CN108507190A - 一种双介质集热管的太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双介质集热管的太阳能热水器，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。

Description

一种双介质集热管的太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能领域，具体涉及一种双介质集热管的太阳能热水器。

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，提供一种双介质集热管的太阳能热水器，提高其内水介质的温度均匀性以及太阳能集热管的安全性，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：

本发明提供的一种双介质集热管的太阳能热水器，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；

每一根所述太阳能集热管包括水流加热管以及空气加热管，所述水流加热管和所述空气加热管均为单层玻璃管，所述水流加热管为竖直管，其下端为水流进口，上端为水流出口，所述空气加热管下端为空气入口，上端为空气出口，其包括至少三段竖直管段以及至少两段曲线管段，且每一段竖直管段与每一段曲线管段通过过渡接头依次首尾连接，所述空气加热管的每一段竖直管段紧贴设置在所述水流加热管的管壁外侧，二者均面向正南方设置，在所述水流加热管以及每一段所述竖直管段的外壁上涂覆有太阳能选择性吸收层，所述空气加热管的每一段曲线管段设置在所述水流加热管的背阳侧的外壁面上，在所述水流加热管的背阳侧的外壁面上设置有与所述每一段曲线管段一一对应的曲线凹槽，所述空气加热管的每一段曲线管段对应设置在一段曲线凹槽内；

所述水流加热管的直径为D，所述空气加热管的直径为d，二者满足D为d的5-8倍，所述曲线凹槽包括多根水平凹槽一以及串接所述水平凹槽一的凹槽二，在所述水平凹槽一与所述曲线管段紧贴的部位设置有沿着所述水平凹槽一延伸的贯通孔，所述贯通孔贯通所述水流加热管内的水介质与所述曲线管段内的空气介质，所述贯通孔为空气喷孔，所述空气通孔将所述空气加热管内的空气送入所述空气喷孔并最终进入所述水流加热管内，在每一个所述空气喷孔内设置有止回机构，只允许空气由所述空气加热管喷入所述水流加热管内，不允许水流加热管内的水流介质流向所述空气加热管的管内；

所述空气入口连接位于所述太阳能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，所述空气加热管的上端封闭或者开口，在所述空气加热管上端开口时，将所述空气加热管的上端出口连接所述热水箱，在所述热水箱中设置有与所述空气加热管的上端出口相连接的空气软管，所述空气软管的出口设置在所述热水箱的底部，在所述空气软管的管壁上多个空气漏孔。

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，所述空气喷孔为渐缩喷嘴，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，所述过渡接头为软接头。

有益效果在于：

(1)每一个所述太阳能集热管为异形管，其包括紧贴在一起的水流加热管以及空气加热管，实现了水流加热管与所述空气加热管的有机结合，尽可能的降低二者之间的间隙，减小所述太阳能集热管的尺寸，实现了有限尺寸的最大吸热；

(2)所述空气加热管包括至少三段竖直管段以及至少两段曲线管段，每一段所述竖直管段与所述水流加热管并排设置，所述竖直管段构成所述空气加热管的吸热管段，且二者外壁面上涂覆有选择性吸热涂层，其内水介质以及空气分别在所述水流加热管以及空气加热管内吸收太阳能热量，在所述曲线管段部分，所述曲线管段部分设置在所述水流加热管的背阳侧外壁面上的曲线凹槽内，所述曲线管段构成所述空气加热管的放热管段，并设置多个贯通孔，使得所述空气加热管内内的热空气能够通过所述空气喷嘴喷入所述水流加热管内，使得热空气一方面直接与水流加热管内的水流进行混合换热，加热水流介质，提高其背阳侧的温度，提高其温度均匀性，另一方面热空气由背阳侧喷入所述水流加热管内，增加了对其扰动性，进一步提高其温度均匀性，同时，空气加热管的曲线管段设置在水流加热管的背阳侧，能够在冬季防止背阳侧水流加热管温度过低，防止冻裂，提高其安全性；

(3)在所述空气喷孔内设置有止回机构，使得只能空气喷入所述内玻璃管内，加热其内的介质水，而介质水则不能从内玻璃管流向所述空气加热管内；

(4)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。

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集热管的正面结构示意图；

图3是本发明的任一太阳能集热管的背面结构示意图。

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，本发明提供的一种双介质集热管的的太阳能热水器，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的太阳能集热管5的入口连接所述冷水箱2，所述太阳能集热管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，每一根所述太阳能集热管5包括水流加热管11以及空气加热管12，所述水流加热管11和所述空气加热管12均为单层玻璃管，所述水流加热管11为竖直管，其下端为水流进口，上端为水流出口，所述空气加热管12下端为空气入口，上端为空气出口，其包括至少三段竖直管段13以及至少两段曲线管段14，且每一段竖直管段13与每一段曲线管段14通过过渡接头15依次首尾连接，所述空气加热管的每一段竖直管段紧贴设置在所述水流加热管的管壁外侧，二者均面向正南方设置，在所述水流加热管11以及每一段所述竖直管段13的外壁上涂覆有太阳能选择性吸收层，所述空气加热管12的每一段曲线管段14设置在所述水流加热管11的背阳侧的外壁面上，在所述水流加热管11的背阳侧的外壁面上设置有与所述每一段曲线管段14一一对应的曲线凹槽16，所述空气加热管12的每一段曲线管段14对应设置在一段曲线凹槽16内；

所述水流加热管11的直径为D，所述空气加热管12的直径为d，二者满足D为d的5-8倍，所述曲线凹槽16包括多根水平凹槽一17以及串接所述水平凹槽一17的凹槽二18，在所述水平凹槽一17与所述曲线管段14紧贴的部位设置有沿着所述水平凹槽一17延伸的贯通孔19，所述贯通孔19贯通所述水流加热管内的水介质与所述曲线管段内的空气介质，所述贯通孔19为空气喷孔，所述空气通孔将所述空气加热管12内的空气送入所述空气喷孔并最终进入所述水流加热管11内，在每一个所述空气喷孔内设置有止回机构(未示出)，只允许空气由所述空气加热管12喷入所述水流加热管11内，不允许水流加热管11内的水流介质流向所述空气加热管12的管内；

所述空气入口连接位于所述太阳能集热管外部的鼓风机20，所述鼓风机20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，所述空气加热管12的上端封闭或者开口，在所述空气加热管12上端开口时，将所述空气加热管12的上端出口连接所述热水箱3，在所述热水箱中设置有与所述空气加热管的上端出口相连接的空气软管21，所述空气软管21的出口设置在所述热水箱3的底部，在所述空气软管21的管壁上多个空气漏孔22。

优选的，在所述鼓风机20内还设置有电加热器23，所述电加热器23内设置电加热丝。

优选的，还包括控制器24，控制器24分别与光强传感器25、电加热器23以及鼓风机20电连接，所述控制器24接收设置在太阳能集热管5上的光强传感器25的信号，在所述阳光强烈时，关闭所述电加热器23，只运行所述鼓风机20，在阴雨天气时，开启所述电加热器23以及所述鼓风机20。

优选的，所述空气喷孔为渐缩喷嘴，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，所述过渡接头15为软接头。

有益效果在于：

(1)每一个所述太阳能集热管为异形管，其包括紧贴在一起的水流加热管以及空气加热管，实现了水流加热管与所述空气加热管的有机结合，尽可能的降低二者之间的间隙，减小所述太阳能集热管的尺寸，实现了有限尺寸的最大吸热；

(2)所述空气加热管包括至少三段竖直管段以及至少两段曲线管段，每一段所述竖直管段与所述水流加热管并排设置，所述竖直管段构成所述空气加热管的吸热管段，且二者外壁面上涂覆有选择性吸热涂层，其内水介质以及空气分别在所述水流加热管以及空气加热管内吸收太阳能热量，在所述曲线管段部分，所述曲线管段部分设置在所述水流加热管的背阳侧外壁面上的曲线凹槽内，所述曲线管段构成所述空气加热管的放热管段，并设置多个贯通孔，使得所述空气加热管内内的热空气能够通过所述空气喷嘴喷入所述水流加热管内，使得热空气一方面直接与水流加热管内的水流进行混合换热，加热水流介质，提高其背阳侧的温度，提高其温度均匀性，另一方面热空气由背阳侧喷入所述水流加热管内，增加了对其扰动性，进一步提高其温度均匀性，同时，空气加热管的曲线管段设置在水流加热管的背阳侧，能够在冬季防止背阳侧水流加热管温度过低，防止冻裂，提高其安全性；

(3)在所述空气喷孔内设置有止回机构，使得只能空气喷入所述内玻璃管内，加热其内的介质水，而介质水则不能从内玻璃管流向所述空气加热管内；

(4)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。

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)

1.一种双介质集热管的太阳能热水器，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；

每一根所述太阳能集热管包括水流加热管以及空气加热管，所述水流加热管和所述空气加热管均为单层玻璃管，所述水流加热管为竖直管，其下端为水流进口，上端为水流出口，所述空气加热管下端为空气入口，上端为空气出口，其包括至少三段竖直管段以及至少两段曲线管段，且每一段竖直管段与每一段曲线管段通过过渡接头依次首尾连接，所述空气加热管的每一段竖直管段紧贴设置在所述水流加热管的管壁外侧，二者均面向正南方设置，在所述水流加热管以及每一段所述竖直管段的外壁上涂覆有太阳能选择性吸收层，所述空气加热管的每一段曲线管段设置在所述水流加热管的背阳侧的外壁面上，在所述水流加热管的背阳侧的外壁面上设置有与所述每一段曲线管段一一对应的曲线凹槽，所述空气加热管的每一段曲线管段对应设置在一段曲线凹槽内；

所述水流加热管的直径为D，所述空气加热管的直径为d，二者满足D为d的5-8倍，所述曲线凹槽包括多根水平凹槽一以及串接所述水平凹槽一的凹槽二，在所述水平凹槽一与所述曲线管段紧贴的部位设置有沿着所述水平凹槽一延伸的贯通孔，所述贯通孔贯通所述水流加热管内的水介质与所述曲线管段内的空气介质，所述贯通孔为空气喷孔，所述空气通孔将所述空气加热管内的空气送入所述空气喷孔并最终进入所述水流加热管内，在每一个所述空气喷孔内设置有止回机构，只允许空气由所述空气加热管喷入所述水流加热管内，不允许水流加热管内的水流介质流向所述空气加热管的管内；

所述空气入口连接位于所述太阳能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，所述空气加热管的上端封闭或者开口，在所述空气加热管上端开口时，将所述空气加热管的上端出口连接所述热水箱，在所述热水箱中设置有与所述空气加热管的上端出口相连接的空气软管，所述空气软管的出口设置在所述热水箱的底部，在所述空气软管的管壁上多个空气漏孔。

2.根据权利要求1所述的双介质集热管的太阳能热水器，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所述的双介质集热管的太阳能热水器，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所述的双介质集热管的太阳能热水器，所述空气喷孔为渐缩喷嘴，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所述的双介质集热管的太阳能热水器，所述过渡接头为软接头。