CN113669926A - 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，包括安装架、联箱和集热管，所说安装架倾斜设置，所述集热管倾斜设置固定在安装架上，联箱为长条形且安装固定在集热管的上端的安装架上，联箱内部为换热腔室，换热腔室一端连接有进水管，另一端连接有出水管，集热管有多个并沿垂直于联箱的方向间隔排列设置在联箱下侧，还包括热管，热管的蒸发端插入到集热管中，热管的冷凝端露出于集热管并插接进入到联箱的换热腔室内，其中，热管的冷凝端插入换热腔室至插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处位置。本发明能够方便提高集热管中热管冷凝端放热效率；具有传热效果好，热转换效率高等优点。

Description

一种高效率太阳能热水器

技术领域

本发明涉及热水器设备领域，具体涉及一种高效率太阳能热水器。

背景技术

热利用是太阳能利用的重要应用形式。太阳能热水器是一种将太阳的辐射能转换为热能的设备。尤其是太阳能热水系统中，需要依靠太阳能热水器将太阳照射的热能收集起来对水进行加热。因为集热器只能在一天的有限时间内收集太阳能，故其吸热效率的高低是决定太阳能热水系统优劣的关键。

现有太阳能热水器中，最常见的为热管式太阳能热水器，其结构主要包括联箱和集热管，所说集热管倾斜设置，联箱为长条形且安装固定在集热管的上端，联箱内部为换热腔室，换热腔室一端连接有进水管，另一端连接有出水管，集热管有多个并沿垂直于联箱的方向间隔排列设置在联箱下侧，集热管的结构，通常包括玻璃材质的套管，还包括热管，热管的蒸发端插入到套管中，热管的冷凝端露出于套管并插接进入到联箱的换热腔室内，其中套管通常会采用双层玻璃套管的结构，在双层玻璃套管之间设置真空夹层，并在内层套管的外表面涂覆吸热材料涂层。这样太阳照射时，透过外层套管和真空夹层照射到吸热材料涂层被吸收并使得内层套管升温，外层套管和真空夹层的设置可以避免收集的热量被外界风流带走，有利于吸热储热。然后在热管蒸发端和内层套管之间通常会设置翅片以更好地将内层套管的热量传递到热管蒸发端。工作时，在热管蒸发端吸热后，会使得内部的工质受热汽化并向上移动到冷凝端放热冷凝，冷凝端放出的热量对换热腔室中的水进行加热，同时工质在冷凝端冷凝后向下流回蒸发端并形成循环。

这种现有的太阳能热水器，存在以下缺陷：1现有集热管安装结构仅仅是在联箱的安装口上设置一个密封圈，因为集热管冷凝端部分长度较小，为了尽量提高冷凝端放热效果，然后需要将热管冷凝端从密封圈处插入到联箱内直至完全抵接在联箱内腔另一端内壁上，这样尽量提高冷凝端在联箱内腔中的长度以提高放热效果。但这样集热管安装时，无法准确估量位置，容易插入过深和联箱内侧壁抵接压力过大而导致损坏。同时热管仍然存在冷凝端放热效率不如蒸发端吸热效率，导致降低了热转化吸收效果的缺陷。同时，现有的集热管安装结构还存在安装插入和拆卸拔出都极为不便的缺陷。2现有集热管中的热管蒸发端吸热效率大于冷凝端放热效率，导致热管整体热转换效率不高，太阳光辐射热利用效率不高。部分已有专利技术中在热管和套管之间填充相变材料进行储热；但这样又会导致装置加热反应速率变慢，得不偿失。3现有集热管中，虽然在热管蒸发端和内层套管之间设置了翅片以更好地传热，但翅片和贴合的玻璃管侧壁之间存在间隙，且翅片受热容易软化导致间隙增大，使得气流受热后在间隙内流动，会极大地影响翅片的传热导热性能，降低了集热管综合换热系数。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种能够提高集热管中的热管冷凝端放热效率的高效率太阳能热水器；并进一步使其具有传热效果好，热转换效率高等特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种高效率太阳能热水器，包括安装架、联箱和集热管，所说安装架倾斜设置，所述集热管倾斜设置固定在安装架上，联箱为长条形且安装固定在集热管的上端的安装架上，联箱内部为换热腔室，换热腔室一端连接有进水管，另一端连接有出水管，集热管有多个并沿垂直于联箱的方向间隔排列设置在联箱下侧，还包括热管，热管的蒸发端插入到集热管中，热管的冷凝端露出于集热管并插接进入到联箱的换热腔室内，其特征在于，热管的冷凝端插入换热腔室至插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处位置。

这样使得冷凝端插入到换热腔室内最深，能够最大程度提高冷凝端放热效率。

进一步地，联箱换热腔室正对插接口的内侧壁上设置有一个凹槽，凹槽内嵌设设置有一块面积大于热管冷凝端端部的弹性垫，热管的冷凝端和弹性垫相抵。

这样，可以使得热管冷凝端插入到换热腔室最里面时，保护热管冷凝端，避免和联箱换热腔室内侧壁相抵造成破坏。进而在保证安全装配前提下能够使得热管冷凝端换热效果最大化。

进一步地，弹性垫外表面设置有一块散热板，散热板面积大于热管冷凝端端部，散热板为传热效率大于水的材料制得。

这样，可以进一步方便热管的冷凝端端部通过散热板向外导热，提高冷凝端放热效率。

进一步地，散热板为铝材料制得。成本低廉且散热效果更佳。

进一步地，集热管和联箱之间通过快插限位结构安装连接。

这样，集热管通过快插限位结构完成安装连接，能够保证快速安装的同时实现限位，避免集热管的热管冷凝端插入过深和联箱内壁抵接过紧导致破损，方便了快速安装且保证了安装后放热效率。

进一步地，集热管采用由内层套管和外层套管组合形成的双层玻璃套管结构，在双层玻璃套管之间设置真空夹层，并在内层套管的外表面涂覆有吸热材料涂层。

这样，可以更好地依靠吸热材料涂层吸收光照热量，依靠真空夹层隔绝空气，避免热量丧失。

进一步地，热管的蒸发端位于内层套管的内腔中部位置，热管的蒸发端和内层套管之间设置有翅片。

这样可以更好地进行热量传递。通常翅片为铝材制得，能够更好地传递热量。

进一步地，所述快插限位结构包括热管的冷凝端，热管的冷凝端全部露出于集热管端面的密封塞，热管的冷凝端直径大于热管的蒸发端直径；快插限位结构还包括位于联箱安装面上的集热管安装槽，集热管端部插接配合安装在集热管安装槽内，集热管安装槽底部中间位置开有连通至换热腔室并供热管冷凝端插入的插接口，插接口上设置有和热管冷凝端配合的密封圈。

这样，依靠集热管安装槽实现对集热管端部的限位，集热管端部的热管冷凝端从插接口插入到换热腔室中，依靠密封圈实现热管冷凝端和联箱插接口之间的密封。故可以实现集热管的快速安装限位，安装非常方便快捷。

进一步地，快插限位结构还包括设置于集热管安装槽的内侧壁上的一圈弹性限位环，弹性限位环用于在集热管安装时和集热管外周表面接触并限位。

这样，依靠弹性限位环和集热管外周表面接触并限位，使得集热管安装槽的槽口可以开得更大以方便集热管插入，集热管插入后靠弹性限位环限位，在集热管长度方向上具有密封圈和弹性限位环两处定位点，能够更好地保证对准并实现快速安装。

进一步地，密封圈固定安装在插接口处，密封圈前端周边设置有一圈弹性夹片，弹性夹片安装前呈向外的对半折叠状态，弹性夹片一端和密封圈固定，另一端固定连接有一个抵接盘，弹性夹片展开后抵接盘位于和插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处，热管的冷凝端插入配合在密封圈内并使得弹性夹片呈展开状态；集热管端部的端面和集热管安装槽底面之间留有一段间隔。

这样，在安装过程中，集热管端部的热管冷凝端从插接口插入到换热腔室后，可以直接抵住抵接盘向换热腔室内部插入，直至弹性夹片被推动至展开状态，此时集热管无法再被推动，弹性夹片和抵接盘一起包住热管冷凝端辅助实现固定，提高固定效果。同时因为抵接盘已位于和插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处，能够保证冷凝端最大程度处于换热腔室中。故既方便集热管安装固定，又能够最大程度提高冷凝端在换热腔室中的放热效率。

进一步地，抵接盘外形和热管冷凝端端面外形一致，弹性夹片横截面为和热管冷凝端截面圆一致的弧形。

这样使得集热管安装插入后，热管冷凝端能够恰好被抵接盘和展开的弹性夹片贴合包裹住，这样避免热管冷凝端长期直接暴露在换热腔室中而凝结水垢导致拆卸时难以拔出。极大地提高了装置维修拆卸的便捷程度。

进一步地，抵接盘和弹性夹片均为传热效率大于水的材料制得；弹性夹片远离插接口位置的前半段外侧面沿长度方向设置有向外凸起的肋条。

这样，因为集热管安装插入后，热管冷凝端能够恰好被抵接盘和展开的弹性夹片贴合包裹住；故抵接盘和弹性夹片采用传热效率大于水的材料制得后，在抵接盘和弹性夹片以及肋条结构的辅助散热作用下，就可以更加快捷地将热管冷凝端散发的热量快速散发到换热腔室内的流水中。极大地辅助提高了热管冷凝端的放热效率，避免了冷凝端散热不及时导致温度过高而影响冷凝效果，进而整体上极大地提高了装置的热利用效率。

进一步地，抵接盘和弹性夹片采用铝材料制得，弹性夹片包括前半段和后半段，所述肋条采用弹性金属材料制得，肋条整体沿长度方向焊接在弹性夹片前半段外表面中部，肋条前后两端超出弹性夹片前半段前后两端并被压扁，肋条前端超出弹性夹片前半段前端部分被压扁后焊接固定在抵接盘（前端）上，肋条后端超出弹性夹片前半段后端部分被压扁后呈折弯状态焊接到弹性夹片后半段外侧面。

这样，抵接盘和弹性夹片采用铝制得可以更好地提高散热放热效果；同时依靠弹性金属材料的肋条方便实现了两段弹性夹片和抵接盘之间的连接并保持弹性，方便集热管拆卸拔出后，能够快速复位。

进一步地，后半段弹性夹片后端具有一个宽度方向变窄的连接条，连接条折弯后插接固定到密封圈内。

这样，方便弹性夹片和密封圈之间的连接并能够保持形变。

进一步地，弹性夹片前半段前端连接在抵接盘前端，密封圈前端从插接口前端向前延伸形成有一个内表面呈喇叭状的唇口，使得弹性夹片处于对半折叠状态时，抵接盘后端能够落入到唇口内形成密封。

这样，在拆卸集热管检修的过程中，集热管拔出后，弹性夹片恢复对半折叠状态，抵接盘被带动回复抵接住唇口，并在换热腔室内部水压作用下压紧形成密封。避免了漏水，方便实现了集热管的在线拆卸检修。

进一步地，密封圈后端从插接口后端向后露出并形成一个限位凸起，限位凸起和集热管安装槽底面之间形成一个挂接台阶。

这样一是方便密封圈自身在装配时依靠挂接台阶定位，二是方便集热管安装时可以靠限位凸起对集热管前端端面相贴缓冲，避免损坏。

进一步地，联箱的主体部分材料为聚氨酯材料；联箱的主体部分外表面还具有一层硬度更大的外壳。这样具有足够的保温效果，避免换热腔室内热量散发流失。

进一步地，热管的冷凝端插入并使得弹性夹片呈展开状态时，热管的冷凝端通过抵接盘和弹性垫外表面相贴抵接。

这样，可以使得热管冷凝端插入到换热腔室最里面，保护热管冷凝端，避免和联箱换热腔室内侧壁相抵造成破坏。进而在保证安全装配前提下能够使得热管冷凝端换热效果最大化。

进一步地，热管的冷凝端插入并使得弹性夹片呈展开状态时，热管的冷凝端通过抵接盘和散热板表面相贴抵接。

这样，可以进一步方便热管的冷凝端端部通过散热板向外导热，提高冷凝端放热效率。

进一步地，内层套管和热管蒸发端之间具有在周向上被分隔出一部分而形成的隔离区域，隔离区域内填充设置有固液相变材料，固液相变材料的相变温度为40-60℃（最优为50℃左右），所述翅片的一部分经过隔离区域。

这样，在翅片将集热管吸收的太阳光照热量向热管蒸发端传递的过程中，经过固液相变材料并使其液化，一部分热量被固液相变材料吸收存储，一部分热量被传递到热管蒸发端被吸收，并通过热管往联箱内传热。这样由固液相变材料吸收一部分热量存储起来，可以克服热管蒸发端吸热效率高于冷凝端散热效率造成整体上热转换利用效率不高的缺陷，也可以避免热管冷凝端导入热量过多导致温度过高而影响冷凝效果。存储在相变材料中的热量可以在晚上缓慢释放，维持管内温度不至于过低，在早晚温差大的地区可以很好地防止集热管晚上结霜或结冰而导致破坏。

进一步地，所述翅片具有截面呈弧形的翼部，翼部外侧用于和内层套管内壁相贴并吸热，翅片还具有一个整体呈环形的安装部，热管蒸发端被包裹安装在安装部内，翅片还具有连接翼部和安装部之间并用于二者之间传热的肋部，所述肋部经过隔离区域。

这样翅片依靠翼部和内层套管内壁相贴并吸热，翼部处位置未设置固液相变材料，使其不会影响翅片的整体吸热效果。同时在翼部吸热后，热量是集中至肋部后再通过肋部向中间的安装部传热，故肋部会出现富余出的热量，因为肋部经过隔离区域，故使得肋部传热过程中，富余出的热量能够被隔离区域内的固液相变材料吸收存储，而其余热量正常向安装部传递并进入到热管中。故本结构使得集热管在能够存储热量的同时避免了热量传递不及时，导致装置加热反应速率变慢的缺陷。

进一步地，所述肋部具有多个，部分肋部经过隔离区域和安装部相连，部分肋部直接和安装部相连。

这样，可以更好地保证一部分热量能够直接通过肋部向安装部传热，保证太阳光照较弱时，也有足够的热量直接传递到安装部并被其内的热管吸收，避免太阳光照弱时受固液相变材料吸热影响而导致装置热水效果不佳。

进一步地，所述翼部截面呈劣弧形且位于集热管的左右两侧，所述肋部包括两根第一肋部，两根第一肋部从两侧翼部上端沿内部套管直径方向向内延伸至中心位置，并绕接形成用于包围热管蒸发端的安装部；固液相变材料被封装在两根第一肋部之间并形成隔离区域。

这样方便翅片的形成和安装，也方便隔离区域的形成。同时固液相变材料受热液化后，能够先填充到安装部和热管蒸发端之间的间隙，更好地在二者之间传递热量，加大翅片和热管蒸发端之间的传热效率。

进一步地，翼部和第一肋部之间衔接位置还具有沿集热管长度方向设置的弹性密封条，弹性密封条突出于翼部外表面（未受力时）并抵接在内层套管内壁上形成密封。

这样，可以在翅片安装后更好地保持翅片位置的固定，同时可以更好地将固液相变材料封装在隔离区域内，避免其经过翼片外表面掉入下方空间。

进一步地，两根第一肋部上靠近安装部位置，还各具有一个往相对方向弯曲延伸形成的传热凸起。

这样，传热凸起伸入到固液相变材料中，能够更好地将汇聚到安装部的富余的热量（尤其是通过和第一肋部相反方向肋部传递到安装部的热量过大时导致富余的热量）传递到固液相变材料中存储起来。同时因为传热凸起距离安装部较近，故不会出现过多的和安装部抢夺第一肋部传入热量的情况。同时，在安装翅片的过程中，还可以通过向内挤压传热凸起，使得翅片的翼部向内收缩，方便将翅片装入到集热管内层套管中。而且翅片安装好后，能够依靠传热凸起对第一肋部施加一个向外的弹力（第一肋部自身为沿直径方向设置故无法靠自身产生沿直径方向向外的弹力），使得第一肋部外端的弹性密封条能够更好地和内层套管内壁抵紧密封，更好地保证固液相变材料不会泄露。

另外，实施时隔离区域之间在翅片长度方向上的前后两端的扇形区域位置可以选择采用带有弹性和柔性的材料密封连接，这样方便安装时能够以压缩翅片翼部的方式进行安装，使得翅片插入安装更加方便快捷。当然，实施时，隔离区域之间在翅片长度方向上的前后两端位置，也可以采用扇形的连接板两侧和肋部密封固定后在上表面位置嵌设弹性密封条实现密封。另外在热管的前后两端还可以进一步采用套设密封圈的方式密封，便更好地实现对隔离区域的完全密封隔离，避免固液相变材料泄漏。另外实施时，固液相变材料可以采用48#石蜡、58#石蜡、三丁香烷石蜡、赤藓糖醇等，填充容量可以为填充预留空间的75%左右（根据集热器角度有所变化），以防止过量填充容易导致融化的固液相变材料溢出。

进一步地，所述翅片的翼部外侧表面和对应的内层套管内壁之间设置有一层由导热油构成的导热油膜。

这样，导热油膜可以避免空气进入间隙而影响热量传递，可以更好地利于翼部吸收热量。同时更重要的是导热油膜具有一定的粘性，能够更好地使得翅片的翼部在受热软化后仍然能贴合在内层套管内壁上，避免翅片因为受热软化而和内层套管内壁分离导致传热效率较低，保证了在热传递路径起始位置传热效果的稳定性。实施时，导热油膜由导热性和粘结性较好的导热油形成即可。

进一步地，翅片的翼部外侧表面上分布设置有布液微通道，布液微通道由若干分布在翅片的翼部外侧表面上且深度小于1毫米的布液凹槽构成。

这样，可以更加方便导热油通过布液凹槽构成的布液微通道布满整个翅片翼部表面并形成导热油膜。

进一步地，所述布液凹槽包括沿翼部宽度方向设置且沿长度方向均匀间隔排布的宽度方向布液凹槽，还包括位于和第一肋部相邻处并沿翅片长度方向设置的长度方向布液凹槽，宽度方向布液凹槽一端和长度方向布液凹槽相接。

这样，使得导热油能够更加均匀地布满整个翅片翼部表面并形成导热油膜。

进一步地，宽度方向布液凹槽和长度方向布液凹槽相接处还扩展形成有一个储液槽，储液槽内封装有储液胶囊，储液胶囊用于盛装导热油且储液胶囊一侧和弹性密封条相接。

这样，在安装过程中，弹性密封条安装到位后和内层套管内壁抵接收挤压，能够使得储液胶囊破裂并释放出导热油，并填充满布液凹槽。故该结构巧妙地和弹性密封条结合，使得安装过程中利用弹性密封条的弹性变形施力释放导热油进行布液。非常方便快捷且巧妙可行。

进一步地，储液胶囊采用热熔胶膜制得，热熔胶膜熔化温度为50℃左右。这样，即使部分储液胶囊在安装时未被挤破或者破裂不够彻底，但在装置使用过程中，随着集热管受热温度上升，热熔胶膜也会熔化破碎进行布液，提高其可靠性。

进一步地，所述翼部下端位置还具有沿内部套管直径方向向内延伸至中间位置和安装部相接的第二肋部。

这样，可以更好地保证一部分热量能够直接通过肋部向安装部传热，保证太阳光照较弱时，翼部吸收的部分热量能够直接到达热管而避免被相变材料吸收，保证阴天时装置的热水效果。同时该第二肋部可以更好地支撑翼部，能够更好地使得翅片的翼部在受热软化后仍然能贴合在内层套管内壁上，避免翅片因为受热软化而和内层套管内壁分离导致传热效率较低，保证了在热传递路径起始位置传热效果的稳定性。

进一步地，第二肋部内端位置具有一个向上的折向段，并通过折向段和安装部相接固定。

这样第二肋部能够通过向上的折向段产生一个沿直径方向向外的弹力（如果第二肋部整体沿直径方向设置则无法产生在直径方向上的弹力），该弹力可以使得翼部更好地贴合在内层套管内壁上。同时，更重要的时，该折向段使得翅片在安装的时候可以先将热管蒸发端插入到翅片的安装部内后，先手持安装部并通过压缩第二肋部的折向段，使得两侧翼片向内靠拢，然后可以方便快捷地将整个翅片插入到内层套管中，插入到位后后，松开第二肋部的折向段，两侧翼片向外弹出并和内层套管内壁相贴，然后还可以沿直径向外的方向推动第二肋部的折向段，使得两侧翼片更好地和内层套管内壁相贴紧密，并更好地将储液胶囊挤压破碎，实现导热油的释放布液。故极大地提高了安装的便捷性。

进一步地，内层套管和外层套管之间前端端面处设置有密封塞，热管的蒸发端插入并密封固定在密封塞上。

这样，方便热管和内外双层套管之间的安装固定。

进一步地，内层套管和外层套管之间后端底部位置设置有弹簧卡。

这样，方便内外双层套管之间保持间隔。

综上所述，本发明能够方便集热管安装，且能够提高冷凝端放热效率；具有传热效果好，热转换效率高等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中单独快插限位结构的局部结构示意图。

图3为图2的剖视图。

图4为图1中单独热管冷凝端密封固定用装置的结构示意图。

图5为图1中单独集热管的示意图。

图6为图5中截面示意图。

图7为图6中单独翼片结构的结构示意图。

图8为图7的左视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

具体实施时：参见图1-8所示，一种高效率太阳能热水器，包括安装架（图中未显示安装架）、联箱1和集热管2，所说安装架倾斜设置，所述集热管2倾斜设置固定在安装架上，联箱为长条形且安装固定在集热管的上端的安装架上，联箱内部为换热腔室3，换热腔室3一端连接有进水管4，另一端连接有出水管5，集热管2有多个并沿垂直于联箱的方向间隔排列设置在联箱下侧，还包括热管6，热管6的蒸发端7插入到集热管中，热管的冷凝端8露出于集热管2并插接进入到联箱1的换热腔室3内，其中，热管的冷凝端8插入换热腔室3至插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处位置。

这样使得冷凝端插入到换热腔室内最深，能够最大程度提高冷凝端放热效率。

其中，集热管2和联箱1之间通过快插限位结构安装连接。

这样，集热管通过快插限位结构完成安装连接，能够保证快速安装的同时实现限位，避免集热管的热管冷凝端插入过深和联箱内壁抵接过紧导致破损，方便了快速安装且保证了安装后放热效率。

其中，集热管2采用由内层套管9和外层套管10组合形成的双层玻璃套管结构，在双层玻璃套管之间设置真空夹层，并在内层套管的外表面涂覆有吸热材料涂层11。

这样，可以更好地依靠吸热材料涂层吸收光照热量，依靠真空夹层隔绝空气，避免热量丧失。

其中，热管6的蒸发端7位于内层套管9的内腔中部位置，热管的蒸发端7和内层套管9之间设置有翅片12。

这样可以更好地进行热量传递。通常翅片为铝材制得，能够更好地传递热量。

其中，所述快插限位结构包括热6管的冷凝端8，热管的冷凝端8全部露出于集热管端面的密封塞13，热管的冷凝端8直径大于热管的蒸发端7直径；快插限位结构还包括位于联箱安装面上的集热管安装槽14，集热管端部插接配合安装在集热管安装槽14内，集热管安装槽底部中间位置开有连通至换热腔室并供热管冷凝端插入的插接口，插接口上设置有和热管冷凝端配合的密封圈15。

这样，依靠集热管安装槽实现对集热管端部的限位，集热管端部的热管冷凝端从插接口插入到换热腔室中，依靠密封圈实现热管冷凝端和联箱插接口之间的密封。故可以实现集热管的快速安装限位，安装非常方便快捷。

其中，快插限位结构还包括设置于集热管安装槽的内侧壁上的一圈弹性限位环23，弹性限位环23用于在集热管安装时和集热管外周表面接触并限位。

这样，依靠弹性限位环和集热管外周表面接触并限位，使得集热管安装槽的槽口可以开得更大以方便集热管插入，集热管插入后靠弹性限位环限位，在集热管长度方向上具有密封圈和弹性限位环两处定位点，能够更好地保证对准并实现快速安装。实施时，弹性限位环采用橡胶材料制得。

其中，密封圈15固定安装在插接口处，密封圈前端周边设置有一圈弹性夹片，弹性夹片包括前半段16和后半段17且安装前呈向外的对半折叠状态，弹性夹片一端和密封圈15固定，另一端固定连接有一个抵接盘18，弹性夹片展开后抵接盘18位于和插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处，热管的冷凝端8插入配合在密封圈15内并使得弹性夹片呈展开状态；集热管端部的端面和集热管安装槽底面之间留有一段间隔。

这样，在安装过程中，集热管端部的热管冷凝端从插接口插入到换热腔室后，可以直接抵住抵接盘向换热腔室内部插入，直至弹性夹片被推动至展开状态，此时集热管无法再被推动，弹性夹片和抵接盘一起包住热管冷凝端辅助实现固定，提高固定效果。同时因为抵接盘已位于和插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处，能够保证冷凝端最大程度处于换热腔室中。故既方便集热管安装固定，又能够最大程度提高冷凝端在换热腔室中的放热效率。

其中，抵接盘18外形和热管冷凝端8端面外形一致，弹性夹片横截面为和热管冷凝端截面圆一致的弧形。

这样使得集热管安装插入后，热管冷凝端能够恰好被抵接盘和展开的弹性夹片贴合包裹住，这样避免热管冷凝端长期直接暴露在换热腔室中而凝结水垢导致拆卸时难以拔出。极大地提高了装置维修拆卸的便捷程度。

其中，抵接盘18和弹性夹片均为传热效率大于水的材料制得；弹性夹片远离插接口位置的前半段外侧面沿长度方向设置有向外凸起的肋条19。

这样，因为集热管安装插入后，热管冷凝端能够恰好被抵接盘和展开的弹性夹片贴合包裹住；故抵接盘和弹性夹片采用传热效率大于水的材料制得后，在抵接盘和弹性夹片以及肋条结构的辅助散热作用下，就可以更加快捷地将热管冷凝端散发的热量快速散发到换热腔室内的流水中。极大地辅助提高了热管冷凝端的放热效率，避免了冷凝端散热不及时导致温度过高而影响冷凝效果，进而整体上极大地提高了装置的热利用效率。

其中，抵接盘18和弹性夹片采用铝材料制得，弹性夹片包括前半段16和后半段17，所述肋条19采用弹性金属材料制得，肋条19整体沿长度方向焊接在弹性夹片前半段外表面中部，肋条19前后两端超出弹性夹片前半段前后两端并被压扁，肋条前端超出弹性夹片前半段16前端部分被压扁后焊接固定在抵接盘（前端）上，肋条后端超出弹性夹片前半段后端部分被压扁后呈折弯状态焊接到弹性夹片后半段17外侧面。

这样，抵接盘和弹性夹片采用铝制得可以更好地提高散热放热效果；同时依靠弹性金属材料的肋条方便实现了两段弹性夹片和抵接盘之间的连接并保持弹性，方便集热管拆卸拔出后，能够快速复位。

其中，后半段弹性夹片后端具有一个宽度方向变窄的连接条20，连接条20折弯后插接固定到密封圈内。

这样，方便弹性夹片和密封圈之间的连接并能够保持形变。故基于上述结构，本申请实际上还公开了一种热管冷凝端密封固定用装置，其基础结构为，包括一个密封圈15，密封圈15外侧用于和联箱上集热管安装槽底部中间位置的插接口配合，密封圈15内侧用于供热管冷凝端配合插入，密封圈前端周边设置有一圈弹性夹片，弹性夹片呈向外的对半折叠状态，弹性夹片一端和密封圈15固定，另一端固定连接有一个抵接盘18，密封圈外径大于抵接盘外径。然后该密封固定用装置中各构件具体外形可以进一步细化为上述以及后述限定的外形结构。这样该密封固定用装置可以单独生产加工成形后，再装配安装到联箱的插接口内；故更加方便生产装配。

其中，弹性夹片前半段16前端连接在抵接盘18前端，密封圈前端从插接口前端向前延伸形成有一个内表面呈喇叭状的唇口21，使得弹性夹片处于对半折叠状态时，抵接盘18后端能够落入到唇口21内形成密封。

这样，在拆卸集热管检修的过程中，集热管拔出后，弹性夹片恢复对半折叠状态，抵接盘被带动回复抵接住唇口，并在换热腔室内部水压作用下压紧形成密封。避免了漏水，方便实现了集热管的在线拆卸检修。

其中，密封圈15后端从插接口后端向后露出并形成一个限位凸起22，限位凸起22和集热管安装槽底面之间形成一个挂接台阶。

这样一是方便密封圈自身在装配时依靠挂接台阶定位，二是方便集热管安装时可以靠限位凸起对集热管前端端面相贴缓冲，避免损坏。

其中，联箱的主体部分材料为聚氨酯材料；联箱的主体部分外表面还具有一层硬度更大的外壳34，实施时外壳可采用金属材料或硬质塑料制得，以提高装置整体强度。这样具有足够的保温效果，避免换热腔室内热量散发流失。

其中，联箱1的换热腔室3正对插接口的内侧壁上设置有一个凹槽，凹槽内嵌设设置有一块面积大于热管冷凝端端部的弹性垫24，热管的冷凝端插入并使得弹性夹片呈展开状态时，抵接盘和弹性垫24外表面相贴。

这样，可以使得热管冷凝端插入到换热腔室最里面，保护热管冷凝端，避免和联箱换热腔室内侧壁相抵造成破坏。进而在保证安全装配前提下能够使得热管冷凝端换热效果最大化。

其中，弹性垫24外表面设置有一块散热板25，散热板面积大于热管冷凝端端部，散热板为传热效率大于水的材料制得，热管的冷凝端插入并使得弹性夹片呈展开状态时，抵接盘和散热板25表面相贴。

这样，可以进一步方便热管的冷凝端端部通过散热板向外导热，提高冷凝端放热效率。同时从其原理可知，上述凹槽及其内的弹性材料以及进一步增设散热板的结构方式，也可以单独在联箱上实施，即可获得一种方便热管安装，提高了对热管安装时保护效果的联箱结构。

其中，散热板25为铝材料制得。成本低廉且散热效果更佳。

其中，内层套管和热管蒸发端之间具有在周向上被分隔出一部分而形成的隔离区域26，隔离区域26内填充设置有固液相变材料，固液相变材料的相变温度为40-60℃（最优为50℃左右），所述翅片12的一部分经过隔离区域26。

这样，在翅片将集热管吸收的太阳光照热量向热管蒸发端传递的过程中，经过固液相变材料并使其液化，一部分热量被固液相变材料吸收存储，一部分热量被传递到热管蒸发端被吸收，并通过热管往联箱内传热。这样由固液相变材料吸收一部分热量存储起来，可以克服热管蒸发端吸热效率高于冷凝端散热效率造成整体上热转换利用效率不高的缺陷，也可以避免热管冷凝端导入热量过多导致温度过高而影响冷凝效果。存储在相变材料中的热量可以在晚上缓慢释放，维持管内温度不至于过低，在早晚温差大的地区可以很好地防止集热管晚上结霜或结冰而导致破坏。

其中，所述翅片12具有截面呈弧形的翼部27，翼部27外侧用于和内层套管内壁相贴并吸热，翅片还具有一个整体呈环形的安装部28，热管蒸发端被包裹安装在安装部内，翅片还具有连接翼部和安装部之间并用于二者之间传热的肋部，所述肋部经过隔离区域。

这样翅片依靠翼部和内层套管内壁相贴并吸热，翼部处位置未设置固液相变材料，使其不会影响翅片的整体吸热效果。同时在翼部吸热后，热量是集中至肋部后再通过肋部向中间的安装部传热，故肋部会出现富余出的热量，因为肋部经过隔离区域，故使得肋部传热过程中，富余出的热量能够被隔离区域内的固液相变材料吸收存储，而其余热量正常向安装部传递并进入到热管中。故本结构使得集热管在能够存储热量的同时避免了热量传递不及时，导致装置加热反应速率变慢的缺陷。

其中，所述肋部具有多个，部分肋部经过隔离区域和安装部28相连，部分肋部直接和安装部相连。

这样，可以更好地保证一部分热量能够直接通过肋部向安装部传热，保证太阳光照较弱时，也有足够的热量直接传递到安装部并被其内的热管吸收，避免太阳光照弱时受固液相变材料吸热影响而导致装置热水效果不佳。

其中，所述翼部27截面呈劣弧形且位于集热管的左右两侧，所述肋部包括两根第一肋部29，两根第一肋部29从两侧翼部上端沿内部套管直径方向向内延伸至中心位置，并绕接形成用于包围热管蒸发端的安装部28；固液相变材料被封装在两根第一肋部之间并形成隔离区域26。

这样方便翅片的形成和安装，也方便隔离区域的形成。同时固液相变材料受热液化后，能够先填充到安装部和热管蒸发端之间的间隙，更好地在二者之间传递热量，加大翅片和热管蒸发端之间的传热效率。

其中，翼部27和第一肋部29之间衔接位置还具有沿集热管长度方向设置的弹性密封条30，弹性密封条30突出于翼部外表面（未受力时）并抵接在内层套管内壁上形成密封。

这样，可以在翅片安装后更好地保持翅片位置的固定，同时可以更好地将固液相变材料封装在隔离区域内，避免其经过翼片外表面掉入下方空间。

其中，两根第一肋部29上靠近安装部28位置，还各具有一个往相对方向弯曲延伸形成的传热凸起39。

这样，传热凸起伸入到固液相变材料中，能够更好地将汇聚到安装部的富余的热量（尤其是通过和第一肋部相反方向肋部传递到安装部的热量过大时导致富余的热量）传递到固液相变材料中存储起来。同时因为传热凸起距离安装部较近，故不会出现过多的和安装部抢夺第一肋部传入热量的情况。同时，在安装翅片的过程中，还可以通过向内挤压传热凸起，使得翅片的翼部向内收缩，方便将翅片装入到集热管内层套管中。而且翅片安装好后，能够依靠传热凸起对第一肋部施加一个向外的弹力（第一肋部自身为沿直径方向设置故无法靠自身产生沿直径方向向外的弹力），使得第一肋部外端的弹性密封条能够更好地和内层套管内壁抵紧密封，更好地保证固液相变材料不会泄露。

另外，实施时隔离区域之间在翅片长度方向上的前后两端的扇形区域位置可以选择采用带有弹性和柔性的材料密封连接，这样方便安装时能够以压缩翅片翼部的方式进行安装，使得翅片插入安装更加方便快捷。当然，实施时，隔离区域之间在翅片长度方向上的前后两端位置，也可以采用扇形的连接板两侧和肋部密封固定后在上表面位置嵌设弹性密封条实现密封。另外在热管的前后两端还可以进一步采用套设密封圈的方式密封，便更好地实现对隔离区域的完全密封隔离，避免固液相变材料泄漏。另外实施时，固液相变材料可以采用48#石蜡、58#石蜡、三丁香烷石蜡、赤藓糖醇等，填充容量可以为填充预留空间的75%左右（根据集热器角度有所变化），以防止过量填充容易导致融化的固液相变材料溢出。

其中，所述翅片12的翼部外侧表面和对应的内层套管内壁之间设置有一层由导热油构成的导热油膜。

这样，导热油膜可以避免空气进入间隙而影响热量传递，可以更好地利于翼部吸收热量。同时更重要的是导热油膜具有一定的粘性，能够更好地使得翅片的翼部在受热软化后仍然能贴合在内层套管内壁上，避免翅片因为受热软化而和内层套管内壁分离导致传热效率较低，保证了在热传递路径起始位置传热效果的稳定性。实施时，导热油膜由导热性和粘结性较好的导热油形成即可。

其中，翅片的翼部外侧表面上分布设置有布液微通道31，布液微通道31由若干分布在翅片的翼部外侧表面上且深度小于1毫米的布液凹槽构成。

这样，可以更加方便导热油通过布液凹槽构成的布液微通道布满整个翅片翼部表面并形成导热油膜。

其中，所述布液凹槽包括沿翼部宽度方向设置且沿长度方向均匀间隔排布的宽度方向布液凹槽32，还包括位于和第一肋部相邻处并沿翅片长度方向设置的长度方向布液凹槽33，宽度方向布液凹槽一端和长度方向布液凹槽相接。

这样，使得导热油能够更加均匀地布满整个翅片翼部表面并形成导热油膜。

其中，宽度方向布液凹槽和长度方向布液凹槽相接处还扩展形成有一个储液槽35，储液槽35内封装有储液胶囊，储液胶囊用于盛装导热油且储液胶囊一侧和弹性密封条相接。

这样，在安装过程中，弹性密封条安装到位后和内层套管内壁抵接收挤压，能够使得储液胶囊破裂并释放出导热油，并填充满布液凹槽。故该结构巧妙地和弹性密封条结合，使得安装过程中利用弹性密封条的弹性变形施力释放导热油进行布液。非常方便快捷且巧妙可行。

其中，储液胶囊采用热熔胶膜制得，热熔胶膜熔化温度为50℃左右。这样，即使部分储液胶囊在安装时未被挤破或者破裂不够彻底，但在装置使用过程中，随着集热管受热温度上升，热熔胶膜也会熔化破碎进行布液，提高其可靠性。

其中，所述翼部27下端位置还具有沿内部套管直径方向向内延伸至中间位置和安装部相接的第二肋部36。

这样，可以更好地保证一部分热量能够直接通过肋部向安装部传热，保证太阳光照较弱时，翼部吸收的部分热量能够直接到达热管而避免被相变材料吸收，保证阴天时装置的热水效果。同时该第二肋部可以更好地支撑翼部，能够更好地使得翅片的翼部在受热软化后仍然能贴合在内层套管内壁上，避免翅片因为受热软化而和内层套管内壁分离导致传热效率较低，保证了在热传递路径起始位置传热效果的稳定性。

其中，第二肋部36内端位置具有一个向上的折向段37，并通过折向段和安装部相接固定。

这样第二肋部能够通过向上的折向段产生一个沿直径方向向外的弹力（如果第二肋部整体沿直径方向设置则无法产生在直径方向上的弹力），该弹力可以使得翼部更好地贴合在内层套管内壁上。同时，更重要的时，该折向段使得翅片在安装的时候可以先将热管蒸发端插入到翅片的安装部内后，先手持安装部并通过压缩第二肋部的折向段，使得两侧翼片向内靠拢，然后可以方便快捷地将整个翅片插入到内层套管中，插入到位后后，松开第二肋部的折向段，两侧翼片向外弹出并和内层套管内壁相贴，然后还可以沿直径向外的方向推动第二肋部的折向段，使得两侧翼片更好地和内层套管内壁相贴紧密，并更好地将储液胶囊挤压破碎，实现导热油的释放布液。故极大地提高了安装的便捷性。

其中，内层套管和外层套管之间前端端面处设置有密封塞13，热管的蒸发端插入并密封固定在密封塞13上。

这样，方便热管和内外双层套管之间的安装固定。

其中，内层套管和外层套管之间后端底部位置设置有弹簧卡38。

这样，方便内外双层套管之间保持间隔。

Claims (10)

1.一种高效率太阳能热水器，包括安装架、联箱和集热管，所说安装架倾斜设置，所述集热管倾斜设置固定在安装架上，联箱为长条形且安装固定在集热管的上端的安装架上，联箱内部为换热腔室，换热腔室一端连接有进水管，另一端连接有出水管，集热管有多个并沿垂直于联箱的方向间隔排列设置在联箱下侧，还包括热管，热管的蒸发端插入到集热管中，热管的冷凝端露出于集热管并插接进入到联箱的换热腔室内，其特征在于，热管的冷凝端插入换热腔室至插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处位置。

2.如权利要求1所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，联箱换热腔室正对插接口的内侧壁上设置有一个凹槽，凹槽内嵌设设置有一块面积大于热管冷凝端端部的弹性垫，热管的冷凝端和弹性垫相抵。

3.如权利要求2所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，弹性垫外表面设置有一块散热板，散热板面积大于热管冷凝端端部，散热板为传热效率大于水的材料制得；

散热板为铝材料制得。

4.如权利要求1所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，集热管和联箱之间通过快插限位结构安装连接；

所述快插限位结构包括热管的冷凝端，热管的冷凝端全部露出于集热管端面的密封塞，热管的冷凝端直径大于热管的蒸发端直径；快插限位结构还包括位于联箱安装面上的集热管安装槽，集热管端部插接配合安装在集热管安装槽内，集热管安装槽底部中间位置开有连通至换热腔室并供热管冷凝端插入的插接口，插接口上设置有和热管冷凝端配合的密封圈。

5.如权利要求4所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，密封圈固定安装在插接口处，密封圈前端周边设置有一圈弹性夹片，弹性夹片安装前呈向外的对半折叠状态，弹性夹片一端和密封圈固定，另一端固定连接有一个抵接盘，弹性夹片展开后抵接盘位于和插接口正对的联箱换热腔室内侧壁相邻或相贴处，热管的冷凝端插入配合在密封圈内并使得弹性夹片呈展开状态；集热管端部的端面和集热管安装槽底面之间留有一段间隔。

6.如权利要求5所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，抵接盘外形和热管冷凝端端面外形一致，弹性夹片横截面为和热管冷凝端截面圆一致的弧形。

7.如权利要求6所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，抵接盘和弹性夹片均为传热效率大于水的材料制得；弹性夹片远离插接口位置的前半段外侧面沿长度方向设置有向外凸起的肋条；

抵接盘和弹性夹片采用铝材料制得，弹性夹片包括前半段和后半段，所述肋条采用弹性金属材料制得，肋条整体沿长度方向焊接在弹性夹片前半段外表面中部，肋条前后两端超出弹性夹片前半段前后两端并被压扁，肋条前端超出弹性夹片前半段前端部分被压扁后焊接固定在抵接盘上，肋条后端超出弹性夹片前半段后端部分被压扁后呈折弯状态焊接到弹性夹片后半段外侧面；

后半段弹性夹片后端具有一个宽度方向变窄的连接条，连接条折弯后插接固定到密封圈内。

8.如权利要求5所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，弹性夹片前半段前端连接在抵接盘前端，密封圈前端从插接口前端向前延伸形成有一个内表面呈喇叭状的唇口，使得弹性夹片处于对半折叠状态时，抵接盘后端能够落入到唇口内形成密封；

密封圈后端从插接口后端向后露出并形成一个限位凸起，限位凸起和集热管安装槽底面之间形成一个挂接台阶。

9.如权利要求1所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，集热管采用由内层套管和外层套管组合形成的双层玻璃套管结构，在双层玻璃套管之间设置真空夹层，并在内层套管的外表面涂覆有吸热材料涂层；

热管的蒸发端位于内层套管的内腔中部位置，热管的蒸发端和内层套管之间设置有翅片；

内层套管和热管蒸发端之间具有在周向上被分隔出一部分而形成的隔离区域，隔离区域内填充设置有固液相变材料，固液相变材料的相变温度为40-60℃，所述翅片的一部分经过隔离区域；

所述翅片具有截面呈弧形的翼部，翼部外侧用于和内层套管内壁相贴并吸热，翅片还具有一个整体呈环形的安装部，热管蒸发端被包裹安装在安装部内，翅片还具有连接翼部和安装部之间并用于二者之间传热的肋部，所述肋部经过隔离区域；

所述翼部截面呈劣弧形且位于集热管的左右两侧，所述肋部包括两根第一肋部，两根第一肋部从两侧翼部上端沿内部套管直径方向向内延伸至中心位置，并绕接形成用于包围热管蒸发端的安装部；固液相变材料被封装在两根第一肋部之间并形成隔离区域。

10.如权利要求9所述的高效率太阳能热水器，其特征在于，翼部和第一肋部之间衔接位置还具有沿集热管长度方向设置的弹性密封条，弹性密封条突出于翼部外表面并抵接在内层套管内壁上形成密封；

两根第一肋部上靠近安装部位置，还各具有一个往相对方向弯曲延伸形成的传热凸起；

所述翅片的翼部外侧表面和对应的内层套管内壁之间设置有一层由导热油构成的导热油膜；

翅片的翼部外侧表面上分布设置有布液微通道，布液微通道由若干分布在翅片的翼部外侧表面上且深度小于1毫米的布液凹槽构成；所述布液凹槽包括沿翼部宽度方向设置且沿长度方向均匀间隔排布的宽度方向布液凹槽，还包括位于和第一肋部相邻处并沿翅片长度方向设置的长度方向布液凹槽，宽度方向布液凹槽一端和长度方向布液凹槽相接；

宽度方向布液凹槽和长度方向布液凹槽相接处还扩展形成有一个储液槽，储液槽内封装有储液胶囊，储液胶囊用于盛装导热油且储液胶囊一侧和弹性密封条相接；

所述翼部下端位置还具有沿内部套管直径方向向内延伸至中间位置和安装部相接的第二肋部；

第二肋部内端位置具有一个向上的折向段，并通过折向段和安装部相接固定；

内层套管和外层套管之间前端端面处设置有密封塞，热管的蒸发端插入并密封固定在密封塞上。

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