CN204787338U - 真空管相变蓄热太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种真空管相变蓄热太阳能热水器，属于太阳能热水器技术领域。它包括压力控制装置（4）、歧管（10）和若干太阳能集蓄热管（1）；太阳能集蓄热管（1）的内部装有相变材料（2），开口用封头（5）封住，封头（5）与相变材料（2）之间具有预留空间（3）；太阳能集蓄热管（1）中还安装有U形水管（15）；压力控制装置（4）通过歧管（10）、连接管（9）、封头（5）上的连接孔（8），与预留空间（3）相通，控制太阳能集蓄热管（1）的内部压力；上述全部太阳能集蓄热管（1）中的U形水管（15）采用串联或并联方式与连接水管（14）相连，形成水路。由于用相变材料蓄热，避免了用储水箱。由于控制了太阳能集蓄热管（1）的内部压力，避免了真空管（7）受内压发生爆破。

Description

真空管相变蓄热太阳能热水器

技术领域

本实用新型提供一种真空管相变蓄热太阳能热水器，属于太阳能热水器技术领域。

背景技术

目前市场上的真空管太阳能热水器需要储水箱，造成建筑结构承载大、安装占用面积大。而且，由于太阳能循环管中长期存有水，寒冷地区冬季须防止将管冻裂。因为太阳能热水器与水接触的管、阀器件在结冰膨胀作用下易造成管道冻裂，阀门失灵无法使用，甚至损坏，引发漏水。另一问题是卫生问题。太阳能热水箱内的水在没有用尽前就开始补充，使得部分水长期蓄积在热水器水箱内，成为陈水。长期存留的陈水造成水质变坏，不利于人体健康。

为了解决使用储水箱造成的上述问题，出现了用相变蓄热材料代替水作为蓄热介质的设计，使真空管具有吸热、储热双重功能。这种设计免除了传统太阳能热水系统的储水箱，也不需要与外部设备进行自然对流换热或机械循环换热，可独立进行太阳能的采集与储存。这一特点能够有效克服依赖储水箱引发的问题，并可显著简化真空管太阳能热水系统的结构，降低设备成本。

然而，尽管真空管相变蓄热太阳能热水器有诸多优点，对其研究也已经有数十年的历史，但并未见真空管相变蓄热太阳能热水器的推广使用。原因是运行时真空管容易爆裂，对爆裂的主要影响因素不明确，一直未能找到有效的解决方法。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种真空管相变蓄热太阳能热水器；它具有太阳能集蓄热管内部压力控制功能，解决了真空管爆裂问题。因为本实用新型发现，真空管爆裂的主要原因是：运行时相变材料吸收太阳能受热膨胀，造成太阳能集蓄热管内压力升高；这个压力转而施加给真空管内壁，从而引发真空管爆裂。因此，通过控制太阳能集蓄热管的内部压力，可以使真空管保持在允许工作压力范围内，安全工作。

一种真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：包括压力控制装置、歧管和若干太阳能集蓄热管；太阳能集蓄热管的开口用封头封住，太阳能集蓄热管内部装有相变材料，封头与相变材料之间具有预留空间；封头上具有连接孔；太阳能集蓄热管中还安装有U形水管，U形水管的主体埋在相变材料内，两端穿出太阳能集蓄热管的封头；歧管的一个接头与压力控制装置相连，其余接头分别通过连接管与相应太阳能集蓄热管封头上的连接孔相连，这样使得压力控制装置与太阳能集蓄热管的预留空间相通，能够控制太阳能集蓄热管内的压力；全部太阳能集蓄热管中的U形水管采用串联或并联方式与连接水管相连，构成水路。由于用相变材料蓄热，避免了用储水箱。由于控制了太阳能集蓄热管的内部压力，避免了真空管受到内压发生爆破。

封头是预留空间的上壁，封头上开设小孔，小孔外接连通管，其作用是联通预留空间与压力控制装置。为了便于热水器的生产和安装，每个封头上以只开设一个小孔为宜。预留空间作为相变材料受热膨胀时挪用。预留空间容积的大小以比相变材料在最高温度下膨胀时的体积增加量大0-25%为宜。用热水时，冷水流经U形水管时被相变材料的蓄热加热成热水。

所述的一种真空管相变蓄热太阳能热水器，通过一只歧管接压力控制装置和连通管；预留空间依次通过小孔、连通管和歧管，与压力控制装置联通。歧管的接头总数为连通管的总数加一，也就是太阳能集蓄热管的总数加一。因为一只太阳能集蓄热管只需要一根连通管。歧管的每一个接头接一根联通管，剩余的一个接头接压力控制装置。这样，一台热水器只需要一个压力控制装置。

所述的太阳能集蓄热管至少有以下两种结构：

第一种结构的真空管直接装相变材料，封头封住真空管的开口。封头与真空管的连接可以是机械挤压和外面卡紧的方式；

第二种结构由真空管和封装管组成，封装管安装在真空管中，相变材料在封装管中，封头封住封装管的开口。封装管的外壁与真空管的内壁密切接触。为了增强传热，封装管宜选用导热系数大的材料，例如铜。封头与封装管的连接可以是机械挤压、螺纹、焊接等方式。小孔也可以开在封装管紧靠开口的壁面，但这样做没有开在封头上方便。

所述的压力控制装置可以是一个壳体承压密封的容器，容器空间被一个弹性膜片分成彼此不通的两个气腔，一个气腔与预留空间联通，另个气腔的外壁有一个具有充气和放气功能的气嘴。为叙述方便起见，称与预留空间联通的气腔为A腔，另一个为B腔。当相变材料受热膨胀时，预留空间内的气体进入A腔；A腔压力升高，使弹性膜片向B腔方向膨胀，造成A腔容积扩大，B腔容积缩小。由于A腔扩大，太阳能集蓄热管内部的压力升高被抑制。B腔外壁上的气嘴与B腔相通，可以通过其放气和充气，预设B腔的初压力。

所述的压力控制装置也可以是一个承压密封的弹性气囊。当相变材料受热膨胀时，预留空间内的气体进入气囊，气囊内压力升高。由于气囊用弹性材料制成，压力升高引起气囊膨胀，容积增加，从而太阳能集蓄热管内部的压力升高被抑制。为了安全和美观起间，可以把气囊装在刚性壳体内。

所述的压力控制装置还可以是一个安全阀。安全阀的泄压值不高于真空管的工作压力允许值，以在当地供水系统的压力值与真空管工作压力允许值之间为宜。泄压值设定过低，容易造成冷天无日照时太阳能集蓄热管内部出现负压。泄压值设定过高，不利于保护真空管。

在相变材料选用中，优先考虑石蜡。因为石蜡物理化学性能稳定，无过冷或晶液分离现象，且具有价格便宜、无毒、无腐蚀性等优点。相变材料中还可以添加金属、石墨、碳纤维、纳米材料或可以增强相变材料导热系数的其他材料，以增强相变材料的传热。

附图说明

图1为真空管相变蓄热太阳能热水器的一种实施方案；

图2为由封头封住封装管的一种太阳能集蓄热管；

图3为由封头封住真空管的一种太阳能集蓄热管。

图中标号名称：1.太阳能集蓄热管，2.相变材料，3.预留空间，4.压力控制装置，5.封头,6.封装管,7.真空管,8.连接孔,9.连通管,10.歧管,11.弹性膜片,12.气嘴,13.支架，14.连接水管，15.U形水管，A.A腔，B.B腔。

具体实施方式

以下结合图示说明。

图1所示的是真空管相变蓄热太阳能热水器的一种实施方式，相邻两个太阳能集蓄热管1之间由连接水管14连接，形成串联；使用的压力控制装置4是一个壳体承压密封的容器。

太阳能集蓄热管1并列固定在支架13上。当用热水时，冷水依次流过连接水管14和U形管15。在U形管15内，水吸收相变材料2中储蓄的太阳热能而变成热水。由于用相变材料储蓄热量，避免了用储水箱。相变材料2不充满太阳能集蓄热管1的内部空间，其上部留有少许空间，即预留空间3，作为相变材料2受热膨胀时挪用。

当太阳能集蓄热管1受太阳照射时，内部的相变材料2吸热膨胀，挪用预留空间3的部分容积。预留空间3内的气体被排挤，依次通过封头5上的小孔8、连通管9和歧管10，进入压力控制装置4的A腔。预留空间3内的气体进入A腔后，A腔压力增加。由于弹性膜片11不透气，A腔和B腔彼此不通气，在A腔压力作用下，弹性膜片11被推向B腔。这样，B腔被压缩，A腔容积扩大，抑制了预留空间3的压力增加，也就是控制了太阳能集蓄热管1内部压力的增加。

太阳能集蓄热管1的内部容积是预留空间3的容积、相变材料2的体积和其内的U形管15的体积之和，其中U形管15的体积是不变的；留空间3和相变材料2之间是自由界面，压力自由传递，如果忽略相变材料2的重力，相变材料2所占空间的压力与留空间3的压力相等。把太阳能集蓄热管1的内部压力控制在真空管7安全工作所需要的压力之内，真空管7就不会因为受到内压作用而爆破。

U形水管15的主体埋在相变材料2内，其进口和出口穿出封头5，以便于用连接水管14把太阳能集蓄热管1以一定方式（可以是串联，如图1所示，也可以是并联）连接起来。

歧管10的接头总数为连通管9的总数加一，也就是太阳能集蓄热管1的总数加一。因为一只太阳能集蓄热管1只需要一根连通管9。歧管10的每一个接头接一根联通管9，剩余的一个接头接压力控制装置4。这样，一台热水器只需要一个压力控制装置4。图1例中有7根连通管，歧管10的接头总数为8，其中的7个分别接各太阳能集蓄热管的联通管9，剩下的一个接压力控制装置4。

太阳能集蓄热管1的一种结构由真空管7和封装管6组成，如图2所示。封装管6的用途是封装相变材料2，也就是把相变材料2置于封装管6中。封装管6安装在真空管7中，封头5封住封装管6的开口，封头5是预留空间3的上壁。封装管6的外壁与真空管7的内壁密切接触。封头5与封装管6的连接可以是机械挤压、螺纹、焊接等方式。

太阳能集蓄热管1也可以采用图3所示的实施方式，真空管7直接装相变材料2，封头5封住真空管7的开口。封头5与真空管7的连接可以是机械挤压和外面卡紧的方式。

Claims (7)

1.一种真空管相变蓄热太阳能热水器，

包括若干太阳能集蓄热管（1）；

上述太阳能集蓄热管（1）的内部装有相变材料（2），开口用封头（5）封住；

上述太阳能集蓄热管（1）中还安装有U形水管（15），其中U形水管（15）的主体埋在相变材料（2）内，两端穿出封头（5）；上述全部U形水管（15）采用串联或并联方式与连接水管（14）相连；

其特征在于：

上述封头（5）与相变材料（2）之间还具有预留空间（3）；封头（5）上具有连接孔（8）；

上述真空管相变蓄热太阳能热水器还包括歧管（10）和压力控制装置（4）；

上述歧管（10）的一个接头与压力控制装置（4）相连，其余接头分别通过连接管（9）与相应太阳能集蓄热管（1）的封头（5）上的连接孔（8）相连，使得压力控制装置（4）与太阳能集蓄热管（1）的预留空间（3）相通。

2.根据权利要求1所述的真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：上述太阳能集蓄热管（1）由真空管（7）组成，所述封头（5）封住真空管（7）的开口。

3.根据权利要求1所述的真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：上述太阳能集蓄热管（1）由真空管（7）和封装管（6）组成，封装管（6）安装在真空管（7）中，封头（5）封住封装管（6）的开口；封装管（6）的外壁与真空管（7）的内壁密切接触。

4.根据权利要求1所述的真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：上述压力控制装置（4）是一个壳体承压密封的容器，容器空间被弹性膜片（11）分成彼此不通的A和B两个气腔；所述A腔即为与所述预留空间（3）相联通的部分，上述B腔的外壁还有一个具有充气和放气功能的气嘴（12）。

5.根据权利要求1所述的真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：上述压力控制装置（4）是一个承压密封的弹性气囊。

6.根据权利要求1所述的真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：上述压力控制装置（4）是一个安全阀。

7.根据权利要求1所述的真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：上述预留空间（3）容积的大小比相变材料在最高温度下膨胀时的体积增加量大0-25%。