[实用新型]太阳能热水器的内置导流体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能热水器的内置导流体。

背景技术

太阳能热水器由集热器、贮热水箱、控制器、管道等部件组成。集热器是太阳能热水器的核心元件，其性能的优劣直接关系到太阳能的利用效率。常用的太阳能集热器有多种结构形式及材质，其中全玻璃真空管集热器由于采用了真空夹层，消除了气体的对流与传导热损，并应用选择性吸收涂层，使集热器的辐射吸收达到最大，相反辐射热损则降到最低，又由于其结构简单、制造方便、可靠性强、生产成本低、适宜在低中温中运行等诸多突出的优点，在集热器产品种类中占据了很大的市场份额。

全玻璃真空管集热器（以下简称：真空管）像一个拉长变细的暖水瓶胆。有一个一端封闭的内玻璃管（以下简称：内管）和一个同轴的外玻璃管（以下简称：外管）组成，内、外管的开口端熔封在一起，管间的夹层抽成高真空，并封入带支架的吸气剂，一方面支撑内玻璃管的封闭圆头，另一方面当吸气剂蒸散后吸收真空集热管在存放及工作过程中所释放的微量气体，选择性吸收涂层沉积在内管的外表面上。把二十根左右的真空管的开口端并排插入水平放置的圆柱形贮热水箱底部，用内胆橡胶密封圈和外筒橡胶密封圈使真空管和水箱连为一体的太阳能热水器，称为紧凑式全玻璃真空管太阳能热水器（以下简称：真空管太阳能热水器）。这种太阳能热水器始于20世纪80年代末，因其比分离式热水器简单，比平板式热水器得热效率高，很快获得了推广和普及。它的光热转换原理是：利用真空管所具有的高太阳吸收比和低发射比涂层，将吸收的太阳辐射转换成热能，加热内管，通过内管的传导作用，加热管中的冷水，再利用热水密度小、冷水密度大的特点，在管内及水箱中形成热虹吸压力，产生热水上浮、冷水下沉的自然循环，最终使整个水箱内的水温升高。

随着太阳能热水器的广泛应用，并伴随着真空管制造技术的日趋成熟，新的设计理念不断呈现，采用新结构集热器的太阳能热水器也不断公布于众。出现了应用“热管真空管(包括全玻璃真空管内插热管和金属热管真空管)”、“U型真空管”、“CPC真空管热管”等集热器生产的太阳能热水器。但由于全玻璃真空管太阳能热水器具有结构简单，安装方便、可靠性强、造价便宜、能满足一般家庭对暖水的需求等优点，深受广大用户欢迎而没有被淘汰，相反，几十年来一直占据着市场的主导地位。

不可否认，与热管真空管相比，全玻璃真空管太阳能热水器存在着：管热容大、热启动慢、传热和流动性差和不可用热水量比例高等不足。究其原因是真空管的冷、热水共用一个对流通道所致，这在真空管诞生后的几十年中，已被许多学者的研究所证实。据《全玻璃真空太阳能热水器内流场的影响因素分析》（工程热物理学报，2010年4月，闫素英等）的研究结论：全玻璃真空管太阳能热水器，“沿着轴线方向，从管顶部到管底部，轴向速度逐渐降低，温度均匀降低，由于冷水在沿管壁下降过程中不断被加热，未到达管底部便被管壁上部的上升流带走；在管口与水箱连接处，由于存在水箱中的冷水向管内的循环流动，使得轴向速度梯度增加，在接近箱体入口时受到从水箱回流的冷流体影响，使得流体循环受到影响，形成涡流，不利于热交换，涡流现象的存在造成了管上部、下部和中部热、冷流体的混和，使得上升流体温度降低，下降流体温度升高，有时甚至出现流体的短路，将降低对流换热效率，使得流体流动不稳定，对换热过程不利，应采取措施抑制，以确保管内对流换热流动的有序性。”

要消除真空管的此类缺陷，必须改变现有的结构，生产新型真空管。这意味需要重新投入资金，改造原有的真空管生产线。这对当前的厂商来说还不能接受，因为，目前性能优越的全玻璃真空管太阳能热水器的日有用得热量已超过了日太阳辐照量的50%，在民用太阳能产品中太阳能的利用率算是最高的，且几十年的实践证明能满足广大家庭的日常需求。若仅仅为了提高百分之十左右的得热效率，使购买成本在原有的基础上有较大地提高，对绝大多数家庭来说也不是明智的选择。

经过20多年的发展，全玻璃真空管在结构上没有变化。为了改进真空管太阳能热水器存在着管热容大、热启动慢、传热和流动性差和热水利用率较低等不足。出现了U型管热水系统和热管热水系统，这两种方法都是让真空管内没有水，可以解决上述问题，但同时带来了结构复杂、材料与工艺成本高等问题，因此在市场上还没有普及。