CN201237379Y - 一种通用简节型太阳能热水器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种通用简节型太阳能热水器，其包括有水箱(11)、分流导管(12)、多个平行排列的集热导热单元、多个密封圈、水位控制器(13)、进水阀门(15)、出水阀门(17)；多个平行排列的集热导热单元、多个密封圈安装在水箱(11)上，分流导管(12)置于水箱(11)内，水位控制器(13)安装在水箱(11)的内侧壁上，进水阀门(15)安装在与水箱(11)连接有的A导管(14)上，出水阀门(17)安装在与水箱(11)连接有的B导管(16)上。本实用新型通用简节型太阳能热水器改变了现有直插式真空集热管型太阳能热水器进行热量交换的方式；其中的集热导热单元可以与现有的直插式真空集热管型太阳能热水器上的真空集热管实现通用和互换。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种通用简节型太阳能热水器。
背景技术
太阳能热水器是由全玻璃真空太阳集热管(或称真空管、真空集热管)、保温水箱、支承架三大部件组成，其核心集热元件是全玻璃真空集热管。经过磁控溅射镀膜技术在集热管的内管外壁镀上多层渐变铝—氮—铝涂层或不锈钢氮化铝，该涂层可经受400℃的高温对太阳光有选择性吸收，其吸收比≥0.92，发射比≤0.09(80℃)。真空集热管选择性吸收太阳光将光能转化为热能使真空管中的水不断加热。由于“热虹吸”作用，即冷水的比重较大，热水的比重较小，因而真空管中的热水自然不断地往上浮，进入水箱。水箱中的冷水自然不断地往下沉，进入真空集热管。周而复始，太阳热水器保温水箱中的水也就被加热了。
直插式全玻璃真空集热管太阳能热水器，是利用真空集热管具有的高吸收率和低发射率，将吸收的太阳辐射转换成热能，利用冷水比重大，热水比重小的特点，在真空管内形成冷水自上而下，热水自下而上的自然循环，使整个水的温度逐步升高，达到一定温度。但现有真空集热管的管内储水量过大，热传导启动速度慢，易造成热损。一般一支直径58mm，长1.8m的真空集热管的管内水容量为3L，一个30支管的太阳能热水器水箱容量为250L，则真空集热管内的水将达到90L，占总水量的26％。因现有结构的缺陷，升温后贮留在真空集热管内的这部分水及其所携带的热量，不仅不能被有效利用，反而起到散热的作用。
现有直插式全玻璃真空集热管太阳能热水器大致存在的缺陷如下：
(1)真空集热管内的水量过大，启动速度慢。以直径58mm，长1.5m的真空集热管为例，管内水量占可用水量的1/3左右，转换的太阳的热量必须先加热管内的水，故造成启动速度慢；
(2)热损大，可用热量低。真空集热管管内的水，不仅不能使用，而且造成热损，使驻留在真空集热管内的水起到散热的反作用，尤其是管内的水经过夜间或阴天降温，当再次太阳能升温时，必须先加热已降温的水。这个问题在北方的冬天特别严重，尤其当冰雪覆盖时，管内的水结冰造成真空管的破裂，致使系统瘫痪的事屡有发生；
(3)单支真空管的破裂即造成整个系统瘫痪，特殊情况，如阳台壁挂，单支真空管的破裂易酿造危险事故；
(4)因制造工艺及安装的要求，管间隙大，单位面积的光热转换率低。以直径58mm、长1.8m的真空管，管间隙一般为80mm，其光热转换率一般低于55％；
(5)真空集热管内结垢并沉淀，严重影响热量交换，甚至使真空集热管失效。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种通用简节型太阳能热水器，该通用简节型太阳能热水器改变了现有直插式真空集热管型太阳能热水器进行热量交换的方式；其中的集热导热管以可以与现有的直插式真空集热管型太阳能热水器上的真空集热管实现通用和互换；同时，又解决了水垢沉淀而影响热传导的问题。
本实用新型是一种通用简节型太阳能热水器，其包括有水箱(11)、分流导管(12)、多个平行排列的集热导热单元、多个密封圈、水位控制器(13)、进水阀门(15)、出水阀门(17)；
所述多个平行排列的集热导热单元是指结构相同的A集热导热单元(5)、B集热导热单元(6)、C集热导热单元(7)、N集热导热单元(8)，A集热导热单元(5)、B集热导热单元(6)、C集热导热单元(7)、N集热导热单元(8)相互平行分布；
所述多个密封圈是指结构相同的A密封圈51、B密封圈61、C密封圈71、N密封圈81；
水箱(11)上从右至左设有A通孔(11a)、E通孔、D通孔、C通孔、N通孔、B通孔(11b)；水箱(11)的一内侧壁上安装有水位控制器(13)；水箱(11)内放置有分流导管(12)；
分流导管(12)上从右至左设有A分流口、E分流口、D分流口、C分流口、N分流口；
A密封圈(51)的中心开有通孔(501)，A密封圈(51)的外部为凹形环(502)；
A集热导热单元(5)由外至里顺次为真空集热管(1)、导热管(2)、进水分流管(3)的管中管结构，导热管(2)通过定位阻热塞(4)安装在真空集热管(1)的通孔(10)内。
本实用新型的通用简节型太阳能热水器具有如下优点：
(1)快速热传导：由于真空集热管1闷晒时可以达到300℃以上的高温，利用导热管2一端封闭，且内径相对较细的管子，加快了导热管2内的水对流的速度，提高了传递热量速度，使得热量快速传递，达到热平衡；
(2)降低热损：由于导热管2和真空集热管1内壁之间有空气和金属丝23，大大降低了由于真空集热管1真空度不够而造成的热量泄露；
(3)提高日可用得热量：常规真空集热管内的水虽然是最先加热的部分，但是并不能用而只能留存在真空管内，造成热量的损失，通过对导热方式的改进，可用热量大大提高；
(4)解决导热管2内结垢沉淀而影响热传导的问题。由于进水分流管3是插入导热管2内的根部，在上水过程中，即将沉淀水垢冲出导热管2，解决了水垢沉淀问题；
(5)采用进水分流管、导热管、真空集热管的管套管结构，不会因水和真空集热管管壁的接触而炸管，即使单支真空集热管意外破裂，只要插入水箱的根部不破裂，也不会使整个热水器瘫痪。
附图说明
图1是本实用新型太阳能热水器的结构剖视图。
图2是本实用新型密封圈的剖视图。
图3是本实用新型集热导热单元的结构图。
图3A是图3的爆炸示图。
图中： 1.真空集热管 10.通孔 2.导热管 21.开口端
22.闭口端 23.金属丝 3.进水分流管 31.A开口端 32.B开口端
4.定位阻热塞 41.中心通孔 42.塞柱 43.外环 5.A集热导热单元
51.A密封圈 501.通孔 502.凹形环 6.B集热导热单元
61.B密封圈 7.C集热导热单元 71.C密封圈 8.N集热导热单元
81.N密封圈 11.水箱 11a.A通孔 11b.B通孔 12.分流导管
13.水位控制器 14.A导管 15.进水阀门 16.B导管 17.出水阀门
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
参见图1所示，本实用新型的通用简节型太阳能热水器，包括有一个水箱11、一个分流导管12、多个平行排列的集热导热单元、多个密封圈、一个水位控制器13、一个进水阀门15、一个出水阀门17；所述多个平行排列的集热导热单元是指结构相同的A集热导热单元5、B集热导热单元6、C集热导热单元7、……、N集热导热单元8，A集热导热单元5、B集热导热单元6、C集热导热单元7、……、N集热导热单元8相互平行分布；多个密封圈是指结构相同的A密封圈51、B密封圈61、C密封圈71、N密封圈81。在本实用新型中，集热导热单元的排列个数可以根据用户使用的热水量进行匹配装配。如一个使用热水量为350L的热水器，可以平行排列30～35支集热导热单元装配在一个水箱11上。
在本实用新型中，对于集热导热单元的结构如图3、图3A所示，A集热导热单元5由外至里顺次为真空集热管1、导热管2、进水分流管3的管中管结构，导热管2通过定位阻热塞4安装在真空集热管1的通孔10内；所述管中管结构即进水分流管3套在导热管2内，导热管2套在真空集热管1内。
定位阻热塞4为一体成型件，定位阻热塞4的中心开有中心通孔41，定位阻热塞4的塞体上设有外环43、塞柱42；定位阻热塞4采用水密封性良好的材料加工，如硅胶、橡胶等。定位阻热塞4的中心通孔41用于导热管2的开口端21穿过。定位阻热塞4的塞柱42与真空集热管1的通孔10内壁紧密接合，以达到真空集热管1内的热量不损失。外环43用于支撑起导热管2。
真空集热管1一端为封闭端，另一端开有通孔10，通孔10用于导热管2的一端穿过且通过定位阻热塞4将导热管2与真空集热管1安装在一起。在本实用新型中，真空集热管1选用市场上常见的双层全玻璃真空太阳集热管材质。真空集热管1长度H1＝1.15～3.0m，真空集热管1的外径D1＝40～80mm，真空集热管1的内径D10＝30～70mm。
导热管2的外壁上缠绕有金属丝23(一般为插入真空集热管1内的那段导热管2的外壁上缠绕有金属丝23)，金属丝23的横截面面积为0.05～2mm2，金属丝23用于加快热量的转换。导热管2的一端为封闭端22，另一端为开口端21，封闭端22插入真空集热管1内，开口端21置于水箱11内。导热管2通过定位阻热塞4实现与真空集热管1的定位，即实现导热管2插入真空集热管1内的长度、以及与真空集热管1的连接。导热管2的长度H2＝0.5～3.0m，导热管2的外径D2＝15～65mm，导热管2的内径D20＝10～64mm。
进水分流管3的两端均为开口(A开口端31、B开口端32)，进水分流管3的A开口端31与分流导管12的联通口连接(此处连接可以是螺纹连接、或者是插接、或者焊接)，进水分流管3的B开口端32穿过水箱11上的通孔后插入导热管2内；进水分流管3的长度H3＝0.5～3.0m，进水分流管3的外径D3＝4～30mm，进水分流管3的内径D30＝1～29mm。
在本实用新型中，水箱11上从右至左设有A通孔11a、E通孔、D通孔、C通孔、N通孔、B通孔11b；水箱11的一内侧壁上安装有水位控制器13；水箱11内放置有分流导管12；
A通孔11a用于A导管14穿过，A导管14上设置有进水阀门15，A导管14的一端连接在分流导管12上，A导管14的另一端与外部的入水管道连接，实现给水箱11供水；
B通孔11b用于连接B导管16(B导管16置于水箱11外)的一端，B导管16的另一端上设置有出水阀门17，B导管16用于将热水引出供用户使用；
E通孔内安装有A密封圈51，A密封圈51的通孔501内套接有A集热导热单元5；
D通孔内安装有B密封圈61，B密封圈61的通孔内套接有B集热导热单元6；
C通孔内安装有C密封圈71，C密封圈71的通孔内套接有C集热导热单元7；
N通孔内安装有N密封圈81，N密封圈81的通孔内套接有N集热导热单元8。水箱11的内径为200～600mm。
在本实用新型中，多个密封圈是指结构相同的A密封圈51、B密封圈61、C密封圈71、N密封圈81，A密封圈51、B密封圈61、C密封圈71、N密封圈81分别套接在水箱11的E通孔、D通孔、C通孔、N通孔中；
A集热导热单元5的真空集热管1外壁与A密封圈51的通孔501紧密配合(真空集热管1穿过通孔501)、A密封圈51的凹形环502与水箱11的E通孔紧密配合实现将A集热导热单元5安装在水箱11上；
B集热导热单元6的真空集热管外壁与B密封圈61的通孔紧密配合(真空集热管穿过B密封圈61的通孔)、B密封圈61的凹形环与水箱11的D通孔紧密配合实现将B集热导热单元6安装在水箱11上；
C集热导热单元7的真空集热管外壁与C密封圈71的通孔紧密配合(真空集热管穿过B密封圈71的通孔)、C密封圈71的凹形环与水箱11的C通孔紧密配合实现将C集热导热单元7安装在水箱11上；
B集热导热单元8的真空集热管外壁与N密封圈81的通孔紧密配合(真空集热管穿过N密封圈81的通孔)、N密封圈81的凹形环与水箱11的N通孔紧密配合实现将N集热导热单元8安装在水箱11上；
A密封圈51的中心开有通孔501，A密封圈51的外部为凹形环502；在装配时，A密封圈51的凹形环502卡合在水箱11的通孔内，A密封圈51的通孔501内安装有A集热导热单元5。
在本实用新型中，分流导管12上从右至左设有多个分流口(A分流口、E分流口、D分流口、C分流口、N分流口)，A分流口用于与A导管14连接，E分流口、D分流口、C分流口、N分流口分别与A集热导热单元5、B集热导热单元6、C集热导热单元7、N集热导热单元8的进水分流管的一端连接。分流导管12放置于水箱11内。分流导管12的内径为15～50mm。分流导管12在水箱11内的放置位置是通过A导管14插入水箱11内的长度，以及每个集热导热单元的进水分流管插入水箱11内的长度来设定的。换而言之，分流导管12是由A导管14、以及每个集热导热单元的进水分流管支撑起。分流导管12可以是金属管、或者是塑料管。
在本实用新型中，水位控制器13安装在水箱11内的一侧壁上，水位控制器13与进水阀门15联通，用于控制经进水阀门15进入水箱11内的水位多少。水位控制器13选用西子TMC-2水温水位仪。
参见图1所示，本实用新型中的水箱11上安装的多个集热导热单元采用平行排列布局，如A集热导热单元5、B集热导热单元6、C集热导热单元7、N集热导热单元8之间平行放置，且每个集热导热单元的间隙D＝10～30mm(即A集热导热单元5与B集热导热单元6之间间隙D＝10～30mm，B集热导热单元6与C集热导热单元7之间间隙D＝10～30mm，C集热导热单元7与N集热导热单元8之间间隙D＝10～30mm)。
本实用新型的简节型太阳能热水器的工作流程为：
(一)打开进水阀门15，冷水经入水口的A导管14进入分流导管12中；进而注入水箱11中，当水位到达预定水位时，水位控制器13控制进水阀门15关闭进水；
(二)当有阳光照射到多支真空集热管上时，真空集热管内层玻璃外侧的镀膜将90％以上的光能转换为热能，由于真空集热管双层玻璃之间抽真空，上部又有定位阻热塞阻止热量散发，致使真空集热管内部的热量无法散发到大气中去；
(三)聚集在真空集热管1内管与导热管2之间的热量通过内部空气对流，金属丝23热传导等形式对导热管2内的水加热；
(四)因导热管2与水箱11连通，导热管2内的热水自下而上，水箱11内的冷水自上而下自动热循环使水箱11内的水被循环加热；
(五)水箱11内的热水经出水阀门17流出即可使用；
(六)当水箱11内的水温达到40～60℃之间时，水中矿物质结晶生成水垢，部分水垢沉淀在导热管2内，当再次打开进水阀门15上水时，上水压力将水垢冲出导热管2。这样，水垢不会沉积，不会影响热量传导。
Claims (8)
1、一种通用简节型太阳能热水器，其特征在于：包括有水箱(11)、分流导管(12)、多个平行排列的集热导热单元、多个密封圈、水位控制器(13)、进水阀门(15)、出水阀门(17)；集热导热单元通过密封圈安装在水箱(11)上；
所述多个平行排列的集热导热单元是指结构相同的A集热导热单元(5)、B集热导热单元(6)、C集热导热单元(7)、N集热导热单元(8)，A集热导热单元(5)、B集热导热单元(6)、C集热导热单元(7)、N集热导热单元(8)相互平行分布；
所述多个密封圈是指结构相同的A密封圈(51)、B密封圈(61)、C密封圈(71)、N密封圈(81)；
水箱(11)上从右至左设有A通孔(11a)、E通孔、D通孔、C通孔、N通孔、B通孔(11b)；水箱(11)的一内侧壁上安装有水位控制器(13)；水箱(11)内放置有分流导管(12)；
A通孔(11a)用于A导管(14)穿过，A导管(14)上设置有进水阀门(15)，A导管(14)的一端连接在分流导管(12)上，A导管(14)的另一端与外部的入水管道连接，实现给水箱(11)供水；
B通孔(11b)用于连接B导管(16)的一端，B导管(16)的另一端上设置有出水阀门(17)，B导管(16)用于将热水引出供用户使用；
E通孔内安装有A密封圈(51)，A密封圈(51)的通孔(501)内套接有A集热导热单元(5)；
D通孔内安装有B密封圈(61)，B密封圈(61)的通孔内套接有B集热导热单元(6)；
C通孔内安装有C密封圈(71)，C密封圈(71)的通孔内套接有C集热导热单元(7)；
N通孔内安装有N密封圈(81)，N密封圈(81)的通孔内套接有N集热导热单元(8)；
分流导管(12)上从右至左设有A分流口、E分流口、D分流口、C分流口、N分流口；
A密封圈(51)的中心开有通孔(501)，A密封圈(51)的外部为凹形环(502)；
A集热导热单元(5)由外至里顺次为真空集热管(1)、导热管(2)、进水分流管(3)的管中管结构，导热管(2)通过定位阻热塞(4)安装在真空集热管(1)的通孔(10)内；定位阻热塞(4)为一体成型件，定位阻热塞(4)的中心开有中心通孔(41)，定位阻热塞(4)的塞体上设有外环(43)、塞柱(42)；真空集热管(1)一端为封闭端，另一端开有通孔(10)，通孔(10)用于导热管(2)的一端穿过且通过定位阻热塞(4)将导热管(2)与真空集热管(1)安装在一起；导热管(2)的一端为封闭端(22)，另一端为开口端(21)，封闭端(22)插入真空集热管(1)内，开口端(21)置于水箱(11)内；导热管(2)的外壁上缠绕有金属丝(23)；进水分流管(3)的一端为A开口端31、进水分流管(3)的另一端为B开口端(32)；
水位控制器(13)安装在水箱(11)内的一侧壁上，水位控制器(13)与进水阀门(15)联通，用于控制经进水阀门(15)进入水箱(11)内的水位多少。
2、根据权利要求1所述的通用简节型太阳能热水器，其特征在于：真空集热管(1)长度H1＝1.15～3.0m，真空集热管(1)的外径D1＝40～80mm，真空集热管(1)的内径D10＝30～70mm。
3、根据权利要求1所述的通用简节型太阳能热水器，其特征在于：导热管(2)的长度H2＝0.5～3.0m，导热管(2)的外径D2＝15～65mm，导热管(2)的内径D20＝10～64mm。
4、根据权利要求1所述的通用简节型太阳能热水器，其特征在于：进水分流管(3)的长度H3＝0.5～3.0m，进水分流管(3)的外径D3＝4～30mm，进水分流管(3)的内径D30＝1～29mm。
5、根据权利要求1所述的通用简节型太阳能热水器，其特征在于：水箱(11)的内径为200～600mm。
6、根据权利要求1所述的通用简节型太阳能热水器，其特征在于：金属丝(23)的横截面面积为0.05～2mm2。
7、根据权利要求1所述的通用简节型太阳能热水器，其特征在于：分流导管(12)的内径为15～50mm。
8、根据权利要求1所述的通用简节型太阳能热水器，其特征在于：水位控制器(13)选用西子TMC-2水温水位仪。
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