[发明专利]真空管相变蓄热太阳能热水器

说明书

技术领域

本发明提供一种真空管相变蓄热太阳能热水器，属于太阳能热水器技术领域。

背景技术

目前市场上的真空管太阳能热水器需要储水箱，造成建筑结构承载大、安装占用面积大。而且，由于太阳能循环管中长期存有水，寒冷地区冬季须防止将管冻裂。因为太阳能热水器与水接触的管、阀器件在结冰膨胀作用下易造成管道冻裂，阀门失灵无法使用，甚至损坏，引发漏水。另一问题是卫生问题。太阳能热水箱内的水在没有用尽前就开始补充，使得部分水长期蓄积在热水器水箱内，成为陈水。长期存留的陈水造成水质变坏，不利于人体健康。

为了解决使用储水箱造成的上述问题，出现了用相变蓄热材料代替水作为蓄热介质的设计，使真空管具有吸热、储热双重功能。这种设计免除了传统太阳能热水系统的储水箱，也不需要与外部设备进行自然对流换热或机械循环换热，可独立进行太阳能的采集与储存。这一特点能够有效克服依赖储水箱引发的问题，并可显著简化真空管太阳能热水系统的结构，降低设备成本。

然而，尽管真空管相变蓄热太阳能热水器有诸多优点，对其研究也已经有数十年的历史，但并未见真空管相变蓄热太阳能热水器的推广使用。原因是运行时真空管容易爆裂，对爆裂的主要影响因素不明确，一直未能找到有效的解决方法。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种真空管相变蓄热太阳能热水器；它具有太阳能集蓄热管内部压力控制功能，解决了真空管爆裂问题。因为本发明发现，真空管爆裂的主要原因是：运行时相变材料吸收太阳能受热膨胀，造成太阳能集蓄热管内压力升高；这个压力转而施加给真空管内壁，从而引发真空管爆裂。因此，通过控制太阳能集蓄热管的内部压力，可以使真空管保持在允许工作压力范围内，安全工作。

一种真空管相变蓄热太阳能热水器，其特征在于：包括压力控制装置、歧管和若干太阳能集蓄热管；太阳能集蓄热管的开口用封头封住，太阳能集蓄热管内部装有相变材料，封头与相变材料之间具有预留空间；封头上具有连接孔；太阳能集蓄热管中还安装有U形水管，U形水管的主体埋在相变材料内，两端穿出太阳能集蓄热管的封头；歧管的一个接头与压力控制装置相连，其余接头分别通过连接管与相应太阳能集蓄热管封头上的连接孔相连，这样使得压力控制装置与太阳能集蓄热管的预留空间相通，能够控制太阳能集蓄热管内的压力；全部太阳能集蓄热管中的U形水管采用串联或并联方式与连接水管相连，构成水路。由于用相变材料蓄热，避免了用储水箱。由于控制了太阳能集蓄热管的内部压力，避免了真空管受到内压发生爆破。

封头是预留空间的上壁，封头上开设小孔，小孔外接连通管，其作用是联通预留空间与压力控制装置。为了便于热水器的生产和安装，每个封头上以只开设一个小孔为宜。预留空间作为相变材料受热膨胀时挪用。预留空间容积的大小以比相变材料在最高温度下膨胀时的体积增加量大0-25%为宜。用热水时，冷水流经U形水管时被相变材料的蓄热加热成热水。

所述的一种真空管相变蓄热太阳能热水器，通过一只歧管接压力控制装置和连通管；预留空间依次通过小孔、连通管和歧管，与压力控制装置联通。歧管的接头总数为连通管的总数加一，也就是太阳能集蓄热管的总数加一。因为一只太阳能集蓄热管只需要一根连通管。歧管的每一个接头接一根联通管，剩余的一个接头接压力控制装置。这样，一台热水器只需要一个压力控制装置。

所述的太阳能集蓄热管至少有以下两种结构：

第一种结构的真空管直接装相变材料，封头封住真空管的开口。封头与真空管的连接可以是机械挤压和外面卡紧的方式；

第二种结构由真空管和封装管组成，封装管安装在真空管中，相变材料在封装管中，封头封住封装管的开口。封装管的外壁与真空管的内壁密切接触。为了增强传热，封装管宜选用导热系数大的材料，例如铜。封头与封装管的连接可以是机械挤压、螺纹、焊接等方式。小孔也可以开在封装管紧靠开口的壁面，但这样做没有开在封头上方便。

所述的压力控制装置可以是一个壳体承压密封的容器，容器空间被一个弹性膜片分成彼此不通的两个气腔，一个气腔与预留空间联通，另个气腔的外壁有一个具有充气和放气功能的气嘴。为叙述方便起见，称与预留空间联通的气腔为A腔，另一个为B腔。当相变材料受热膨胀时，预留空间内的气体进入A腔；A腔压力升高，使弹性膜片向B腔方向膨胀，造成A腔容积扩大，B腔容积缩小。由于A腔扩大，太阳能集蓄热管内部的压力升高被抑制。B腔外壁上的气嘴与B腔相通，可以通过其放气和充气，预设B腔的初压力。