CN204535158U - 一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，包括太阳能热水器集水箱、铝塑管、两相闭式热虹吸管、暖气设备和太阳能热水器专用阀门，太阳能热水器集水箱的出口与铝塑管相连通，铝塑管包括盘管段和直管段，盘管段为螺旋状，直管段穿过墙体到达室内；两相闭式热虹吸管包括蒸发段、绝热段和冷凝段，蒸发段固定在室内的暖气设备上；绝热段位于墙体内；冷凝段在室外被铝塑管的盘管段缠绕包围。本实用新型采用低温热管技术，解决了北方家庭太阳能热水器进出水管易冻及常规的电加热防冻技术耗电大且易损坏的问题，实现了在不附加额外能耗时，达到低温防冻和节约能源的双重效益。

Description

一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置

技术领域

本实用新型涉及一种将两相闭式热虹吸管技术用于太阳能热水器进出水管的新型高效换热、防冻装置，具体涉及一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置。

背景技术

太阳能以其节能环保的特点已经为人类社会所利用，而太阳能热水器是太阳能利用技术中最成熟、商业应用最广泛的利用途径。据我国官方公布的统计数据显示，中国是世界上最大的太阳能热水器生产和应用国，产量和保有量分别占到了世界的80％和76％以上。目前，我国太阳能热水器的生产已逐渐成熟，但在太阳能热水器进出水管的防冻方面仍存在一定的技术问题。在我国北方冬季，普通太阳能热水器管道常常因气温干冷(通常在零下15℃以下)而结冰，从而造成管道、阀门等冻裂。特别是铝塑管穿过墙体的部分，由于距离室内热空气和太阳能热水器集水箱两个热源都比较远，其管道变形、冻裂的现象尤为严重。此现象将会造成系统故障，并给用户带来不便和一定的经济损失。中国专利：太阳能热水器进出水管的防冻系统(申请号：CN201320791229.2)，采用电磁控制技术，虽然可以解决太阳能热水器进出水管防冻的问题，但这种方法需要配备电磁真空破坏阀和控制器，整个系统以电作为动力，原理结构复杂，由此导致安装成本高、能耗较大。因此，北方家庭冬季大多采用间歇放水或利用电热水器替代太阳能热水器的措施来解决太阳能热水器进出水管冻裂的问题，但这却给用户带来了极大不便和经济损失，且造成了能源的浪费。

然而，两相闭式热虹吸管作为一种高效传热元件，具有极高的导热性能和高散热效率。采用热虹吸管技术，可将室内空气的低品位热量高效传递给太阳能热水器的进出水管，在不附加额外能耗时，达到低温防冻和节约能源的双重效益。

发明内容

针对传统防冻装置耗电成本高、安装技术复杂、使用寿命短、耐用性能差等不足，本实用新型旨在提供一种利用热虹吸管技术进行高效传热的新型太阳能热水器进出水管防冻装置，该装置充分利用了低品位热源，在大大提高传热效率和 实现防冻的同时又能最大限度的降低耗电成本，从而达到了高效、节能的双重功效，具有良好的应用前景。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，包括太阳能热水器集水箱、铝塑管、两相闭式热虹吸管、暖气设备和太阳能热水器专用阀门，所述太阳能热水器集水箱的出口与铝塑管相连通，铝塑管包括盘管段和直管段，盘管段为螺旋状，直管段穿过墙体到达室内；所述两相闭式热虹吸管包括蒸发段、绝热段和冷凝段，蒸发段固定在室内的暖气设备上；所述绝热段位于墙体内；所述冷凝段在室外被铝塑管的盘管段缠绕包围。

所述两相闭式热虹吸管的壳体上焊接有若干金属翅片，所述金属翅片位于蒸发段，且与壳体垂直。

进一步地，所述热虹吸管壳体采用不锈钢或低碳钢材料。

或者所述热虹吸管壳体采用可变形性材料。

所述铝塑管在室外及墙体内的部分设置保温层。

进一步地，所述保温层采用聚氨酯硬质泡沫或岩棉材料。

所述两相闭式热虹吸管的管径为10cm。

热虹吸管作为高效换热元件，其蒸发段吸收来自暖气设备的热量后，工作介质液体在蒸发段内的液—汽分界面上蒸发；受热后的饱和蒸汽由蒸发段流向冷凝段，途经墙体内的绝热段；蒸汽到达冷凝段后，由于冷凝段与铝塑管盘管段存在温差，工作介质蒸汽遇冷凝结，将其释放的热量通过冷凝段壳体传递给铝塑管外壁，到达冷源；凝结后的工作介质液体在重力作用下回流至蒸发段，完成一个工质循环，随着工作介质在蒸发段液体不断吸热和在冷凝段的不断放热，最终形成一系列工作介质循环，实现换热和低温防冻功效。

本实用新型的工作原理：热水从太阳能热水器集水箱出口流出后，进入铝塑管，由于铝塑管盘管段与热虹吸管存在较大温差(特别是在夜间，温差可达几十摄氏度)，铝塑管内的水容易被冷却至冰点。为升高水温，需依靠热虹吸管作为传热载体传送来自暖气设备的热量。热虹吸管蒸发段位于暖气设备处，热虹吸管管内工质液体吸收来自暖气设备的热量后，升温至饱和温度并在该温度下蒸发，在密度差的作用下蒸腾上升至冷凝段，在冷凝段，由于工质气体与外界存在较大 温差，蒸汽遇冷凝结并释放热量给铝塑管盘管段，盘管段进一步导热至冷水。冷凝凝结后的工质液体依靠重力回流至蒸发段，重新实现吸热—放热循环；为强化传热，蒸发段外可焊接若干金属翅片。

本实用新型采用热虹吸管技术，通过内加热源外抵散热的方式保证有效换热量，解决了北方家庭太阳能热水器进出水管易冻以及常规的电加热防冻技术耗电大且易损坏的问题，充分利用热虹吸管高效换热技术，实现了在不附加额外能耗时，达到低温防冻和节约能源的双重效益，本实用新型具体具有以下优点：

(1)本实用新型是将两相闭式热虹吸管技术用于太阳能热水器进出水管的新型高效换热、防冻装置，利用热虹吸管的高导热性能，充分利用低品位热源，节约了传统电加热器的耗电成本。

(2)热虹吸管的恒温特性大大减缓了铝塑管因冷热不均而导致的变形、裂纹甚至断裂的现状。

(3)热虹吸管具有结构简单，成本低廉，适用范围广的特点，在任意工况下均能够实现相变换热和被动换热(无需外加能量即可实现高效传热)。

(4)本实用新型实现换热、防冻是以热管冷凝段与铝塑管管壁的温差为驱动力，当管内水温较高、温差较小时，蒸汽凝结量和放热量变小，随着凝结量和放热量的减少，直至达到热平衡；当管内水温较低、温差较大时，蒸汽凝结量和放热量增大，直至达到极限传热量，但随着总传热量的增大、温差的降低，最终同样可以达热平衡，因而热虹吸管可以实现“自调节”的功能，从而代替了传统加热装置的温控设备，其具有广阔的应用前景。

(5)两相闭式热虹吸管采用低温热管技术，其内工质应具有潜热大、饱和温度低、化学性质不活泼等特点，可以满足换热量的需求及安全保障。

(6)本实用新型与原有防冻装置相比，结构简单、安装方便。

附图说明

图1为本实用新型的太阳能热水器新型热管防冻装置的示意图；

图2为本实用新型的热虹吸管工作流程示意图。

其中，1-太阳能热水器集水箱，2-铝塑管，3-两相闭式热虹吸管，4-暖气设备，5-太阳能热水器专用阀门，6-蒸发段，7-绝热段，8-冷凝段，9-金属翅片。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置包括太阳能热水器集水箱1、铝塑管2、两相闭式热虹吸管3、暖气设备4和太阳能热水器专用阀门5；太阳能热水器集水箱1出口与铝塑管2相连，铝塑管2包括盘管段和直管段，盘管段为螺旋状，直管段穿过墙体到达室内；两相闭式热虹吸管3包括蒸发段6、绝热段7和冷凝段8，蒸发段6以暖气设备4为热源，并将其固定，在蒸发段6外焊接有金属翅片9；绝热段7在墙体内，绝热段7与铝塑管2的直管段并列一同穿过墙体到达室内，两者在室内分离；在室外，铝塑管2盘管段做成螺旋状，冷凝段8被盘管段缠绕包围，保证铝塑管2充足的换热量。铝塑管2在室外及墙体内需加聚氨酯硬质泡沫、岩棉等可变形的保温材料作为保温层。两相闭式热虹吸管3采用铝、不锈钢或低碳钢材料作为热虹吸管壳体，以减弱或消除不相容性带来的热管寿命短的问题；两相闭式热虹吸管3的管径为10cm，采用可变形性材料做壳体，确保在安装时有良好的柔韧性。综上，本防冻装置通过内加热源外抵散热的方式保证有效换热量。

两相闭式热虹吸管采用低温热管技术，其内工质应具有潜热大、饱和温度低、化学性质不活泼等特点，可以满足换热量的需求及安全保障。

本防冻装置的工作原理：热水从太阳能热水器集水箱1出口流出后，进入铝塑管2，由于铝塑管2盘管段与热虹吸管存在较大温差(特别是在夜间，温差可达几十摄氏度)，铝塑管2内的水容易被冷却至冰点。为升高水温，需依靠热虹吸管作为传热载体传送来自暖气设备4的热量。热虹吸管蒸发段6位于室内暖气设备4上，热虹吸管内的工质液体吸收来自暖气设备4的热量后，升温至饱和温度并在该温度下蒸发，在密度差的作用下蒸腾上升至冷凝段8，在冷凝段8内，由于工质气体与外界存在较大温差，工质气体遇冷凝结并释放热量给铝塑管2盘管段，盘管段进一步导热至冷水。冷凝后的工作介质液体依靠重力回流至蒸发段6，重新进行吸热—放热循环；为强化传热，蒸发段6外可焊接若干金属翅片9。铝塑管2工况则由太阳能热水器专用阀门5决定，即若该阀门开启，则集水箱向用户供给热水；若该阀门关闭，则集水箱作为蓄水箱继续蓄集热水。

如图2所示，热虹吸管工作流程示意图：工作时，热虹吸管的蒸发段6从家用暖气设备4周围的热空气吸收热量Q，工质液体在热虹吸管内部液—汽分界面上受热蒸发，形成饱和蒸汽，蒸汽从蒸发段6穿过绝热段7流至冷凝段8并在冷凝段8的汽—液分界面上凝结，伴随着大量热量Q'的释放，冷凝段8以相变对流方式将凝结潜热释放，热量通过热虹吸管壳体和铝塑管2外壁，到达冷源；而凝结液可在重力作用下无需外界能量回流至蒸发段6，重新进行吸热—放热循环。为了增强传热效果，在蒸发段6外加以若干金属翅片9(如铝或铜材料)，以增加传热面积，达到高效换热的目的。

Claims (7)

1.一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，其特征在于，所述防冻装置包括太阳能热水器集水箱、铝塑管、两相闭式热虹吸管、暖气设备和太阳能热水器专用阀门，所述太阳能热水器集水箱的出口与铝塑管相连通，铝塑管包括盘管段和直管段，盘管段为螺旋状，直管段穿过墙体到达室内；所述两相闭式热虹吸管包括蒸发段、绝热段和冷凝段，蒸发段固定在室内的暖气设备上；所述绝热段位于墙体内；所述冷凝段在室外被铝塑管的盘管段缠绕包围。

2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，其特征在于，所述两相闭式热虹吸管的壳体上焊接有若干金属翅片，所述金属翅片位于蒸发段，且与壳体垂直。

3.根据权利要求2所述的一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，其特征在于，所述热虹吸管壳体采用不锈钢或低碳钢材料。

4.根据权利要求2所述的一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，其特征在于，所述热虹吸管壳体采用可变形性材料。

5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，其特征在于，所述铝塑管在室外及墙体内的部分设置保温层。

6.根据权利要求5所述的一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，其特征在于，所述保温层采用聚氨酯硬质泡沫或岩棉材料。

7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能热水器新型热管防冻装置，其特征在于，所述两相闭式热虹吸管的管径为10cm。