CN110145877A - 相变控温的真空管防爆增效热水器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种相变控温的真空管防爆增效热水器，聚光板利用加强筋紧固接在相变储热外壳上，相变储热外壳内填充有梯级相变材料，位于梯级相变材料下部设置保温水箱，冷水预热管穿过梯级相变材料至保温水箱内；保温水箱由预热水汇集箱和热水汇集箱构成，中间通过冷热隔板分离；真空玻璃管一端连通预热水汇集箱，另一端连通热水汇集箱，预热水经过玻璃真空管加热后，热水密度降低，沿真空玻璃管下部上升至热水汇集箱内，并经热水出口将热水输出。本发明可有效解决在太阳曝晒情况下，玻璃真空管因进出口冷热水温不均而引起爆管以及集热效率较低等问题，可明显减小真空管进水与高温内壁面的温差，同时显著提高了太阳能的吸收效率，达到了即开即用热水的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种真空管防爆增效热水器，具体涉及一种相变控温的真空管防爆增效热水器。
背景技术
太阳能虽具有取之不尽用之不竭等诸多优点，但它也存在能量密度低、不能连续供能等缺陷。因此，要想高效地利用白天充足的的太阳能在晚间或阴天使用，或者利用夏季的太阳能进行冬季供热(季节性储热)，就需要保证太阳能热水器高效安全地运行。因此，防止热水器的真空管爆裂以及提高真空管的集热效率是现阶段亟需解决的问题。
目前，家用太阳能热水器的集热管形式包括真空玻璃管式、热管式真空管、U形管式真空管等，而真空玻璃管式集热管因其热利用效率高、制造简单、使用寿命较长等优点而成为现阶段的主流选项。但因其工作过程曝晒在高温环境中，在缺水情况下极易导致真空管爆炸等问题，无法保证正常的真空管集热效率，甚至存在较严重的安全风险。
由于真空管热水器防止爆裂传统的做法主要通过在集热管周围布置若干种梯级相变材料，此举在一定程度上可以降低冷热水的温差，但不可避免地带来了集热管占地面积大、储热量小以及不能对白天充足的太阳能加以高效利用等缺点。同时也有通过利用有机工质循环制成热管式集热管的做法，但是这样会在一定程度上减小循环工质的选择空间，增加循环工质成本，显著缩小了集热器应用范围。
中国专利公开号CN206310757U公开了一种实现隔热防爆的太阳能热水器，该太阳能热水器采用了电机驱动可旋转的反光板用于缺水空晒防爆的方法。虽然在一定程度上可以缓解集热管爆炸。但是需要附加大功率电机，驱动整个反光板，系统的稳定性较低，而且在强光照射下，因进出口水温较大，该方法仍存在真空管爆管的风险。此外，中国专利公开号CN108332436A也公开了一种相变辅助加热的槽式太阳能热水器集热系统，通过设计辅助集热装置和主集热装置来增大太阳能利用效率以及提高加热速度和工质加热的温度上限，但是该方法选择特定的循环工质会缩小热水器的工作温度范围。在温度较低的晴朗冬季，基本上会停止工作，而且设备结构复杂，稳定性较低，不利于大面积推广使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对太阳能热水器的真空管在高温环境工作时，易发生爆裂以及集热效率较低等问题，提出一种基于梯级相变控温的真空管防爆增效热水器，能够避免太阳曝晒时，突然向真空管内加入冷水导致爆管的问题，明显提高了太阳能热水器的储热效果，同时在不添加辅助加热装置的情况下，达到即开即用的效果。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种相变控温的真空管防爆增效热水器，包括聚光板、相变储热外壳、冷水预热管、梯级相变材料、保温水箱、隔热层、热水出口、冷热隔板、真空玻璃管、联箱，所述聚光板通过加强筋固定连接在相变储热外壳上，所述相变储热外壳内填充有梯级相变材料，位于梯级相变材料下部设置保温水箱，所述冷水预热管穿过梯级相变材料至保温水箱内；所述保温水箱由预热水汇集箱和热水汇集箱构成，所述保温水箱外部包裹隔热层，中间通过冷热隔板内嵌隔热层将预热水汇集箱和热水汇集箱分离；所述保温水箱左上侧设有用于控制进出水压力的压力平衡阀，所述相变储热外壳下部连接联箱，联箱上安装真空玻璃管，所述真空玻璃管一端连通预热水汇集箱，另一端连通热水汇集箱，所述热水汇集箱侧面设有热水出口；预热水经过玻璃真空管加热后，热水密度降低，沿真空玻璃管下部上升至热水汇集箱内，并经热水出口将热水输出。
进一步，所述相变控温的真空管防爆增效热水器通过支架固定在地面。
进一步，所述聚光板将太阳能聚焦在相变储热外壳的焦线处，聚光板的焦线与冷水预热管的轴线平行。
进一步，所述相变储热外壳内部按照升温的方向依次填充有梯级相变材料，其中，第一类相变材料温度范围为40℃～70℃，第二类相变材料的温度范围为70℃～100℃。
进一步，所述相变储热外壳采用高导热合金制成，所述聚光板的聚光弧度角为π/3～2π/3。
进一步，所述保温水箱与相变储能外壳同轴布置。
本发明的有益效果为：
(1)与现有的全玻璃真空管相比，采用梯级相变材料包裹冷水预热管，冷水进入真空管的水温显著提高，能够避免因真空管进出口冷热不均造成的爆管现象。
(2)聚光板的聚光设计弧度角为π/3～2π/3，使得梯级相变材料吸收的热能全部来自太阳能，供冷水预热升温，高效利用太阳能，提高了真空管的集热效率。
(3)冷热水汇集至预热水汇集箱和热水汇集箱，加快冷水加热的速率，可保证保温水箱中充足的热水，在不增加辅助电加热装置的情况下，能达到即开即用的效果。
总体而言，本发明可有效解决在太阳曝晒情况下，玻璃真空管因进出口水温与管内壁面冷热不均而引起爆管以及集热效率较低等问题，聚光加热梯级相变材料的结构简单，节能环保，实用性强。
附图说明
图1是本发明的相变控温的真空管防爆增效热水器结构主视图；
图2是本发明的相变控温的真空管防爆增效热水器结构左视图；
图中：聚光板1、相变储热外壳2、冷水预热管3、梯级相变材料4、保温水箱5、隔热层6、热水出口7、冷热隔板8、真空玻璃管9、联箱10、预热水汇集箱11、热水汇集箱12、加强筋13、压力平衡阀14、支架15。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种相变控温的真空管防爆增效热水器，如图1所示，其结构包括聚光板1、相变储热外壳2、冷水预热管3、梯级相变材料4、保温水箱5、隔热层6、热水出口7、冷热隔板8、真空玻璃管9、联箱10、预热水汇集箱11、热水汇集箱12、支架15。聚光板1通过加强筋13固定连接在相变储热外壳2上，相变储热外壳2内填充有梯级相变材料4，冷水预热管3穿过梯级相变材料4至保温水箱5内。自来水进入冷水预热管3后吸热以提高水温。预热水汇集箱11和热水汇集箱12构成保温水箱5，保温水箱5外部包裹隔热层6，避免梯级相变材料4和保温水箱5之间进行换热。保温水箱5与相变储能外壳2同轴布置，位于梯级相变材料4下部，中间采取冷热隔板8内嵌隔热层6将预热水汇集箱11和热水汇集箱12分离。压力平衡阀14位于保温水箱5左上侧，用于控制进出水压力。联箱10连接在相变储热外壳2下部，联箱10上安装真空玻璃管9，真空玻璃管9一端连通预热水汇集箱，另一端连通热水汇集箱12。热水汇集箱12设有热水出口7。热水器主体通过支架15固定在地面，预热水汇集箱11的预热水经过玻璃真空管9加热后，热水密度降低，沿真空管下部联箱10上升至热水汇集箱12，经热水出口7将热水输出到达用户端。相变储热外壳采用高导热合金制成。相变储热外壳2内部按照升温的方向依次填充有梯级相变材料，其中，第一类相变材料温度范围为40℃～70℃，第二类相变材料的温度范围为70℃～100℃。
如图2所示，聚光板1通过加强筋13固定在相变储热外壳2上，聚光板1设计成一定弧度(聚光板1的聚光弧度角为π/3～2π/3)，使得相变储热外壳2的焦线处，聚光板的焦线与冷水预热管3的轴线平行，而且相变储热外壳2采用高导热合金制成，保证聚光的热量尽可能传递相变材料中用于预热进水管中的冷水。压力平衡阀14位于相变储热外壳2的外端，用于控制进出口冷热水的压力。
工作原理：太阳能热水器主体由聚光部分、冷水预热部分和加热储水部分组成。当太阳能热水器在太阳照射下工作，聚光板将太阳光均匀聚焦于相变储热外壳的焦线上，而自来水通过包覆有梯级相变材料的冷水预热管进入保温水箱，冷水吸收太阳的热量而迅速升温，预热水进入箱体中的预热水汇集箱，保温水箱周围设置有一定厚度的隔热层，避免相变材料与预热水汇集箱和热水汇集箱换热。箱体内部通过冷热隔板将预热冷水与高温热水分隔，预热水经过真空管加热后，因热水密度小而循环流回热水汇集箱中，通过热水出口沿保温管道输送至生活用水处。
Claims (6)
1.一种相变控温的真空管防爆增效热水器，包括聚光板、相变储热外壳、冷水预热管、梯级相变材料、保温水箱、隔热层、热水出口、冷热隔板、真空玻璃管、联箱，其特征在于：所述聚光板通过加强筋固定连接在相变储热外壳上，所述相变储热外壳内填充有梯级相变材料，位于梯级相变材料下部设置保温水箱，所述冷水预热管穿过梯级相变材料至保温水箱内；所述保温水箱由预热水汇集箱和热水汇集箱构成，所述保温水箱外部包裹隔热层，中间通过冷热隔板将预热水汇集箱和热水汇集箱分离；所述保温水箱左上侧设有用于控制进出水压力的压力平衡阀，所述相变储热外壳下部连接联箱，联箱上安装真空玻璃管，所述真空玻璃管一端连通预热水汇集箱，另一端连通热水汇集箱，所述热水汇集箱侧面设有热水出口；预热水经过玻璃真空管加热后，热水密度降低，沿真空玻璃管下部上升至热水汇集箱内，并经热水出口将热水输出。
2.根据权利要求1所述的相变控温的真空管防爆增效热水器，其特征在于：所述相变控温的真空管防爆增效热水器通过支架固定在地面。
3.根据权利要求1所述的相变控温的真空管防爆增效热水器，其特征在于：所述聚光板将太阳能聚焦在相变储热外壳的焦线处，聚光板的焦线与冷水预热管的轴线平行。
4.根据权利要求1所述的相变控温的真空管防爆增效热水器，其特征在于：所述相变储热外壳内部按照升温的方向依次填充有梯级相变材料，其中，第一类相变材料温度范围为40℃～70℃，第二类相变材料的温度范围为70℃～100℃。
5.根据权利要求1所述的相变控温的真空管防爆增效热水器，其特征在于：所述相变储热外壳采用高导热合金制成，所述聚光板的聚光弧度角为π/3～2π/3。
6.根据权利要求1所述的相变控温的真空管防爆增效热水器，其特征在于：所述保温水箱与相变储能外壳同轴布置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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