基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器.pdf

本发明公开了一种基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器，涉及到相变材料储热和太阳能光热应用技术，特别涉及到一种高效无水箱平板太阳能热水器。本发明主要由真空透明聚光盖板、T型吸热导热件、选择性吸热涂料、相变储热材料、储液装置、边框、保温材料、隔热空腔等构成，其特征在于：真空透明聚光盖板和T型吸热导热件组成集热部分，储液装置、相变储热材料和换热铜管组成储热部分，集热部分和储热部分有机地结合为一体。本发明与传统太阳能热水器相比，相变储热材料替代了传统的储热水箱，集热储热一体化，使得热水器体积更加小巧，更适用于建筑一体化应用；同时采用聚光和真空隔热技术，大大提高了集热效率和保温性能。

权利要求书
1.  基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器主要由真空透明聚光盖板、T型吸热导热件、选择性吸热涂料、相变储热材料、储液装置、换热铜管、边框、扣条、背保温材料、侧保温材料、正保温材料、隔热空腔等构成，其主要特征在于：真空透明聚光盖板和T型吸热导热件组成集热部分，储液装置、相变储热材料和换热铜管组成储热部分，集热器部分和储热部分有机地结合为一体。

2.  如权利要求1所述的基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器，其特征在于真空透明聚光盖板为双层中空结构，由透明玻璃和菲涅尔线性聚光透镜组成，两者中间形成中空状态。

3.  如权利要求1所述的基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器，其特征在于所述的菲涅尔线性聚光透镜由多个焦距相同的菲涅尔聚光透镜构成，每个菲涅尔聚光透镜能将聚集到其表面的平行光聚焦到一条线上。

4.  如权利要求1所述的基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器，其特征在于所述的T型吸热导热件上端表面涂有选择性吸热涂料，下端与储液装置相连。

5.  如权利要求1所述的基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器，其特征在于所述的隔热空腔的厚度等于菲涅尔聚光透镜的焦距。

6.  如权利要求1所述的基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器，其特征在于固/液相变储热材料放在储液装置内。

7.  如权利要求1所述的基于聚光和相变储热的无水箱太阳能平板热水器，其特征在于所述的换热铜管置于储液装置内部，与相变储热材料直接接触。

说明书基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器
技术领域
本发明专利涉及到相变材料储热和太阳能光热应用技术，特别涉及到一种高效平板太阳能热水器，属于太阳能光热应用技术领域。
背景技术
太阳能作为清洁能源，取之不尽用之不竭，是传统能源重要的替代能源之一。太阳能光热应用由于其太阳能利用率高，实现简单，是太阳能利用的重要方法之一。传统太阳能热水器主要包括太阳能集热器、水泵、管路和储热水箱，其储热材料往往为水，由于水是显热储存能量，储能密度低，往往需要一个比较大的储热水箱。由于现代研究水平的不断提高，相变储热材料研究有了很大的突破，已经有不少的相变储热材料应用到了太阳能上，相变储热材料由于其储能密度高，储存单位能量所需的体积往往为显热储能材料的十分之一，甚至更低，因此采用相变储热材料来代替水，能大大减小装储热材料的容器的体积。平板集热器和真空管集热器作为应用最广的太阳能集热器。真空管集热器由于其自身保温性能好，能直接将储热材料放置到真空管件中，但平板集热器由于其集热面积大，正面保温性能差，储热材料往往难以直接与集热器融为一体，因此平板集热器热水器往往需要外置一个比较大的储热装置。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是研发一种平板太阳能集热与储热结合一体的构件，提高平板集热器的保温性能和集热效率，去除传统太阳能热水器的储热水箱。
本发明的技术方案是：基于聚光和相变储热的无水箱平板太阳能热水器主要由真空透明聚光盖板、T型吸热导热件、选择性吸收涂料、相变储热材料、储液装置、换热铜管、边框、扣条、背保温材料、侧保温材料、正保温材料、隔热空腔等构成，其主要特征在于：真空透明聚光盖板和T型吸热导热件组成集热部分，储液装置、相变储热材料和换热铜管组成储热部分，集热器部分和储热部分有机地结合为一体。
1. 真空透明聚光盖板为双层中空结构，由透明玻璃和菲涅尔线性聚光透镜组成，两者中间形成中空状态。
2. 所述的菲涅尔线性聚光透镜由多个焦距相同的菲涅尔聚光透镜构成，每个菲涅尔聚光透镜能将聚集到其表面的平行光聚焦到一条线上。
3. T型吸热导热件上端表面涂有选择性吸热涂料，下端与储液装置相连。
4. 隔热空腔的厚度等于菲涅尔聚光透镜的焦距。
5. 固/液相变储热材料放在储液装置内。
6. 换热铜管置于储液装置内部，与相变储热材料直接接触。
本发明与传统太阳能热水器相比，相变储热材料替代了传统的储热水箱，集热储热一体化，使得热水器体积更加小巧，更适用于建筑一体化应用；同时采用聚光和真空隔热技术，大大提高了集热效率和保温性能。
附图说明
图1：本发明专利的横剖面结构示意图；
图2：本发明专利的平面结构示意图；
图3：本发明专利的储液装置剖面结构示意图；
图4：本发明专利的菲涅尔线性聚光透镜结构示意图；
图5：本发明专利铜管元件结构示意图。
1为相变储热材料、2 为换热铜管、3 为储液装置、 4为正保温材料、5为隔热空腔、6为T型吸热导热件、7为真空透明聚光盖板、8为菲涅尔线性聚光透镜、9为真空腔、10为透明玻璃、11为选择性吸收涂料、12为扣条、13为边框、14为侧保温材料、15为进水口、16为背保温材料、17为出水口。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明在实际实施中，如图1所示，本发明主要由相变储热材料1、换热铜管2、储液装置3 、正保温材料4、隔热空腔5、T型吸热导热件6、真空透明聚光盖板7、菲涅尔线性聚光透镜8、真空腔9、透明玻璃10、选择性吸收涂料11、扣条12、边框13、侧保温材料14、背保温材料16构成。真空透明聚光盖板7由透明玻璃10和菲涅尔线性聚光透镜8组成，由高强度高气密性复合粘结剂粘贴在一起，中间为真空腔9。如图4所示菲涅尔线性聚光透镜8是由焦距相同的菲涅尔聚光透镜组成，采用PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）和PVC（聚氯乙烯）等材料制造；如图3所示储液装置3是由具有防腐和高导热性能的不锈钢材料焊接制作，相变储热材料1采用熔点在80℃～100℃的材料，放在储液装置3之中；T型吸热导热件6采用铝材制作，上端图有选择性吸收涂料11，下端与储液装置3焊接。边框13和扣条12均采用铝材制作；如图5所示的换热铜管2弯曲成蛇形以便增大换热效率。
如图1所示，首先利用铝型材料组装边框13，将背保温材料16放置到边框13内，再放侧保温材料14，将放置有相变储热材料1和换热铜管2的储液装置3放置在在背保温之上，然后放置正保温材料4，盖上真空透明聚光盖板7在边框13上，最后扣上扣条12。
本发明的太阳能光热应用实现过程为，太阳光照射到真空透明聚光盖板7上，菲涅尔线性聚光透镜8将太阳光聚焦到T型吸热导热件6上，T型吸热导热件6将热量传递到储液装置3的相变储热材料1中储存，外界使用的水从导热铜管进口15流入换热铜管2中与相变储热材料1换热，从导热铜管出口17流出。
本发明的技术方案不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。