃管12，在所述外玻璃管11与所述内玻璃管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玻璃管12的两端端部，每一根所述太阳能真空集热管5设置有一个扰流器，所述扰流器包括空气母管14、空气支管15以及空气摆动小支管16，在所述外玻璃管11的外部设置有沿着所述外玻璃管的轴线方向延伸的两根空气母管14，所述两根空气母管14紧贴所述外玻璃管的外壁设置，分别设置在外玻璃管11的朝向东西方向的两个侧面上，且两个所述空气母管14相互对称布置，每一根所述空气母管14的下端开口，设置为空气入口，每一根所述空气母管14的上端开口直接插入所述热水箱3中，形成空气出口，在两根所述空气母管14之间设置有贯通二者的多根空气支管15，多根所述空气支管15在所述两根空气母管14之间非等间距设置，多根空气支管15的延伸方向与所述太阳能真空集热管5的轴线方向相垂直，且分别密封穿透所述外玻璃管11的壁面和内玻璃管12的壁面，所述多根空气支管15之间的间距沿着所述空气母管14内空气的流动方向逐渐变小；

多根空气支管15的两端分别与两端的空气母管14通过转动套筒17对接，所述空气母管14上设有接头18，所述转动套筒17一端与所述接头18拧接，另一端套设在所述空气支管15的端部外壁，使得所述空气支管15可以在制动器23的控制下围绕其轴线以两端的转动套筒17为支点进行0-40°内的旋转，所述空气支管15的两端开口分别与两端的空气母管14内的空气连通，在每一个所述空气支管15上设置有至少两个空气摆动小支管16，每一个所述空气摆动小支管16的一端开口，开口面向所述内玻璃管12的背阳侧的内壁，二者之间存在一定的间隙，在所述空气摆动小支管16的开口设置有空气喷嘴（未示出），所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，空气摆动小支管16的另一端插入所述空气支管15内，与所述空气支管15焊接固定连接，所述空气摆动小支管16随着所述空气支管15的转动而上下摆动，所述空气喷嘴内设置有止回机构；

所述空气入口连接位于所述太阳能真空集热管5外部的鼓风机19，所述鼓风机19的出口连接所述空气入口，所述鼓风机19的入口连接环境空气，所述空气出口连接位于所述热水箱3中的空气盘管（未示出），所述空气盘管的出口端位于所述热水箱3底部，所述空气盘管上设置有多个空气通孔。

优选的，在所述鼓风机19内还设置有电加热器20，所述电加热器20内设置电加热丝。

优选的，还包括控制器21，控制器21分别与光强传感器22、电加热器20、鼓风机19以及制动器23电连接，所述控制器21接收设置在太阳能真空集热管上的光强传感器22的信号，在所述阳光强烈时，关闭所述电加热器20，只运行所述鼓风机19，在阴雨天气时，开启所述电加热器20以及所述鼓风机19，且所述控制器始终控制所述制动器23带动所述空气支管15进行0-40°内的来回转动。

优选的，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，其横截面积由所述空气摆动小支管向所述内玻璃管侧逐渐变小。

优选的，所述空气支管15、空气摆动小支管16的材质为环保材质，且食品级材质。

有益效果在于：

（1）在每一根所述太阳能真空集热管的内玻璃管内设置有扰流器，所述扰流器包括空气支管以及空气摆动小支管，所述空气支管能够带动所述空气摆动小支管围绕所述空气支管的轴线进行旋转喷射，则空气摆动小支管内的空气喷嘴能够将热空气喷射到内玻璃管内的背阳侧的介质水中，对其进行扰流，使内玻璃管内的水流介质混合均匀，温度均匀，同时，由于热空气的进入，直接与水混合接触，将温度传递给背阳侧的介质水，进一步提高其温度；

（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水平凹槽一，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，并且水平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水平凹槽二，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；

（5）在所述内金属管的下半部分向阳侧设置有水平凹槽一，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，并且水平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水平凹槽二，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 (5)

1.一种带扰流器的太阳能热水器，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玻璃管，在所述外玻璃管与所述内玻璃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玻璃管的两端端部，每一根所述太阳能真空集热管设置有一个扰流器，所述扰流器包括空气母管、空气支管以及空气摆动小支管，在所述外玻璃管的外部设置有沿着所述外玻璃管的轴线方向延伸的两根空气母管，所述两根空气母管紧贴所述外玻璃管的外壁设置，分别设置在外玻璃管的朝向东西方向的两个侧面上，且两个所述空气母管相互对称布置，每一根所述空气母管的下端开口，设置为空气入口，每一根所述空气母管的上端开口直接插入所述热水箱中，形成空气出口，在两根所述空气母管之间设置有贯通二者的多根空气支管，多根所述空气支管在所述两根空气母管之间非等间距设置，多根空气支管的延伸方向与所述太阳能真空集热管的轴线方向相垂直，且分别密封穿透所述外玻璃管的壁面和内玻璃管的壁面，所述多根空气支管之间的间距沿着所述空气母管内空气的流动方向逐渐变小；

多根空气支管的两端分别与两端的空气母管通过转动套筒对接，所述空气母管上设有接头，所述转动套筒一端与所述接头拧接，另一端套设在所述空气支管的端部外壁，使得所述空气支管可以在制动器的控制下围绕其轴线以两端的转动套筒为支点进行0-40°内的旋转，所述空气支管的两端开口分别与两端的空气母管内的空气连通，在每一个所述空气支管上设置有至少两个空气摆动小支管，每一个所述空气摆动小支管的一端开口，开口面向所述内玻璃管的背阳侧的内壁，二者之间存在一定的间隙，在所述空气摆动小支管的开口设置有空气喷嘴，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，空气摆动小支管的另一端插入所述空气支管内，与所述空气支管焊接固定连接，所述空气摆动小支管随着所述空气支管的转动而上下摆动，所述空气喷嘴内设置有止回机构；

所述空气入口连接位于所述太阳能真空集热管外部的鼓风机，所述鼓风机的出口连接所述空气入口，所述鼓风机的入口连接环境空气，所述空气出口连接位于所述热水箱中的空气盘管，所述空气盘管的出口端位于所述热水箱底部，所述空气盘管上设置有多个空气通孔。

2.根据权利要求1所述的带扰流器的太阳能热水器，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所述的带扰流器的太阳能热水器，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，且所述控制器始终控制所述制动器带动所述空气支管进行0-40°内的来回转动。

4.根据权利要求1所述的带扰流器的太阳能热水器，所述空气喷嘴为渐缩喷嘴，其横截面积由所述空气摆动小支管向所述内玻璃管侧逐渐变小。

5.根据权利要求1所述的带扰流器的太阳能热水器，所述空气支管、空气摆动小支管的材质为环保材质，且食品级材质。