[发明专利]具有电加热功能的耐严寒承压太阳能集热贮能管

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器，尤其涉及一种为无水箱太阳能热水器配套的多功能集热管。

背景技术

在现有技术中，涉及用太阳能集热管贮能的文献极少，已公开的专利号为94236219.8和200720143322.7的两件专利，采用的技术是加大集热管直径多装水使其达到集热贮能的目的，但是集热管的直径不可能太大，同时加大集热管装水容量贮能，实质上并没有减轻太阳能热水器整机重量，只是取消水箱后把水箱的装水量转移到加粗的集热管中，再者，由于水是显热贮能，阳光好的天气，集热管内水温会很快超过水的结垢点60℃，继而造成集热管内壁结硬水垢，使集热器的集热性能逐年下降，因此现有技术中的大管径集热管作为无水箱太阳能热水器的集热元件，并不能真正适用于无水箱太阳能热水器整机，所以真正达到实用目的的无水箱太阳能热水器整机并未问世。

发明内容

为克服现有技术之不足，本发明利用已普及使用的常规太阳能集热管、相变贮能材料、铜管换热器和电发热线，通过合理的组合，制造出了一种具有电加热功能的耐严寒承压太阳能集热贮能管，该太阳能集热贮能管完全能够替代现有的屋顶式、壁挂式、墙体镶嵌式和阳台栏板镶嵌式太阳能热水器的常规集热管，使真正达到实用目的的无水箱太阳能热水器的整机制造成为现实。

为实现上述技术，采用如下技术方案以实现本发明的目的：本发明涉及的具有电加热功能的耐严寒承压太阳能集热贮能管，包括单开口的太阳能集热器、封口盖，所述单开口的太阳能集热管的内腔中装有相变贮能材料，铜管换热器和电发热线，换热器铜管在集热管内腔中通长延伸到离内管封头2cm处，两端头穿过封口盖，电发热线在集热管内腔中通长延伸到内管封头3cm处，正负两极穿过封口盖。

所述的相变贮能材料是固-液相变贮能材料，熔点在30-200℃之间，熔化焓≥150KJ/Kg；所述的铜管换热器是紫铜管上敷有金属微细丝的螺旋管或U型管换热器；所述的电发热线的外皮是硅橡胶材料制成的，正负两极可连接220v及以下交流电源供电，也可使用36v以下安全电源供电。

与现有技术相比，本组合发明具备以下有益效果：1、该发明采用的是已普及使用的常规集热管，当加入集热管中的相变贮能材料的熔点在45-60℃时，可以替代常规的集热管用于房顶式、壁挂式、墙体镶嵌式和阳台栏板镶嵌式无水箱太阳能热水器；当加入集热管中的相变贮能材料的熔点在105-110℃时，可用于太阳能开水器；当加入集热管中的相变贮能材料的熔点在110-200℃时，可用于太阳能热发电的热源；当加入集热管中的相变贮能材料的熔点在35-45℃时，可用于住宅和温室大棚的无水箱式地热采暖系统；当加入集热管中的相变贮能材料的熔点在45-60℃时，可替代普通常规集热器模块中的集热管，用于集中供热水的无水箱系统。2、集热贮能管的发明使太阳能热水器整机的设计，可以取消笨重的水箱，减轻了整机重量，这为太阳能热水器整机的安装拓宽了范围，特别是为太阳能与建筑一体化提供了一个全新可行的设计方案，不但很好地解决了单层建筑和多层建筑的太阳能与建筑一体化设计问题，而且还非常好的解决了高层建筑和坡屋顶建筑供应生活热水的行业性技术难题。3、集热贮能管的发明，对太阳能热水器的整机制造行业的生产加工工艺形成了巨大改变，因为太阳能热水器整机取消了水箱，随之就取消了一整套水箱制造工艺，同时液减少了水箱制造的设备，降低了整个行业的固定资产投资，从而大大简化了太阳能热水器整机的生产工艺，可大大提高整机的生产效率，将给太阳能热水器整机制造行业带来巨大的经济效益，对加快太阳能热水器在各类建筑安装起到推动作用，也会促进我国的节能减排工作，带来巨大的社会效益和环境效益。4、使太阳能热水器的水温不超过60℃，是解决结垢问题的最可靠方法，这也是太阳能热水器整机设计无法解决的问题，因为按冬季达到正常使用温度配置集热器，在夏季水温往往都超过结垢点60℃，达到80-99℃的机型随处可见，造成集热管内壁结硬水垢致使集热效率下降，清洗成本高，难度大，维修困难，若使用本发明的集热贮能管，则可根治结水垢的世界性难题，这是因为本发明的集热贮能管中使用45-60℃的相变贮能材料，其热能都贮存在60℃以下的相变温区中，低于水的结构点60℃，若设计合理，则集热贮能管内温度不超过60℃，可以非常有效的遏制温度升高，从而可使集热贮能管中的换热器的工作环境始终处于结构点以下，因而长期保持高的换热效率。5、相变贮能材料的物理性质之一是热胀冷缩，与水结冰时的冷涨热缩正相反，这与集热管玻璃的热胀冷缩的应力方向一致，又因为相变贮能材料在冰点温度以下的收缩率远大于同温度下玻璃管的径向收缩率，从而彻底消除了集热器玻璃管在径向收缩时受到的相反方向的膨胀外力作用，彻底杜绝了集热管的冻裂现象，为使用集热贮能管的太阳能热水器在严寒地区的普及，在理论上得到了证实。这与实验结果相一致，彻底根治了太阳能热水器行业三十多年未能解决集热管冻害问题。6、与现有技术的加大集热管中水量贮能方式比较，相变贮能材料熔化焓值较大，一般应使用熔化焓值在0.2MJ/Kg左右的相变贮能材料，，如果使用52.34Kg的相变贮能材料，其贮存的能量为52.34Kg×0.2MJ/Kg＝10.468MJ，按使用率80％计算，为8.37MJ，这些能量可以把100Kg20℃的凉水加热到40℃的温水后供四个人淋浴使用，如果当天只有两人淋浴，剩余能量将继续贮存在集热贮能管中，如果第二天为阴天，剩余能量还可供两人淋浴，因而具有延续的调节功能，如果使用大容量集热管装水贮能，则集热管中的水为100Kg，起始水温为20℃，当水温升高到40℃时，所吸收的能量同样是8.37MJ，采用冷水顶热水方式承压使用，同样当天两人淋浴顶出40℃温水50Kg后，集热管中的水量仍然是100Kg不变，这时集热管中已进入20℃凉水50Kg，此时的大容量集热管中的平均水温已降至30℃，不能再继续淋浴，除非用电辅助加温使用。7、可节约大量优质不锈钢板和聚氨酯保温材料，每台热水器可节约优质不锈钢板2m²，聚氨酯保温材料8Kg。8、使用方式广泛，可垂直使用和斜置使用，也可水平使用。