[发明专利]一种相变传热式太阳能热水系统

说明书

一、技术领域

本发明涉及太阳能热利用技术，特指一种相变传热式太阳能热水系统。该装置主要由太阳能集热器和装有特殊换热器的水箱组成，以常压下沸点较低的物质作为导热介质。 

二、背景技术

目前，太阳能热水器的换热方式有直接换热式和间接换热式两种。直接换热式热水器有容易结垢、不抗冻等问题。间接换热式热水器多使用防冻液作为导热介质，由于仍是传统的二次换热，所以换热效果一般。 

现已有专利提出了新的换热方式，以提高换热效率，下面列出几个相关专利： 

专利“分离式热管平板太阳能热水器”(申请号：200420031385.X)提出一种热水器，在集热器内设有分离式热管，分离式热管上引出传热管和回液管，并与冷凝管连通，冷凝管位于储热水箱上，并与水箱内的冷水实现热交换。但该专利并未涉及分离式热管的实现方式。 

专利“双循环太阳能热水器储热水箱”(申请号：200720115745.8)提出一种双循环太阳能热水器储热水箱，其特点是换热芯通过焊接在内胆上的法兰盘和内胆连接在一起并可拆装，以便检修和清洗水箱。该专利提出的换热方式，是置于内胆内部，故换热效率更高，但由于换热芯的构造，仍然只适合采用传统的防冻液作为导热介质。 

为了提高太阳能热水系统的换热效率，可以设计一种换热方式类似于热管式太阳能热水系统。该系统采用沸点较低的导热介质，使介质在太阳能集热器内汽化吸热，然后在水箱内部冷凝放热。由于换热速度快，所以板温可以维持在较低的温度，降低了集热板的热损失，提高了系统的整体热效率。 

三、发明内容

本发明提出一种相变传热式太阳能热水系统，该系统主要由太阳能集热器和储热水箱两部分组成，其中太阳能集热器的吸热管部分为蛇形弯曲的金属管，储热水箱由保温壳体、内胆、换热器、进液管、回流管、进水管、出水管、上行真空阀、下行真空阀、温控节流阀、测温盲管组成，进液管与太阳能集热器蛇形弯曲的金属管出口连接，回流管与太阳能集热器蛇形弯曲的金属管进口连接，温控节流阀的测温探头放置在测温盲管内，进液管和回流管都连通换热器，且进液管出口在换热器上部，回流管口与换热器下部。进水管和出水管连通内胆内部，换热器、测温盲管固定在内胆底部，内胆外部包裹有保温壳体。太阳能集热器蛇形弯曲的金属管、进液管、回流管与换热器组成一个密封承压的腔体，并被上行真空阀和下行真空阀分隔为两部分，这两部分都需要抽真空，内部充有常压下沸点较低的导热介质，系统运行时换热器底部位置要比太阳能集热器顶部高出一定距离。上行真空阀关闭后，抽真空口只能与换热器方向连通，下行真空阀关闭后，抽真空口只能与太阳能集热器方向连通，温控节流阀的开孔大小，受测温探头测得的水温控制，温度越高孔越小。 

本发明具有两个特点： 

1、将太阳能集热器蛇形弯曲的金属管、进液管、回流管与换热器组成一个连通的腔体抽真空，可以有效避免腔体内空气对于导热介质流动的阻碍，减小压力波动，解决了多次循环后，系统由于空气阻力太高而崩溃的问题，并为抽真空配套设计了相关的上行真空阀和下行真空阀，可以方便的抽真空和添加导热介质。 

2、在回流管上添加一个温控节流阀，节流阀开孔大小可以随测温探头温度变化，用来将回流介质节流降温，使换热器与太阳能集热器蛇形弯管之间形成较大的压力差和温度差，保证循环稳定性。同时当温度升高到一定温度时，节流阀将因为温度过高而关闭，使换热器停止工作，防止系统因为温度过高而损坏。 

四、附图说明

下面结合附图，对本发明作进一步说明。 

图1是该装置的整体示意图。 

图2是该装置水箱的剖面图。 

图中所标部位分别为：1、太阳能集热器；2、保温水箱；3、进液管；4、回流管；5、保温壳体；6、内胆；7、出水管；8、进水管；9、上行真空阀；10、换热器；11、温控节流阀；12、测温探头；13、下行真空阀；14、测温盲管。 

五、具体实施方式

下面结合附图，对本发明的实施方式作进一步说明。 

太阳能集热器1必须保证吸热管道为蛇形弯曲的金属管，其实施方式可以使蛇形平板太阳能热水器也可以是蛇形真空管太阳能热水器。换热器10可以采用圆柱形金属壳，也可以外部增加肋片等换热措施。换热器10的进液管3和回流管4上分别安装好上行真空阀9、温控节流阀11和下行真空阀13，关闭上行真空阀9和下行真空阀13，从上行真空阀9的抽气口将换热器10抽真空，然后打开下行真空阀13，将导热介质吸入换热器10，加介质完毕后，关闭下行真空阀13。将进液管3和回流管4与太阳能集热器1的蛇形弯管连接，从下行真空阀13的抽气口将太阳能集热器1的蛇形弯管抽真空。先打开下行真空阀13，再打开上行真空阀9使导热介质开始循环。介质将先从回流管4流入太阳能集热器1的蛇形弯管吸热，汽化后蒸汽流从进液管3进入换热器10放热冷凝，经温控节流阀11后，温度进一步降低，然后进入太阳能集热器1的蛇形弯管，继续吸热，完成循环。