[发明专利]一种太阳能非承压储水集热器和集热运行方法

说明书

技术领域

本发明是太阳能集热领域各种类型太阳能热水器、太阳能热水系统和太阳能集热工程上应用的一种太阳能非承压储水集热器和集热运行方法。

背景技术

太阳能集热器是太阳能热水器、热水系统、太阳能集热工程中最重要、最关键部分，现有太阳能热水器和热水系统存在的许多严重问题都是由集热器结构和集热运行方法引起的，集热器设计理念决定了集热器结构、形状和集热运行方法，集热器结构和集热运行方法决定了用于制造集热器的材料，决定了结水垢程度和水垢对集热效率持久性影响程度，决定了热水器和热水系统保温防冻害方法，决定了集热器连接、维修、施工方法，决定了单只集热器最大长度和集热面积，决定了集热系统运行时耗电量和噪声，决定了太阳能热水器和热水系统综合成本和使用寿命。如果在现有太阳能集热器基础上，按常规设计理念改进创新，无法系统解决太阳能热水器和热水系统中存在的一系列问题，只有以颠覆性设计理念对集热器结构和集热运行方法全面、彻底改进，才有可能全面、系统地解决现有太阳能热水器、热水系统存在的一系列问题，把太阳能集热应用技术和产品提升到新的水平。

目前，公知的太阳能热水器和热水系统使用的集热器，主要有两种类型，一是自然循环集热型家用太阳能热水器，二是强制顶水循环集热的平板型集热器、插入式热管真空管集热器和直流真空管集热器，存在的主要问题介绍如下：

一、家用太阳能热水器

家用太阳能热水器上集热器种类有全玻真空管、热管真空管、热管平板型等，其共同结构特征是：保温水箱与集热器连成一体，保温水箱在上，集热器在水箱下部一侧位置，存在的主要问题是：

1.集热器与保温水箱连为一体，且在室外高处，风大、水箱内热水与外部温差大，有阳光时集热，无阳光时水箱内热水可通过集热管板、接口和水箱外壳散热，由于无阳光时间远大于有阳光时间，热量易流失，热能利用率较低。2011年2月13日，央视《每周质量报告》曝光的浙江海宁产太阳能热水器的质量问题也从一个侧面反映了家用太阳能热水器热量易流失与一体化结构有关，导致长时间保温难。

2.热水器水箱壁薄，易腐蚀、易结水垢，使用寿命较短。

3.水箱为封闭型，无法清洗，影响使用寿命和水质。

4.防冻性能差，北方冬季通常难以使用，南方遇极冷天气也容易冻坏。

5.热水器高、大、重，在建筑物上安装受风面大、对建筑物压力大、安装固定难度大，且影响建筑物形象，因而对多层楼房来讲，虽然楼顶有很大集热面积，但考虑到水箱加满水的重量房顶结构难以承受，而无法充分利用，强制循环型热水器除自身存在很多问题外，无法实现分户独立使用，这是家用太阳能热水器在多层楼房应用中面临的现实而需要解决的问题。

6.家用太阳能热水器受光照不确定和季节因素影响，水温时高时低，无法满足用户正常使用要求，为此，许多太阳能热水器在水箱内增加电加热功能，这对于单层楼房来讲可行，但对多层住宅楼来讲，因距离用户供电供水点远，从安装、维修、用电安全等角度分析都不宜采用，因而很难满足多层楼房用户使用要求。

7.受集热器与保温水箱一体化限制，集热面积小，水箱容积小，难以满足用户使用要求。

8.受水箱在上的结构特征制约，无法低成本增设出水温度自动控制和采暖功能，用途单一，利用率低，用户实际使用性价比低，制约了用户购买欲望，制约了进一步发展空间。

还有一种依靠防冻液强制循环集热的平板型家用太阳能热水器，除外观形象较好、防冻外，存在问题多，成本很高，集热面积很小，不具备成为主流产品的条件，不详述。

二、平板型太阳能集热器、插入式热管真空管集热器、直流真空管集热器

太阳能集热器种类主要有平板型集热器、插入式热管真空管集热器、直流真空管集热器三种，采用强制顶水循环集热方法，存在主要问题是：

1.水垢对集热器集热效率影响大。水垢位于吸热板与循环吸热水流之间，循环集热管内壁易结水垢，由于水垢热导率低，影响吸热板向水中传热，影响集热效率；通常采用硅磷晶类化工品对水进行处理，这种方法只能延缓结垢，难以从根本上解决问题，且硅磷晶类物质对水质有影响；

插入式热管真空管集热器上的热管冷凝端外表与导热套间有接触热阻，在水箱内的导热套管外表易结垢，且联集管内部凹凸不平、无法清洗，对热效率有影响。

2.维修难。每只平板型集热器构成一个整体，难以在现场局部维修，通常有问题要整体更换，费用高(插入式热管真空管集热器除外)。