太陽能速熱水器的製作方法

2023-06-04 06:44:31

專利名稱：太陽能速熱水器的製作方法
技術領域：
本發明涉及太陽能熱水器。
背景技術：
太陽能熱水器一般包括有分體承壓式太陽能熱水器、一體非承壓式太陽能熱水器 和一體承壓式太陽能熱水器。一般的分體承壓式太陽能熱水器由三大模塊組成集熱器、包 括循環泵在內的太陽能工作站和承壓水箱，結構複雜、成本高；一體非承壓式的太陽能熱水 器不但有個龐大的筒型水箱，還因為真空集熱管是豎立排列的，所以必須和太陽保持一定 的傾斜角，才能得熱率高，所以需要傾角支架，水箱、集熱管中的水也不能用盡、剩餘積水在 溫暖環境下長期滋生細菌，非但不能飲用連洗澡都可能危害皮膚，空曬上水會炸玻璃真空 管，空曬容易老化聚氨酯保溫層，有些廠家做的保溫層質量偽劣效果差，冬天晚上熱水就涼 了，很多太陽能熱水器冬天就不能使用了，控制儀表的水位傳感器一般一、二年就因結水垢 而失靈，輸水管路長，冬天易凍裂，剛出水時需要放掉近一臉盆冷水，浪費水資源，安裝也有 較多限制，體積龐大，風阻大、不能抗強颱風，放在面積有限、產權不明的房屋頂部，容易引 起民間糾紛，組件多，安裝麻煩，也不易做成建築一體化，使用壽命短，不美觀，所以有些高 檔住宅小區還加以限制，我國大量充斥的是這種廉價太陽能熱水器幾乎都成擺設；一體承 壓式太陽能熱水器體積也比較龐大；所以現在幾乎所有的太陽能熱水器都不能做到很好的 建築一體化設計，生產工藝複雜、體積龐大，組件多安裝麻煩，能效比差是普遍問題。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能有效解決上述問題的一體化太陽能速熱 水器，採用相變材料，使用儲熱箱替代傳統的熱水箱，體積更小，重量更輕，能效比更高，使 用時通過熱交換加熱用水、即開即用，無需控制儀表，洩壓閥、膨脹罐，集熱管不受太陽光角 度限制，無需傾斜支架；一體化薄型整體結構，可壁掛、內嵌在朝南的牆體或屋頂，與建築一 體化，適用範圍廣，更美觀。為此，本發明採取以下技術方案一種太陽能速熱水器，包括有殼體、保溫層、集熱器和熱交換水管，所述殼體內設 有儲熱箱，所述儲熱箱包括有箱體，所述箱體內填充有第一相變材料，所述的相變材料內埋 設所述的熱交換水管；所述集熱器由多個並排布置的玻璃真空集熱管組成，所述玻璃真空 集熱管內填充有第二相變材料，所述的儲熱箱上設有連接所述玻璃真空集熱管的接口，所 述玻璃真空集熱管的一端封閉，另一端敞口，所述玻璃真空集熱管的敞口端連接儲熱箱的 接口，所述儲熱箱中的第一相變材料與玻璃真空集熱管內相鄰端的第二相變材料直接連接 進行熱傳遞；所述熱交換水管的一端為進水端，一端為出水端。相變材料是指隨溫度變化而改變形態並能提供潛能的物質。目前對國內外相變材 料(phase change materials, PCM)儲熱性能的研究越來越多，相變材料有獨特的潛熱性 能它在其物相變化過程中，可以從環境吸收熱(冷)量或向環境放出熱(冷)量從而達到熱量儲存和釋放的目的。從現在應用普遍程度來看，相變材料主要使用的是固液相變材料 和固固相變材料。把載體基質做成微膠囊、多孔泡沫塑料或三維網狀結構，再把相變材料灌 注於其中，這樣微觀上仍是發生固-液相變，進行儲能控溫。但從蓄能材料的整個宏觀特性 上來看仍然保持其固體形狀。所述儲熱箱呈平板式回形框架結構，所述的第一相變材料填充在回形管路中，所 述集熱器布置在所述儲熱箱回形框架內，所述接口布置在回形框架內壁的一側，回形框架 內壁對應另一側安裝有支撐玻璃真空集熱管的管託。所述熱交換水管為紫銅盤管。所述第一、第二相變材料是固-固相變材料。所述的儲熱箱由鋁合金型材構成。所述的第一、第二相變材料為納米多孔石墨基相變儲能複合材料。所述的第一、第二相變材料為膨脹陶瓷微粒基相變複合材料。所述保溫層安裝在殼體內，布置在儲熱箱的外側，殼體、保溫層與儲熱箱形狀匹 配。所述儲熱箱呈普通的長方體結構，玻璃真空集熱管布置在儲熱箱的側面。所述儲熱箱呈圓筒結構，玻璃真空集熱管布置在儲熱箱的側面。本發明的工作原理是經過太陽光照射的集熱器，通過導熱良好的相變材料，把熱 量傳遞到儲熱箱中的相變材料中並保存起來，使用時才進行熱交換。使用時，打開水龍頭， 冷水流經儲熱箱中的熱交換水管，熱交換水管內的水獲得熱量升高溫度，到達出口處時，水 已到達理想的使用溫度，達到了即開即用即熱的目的。本發明的優點是1、採用熱交換結構，集熱器中不走水，採用高儲熱性能和導熱 性能的相變材料，使用時才通過置換儲熱箱中相變材料的熱量出來加熱用水，可以通過選 擇相變材料的相變溫度點來選擇合適的相變材料，比如說60攝氏度，這樣儲熱材料熱輻射 少，熱量損失少，保溫要求不高，可以比傳統太陽能熱水器的保溫層薄；2、由於相變材料能 存儲大量的熱能，相同質量的相變材料能比水存儲多一倍以上的熱能，因此體積可以做的 更小；3、由於相變材料能存儲大量的熱能，而溫度卻並沒多大的升高，因此空曬也不至於導 致溫度升高到破壞保溫層，而傳統太陽能熱水器空曬會引起超高溫，暴曬會引起高溫水蒸 汽來老化損壞聚氨酯保溫層，降低使用壽命；4、實際上對本發明而言空曬也是種使用形式， 就像對蓄電池充電一樣，給儲熱箱充熱能，使用時再接水管也沒問題，是軍事、野外作業的 一種移動應用形式；5、採用一體薄型板式整體結構，體積小，重量輕，方便運輸、安裝快捷， 可內嵌在朝南的牆體內或放置屋頂上，產品與建築一體化，適用範圍廣，更美觀；6、除熱交 換水管外不需要承壓，耐低溫寒凍，而且輸水管路短，有效避免了管路凍裂的問題；7、所述 儲熱箱只要密閉、承壓力不強，採用鋁合金型材，不需焊接設備，加工簡單，製造高效；8、所 述系統用水時即開即熱，基本恆溫，不需要電腦控制系統、洩壓閥、膨脹罐，結構簡單可靠。


圖1為本發明整體結構示意圖；圖2為本發明另一種結構示意圖。(五)具體實施例實施例一參照附圖1，一種太陽能速熱水器，包括有殼體6、保溫材料5組成的保溫層、集熱 器和熱交換水管4，所述熱交換水管為紫銅盤管，為了提高熱交換效率，熱交換水管可以套 裝肋片。所述殼體內設有儲熱箱2，所述儲熱箱包括有箱體21，所述箱體內填充有第一相變 材料3，所述的相變材料內埋設所述的熱交換水管；所述集熱器由多個並排布置的玻璃真 空集熱管1組成，所述玻璃真空集熱管內填充有第二相變材料8，所述的儲熱箱上設有連接 所述玻璃真空集熱管的接口，所述玻璃真空集熱管的一端封閉，另一端敞口，接口與儲熱箱 一體成型，所述玻璃真空集熱管的敞口端插入儲熱箱的接口，儲熱箱在接口處設有0型矽 橡膠圈，套住玻璃真空集熱管，起固定、密封作用，所述儲熱箱中的第一相變材料與玻璃真 空集熱管內相鄰端的第二相變材料直接連接進行熱傳遞；所述熱交換水管的一端為進水端 41，一端為出水端42。所述儲熱箱由鋁合金型材構成，呈回形框架結構，所述的第一相變材料填充在回 形管路中，所述集熱器布置在所述儲熱箱回形框架內，所述接口布置在回形框架內壁的一 側，回形框架內壁對應另一側安裝有支撐玻璃真空集熱管的管託7。所述的第一、第二相變材料為納米多孔石墨基相變儲能複合材料，屬於固-固相 變材料。所述保溫層安裝在殼體內，布置在儲熱箱的外側，殼體、保溫層與儲熱箱形狀匹 配，所述殼體由鋁合金型材或其它金屬材料構成，所述儲熱箱為板式結構，保溫層同時起到 保溫和作為內部的支撐作用。所述殼體由玻璃纖維複合樹脂板構成，所述殼體的4個角設 有固定結構，可以通過膨脹螺栓和建築物固定。玻璃真空集熱管內管的外表面是特種材料塗層，可以有效吸收太陽輻射能。當太 陽能光子撞擊膜層的時候，光能轉化為熱能，並傳導給玻璃真空集熱管內的第二相變材料， 第二相變材料把熱能傳遞到儲熱箱中的第一相變材料並儲存起來，需要用水時，冷水流經 儲熱箱中的管路被加熱成熱水後流出，由於相變材料具有恆溫特性，所以熱水幾乎也是恆 溫的。本發明所述的太陽能速熱水器為一體薄型整體板式，採用壁掛南牆、屋頂的安裝 結構，太陽能速熱水器的四個角上有緊固螺母，可通過膨脹螺栓固定在牆體或屋頂，由於結 構一體，運輸安裝簡單，使用中幾乎是免維護的。實施例二 所述的第一、第二相變材料為膨脹陶瓷微粒基相變複合材料，屬於 固-固相變材料，其他同實施例一。實施例三所述的第一相變材料為膨脹陶瓷微粒基相變複合材料，第二相變材料 為納米多孔石墨基相變儲能複合材料，均屬於固-固相變材料，所述儲熱箱中的熱交換水 管是不鏽鋼材質的承壓水管，其他同實施例一。實施實例四參考附圖2，所述儲熱箱52為長方體，置於殼體51的保溫層55內，熱交換水管M 置於儲熱箱中的相變材料53中，一端為進水口 M1，一端為出水口 M2，玻璃真空集熱管51 安裝在儲熱箱的側面，另一頭由支架57和管託58支撐，玻璃真空集熱管55內填充有相變 材料59，其他同實施例一。
實施實例五所述儲熱箱為圓筒狀，其它同實施實例四。
權利要求
1.一種太陽能速熱水器，包括有殼體、保溫層、集熱器和熱交換水管，其特徵在於所 述殼體內設有儲熱箱，所述儲熱箱包括有箱體，所述箱體內填充有第一相變材料，所述的相 變材料內埋設所述的熱交換水管；所述集熱器由多個並排布置的玻璃真空集熱管組成，所 述玻璃真空集熱管內填充有第二相變材料，所述的儲熱箱上設有連接所述玻璃真空集熱管 的接口，所述玻璃真空集熱管的一端封閉，另一端敞口，所述玻璃真空集熱管的敞口端連接 儲熱箱的接口，所述儲熱箱中的第一相變材料與玻璃真空集熱管內相鄰端的第二相變材料 直接連接進行熱傳遞；所述熱交換水管的一端為進水端，一端為出水端。
2.如權利要求1所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述儲熱箱呈平板式回形框架 結構，所述的第一相變材料填充在回形管路中，所述集熱器布置在所述儲熱箱回形框架內， 所述接口布置在回形框架內壁的一側，回形框架內壁對應另一側安裝有支撐玻璃真空集熱管的管託。
3.如權利要求2所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述熱交換水管為紫銅盤管。
4.如權利要求3所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述第一、第二相變材料是 固-固相變材料。
5.如權利要求4所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述的儲熱箱由鋁合金型材構成。
6.如權利要求4所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述的第一、第二相變材料為納 米多孔石墨基相變儲能複合材料。
7.如權利要求4所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述的第一、第二相變材料為膨 脹陶瓷微粒基相變複合材料。
8.如權利要求4所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述保溫層安裝在殼體內，布置 在儲熱箱的外側，殼體、保溫層與儲熱箱形狀匹配。
9.如權利要求1所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述儲熱箱呈普通的長方體結 構，玻璃真空集熱管布置在儲熱箱的側面。
10.如權利要求1所述的太陽能速熱水器，其特徵在於所述儲熱箱呈圓筒結構，玻璃 真空集熱管布置在儲熱箱的側面。
全文摘要
一種太陽能速熱水器，包括有殼體、保溫層、集熱器和熱交換水管，所述殼體內設有儲熱箱，所述儲熱箱包括有箱體，所述箱體內填充有第一相變材料，所述的相變材料內埋設所述的熱交換水管；所述集熱器由玻璃真空集熱管組成，所述玻璃真空集熱管內填充有第二相變材料，所述儲熱箱中的第一相變材料與玻璃真空集熱管內的第二相變材料直接連接進行熱傳遞。本發明集熱器中不走水，採用相變材料，使用時才通過置換儲熱箱中相變材料的熱量出來加熱用水，這樣儲熱材料熱輻射少，熱量損失少，保溫要求不高，可以比傳統太陽能熱水器的保溫層薄。
文檔編號F24J2/34GK102109227SQ201110056090
公開日2011年6月29日 申請日期2011年3月8日 優先權日2011年3月8日
發明者俞險峰 申請人:俞險峰