CN109341114A - 换热装置及太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

一种换热装置及太阳能热水器，涉及太阳能热水器技术领域，所述太阳能热水器，为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有换热装置，所述换热装置上形成有水流道和储热腔，所述储热腔内储存有储热介质；所述太阳能热水器通过将相变蓄热技术与闷晒式太阳能热水器相结合，具有加热、储热双重功能，且安全性能良好，结构简单、方便加工。

Description

换热装置及太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能热水器技术领域，具体而言，涉及一种换热装置及太阳能热水器。

背景技术

闷晒式太阳能热水器与其他太阳能热水器相比具有结构简单、价格低廉等优点，因而被普遍使用。常规闷晒式太阳能热水器是将涂黑的金属水箱置于保温外壳内，直接利用投射到水箱表面的太阳辐射能转换为热能对水箱内冷水进行加热。

相变蓄热是一种以相变储能材料为基础的高新储能技术，相比显热蓄热，相变蓄热具有储热密度大的优点，而热化学蓄热虽然蓄热密度大，但存在安全问题且蓄热过程不可控。相变蓄热技术尤其适用于热量供给不连续或供给与需求不协调的工况，其作为解决能源供应时间与空间矛盾的有效手段，是提高能源利用率的重要途径之一。相变蓄热可以分为固液相变、液气相变和固气相变，其中固液相变具有比较大的实际应用价值。

将相变蓄热技术应用到太阳能热水器中，可解决太阳能供热的间歇性问题，而目前针对真空管相变蓄热太阳能热水器已进行了大量研究，尽管真空管相变蓄热太阳能热水器具有诸多优点，但并未见其得到推广使用，原因是运行时真空管容易爆炸，且因爆裂的主要影响因素不明确而没有有效的解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种换热装置及太阳能热水器，其具有加热、储热双重功能，且安全性能良好。

本发明的实施例是这样实现的：

本发明实施例的一方面，提供一种换热装置，所述换热装置上形成有水流道和储热腔，所述储热腔内储存有储热介质。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述换热装置包括第一板体和第二板体以及设于所述第一板体和所述第二板体之间的换热板，所述换热板的两面分别与所述第一板体和所述第二板体贴合；所述第一板体贴合所述换热板的一面凹设有第一凹槽以形成所述水流道，所述第二板体贴合所述换热板的一面凹设有第二凹槽以形所述储热腔，且所述第一板体的外表面上涂有吸收涂层。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述换热装置包括第一板体和第二板体以及设于所述第一板体和所述第二板体之间的换热板，所述换热板的两面分别与所述第一板体和所述第二板体贴合；所述第一板体贴合所述换热板的一面凹设有第一凹槽以形成所述水流道，所述第二板体贴合所述换热板的一面凹设有第二凹槽以形所述储热腔，且所述第二板体的外表面上涂有吸收涂层。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述水流道和所述储热腔均设置于所述换热装置的同一侧，所述换热装置靠近所述水流道的一侧涂有吸收涂层。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述水流道和所述储热腔均设置于所述换热装置的同一侧，所述换热装置远离所述水流道的一侧涂有吸收涂层。

可选地，在本发明较佳的实施例中，所述吸收涂层为太阳能选择性吸收涂层。

本发明实施例的另一方面，提供一种太阳能热水器，所述太阳能热水器为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有换热装置；所述换热装置上形成有水流道和储热腔，所述储热腔内储存有储热介质，所述换热装置包括第一板体和第二板体以及设于所述第一板体和所述第二板体之间的换热板，所述换热板的两面分别与所述第一板体和所述第二板体贴合；所述第一板体贴合所述换热板的一面凹设有第一凹槽以形成所述水流道，所述第二板体贴合所述换热板的一面凹设有第二凹槽以形所述储热腔，且所述第一板体的外表面上涂有吸收涂层；所述第一板体面朝向所述透明盖板。

本发明实施例的第三方面，还提供一种太阳能热水器，所述太阳能热水器为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有换热装置；所述换热装置上形成有水流道和储热腔，所述储热腔内储存有储热介质；所述换热装置包括第一板体和第二板体以及设于所述第一板体和所述第二板体之间的换热板，所述换热板的两面分别与所述第一板体和所述第二板体贴合；所述第一板体贴合所述换热板的一面凹设有第一凹槽以形成所述水流道，所述第二板体贴合所述换热板的一面凹设有第二凹槽以形所述储热腔，且所述第二板体的外表面上涂有吸收涂层；所述第二板体面朝向所述透明盖板。

本发明实施例的第四方面，还提供一种太阳能热水器，所述太阳能热水器为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有换热装置；所述换热装置上形成有水流道和储热腔，所述储热腔内储存有储热介质，所述水流道和所述储热腔均设置于所述换热装置的同一侧，所述换热装置靠近所述水流道的一侧涂有吸收涂层；所述换热装置涂有所述吸收涂层的一侧朝向所述透明盖板设置。

本发明实施例的第五方面，还提供一种太阳能热水器，所述太阳能热水器为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有换热装置；所述换热装置上形成有水流道和储热腔，所述储热腔内储存有储热介质，所述水流道和所述储热腔均设置于所述换热装置的同一侧，所述换热装置远离所述水流道的一侧涂有吸收涂层；所述换热装置涂有所述吸收涂层的一侧朝向所述透明盖板设置。

本发明实施例的有益效果包括：

本换热装置结合了蓄热技术，其具有换热和储热双重功能；本太阳能热水器为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，包括上述的换热装置，通过将相变蓄热技术与闷晒式太阳能热水器相结合，照比常规闷晒式太阳能热水器，其具有加热、储热双重功能，照比真空管相变蓄热太阳能热水器，其安全性能良好，且结构简单、方便加工。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明一实施例提供的太阳能热水器结构示意图；

图2为本实施例提供的换热装置的结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的水流道和储热腔的布置示意图。

图标：100-太阳能热水器；110-侧围板；111-进水口；112-出水口；113-储热介质进口；114-储热介质出口；120-透明盖板；130-换热装置；131-第一板体；132-第二板体；133-换热板；140-水流道；150-储热腔；160-保温层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种太阳能热水器100，太阳能热水器100为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其包括侧围板110、背板和透明盖板120，侧围板110、背板和透明盖板120共同围合形成一安装空间，该安装空间内设置有换热装置130，其中换热装置130与透明盖板120之间的距离为15cm。

请再结合参照图2，换热装置130包括第一板体131和第二板体132以及设于第一板体131和第二板体132之间的换热板133，换热板133的两面分别与第一板体131和第二板体132贴合；第一板体131贴合换热板133的一面凹设有第一凹槽以形成水流道140，第二板体132贴合换热板133的一面凹设有第二凹槽以形储热腔150，储热腔150内储存有储热介质。

特别地，水流道140呈S型均匀的设置在第一板体131上，储热腔150亦呈S型均匀的设置在第二板体132上。

可选地，换热板133采用导热性能好且具有一定承压能力的金属薄板，例如，铜板、不锈钢板、铝板等。

可选地，透明盖板120具有透光性能即不影响光线的透射，其可为透明材料制成的呈平板状的单层玻璃或双层玻璃，也可为其他透光板。

进一步地，在第一板体131的外表面上涂覆有吸收涂层，且第一板体131面朝向透明盖板120。

可选地，吸收涂层为太阳能选择性吸收涂层，太阳能选择性吸收涂层的吸收光谱与太阳发射光谱相匹配，能极大地提高水流道140对太阳能的集热效率和利用效率；太阳光辐射的能量主要分布在波长为0.25μm-3μm的光谱区内，即太阳辐射能主要分布在可见光和近红外区，而物体受热发生黑体辐射的能量主要分布在波长为2μm-100μm的光谱区内，亦即主要在远红外区，而太阳能选择性涂层具有高吸收率，即在太阳光谱内的吸光程度高，且在辐射波长范围内具有较低的发射率，即辐射损失小。

进一步地，在侧围板110上开设有进水口111、出水口112、储热介质进口113和储热介质出口114，进水口111和出水口112分别与水流道140的两端相连，储热介质进口113和储热介质出口114分别与储热腔150的两端相连。

可选地，进水口111和出水口112与储热介质进口113和储热介质出口114分别设置在侧围板110的两侧，或者，如图3所示，进水口111和出水口112与储热介质进口113和储热介质出口114均设置在侧围板110的同一侧。

优选地，在铺设有储热腔150的换热装置130的一侧设置有保温层160。

如上所述，在白天有太阳光的情况下，水流道140内的水吸收热量，其中一部分用于加热其本身变成热水，其余部分通过换热板133将热量传递给储热腔150内的储热介质，储热介质吸收该部分热量并通过发生相变(当达到蓄热介质的熔点时蓄热介质开始熔化)进行热量存储；在晚上没有太阳光的情况下，温度降低，储热介质再次通过发生相变(当达到蓄热介质的凝固点时蓄热介质开始凝固)释放热量，释放出的热量通过换热板133传递给水流道140内的水，水流道140内的水受热变成热水。

综上所述，本太阳能热水器100为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，包括换热装置130，换热装置130结合了蓄热技术，具有换热和储热双重功能；本太阳能热水器100通过将相变蓄热技术与闷晒式太阳能热水器相结合，照比常规闷晒式太阳能热水器，其具有加热、储热双重功能，照比真空管相变蓄热太阳能热水器，其安全性能良好，且结构简单、方便加工。

第二实施例

本实施例提供一种太阳能热水器，本实施例所提供的太阳能热水器与第一实施例中所提供的太阳能热水器100的不同之处如下所述。

第二板体的外表面上涂覆有吸收涂层，且第二板体面朝向透明盖板。

可选地，本实施例中保温层采用透明保温板。

如上所述，在白天有太阳光的情况下，储热腔内的储热介质吸收热量，其中一部分通过自身发生相变(当达到蓄热介质的熔点时蓄热介质开始熔化)进行热量存储，其余部分通过换热板将热量传递给水流道内的水使其受热变成热水；在晚上没有太阳光的情况下，温度降低，储热介质再次通过发生相变(当达到蓄热介质的凝固点时蓄热介质开始凝固)释放热量，释放出的热量通过换热板传递给水流道内的水，水流道内的水受热变成热水。

综上所述，本实施例所提供的太阳能热水器具有与太阳能热水器100相同的有益效果，由于太阳能热水器100的有益效果已经在第一实施例中进行了详细描述，故在此不再赘述。

第三实施例

本实施例提供一种太阳能热水器，本实施例所提供的太阳能热水器与第一实施例中所提供的太阳能热水器100的不同之处如下所述。

水流道和储热腔均呈S型均匀地设置于换热装置的同一侧，换热装置靠近水流道的一侧涂覆有吸收涂层，且换热装置涂覆有吸收涂层的一侧朝向透明盖板设置。

可选地，本实施例中保温层采用透明保温板。

如上所述，在白天有太阳光的情况下，水流道内的水和储热腔内的储热介质均吸收热量，水流道内的水受热变成热水，储热腔内的储热介质将吸收的热量通过自身发生相变(当达到蓄热介质的熔点时蓄热介质开始熔化)进行热量存储；在晚上没有太阳光的情况下，温度降低，储热介质再次通过发生相变(当达到蓄热介质的凝固点时蓄热介质开始凝固)释放热量，释放出的热量通过储热腔、空气、水流道等传递给水流道内的水，水流道内的水受热变成热水。

综上所述，本实施例所提供的太阳能热水器具有与太阳能热水器100相同的有益效果，由于太阳能热水器100的有益效果已经在第一实施例中进行了详细描述，故在此不再赘述。

第四实施例

本实施例提供一种太阳能热水器，本实施例所提供的太阳能热水器与第一实施例中所提供的太阳能热水器100的不同之处如下所述。

水流道和储热腔均呈S型均匀地设置于换热装置的同一侧，换热装置远离水流道的一侧涂覆有吸收涂层，且换热装置涂覆有吸收涂层的一侧朝向透明盖板设置。

如上所述，在白天有太阳光的情况下，换热装置涂覆有吸收涂层的一侧直接吸收热量并通过自身将吸收的热量传递给水流道内的水和储热腔内的储热介质，水流道内的水受热变成热水，储热腔内的储热介质将接收的热量通过自身发生相变(当达到蓄热介质的熔点时蓄热介质开始熔化)进行热量存储；在晚上没有太阳光的情况下，温度降低，储热介质再次通过发生相变(当达到蓄热介质的凝固点时蓄热介质开始凝固)释放热量，释放出的热量通过储热腔、空气、水流道等传递给水流道内的水，水流道内的水受热变成热水。

综上所述，本实施例所提供的太阳能热水器具有与太阳能热水器100相同的有益效果，由于太阳能热水器100的有益效果已经在第一实施例中进行了详细描述，故在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换热装置，其特征在于，所述换热装置上形成有水流道和储热腔，所述储热腔内储存有储热介质。

2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述换热装置包括第一板体和第二板体以及设于所述第一板体和所述第二板体之间的换热板，所述换热板的两面分别与所述第一板体和所述第二板体贴合；所述第一板体贴合所述换热板的一面凹设有第一凹槽以形成所述水流道，所述第二板体贴合所述换热板的一面凹设有第二凹槽以形所述储热腔，且所述第一板体的外表面上涂有吸收涂层。

3.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述换热装置包括第一板体和第二板体以及设于所述第一板体和所述第二板体之间的换热板，所述换热板的两面分别与所述第一板体和所述第二板体贴合；所述第一板体贴合所述换热板的一面凹设有第一凹槽以形成所述水流道，所述第二板体贴合所述换热板的一面凹设有第二凹槽以形所述储热腔，且所述第二板体的外表面上涂有吸收涂层。

4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述水流道和所述储热腔均设置于所述换热装置的同一侧，所述换热装置靠近所述水流道的一侧涂有吸收涂层。

5.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述水流道和所述储热腔均设置于所述换热装置的同一侧，所述换热装置远离所述水流道的一侧涂有吸收涂层。

6.根据权利要求2-5中任意一项所述的换热装置，其特征在于，所述吸收涂层为太阳能选择性吸收涂层。

7.一种太阳能热水器，为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其特征在于，包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有如权利要求2所述的换热装置，所述第一板体面朝向所述透明盖板。

8.一种太阳能热水器，为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其特征在于，包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有如权利要求3所述的换热装置，所述第二板体面朝向所述透明盖板。

9.一种太阳能热水器，为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其特征在于，包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有如权利要求4所述的换热装置，所述换热装置涂有所述吸收涂层的一侧朝向所述透明盖板设置。

10.一种太阳能热水器，为闷晒式相变蓄热太阳能热水器，其特征在于，包括侧围板、背板和具有透光性的透明盖板，所述侧围板、所述背板和所述透明盖板共同围合形成一安装空间，所述安装空间内设置有如权利要求5所述的换热装置，所述换热装置涂有所述吸收涂层的一侧朝向所述透明盖板设置。