CN203797983U - 一种带水路单向循环结构的相变储热太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带水路单向循环结构的相变储热太阳能热水器，包括一相变储热太阳能热水器、一内部携带有蒸发介质的过热保护装置以及一水路单向循环结构，过热保护装置包括蒸发管和冷凝管，蒸发管的出口端与冷凝管的进口端连通，冷凝管的出口端与蒸发管的进口端连通，蒸发管埋设于相变储热太阳能热水器内，水路单向循环结构包括进水管、回水管、换热管和单向导通元件，进水管与回水管通过换热管相连，蒸发管与换热管传热接触，换热管与相变储热太阳能热水器内的相变储热材料进行热交换；本实用新型在无水源和电源的情况下，能够实现自动循环，使得相变储热太阳能热水器内部温度不会过高，而且保证了热水器内部各处温度均匀，有助于强化散热。

Description

一种带水路单向循环结构的相变储热太阳能热水器

[技术领域]

本实用新型涉及太阳能热水器技术领域，具体地说是一种带水路单向循环结构的相变储热太阳能热水器。

[背景技术]

随着中国经济快速发展，人民生活水平不断提高，对能源的需求亦随之递增。目前能源消耗主要为煤、石油和天然气等化石燃料。由于我国石油储量有限，目前将近50％的原油依靠进口，煤依然是我国主要的燃料动力来源，燃煤引起的环境问题已成为我国可持续发展战略中必须认真对待的问题。太阳能是一种巨大的对环境无污染的能源，地球每秒获得的太阳能量相当于燃烧500万吨优质煤发出的能量。

我国是世界上太阳能最丰富的国家之一，我国太阳能辐照总量大于502万千焦平方米，年日照时数2200小时的地区约占我国国土面积2/3以上，特别是西部地区，年日照时间达3000小时以上。我国利用太阳能取得了举世瞩目的成绩，其中太阳能热水器行业发展尤为迅速，正成为一个新兴产业。

近几年来，太阳能热水器以每年递增20％至30％的速度增长。我国太阳能产业起步较晚，尚处于发展初期，与国外同行差距较大，目前太阳能的应用主要集中在低品质太阳能利用方面，国内使用的太阳能热水器主要有：闷晒式太阳热水器、平板太阳热水器、玻璃真空管太阳能热水器和热管玻璃真空管太阳能热水器等。近年来也有采用塑料-水管的低端太阳能集热器的。这些低端的、以真空玻璃板/管直接走水的太阳能热水器，其缺点是保温性能差，接口多易漏水，抵抗低温能力差，易碎易爆裂，体积大，重量重，热效率较低。

相变储能及技术能将能量以相变潜热的形式储藏于相变材料（Phase Change Materials，PCMs）中，实现能量在不同时空之间的转换。利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用，有助于提高能源利用效率和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。与显热储能技术相比，相变储能技术具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，在航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、医学工程、军事工程、蓄热建筑和极端环境服装等众多领域具有广阔的前景。

现有相变储热太阳能热水器防过热的措施一般是采用T/P阀定温排水或者遮阳帘的方式来防止过热；采用T/P阀定温防水需保证相变储热太阳能热水器与自来水畅通，在房屋尚未交付或长期无人居住时存在自来水不通造成过热的危险，且过热保护启动时需排放大量热水，造成浪费；采用自动遮阳帘的方式，系统复杂，投资大，故障率高，也消耗电能；且以上两种措施均具有无法保证相变储热太阳能热水器内部各处温度均匀的缺点。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种带水路单向循环结构的相变储热太阳能热水器，不仅在无水源和电源的情况下，能够实现自动循环，使得相变储热太阳能热水器内部温度不会过高，而且保证了热水器内部各处温度均匀，且有助于强化散热。

为实现上述目的设计一种带水路单向循环结构的相变储热太阳能热水器，包括一相变储热太阳能热水器、一内部携带有蒸发介质的过热保护装置以及一水路单向循环结构，所述过热保护装置安装在相变储热太阳能热水器上部，所述水路单向循环结构设置在相变储热太阳能热水器内部，所述过热保护装置包括将蒸发介质蒸发成为汽体的蒸发管和将汽体冷凝成为蒸发介质的冷凝管，所述蒸发管的出口端与冷凝管的进口端连通，所述冷凝管的出口端与蒸发管的进口端连通，所述蒸发管全部或部分埋设于相变储热太阳能热水器内，所述水路单向循环结构包括进入相变储热太阳能热水器的进水管、流出相变储热太阳能热水器的回水管、换热管和单向导通元件，所述进水管与回水管通过换热管相连，所述进水管与回水管上分别安装有单向导通元件，所述蒸发管与换热管传热接触，所述换热管与相变储热太阳能热水器内的相变储热材料进行热交换。

所述单向导通元件包括单向导通元件一和单向导通元件二，所述单向导通元件一安装在进水管上，所述单向导通元件二安装在回水管上，所述进水管的进水口连接单向导通元件一的出水口，所述回水管的出水口连接单向导通元件二的进水口。

所述单向导通元件一的进水口与单向导通元件二的出水口连通。

所述冷凝管的出口端通过管路连接蒸发管的进口端，或者所述冷凝管的进口端通过管路连接蒸发管的出口端，所述管路或者冷凝管上连通有空气罐。

所述单向导通元件一的进水口与单向导通元件二的出水口之间连通有补水管和空气罐二。

所述单向导通元件为单向阀或电动阀。

所述蒸发介质为沸点小于或等于150℃的材料。

所述蒸发介质为水、酒精、防冻液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或异丙醇。

所述蒸发管为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。

所述冷凝管为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。

本实用新型同现有技术相比，结构简单，通过在相变储热太阳能热水器上部安装内部灌注有蒸发介质的过热保护装置，该过热保护装置采用蒸发管和冷凝管组成自循环回路，从而在无水源和电源的情况下，自动循环，保证相变储热太阳能热水器内部温度不会过高，可节约水源和电力；并且，相变储热太阳能热水器内部设置有水路单向循环结构，该水路单向循环结构采用进水管、换热管、回水管和两个单向导通元件构成循环回路，从而当热水器温度达到某一值时，换热管内的水受热膨胀压力增大，同时蒸发管不断散热使得换热管与此接触的部分降温冷却压力降低，在回路内形成压力差，推动水在回路内单向循环，保证了热水器内部各处温度均匀，且有助于强化散热；此外，空气罐的设立是为了在辐射很强，当蒸汽量很大时，由于气体可以压缩，因此过多的空气会进入空气罐内形成压缩空气，由此形成了缓冲，性能非常可靠。

[附图说明]

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型中水路单向循环结构的结构示意图；

图中：1、相变储热太阳能热水器2、蒸发管3、空气罐4、冷凝管5、管路6、回水管7、进水管8、单向导通元件二9、单向导通元件一10、换热管。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：

如附图所示，本实用新型包括：一相变储热太阳能热水器1、一内部携带有蒸发介质的过热保护装置以及一水路单向循环结构，过热保护装置安装在相变储热太阳能热水器上部，水路单向循环结构设置在相变储热太阳能热水器内部，过热保护装置包括将蒸发介质蒸发成为汽体的蒸发管2和将汽体冷凝成为蒸发介质的冷凝管4，蒸发管的出口端与冷凝管的进口端连通，冷凝管的出口端与蒸发管的进口端连通，蒸发管全部或部分埋设于相变储热太阳能热水器内，水路单向循环结构包括进入相变储热太阳能热水器的进水管7、流出相变储热太阳能热水器的回水管6、连接进水管与回水管并且与相变储热太阳能热水器内的相变储热材料进行热交换的换热管10和多个单向导通元件，单向导通元件可以为但不限于单向阀或电动阀，进水管与回水管在相变储热太阳能热水器内部通过换热管相连，进水管与回水管上分别安装有单向导通元件，蒸发管与换热管传热接触。

本实用新型中，单向导通元件包括单向导通元件一9和单向导通元件二8，单向导通元件一安装在进水管上，单向导通元件二安装在回水管上，进水管的进水口连接单向导通元件一的出水口，回水管的出水口连接单向导通元件二的进水口。进水管连接的单向导通元件一的进水口与回水管连接的单向导通元件二的出水口是连通的，并且中间可以连通补水管和空气罐二。冷凝管的出口端通过管路5连接蒸发管的进口端，或者冷凝管的进口端通过管路连接蒸发管的出口端，管路或者冷凝管上连通有空气罐3，该管路是为了蒸发管和冷凝管的连接方便；蒸发介质为沸点小于或等于150℃的材料，如蒸发介质可以为但不限于水、酒精、防冻液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或异丙醇，蒸发管可以为但不限于铜管、铝管、不锈钢管或翅片管，冷凝管可以为但不限于铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。

相变储热太阳能热水器的特点是：当用户不使用时，相变储热太阳能热水器的内部没有水流通过，太阳辐射能转变为热能储存在相变储热材料内。当用户使用时，水流流过相变储热太阳能热水器，水流和相变储热材料进行热交换，热量随着水流带出相变储热太阳能热水器。如果辐射很强，且用户不在使用相变储热太阳能热水器时，相变储热材料的能量蓄积过多，会使得相变储热材料的温度升高，从而会因过热而损坏相变储热太阳能热水器。因此，本实用新型设计了由蒸发管和冷凝管构成的循环回路，由于蒸发管埋设在相变储热太阳能热水器内，蒸发管与热水器内部的换热管紧密接触，随着相变储热太阳能热水器内的相变储热材料温度的升高，蒸发管内的蒸发介质的温度也会随之升高，当热水器温度达到某一值时，蒸发介质成为蒸汽带走热量，然后该蒸汽进入冷凝管，而冷凝管设在相变储热太阳能热水器之外，且冷凝管的结构为管状构件外设多个散热片，因此蒸汽在冷凝管冷凝成为液体状态的蒸发介质，从而相变储热材料内过多的热量会因蒸发介质的相变而带出相变储热太阳能热水器之外，最终通过自循环的方式防止太阳能热水器内部温度过高。

本实用新型在管路或冷凝管上设置空气罐是为了在辐射很强时，由于蒸发介质蒸发形成的蒸汽的量过大，而对蒸发管和冷凝管构成的回路造成冲击，而设立了空气罐，当蒸汽量大时，由于气体可以压缩，因此过多的空气会进入空气罐内形成压缩空气，由此形成了缓冲。

本实用新型所设计的由进水管、换热管、回水管、单向导通元件一和单向导通元件二构成的单向循环水路，随着相变储热太阳能热水器内的相变储热材料温度的升高，当热水器温度达到某一值时，换热管内的水受热膨胀压力增大，同时蒸发管不断散热使得换热管与此接触的部分降温冷却压力降低，在回路内形成压力差，推动水在回路内单向循环，从而保证了相变储热太阳能热水器内的相变储热材料温度各处均匀。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带水路单向循环结构的相变储热太阳能热水器，其特征在于：包括一相变储热太阳能热水器、一内部携带有蒸发介质的过热保护装置以及一水路单向循环结构，所述过热保护装置安装在相变储热太阳能热水器上部，所述水路单向循环结构设置在相变储热太阳能热水器内部，所述过热保护装置包括将蒸发介质蒸发成为汽体的蒸发管和将汽体冷凝成为蒸发介质的冷凝管，所述蒸发管的出口端与冷凝管的进口端连通，所述冷凝管的出口端与蒸发管的进口端连通，所述蒸发管全部或部分埋设于相变储热太阳能热水器内，所述水路单向循环结构包括进入相变储热太阳能热水器的进水管、流出相变储热太阳能热水器的回水管、换热管和单向导通元件，所述进水管与回水管通过换热管相连，所述进水管与回水管上分别安装有单向导通元件，所述蒸发管与换热管传热接触，所述换热管与相变储热太阳能热水器内的相变储热材料进行热交换。

2.如权利要求1所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述单向导通元件包括单向导通元件一和单向导通元件二，所述单向导通元件一安装在进水管上，所述单向导通元件二安装在回水管上，所述进水管的进水口连接单向导通元件一的出水口，所述回水管的出水口连接单向导通元件二的进水口。

3.如权利要求2所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述单向导通元件一的进水口与单向导通元件二的出水口连通。

4.如权利要求2或3所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述冷凝管的出口端通过管路连接蒸发管的进口端，或者所述冷凝管的进口端通过管路连接蒸发管的出口端，所述管路或者冷凝管上连通有空气罐。

5.如权利要求4所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述单向导通元件一的进水口与单向导通元件二的出水口之间连通有补水管和空气罐二。

6.如权利要求5所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述单向导通元件为单向阀或电动阀。

7.如权利要求6所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述蒸发介质为沸点小于或等于150℃的材料。

8.如权利要求7所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述蒸发介质为水、酒精、防冻液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或异丙醇。

9.如权利要求8所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述蒸发管为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。

10.如权利要求9所述的相变储热太阳能热水器，其特征在于：所述冷凝管为铜管、铝管、不锈钢管或翅片管。