CN205641614U - 一种太阳能防冻装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能防冻装置，包括集热箱、水箱和套管，套管外围设有相变材料，相变材料外围设有吸热材料；套管分热水管和冷水管，热水管上部连接集热箱、下部连接出水阀，冷水管上部连接水箱、下部连接出水阀；水箱与冷水管的连接处设有调节阀，热水管和冷水管的上部通过旁通管连接，旁通管上设有旁通阀。本实用新型双层隔热节能效果更明显，套管内的水起到缓冲带的隔热作用，套管内的水所散失的能量储存到石蜡相变材料中，当管内温度较低时，石蜡相变材料的热量可以传回套管；充分利用存留在套管内水的热能，根据热管和冷管温度差达到管内水的加热和冷却效果，由热水和冷水的密度差而产生压力差，形成管内水的循环流动。

Description

一种太阳能防冻装置

技术领域

本实用新型涉及太阳能热水器防冻技术领域，具体涉及一种太阳能防冻装置。

背景技术

寒冷地区冬季的室外温度比较低，家用太阳能受到环境的影响而不能正常使用是目前较为普遍的现象，为解决这一问题，目前有采用伴热带、排空阀以及低速排放太阳能热水等多种方法。

将伴热带套在供回水管上，然后再外缠黑色保温棉，伴热带加热功率根据使用环境不同略有差别，平均在1W/m。太阳能集热器安装位置一般在所居住房间屋顶，按照正常补水管道敷设距离为10m，用户侧供水管长5m，日功耗P=15W/1000*24=0.36kW*h。电能是高品位能源，直接用于加热是非常浪费的，而且伴热带能保证的最低水温是0℃以上，即补水管和用户侧供水管不结冻，冬季在使用太阳能热水时往往会因为水管内储存冷水而需要放掉这部分低温水，这样就造成水资源的浪费，给用户造成极大的损失。

采用排空阀防冻的缺点是无法即时即用，同时补水侧排空势必造成水资源浪费。

采用低速排放太阳能热水来防冻的装置，会造成水资源和热量的双重浪费，而且浪费水量有可能超过排空浪费的水量。

申请号为201210361813.4的一种太阳能防冻管的发明专利即为采用套管技术，但其是通过套管内部电阻丝达到防冻效果，太阳能的贮热水箱因为水温过高在夜间也会向周围环境散热，如果设置合理，这部分散失的能量是可以用来加热供水管。

申请号为201320027618.8的专利通过采用变频微型泵防止管路冻堵，同时还采用了温度测控系统，这些均为耗电设备，不仅初投资较大，而且运行管理也不方便，节能效果不理想。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种太阳能防冻装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种太阳能防冻装置，包括集热箱、水箱和套管，所述套管外围设有相变材料，所述相变材料的外围设有吸热材料；套管分热水管和冷水管，所述热水管上部连接集热箱、下部连接出水阀，所述冷水管上部连接水箱、下部连接出水阀。所述水箱与冷水管的连接处设有调节阀，所述热水管和冷水管的上部通过旁通管连接，所述旁通管上设有旁通阀。

为了防止热桥现象的产生，所述出水阀与热水管、冷水管的连接处设有绝热橡皮圈。

为了使相变材料受热均匀，所述套管的外围设有环形隔离片，所述环形隔离片设有多个，相邻两个环形隔离片的距离为5~15cm。

为了隔热效果良好，所述相变材料的厚度不小于1厘米，所述相变材料为石蜡。

为了给集热箱供水，所述集热箱和水箱之间通过供水管相连，所述供水管上设有可滑动绝热片。

本实用新型相对于现有技术具有以下优点：

1、本实用新型双层隔热节能效果更明显，套管内的水起到缓冲带的隔热作用，同时套管内的水所散失的能量储存到石蜡相变材料中，当管内温度较低时，石蜡相变材料的热量可以传回套管。

2、本实用新型充分利用存留在套管内水的热能，根据热管和冷管温度差达到管内水的加热和冷却效果，由于热水和冷水的密度差从而产生压力差，形成管内水的循环流动。

3、本实用新型可以同时保证供热水管和自来水管不结冻，满足农村地区紧凑式太阳能集热器用户的使用。

4、本实用新型石蜡相变材料外层采用黑色吸热材料，白天可以吸收太阳能热量，用来加热套管内循环水。

5、本实用新型无需用电，做到了真正意义上的无电防冻技术。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型套管的剖面图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的一种太阳能防冻装置做进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型的一种太阳能防冻装置，包括集热箱2、水箱3和套管4，套管4的外围是石蜡相变材料5，石蜡相变材料5的外围设有黑色的吸热材料6；套管4分热水管和冷水管，热水管上部连接集热箱2、下部连接出水阀10，冷水管上部连接水箱3、下部连接出水阀10，出水阀10与热水管、冷水管的连接处设有绝热橡皮圈9，水箱3与冷水管的连接处设有调节阀8，热水管和冷水管的上部还通过旁通管11连接，旁通管11上设有旁通阀7。

此外，套管4的外围每间隔10cm还设有环形隔离片，这样可以使石蜡相变材料均匀受热，石蜡相变材料的厚度不小于1厘米，这样隔热效果好；集热箱2通过供水管12从水箱3中补给水，供水管12上设了可滑动绝热片1。

工作过程：如图1所示，用户侧供水管采用套管4，从水箱3下侧壁开孔，套管4外套有石蜡相变材料5，石蜡外层采用黑色吸热材料6，在最后一次热水使用之后，由管内热水向石蜡传热并最终达到平衡，由于热水的密度低于冷水的密度，所以热水在自然重力下持续流回集热箱，为了防止冷水过多流入集热箱，可通过调节阀8控制。暴露在室外的水管由于黑色材料的吸热使石蜡融化，温度升高，夜间随着套管内水温降低，会出现石蜡加热套管水的现象，由于室外管环境温度较低更容易结冻，采用石蜡相变材料贮热之后，可延迟管内水温降低。在室外管水温降低前，打开旁通阀7，实现热水管和冷水管的闭式循环。为了防止热桥现象的产生，在用户侧出口处安装绝热橡皮圈9，在使用热水时橡皮圈堵住套管连接处使水箱内热水只沿着内管流出，当关闭阀门时橡皮圈在弹簧力作用下恢复正常，内外管连通，由于内管水温在刚使用之后水温接近水箱水温，而外管继续向石蜡传热，这样会导致内管和外管之间的温差，水温在30-80℃范围内时，密度随水温变化的梯度是-0.42kg/℃,温度为0-20℃时，单位温度降下密度梯度为-0.083 kg/℃，热水箱水温一般在50-80℃，在30-80℃这个范围内，而且温度越高，密度变化越大。

套管结构：靠近外管壁处的石蜡首先融化，液相石蜡会产生静压作用导致底部石蜡层融化速度较快，然后逐步上移，从而导致底部形成热桥，为了防止石蜡融化后静压的影响，在套管外壁每相隔10cm安装环形隔离片，隔离片可以起到固定和分割作用，使石蜡均匀融化，极端换热情况下也需要保证石蜡层距离外界环境有1cm的厚度，以石蜡60为例，固相石蜡导热系数为0.558W/K，液相导热系数为0.335W/K。保证石蜡不全部融化从而使最外界石蜡起到隔热作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种太阳能防冻装置，包括集热箱（2）和水箱（3），其特征在于，还包括套管（4），所述套管（4）外围设有相变材料（5），所述相变材料（5）的外围设有吸热材料（6）；所述套管（4）分热水管和冷水管，所述热水管上部连接集热箱（2）、下部连接出水阀（10），所述冷水管上部连接水箱（3）、下部连接出水阀（10）。

2.如权利要求1所述的一种太阳能防冻装置，其特征在于，所述水箱（3）与冷水管的连接处设有调节阀（8），所述热水管和冷水管的上部通过旁通管（11）连接，所述旁通管（11）上设有旁通阀（7）。

3.如权利要求2所述的一种太阳能防冻装置，其特征在于，所述出水阀（10）与热水管、冷水管的连接处设有绝热橡皮圈（9）。

4.如权利要求3所述的一种太阳能防冻装置，其特征在于，所述套管（4）的外围设有环形隔离片。

5.如权利要求4所述的一种太阳能防冻装置，其特征在于，所述环形隔离片设有多个，相邻两个环形隔离片的距离为5~15cm。

6.如权利要求5所述的一种太阳能防冻装置，其特征在于，所述相变材料（5）的厚度不小于1厘米。

7.如权利要求6所述的一种太阳能防冻装置，其特征在于，所述相变材料（5）为石蜡。

8.如权利要求7所述的一种太阳能防冻装置，其特征在于，所述集热箱（2）和水箱（3）之间通过供水管（12）相连，所述供水管（12）上设有可滑动绝热片（1）。