[0024] a、b、c、e、f为系数,a的范围为0.038-0.04,b的范围为0.26-0.27,c的范围为0.34-0.35,e的范围为0.72-0.78,f的范围是-3.6至-3.5之间。
[0025] 所述的热利用装置为向用户提供热水的热水输出设备,所述热水输出设备包括换热器,所述换热器连接自来水,来自太阳能热水器的热水进入换热器中,与自来水进行换热;
[0026] 所述热水输出设备还包括电加热棒,当热水输入设备输出的热水温度低于第一温度时,电加热棒启动加热,并以第一功率进行加热;当热水输入设备输出的热水温度低于比第一温度低的第二温度时,电加热棒以高于第一功率的第二功率进行加热;当热水输入设备输出的热水温度低于比第二温度低的第三温度时,电加热棒以高于第二功率的第三功率进行加热;当热水输入设备输出的热水温度低于比第三温度低的第四温度时,电加热棒以高于第三功率的第四功率进行加热;当热水输入设备输出的热水温度低于比第四温度低的第五温度时,电加热棒以高于第四功率的第五功率进行加热。
[0027] 所述的系统中还包括辅助电加热器和/或辅助热水锅炉,电加热系统和热水锅炉系统根据进入电加热器和热水锅炉的水的温度自动启动,对热水进行加热。
[0028] 所述的系统包括电加热器、热水锅炉,所述热利用设备分别是散热器和热水输出设备,所述的电加热器和热水输出设备设置在一条管路上,散热器和热水锅炉设置在另一条管路上,所述两条管路为并联设置。
[0029] 所述热利用设备设置在与太阳能热水器系统的管路并联设置,其中与太阳能热水器系统的管路连通的热利用设备的进水管路和出水管路上都设置阀门,位于进水管路和出水管路之间的与热利用设备并联的太阳能热水器系统的管路上设置阀门。
[0030] 与现有技术相比较,本发明太阳能热水器具有如下的优点:
[0031] 1)本发明提供的太阳能热水器具有防腐层和吸热层,可以减少对基管的腐蚀,同时能够加大对太阳能的吸收。
[0032] 2)本发明对吸热层的材料和厚度进行精心的选择和实验,已达到最好的吸热的技术效果。
[0033] 3)本发明提供了直板型和圆弧形两种结构的封闭式翅片管散热器,通过多次试验,设计了不同管径、不同高度、夹角的翅片进行试验,从而得到一个最优的翅片优化结果,并且通过试验进行了验证,从而证明了结果的准确性。
[0034] 4)通过设置热输出设备的电加热棒,自动控制热利用装置的温度。
[0035] 5)辅助电加热器和/或辅助热水锅炉,能够起到辅助加热作用,而且通过自动控制控制辅助加热系统的启动,节约能源。
[0036] 6)通过电加热器、热水锅炉与热利用装置的并联连接,可以实现独立控制热利用装置。
[0037] 7)热利用设备设置在与太阳能热水器系统的管路并联设置,可以实现在需要的时候连通热利用设备,在不需要的时候关闭热利用设备,以节约能源。
附图说明
[0038] 图1是本发明串联结构的太阳能系统示意图;
[0039] 图2是本发明并联结构的太阳能系统示意图;
[0040] 图3是本发明的热利用装置与管路并联的太阳能系统示意图;
[0041] 图4是本发明的防腐层和吸热层的结构示意图;
[0042] 图5是热利用装置散热器的示意图;
[0043] 图6是热利用装置散热器的翅片管实施例一的示意图;
[0044] 图7是热利用装置散热器的翅片管实施例二的示意图;
[0045] 图8是控制系统的示意图;
[0046] 图9是图6从左侧看的示意图;
[0047] 图10是图7从左侧看的示意图。
[0048] 附图标记如下:
[0049] 1上集管,2基管中没有翅片的部分,3下集管,4翅片管,5基管,6水第一翅片,7空隙部分,8第一连接片,9第二翅片,10第四翅片,11第三翅片,12第二连接片,13 中央控制器,14 太阳能系统输水管,15 温度传感器,16温度传感器,17 散热器,18太阳能热水器,19电加热器,20锅炉,21热水输出设备,22散热器,23泵,24阀门,25基管, 26红外反射涂层,27吸热涂层,28减反射涂层。
具体实施方式
[0050] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0051] 如图1-3所示的一种太阳能热水器系统,包括太阳能热水器18和热利用装置21和22,所述太阳能热水器包括集热器,所述集热器用于吸收太阳能的热量以加热太阳能热水器中的水,所述集热器为玻璃真空集热管,玻璃真空集热管包括玻璃基管25(参见图4),所述玻璃基管的外表面涂敷吸热层。
[0052] 如图1所示,太阳能热水器中的水经过集热器加热,依次通过辅助加热装置、热利用装置21、热利用装置22,然后回水在泵23的作用下再次循环到太阳能热水器18,进行新的加热。
[0053] 优选的是,太阳能热水器包括储水容器,多个集热管与储水容器相连,加热储水容器中的水,然后加热的水流出太阳能热水器进行循环利用。
[0054] 储水容器分为三层,每相邻的两层紧密贴合,从内向外分别是内涂料层、不锈钢层和外涂料层,储水容器由于采用了上述结构,第一层是内涂料层,可以避免出现腐蚀,第二层是不锈钢层,可以进一步增加防锈效果,第四层是外涂料层,可以保护避免产生锈蚀。
[0055] 对于储水容器中的三层材料不局限于上述描述的材料,本领域技术人员可以进行合理的选择,但是对于三层结构的材料的选择,要求是由内向外的三层结构的热膨胀系数逐渐增大,也就是说,最内层的热膨胀系数最低,第二层其次,第三层最大。之所以这样的设置,因为在加热的过程中,第一层先受热,先膨胀,然后依次是第二层、第三层受热膨胀,因此三层膨胀系数依次增大可以保证膨胀率基本保持一致,保证各层连接的紧密性和稳定性。
[0056] 所述储水容器包括保温层,保温层具有三层,从内向外保温层的每层的热膨胀系数逐渐升高。
[0057] 更优选的是,储水容器从内向外,从内胆到保温层,每层的热膨胀系数逐渐升高。从而实现保证膨胀率基本保持一致,保证各层连接的紧密性和稳定性。
[0058] 优选的是,辅助加热装置可以是电加热器19、热水锅炉20,电加热器和热水锅炉的主要作用是起到辅助加热的作用,例如当利用太阳能加热的水没有达到预定的温度,这是可以启动电加热器和/或热水锅炉。
[0059] 当然,虽然图1展示了两种热利用装置,但是实际并不局限于两种,也可以3种或者以上,当然也可以仅仅设置一种。辅助加热装置同样可以仅仅设置一种,例如仅设置电加热器或热水锅炉。
[0060] 图2展示了热利用装置21和22并联结构的示意图。其中电加热器19与热利用装置21设置在一条管路上,电加热器19用于辅助加热进入热利用装置21中的水,而热水锅炉和热利用装置22设置在另一条管路上,所述的这两条管路并联设置,两端分别连接太阳能热水器的热水出口和泵23。
[0061] 当然上述设置也是实例性的,本领域技术人员可以选择增加多条并联的管路,每条管路上设置热利用装置,使得热利用装置之间互相并联设置,同时对于附加加热装置,例如热水锅炉和电加热器,对本领域技术人员来说,可以根据需要选择是否需要设置,或者只选择设置一种。
[0062] 图3中展示了热利用装置与太阳能系统的输水管路并联设置。其中与太阳能热水器系统的管路连通的热利用设备的进水管路和出水管路上都设置阀门24,位于进水管路和出水管路之间的与热利用设备并联的太阳能热水器系统的管路上设置阀门24。通过设置阀门,可以使得在不需要使用热利用设备的时候,可以通过打开太阳能热水器系统的管路上的阀门和关闭热利用设备的进水管路和出水管路上都设置阀门来控制管路上的水不与热利用设备进行换热。
[0063] 当然,不仅仅是热利用设备,附加加热设备也与太阳能系统的输水管路并联设置,其中与太阳能热水器系统的管路连通的附加加热设备的进水管路和出水管路上都设置阀门,位于进水管路和出水管路之间的与附加加热设备并联的太阳能热水器系统的管路上设置阀门。通过设置阀门,可以使得在不需要使用附加加热设备的时候,可以通过打开太阳能热水器系统的管路上的阀门和关闭附加加热设备的进水管路和出水管路上都设置阀门来控制管路上的水不经过附加加热设备。
[0064] 虽然图3中给出了所有的热利用设备、附加加热设备与太阳能系统的输水管路并联设置,但是并不局限于上述的设备,对于本领域技术人员来说,可以仅仅选择一个或者多个与太阳能系统的输水管路并联设置。例如可以进设置其中一个或两个热利用设备与太阳能系统的输水管路并联设置,也可以仅仅设置一个或者两个附加加热设备与太阳能系统的输水管路并联设置。
[0065] 虽然图1-3中都设置了电加热器19、热水锅炉20,对于本领域技术人员来说,太阳能热水器系统可以选择性的设置上述部件,例如可以仅仅设置电加热器或者热水锅炉,也可以选择两者都不设置。
[0066] 优选的是,所述吸热层从内向外依次包括红外反射涂层26、吸热涂层27和减反射涂层28,其中红外反射涂层26、吸热涂层27和减反射涂层28的厚度的比例为1:1.5:2;所述红外反射涂层为Ag;吸热涂层从内向外依次包括TiAl、Cr、Nb、Zr四层,其中TiAl、Cr、Nb、Zr四层的厚度比例为1:1.1:0.84:1.14;减反射涂层从内向外依次是AlN、TiO2、Ta2O5、SiO2层,其中AlN、TiO2、Ta2O5、SiO2层的厚度比例为0.9:1:0.75:1。
[0067] 优选的是,吸热层的总厚度为1.8μm。
[0068] 上述的尺寸比例是通过近百种不同的厚度比例得来的最佳的结果。通过实验,对于采用上述吸收涂层中各独立层的成分及厚度,可以使制备的吸收涂层的吸收比大于0.94,并实现0.04的发射率。
[0069] 对于上述涂层的制造方法,可以使用本领域经常采用的真空磁控溅射镀膜工艺制备。
[0070] 对于热利用装置,可以包括散热器和热水输出设备,对于散热器,主要有两个具体的实施例,实施例1是圆弧形封闭式翅片管散热器,如图5、6所示,实施例2是直板型封闭式翅片管散热器,如图5、7所示。
[0071] 实施例1的结构如下:
[0072] 一种封闭式结构的翅片管散热器17,包括上集管1、下集管3和连接上集管1和下集管3的翅片管4,所述翅片管4包括圆形基管5和第一翅片6、第二翅片9,第一翅片6和第二翅片9设置在基管5的外部并且第一翅片6和第二翅片9的延长线相交于基管5的圆心所在的基管的中心轴线,第一翅片6和第二翅片9沿着通过基管中心轴线的第一平面B镜像对称;所述翅片管包括第三翅片11和第四翅片10,所述第三翅片11、第四翅片10沿着第二平面C分别与第一翅片6和第二翅片9镜像对称,所述第二平面C与第一平面B垂直而且经过基管5的中心轴线;所述第一翅片6和第二翅片9之间设置第一连接片8,所述第三翅片11和第四翅片10之间设置第二连接片12,第一连接片8和第二连接片12为圆弧型金属板;所述圆弧形金属板的中心轴线与基管5的中心轴线重合;所述基管为直管,所述相邻的基管的中心轴线互相平行。
[0073] 优选的是,相邻基管的第一翅片互相平行,表示相邻基管的第二翅片也互相平行, 同理,第三翅片、第四翅片也互相平行。此特征表明翅片管是按照相同方向排列的。
[0074] 需要解释的是,如图6所示,基管的中心轴线就是基管5的横切面上的圆心点的集合形成的一条线,圆弧形金属板的中心轴线就是横切面上圆弧形金属板的圆心点的集合形成的一条线。所述圆弧形金属板的中心轴线与基管5的中心轴线重合就是指在横切面上,圆弧形金属板和基管是同心圆。
[0075] 优选的是,所有翅片管的尺寸都相同。
[0076] 通过上述的设置,使得翅片与连接片之间形成一个空隙部分7,在对流换热的时候,空隙部分7就形成了一种烟筒效应,能够增强换热。
[0077] 第一翅片、第二翅片与相邻翅片管的第三翅片和第四翅片形成空间,该空间形成一定的空隙,能够形成烟筒效应,加强对流,强化传热。
[0078] 所述第一翅片6和第二翅片9之间的夹角为A,第一翅片6和第二翅片9的长度为L,基管的外半径为R,当然,因为镜像对称,第三翅片11和第四翅片10的长度也自然是L。但是在实践中发现,换热过程中.如果翅片夹角过小,则会阻碍换热,因为翅片夹角过小的话,导致第一翅片、第二翅片的距离太近,则温度边界层在封闭区域内随着基管高度的方向上开始重合,气体温度接近管壁温度而逐渐接近热饱和,流动阻力增大,最终反而恶化换热,外翅片的优势发挥不出来,同样的原因,随着夹角的不断地增大,使得连接片距离基管的距离原来越近,同样使得温度边界层在封闭区域内随着基管高度的方向上开始重合,气体温度接近管壁温度而逐渐接近热饱和,流动阻力增大,最终反而恶化换热,因此夹角具有一个最佳值。
[0079] 对于翅片长度,如果太长,则因为基管的热量无法及时到达翅片的端部或者即使达到效果也不明显,如果太短,则扩展换热面积太小,无法达到一个好的换热效果,因此翅片的高度也有一个最佳值。
[0080] 对于两个翅片管之间的距离,首先如果距离太近或者完全靠近,则两个翅片管的连接片之间距离的空间(参见图5)太小,则空气无法通过翅片之间的间隙进入翅片管之间形成的空隙,此时的换热只能依靠从散热器底部进入空气,无法达到很好的对流换热效果,同样的原因,如果距离太远,则翅片管的第一第二第三第四翅片无法形成有效烟筒效果的空隙,从而导致换热效果变差,因此对于两个翅片管之间的距离也需要一个合适的数值。
[0081] 如图8所示,对于翅片沿着基管5轴向上的高度H,也需要具有一个合适的数值,如果翅片高度太高,则在翅片的上部,因为边界层在封闭区域内随着基管高度的方向上开始重合,导致换热的恶化,同理,高度太低,则换热没有充分发挥,从而影响换热效果。
[0082] 因此,本发明是通过多个不同尺寸的散热器的试验数据总结出的最佳的散热器的翅片管的尺寸关系。因为翅片管还有夹角A、翅片长度L、翅片高度H这三个变量,因此,引入两个无量纲量sin(A/2)、L/R、H/R,这里R是基管的半径,从换热效果中的散热量最大出发,计算了近200种形式。所述的尺寸关系如下:
[0083] 所述第一翅片和第二翅片之间的夹角为A,第一翅片和第二翅片的长度为L,基管的外半径为R,沿着基管轴向上的翅片高度H,上述四者的关系满足如下公式:
[0084] Sin(A/2)=a×(L/R)2+b×(L/R)+c