[實用新型]用于低緯度地區的太陽能熱水器

有效

• 申請號: 201220683350.9
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN202947345U
• 公開（公告）日: 2013-05-22
• 發明（設計）人: 李世民;田凌;喜文華
• 申請（專利權）人: 甘肅省科學院自然能源研究所
• 主分類號: F24J2/24
• 分類號: F24J2/24;F24J2/46
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 張克勤

技術領域

本實用新型屬于太陽能利用技術領域，特別涉及一種用于低緯度地區的太陽能熱水器。

背景技術

太陽能熱水器的傾角與當地緯度關系很大，為了獲得全年平均最大能量，一般建議把太陽能熱水器的傾角設計成為與當地緯度角相等。?由于家用太陽能熱水器通常采用水的受熱比重變化原理進行集熱管和水箱內熱水自然循環熱交換，其熱交換效率與水箱與集熱管的高差有很大關系。如果把低緯度地區的太陽能熱水器傾角設計地過于平緩，會對太陽能熱水器熱循環產生較大影響。

一個太陽能收集器的最佳傾角與安裝所在地的緯度直接相關，但是地球上的不同緯度的地區在不同時刻的熱水器的最優受熱傾角是不同的。由于人們現在還不可能做到時刻調整熱水器的受熱傾角，所以只取中午太陽直射大地時刻的熱水器的最優傾角作為該地該天的熱水器的最優傾角。另外由于家用太陽能熱水器普遍采用熱虹吸式自然循環方式，這就給太陽能熱水器的傾角的優化又增加了一個外在因素，那就是水溫升后導致的重力壓差。

太陽能熱水器的受熱面與太陽光線入射的方向垂直時，太陽能熱水器可獲得最大太陽能輻射量。根據天體物理學原理，熱水器與水平面的夾角為當地緯度角時，可平均獲得全年最多能量。這就是為什么人們通常把太陽能熱水器安裝在緯度角左右角度的原因。這種設計理念在中高緯度地區（緯度25度以上）沒有問題，但是在低緯度地區將會出現問題，過度平坦的集熱面雖然能夠獲得足夠用的太陽能輻射資源并將其轉化成為熱能，但是由于太陽能熱水器的壓差不夠，會直接導致熱交換效率降低，影響太陽能熱水器的綜合性能。

從太陽能輻射資源獲得的角度考慮，簡單的把熱水器固定在緯度角上并不一定就是最佳設計方案。首先影響全年太陽能輻射能源的因素不僅有地理緯度的因素，更重要的還有海拔、地貌等導致的當地氣象因素。地球上相同地理緯度的不同地區太陽能輻射的資源不僅差別很大，逐月的分布也非常不同。實際上地理緯度的影響可以說是到地球大氣層外表面上的太陽輻射資源，而地球表面是被大氣層覆蓋的，很多地區都會有季節性陰雨天氣等氣象影響，這些因素是與緯度沒有直接關系的。因此除了要考慮緯度因素外一般還要考慮氣象因素。

太陽能熱水器是個系統工程，集熱器表面獲得的輻射光能需要通過透過、吸收、傳熱、管內熱水和水箱對流換熱等過程。由于家用太陽能熱水器的熱循環過程是靠重力自然循環，所以當太陽能熱水器傾角過低時就會影響其自然循環的速度和轉換效率。這個問題直接影響了太陽能熱水器在低緯度地區的高效利用。

太陽能熱水器的最優傾角與地理緯度、氣象條件、用戶使用情況和時間、太陽能熱水器的自然循環需要的重力差等因素相關。

集熱管插入水箱的角度一般是在水箱截面的中心線上，這主要是為了便于加工和安裝。所以大部分的太陽能熱水器都不考慮當地地理緯度，都直接做成40-45度安裝傾角的設計。這種太陽能熱水器安裝在低緯度地區時，由于傾角太大，接收太陽能的效率會大大降低，而如果強行降低安裝傾角時，不僅需要專門設計低傾角支架，水箱底部的部分區域還會產生無法循環的低溫死區，過低的傾角甚至會影響熱循環，導致無法有效的把集熱管里的熱量傳進水箱里。

實用新型內容

本實用新型的目的是提供一種用于低緯度地區的太陽能熱水器，以解決現有的太陽能熱水器存在的在低緯度地區利用效率低的問題。

為實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種用于低緯度地區的太陽能熱水器，包括集熱管和水箱，所述集熱管與水箱的接入口設置在水箱的中心線的下方。

所述集熱管的中心線的延長線與水箱的圓心的距離為5～10cm。

所述集熱管與地平面的夾角為20°～25°。

所述集熱管與水箱的結合部設有非對稱密封硅膠圈。

本實用新型兼顧低緯度地區的低傾角需求和真空吸熱管與水箱熱交換必須要的傾角和重力壓差的需求之間的關系，合理優化設計傾角及相關支架的設計。

優化設計真空吸熱管與水箱的結合結構，減小真空管與水箱的水流阻力，提高真空吸熱管與水箱熱交換效率。

本實用新型是通過機械設計和加工的手段，改變水箱內部結構，將集熱管接入水箱的接口偏離中心線。這樣不僅有效提高了熱循環效率，而且大大減少或避免了水箱底部的低溫死區。該方案完美的解決了低傾角太陽能熱水器的熱循環問題和低溫死區問題。

具有以下特點：?

?1、集熱管可插入水箱底部；提高了水箱內部熱交換效率；

?2、結構簡單，加工方便；