汽液循环太阳能热水器技术领域
本发明涉及自然循环太阳能热水器，尤其是集热循环系统为真空负压系统的自然循环太阳能热水器。
背景技术
太阳能热水器节能环保，但使用安全舒适度不如传统热水器，与建筑相结合的难度大，稳定性差、耐
用性差、维护困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低，使用舒适度高，集热效率高，易于与建筑相结合，性能
稳定耐用、减免维护的太阳能热水器。
本发明的汽液循环太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、回排膨胀装置组成，集热循环系统为真
空负压系统，其特征在于：回排膨胀装置高于集热循环系统，经回排管连接在集热循环系统底部，经微孔排
气管连接在集热循环系统顶部，回排管上设有回流限量阀，微孔排气管上设有排气阀，回流限量阀与排气
阀同步。集热循环系统为真空负压系统，汽液混合循环，利用气泡给集热循环系统带来更大的循环动力，
集热效率高，便于布局储热水箱和集热器，能更好地与建筑相结合；根据储热水箱的加热温度要求选择相
应沸点的传热介质，或结合传热介质的沸点设置回排膨胀装置的工作压力，(调整回排膨胀装置的容积、
结合安全阀的工作压力可调整回排膨胀装置的工作压力。)可控制储热水箱的上限加热温度，提高使用安
全舒适度，系统可保持良好的密闭性及高效性，提高稳定性及耐用性。
为进一步提高使用安全舒适度，集热循环系统设置恒温阀，用户可根据需求设定储热水箱的上限加热
温度。回排管连接在恒温阀下方可减少回排管的管长，设置恒温阀可减少传热介质的回排量。
为进一步提高太阳能热水器耐用性及稳定性，回排膨胀装置为散热器结构，微孔排气管改成小孔散热
管，小孔散热管上设有散热阀，回流限量阀与散热阀同步。在储热水箱停止加热后对集热器过热有一定控
制。采用U型管真空管集热器时，U型管分级设置可均匀地对每根真空管进行散热。
为进一步确保集热循环系统长期高效运行，集热循环系统设置集气罐，集气罐高于集热循环系统，回
排膨胀装置串联集气罐连接回排管，回流限量阀设在回排膨胀装置与集气罐之间，微孔排气管连接在集气
罐，不设排气阀。集气罐包裹在储热水箱保温层与内胆之间，集气罐温度尽可能保持与储热水箱底部一致；
集气罐设保温防止系统热量损失，集气罐温度尽可能保持与储热水箱底部一致是为确保集气罐温度保持在
集热循环系统中的较低水平。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，其中：
图1是汽液循环太阳能热水器原理图。
图2是集热循环系统设置恒温阀的汽液循环太阳能热水器原理图。
图3是集热循环系统设置集气罐汽液循环太阳能热水器原理图。
图4是U型管分级设置的U型管真空管集热器原理图。
具体实施方式
图1所示的汽液循环太阳能热水器由储热水箱1、换热器2、集热器3、回排膨胀装置5组成，储热水
箱设有冷水进水口6、热水出水口7。回排膨胀装置高于集热循环系统，经回排管连接在集热循环系统底
部，经微孔排气管连接在集热循环系统顶部，回排管上设有回流限量阀，微孔排气管上设有排气阀，回排膨
胀装置内设有浮子同步控制回流限量阀与排气阀。假定传热介质为35％浓度乙醇，回排膨胀装置容积大于
集热循环系统容积40％，回排膨胀装置安全阀的工作压力为常压。汽液循环太阳能热水器安装完成后注入
定量的传热介质，传热介质注入后，集热循环系统正好处于最佳工作液位，回排膨胀装置液位正好浮子关
闭回流限量阀与排气阀；储热水箱可先不注水。集热器受太阳辐射，集热器温度快速上升，传热介质气化
产生压力，同步推开回流限量阀与排气阀，传热介质经回排管流入回排膨胀装置，集热循环系统排空后不
会因过热产生高压；介质蒸汽与原本在集热循环系统的空气由微孔排气管流入回排膨胀装置，清除集热循
环系统内不凝性气体，经微孔排气管流入回排膨胀装置的介质蒸汽有限不会造成回排膨胀装置过热；回排
膨胀装置液位上升，压力大于常压时气体排出，完全回排后回排膨胀装置剩余30％的空间。夜间或储热水
箱注入冷水，集热循环系统温度回落介质蒸汽冷凝，传热介质回流集热循环系统，回排膨胀装置液位下降，
安全阀关闭，回排膨胀装置内产生负压，液位下降至浮子同步关闭回流限量阀与排气阀时，回排膨胀装置
内真空度大约为0.7的真空状态；浮子同步关闭回流限量阀与排气阀后，回流集热循环系统的传热介质无
法注满，原本在集热循环系统内空气及不凝性气体在回排时已经被清除，此时集热循环系统为高真空状态。
集热器受太阳辐射，集热器温度上升，集热器内传热介质沸腾将传热介质推向注满其它部分，换热器、下
循环管的较低温介质与集热器、上循环管的充满气泡的较高温介质形成强劲的循环动力，汽液混合循环以
显热、潜热混合换热的方式给储热水箱加热，集热循环系统温度大约达到65度时开始同步推开回流限量
阀与排气阀，随着温度上升传热介质经回排管不断流入回排膨胀装置，直至大约83度介质全部回排，储
热水箱温度被控制在83度以下；回排膨胀装置液位正好在上次回排的液位，安全阀不会打开，系统保持
良好的密闭性；在每次传热介质回排时对集热循环系统内不凝性气体进行清除，保证集热循环系统高效运
行。
在使用U型管真空管集热器时，为减轻U型管真空管集热器空晒温度过高对集热循环系统可能造成
的危害，回排膨胀装置改成散热器结构，增大微孔排气管的排气孔改成小孔散热管。回排膨胀装置的散热
能力应能满足将U型管真空管集热器空晒温度控制在预期的上限温度以下，小孔散热管的散热孔径应与回
排膨胀装置的散热能力匹配，防止回排膨胀装置过热“开锅”。散热器结构的回排膨胀装置兼顾回排功能
与散热功能，小孔散热管兼顾散热功能与不凝性气体清除功能。
图2所示的集热循环系统设置恒温阀的汽液循环太阳能热水器由储热水箱1、换热器2、集热器3、恒
温阀4、回排膨胀装置5组成，储热水箱设有冷水进水口6、热水出水口7。回排膨胀装置高于集热循环系
统，经回排管连接在恒温阀下循环管方向至集热器下循环管接口之间，经微孔排气管连接在集热循环系统顶
部，回排管上设有回流限量阀，微孔排气管上设有排气阀，回排膨胀装置内设有浮子同步控制回流限量阀
与排气阀。集热循环系统设置恒温阀，用户可根据需求设定储热水箱的上限加热温度，可减少回排管的管
长、减少传热介质的回排量。工作状态时，储热水箱低于设定温度时恒温阀打开，传热介质循环加热储热
水箱的水，储热水箱达到设定温度时恒温阀关闭，传热介质停止循环，集热器温度快速上升，传热介质回
排。
图3所示的集热循环系统设置集气罐的汽液循环太阳能热水器由储热水箱1、换热器2、集热器3、恒
温阀4、回排膨胀装置5、集气罐8、组成，储热水箱设有冷水进水口6、热水出水口7。回排膨胀装置为
散热器结构，高于集热循环系统，回排膨胀装置串联集气罐经回排管连接在恒温阀下循环管方向至集热器
下循环管接口之间，经小孔散热管连接在集热循环系统顶部，微孔排气管一头连接在集气罐，一头与小孔散
热管共用主管连接在集热循环系统顶部，微孔排气管上不设排气阀，回流限量阀设在回排膨胀装置与集气
罐之间，小孔散热管上设有散热阀，回排膨胀装置内设有浮子同步控制回流限量阀与散热阀(在配置普通
回排膨胀装置的系统时，不设小孔散热管及散热阀，浮子只控制回流限量阀。)。集热循环系统工作液位高
于微孔排气管在集气罐的入口，集气罐检测集热循环系统内不凝性气体，将其收集在集气罐，在集热循环
系统回排时第一时间将不凝性气体排出。集气罐应设保温防止经微孔排气管流失热量，集气罐应处于集热
循环系统低温区确保工作状态时传热介质在集气罐内处于液态，将集气罐包裹在尽可能接近储热水箱底部
的保温层与内胆之间可解决以上问题。
图4所示的U型管分级设置的U型管真空管集热器包括上循环集管1、下循环集管2、1级U型管真
空管3、2级U型管真空管4。1级U型管真空管短接在下循环集管上，2级U型管真空管一头连接在下
循环集管、一头连接在上循环集管，集热器中每根U型管真空管支管的循环出口与循环入口应保持顺坡，
集热器的循环出口与循环入口也应保持顺坡。在集热循环系统回排后1级U型管真空管产生的蒸汽流经每
根被排空的2级U型管真空管支管带走热量。