CN202675650U - 超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器 - Google Patents

超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器 Download PDF

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Abstract

一种超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，由超导平板太阳能集热器、功能水箱、热发电器及循环管道构成，其特征是超导平板太阳能集热器由边框架、底板、保温层、反射纸、上下联集管、排管组成，下联集管中装配有回流管，回流管与下联集管空间隔离，排管下边的下联管中充有相变工质；功能水箱装有活性水发生器，热交换器、辅助电加热和热发电器；上循环管将热交换器与集热器连通构成一完整的真空体。该热水器具有热水、热发电、活性水功能，工作时不用工作站，不用外接电源，安全可靠，效率高，不结垢，不冻结，抗暴晒，可产生健康洁净的功能性活性水。

Description

超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器
技术领域：
本发明涉及一种太阳能热利用装置，具体讲是一种超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器。 
背景技术：
目前现有技术中效率较高的热管平板壁挂太阳能热水器，主要由平板集热器、热水箱及连接管道三部分构成，集热器包括上联集管，下联集管，焊接在上，下联集管之间的装有吸热板的排管，在上联集管中装配一根换热热管直通水箱中，上、下联集管及排管中装有可相变的工质。太阳照射到吸热板后，将热量传导给排管，再传导给工质，使工质气化，气化潜热加热上联集管中的热换热热管，换热热管中工质汽化将热量传导给水箱中的水后变为液体再返回上联集管中的换热热管中继续吸热，不断循环，完成对水的加热。该太阳能热水器较玻璃管太阳能热水器在各项功能上有大的改进，但是这种热水器集热器工质在吸收太阳辐射热相变生成气体在上联集管中放热变成液体工质从排管往下回流中，受到后续排管中上升工质气体的反向冲击与阻挠，严重的影响了集热器的集热效率；气体工质在水箱中放热后变为液体，在换热热管中返回上联集管过程中同样受到换热热管管中上升的气体工质的反向冲力作用，也严重影响了换热热管换热效率。由于采用二次换热热管，势必影响系统的整体换热效率。另外该热水器平时采集的热量，特别是在太阳光照十分好的情况下水温中水温很高，热量从T/P阀大量散失。此热水器只用于洗浴，本身功能单一。 
发明内容：
本发明是针对现有热管壁挂式太阳能的缺陷，研究出一种超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，即可高效的提供热水，又可利用太阳能光热发电，满足用户洗浴和部分用电要求。 
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，由超导平板太阳能集热器、功能水箱、热发电器及循环管道构成。其特征是，超导平板太阳能集热器由边框架、边框架内底部自下而上的底板、保温层、反射纸、安装在反射纸上边的上联集管、下联集管、焊接在上、下联集管之间与之垂直且相互平行相通的若干排管组成，下联集管中装配有一根回流管，回流管与下联集管之间空间隔离，其右端为开口态。排管下边的下联集管中充有相变工质。在排管上焊接有金属吸热板，吸热板表面涂有太阳光选择性涂层，边框架上装有玻璃盖板，边框架对角边框上开有可供空气流通的通气孔。功能水箱由外壳、内胆、填充在外壳与内胆之间的保温层、焊接在内胆上的进水口、装有活性水发生器的出水口、T/P阀，装在功能水箱内边下部的热交换器、辅助电加热器组成。上循环管将热交换器的进口与集热器的上联集管连通，下循环管将热交换器的出口与集热器的回流管左端连通，构成一完整的真空体。功能水箱的上边有热发电器孔1-2个，热发电器孔中插有热发电器1-2个。热发电器由超导吸热管、装在超导吸热管中的超导工质、装在超导吸热管上部的发电器、紧贴发电器的散热器、充电器、蓄电器组成，热发电器、充电器、蓄电器用电器导线连接。 
工作时，太阳光辐射透过玻璃盖板照射在吸热板的选择性涂层上，被选择性涂层吸收转换成热量。吸热板和排管吸收热量并将热量传导给液体工质使其汽化产生汽化潜热，汽化的工质携带潜热从排管 内进入上联集管、上循环管和功能水箱中的热交换器，热交换器将汽化潜热释放给功能水箱的水后，工质由气态变为液态，在重力作用下沿下循环管进入回流管，从其右端开口处流入集热器的下联集管和排管继续吸热，汽化，周而复始，将太阳辐射热源源不断的送入功能水箱中将水加热，提供生活用热水。功能水箱中水温升高后，累积的热水温度使发电器的超导吸热管中的超导工质受热汽化，将热量快速传导给发电器，发电器在温差作用下发电，并通过充电器给蓄电器充电，用电时打开开关，即可点亮灯泡，或者供电视、电脑用电。 
与现有的壁挂太阳光热水器相比，该热水器具有热水、热发电、活性水功能。系统工作中不存在传热工质的气液项相互干扰及二次换热情形，系统的热交换效率显著提高。使用中不用工作站，不用外接电源，系统不结垢，不冻结，抗暴晒，安全可靠，可产生健康洁净的功能性活性水，特别适于与建筑一体化设计。 
所述的装配在下联集管中的回流管为金属管，其有效开口直径是下联集管内径的0.4～0.7。 
所述的焊接在若干排管上的金属吸热板可以是整块金属板，也可以是焊接在每一根排管上的分体式金属板，金属吸热板距离玻璃盖板之间隙大于25mm。 
所述的玻璃盖板是低铁布纹钢化玻璃板，或者菲涅尔聚光镜阵列平板，或者非跟踪系统的荧光聚光平板，其聚光比为10～150，该平板对不同方向的太阳入射光均可吸收，也可以吸收散射光，聚光时不需要装太阳能的跟踪系统。 
所述的边框架上开有雨水不能进入的通气孔，通气孔有效孔径为9mm～60mm之间。 
所述的功能水箱中心点高于集热器边框架上沿，连接集热器和 功能水箱的上循环管和下循环管均为正坡连接。 
所述的功能水箱上部装有T/P阀，侧面加装有电加热器，防腐蚀镁棒，水温过热时T/P阀起泄压保护水箱安全作用。水温不足时，辅助电加热器起动自动为水箱加热，镁棒为牺牲氧极，对水箱腐蚀有预防作用。 
所述的功能水箱出水口装有活性水生成器，功能水箱流出的热水经由活性水生成器后在热冲击的作用下可使普通热水变成功效性的活性水；活性水生成器上装有水阻式防触电盘管，盘管材质为绝缘管，其水阻值≥1MΩ，以确保洗浴的安全。 
所述的装在功能水箱中的热交换器是单根或者多根翅片管式热交换器，或者排管式热交换器，或者鼠笼式热交换器，或者盘管状热交换器，热交换器的进口与出口之间液体流向为反坡态，即液体向下流动中不得有停滞点。 
所述的边框架内底部和周围加装导热系数小的保温层，保温层是聚氨酯发泡，或者玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯轻质保温材料。 
附图说明
图1是本发明的原理示意图。 
图1中1、集热器2、功能水箱3、热发电器4、边框架5、底板6、保温层7、反射纸8、上联集管9、下联集管10、排管11、回流管12、开口13、工质14、吸热板15、选择性涂层16、玻璃盖板17、通气孔18、外壳19、内胆20、保温层21、进水口22、活性水发生器23、T/P阀24、热交换器25、辅助电加热器26、上循环管27、热交换器的进口28、下循环管29、热交换器的出口30、超导吸热管32、超导工质33、发电器34、散热器35、充电器36、蓄电器37、用电器38、导线39、出水口40、热发电器孔41、镁棒42、防触电盘管
具体实施方式
下面结合附图1对本发明作进一步说明：一种超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，由超导平板太阳能集热器1、功能水箱2、热发电器3及循环管道构成。其特征是，超导平板太阳能集热器1由边框架4、边框架内底部自下而上的底板5、保温层6、反射纸7、安装在反射纸7上边的上联集管8、下联集管9、焊接在上、下联集管之间与之垂直且相互平行相通的若干排管10组成，下联集管9中装配有一根回流管11，回流管与下联集管之间空间隔离，其右端为开口12态。排管10下边的下联集管9中充有相变工质13。在排管10上焊接有金属吸热板14，吸热板14表面涂有太阳光选择性涂层15，边框架上装有玻璃盖板16，边框架对角边框上开有可供空气流通的通气孔17。功能水箱2由外壳18、内胆19、填充在外壳与内胆之间的保温层20、焊接在内胆上的进水口21、装有活性水发生器22的出水口39、T/P阀23，装在功能水箱内边下部的热交换器24、辅助电加热器25组成，上循环管26将热交换器的进口27与集热器的上联集管8连通，下循环管28将热交换器的出口29与集热器的回流管左端连通，构成一完整的真空体。。功能水箱的上边有热发电器孔40一至两个，热发电器孔40中插有热发电器3一至两个。热发电器3由超导吸热管30、装在超导吸热管中的超导工质32、装在超导吸热管上部的发电器33、紧贴发电器的散热器34、充电器35、蓄电器36组成，热发电器、充电器、蓄电器用电器导线38连接。 
工作时，太阳光辐射透过玻璃盖板16照射在吸热板14的选择性涂层15上，被选择性涂层吸收转换成热量。吸热板14和排管10吸收热量并将热量传导给液体工质13使其汽化产生汽化潜热，汽化的工质携带潜热从排管10内进入上联集管8、上循环管26和功能水箱中的热交换器24，热交换器将汽化潜热释放给功能水箱的水后，工质由气态变为液态，在重力作用下沿下循环管28进入回流管11，从其右端开口12处流入集热器的下联集管和排管继续吸热，汽化，周而复始，将太阳辐射热源源不断的送入功能水箱中将水加热，提供生活用热水。功能水箱中水温升高后，累积的热水温度使热发电器的超导吸热管30中的超导工质32受热汽化，将热量快速传导给发电器33，发电器在温差作用下发电，并通过充电器35给蓄电器36充电，用电时打开开关，即可点亮灯泡，或者供电视、电脑用电。 
所述的装配在下联集管中的回流管11为金属管，其有效开口直径是下联集管9内径的0.4～0.7。 
所述的焊接在若干排管10上的金属吸热板14可以是整块金属板，也可以是焊接在每一根排管上的分体式金属板，金属吸热板14距离玻璃盖板16之间隙大于25mm。 
所述的玻璃盖板16是低铁布纹钢化玻璃板，或者菲涅尔聚光镜阵列平板，或者非跟踪系统的荧光聚光平板，其聚光比为10～150，该平板对不同方向的太阳入射光均可吸收，也可以吸收散射光，聚光时不需要装太阳能的跟踪系统。 
所述的边框架4对角边框上开有雨水不能进入的通气孔17，通气孔17有效孔径为9mm～60mm之间。 
所述的功能水箱2中心点高于集热器边框架上沿，连接集热器和功能水箱的上循环管26和下循环管28均为正坡连接。 
所述的功能水箱2上部装有T/P阀23，侧面加装有辅助电加热器25，防腐蚀镁棒41，水温过热时T/P阀起泄压保护水箱安全 作用。水温不足时，辅助电加热器25起动自动为水箱加热，镁棒41为牺牲氧极，对功能水箱腐蚀有预防作用。 
所述的功能水箱出水口装有活性水生成器22，功能水箱流出的热水经由活性水生成器后在热冲击的作用下可使普通热水变成功效性的活性水；活性水生成器22上装有水阻式防触电盘管42，盘管材质为绝缘管，其水阻值≥1MΩ。 
所述的装在功能水箱2中的热交换器24是单根或者多根翅片管式热交换器，或者排管式热交换器，或者鼠笼式热交换器，或者盘管状热交换器，热交换器24的进口27与出口29之间液体流向为反坡态，即液体向下流动中不得有停滞点。 
所述的边框架4内底部和周围加装导热系数小的保温层6，保温层6是聚氨酯发泡、或者玻璃棉、岩棉、聚苯乙烯轻质保温材料。 

Claims (10)

1.一种超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，由超导平板太阳能集热器(1)、功能水箱(2)、热发电器(3)及循环管道构成，其特征是，超导平板太阳能集热器(1)由边框架(4)、边框架内底部自下而上的底板(5)、保温层(6)、反射纸(7)、安装在反射纸(7)上边的上联集管(8)、下联集管(9)、焊接在上、下联集管之间与之垂直且相互平行相通的若干排管(10)组成；下联集管(9)中装配有一根回流管(11)，回流管与下联集管之间空间隔离，其右端为开口(12)态，排管(10)下边的下联集管(9)中充有相变工质(13)，在排管(10)上焊接有金属吸热板(14)，吸热板(14)表面涂有太阳光选择性涂层(15)，边框架上装有玻璃盖板(16)，边框架对角边框上开有可供空气流通的通气孔(17)；功能水箱(2)由外壳(18)、内胆(19)、填充在外壳与内胆之间的保温层(20)、焊接在内胆上的进水口(21)、装有活性水发生器(22)的出水口(39)、T/P阀(23)，装在功能水箱内边下部的热交换器(24)、辅助电加热器(25)组成，上循环管(26)将热交换器的进口(27)与集热器的上联集管(8)连通，下循环管(28)将热交换器的出口(29)与集热器的回流管左端连通，构成一完整的真空体；功能水箱的上边有热发电器孔(40)1-2个，热发电器孔(40)中插有热发电器(3)一至两个；热发电器(3)由超导吸热管(30)、装在超导吸热管中的超导工质(32)、装在超导吸热管上部的发电器(33)、紧贴发电器的散热器(34)及充电器(35)、蓄电器(36)组成，热发电器、充电器、蓄电器用电器导线(38)连接。
2.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的装配在下联集管(9)中的回流管(11)为 金属管，其有效开口直径是下联集管(9)的内径的0.4～0.7。
3.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的焊接在若干排管(10)上的金属吸热板(14)是整块金属板，或者是焊接在每一根排管(10)上的分体式金属板，金属吸热板(14)距离玻璃盖板(16)之间隙大于25mm。 
4.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的玻璃盖板(16)是低铁布纹钢化玻璃板，或者菲涅尔聚光镜阵列平板，或者非跟踪系统的荧光聚光平板，其聚光比为10～150。 
5.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的边框架(4)对角边框上开有通气孔(17)，通气孔(17)有效孔径为9mm～60mm之间。 
6.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的功能水箱(2)中心点高于集热器(1)边框架上沿，连接集热器(1)和功能水箱(2)的上循环管(26)和下循环管(28)均为正坡连接。 
7.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的功能水箱(2)上部装有T/P阀(23)，侧面加装有电加热器(25)和防腐蚀镁棒(41)。 
8.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的功能水箱出水口(39)装有活性水生成器(22)，活性水生成器(22)上装有水阻式防触电盘管(42)，盘管材质为绝缘管，其水阻值≥1MΩ。 
9.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的装在功能水箱(2)中的热交换器(24)是单根或者 多根翅片管式热交换器，或者排管式热交换器，或者鼠笼式热交换器，或者盘管状热交换器，热交换器(24)的进口(27)与出口(29)之间液体流向为反坡态，即液体向下流动中无停滞点。 
10.根据权利要求1所述的超导壁挂热水、发电一体式太阳能热水器，其特征是所述的边框架(4)内底部和周围加装有导热系数小的保温层(6)，保温层(6)是聚氨酯发泡。 
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