CN223376081U - 一种基于分离热管的太阳能水热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于分离热管的太阳能水热系统，包括安装在墙体外侧的太阳能单元和安装在墙体内侧的热水器单元，太阳能单元和热水器单元之间通过通气管连通，太阳能单元包括上联箱、下联箱以及连通设置在上联箱和下联箱之间的玻璃管道；玻璃管道包括外层的玻璃管和套接在玻璃管内侧的蒸发管；上联箱和下联箱分别通过通气管与热水器单元连通。本实用新型提出的一种基于分离热管的太阳能水热系统，采用分离式热管构成分离式太阳能水热系统，对能源高效利用，提高了系统稳定性和安全性，使得本太阳能水热系统在各种环境条件下都能正常运作，为用户提供可靠的服务。

Description

一种基于分离热管的太阳能水热系统

技术领域

本实用新型涉及换热器技术领域，具体涉及一种基于分离热管的太阳能水热系统。

背景技术

太阳能，其能量源自太阳内部持续不断的核聚变反应，其过程散发巨大能量。太阳能凭借其清洁无污染、分布广泛以及利用形式多样的显著特性，在国家发展的关键阶段中占据了新能源利用的主导地位。由于太阳能光热技术本身具备结构简单、成本较低的优势，它成为最为普及的太阳能应用技术之一。在建筑能耗中，供暖和热水供应占据了高达75%的比重，凸显了太阳能光热技术的重要性。目前，太阳能技术主要涵盖了自然循环式和强制循环式两大类。然而，在寒冷的气候条件下，太阳能热水管道却面临着严峻的挑战。由于温度过低，管道内的水容易结冰，而结冰后的水体积膨胀，会对水管造成巨大的压力，进而导致水管破裂，甚至胀破水箱，给用户带来不便和损失。针对这一问题，仅仅依靠增加厚保温层往往难以在极低温度的条件下有效防止管道和水箱结冰。此外，在寒冷条件下，太阳能热水器的热量收集和利用效率普遍较低，这意味着我们未能充分利用太阳能这一宝贵的可再生能源来提升热水器的保温性能。这不仅影响了用户的使用体验，也限制了太阳能技术在寒冷地区的大规模推广和应用。因此，改进太阳能热水器的防冻技术和提高其在寒冷条件下的热量收集利用效率，是当前亟待解决的重要课题。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于分离热管的太阳能水热系统，解决现有技术中的太阳能热水器在寒冷条件下的热量收集和利用效率普遍较低的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：一种基于分离热管的太阳能水热系统，包括安装在墙体外侧的太阳能单元和安装在墙体内侧的热水器单元，所述的太阳能单元和热水器单元之间通过通气管连通，所述的太阳能单元包括上联箱、下联箱以及连通设置在上联箱和下联箱之间的玻璃管道。

所述的玻璃管道包括外层的玻璃管和套接在玻璃管内侧的蒸发管，所述的玻璃管与蒸发管之间为真空腔，所述的蒸发管内有传热工质。

所述的上联箱和下联箱分别通过通气管与热水器单元连通。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的热水器单元包括热水器壳体和安装在热水器壳体内的冷凝管，所述的冷凝管与热水器单元连通。

所述的通气管包括第一通气管和第二通气管。

所述的第一通气管连通冷凝管的一端和上联箱，所述的第二通气管连通冷凝管的另一端和下联箱。

所述的蒸发管内布置有铜网。

所述的下联箱与墙体间的距离大于上联箱和与墙体间的距离，且下联箱经连接架与墙体连接。

本实用新型与现有技术相比，具有如下技术效果：

（Ⅰ）本实用新型提出的一种基于分离热管的太阳能水热系统，采用分离式热管构成分离式太阳能水热系统，对能源高效利用，提高了系统稳定性和安全性，使得本太阳能水热系统在各种环境条件下都能正常运作，为用户提供可靠的服务。

（Ⅱ）本实用新型提出的一种基于分离热管的太阳能水热系统，结构简单、操作方便、安全可靠、适应性强。

附图说明

图1为本实用新型的基于分离热管的太阳能水热系统的正面整体结构示意图。

图2为本实用新型的基于分离热管的太阳能水热系统的侧面整体结构示意图。

附图中各个标号含义：

1-太阳能单元，2-热水器单元，3-通气管，4-连接架，5-墙体。

1-1-上联箱，1-2-下联箱，1-3-玻璃管道。

2-1-热水器壳体，2-2-冷凝管。

3-1-第一通气管，3-2-第二通气管。

1-4-玻璃管，1-5-蒸发管。

以下结合实施例对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本实用新型中的所有部件，如无特殊说明，全部采用现有技术中已知的部件。

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在寒冷的气象条件下，太阳能热水器的运作效能会受因低温因素影响，具体表现为水管和热水器可能因内部水分结冰体积膨胀而涨破或冻裂，同时热损失现象也加剧，这些问题直接削弱了太阳能的转化和利用效率。为了有效利用这一可再生能源，缓解当前全球性的能源短缺危机，同时突破环境因素对太阳能利用技术的限制，本实用新型提出一种基于分离热管的太阳能水热系统。

实施例：

本实施例给出一种基于分离热管的太阳能水热系统，如图1-图2所示，包括安装在墙体外侧的太阳能单元1和安装在墙体内侧的热水器单元2，所述的太阳能单元1和热水器单元2之间通过通气管3连通，所述的太阳能单元1包括上联箱1-1、下联箱1-2以及连通设置在上联箱1-1和下联箱1-2之间的玻璃管道1-3。

所述的玻璃管道1-3包括外层的玻璃管1-4和套接在玻璃管1-4内侧的蒸发管1-5，所述的玻璃管1-4与蒸发管1-5之间为真空腔，所述的蒸发管1-5内有传热工质。

所述的上联箱1-1和下联箱1-2分别通过通气管3与热水器单元2连通。

在蒸发管1-5内，传热工质通过玻璃管1-4充分吸收太阳能辐射的热量，传热工质蒸汽进入冷凝管2-2释放大量的热量，冷凝后的传热工质在重力的作用下，沿着通气管3回流到蒸发管1-5。同时，在冷凝管2-2释放的热量通过热传导和对流的方式，被传递给热水器壳体2-1中的水，使水温逐渐升高，最终得到热水。

蒸发管1-5的外部玻璃管1-4吸收太阳的热辐射，并将能量传递给内部的蒸发管1-5。其产生的热量被迅速转化为传热工质内部的能量，促使液体传热工质发生相变，即汽化潜热过程，从而蒸发成蒸汽。

传热工质蒸汽在系统内部微小的压力差驱动下，从蒸发管1-5流向冷凝段。蒸汽到达冷凝管2-2，遇到较冷的管壁，会释放吸收的汽化潜热，重新凝结成液体状态。此时，释放的热量通过冷凝管2-2管壁的高效传导，用于加热冷水。在毛细力的自然作用下，冷凝后的液体传热工质经通气管3回流到蒸发管1-5，完成一个完整的热循环过程。

此过程使得传热工质高效循环利用，还保证了系统持续稳定的能量转换。热水器单元2是将冷凝回流过程中产生的热量直接传递给流经的冷水。冷水密度逐渐减小，上升与热水器壳体2-1内上半段密度较大的冷水形成对流，使得密度较大的冷水能够被引导至热水器壳体2-1底部，充分吸收热量并升温，再参与与上部冷水的对流，形成一个持续不断的加热循环。通过这一过程，热水器壳体2-1内的水温逐渐升高，直至达到用户所需的设定温度。传热工质选用了防冻工质，这种传热工质在极低温度下仍能保持流动性，有效避免了传统系统中因水体积膨胀而导致的水管冻裂问题。分离式太阳能水热系统对能源高效利用，提高了系统稳定性和安全性，使得本太阳能水热系统在各种环境条件下都能正常运作，为用户提供可靠的服务。

作为本实施例的一种优选：

所述的热水器单元2包括热水器壳体2-1和安装在热水器壳体2-1内的冷凝管2-2，所述的冷凝管2-2与热水器单元2连通，热水器壳体2-1起储水作用。

作为本实施例的一种优选：

所述的通气管3包括第一通气管3-1和第二通气管3-2。

所述的第一通气管3-1连通冷凝管2-2的一端和上联箱1-1，所述的第二通气管3-2连通冷凝管2-2的另一端和下联箱1-2。

作为本实施例的一种优选：

所述的蒸发管1-5内布置有铜网；铜网的均布结构促使热量沿管壁均匀扩散，防止局部过热或散热不均，铜网的多孔结构大幅增蒸发管1-5内壁与工作流体的接触面积，加速蒸发端的吸热和冷凝端的放热。

作为本实施例的一种优选：

所述的下联箱1-2与墙体间的距离大于上联箱1-1和与墙体间的距离，且下联箱1-2经连接架4与墙体连接。

本实用新型的具体工作过程：

所述的玻璃管道1-3安置在墙体5之外的室外区域，并采用了双层同心套管结构。内层选用的是导热性能优异、适应温度范围广泛且结构简洁的蒸发管1-5，而外层则包裹着一层玻璃管1-4，其不仅能够在阳光直射下高效吸收太阳能，还能充分利用环境资源，通过玻璃管1-4和蒸发管1-5之间的协同作用，最大化地转化太阳能为热能。这两层玻璃管1-4和蒸发管1-5之间形成了一个真空环形腔体，增强了对太阳能辐射的吸收能力，使得系统能够更高效地利用周围环境的热量。蒸发管1-5内布置有铜网，铜网的均布结构促使热量沿管壁均匀扩散，防止局部过热或散热不均，铜网的多孔结构大幅增加热管内壁与工作流体的接触面积，加速蒸发管1-5的吸热和冷凝管2-2的放热。液态传热工质储存在下联箱1-2和蒸发管1-5底部，受热后发生池式蒸发并气化，产生的蒸汽气泡在蒸发管1-5内上升，最终通过蒸发管1-5上端的开口汇集到上联箱1-1。蒸汽从上联箱1-1进入蒸汽第一通气管3-1，并输送至冷凝管2-2。所述的蒸发管1-5提升了水加热的效率，确保了即使在寒冷冬季，热水的基本供应也能得到保障，而且有效预防了因低温导致的太阳能热水管破裂的风险，从而确保了系统的稳定运行和长期可靠性。所述的真空腔体有效减少了热量损失，进一步提高了系统的整体性能，使得本太阳能水热系统在各种气候条件下都能表现出色，为用户提供持续稳定的热水供应。

所述的冷凝管2-2在热水器壳体2-1内与连接管相连，连接管通过通气管3连接到蒸发管1-5，共同构成一个热交换器。

在冷凝管2-2中，蒸汽将热量释放给冷流体并逐渐液化，形成液态传热工质。液态传热工质在重力作用下，沿通气管3回流至上联箱1-1，最终重新进入蒸发管1-5，完成整个循环。传热工质通过对流换热机制，使得冷凝管2-2能够持续不断地接收并传递来自蒸发管1-5的热量。传热工质在吸收太阳能转化的热能后，通过热传导和热对流的双重作用，将热量高效地传递给流经的冷水。此热传递过程迅速而且均匀，提升了加热效率。结构设计简单高效，安装便捷。

所述的冷凝管2-2将冷凝回流过程中产生的热量高效传递给冷水的核心部件。冷水被加热后，密度变小，产生的密度差异促使加热后的水上升，与热水器壳体2-1内上半段密度较大的冷水形成对流运动。密度较大的冷水能够被引导至热水器壳体2-1底部，充分吸收来自冷凝管2-2的热量并升温，从而形成一个持续不断的加热循环。通过不断的对流和热量交换，热水器壳体2-1内的水温逐渐升高，确保热量传递的高效性和稳定性。

所述的上联箱1-1和下联箱1-2倾斜结构可利用重力有效地分离蒸汽和液体。冷凝后的传热工质可自然回流至蒸发管1-5，降低流动阻力，避免工质滞留。

以上技术方案仅是本实用新型的较优具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本实用新型所揭露的技术范围内，不经创造性劳动想到的变化或替换，都涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于分离热管的太阳能水热系统，包括安装在墙体外侧的太阳能单元（1）和安装在墙体内侧的热水器单元（2），所述的太阳能单元（1）和热水器单元（2）之间通过通气管（3）连通，其特征在于，所述的太阳能单元（1）包括上联箱（1-1）、下联箱（1-2）以及连通设置在上联箱（1-1）和下联箱（1-2）之间的玻璃管道（1-3）；

所述的玻璃管道（1-3）包括外层的玻璃管（1-4）和套接在玻璃管（1-4）内侧的蒸发管（1-5）；

所述的玻璃管（1-4）与蒸发管（1-5）之间为真空腔，所述的蒸发管（1-5）内有传热工质；

所述的上联箱（1-1）和下联箱（1-2）分别通过通气管（3）与热水器单元（2）连通。

2.如权利要求1所述的基于分离热管的太阳能水热系统，其特征在于，所述的热水器单元（2）包括热水器壳体（2-1）和安装在热水器壳体（2-1）内的冷凝管（2-2），所述的冷凝管（2-2）与热水器单元（2）连通。

3.如权利要求2所述的基于分离热管的太阳能水热系统，其特征在于，所述的通气管（3）包括第一通气管（3-1）和第二通气管（3-2）；

所述的第一通气管（3-1）连通冷凝管（2-2）的一端和上联箱（1-1），所述的第二通气管（3-2）连通冷凝管（2-2）的另一端和下联箱（1-2）。

4.如权利要求3所述的基于分离热管的太阳能水热系统，其特征在于，所述的蒸发管（1-5）内布置有铜网。

5.如权利要求1所述的基于分离热管的太阳能水热系统，其特征在于，所述的下联箱（1-2）与墙体间的距离大于上联箱（1-1）和与墙体间的距离，且下联箱（1-2）经连接架（4）与墙体连接。