[發明專利]一種熱管式太陽能熱水系統的熱傳輸方法及其系統

無效

• 申請號: 201310032187.9
• 申請日: 2013-01-28
• 公開（公告）號: CN103075818A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 江希年;馬杰;馬旭明;楊彪;殷紅娟
• 申請（專利權）人: 大廠菲斯曼太陽能集熱器有限公司
• 主分類號: F24J2/30
• 分類號: F24J2/30;F24J2/32
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 馬婭佳

技術領域

本發明涉及一種太陽能熱水系統，特別涉及一種分體式太陽能熱水系統。

背景技術

太陽能是一種取之不盡的綠色能源，太陽能熱水系統作為太陽能的直接且有效的利用在全世界的范圍內被廣泛地使用。隨著太陽能熱水技術發展，作為城市建筑太陽能系統的一種解決方案，陽臺式太陽能熱水器的市場空間逐漸呈上升趨勢，得到越來越多的太陽能廠家的高度關注，并推出一系列的陽臺式太陽能熱水產品。作為太陽能與建筑一體化的先鋒產品，陽臺壁掛太陽能熱水器成功的與建筑一體化完美結合，更得到了廣大消費者的一致認可，從而實現了在高層建筑上對太陽能熱水技術的應用。

由于高層建筑結構以及高層建筑采光等條件的限制，大多數的應用于高層建筑上的太陽能熱水系統通常采用將收集太陽能的集熱單元與生活水箱的分體設計。集熱單元設置于陽臺或者建筑物的采光面，水箱則設置于室內，并通過自然循環或強制循環的方式將熱能從集熱單元導向水箱。

現有的陽臺太陽能熱水系統，依據收集太陽能的集熱單元的結構主要分為兩大技術體系，一種采用平板式太陽能集熱單元，另一種則采用真空管式太陽能集熱單元。

平板太陽能熱水器是繼第一代燜燒式太陽能熱水器之后的第二代太陽能熱水器。平板型太陽能熱水器是目前太陽能集熱器中的一種主要類型。由吸熱板芯、殼體、透明蓋板、保溫材料及有關零部件組成。陽光透過透明蓋板照射到表面涂有吸收層的吸熱體上，在吸熱體上面排列的流體通道。其中大部分太陽輻射能為吸收體所吸收轉變為熱能后，傳向流體通道中的工質。這樣，從集熱單元底部入口的冷工質，在流體通道中被太陽能所加熱，溫度逐漸升高，加熱后的熱工質，帶著有用的熱能從集熱器的上端出口，蓄入水箱中待用，即為有用能量收益。由于平板式熱水器可以將從太陽能吸收的熱能通過流體通道直接傳輸至水箱，其熱傳輸方法及結構直接簡單，適用于壁掛式陽臺太陽能熱水器。但是，由于吸熱體溫度升高將損失一部分熱量，通過透明蓋板和外殼又向環境散失一部分熱量，這些都構成平板太陽集熱單元的各種熱損失，則其傳導給流體通道內工質再由工質傳輸至水箱的熱能被大大地減弱了。在比較寒冷的地區(低于-10℃北方地區)需要大量電能作為輔助能源。

全玻璃真空管型太陽能熱水器是真空管型熱水器的一種，因其結構簡單，投資成本低，生產工藝成熟等，在太陽能市場場中占有相當份額。其主要結構由內、外兩層玻璃管組成，內、外玻璃管之間進行真空處理，并且內管真空側鍍有選擇性吸收涂層。工作時，內管內充滿水，并通過涂層將太陽能轉換為熱能并傳送給水。常見為直接插入水箱內提供熱水。但其也存在明顯的缺陷：可靠性差，維護難，一根管破損則整個系統將無法運行；內管易結水垢且難以清除；不能承壓運行；熱容大，熱損大；存在凍裂隱患。此種種，都影響了其使用壽命及在大型熱水工程中的應用。

U型管真空管主要分為兩種。一種為玻璃吸熱體結構，另外一種為金屬吸熱體結構。其主要的工作原理都是利用吸熱體將太陽能轉換為熱能，并傳送給U型管，再加熱流通于U型管內的導熱介質，從而制造熱水。U型管熱水器解決了全玻璃真空管太陽能熱水器不能承壓運行的為題，但其存在維護難，集熱板安裝困難，易局部過熱等問題，并且需要循環泵等輔助設備，且所需功率較大，熱性能不理想，所以應用較少。

假熱管式真空管熱水器也是真空管熱水器的一種。此種真空管是在全玻璃真空管的基礎上，將一根熱管放入玻璃內管內，并連接一個金屬筒作為固定和二次導熱。金屬筒與內管管壁緊密接觸。工作時，內管的選擇性吸收涂層將太陽能轉換為熱能，并通過管壁傳遞給金屬筒，再傳遞給熱管。此種真空管解決了全玻璃真空管存在的內管易結水垢的問題，并且不會出現凍裂的危險。維護相對更容易，且個別管子的破損不影響整體體統的運行。但因其經過多次的傳導才將熱能傳遞給熱管，且玻璃內管內是非真空的，因此其熱損很大，熱效率低。