[实用新型]一种抗冻太阳能热水器

说明书

本实用新型涉及一种集热热水器，尤其是一种在吸热体内贮水的抗冻太阳能热水器。

现有的太阳能热水器通常是由水箱和集热器组成，水箱设在集热器的上方并与集热器中的吸热体相连通，吸热体通常是由集热排管、上集管和下集管以及上循环管和下循环管所组成，集热排管为金属集热条，由于水在结冻为冰时其体积膨胀约10％，因此现有的用无弹性膨胀材料制成的吸热体均不具有抗冻性能。目前为使现有的太阳能热水器能够具有抗冻性能，主要是通过用能够弹性膨胀的材料来制作吸热体，使得吸热体中的水在结冻时，靠弹性材料的膨胀使吸热体具有抗冻性能，尤其是北京市太阳能研究所在专利号为901083100的专利文件中所公开的抗冻太阳能热水器，该太阳能热水器的特点是吸热体中的集热排管为金属集热条，上下集管为能够弹性膨胀的橡胶管，该太阳能热水器是以吸热体的集热排管有序冻结和上下集管的弹性膨胀为抗冻原理，从而使吸热体中的水在结冻时不会账坏吸热体，但根据北京市太阳能研究所的江希年等人为上述抗冻太阳能热水器在太阳能学报1991年第12卷第3期231-236页所发表的题目为《顺序冻结太阳热水器的实验研究》一文中所公布的试验数据，上述抗冻太阳能热水器在应用时吸热体中集热排管的两端仍将承受较太的膨胀应力。由于上述抗冻太阳能热水器吸热体的上下集管在承受膨胀应力时要能够向外弹性膨胀，因此上述抗冻太阳能热水器的吸热体存在着允许使用压力低，吸热体各部仍承受较高膨胀应力，而且制作技术复杂等缺点。

另外尽管现有的用玻璃真空管制成的太阳能热水器可在冬季使用，但当环境温度特别低时，或环境温度较低而且连续几天阴天使玻璃管基本受不到光照时，玻璃真空管内的水仍会结冻，当已结冻的玻璃真空管在经过了一段短时间的解冻后，则该玻璃真空管内的冰则会上浮，如果在此在时该玻璃真空管又进入二次结冻状态，则该玻璃真空管内的水在二次结冻时，则会在浮冰停留处先完成结冻，使得浮冰下部的水因在结冻时所产生的体积膨胀胀裂玻璃真空管，因此现有的贮水空间呈圆柱形的玻璃真空管在二次结冻时不具有抗冻性能。由于能够造成玻璃真空管被冻裂的气候条件较难遇到，所以现有的用贮水空间呈圆柱形玻璃真空管制成的太阳能热水器可以在冬季使用。但是当玻璃玻璃真空管使用了数年后，则真空度已降低的真空管内的水将容易完成结冻，即真空度已降低的玻璃真空管较易被冻裂，即在使用中将容易出现“炸管”现象。

本实用新型的目的是提供一种吸热体为无弹性膨胀材料的，结构简单且不存在因水膨胀而产生高压的抗冻太阳能热水器。

为实现本实用新型的发明目的，本实用新型所提出的技术方案如下：

一种抗冻太阳能热水器，它由水箱和集热器组成，水箱设在集热器的上方，集热器中有数个无弹性的集热排管，每个集热排管的下端封堵，上端与水箱相连通，集热排管的上部，其贮水空间呈上截面积不小于下截面积的直柱形状，该部分在集热器中的长度，不小于集热排管长度的1/20；使得因集热排管上端不受光照而解冻慢的冰，均在集热排管的上部。集热排管的形状符合如下公式：

0.2(Vj/Sj)＜Vy/Sy＜1.1(Vj/Sj)

Vj——距水箱近处单位长度的贮水空间体积，

Vy——距水箱远处单位长度的贮水空间体积，

Sj——Vj在集热排管壁外侧所对应的等效吸散热面积，

Sy——Vy在集热排管壁外侧所对应的等效吸散热面积；从而使得集热排管[2]中的水在首次结冻时，能按自下而上的顺序逐步完成结冻，又能使已结冻的吸热体在解冻时，除了集热排管上部的冰以外，都能按自上而下的顺序解冻。另外，在集热排管贮水空间的下端部，设有固冰装置，以阻止集热排管内的冰在解冻时上浮。

上述的抗冻太阳能热水器，在首次结冻时，集热排管内的水是按照自下而上的顺序逐步完成结冻。集热排管在解冻时，由于集热排管内上部的温度高于下部的温度，而且集热排管内的冰不会上浮，因此集热排管中的冰除了集热排管上部内的冰以外，都是按照自上而下的顺序逐步解冻，从而使得正在解冻的集热排管，无论在何时进入二次结冻状态，集热排管中的水在结冻时所产生的体积膨胀仍能将其上部的水推入水箱中，或将在集热排管上部的冰，尤其是在集热排管上端的冰顺利的推向水箱，因此上述的抗冻太阳能热水器，在首次和二次结冻时均具有抗冻性能。

上述抗冻太阳能热水器的优点是利用现有金属集热条的形状，不必进行过多的加工即使得制成的太阳能热水器具有抗冻性能。

以下结合附图对本实用新型提出的抗冻太阳能热水器的实施例做进一步详细的描述。

图1是抗冻太阳能热水器的正视示意图