一種帶水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的相變儲熱太陽能熱水器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種帶水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的相變儲熱太陽能熱水器，包括一相變儲熱太陽能熱水器、一內(nèi)部攜帶有蒸發(fā)介質(zhì)的過熱保護(hù)裝置以及一水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)，過熱保護(hù)裝置包括蒸發(fā)管和冷凝管，蒸發(fā)管的出口端與冷凝管的進(jìn)口端連通，冷凝管的出口端與蒸發(fā)管的進(jìn)口端連通，蒸發(fā)管埋設(shè)于相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)，水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)包括進(jìn)水管、回水管、換熱管和單向?qū)ㄔ?，進(jìn)水管與回水管通過換熱管相連，蒸發(fā)管與換熱管傳熱接觸，換熱管與相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)的相變儲熱材料進(jìn)行熱交換；本實用新型在無水源和電源的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)自動循環(huán)，使得相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部溫度不會過高，而且保證了熱水器內(nèi)部各處溫度均勻，有助于強(qiáng)化散熱。
【專利說明】一種帶水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的相變儲熱太陽能熱水器
[【技術(shù)領(lǐng)域】]
[0001]本實用新型涉及太陽能熱水器【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是一種帶水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的相變儲熱太陽能熱水器。
[【背景技術(shù)】]
[0002]隨著中國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，對能源的需求亦隨之遞增。目前能源消耗主要為煤、石油和天然氣等化石燃料。由于我國石油儲量有限，目前將近50%的原油依靠進(jìn)口，煤依然是我國主要的燃料動力來源，燃煤引起的環(huán)境問題已成為我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中必須認(rèn)真對待的問題。太陽能是一種巨大的對環(huán)境無污染的能源，地球每秒獲得的太陽能量相當(dāng)于燃燒500萬噸優(yōu)質(zhì)煤發(fā)出的能量。
[0003]我國是世界上太陽能最豐富的國家之一，我國太陽能輻照總量大于502萬千焦平方米，年日照時數(shù)2200小時的地區(qū)約占我國國土面積2/3以上，特別是西部地區(qū)，年日照時間達(dá)3000小時以上。我國利用太陽能取得了舉世矚目的成績，其中太陽能熱水器行業(yè)發(fā)展尤為迅速，正成為一個新興產(chǎn)業(yè)。
[0004]近幾年來，太陽能熱水器以每年遞增20%至30%的速度增長。我國太陽能產(chǎn)業(yè)起步較晚，尚處于發(fā)展初期，與國外同行差距較大，目前太陽能的應(yīng)用主要集中在低品質(zhì)太陽能利用方面，國內(nèi)使用的太陽能熱水器主要有:悶曬式太陽熱水器、平板太陽熱水器、玻璃真空管太陽能熱水器和熱管玻璃真空管太陽能熱水器等。近年來也有采用塑料-水管的低端太陽能集熱器的。這些低端的、以真空玻璃板/管直接走水的太陽能熱水器，其缺點是保溫性能差，接口多易漏水，抵抗低溫能力差，易碎易爆裂，體積大，重量重，熱效率較低。
[0005]相變儲能及技術(shù)能將能量以相變潛熱的形式儲藏于相變材料(Phase ChangeMaterials, PCMs)中，實現(xiàn)能量在不同時空之間的轉(zhuǎn)換。利用相變材料的相變潛熱實現(xiàn)能量的儲存和利用，有助于提高能源利用效率和開發(fā)可再生能源，是近年來能源科學(xué)和材料科學(xué)領(lǐng)域中一個十分活躍的前沿研究方向。與顯熱儲能技術(shù)相比，相變儲能技術(shù)具有儲能密度高、體積小巧、溫度控制恒定、節(jié)能效果顯著、相變溫度選擇范圍寬、易于控制等優(yōu)點，在航空航天、太陽能利用、采暖和空調(diào)、供電系統(tǒng)優(yōu)化、醫(yī)學(xué)工程、軍事工程、蓄熱建筑和極端環(huán)境服裝等眾多領(lǐng)域具有廣闊的前景。
[0006]現(xiàn)有相變儲熱太陽能熱水器防過熱的措施一般是采用T/P閥定溫排水或者遮陽簾的方式來防止過熱；采用T/P閥定溫防水需保證相變儲熱太陽能熱水器與自來水暢通，在房屋尚未交付或長期無人居住時存在自來水不通造成過熱的危險，且過熱保護(hù)啟動時需排放大量熱水，造成浪費；采用自動遮陽簾的方式，系統(tǒng)復(fù)雜，投資大，故障率高，也消耗電能；且以上兩種措施均具有無法保證相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部各處溫度均勻的缺點。
[實用新型內(nèi)容]
[0007]本實用新型的目的就是要解決上述的不足而提供一種帶水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的相變儲熱太陽能熱水器，不僅在無水源和電源的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)自動循環(huán)，使得相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部溫度不會過高，而且保證了熱水器內(nèi)部各處溫度均勻，且有助于強(qiáng)化散熱。
[0008]為實現(xiàn)上述目的設(shè)計一種帶水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的相變儲熱太陽能熱水器，包括一相變儲熱太陽能熱水器、一內(nèi)部攜帶有蒸發(fā)介質(zhì)的過熱保護(hù)裝置以及一水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)，所述過熱保護(hù)裝置安裝在相變儲熱太陽能熱水器上部，所述水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)置在相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部，所述過熱保護(hù)裝置包括將蒸發(fā)介質(zhì)蒸發(fā)成為汽體的蒸發(fā)管和將汽體冷凝成為蒸發(fā)介質(zhì)的冷凝管，所述蒸發(fā)管的出口端與冷凝管的進(jìn)口端連通，所述冷凝管的出口端與蒸發(fā)管的進(jìn)口端連通，所述蒸發(fā)管全部或部分埋設(shè)于相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)，所述水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)包括進(jìn)入相變儲熱太陽能熱水器的進(jìn)水管、流出相變儲熱太陽能熱水器的回水管、換熱管和單向?qū)ㄔ?，所述進(jìn)水管與回水管通過換熱管相連，所述進(jìn)水管與回水管上分別安裝有單向?qū)ㄔ?，所述蒸發(fā)管與換熱管傳熱接觸，所述換熱管與相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)的相變儲熱材料進(jìn)行熱交換。
[0009]所述單向?qū)ㄔ▎蜗驅(qū)ㄔ缓蛦蜗驅(qū)ㄔ鰡蜗驅(qū)ㄔ话惭b在進(jìn)水管上，所述單向?qū)ㄔ惭b在回水管上，所述進(jìn)水管的進(jìn)水口連接單向?qū)ㄔ坏某鏊?，所述回水管的出水口連接單向?qū)ㄔ倪M(jìn)水口。
[0010]所述單向?qū)ㄔ坏倪M(jìn)水口與單向?qū)ㄔ某鏊谶B通。
[0011]所述冷凝管的出口端通過管路連接蒸發(fā)管的進(jìn)口端，或者所述冷凝管的進(jìn)口端通過管路連接蒸發(fā)管的出口端，所述管路或者冷凝管上連通有空氣罐。
[0012]所述單向?qū)ㄔ坏倪M(jìn)水口與單向?qū)ㄔ某鏊谥g連通有補(bǔ)水管和空氣罐二。
[0013]所述單向?qū)ㄔ閱蜗蜷y或電動閥。
[0014]所述蒸發(fā)介質(zhì)為沸點小于或等于150°C的材料。
[0015]所述蒸發(fā)介質(zhì)為水、酒精、防凍液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或異丙醇。
[0016]所述蒸發(fā)管為銅管、鋁管、不銹鋼管或翅片管。
[0017]所述冷凝管為銅管、鋁管、不銹鋼管或翅片管。
[0018]本實用新型同現(xiàn)有技術(shù)相比，結(jié)構(gòu)簡單，通過在相變儲熱太陽能熱水器上部安裝內(nèi)部灌注有蒸發(fā)介質(zhì)的過熱保護(hù)裝置，該過熱保護(hù)裝置采用蒸發(fā)管和冷凝管組成自循環(huán)回路，從而在無水源和電源的情況下，自動循環(huán)，保證相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部溫度不會過高，可節(jié)約水源和電力；并且，相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部設(shè)置有水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)，該水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)采用進(jìn)水管、換熱管、回水管和兩個單向?qū)ㄔ?gòu)成循環(huán)回路，從而當(dāng)熱水器溫度達(dá)到某一值時，換熱管內(nèi)的水受熱膨脹壓力增大，同時蒸發(fā)管不斷散熱使得換熱管與此接觸的部分降溫冷卻壓力降低，在回路內(nèi)形成壓力差，推動水在回路內(nèi)單向循環(huán)，保證了熱水器內(nèi)部各處溫度均勻，且有助于強(qiáng)化散熱；此外，空氣罐的設(shè)立是為了在輻射很強(qiáng)，當(dāng)蒸汽量很大時，由于氣體可以壓縮，因此過多的空氣會進(jìn)入空氣罐內(nèi)形成壓縮空氣，由此形成了緩沖，性能非?？煽?。
[【專利附圖】

【附圖說明】]
[0019]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本實用新型中水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖中:1、相變儲熱太陽能熱水器2、蒸發(fā)管3、空氣罐4、冷凝管5、管路6、回水管7、進(jìn)水管8、單向?qū)ㄔ?9、單向?qū)ㄔ?10、換熱管。
[【具體實施方式】]
[0022]下面結(jié)合附圖對本實用新型作以下進(jìn)一步說明:
[0023]如附圖所示，本實用新型包括:一相變儲熱太陽能熱水器1、一內(nèi)部攜帶有蒸發(fā)介質(zhì)的過熱保護(hù)裝置以及一水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)，過熱保護(hù)裝置安裝在相變儲熱太陽能熱水器上部，水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)置在相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部，過熱保護(hù)裝置包括將蒸發(fā)介質(zhì)蒸發(fā)成為汽體的蒸發(fā)管2和將汽體冷凝成為蒸發(fā)介質(zhì)的冷凝管4，蒸發(fā)管的出口端與冷凝管的進(jìn)口端連通，冷凝管的出口端與蒸發(fā)管的進(jìn)口端連通，蒸發(fā)管全部或部分埋設(shè)于相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)，水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)包括進(jìn)入相變儲熱太陽能熱水器的進(jìn)水管7、流出相變儲熱太陽能熱水器的回水管6、連接進(jìn)水管與回水管并且與相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)的相變儲熱材料進(jìn)行熱交換的換熱管10和多個單向?qū)ㄔ?，單向?qū)ㄔ梢詾榈幌抻趩蜗蜷y或電動閥，進(jìn)水管與回水管在相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部通過換熱管相連，進(jìn)水管與回水管上分別安裝有單向?qū)ㄔ?，蒸發(fā)管與換熱管傳熱接觸。
[0024]本實用新型中，單向?qū)ㄔ▎蜗驅(qū)ㄔ?9和單向?qū)ㄔ?8，單向?qū)ㄔ话惭b在進(jìn)水管上，單向?qū)ㄔ惭b在回水管上，進(jìn)水管的進(jìn)水口連接單向?qū)ㄔ坏某鏊冢厮艿某鏊谶B接單向?qū)ㄔ倪M(jìn)水口。進(jìn)水管連接的單向?qū)ㄔ坏倪M(jìn)水口與回水管連接的單向?qū)ㄔ某鏊谑沁B通的，并且中間可以連通補(bǔ)水管和空氣罐二。冷凝管的出口端通過管路5連接蒸發(fā)管的進(jìn)口端，或者冷凝管的進(jìn)口端通過管路連接蒸發(fā)管的出口端，管路或者冷凝管上連通有空氣罐3，該管路是為了蒸發(fā)管和冷凝管的連接方便；蒸發(fā)介質(zhì)為沸點小于或等于150°C的材料，如蒸發(fā)介質(zhì)可以為但不限于水、酒精、防凍液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或異丙醇，蒸發(fā)管可以為但不限于銅管、鋁管、不銹鋼管或翅片管，冷凝管可以為但不限于銅管、鋁管、不銹鋼管或翅片管。
[0025]相變儲熱太陽能熱水器的特點是:當(dāng)用戶不使用時，相變儲熱太陽能熱水器的內(nèi)部沒有水流通過，太陽輻射能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軆Υ嬖谙嘧儍岵牧蟽?nèi)。當(dāng)用戶使用時，水流流過相變儲熱太陽能熱水器，水流和相變儲熱材料進(jìn)行熱交換，熱量隨著水流帶出相變儲熱太陽能熱水器。如果輻射很強(qiáng)，且用戶不在使用相變儲熱太陽能熱水器時，相變儲熱材料的能量蓄積過多，會使得相變儲熱材料的溫度升高，從而會因過熱而損壞相變儲熱太陽能熱水器。因此，本實用新型設(shè)計了由蒸發(fā)管和冷凝管構(gòu)成的循環(huán)回路，由于蒸發(fā)管埋設(shè)在相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)，蒸發(fā)管與熱水器內(nèi)部的換熱管緊密接觸，隨著相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)的相變儲熱材料溫度的升高，蒸發(fā)管內(nèi)的蒸發(fā)介質(zhì)的溫度也會隨之升高，當(dāng)熱水器溫度達(dá)到某一值時，蒸發(fā)介質(zhì)成為蒸汽帶走熱量，然后該蒸汽進(jìn)入冷凝管，而冷凝管設(shè)在相變儲熱太陽能熱水器之外，且冷凝管的結(jié)構(gòu)為管狀構(gòu)件外設(shè)多個散熱片，因此蒸汽在冷凝管冷凝成為液體狀態(tài)的蒸發(fā)介質(zhì)，從而相變儲熱材料內(nèi)過多的熱量會因蒸發(fā)介質(zhì)的相變而帶出相變儲熱太陽能熱水器之外，最終通過自循環(huán)的方式防止太陽能熱水器內(nèi)部溫度過高。
[0026]本實用新型在管路或冷凝管上設(shè)置空氣罐是為了在輻射很強(qiáng)時，由于蒸發(fā)介質(zhì)蒸發(fā)形成的蒸汽的量過大，而對蒸發(fā)管和冷凝管構(gòu)成的回路造成沖擊，而設(shè)立了空氣罐，當(dāng)蒸汽量大時，由于氣體可以壓縮，因此過多的空氣會進(jìn)入空氣罐內(nèi)形成壓縮空氣，由此形成了緩沖。[0027]本實用新型所設(shè)計的由進(jìn)水管、換熱管、回水管、單向?qū)ㄔ缓蛦蜗驅(qū)ㄔ?gòu)成的單向循環(huán)水路，隨著相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)的相變儲熱材料溫度的升高，當(dāng)熱水器溫度達(dá)到某一值時，換熱管內(nèi)的水受熱膨脹壓力增大，同時蒸發(fā)管不斷散熱使得換熱管與此接觸的部分降溫冷卻壓力降低，在回路內(nèi)形成壓力差，推動水在回路內(nèi)單向循環(huán)，從而保證了相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)的相變儲熱材料溫度各處均勻。
[0028]本實用新型并不受上述實施方式的限制，其他的任何未背離本實用新型的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:包括一相變儲熱太陽能熱水器、一內(nèi)部攜帶有蒸發(fā)介質(zhì)的過熱保護(hù)裝置以及一水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)，所述過熱保護(hù)裝置安裝在相變儲熱太陽能熱水器上部，所述水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)置在相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)部，所述過熱保護(hù)裝置包括將蒸發(fā)介質(zhì)蒸發(fā)成為汽體的蒸發(fā)管和將汽體冷凝成為蒸發(fā)介質(zhì)的冷凝管，所述蒸發(fā)管的出口端與冷凝管的進(jìn)口端連通，所述冷凝管的出口端與蒸發(fā)管的進(jìn)口端連通，所述蒸發(fā)管全部或部分埋設(shè)于相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)，所述水路單向循環(huán)結(jié)構(gòu)包括進(jìn)入相變儲熱太陽能熱水器的進(jìn)水管、流出相變儲熱太陽能熱水器的回水管、換熱管和單向?qū)ㄔ?，所述進(jìn)水管與回水管通過換熱管相連，所述進(jìn)水管與回水管上分別安裝有單向?qū)ㄔ?，所述蒸發(fā)管與換熱管傳熱接觸，所述換熱管與相變儲熱太陽能熱水器內(nèi)的相變儲熱材料進(jìn)行熱交換。
2.如權(quán)利要求1所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述單向?qū)ㄔ▎蜗驅(qū)ㄔ缓蛦蜗驅(qū)ㄔ?，所述單向?qū)ㄔ话惭b在進(jìn)水管上，所述單向?qū)ㄔ惭b在回水管上，所述進(jìn)水管的進(jìn)水口連接單向?qū)ㄔ坏某鏊?，所述回水管的出水口連接單向?qū)ㄔ倪M(jìn)水口。
3.如權(quán)利要求2所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述單向?qū)ㄔ坏倪M(jìn)水口與單向?qū)ㄔ某鏊谶B通。
4.如權(quán)利要求2或3所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述冷凝管的出口端通過管路連接蒸發(fā)管的進(jìn)口端，或者所述冷凝管的進(jìn)口端通過管路連接蒸發(fā)管的出口端，所述管路或者冷凝管上連通有空氣罐。
5.如權(quán)利要求4所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述單向?qū)ㄔ坏倪M(jìn)水口與單向?qū)ㄔ某鏊谥g連通有補(bǔ)水管和空氣罐二。
6.如權(quán)利要求5所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述單向?qū)ㄔ閱蜗蜷y或電動閥。
7.如權(quán)利要求6所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述蒸發(fā)介質(zhì)為沸點小于或等于150°C的材料。
8.如權(quán)利要求7所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述蒸發(fā)介質(zhì)為水、酒精、防凍液、液氨、乙醚、丙酮、甲醇或異丙醇。
9.如權(quán)利要求8所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述蒸發(fā)管為銅管、鋁管、不銹鋼管或翅片管。
10.如權(quán)利要求9所述的相變儲熱太陽能熱水器，其特征在于:所述冷凝管為銅管、鋁管、不銹鋼管或翅片管。
【文檔編號】F24J2/32GK203797983SQ201420161470
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月4日
【發(fā)明者】王志, 黃繼偉 申請人:江蘇啟能新能源材料有限公司