CN205208967U - 一种槽式集热太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种槽式集热太阳能热水器，其特征在于主要包括排气孔、保温水箱壳体、泄水管、冷水管、水箱端盖、热水管、抛物槽反射器、全玻璃真空集热管、支脚、集热管定焦支撑部件、定压阀、上循环管、冷水箱、热水箱、相变储热层、硅胶皮垫、金属封盖、玻璃导管、硅胶皮套、下循环管、水平隔板和反射器肋板；所述保温水箱壳体包括水箱内壳和水箱外壳，水箱内壳为水箱保温层，紧贴水箱外壳内侧面上。该款热水器使用抛物槽式集热器代替市场上多根排列的真空管，大大降低成本的同时提高了热水器集热效率，减少了真空管中热水的积存，并且方便维修以及真空管的除垢。

Description

一种槽式集热太阳能热水器

技术领域

本实用新型涉及太阳能利用技术领域，具体是一种槽式集热太阳能热水器，具体的说是一种应用抛物槽式集热器为用户提供生活热水的热水装置。

背景技术

传统能源日益紧缺，加快发展可再生能源已成为世界各国共识，其中太阳能作为可再生能源的一种，在人民生活需要方面有多种用途，如发电，取暖、供热水等。但目前来看，能以商品形式大量供应市场的只有太阳能热水器。太阳能热水器可以实现由太阳能到热能的转化，为用户生产生活提高热水或热源。通常太阳能热水器由集热器、绝热贮水箱、连接管道、支架和控制系统组成。集热器是太阳能热水器将太阳辐射转换为热能的核心部件和技术关键，其造价约占太阳能热水器总造价的二分之一左右。目前我国的太阳热水器产业在应用规模和生产能力上都处于世界首位，是世界上名副其实的太阳能热水器最大生产、供应国,尽管如此，我国太阳能热水器产业仍是一个新兴产业,与其它产业比较,尚处在发展初期,有许多问题有待逐步解决，比如其普及率仍然很低，产品的品种、功能和质量也都远远不能满足需要。

目前市场上的太阳能热水器主要存在以下不足：①集热效率低，往往需要一整天的日照才能把水晒热，天气好的时候也只能保证傍晚时水箱内水温达到使用要求，白天和夜间大部分时间无热水可用，舒适性差；②水箱保温性能差并且热水管路长达十几米，增加了热量损耗同时管路中残余很多的热水；③目前市场上的太阳能热水器99％以上都是非常落后的非承压式热水器(俗称落水式)，其进水、出水只有一根水管，使用非常不方便，更无舒适可言；④热水器质量参差不齐，一些热水器成本低，但效率也非常低，使用寿命短(大致6～10个月)，有些热水器效率虽高些，但加工工艺复杂，造价太高，不便于普及；⑤市场上广泛应用的真空管太阳能热水器由于真空管排列密集，一经染上灰尘污渍，不方便清理，影响集热效率。

本实用新型提出的太阳能热水器能在很好地解决上述问题的同时，有效降低热水器费用，提高了太阳能利用的系统效率，节约能源，有利于环境保护。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种槽式集热太阳能热水器。传统的真空管太阳能热水器需要多跟真空管排列来增加集热面积。抛物槽式集热器属于中高温集热器范畴，能够获得较高的集热温度。抛物槽式集热器最大的优势在于它能够提供高能流密度的光线，使能量集中从而减少热损失，并且用较为廉价的抛物槽反射器代替了成本较高的真空管，在降低整个系统的成本的同时还可以不断的调整抛物槽反射器的转向来获得更多的太阳辐射，从而提高集热器的集热效果。保温水箱的结构经过特殊设计与抛物槽反射器完美配合，使得该热水器的集热效率明显提高，并且保温水箱储热量得到增强。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：设计一种槽式集热太阳能热水器，其特征在于主要包括排气孔、保温水箱壳体、泄水管、冷水管、水箱端盖、热水管、抛物槽反射器、全玻璃真空集热管、支脚、集热管定焦支撑部件、定压阀、上循环管、冷水箱、热水箱、相变储热层、硅胶皮垫、金属封盖、玻璃导管、硅胶皮套、下循环管、水平隔板和反射器肋板；所述保温水箱壳体包括水箱内壳和水箱外壳，水箱内壳为水箱保温层，紧贴水箱外壳内侧面上。

所述保温水箱壳体安装在支脚的顶部，排气孔设置于保温水箱壳体的顶部，泄水管设置于保温水箱壳体的底部，水箱端盖位于保温水箱壳体的右端面上；所述定压阀安装在排气孔上。

所述水平隔板安装在保温水箱壳体的内部，并与水箱内壳之间紧密连接，将保温水箱壳体的内部空间划分为上、下两部分，上部分为冷水箱，下部分为热水箱；冷水箱所在的空间所对应的水箱端盖部位上开有小孔，小孔上安装有冷水管；热水箱所在的空间所对应的水箱端盖部位上开有小孔，小孔上安装有冷水管。

所述水平隔板上开有多个小孔，小孔上安装有朝上的上循环管和朝下的下循环管，上循环管和下循环管分别位于冷水箱和热水箱内；下循环管正下方的保温水箱壳体的底部上开有孔，下循环管穿过该孔通过硅胶皮套与玻璃导管连接；玻璃导管位于热水箱的外侧，其外面套有全玻璃真空集热管，全玻璃真空集热管的开口端通过硅胶皮垫和金属封盖密封安装在下循环管正下方的保温水箱壳体的底部的孔内。

所述相变储热层安装在热水箱内部的水箱内壳上。

所述抛物槽反射器安装在全玻璃真空集热管的下方。

所述抛物槽反射器的背面安装有反射器肋板，用于防止抛物槽反射器发生形变。

所述集热管定焦支撑部件为多个，套在全玻璃真空集热管的外侧管壁上。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：此热水器仅需三根集热管和三个抛物槽，就可实现高效率的集热，不仅很大程度上减少了成本，而且减少了水资源的浪费，方便维修除垢。保温水箱采用相变材料蓄热，有效地解决了白天和夜间的热水供应不足的问题，并且能稳定水箱的水温，使热水器保持高效率的运作，满足了用户的舒适性要求。该热水器使用期不受限制，能够全年使用并安装有进水管和出水管，使用非常方便，而且价格低廉，维护简单，拆装自由，非常易于量产化，有很大的市场前景。

附图说明

图1为本实用新型一种槽式集热太阳能热水器一种实施例的整体结构图。

图2为本实用新型一种槽式集热太阳能热水器一种实施例的剖视图。

图3为本实用新型一种槽式集热太阳能热水器一种实施例的相变储热层纵向截面结构示意图。

图4为本实用新型一种槽式集热太阳能热水器一种实施例的水循环示意图。

图5为本实用新型一种槽式集热太阳能热水器一种实施例的抛物槽反射器反扣时的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步叙述本实用新型。

本实用新型为一种槽式集热太阳能热水器(简称热水器，参见图1-5)，其特征在于主要包括排气孔1、保温水箱壳体2、泄水管3、冷水管4、水箱端盖5、热水管6、抛物槽反射器7、全玻璃真空集热管8、支脚9、集热管定焦支撑部件10、定压阀11、上循环管13、冷水箱14、热水箱15、相变储热层16、硅胶皮垫18、金属封盖19、玻璃导管20、硅胶皮套21、下循环管22、水平隔板24和反射器肋板25；所述保温水箱壳体2包括水箱内壳201和水箱外壳202，水箱内壳201为水箱保温层，紧贴水箱外壳202内侧面上。

所述保温水箱壳体2安装在支脚9的顶部，排气孔1设置于保温水箱壳体2的顶部，泄水管3设置于保温水箱壳体2的底部，水箱端盖5位于保温水箱壳体2的右端面上。所述定压阀11安装在排气孔1上。

所述水平隔板24安装在保温水箱壳体2的内部，并与水箱内壳201之间紧密连接，将保温水箱壳体2的内部空间划分为上、下两部分，上部分为冷水箱14，下部分为热水箱15。冷水箱14所在的空间所对应的水箱端盖5部位上开有小孔，小孔上安装有冷水管4。热水箱15所在的空间所对应的水箱端盖5部位上开有小孔，小孔上安装有冷水管6。

所述水平隔板24上开有多个小孔，小孔上安装有朝上的上循环管13和朝下的下循环管22，上循环管13和下循环管22分别位于冷水箱14和热水箱15内。下循环管22正下方的保温水箱壳体2的底部上开有孔，下循环管22穿过该孔通过硅胶皮套21与玻璃导管20连接。玻璃导管20位于热水箱的外侧，其外面套有全玻璃真空集热管8，全玻璃真空集热管8的开口端通过硅胶皮垫18和金属封盖19密封安装在下循环管22正下方的保温水箱壳体2的底部的孔内。

所述相变储热层16安装在热水箱15内部的水箱内壳201上。

所述抛物槽反射器7安装在全玻璃真空集热管8的下方。

所述抛物槽反射器7的背面安装有反射器肋板25，用于防止抛物槽反射器7发生形变，同时也能对其起到保护作用。

所述集热管定焦支撑部件10为多个，套在全玻璃真空集热管8的外侧管壁上。

所述支脚9为倒“V”型空心斜坡面构造，其中一个斜坡面由两根支撑腿组成，另一个斜坡面为由多个横档、两根支撑腿组成的梯型构造。所述保温水箱壳体2安装在支脚9的倒“V”型的顶部，抛物槽反射器7安装在支脚9的梯型斜坡面上，全玻璃真空集热管8安装在抛物槽反射器7上，且抛物槽反射器7可绕全玻璃真空集热管8的轴心旋转。

所述相变储热层16是外壳为钢结构、内部填充相变材料的构造，形状大致为空心柱状，贴合在热水箱15的内壁上并对水平隔板24起支撑作用。在下循环管22下方所正对的相变储热层16上有槽口，槽口的大小与全玻璃真空集热管8横向截面面积相同。相变储热层16的顶面横向开有槽道，槽口、槽道与其内部连通，水平隔板24上开有的多个小孔均与所述槽道连通，且安装在水平隔板24上的下循环管22能同时笔直穿过相变储热层16的槽道和槽口。

所述保温水箱壳体2为圆柱形，此时相变储热层16的形状大致为2/3个空心圆柱环(如图3所示)。

所述相变储热层16的右侧端面上有开口，便于打开水箱端盖5后可直接用力于该侧端面，抽出相变储热层16进行检修或更换。

所述抛物槽反射器7、全玻璃真空集热管8和集热管定焦支撑部件10组成抛物槽式集热器。抛物槽反射器7可绕全玻璃真空集热管8的轴心旋转，可以手动调节以对准太阳以获得最大的集热量，本热水器采用与全玻璃真空集热管8(型号为58/47×1800mm)合适配比的抛物槽反射器7，可以满足在日照强烈的时间段(上午10点至下午3点30分)，经抛物槽反射器7反射的光线依然照射在全玻璃真空集热管8上，此时抛物槽式集热器的几何聚光比为8，焦距为80mm。当遇到冰雹等恶劣天气时，抛物槽反射器7可以反扣过来，保护全玻璃真空集热管8不被破坏。同时抛物槽反射器7背部装有起定形作用的反射器肋板25，如图5。

所述相变储热层16形状大致为2/3个空心圆柱环(如图3所示)，圆柱环外部为钢结构具有一定的强度，内部充满相变材料，相变温度和相变层厚度需根据需要选取，同时也应考虑经济性。相变储热层16贴附在水箱内壳201上，空心圆柱环底部缺口宽度为全玻璃真空集热管8外径长度，其轴心即为水箱轴心，空心圆柱环上部支撑水平隔板24。水箱端盖5上安装有冷水管4和热水管6，水箱端盖5与保温水箱壳体2之间采用螺纹连接，可以拆卸，方便水箱内部除垢以及检查相变储热层16中的相变材料有无泄漏。拆卸时，双手握住冷水管4和热水管6向外旋转，使水箱端盖5与保温水箱1分离，检查保温水箱的密封情况，抽出相变储热层16，检查其相变材料是否泄漏或定期进行更换。

所述的水平隔板24上留有七个孔，孔两侧分别对应焊接四支上循环管13和三支下循环管22，水平隔板24焊接在保温水箱纵向的1/3处，由相变储热层16支撑并做密封处理，焊接处做防腐处理，这样就将保温水箱内部分隔为冷水箱14和热水箱15。三支下循环管22的定位分别在水平隔板24纵向长度的1/6、1/2、5/6处，四支上循环管13两两均匀分布在下循环管22之间，下循环管22长度延伸到保温水箱底部并通过硅胶皮套21与玻璃导管20连接，玻璃导管20伸入到全玻璃真空集热管8的底部。全玻璃真空集热管8与保温水箱壳体2通过金属端盖19的外螺纹和保温水箱外壳202底部孔处的内螺纹啮合连接，通过旋转金属端盖19挤压在金属端盖19与保温水箱内壳201之间的硅胶皮垫18实现全玻璃真空集热管8与保温水箱壳体2紧固连接，达到密封要求(如图2所示)。

下面详细解释该款热水器的水循环运行原理，参见图4。

热水器运行前，首先调整热水器方位及抛物槽反射器7的位置，抛物槽反射器7将阳光反射到全玻璃真空集热管8的管壁上进行集热，冷水从冷水管4输送进入保温水箱，因水平隔板24的阻隔作用，冷水处在保温水箱的上层即冷水箱14中，然后由重力作用冷水经下循环管22和玻璃导管20进入到全玻璃真空集热管8的底部，逐渐吸收全玻璃真空集热管8管壁的温度，温度升高密度减小，逐渐上升进入热水箱15中，如水温满足使用要求可以从热水管6中排出(水流走向如图4中黑色加粗箭头所示)，若水温不满足使用要求或者用户不急于使用，则热水箱15中的水位逐渐上升，随着水位的上升，热水箱15的空气逐渐通过上循环管13被压入到冷水箱14中，排气孔1上的定压阀11感受到压力后进行自动排气(气体走向如图4中黑色箭头)。水位仍然在上升，逐渐通过上循环管13进入到冷水箱14中，当冷水箱14中的水位达到限值时，停止往冷水管4中输送冷水，这样热水器中的水因密度差开始自然循环，进而热水箱15中的水温不断升高，当温度达到相变储热层16中相变材料的相变温度时，相变材料开始融化，进一步加大保温水箱的储热量，同时也使得全玻璃真空集热管8中的水温不致过高，水温与管壁温差尽量大，满足较好的热交换，从而提高集热效率。

根据上述原理，搭建了集热面积为1.54m²的基于抛物槽式聚光集热的太阳能热水器实验台，水箱中未安装水平隔板也未添加相变储热层。参考国家标准GB/T12915-91和GB/T18708-2002进行试验测试，通过测量保温水箱的水温来计算集热器的得热量，在水箱中布置上中下三个测点以便更加精确的观测水温变化情况，取其平均温度作为水箱水温。实验过程中采用两组抛物槽式集热器进行测试，热水器主要参数：抛物槽式集热器几何聚光比为8.2，抛物面长1710mm，抛物面宽450mm，抛物面焦距84mm，储水箱容量100L，全玻璃真空集热管规格58/47×1800，容水量：2.75L。热水器东西布置，朝向为正南向；调整抛物槽反射器的倾角，使得真空管的阴影落在抛物槽反射器的中央，此时为最佳角度，一般以正午时太阳高度角的余角作为抛物槽反射器的倾角。实验测得集热总能率为0.381W，对应集光率为0.481kW/m²。同时实验测得抛物槽式集热器在自然循环作用下的日平均效率在大概在45％～50％之间，在周围环境温度和风速相近时，随着水初温升高，日平均效率下降，但波动范围不是很大，体现出抛物槽式集热器在较高温度段能够高效的将光能转化为热能。测得热水器系统的热损失为1.05W/(m²·℃)左右，体现热水器保温性能良好。日有用得热量在9.5MJ/m²左右，大于标准值7.5MJ/m²，可见两组面积为0.77m²抛物槽式集热器配备100L的水箱就能达到标准要求。当安装利于水路循环的水平隔板和增大保温水箱蓄热量的相变蓄热层时，热水器的性能将会进一步提升，所以此款基于抛物槽式聚光集热的太阳能热水器具有良好的集热性能及市场前景。

该款热水器使用三组抛物槽式集热器代替市场上多根排列的真空管，大大降低成本的同时提高了热水器集热效率，减少真空管中热水的积存，并且方便维修以及真空管的除垢。保温水箱内水平隔板的安装，使得冷热水很好地分隔，进一步提高热水器效率，保温水箱采用相变材料蓄热，有效地解决了白天和夜间的热水供应不足的问题，并且能控制水箱的水温，使热水器保持高效率的运作，满足了用户的舒适性要求。该热水器使用方便，价格低廉，维护简单，拆装自由，非常易于量产化，有很大的市场前景。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种槽式集热太阳能热水器，其特征在于主要包括排气孔、保温水箱壳体、泄水管、冷水管、水箱端盖、热水管、抛物槽反射器、全玻璃真空集热管、支脚、集热管定焦支撑部件、定压阀、上循环管、冷水箱、热水箱、相变储热层、硅胶皮垫、金属封盖、玻璃导管、硅胶皮套、下循环管、水平隔板和反射器肋板；所述保温水箱壳体包括水箱内壳和水箱外壳，水箱内壳为水箱保温层，紧贴水箱外壳内侧面上；

所述保温水箱壳体安装在支脚的顶部，排气孔设置于保温水箱壳体的顶部，泄水管设置于保温水箱壳体的底部，水箱端盖位于保温水箱壳体的右端面上；所述定压阀安装在排气孔上；

所述水平隔板安装在保温水箱壳体的内部，并与水箱内壳之间紧密连接，将保温水箱壳体的内部空间划分为上、下两部分，上部分为冷水箱，下部分为热水箱；冷水箱所在的空间所对应的水箱端盖部位上开有小孔，小孔上安装有冷水管；热水箱所在的空间所对应的水箱端盖部位上开有小孔，小孔上安装有冷水管；

所述水平隔板上开有多个小孔，小孔上安装有朝上的上循环管和朝下的下循环管，上循环管和下循环管分别位于冷水箱和热水箱内；下循环管正下方的保温水箱壳体的底部上开有孔，下循环管穿过该孔通过硅胶皮套与玻璃导管连接；玻璃导管位于热水箱的外侧，其外面套有全玻璃真空集热管，全玻璃真空集热管的开口端通过硅胶皮垫和金属封盖密封安装在下循环管正下方的保温水箱壳体的底部的孔内；

所述相变储热层安装在热水箱内部的水箱内壳上；

所述抛物槽反射器安装在全玻璃真空集热管的下方；

所述抛物槽反射器的背面安装有反射器肋板，用于防止抛物槽反射器发生形变；

所述集热管定焦支撑部件为多个，套在全玻璃真空集热管的外侧管壁上。

2.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述支脚为倒“V”型空心斜坡面构造，其中一个斜坡面由两根支撑腿组成，另一个斜坡面为由多个横档、两根支撑腿组成的梯型构造。

3.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述保温水箱壳体安装在支脚的倒“V”型的顶部，抛物槽反射器安装在支脚的梯型斜坡面上，全玻璃真空集热管安装在抛物槽反射器上，且抛物槽反射器可绕全玻璃真空集热管的轴心旋转。

4.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述相变储热层是外壳为钢结构、内部填充相变材料的构造，形状大致为空心柱状，贴合在热水箱的内壁上并对水平隔板起支撑作用；在下循环管下方所正对的相变储热层上有槽口，槽口的大小与全玻璃真空集热管横向截面面积相同；相变储热层的顶面横向开有槽道，槽口、槽道与其内部连通，水平隔板上开有的多个小孔均与所述槽道连通，且安装在水平隔板上的下循环管能同时笔直穿过相变储热层的槽道和槽口。

5.根据权利要求1或3任一项所述的热水器，其特征在于，所述保温水箱壳体为空心圆柱形，此时相变储热层的形状大致为2/3个空心圆柱环。

6.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述的水平隔板上留有七个孔，孔两侧分别对应焊接四支上循环管和三支下循环管，水平隔板焊接在保温水箱纵向的1/3处，由相变储热层支撑并做密封处理，焊接处做防腐处理；三支下循环管的定位分别在水平隔板纵向长度的1/6、1/2、5/6处，四支上循环管两两均匀分布在下循环管之间。

7.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述全玻璃真空集热管与保温水箱壳体通过金属端盖的外螺纹和保温水箱外壳底部的孔处的内螺纹啮合连接，通过旋转金属端盖挤压在金属端盖与保温水箱内壳之间的硅胶皮垫实现全玻璃真空集热管与保温水箱壳体之间的紧固连接。

8.根据权利要求1或4任一项所述的热水器，其特征在于，所述相变储热层的右侧端面上有开口。

9.根据权利要求1所述的热水器，其特征在于，所述水箱端盖与保温水箱壳体之间采用可拆卸式螺纹连接。