CN201973897U - 以气体为工作介质的分体式太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，是一种太阳能热利用设备，以空气或其它导热性更强的气体作为工作介质，利用太阳能制取热水；这种太阳能热水器其太阳能集热器与蓄热水箱分体安装，通过通气管道联通，集热器与蓄热水箱之间形成环形回路，系统运行时完全以空气或其它导热性更强的气体作为工作介质，不需要使用液态工质作为工作介质；这种热水器是一种以气体为工作介质的分体式平板太阳能热水器，或是一种以气体为工作介质的分体式平板幕墙式太阳能热水器，或是一种以气体为工作介质的分体式真空玻璃管太阳能热水器，或是一种以气体为工作介质的分体式两端开口真空玻璃管太阳能热水器。

Description

以气体为工作介质的分体式太阳能热水器

(一)技术领域

本实用新型涉及太阳能热利用中的一种太阳热能收集、转换的设备，这种设备是以空气或其它导热性能更高的气体作为工作介质，在特定系统内循环流通，进行太阳热能的收集、输送与转换。

(二)背景技术

目前利用太阳能热制备热水技术领域中，主要有直插玻璃真空管紧凑型一体式太阳能热水器系统、分体式太阳能热水器系统等。

目前公知的直插管一体式太阳能热水器为数根玻璃真空集热管并排直接插入水箱内胆，玻璃集热管吸收太阳热能，加热管内的水，先被加热的水温度上升，产生密度差，形成对流从而加热整个水箱的水，其工作方式的实质为：水箱内的水为工作介质，在玻璃集热管内与水箱之间以自循环方式运行。这种热水器其缺陷为非承压运行，玻璃管与水箱内胆采用橡胶圈密封，使用寿命无法保证，一旦一根玻璃管破损，整箱水将全部漏出，热水器无法使用。现在也有将普通真空玻璃管做成超导热管，普通水箱换成承压水箱的紧凑型一体式承压太阳能热水器，但是生产成本显著上升，不利于推广。而且这种热水器只能置于屋顶，也影响了这种太阳能热水器的大面积推广。

目前分体式太阳能热水器按运行方式可分为泵强制循环液态工质及液态工质自循环两种方式，这两种方式的共同特征均是依靠液态工质循环进行热量的转移及交换。

太阳能热水器按换热方式分为直接换热方式和间接换热方式。直接换热为水箱内的水直接作为换热介质，通过泵强制循环或自循环，将太阳能集热器吸收的热能转移到水箱内。在北方冬季及高寒地带，集热器部位的水会因夜间温度过低而冻结，使集热器部件产生冻胀而破坏。针对这一缺陷，后来在水箱内设置换热盘管或其它形状的内胆，液态工质通过设在水箱内的换热盘管或换热内胆进行间接换热，同时工质添加了防冻液，一定程度上避免了集热器冬季冻胀损坏。

上述以直接换热或间接换热方式工作的系统，无一不使用液态工质，特别是间接换热方式的系统，换热工质的填充及后期加液、更换均需耗费高额成本；由于分体式太阳能其集热器一般置于外墙面或阳台外面，在高温制热运行过程中，要是集热器破损或管道漏液，高温工质外泄将伤及地面行人，造成重大的安全隐患，这也极大的阻碍了分体式太阳能热水器的推广普及。

(三)发明内容

针对现有的技术缺陷，本实用新型意在提供以气体为介质的分体式太阳能热水器，其太阳能集热器与蓄热储水箱为分离式设计，二者之间用联通的管道连接，用空气等气体介质作为热能传输介质，在本实用 新型所述的特定的循环系统内吸收太阳热能制取热水。这种以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，是一种以气体为工作介质的分体式平板太阳能热水器，或是一种以气体为工作介质的分体式平板幕墙式太阳能热水器，或是一种以气体为工作介质的分体式真空玻璃管太阳能热水器，或是一种以气体为工作介质的分体式两端开口真空玻璃管太阳能热水器。本实用新型提出的这种太阳能热水器，系统运行时完全使用空气等气体介质作为工作介质，完全能满足严寒地区及高层住宅的使用及对建筑物美观的要求，适应性及安全性大大超过了现有的以液态工质作为工作介质的太阳能热水器。

(四)附图说明

图1、图2为根据本实用新型而实施的平板太阳能热水器系统图。

图3、图4为根据本实用新型而实施的平板幕墙式太阳能热水器系统图。

图5、图6为根据本实用新型而实施的真空玻璃管太阳能热水器系统图。

图7、图8为根据本实用新型而实施的两端开口真空玻璃管太阳能热水器系统图。

(五)具体实施方式

为实现本实用新型的目的，提出根据本实用新型而实施的以下几种实施方案，但本实用新型的保护范围不限于此，凡是以空气或其他气体作为工作介质运行的与以下实施方案相似的产品及技术都将落入本实用新型的保护范围。

第一实施例：平板分体式太阳能热水系统

根据本实用新型而实施的平板分体式太阳能热水器，参照说明书附图1及附图2；图1所示构造包括根据中国专利申请号2009100547277文件中要求的平板太阳能集热器26，上汇流箱1，下汇流箱6，输送气体的管道24、25，设置于管道上的循环风机7，水箱外壳15，不锈钢承压水箱内胆13，设于内胆与外壳之间的发泡保温层14，冷水进口9及热水出口12，设置于内胆底部的换热器8，水温探头11，集热器端高温探头17，辅助电加热棒10及智能温差控制仪16；集热器，上下汇流箱，输气管道，循环风机及水箱构成一个封闭循环系统；图2所示构造与图1所示构造的区别在水箱的构造，图2所示系统水箱内胆与保温层之间留有一定的间隙18，循环的气体可以自由流通，由水箱内胆直接与热气体进行热交换，为了提高换热效率，可在水箱内胆外壁上焊接铝翅片或铜翅片。

根据本实用新型而实施的平板分体式太阳能热水器，其工作原理为平板太阳能集热器26受到太阳光辐射，集热器内的空气迅速升温，当探头17与探头11探测的温度差值达到设定值时，智能控制仪16启动循环风机7，系统内的工作介质空气通过循环风机7进行强制循环流动，在封闭循环系统内，热气流沿输气管道25流入水箱，由换热器8或水箱内胆13直接吸收热量加热水箱内的水，热气流降温后沿输气管道24流回集热器26，完成一个吸热换热循环。图中箭头方向为空气循环流动路径方向。水箱内设置专用换热器8或使用水箱内胆13直接与热气流换热，换热中间体为水箱内胆本身。

根据本实用新型而实施的平板分体式太阳能热水器，其目的在于提供一种更安全，成本更低，适用性更广，热水使用体验更好的分体式太阳能热水器。

具体来讲，根据本实用新型而实施的所述分体式太阳能热水器，其水箱承压运行，水箱进水端直接与自来水连接，可提供高压热水，热水使用体验与使用电热水器相同，使用时水温调节不再像普通非承压太阳能热水器困难。

具体来讲，根据本实用新型而实施的所述分体式太阳能热水器，由于不需使用液态工质，完全使用空气等气体作为热量的吸收转移及交换的介质，同时不需使用昂贵的承压式平板集热器，成本大幅降低，更由于不使用液态工质，不再需要后期使用过程中的加液及更换工质液的工作，其后期维护成本将降为零，成本优势十分明显。

由于系统不使用液态工质，大大增加了其使用过程中的安全性及稳定性。一般来讲平板集热器均安装于阳台外立面或外墙面，在高温运行过程中，高温工质液有可能发生喷溅或外泄，尤其当集热器或输液管道发生破损，将使高温工质液外泄，大面积伤及地面行人，造成安全隐患，同时系统将无法运行。根据本实用新型而实施的所述分体式太阳能热水器则不存在上述安全隐患。由于使用气体作为工作介质，即使当集热器或管道发生破损，高温气体也只是泄露在大气中，不会对周围环境造成危害，也不会对周围环境造成任何污染。

第二实施例：幕墙分体式太阳能热水系统

根据本实用新型而实施的玻璃幕墙分体式太阳能热水器，参照说明书附图3、附图4，其水箱结构及管道系统与第一实施例所述完全相同，根据中国专利申请号2009100547277文件中要求的平板太阳能集热器26通过桥联箱19组成阵列安装于大楼外墙面，可以作为建筑玻璃幕墙使用，图3、图4所示的为两层集热器桥联在一起的结构，也可以为三层或三层以上的集热器桥联在一起使用，平板集热器相互之间可以安装成无缝隙结构，从而组成一面建筑玻璃幕墙。

根据本实用新型而实施的幕墙分体式太阳能热水器，其工作原理与根据本实用新型而实施的第一实施例中平板分体式太阳能热水器的工作原理完全相同，不同之处在于，本实施例幕墙式太阳能热水器的集热装置为多个平板集热器组合在一起，平板集热器相互之间可以安装成无缝隙结构，既可作为建筑玻璃幕墙，又可充当太阳能热水器的集热器。

根据本实用新型而实施的幕墙分体式太阳能热水器，其目的在于提供一种更安全，成本更低，适用性更广，其集热系统可作为玻璃幕墙使用的一种太阳能热水系统。将太阳能集热器整体用于充当建筑物的玻璃幕墙使用，可以降低建筑物的工程造价，综合起来只需花费少量的成本就可大量使用太阳能这种清洁能源，从而实现太阳能与建筑物的完美结合。

第三实施例：真空玻璃管分体式太阳能热水系统

根据本实用新型而实施的真空玻璃管分体式太阳能热水器，参照说明书附图5及附图6；图5所示构造包括多根根据中国专利申请号2009100547277文件中要求的真空玻璃集热管27，上汇流箱20，下汇流箱23，输送气体的管道24、25，设置于管道上的循环风机7，水箱外壳15，不锈钢承压水箱内胆13，设于内胆与外壳之间的发泡保温层14，冷水进口9及热水出口12，设置于内胆底部的换热器8，水温探头11，集热器端高温探头17，辅助电加热棒10及智能温差控制仪16；多根集热管，上下汇流箱，输气管道，循环风机及水箱构成一个封闭循环系统；图6所示构造与图5所示构造的区别在水箱的构造，图6所示系统水箱内胆与保温层之间留有一定的间隙18，循环的气体可以自由流通，由水箱内胆直接与热气体进行热交换，为了提高换热效率，可在水箱内胆外壁上焊接铝翅片或铜翅片。

根据本实用新型而实施的真空玻璃管分体式太阳能热水器，其工作原理为集热管27受到太阳光辐射，集热管内的空气迅速升温，当探头17与探头11探测的温度差值达到设定值时，智能控制仪16启动循环风机7，系统内的工作介质空气通过循环风机7进行强制循环流动，在封闭循环系统内，热气流在下汇流箱23汇集，沿输气管道25流入水箱，由换热器8或水箱内胆13直接吸收热量加热水箱内的水，热气流降温后沿输气管道24流回上汇流箱20，补充给集热管27，完成一个吸热换热循环。图中箭头方向为空气循环流动路径方向。

根据本实用新型而实施的真空玻璃管分体式太阳能热水器，其目的在于提供一种更安全，成本更低，适用性更广，热水使用体验更好的分体式太阳能热水器。

具体来讲，根据本实用新型而实施的真空玻璃管分体式太阳能热水器，其水箱内胆承压运行，水箱进水端直接与自来水连接，可提供高压热水，热水使用体验与现有的电热水器相同，使用时水温调节不再像普通非承压太阳能热水器困难。

具体来讲，根据本实用新型而实施的真空玻璃管分体式太阳能热水器，由于不需使用液态工质，完全使用空气等气体作为热量的吸收转移及交换的介质，同时不需使用昂贵的承压式平板集热器，真空玻璃集热管使用现有的成熟设备即可生产，成本大幅降低，更由于不使用液态工质，不再需要后期使用过程中的加液及更换工质液的工作，其后期维护成本将降为零，成本优势十分明显。

第四实施例：两端开口真空玻璃管分体式太阳能热水系统

根据本实用新型而实施的两端开口真空玻璃管分体式太阳能热水器，参照说明书附图7及附图8；与第三实施例不同的地方在于其集热管采用根根据中国专利申请号2009100547277文件中要求的两端开口真空玻璃集热管28，上汇流箱20及下汇流箱23分别置于真空管的两端，其余结构设置及运行方式与第三实施例完全相同，多根集热管，上下汇流箱，输气管道，循环风机及水箱构成一个封闭循环系统。

Claims (6)

1.一种以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，是一种太阳能热利用设备，以空气或导热性更强的气体作为工作介质，利用太阳能制取热水；其特征是这种太阳能热水器其太阳能集热器与蓄热水箱分体安装，通过通气管道联通，集热器与蓄热水箱之间形成环形回路，系统运行时不需要使用液态工质作为工作介质。

2.根据权利要求1所述的以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，是一种平板分体式太阳能热水器，包括平板太阳能集热器(26)，上汇流箱(1)及下汇流箱(6)，输送气体管道(24、25)，设置于管道上的循环风机(7)，水箱外壳(15)，不锈钢承压水箱内胆(13)，设于内胆与外壳之间的发泡保温层(14)，冷水进口(9)及热水出口(12)，设置于内胆底部的换热器(8)，或设置于水箱内的空气层(18)，水箱温度探头(11)，集热板温度探头(17)，辅助电加热棒(10)及智能控制仪(16)；其特征在于集热器，上下汇流箱，输气管道，循环风机及水箱构成一个封闭循环系统，集热板温度探头(17)和水箱温度探头(11)达到设定的温差值时，智能控制仪(16)启动循环风机(7)，由循环风机(7)提供气体循环动力，空气在封闭系统内循环流动完成吸热换热过程，从而吸收太阳能加热水箱内的水。

3.根据权利要求1所述的以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，是一种幕墙分体式太阳能热水器，包括平板太阳能集热器(26)，上汇流箱(1)，桥联箱(19)及下汇流箱(6)，输送气体管道(24、25)，设置于管道上的循环风机(7)，水箱外壳(15)，不锈钢承压水箱内胆(13)，设于内胆与外壳之间的发泡保温层(14)，冷水进口(9)及热水出口(12)，设置于内胆底部的换热器(8)，或设置于水箱内的空气层(18)，水箱温度探头(11)，集热板温度探头(17)，辅助电加热棒(10)及智能控制仪(16)；其特征在于集热器，上下汇流箱，桥联箱，输气管道，循环风机及水箱构成一个封闭循环系统，集热板温度探头(17)和水箱温度探头(11)达到设定的温差值时，智能控制仪(16)启动循环风机(7)，由循环风机(7)提供气体循环动力，空气在封闭系统内循环流动完成吸热换热过程，从而吸收太阳能加热水箱内的水；平板集热器相互之间可以安装成无缝隙结构，并通过桥联箱(19)组成平板集热器阵列，即可作为太阳能集热器使用，又可以充当建筑玻璃幕墙。

4.根据权利要求1所述的以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，是一种玻璃真空管分体式太阳能热水器，包括一端开口的真空玻璃集热管(27)，上汇流箱(20)，下汇流箱(23)，输送气体管道(24、25)，设置于输气管道上的循环风机(7)，水箱外壳(15)，不锈钢承压水箱内胆(13)，设于内胆与外壳之间的发泡保温层(14)，冷水进口(9)及热水出口(12)，设置于内胆底部的换热器(8)，或设置于水箱内的空气层(18)，水温探头(11)，集热器端高温探头(17)，辅助电加热棒(10)及智能温差控制仪(16)；其特征在于多根集热管，上下汇流箱，输气管道，循环风机及水箱构成一个封闭循环系统，集热器端高温探头(17)和水温探头(11)达到设定的温差值时，智能控制仪(16)启动循环风机(7)，由循环风机(7)提供气体循环动力，空气在封闭系统内循环流动完成吸热换热过程，从而吸收太阳能加热水箱内的水。

5.根据权利要求1所述的以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，是一种两端开口玻璃真空管分体式太阳能热水器，包括两端开口的真空玻璃集热管(28)，上汇流箱(20)，下汇流箱(23)，输送气体管道(24、25)，设置于输气管道上的循环风机(7)，水箱外壳(15)，不锈钢承压水箱内胆(13)，设于内胆与外壳之间的发泡保温层(14)，冷水进口(9)及热水出口(12)，设置于内胆底部的换热器(8)，或设置于水箱内的空气层(18)，水温探头(11)，集热器端高温探头(17)，辅助电加热棒(10)及智能温差控制仪(16)；其特征在于多根集热管，上下汇流箱，输气管道，循环风机及水箱构成一个封闭循环系统，集热器端高温探头(17)和水温探头(11)达到设定的温差值时，智能控制仪(16)启动循环风机(7)，由循环风机(7)提供气体循环动力，空气在封闭系统内循环流动完成吸热换热过程，从而吸收太 阳能加热水箱内的水。

6.根据权利要求2、3、4或5所述的以气体为工作介质的分体式太阳能热水器，其特征是水箱内设置专用换热器或使用水箱内胆直接与热气流换热，换热中间体为水箱内胆本身。 

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