CN108895681A - 一种高效率太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率太阳能热水器，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

一种高效率太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能领域，具体涉及一种高效率太阳能热水器。

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，然而，在冬季或者阴雨天气，太阳照射不足，则容易造成太阳能热水器中的水温不足，不能够满足用户热水需求；同时，单一方式的靠水流在真空集热管内吸收太阳能热量则不能使水温度上升到足够的温度，水温不能满足要求，则影响使用需求。

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水流介质温度上升慢以及连续性不足的技术缺陷，提供一种高效率太阳能热水器，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：

本发明提供的一种高效率太阳能热水器，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玻璃管，所述外玻璃管套设在所述内玻璃管的外端，外玻璃管与内玻璃管之间形成夹层空间，并抽真空形成真空夹层，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述所述内玻璃管的两端外壁上，在所述内玻璃管内沿着所述内玻璃管的轴线延伸固定设置有一根封闭的加热内管，所述加热内管为一条细长的两端封闭的陶瓷材质的管，在所述加热内管内设置有一根沿着其轴线设置的电加热棒，所述电加热棒从所述加热内管的一端延伸出来，连接位于外部的电源，所述电加热棒包括一根主加热棒以及设置在所述主加热棒上的多根副加热棒，所述副加热棒在所述主加热棒上呈等间距布置，形成树杈状电加热棒，在所述加热内管内充入适量空气并封闭；

在所述加热内管的外壁上设置有多个插孔环，所述多个插孔环由多个设置在垂直于所述加热内管的轴线方向的外壁上的插孔构成，多个插孔环之间的间距沿着所述加热内管的轴线由下端向上端方向逐渐变小，每一个所述插孔环包括至少三个插孔，在每一个所述插孔内插入一根小热管，所述小热管的蒸发端密封插入所述插孔内，并贯穿进入所述加热内管的内部，与其内的空气接触，在所述小热管与所述插孔接触的位置设置有密封圈，所述小热管的冷凝端设置在所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间，并且所述小热管的冷凝端的端部不接触所述内玻璃管的内壁，所述小热管的绝热段正好位于所述加热内管的插孔内，且其长度与所述加热内管的壁厚相等，在每一根所述小热管的蒸发段以及冷凝段上分别设置有针形翅片；

所述插孔的位于所述加热内管的外壁上的开口部形成有褶皱形边缘，h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，1/4d≤h≤2/3d；

每一根所述小热管内封装工质，每个所述小热管管体为圆柱状，所述小热管管体内具有毛细芯，所述毛细芯为圆柱状毛细芯，所述毛细芯充满所述小热管管体，所述圆柱状毛细芯与所述圆柱状管体之间没有间隙，在所述毛细芯上设置有沿着所述圆柱状毛细芯的轴线方向设置的多个通孔，所述多个通孔形成蒸汽流道，所述毛细芯内形成液体流道。

优选的，所述电加热棒的材质为铝、铜或者铁之中的任一一种或者其合金组合物。

优选的，所述针形翅片与所述小热管的蒸发段以及冷凝段的外壁均不垂直，二者之间存在一定的角度。

优选的，所述针形翅片倾斜设置在所述小热管的外壁上，与所述小热管的外壁之间的角度为30-70°，且其倾斜方向与所述内玻璃管内的水流方向相一致。

优选的，h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，h＝1/3d。

有益效果在于：

(1)在所述内玻璃管内设置有加热内管，加热内管内设置有电加热棒，通过电加热棒加热其内封装的空气，使空气将热量传递给小热管的蒸发段，之后热量由蒸发段传递给冷凝段，并最终将热量传递给内玻璃管内的水介质，使得其能够在冬季或者阴雨天气时，仍然可以加热内玻璃管内的水介质，提供连续性热水，满足用户需求；

(2)在所述加热内管内插入小热管，其能够即时将电机热棒加热空气产生的热空气的热量传递给内玻璃管内的介质水，避免热量在所述加热内管内干烧炸裂加热内管，其安全性得以提高一级保证；

(3)在小热管的蒸发段以及冷凝段的外壁上均设置有针形肋片，能够很好的提高其热传递效果，同时，针形翅片倾斜设置，且其倾斜方向与水流方向一致，最大程度的减小其对水流的阻力，此外，针形翅片的存在，一定程度上能够对水流介质进行扰流，防止其热量不均匀，提高其热量均匀性；

(4)h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，1/4d≤h≤2/3d，这也是为了尽可能在保证较高的传热效率的同时减小小热管的冷凝段对水流介质的阻力，使二者达到一个矛盾的平衡点，提高整个系统的效率。

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集热管的结构示意图；

图3是本发明的加热内管的结构示意图；

图4是本发明的的小热管的结构示意图。

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，本发明提供的一种高效率太阳能热水器，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以及内玻璃管12，所述外玻璃管11套设在所述内玻璃管12的外端，外玻璃管11与内玻璃管12之间形成夹层空间，并抽真空形成真空夹层13，所述外玻璃管11的两端熔封焊接在所述所述内玻璃管12的两端外壁上，在所述内玻璃管12内沿着所述内玻璃管12的轴线延伸固定设置有一根封闭的加热内管14，所述加热内管14为一条细长的两端封闭的陶瓷材质的管，在所述加热内管14内设置有一根沿着其轴线设置的电加热棒，所述电加热棒从所述加热内管14的一端延伸出来，连接位于外部的电源，所述电加热棒包括一根主加热棒15以及设置在所述主加热棒上的多根副加热棒16，所述副加热棒16在所述主加热棒上呈等间距布置，形成树杈状电加热棒，在所述加热内管14内充入适量空气并封闭；

在所述加热内管14的外壁上设置有多个插孔环，所述多个插孔环由多个设置在垂直于所述加热内管的轴线方向的外壁上的插孔17构成，多个插孔环之间的间距沿着所述加热内管14的轴线由下端向上端方向逐渐变小，每一个所述插孔环包括至少三个插孔17，在每一个所述插孔17内插入一根小热管18，所述小热管18的蒸发端密封插入所述插孔17内，并贯穿进入所述加热内管14的内部，与其内的空气接触，在所述小热管18与所述插孔17接触的位置设置有密封圈(未示出)，所述小热管18的冷凝端设置在所述内玻璃管12的内壁与所述加热内管14的外壁之间，并且所述小热管18的冷凝端的端部不接触所述内玻璃管12的内壁，所述小热管18的绝热段正好位于所述加热内管14的插孔17内，且其长度与所述加热内管14的壁厚相等，在每一根所述小热管18的蒸发段以及冷凝段上分别设置有针形翅片22；

所述插孔17的位于所述加热内管的外壁上的开口部形成有褶皱形边缘，h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，1/4d≤h≤2/3d；

每一根所述小热管18内封装工质，每个所述小热管管体19为圆柱状，所述小热管管体19内具有毛细芯20，所述毛细芯20为圆柱状毛细芯，所述毛细芯20充满所述小热管管体19，所述圆柱状毛细芯20与所述圆柱状管体19之间没有间隙，在所述毛细芯20上设置有沿着所述圆柱状毛细芯的轴线方向设置的多个通孔21，所述多个通孔形成蒸汽流道，所述毛细芯内形成液体流道。

优选的，所述电加热棒的材质为铝、铜或者铁之中的任一一种或者其合金组合物。

优选的，所述针形翅片与所述小热管的蒸发段以及冷凝段的外壁均不垂直，二者之间存在一定的角度。

优选的，所述针形翅片22倾斜设置在所述小热管18的外壁上，与所述小热管18的外壁之间的角度为30-70°，且其倾斜方向与所述内玻璃管12内的水流方向相一致。

优选的，h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，h＝1/3d。

有益效果在于：

(1)在所述内玻璃管内设置有加热内管，加热内管内设置有电加热棒，通过电加热棒加热其内封装的空气，使空气将热量传递给小热管的蒸发段，之后热量由蒸发段传递给冷凝段，并最终将热量传递给内玻璃管内的水介质，使得其能够在冬季或者阴雨天气时，仍然可以加热内玻璃管内的水介质，提供连续性热水，满足用户需求；

(2)在所述加热内管内插入小热管，其能够即时将电机热棒加热空气产生的热空气的热量传递给内玻璃管内的介质水，避免热量在所述加热内管内干烧炸裂加热内管，其安全性得以提高一级保证；

(3)在小热管的蒸发段以及冷凝段的外壁上均设置有针形肋片，能够很好的提高其热传递效果，同时，针形翅片倾斜设置，且其倾斜方向与水流方向一致，最大程度的减小其对水流的阻力，此外，针形翅片的存在，一定程度上能够对水流介质进行扰流，防止其热量不均匀，提高其热量均匀性；

(4)h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，1/4d≤h≤2/3d，这也是为了尽可能在保证较高的传热效率的同时减小小热管的冷凝段对水流介质的阻力，使二者达到一个矛盾的平衡点，提高整个系统的效率。

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)

1.一种高效率太阳能热水器，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玻璃管，所述外玻璃管套设在所述内玻璃管的外端，外玻璃管与内玻璃管之间形成夹层空间，并抽真空形成真空夹层，所述外玻璃管的两端熔封焊接在所述所述内玻璃管的两端外壁上，在所述内玻璃管内沿着所述内玻璃管的轴线延伸固定设置有一根封闭的加热内管，所述加热内管为一条细长的两端封闭的陶瓷材质的管，在所述加热内管内设置有一根沿着其轴线设置的电加热棒，所述电加热棒从所述加热内管的一端延伸出来，连接位于外部的电源，所述电加热棒包括一根主加热棒以及设置在所述主加热棒上的多根副加热棒，所述副加热棒在所述主加热棒上呈等间距布置，形成树杈状电加热棒，在所述加热内管内充入适量空气并封闭；

在所述加热内管的外壁上设置有多个插孔环，所述多个插孔环由多个设置在垂直于所述加热内管的轴线方向的外壁上的插孔构成，多个插孔环之间的间距沿着所述加热内管的轴线由下端向上端方向逐渐变小，每一个所述插孔环包括至少三个插孔，在每一个所述插孔内插入一根小热管，所述小热管的蒸发端密封插入所述插孔内，并贯穿进入所述加热内管的内部，与其内的空气接触，在所述小热管与所述插孔接触的位置设置有密封圈，所述小热管的冷凝端设置在所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间，并且所述小热管的冷凝端的端部不接触所述内玻璃管的内壁，所述小热管的绝热段正好位于所述加热内管的插孔内，且其长度与所述加热内管的壁厚相等，在每一根所述小热管的蒸发段以及冷凝段上分别设置有针形翅片；

所述插孔的位于所述加热内管的外壁上的开口部形成有褶皱形边缘，h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，1/4d≤h≤2/3d；

每一根所述小热管内封装工质，每个所述小热管管体为圆柱状，所述小热管管体内具有毛细芯，所述毛细芯为圆柱状毛细芯，所述毛细芯充满所述小热管管体，所述圆柱状毛细芯与所述圆柱状管体之间没有间隙，在所述毛细芯上设置有沿着所述圆柱状毛细芯的轴线方向设置的多个通孔，所述多个通孔形成蒸汽流道，所述毛细芯内形成液体流道。

2.根据权利要求1所述的高效率太阳能热水器，所述电加热棒的材质为铝、铜或者铁之中的任一一种或者其合金组合物。

3.根据权利要求1所述的高效率太阳能热水器，所述针形翅片与所述小热管的蒸发段以及冷凝段的外壁均不垂直，二者之间存在一定的角度。

4.根据权利要求1所述的高效率太阳能热水器，所述针形翅片倾斜设置在所述小热管的外壁上，与所述小热管的外壁之间的角度为30-70°，且其倾斜方向与所述内玻璃管内的水流方向相一致。

5.根据权利要求1所述的高效率太阳能热水器，h为所述小热管的位于所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间的冷凝段的长度，d为所述内玻璃管的内壁与所述加热内管的外壁之间距离，二者满足以下关系式，h＝1/3d。