CN203190660U - 基于平板式太阳能集热器的换热装置 - Google Patents

基于平板式太阳能集热器的换热装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于平板式太阳能集热器的换热装置,包括集热器和水箱,所述集热器包括相配装的铝框架和玻璃盖板,铝框架和玻璃盖板形成的封闭空腔中设置有集热板,所述集热板中嵌装有若干蒸发管,各蒸发管的上端分别与集热器的蒸汽输出端口连通,各蒸发管的下端通过设置在集热器下部的水槽相连通;所述水箱水箱内设置有倾斜设置的换热器,换热器的顶端通过蒸汽管与集热器的蒸汽输出端口连通,换热器的底端通过回流管与集热器的水槽连通;所述回流管和集热器的水槽以及蒸发管中充满有加热时无水垢的换热介质。本实用新型利用二次换热,能够在保证生活用水质量的同时,保证集热器和换热器永不结垢,可长久保持高效节能的储热换热效果。

Description

基于平板式太阳能集热器的换热装置
技术领域
[0001] 本实用新型属于一种太阳能热水器领域,特别是一种基于太阳能的高效换热装置。
背景技术
[0002]目前市场上主流太阳能集热器中的换热介质均为自来水,太阳能集热器在对自来水进行加热的过程中存在着一些弊端:I)普通太阳能集热器中的自来水经过反复加热容易产生硝酸盐、亚硝酸盐等有害物质,人们使用后会带来不良后果;2)太阳能集热器中的自来水不会一次完全用光,因此存留在热水器中的自来水长时间不使用,容易滋生致病菌,造成水污染;3)普通自来水中含有钙镁离子,高温加热后易形成水垢,附着在集热管内壁,导致换热效率降低,缩短使用寿命;4)冬季使用时,由于环境温度低时,太阳能进行热交换时往往不易达到使用水温,受天气影响比较大;5)传统的太阳能集热器为提高换热效率,均采用玻璃管,安全性较差,易发生爆管现象,导致整个系统无法运行;6)高层建筑安装真空管集热器受限。
发明内容
[0003] 本实用新型解决的技术问题是提供一种基于平板式太阳能集热器的换热装置,用于解决现有的太阳能集热器存在的水污染以及换热效低下的问题。
[0004] 为解决上述技术问题,本实用新型所采取的技术方案是:
[0005] 基于平板式太阳能集热器的换热装置,包括集热器和水箱,所述集热器包括相配装的铝框架和玻璃盖板,铝框架和玻璃盖板形成的封闭空腔中设置有集热板,所述集热板中嵌装有若干蒸发管,各蒸发管的上端分别与集热器的蒸汽输出端口连通,各蒸发管的下端通过设置在集热器下部的水槽相连通;
[0006] 所述水箱的安装位置高于集热器,水箱内设置有用于与水箱内的自来水进行热交换的换热器,所述换热器倾斜设置,换热器的顶端通过蒸汽管与集热器的蒸汽输出端口连通,换热器的底端通过回流管与集热器的水槽连通;
[0007] 所述回流管和集热器的水槽以及蒸发管中充满有加热时无水垢的换热介质。
[0008] 所述集热板的具体结构为:所述集热板的表面涂层由里及外分别为Al金属底层、Al-AlN金属介质复合吸收层和AlN陶瓷层,所述Al金属底层的厚度为150 土 5nm,Al-AlN金属介质复合吸收层的厚度为100±5nm,AlN陶瓷层的厚度为60±5nm。
[0009] 本实用新型的改进在于:所述水箱内设置有用于辅助加热的电加热丝。
[0010] 由于采用了以上技术方案,本实用新型所取得的技术进步在于:
[0011 ] 本实用新型在现有的平板式太阳能集热器的基础上进行了改进,采用了 二次换热原理,使生活用水与换热器内部换热介质彻底隔离,在保证生活用水质量的同时,保证集热器和换热器永不结垢,可长久保持高效节能的储热换热效果。在寒冷的冬季或者阴雨天,当用户有用水需要时,可开启电辅助加热。本实用新型所述的集热器安装在室内阳台或者壁挂在房屋的朝阳面即可,无需攀爬到高层屋顶,安全性能提高,便于安装。集热板内换热介质的质量极小,热容量很小,因而启动迅速。
附图说明
[0012] 图1为本实用新型的结构示意图。
[0013] 其中:1.换热器,2.水箱,3.集热板,4.玻璃盖板,5.蒸汽管,6.回流管,7.电加热丝,8.水槽,9.蒸发管,10.蒸汽输出端口,11.集热器。
具体实施方式
[0014] 下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。
[0015] 基于平板式太阳能集热器的换热装置,其结构如图1所示,包括集热器11和水箱2,集热器和水箱之间通过蒸汽管5和回流管6连通。
[0016] 集热器11包括相配装的铝框架和玻璃盖板4,铝框架中填充有保温材料。铝框架和玻璃盖板4形成的封闭空腔中设置有集热板3,集热板3中嵌装有若干蒸发管9,各蒸发管的上端分别与集热器的蒸汽输出端口 10连通,各蒸发管的下端通过设置在集热器下部的水槽8相连通。
[0017] 玻璃盖板采用无镀膜玻璃制作,在玻璃盖板周围采用铆钉固定在铝框架上,并涂以玻璃胶和使用防水结构,集热板置于真空玻璃盖板下面。同时在回流管和蒸汽管处与铝框架的连接处采用保温材料,以减少散热。
[0018] 集热板是将两块铝板通过热合技术融在一起,中间是蒸发管,做成一体式结构。集热板的表面采用磁控溅射技术制备AL-N/AL选择性吸收涂层,涂层由里及外分别为Al金属底层、Al-AlN金属介质复合吸收层和AlN陶瓷层,所述Al金属底层的厚度为150±5nm,Al-AlN金属介质复合吸收层的厚度为100±5nm,AlN陶瓷层的厚度为60±5nm ;这种涂层对占太阳光能量90%以上的短波部分具有很高的吸收率,可显著提高集热器的热效率。本实用新型中的集热板通过Gasar铝多孔金属材料导热,具有价格低的优势,且强度高、刚度大、机械加工性能好、制备容易。当Gasar铝孔隙率为15%时传热综合性能最好,其导热系数为285.6W/m2gk,而相同情况下,铝的导热系数为240W/m2gk,因此能够保证高效导热的情况下有效降低产品成本。
[0019] 水箱2主要由金属外框和聚氨酯保温材料组成,水箱内设置有用于与水箱内的自来水进行热交换的换热器I和用于辅助加热的电加热丝7。其中换热器I倾斜设置,换热器I的顶端通过蒸汽管5与集热器的蒸汽输出端口 10连通,换热器I的底端通过回流管6与集热器的水槽8连通。
[0020] 本实用新型的回流管和集热器的水槽以及蒸发管中充满有加热时无水垢的换热介质,可选用经过脱氧处理去除钙镁离子的纯净水作为换热介质,不仅价格低廉,工作温度与自来水最为接近,而且加热过程中不会出现水垢,不易对管道以及集热器产生腐蚀。当然还可以使用其他加热时不产生水垢的换热介质,使用不同换热介质能够避免集热器冻裂,安全性能高,同时避免了复杂的化学反应过程。
[0021] 本实用新型安装时,水箱的安装位置高于集热器,集热器可安装在室内阳台或者壁挂在房屋的朝阳面即可,集热器与地面的倾角应大于10度,以保证集热器正常工作。[0022] 本实用新型的工作原理如下所述:
[0023] 太阳光透过真空玻璃盖板照射到集热板上,集热板的吸热涂层吸收的热量加蒸发管内的换热介质,使换热介质汽化,蒸汽自集热器蒸汽输出端口输出后经蒸汽管上升到换热器,换热器中的蒸汽放出汽化潜热加热水箱中的生活用水,同时蒸汽冷凝成液体,在重力作用下流回蒸发管下端的水槽中,如此循环,不断地将吸收的太阳能传递给需要加热的生活用水。
[0024] 当遇到阴雨天气时,可启动电加热丝对水箱中的生活用水进行加热使用。
[0025] 本实用新型在实验过程中,每天比现有的太阳能集热器多提供20升热水,假设水温为20度加热到60度,相当于每天节省114g标准煤,如果一年内正常工作的天数为240天,一年则可节省34.56kg标准煤,相当于减少90.55kg 二氧化碳、0.294kg 二氧化硫、
0.256kg氮氧化物的排放。

Claims (3)

1.基于平板式太阳能集热器的换热装置,包括集热器(11)和水箱(2),所述集热器包括相配装的铝框架和玻璃盖板(4),铝框架和玻璃盖板(4)形成的封闭空腔中设置有集热板(3);其特征在于:所述集热板(3)中嵌装有若干蒸发管(9),各蒸发管的上端分别与集热器的蒸汽输出端口(10)连通,各蒸发管的下端通过设置在集热器下部的水槽(8)相连通; 所述水箱(2)的安装位置高于集热器(11),水箱(2)内设置有用于与水箱内的自来水进行热交换的换热器(I ),所述换热器(I)倾斜设置,换热器(I)的顶端通过蒸汽管(5)与集热器的蒸汽输出端口(10)连通,换热器(I)的底端通过回流管(6)与集热器的水槽(8)连通; 所述回流管和集热器的水槽以及蒸发管中充满有加热时无水垢的换热介质。
2.根据权利要求1所述的基于平板式太阳能集热器的换热装置,其特征在于:所述集热板的表面涂层由里及外分别为Al金属底层、Al-AlN金属介质复合吸收层和AlN陶瓷层,所述Al金属底层的厚度为150 ±5nm,Al-AlN金属介质复合吸收层的厚度为100±5nm,AlN陶瓷层的厚度为60±5nm。
3.根据权利要求1或2所述的基于平板式太阳能集热器的换热装置,其特征在于:所述水箱内设置有用于辅助加热的电加热丝(7 )。
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