[发明专利]用于低纬度地区的太阳能热水器

说明书

技术领域

本发明属于太阳能利用技术领域，特别涉及一种用于低纬度地区的太阳能热水器。

背景技术

太阳能热水器的倾角与当地纬度关系很大，为了获得全年平均最大能量，一般建议把太阳能热水器的倾角设计成为与当地纬度角相等。 由于家用太阳能热水器通常采用水的受热比重变化原理进行集热管和水箱内热水自然循环热交换，其热交换效率与水箱与集热管的高差有很大关系。如果把低纬度地区的太阳能热水器倾角设计地过于平缓，会对太阳能热水器热循环产生较大影响。

一个太阳能收集器的最佳倾角与安装所在地的纬度直接相关，但是地球上的不同纬度的地区在不同时刻的热水器的最优受热倾角是不同的。由于人们现在还不可能做到时刻调整热水器的受热倾角，所以只取中午太阳直射大地时刻的热水器的最优倾角作为该地该天的热水器的最优倾角。另外由于家用太阳能热水器普遍采用热虹吸式自然循环方式，这就给太阳能热水器的倾角的优化又增加了一个外在因素，那就是水温升后导致的重力压差。

太阳能热水器的受热面与太阳光线入射的方向垂直时，太阳能热水器可获得最大太阳能辐射量。根据天体物理学原理，热水器与水平面的夹角为当地纬度角时，可平均获得全年最多能量。这就是为什么人们通常把太阳能热水器安装在纬度角左右角度的原因。这种设计理念在中高纬度地区（纬度25度以上）没有问题，但是在低纬度地区将会出现问题，过度平坦的集热面虽然能够获得足够用的太阳能辐射资源并将其转化成为热能，但是由于太阳能热水器的压差不够，会直接导致热交换效率降低，影响太阳能热水器的综合性能。

从太阳能辐射资源获得的角度考虑，简单的把热水器固定在纬度角上并不一定就是最佳设计方案。首先影响全年太阳能辐射能源的因素不仅有地理纬度的因素，更重要的还有海拔、地貌等导致的当地气象因素。地球上相同地理纬度的不同地区太阳能辐射的资源不仅差别很大，逐月的分布也非常不同。实际上地理纬度的影响可以说是到地球大气层外表面上的太阳辐射资源，而地球表面是被大气层覆盖的，很多地区都会有季节性阴雨天气等气象影响，这些因素是与纬度没有直接关系的。因此除了要考虑纬度因素外一般还要考虑气象因素。

太阳能热水器是个系统工程，集热器表面获得的辐射光能需要通过透过、吸收、传热、管内热水和水箱对流换热等过程。由于家用太阳能热水器的热循环过程是靠重力自然循环，所以当太阳能热水器倾角过低时就会影响其自然循环的速度和转换效率。这个问题直接影响了太阳能热水器在低纬度地区的高效利用。

太阳能热水器的最优倾角与地理纬度、气象条件、用户使用情况和时间、太阳能热水器的自然循环需要的重力差等因素相关。

集热管插入水箱的角度一般是在水箱截面的中心线上，这主要是为了便于加工和安装。所以大部分的太阳能热水器都不考虑当地地理纬度，都直接做成40-45度安装倾角的设计。这种太阳能热水器安装在低纬度地区时，由于倾角太大，接收太阳能的效率会大大降低，而如果强行降低安装倾角时，不仅需要专门设计低倾角支架，水箱底部的部分区域还会产生无法循环的低温死区，过低的倾角甚至会影响热循环，导致无法有效的把集热管里的热量传进水箱里。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于低纬度地区的太阳能热水器，以解决现有的太阳能热水器存在的在低纬度地区利用效率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于低纬度地区的太阳能热水器，包括集热管和水箱，所述集热管与水箱的接入口设置在水箱的中心线的下方。

所述集热管的中心线的延长线与水箱的圆心的距离为5～10cm。

所述集热管与地平面的夹角为20°～25°。

所述集热管与水箱的结合部设有非对称密封硅胶圈。

本发明兼顾低纬度地区的低倾角需求和真空吸热管与水箱热交换必须要的倾角和重力压差的需求之间的关系，合理优化设计倾角及相关支架的设计。

优化设计真空吸热管与水箱的结合结构，减小真空管与水箱的水流阻力，提高真空吸热管与水箱热交换效率。

本发明是通过机械设计和加工的手段，改变水箱内部结构，将集热管接入水箱的接口偏离中心线。这样不仅有效提高了热循环效率，而且大大减少或避免了水箱底部的低温死区。该方案完美的解决了低倾角太阳能热水器的热循环问题和低温死区问题。

具有以下特点： 

 1、集热管可插入水箱底部；提高了水箱内部热交换效率；

 2、结构简单，加工方便；