CN103968564B - 一种平板聚光型太阳能无水箱热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平板聚光型太阳能无水箱热水器，它包括：热水器组合外框（6），安装在热水器组合外框（6）底部的镀锌钢板底板（2），安装在热水器组合外框（6）一侧的热管尾托（5），一端固定在热管尾托（5）上，另一端***在聚氨酯发泡保温模组（4）内的储热型真空热管（3），安装在热水器组合外框（6）顶部的钢化超白玻璃盖板（1）。本明提供的热水器，结构设计合理，无需水箱，可与建筑相集合，安装维护方便，安全系数高，并且光照面积大，热量吸收率和储存热能高，采用优选的储热相变材料，且可现用现出新鲜热水，适用范围广泛。

Description

一种平板聚光型太阳能无水箱热水器

技术领域

本发明涉及太阳能热利用领域，具体涉及一种平板聚光型太阳能无水箱热水器。

背景技术

太阳能光热技术为未来解决能源问题提供广阔前景，目前太阳能热水器主要有高硼硅玻璃真空管式和高效吸热蓝膜平板式两种，真空管已经发展20多年镀膜工艺已经很成熟，从单靶到多靶磁控溅射镀膜技术，目前膜层吸热效率已经达到94%以上，低温减反射率已经达到6%以下，处于比较理想状态，只要按照成熟工艺严格控制生产过程都可以生产出质量较高的真空管，真空管热水器有着很好的优点，单位面积吸收率高发射率低保温好，特别在较冷地区具有得天独厚的优越性，然而也有明显的缺点，无法与建筑很好的相结合，受管径的局限吸热面积小，双层玻璃吸热效率受到影响，玻璃容易破损先天具有安全隐患，国外真空管式热水器因此而使用较少；同样平板式热水器具有光照面积大，吸热率高传热快，易与建筑相结合，盖板为钢化超白玻璃没有安全隐患等优点，但也有明显的缺点，吸热面积大散热面积也大所以热平衡温度较低，低温高效无法获得高温，没有保温能力，为了防止热水结垢要靠介质导热，所以只在南方温度较高地区适合，到目前为止还没有一种热水器能够结合这两种热水器的优点，便于在任何区域推广，又能解决普通热水器从低温向中温发展，并能发展成蒸汽式热水器，同时热水器安装麻烦，零部件较多，又不易维护，储热水箱占据很大空间又不安全，为了承压出水还要安装压力泵，无论是真空管式还是平板式都一样，冬天往往成为摆设，严重依赖电辅助加热，平板热水器蓝膜暴露在空气中衰减很快寿命期大大减短，国内热水器价格战愈演愈烈，太阳能热水器行业处于明显衰退状态。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中太阳能热水器的缺点，提供一种平板聚光型太阳能无水箱热水器，本发明热水器采用平板式，可使热水器易与建筑相集合，没有安全隐患，抛弃笨重水箱，容易安装维护，功能上可实现增大光照面积，增强热量吸收率并高效储存热能，按需求量热交换，现用现出新鲜热水，工程上大面积并联使用，可以实现稳定蒸汽供应，根据需要有机组合。

技术方案：为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

一种平板聚光型太阳能无水箱热水器，它包括：热水器组合外框，安装在热水器组合外框底部的镀锌钢板底板，安装在热水器组合外框一侧的热管尾托，一端固定在热管尾托上，另一端***在聚氨酯发泡保温模组内的储热型真空热管，安装在热水器组合外框顶部的钢化超白玻璃盖板。其中真空热管封闭端，采用热管尾托固定在铝合金边框上，热管尾托与真空热管尾端柔性套接，安放固定在铝合金边框里。

作为优选方案，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的钢化超白玻璃盖板本身是一种线性菲涅尔聚光透镜；所述的镀锌钢板底板上表面安装有复合抛物面反射镜（CPC复合抛物面反射镜）。

其中聚光透镜采用齿纹向内平面朝外的线聚焦菲涅尔透镜设计，透镜玻璃采用钢化镀膜处理，镀膜玻璃增加入射光透过率，以及减少表面入射光反射率，双面镀膜还有利于玻璃表面自洁功能，透镜采用低铁超白玻璃材质，钢化强度要求达到国家平板热水器盖板玻璃的标准。

本发明所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，聚焦光带与储热型真空热管对齐，真空热管下方放置带有CPC复合抛物面反射镜的镀锌钢板底板，作为更优选方案，所述的底板是由双曲复合抛物面反光铝镜成型后与底面镀锌钢板焊接成为一体，形成底板，复合抛物面反光铝板由特制精密模具在瓦楞成型机上压制而成；

如图2所示，入射光聚焦光带及复合抛物面反射聚焦光带照在真空热管吸热镀膜内表面，图中，太阳光照在热水器上的光线传播、汇聚、反射再汇聚以及汇聚范围的过程，具有很高的热利用率。

储热真空热管排列在透镜焦带处，热水器按照玻璃透镜东西放置和配合当地纬度角安装，相当于一维跟踪效果，配合底部复合抛物面反光镜，在不加跟踪情况下当光带偏离时，底部反光镜在一定范围内能够把偏离光带反射回真空热管，使热管最大范围充分吸收太阳能并把热能储存在储热相变材料里。达到最大程度的吸收太阳能的效果，相比现有技术太阳能更加集热，环保性更强。

作为优选方案，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的储热型真空热管包括外层玻璃管，安装在外层玻璃管内部的内不锈钢管，安装在内不锈钢管内部的中间导热管，灌装在内不锈钢管和中间导热管之间的储热相变材料，设置在真空热管端头的膨胀节波纹管，设置在真空热管内部两个端头的吸气剂，设置在外层玻璃管和内不锈钢管之间的不锈钢支撑架，与外层玻璃管对接熔封的玻璃内管。

作为优选方案，本发明所述的储热型真空热管，其外层为高硼硅玻璃管，内层为经过多靶材磁控溅射镀膜的金属管，经过可伐合金和高硼硅玻璃过渡熔封，再与不锈钢内管焊接，排气抽真空密封生产出高效热管，再在热管内灌装储热相变材料熔岩，***导热金属管并密封内外金属管，得到储热型真空热管。

作为优选方案，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的储热型真空热管内部的储热相变材料由下列重量份数的原料制成：赤藓糖醇与甘露醇混合物95份，石墨粉5份。其中石墨经过高温膨胀并用超声波破碎处理形成细小颗粒。

作为优选方案，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的赤藓糖醇与甘露醇混合物中，赤藓糖醇与甘露醇的重量比，可根据需要熔点（如从126-166℃），调整赤藓糖醇与甘露醇的重量比，赤藓糖醇与甘露醇的重量比可为1~95：1~95。

本发明采用储热相变材料，不仅能储热，且可将储存的热量传送给冷水，从而可以提供新鲜的热水，可克服现有技术只能使用储存热水的不足。

作为优选方案，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的导热进出水管的聚氨酯发泡保温模组包括热水出水管，位于热水出水管内部的自来水进水管，与自来水进水管相连的毛细注水管，设置在热水出水管外周的聚氨酯发泡保温层，安装在聚氨酯发泡保温层外周的保温模组外壳，所述的毛细注水管***在中间导热管内。作为更优选方案，其中进水管和出水管可以安装在同一端口，也可以安装在不同端口，可以根据实际安装场合的需要而设计。

作为优选方案，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的储热型真空热管多根平行安装在热水器组合外框内。

本发明所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器的组装过程为：先把复合抛物面反射镜固定在镀锌钢板底板上，再与铝合金制成的组合外框一次性压合形成底部为带有复合抛物面反光镜的镀锌钢板底板，按照精密设计尺寸固定好中间为真空热管，真空热管两头，一头通过热管尾托柔性固定件固定在组合外框的内侧，另一端插在聚氨酯发泡保温模组内，使热管单元被固定在保温模组内，保温模组固定在铝合金组合外框内侧，整个热水器内部布置固定完成后，最后加上超白玻璃聚光透镜盖板，打胶密封完成整个工艺生产，其中热水器分为六个标准组件部分，在生产线上进行组装。

本发明所述的储热型真空热管的组装过程为：先处理内不锈钢管，一头密封焊接，另一头波纹管与可伐合金和玻璃熔封件焊接后再与不锈钢管焊接，把该管用去离子水清洗干净烘干后在磁控溅射炉里进行高温镀膜处理，镀膜管带上不锈钢支撑架插进外层玻璃管，并在两头放入吸气剂，然后熔封对接，真空热管完成后先灌装储热相变材料，再插进中间导热管，把不锈钢管与导热管在端头密封，从而生产出储热型真空热管标准件。

有益效果：本发明提供的平板聚光型太阳能无水箱热水器，和现有技术相比具有以下优点：

本发明提供的平板聚光型太阳能无水箱热水器，结构设计合理，采用平板式，可使热水器易与建筑相集合，没有安全隐患，抛弃笨重水箱，容易安装维护，功能上可实现增大光照面积，增强热量吸收率并高效储存热能，按需求量热交换，现用现出新鲜热水，工程上大面积并联使用，可以实现稳定蒸汽供应，适用范围广泛。

（1）本发明为免跟踪设计法，储热真空热管排列在透镜焦带处，热水器按照玻璃透镜东西放置和配合当地纬度角安装，相当于一维跟踪效果，配合底部复合抛物面反光镜，在不加跟踪情况下当光带偏离时，底部反光镜在一定范围内能够把偏离光带反射回热管，使热管最大范围充分吸收太阳能并把热能储存在相变材料里。通过大量实验筛选出相变材料，可实现热能的高效转换。

（2）本发明中储热型真空热管是一种外层为高硼硅玻璃管，内层为经过多靶材磁控溅射镀膜的金属管，经过可伐合金和高硼硅玻璃过渡熔封，再与不锈钢内管焊接，排气抽真空密封生产出高效热管，再在热管内灌装相变储热相变材料，***导热金属管并密封内外金属管，生产出储热型真空热管。

（3）本发明中导热进出水管的聚氨酯发泡保温模组端，由储热型真空热管出口端***经过模具生产出的聚氨酯保温模组内与出水管连接，出水管内***进水管，进水管开孔与毛细注水管连接固定，注水细管***导热金属管内，模组端包含有进出水管及固定件，整个热水器只有一个进水孔和一个出水孔，整体结构简单由标准件组合而成，内部热管吸热储热单元都采用并联结合，有利于维护，当一个单元出问题时不会影响其他单元，整个热水器照常运行。

附图说明

图1为本发明平板聚光型太阳能无水箱热水器的整体结构示意图。

图2为本发明入射光聚焦光带及复合抛物面反射聚焦光带照在热管吸热镀膜内表面的结构示意图。

图3为本发明聚光照射真空热管单元排列结构示意图。

图4为本发明储热型真空热管结构示意图。

图5为本发明热水器侧面截面储热型真空热管内部固定结构示意图。

图6为本发明热水器内部透视真空热管与保温模组结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

如图1所示，一种平板聚光型太阳能无水箱热水器，它包括：热水器组合外框（6），安装在热水器组合外框（6）底部的镀锌钢板底板（2），安装在热水器组合外框（6）一侧的热管尾托（5），一端固定在热管尾托（5）上，另一端***在聚氨酯发泡保温模组（4）内的储热型真空热管（3），安装在热水器组合外框（6）顶部的钢化超白玻璃盖板（1）。

所述的钢化超白玻璃盖板（1）的下表面设有菲涅尔聚光透镜；所述的镀锌钢板底板（2）上表面安装有复合抛物面反射镜（2-1）。

如图3所示，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的储热型真空热管（3）多根平行安装在热水器组合外框（6）内。

如图4和图5所示，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的储热型真空热管（3）包括外层玻璃管（3-1），安装在外层玻璃管（3-1）内部的内不锈钢管（3-2），安装在内不锈钢管（3-2）内部的中间导热管（3-3），灌装在内不锈钢管（3-2）和中间导热管（3-3）之间的储热相变材料（3-4），设置在热管端头的膨胀节波纹管（3-5），设置在热管内部两个端头的吸气剂（3-6），设置在外层玻璃管（3-1）和内不锈钢管（3-2）之间的不锈钢支撑架（3-7），与外层玻璃管（3-1）对接熔封的玻璃内管（3-8）。

以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的储热型真空热管（3）内部的储热相变材料（3-4）由下列重量份数的原料制成：赤藓糖醇与甘露醇混合物共95份，导热石墨粉5份，并可根据需要熔点从126-166℃调节赤藓糖醇与甘露醇的所占重量比例，如二者的重量比为1~95:1~95。

如图6所示，以上所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，所述的导热进出水管的聚氨酯发泡保温模组（4）包括热水出水管（4-2），位于热水出水管（4-2）内部的自来水进水管（4-1），与自来水进水管（4-1）相连的毛细注水管（4-5），设置在热水出水管（4-2）外周的聚氨酯发泡保温层（4-3），安装在聚氨酯发泡保温层（4-3）外周的保温模组外壳（4-4），所述的毛细注水管（4-5）***在中间导热管（3-3）内。

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 (2)

1.一种平板聚光型太阳能无水箱热水器，其特征在于，它包括：热水器组合外框(6)，安装在热水器组合外框(6)底部的镀锌钢板底板(2)，安装在热水器组合外框(6)一侧的热管尾托(5)，一端固定在热管尾托(5)上，另一端***在聚氨酯发泡保温模组(4)内的储热型真空热管(3)，安装在热水器组合外框(6)顶部的钢化超白玻璃盖板(1)；

所述的钢化超白玻璃盖板(1)本身是一种线性菲涅尔聚光透镜；所述的镀锌钢板底板(2)上表面安装有复合抛物面反射镜(2-1)；

所述的储热型真空热管(3)包括外层玻璃管(3-1)，安装在外层玻璃管(3-1)内部的内不锈钢管(3-2)，安装在内不锈钢管(3-2)内部的中间导热管(3-3)，灌装在内不锈钢管(3-2)和中间导热管(3-3)之间的储热相变材料(3-4)，设置在热管端头的膨胀节波纹管(3-5)，设置在热管内部两个端头的吸气剂(3-6)，设置在外层玻璃管(3-1)和内不锈钢管(3-2)之间的不锈钢支撑架(3-7)，与外层玻璃管(3-1)对接熔封的玻璃内管(3-8)；

所述的外层玻璃管(3-1)为高硼硅玻璃管，内不锈钢管(3-2)为经过多靶材磁控溅射镀膜的金属管；

所述的储热型真空热管(3)内部的储热相变材料(3-4)由下列重量份数的原料制成：赤藓糖醇与甘露醇混合物95份，石墨粉5份；所述的赤藓糖醇与甘露醇混合物中，赤藓糖醇与甘露醇的重量比为1～95：1～95；

导热进出水管的聚氨酯发泡保温模组(4)包括热水出水管(4-2)，位于热水出水管(4-2)内部的自来水进水管(4-1)，与自来水进水管(4-1)相连的毛细注水管(4-5)，设置在热水出水管(4-2)外周的聚氨酯发泡保温层(4-3)，安装在聚氨酯发泡保温层(4-3)外周的保温模组外壳(4-4)，毛细注水管(4-5)***在中间导热管(3-3)内。

2.根据权利要求1所述的平板聚光型太阳能无水箱热水器，其特征在于：所述的储热型真空热管(3)多根平行安装在热水器组合外框(6)内。