CN104595967A - 一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，包括太阳能集热器和储热水箱，所述太阳能集热器的热量传输至储热水箱中储存，所述储热水箱内部设有冷热交换器，冷空气经冷热交换器换热成热空气用于室内供暖。本发明相对于现有太阳能热水器和家用供暖设备，具有制热快，供暖效果好，在安装和使用过程中安全可靠，智能化程度高，耗电量小和无污染等优点。采用分离热管技术，保证了系统热效率高，同时解决了太阳能集热器和系统管路的防冻问题。

Description

一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置

技术领域

本发明属于太阳能利用领域，尤其涉及离散式热管平板太阳能热水器的供暖装置。

背景技术

随着社会的发展，人们的物质文化生活水平得到了显著的提高，太阳能热水器作为一种改善人民生活条件的家用供热供暖设备，无论在城市还是农村都得到了广泛的应用。科学家说认识新能源和正确地运用能源，就意味着认识通往未来的路。目前资源与能源问题日益严重，在保证舒适、健康要求的同时，如何有效且合理分配，利用资源，减少常规能源消耗成为人们不得不面对的问题；近年来国内市场经济飞速发展、企业、行业的产品结构在不断变化，市场竞争激烈，受市场供求关系的影响，中国太阳能热水器行业发展迅速，现今市场上太阳能热水器其容量巨大，主要有平板太阳能热水器和真空管型太阳能热水器；普通平板型太阳能热水器没有防冻功能，不适用于北方；而真空管型太阳能热水器虽然适用于北方，但由于真空管易炸裂，因此维修率高；另外现有市场的太阳能热水器，大多数都是提供日常洗涤用水和洗浴用水，没有供暖系统更没有室内换气功能。本发明的系统设计有室内供暖和换气装置，还能够让楼房的低层用户在使用热水时，出热水时间缓慢，增加了生活用水的浪费现象。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种离散式热管平板太阳能热水器的供暖装置，具有制热快，供暖效果好，在安装和使用过程中安全可靠，智能化程度高，耗电量小和无污染等优点。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，包括平板太阳能集热器和储热水箱，所述平板太阳能集热器设在室外，所述储热水箱设在室内，储热水箱连有储热水箱出水管，且储热水箱内部设有螺旋管式冷凝器；所述平板太阳能集热器内的热管蒸发端，通过蒸汽输出管将热介质传输至螺旋管式冷凝器，螺旋管式冷凝器中的热介质放热冷凝成液态加热储热水箱中的冷水，再通过冷凝液回流管回流至平板太阳能集热器，实现远程传热；所述螺旋管式冷凝器内部设有冷热交换器，冷空气经冷热交换器换热成热空气用于室内供暖。

进一步的，所述平板太阳能集热器包括平板太阳能集热器框架、分离式热管管排、集热器吸热板芯、集热器背板、保温板和透明盖板，所述分离式热管管排和集热器吸热板芯一体设置构成蒸发器，所述蒸发器背面设置集热器背板，在集热器背板背面设置保温板，所述蒸发器四周设置有平板太阳能集热器框架，所述蒸发器上盖设透明盖板；所述蒸发器的分离式热管管排的两头分别由蒸汽输出管和冷凝液回流管连接。

进一步的，所述分离式热管管排中设有集热器温度传感器，所述集热器温度传感器的信号输出端与智能开关的信号输出端连接，所述智能开关的信号输出端与流量控制阀的信号输出端连接，所述流量控制阀控制冷凝液回流管的回流量。

进一步的，所述储热水箱由内至外依次包括内胆、螺旋管冷凝器、储热箱外壳，所述螺旋管冷凝器缠绕设置在内胆的外壁上，所述内胆与储热箱外壳之间填充保温材料。

进一步的，所述螺旋管冷凝器采用薄形紫铜管制成，所述内胆外壁设有螺旋管式弧形凹槽，所述螺旋管冷凝器嵌设在弧形凹槽内。

进一步的，所述冷热交换器上下贯穿内胆设置在储热水箱内，所述冷热交换器进气端与进气扇管道连接，所述进气扇管道与设置在室内的进气扇连接，所述冷热交换器出气端与出气扇管道连接，所述出气扇管道与设置在室内的出气扇连接。

进一步的，所述冷热交换器进气端与管道换向阀出气端连接，所述管道换向阀进气端包括两个，分别为室外空气进气端和室内空气进气端，所述室外空气进气端和室内空气进气端分别与换气扇管道和进气扇管道连接；定时器的信号输出端与管道换向阀的信号输入端连接，切换室外空气进气端和室内空气进气端开闭状态。

进一步的，所述分离式热管管排的蒸汽输出管与气液分离器进口端连接，所述气液分离器的包括两个出口端，分别为蒸汽出口端和液化水出口端，所述蒸汽出口端与螺旋管冷凝器的进口端连接，所述螺旋管冷凝器的冷凝液出口端与液化水出口端汇流至积液杯后，再经过流量控制阀回流至分离式热管管排的冷凝液回流管。流量控制阀安装在积液杯与蒸发器之间，其能够保证储热水箱水位不过高，保证系统安全，防止烫伤，还能保证平板太阳能集热器的蒸发器不在超高压下运行。

进一步的，所述内胆内设置陶瓷加热棒、加热棒温度传感器，所述加热棒温度传感器的信号输出端与加热棒温控开关的信号输入端连接，所述加热棒温控开关的信号输出端与陶瓷加热棒的信号输入端连接；

还包括电子时钟，所述电子时钟的信号输出端与陶瓷加热棒的信号输入端连接。

进一步的，所述螺旋管冷凝器的安装位置高于蒸发器的安装位置。

有益效果：本发明具备以下优点：

1.本发明采用分离式热管和太阳能吸热板芯提高系统的集热能力，利用物质的相变来提高热管热能的能量，利用传热学和流体力学原理将储热水箱的内胆制作成凹形螺旋管槽，内胆的凹形螺旋管槽与冷凝器螺旋管的外壁相吻合，扩大了传热接触面积，这样能有效保持系统传热换热的稳定性。

2.采用分离热管技术，将平板太阳能集热器与储热水箱分离开来，平板太阳能集热器与储热水箱之间采用热介质和冷凝回流形成集热循环管路，防冻问题得以解决。平板太阳能集热器是整个集热传热系统的重要部分，系统在初始状态时，分离式热管管排启动前，在蒸发器内部通道注满制冷剂，这时蒸发器内制冷剂的压力和温度为环境温度下制冷剂的饱和压力和饱和温度；随着集热器吸热板芯吸收太阳辐射能量，集热器吸热板芯温度上升，内部通道内制冷剂开始蒸发，压力和温度开始上升。所述流量控制阀控制冷凝液的回流量，流量控制阀安装在积液杯与蒸发器之间，其能够保证储热水箱水温不过高，保证系统安全，防止烫伤，还能保证平板太阳能集热器的蒸发器不在超高压下运行。当储热水箱内热水温度达到目标温度后，通过调整流量控制阀来切断热量的传输；流量控制阀的调整或关闭能够有效避免系统出现过高压力，如果不停止对蒸发器的供液，在阳光充足的情况下，会使得整个系统压力过高。通过集热器温度传感器控制流量控制阀的工作状态，采用流量控制阀控制冷凝液回流量，保证系统的安全性。

3.本发明采用冷热交换器和气流循环装置提高了系统的换热效率，充分利用太阳能资源实现室内供暖；现有市场的太阳能热水器，大多数都是提供日常洗涤用水和洗浴用水，没有供暖系统更没有室内换气功能。本发明的系统设计有室内供暖和换气功能，现有真空管集热器与传热水箱的连在一起，防冻性能不理想，在寒冷地区有爆管现象，普通平板太阳能没有防冻功能，分离热管太阳能防冻能力强，蒸发器采用工质的相变传热，液体工质不充满整个管子，遇冻时有一定的膨胀空间，加之可以采用防冻工质的热管制作集热器，其抗冻能力尤其为突出。由于采用了分离式热管实现热介质循环和螺旋管式冷凝器放热达到远程传热；因此平板太阳能集热器与储热水箱的布置可以非常灵活方便，平板太阳能集热器既可以布置在窗台、阳台向阳的地方，甚至可以采用壁挂式；同样储热水箱也可以布置在浴室也可以布置在厨房，这样为低层用户太阳能热水器的使用提供了方便，比安装在多层楼顶的太阳能热水器出热水时间快，减少生活用水的浪费现象，这样既可以保证生活用热水及时，又能彻底解决管路的冻裂和结问题。

平板太阳能集热器是整个集热传热系统的重要部分，系统在初始状态时，分离式热管管排启动前，在蒸发器内部通道注满制冷剂，这时蒸发室内制冷剂的压力和温度为环境温度下制冷剂的饱和压力和饱和温度；随着集热器吸热板芯吸收太阳辐射能量，集热器吸热板芯温度上升，内部通道内制冷剂开始蒸发，压力和温度开始上升。工作介质在分离式热管管排内的蒸发形成为满液式蒸发，一方面满液式蒸发有效提升了分离式热管管排蒸发端的换热效率，使得分离式热管管排的热传输效率得到了较大的提升；另一方面蒸发均匀充分，保证了整个集热器吸热板芯表面温度均匀。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为太阳能集热器的内部结构示意图。

附图3为储热水箱的内部结构示意图。

附图4为内胆的结构示意图。

附图5为本发明主要装置安装分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种离散式热管平板太阳能热水器的供暖装置，包括平板太阳能集热器1和储热水箱5，所述平板太阳能集热器1设在室外，所述储热水箱5设在室内储热水箱5连有储热水箱出水管14，提供洗浴用水；所述太阳能集热器1的热量传输至储热水箱5中储存，所述储热水箱5内部设有螺旋管式冷凝器10，螺旋管式冷凝器10内部设有冷热交换器21，冷空气经冷热交换器21换热成热空气用于室内供暖。在正常工况下，平板太阳能集热器1通过蒸汽输出管将热介质输送到储热水箱5中，进入到储热水箱5的热介质放热冷凝成液态，回流至平板太阳能集热器1，实现远程传热。储热水箱5中被加热后的热水通过储热水箱出水管14提供日常洗浴用水时，较现有太阳能热水器而言出热水的时间快，大幅度减少生活用水的浪费现象。

现有真空管集热器与传热水箱的连在一起，防冻性能不理想，在寒冷地区有爆管现象，普通平板太阳能没有防冻功能。分离式热管管排的太阳能防冻能力强，平板太阳能集热器采用工质的相变传热，液体工质不充满整个管子，遇冻时有一定的膨胀空间，加之可以采用防冻工质的热管制作集热器，其抗冻能力尤其为突出。

由于本发明采用了分离式热管管排实现热介质循环和螺旋管式冷凝器放热达到远程传热；因此平板太阳能集热器1与储热水箱5的布置可以非常灵活方便，平板太阳能集热器1既可以布置在窗台、阳台向阳的地方，甚至可以采用壁挂式；同样储热水箱5也可以布置在浴室也可以布置在厨房，这样为低层用户太阳能热水器的使用提供了方便，比安装在多层楼顶的太阳能热水器出热水时间快，减少生活用热水的浪费现象，这样既可以保证生活用热水及时，又能彻底解决管路的冻裂和结问题。

所述平板太阳能集热器1包括平板太阳能集热器框架27、分离式热管管排2、集热器吸热板芯3、集热器背板29、保温板34和透明盖板9，所述分离式热管管排2和集热器吸热板芯3一体设置构成蒸发器4，并在其表面表面涂有太阳能选择性吸热涂层。所述蒸发器4背面设置集热器背板29，在集热器背板29背面设置保温板34，所述蒸发器4四周设置有平板太阳能集热器框架27，所述蒸发器4上盖设透明盖板9。

所述分离式热管管排2中设有集热器温度传感器6，所述集热器温度传感器6的信号输出端与智能开关7的信号输出端连接，所述智能开关7的信号输出端与流量控制阀8的信号输出端连接，所述流量控制阀8控制平板太阳能集热器1热量输出量。所述流量控制阀8的流量设定值包括有小中大三个流量读数，所述智能开关7控制流量阀8的工作状态，集热器温度传感器6的测量端伸入至分离式热管管排2中的流道中，测得蒸发器4内温度低于或高于某一设定值时，并将该信号传递到智能开关7，通过调整流量控制阀8，调节的热量输出量，保证系统的安全性。在正常工况下随着储热水箱5内冷水在热源不断输入的情况下，温度不断升高，整个储热水箱5内工作压力和工作温度也不断升高以适应新的工况下动力学和热力学平衡，这时，平板太阳能集热器1中的工作压力和工作温度也会不断升高，直到储热水箱5内被加热冷水温度达到设定温度，通过智能开关7和流量控制阀8来切断冷凝液的回流。蒸发器4中残留的工质会继续蒸发，上升至螺旋管式冷凝器10冷凝，直到全部干枯形成过热蒸汽。

所述储热水箱5为圆筒体结构，由内至外依次包括内胆11、螺旋管冷凝器10、储热箱外壳，内胆1材料采用导热金属制成，储热箱外壳采用工程塑料制成。所述螺旋管冷凝器10缠绕设置在内胆11的外壁上，所述内胆11与储热箱外壳之间填充保温材料35。在储热水箱5的一侧内壁上端设有水位控制器20，所述储热水箱进水管18连有自动给水电子阀19，水位控制器20的信号输出端与自动给水电子阀19的信号输入端连接。当集热水箱5中的水量低于或高于某一设定值时，可以自动给水或停止供水。

所述螺旋管冷凝器10采用薄形紫铜管制成，紫铜管为可弯曲式软管，所述内胆11外壁设有螺旋管式弧形凹槽，所述螺旋管冷凝器10嵌设在弧形凹槽内。扩大了传热接触面积，这样能有效保持系统传热换热的稳定性。

所述冷热交换器21上下贯穿内胆11设置在储热水箱5内，所述冷热交换器21进气端与进气扇管道23连接，所述进气扇管道23与设置在室内的进气扇22连接，所述冷热交换器21出气端与出气扇管道25连接，所述出气扇管道25与设置在室内的出气扇24连接。

所述冷热交换器21进气端与管道换向阀26出气端连接，所述管道换向阀26进气端包括两个，分别为室外空气进气端和室内空气进气端，所述室外空气进气端和室内空气进气端分别与换气扇管道33和进气扇管道23连接；所述管道换向阀26为三通管道，且可以智能打开和关闭管道换向阀26出气端、室外空气进气端和室内空气进气端三个中的任何一个，所述管道换向阀26的管道换向阀26出气端和室外空气进气端同时打开时，室内空气进气端处于关闭状态，反之管道换向阀26出气端和室内空气进气端处于打开时，室外空气进气端处于关闭状态；定时器36的信号输出端与管道换向阀26的信号输入端连接，轮流切换室外空气进气端和室内空气进气端开闭状态。在系统正常工作的情况下，管道换向阀26的管道换向阀26出气端和室内空气进气端是长开着的，室外空气进气端是关闭的，供暖时，定时器36按照设定的每隔两个小时传递信号至管道换向阀26，此时室内空气进气端切换至关闭状态，室外空气进气端和管道换向阀26出气端处于打开状态，实现智能化切换，进入换气程序，换气时间将持续十分钟，十分钟之后，定时器36传递信号至管道换向阀26，此时再次打开室内空气进气端，关闭室外空气进气端，实现智能化切换，恢复供暖程序。本空调系统工作时，按照上述周期进行智能化供暖，其中具体循环周期的时间可以通过定时器36进行设定。本发明选择在室外空气进气端使用内滚筒暖气片完成室内换气，主要防止在室内换气过程中将室外的冷气带入房间或客厅中，从而影响室内供暖效果。

所述分离式热管管排2的蒸汽输出管与气液分离器30进口端连接，所述气液分离器30的包括两个出口端，分别为蒸汽出口端和液化水出口端，所述蒸汽出口端与螺旋管冷凝器10的进口端连接，所述螺旋管冷凝器10的冷凝水出口端与液化水出口端汇流后回流至积液杯31，再经过流量控制阀(8)与分离式热管管排2的冷凝回流端连接。

所述内胆11内设置陶瓷加热棒15、加热棒温度传感器16，所述加热棒温度传感器16的信号输出端与加热棒温控开关17的信号输入端连接，所述加热棒温控开关17的信号输出端与陶瓷加热棒15的信号输入端连接，所述系统正常工况下可以利用储热水箱5的流进的热介质直接供暖。还包括电子时钟，所述电子时钟的信号输出端与陶瓷加热棒15的信号输入端连接，必要时还可以利用电子时钟夜间低谷价电在储热水箱5中蓄存热能，提高了系统的经济性。

如图5所示本发明的主要装置分布，进气扇22和出气扇24分别安装在室内(房间或客厅)的不同位置，太阳能集热器1安装在窗台、阳台向阳的地方，储热水箱5安装在室内，且所述螺旋管冷凝器10的安装位置高于蒸发器4的安装位置，储热水箱5中内胆11内的热水通过储热水箱出水管14提供日常洗浴用水时，出热水的时间快，减少生活用水的浪费现象。进气扇管道、排气扇管道、换气扇管道包括所有管道或入墙管道的外壁均覆盖有高效保温材料，防止与外界有冷热交换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：包括平板太阳能集热器(1)和储热水箱(5)，所述平板太阳能集热器(1)设在室外，所述储热水箱(5)设在室内，储热水箱(5)连有储热水箱出水管(14)，且储热水箱(5)内部设有螺旋管式冷凝器(10)；所述平板太阳能集热器(1)内的热管蒸发端，通过蒸汽输出管将热介质传输至螺旋管式冷凝器(10)，螺旋管式冷凝器(10)中的热介质放热冷凝成液态加热储热水箱(5)中的冷水，再通过冷凝液回流管回流至平板太阳能集热器(1)，实现远程传热；所述螺旋管式冷凝器(10)内部设有冷热交换器(21)，冷空气经冷热交换器(21)换热成热空气用于室内供暖。

2.根据权利要求1所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述平板太阳能集热器(1)包括平板太阳能集热器框架(27)、分离式热管管排(2)、集热器吸热板芯(3)、集热器背板(29)、保温板(34)和透明盖板(9)，所述分离式热管管排(2)和集热器吸热板芯(3)一体设置构成蒸发器(4)，所述蒸发器(4)背面设置集热器背板(29)，在集热器背板(29)背面设置保温板(34)，所述蒸发器(4)四周设置有平板太阳能集热器框架(27)，所述蒸发器(4)上盖设透明盖板(9)；所述蒸发器(4)的分离式热管管排(2)的两头分别由蒸汽输出管和冷凝液回流管连接。

3.根据权利要求2所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述分离式热管管排(2)中设有集热器温度传感器(6)，所述集热器温度传感器(6)的信号输出端与智能开关(7)的信号输出端连接，所述智能开关(7)的信号输出端与流量控制阀(8)的信号输出端连接，所述流量控制阀(8)控制冷凝液回流管的回流量。

4.根据权利要求3所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述储热水箱(5)由内至外依次包括内胆(11)、螺旋管冷凝器(10)、储热箱外壳，所述螺旋管冷凝器(10)缠绕设置在内胆(11)的外壁上，所述内胆(11)与储热箱外壳之间填充保温材料(35)。

5.根据权利要求4所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述螺旋管冷凝器(10)采用薄形紫铜管制成，所述内胆(11)外壁设有螺旋管式弧形凹槽，所述螺旋管冷凝器(10)嵌设在弧形凹槽内。

6.根据权利要求4所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述冷热交换器(21)上下贯穿内胆(11)设置在储热水箱(5)内，所述冷热交换器(21)进气端与进气扇管道(23)连接，所述进气扇管道(23)与设置在室内的进气扇(22)连接，所述冷热交换器(21)出气端与出气扇管道(25)连接，所述出气扇管道(25)与设置在室内的出气扇(24)连接。

7.根据权利要求6所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述冷热交换器(21)进气端与管道换向阀(26)出气端连接，所述管道换向阀(26)进气端包括两个，分别为室外空气进气端和室内空气进气端，所述室外空气进气端和室内空气进气端分别与换气扇管道(33)和进气扇管道(23)连接；定时器(36)的信号输出端与管道换向阀(26)的信号输入端连接，切换室外空气进气端和室内空气进气端开闭状态。

8.根据权利要求2或6所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述分离式热管管排(2)的蒸汽输出管与气液分离器(30)进口端连接，所述气液分离器(30)的包括两个出口端，分别为蒸汽出口端和液化水出口端，所述蒸汽出口端与螺旋管冷凝器(10)的进口端连接，所述螺旋管冷凝器(10)的冷凝液出口端与液化水出口端汇流至积液杯(31)后，再经过流量控制阀(8)回流至分离式热管管排(2)的冷凝液回流管。

9.根据权利要求8所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述内胆(11)内设置陶瓷加热棒(15)、加热棒温度传感器(16)，所述加热棒温度传感器(16)的信号输出端与加热棒温控开关(17)的信号输入端连接，所述加热棒温控开关(17)的信号输出端与陶瓷加热棒(15)的信号输入端连接；

还包括电子时钟，所述电子时钟的信号输出端与陶瓷加热棒(15)的信号输入端连接。

10.根据权利要求4所述一种离散式热管太阳能热水器的供暖装置，其特征在于：所述螺旋管冷凝器(10)的安装位置高于蒸发器(4)的安装位置。