一种辅助加热的太阳能热水器系统

1.本发明涉及一种太阳能技术，尤其涉及一种辅助加热的太阳能热水器系统。


背景技术：

2.随着现代社会经济的高速发展，人类对能源的需求量越来越大。然而煤、石油、天然气等传统能源储备量不断减少、日益紧缺，造成价格的不断上涨，同时常规化石燃料造成的环境污染问题也愈加严重，这些都大大限制着社会的发展和人类生活质量的提高。能源问题已经成为当代世界的最突出的问题之一。因而寻求新的能源，特别是无污染的清洁能源已成为现在人们研究的热点。
3.太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，而且资源量巨大，地球表面每年收的太阳辐射能总量为1
×
10 18 kw
·
h，为世界年耗总能量的一万多倍。世界各国都已经把太阳能的利用作为新能源开发的重要一项，我国政府在《政府工作报告》也早已明确提出要积极发展新能源，其中太阳能的利用尤其占据着突出地位。然而由于太阳辐射到达地球上的能量密度小（每平方米约一千瓦），而且又是不连续的，这给大规模的开发利用带来一定困难。因此，为了广泛利用太阳能，不仅要解决技术上的问题，而且在经济上必须能同常规能源相竞争。
4.太阳能热水器是将太阳光能转化为热能，通过热能将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用需求。利用太阳能这种清洁能源有利于减少非可再生能源的使用，降低碳的排放。
5.但是，现有的太阳能热水器普遍存在如下缺点：在遇到阴天或者晚上没有太阳的时候，热水器输出的温度过低不能满足实际的生活需要，给生活造成了不便。
6.鉴于现有技术的上述技术缺陷，虽然现有技术也有一些辅助加热的功能，例如利用电加热等，但是加热效率低，而且不节能。


技术实现要素：

7.本发明旨在提供一种辅助加热的太阳能热水器系统，能够在太阳能不充足的情况下实现太阳能热水器快速加热功能。
8.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种辅助加热的太阳能热水器系统，包括集热器和热水器，所述集热器加热的流体通过第二管路进入热水器中进行换热，换热后的流体通过第一管路进入集热器中，还包括压缩机和节流装置，所述压缩机设置在与第二管路并联的压缩机管路上，所述节流装置设置在于第一管路并联的节流装置管路上，所述第一管路是流体从热水器流入到集热器的管路，第二管路是流体从集热器流到热水器的管路。
9.作为优选，所述第一管路上设置第一管路阀，第二管路上设置第二管路阀，压缩机管路上设置压缩机阀，节流装置管路上设置节流装置阀。
10.作为优选，当太阳能不足时，压缩机阀和节流装置阀打开，压缩机和节流装置开始
运行。
11.作为优选，没有太阳能时，第一管路阀、第二管路阀关闭，压缩机阀和节流装置阀打开，压缩机和节流装置开始运行。
12.作为优选，包括温度传感器，所述温度传感器用于检测集热器内的温度，当检测集热器内的温度低于预定温度时，控制器控制的第一管路阀、第二管路阀关闭，压缩机阀和节流装置阀打开，压缩机和节流装置开始运行。
13.作为优选，所述第一管路、第二管路、集热器和热水器构成了环路热管系统。
14.作为优选，集热器内部设有毛细结构、补偿腔和蒸发腔，补偿腔连接毛细结构，毛细结构连接蒸发腔。
15.作为优选，毛细结构采用多孔材料作为骨架，使得毛细结构中设置空间间隙，在空间间隙中设置低导热系数、高膨胀系数的膨胀粒子。
16.作为优选，所述集热器是聚光式太阳能集热器。
17.作为优选，空间间隙公称直径尺寸范围为40 μm — 100μm。
18.与现有技术相比较，本发明具有如下的优点：1）本发明提出一种热泵辅助加热的太阳能热水器系统，根据太阳能的利用情况，启动热泵进行辅助加热，保证太阳能热水器达到合适的输出温度，适用性更广泛。
19.2) 本发明对目前的太阳能热水器进行了改进，提出一种辅助加热的太阳能热水器系统，根据太阳能的利用情况，启动热泵进行辅助加热，保证太阳能热水器达到合适的输出温度，适用性更广泛。
20.3）本发明设置了根据检测温度自动控制压缩机阀和节流装置阀打开和关闭的自动进行加热热水器功能，进一步提高了系统的智能化程度，保证太阳能热水器的稳定运行，适用性更广泛。
21.4）本发明的集热器内部设置本发明的毛细结构具有较低的导热系数以及高膨胀特性材料保证了环路热管循环的动力供应，有效防止汽液界面向到液体侧移动，减少气体工质的流动阻力。
22.5）本发明的膨胀粒子的膨胀系数随着毛细结构位置进行可变设计，能够进一步保证了太阳能集热器循环的动力供应，有效防止汽液界面向到液体侧移动，减少气体工质的流动阻力。
附图说明
23.图1是本发明的太阳能热水器的系统示意图；图2是本发明太阳能热水器的集热器切面示意图；图3是本发明环路热管毛细结构结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
25.图1展示了一种辅助加热的太阳能热水器系统。如图1所示，太阳能热水器系统包括集热器1和热水器2，所述集热器1加热的流体通过第二管路4进入热水器2中进行换热，换热后的流体通过第一管路3进入集热器1中。如图1所示，所述系统还包括压缩机5和节流装
置6，所述压缩机5设置在与第二管路并联的压缩机管路上，所述节流装置设置在与第一管路3并联的节流装置管路上，所述第一管路上设置第一管路阀7，第二管路上设置第二管路阀8，压缩机管路上设置压缩机阀9，节流装置管路上设置节流装置阀10。所述第一管路是流体从热水器流入到集热器的管路，第二管路是流体从集热器流到热水器的管路。
26.本发明对目前的太阳能热水器进行了改进，提出一种可辅助加热的太阳能热水器系统，通过操作压缩机阀和节流装置阀打开和关闭实现对热水器的辅助加热操作，保证太阳能热水器达到合适的输出温度，适用性更广泛。
27.作为优选，当太阳能充足时，第一管路阀7、第二管路阀8打开，压缩机阀9和节流装置阀10关闭。
28.作为优选，当没有太阳能时，例如阴天或者晚上时候，第一管路阀7、第二管路阀8关闭，压缩机阀和节流装置阀打开，压缩机和节流装置开始运行。
29.作为优选，当有一部分太阳能但是提供的热量不足以满足实际需要，则此时可以同时启动太阳能和热泵系统。即第一管路阀7、第二管路阀8打开一定开度或者全部开度，压缩机阀和节流装置阀打开一定开度或者全部开度，压缩机和节流装置开始运行。同时可利用太阳能，以及同时启动热泵来辅助加热，可以减少热泵的功率，达到节能效果。作为优选，此种情况下可以将第一管路阀7、第二管路阀8关闭，将全部流体都进入热泵系统，避免部分流体没有进行加热，造成输出温度过低。
30.作为优选，压缩机管路和/或第二管路上还包括动力装置，用于将流体传递给压缩机管路和第二管路。
31.本发明可以根据实际需要来确定是否需要辅助加热。
32.作为优选，包括温度传感器，所述温度传感器用于检测集热器内的流体温度，当检测的温度低于一定温度，控制器控制的压缩机阀和节流装置阀打开，压缩机和节流装置开始运行，从而辅助加热功能启动。本发明设置了根据检测温度自动控制压缩机阀和节流装置阀打开和关闭的自动进行辅助功能，进一步提高了系统的智能化程度，避免集热器的损坏，保证集热器的稳定运行，适用性更广泛。作为优选，此种情况下可以将第一管路阀7、第二管路阀8关闭，将全部流体都进入热泵系统，避免部分流体没有进行加热，造成输出温度过低。
33.作为优选，当检测的集热器内的流体温度与预定温度之间的差值低于一定数值时，此时可以自动控制压缩机阀和节流装置阀打开一定开度，当检测的集热器内的流体温度与预定温度之间的差值超过一定数值时，此时可以压缩机阀和节流装置阀开度打开最大。根据实际的温度监测情况启动压缩机阀和节流装置阀，避免造成热水器输出温度过高，造成能源浪费。
34.作为优选，可以根据热水器内水的温度来选择是否需要辅助加热。例如，当检测的水的温度低于一定温度时，优选低于需要温度以下时,控制器自动启动辅助加热操作，压缩机阀和节流装置阀打开，压缩机和节流装置开始运行。作为优选，此种情况下可以将第一管路阀7、第二管路阀8关闭，将全部流体都进入热泵系统，避免部分流体没有进行加热，造成输出温度过低。
35.作为优选，当检测的热水器内水的温度与预定温度之间的差值低于一定数值时，此时可以自动控制压缩机阀和节流装置阀打开一定开度，当检测的热水器内的水的温度与
预定温度之间的差值超过一定数值时，此时可以压缩机阀和节流装置阀开度打开最大。根据实际的温度监测情况启动压缩机阀和节流装置阀，避免造成热水器输出温度过高，造成能源浪费。
36.作为优选，当完全没有太阳能时候，例如晚上，此时可以将第一管路阀7、第二管路阀8关闭，将全部流体都进入热泵系统，避免部分流体没有进行加热，造成输出温度过低。
37.作为优选，当压缩机阀和节流装置阀一定的开度时，第一管路阀7、第二管路阀8同时关闭一定开度。通过上述操作，保证流体在正常的太阳能供热系统以及热泵系统中合理的分配，保证热泵中的增加的流量与太阳能供热管路减少的流量保持一致。
38.作为优选，所述第一管路、第二管路、集热器和热水器构成了环路热管系统。所述太阳能热水器系统是环路热管集热器系统。集热器即热管蒸发器。
39.作为优选，如图2所示，集热器内部设有毛细结构11、液体补偿腔12和蒸发腔13，液体补偿腔连接毛细结构11，毛细结构连接蒸发腔13。
40.作为优选，如图3所示，毛细结构11采用多孔材料作为骨架，使得毛细结构中设置空间间隙111，在空间间隙中设置低导热系数、高膨胀系数的膨胀粒子112。
41.作为优选，所述集热器是槽式太阳能集热器。作为优选，所述集热器是聚光式太阳能集热器，透镜设置在集热器上部。
42.作为优选，膨胀粒子是球形。
43.作为优选，空间间隙公称直径尺寸范围为40 μm — 100μm，膨胀粒子导热系数范围为0.1 w/(m
·
k) — 0.24w/(m
·
k)。作为优选，膨胀粒子体积膨胀倍率为10 — 40。
44.作为优选，膨胀粒子是可膨胀微球，所述可膨胀微球具有烷烃核芯和包裹核芯的热塑性外壳。
45.本发明的毛细结构具有较低的导热系数，可以使蒸发腔的热量不易传递给补偿腔侧，减少“漏热”，保证环路热管的稳定运行。高膨胀特性材料的膨胀粒子体积随温度变化更大，在温度较低的液侧，膨胀粒子体积较小，烧结的纤维空间间隙较大，液体工质流过的孔径更大，这有利于降低流动阻力，有利于工质的快速补充，保证循环稳定；而在温度较高的汽液界面处，填充膨胀粒子体积随温度升高而膨胀增大，膨胀的膨胀粒子会进一步填充大空间间隙，减小后的孔径提供了更高的毛细驱动力，保证了环路热管循环的动力供应，有效防止汽液界面向到液体侧移动，减少气体工质的流动阻力。
46.作为优选，外壳是二氯乙烯系共聚物、丙烯腈系共聚物、丙烯酸系共聚物中的至少一种。
47.作为优选，烷烃核芯是异丁烷、异戊烷中的至少一种。
48.作为优选，外壳的热变形温度为40℃—80℃，保证膨胀粒子外壳在温度较低的液侧具有较强强度，不易变形，在温度较高的蒸汽侧易发生塑性变形，从而利于体积变化。
49.作为优选，从补偿腔到蒸发腔方向，膨胀粒子的膨胀率逐渐增加。因为越是靠近补偿腔，孔径越大，工质易于流动，越是靠近蒸发腔，由于膨胀原因，孔径越小，毛吸力越好，为了保证足够的流体补充流入，避免气液截面干涸，因此需要增强蒸发腔方向的毛吸力，因此设置从补偿腔到蒸发腔方向膨胀体积逐渐增加，加强毛吸力，保证环路热管的稳定运行。
50.作为优选，从补偿腔到蒸发腔方向，膨胀粒子的导热系数逐渐降低。通过导热系数的不断降低，增加靠近蒸发腔的换热阻力，可以进一步使蒸发腔的热量不易传递给补偿腔
侧，减少“漏热”，保证环路热管的更加稳定运行。
51.作为优选，从补偿腔到蒸发腔方向，膨胀粒子的导热系数逐渐降低的幅度不断增加。通过研究发现，随着靠近蒸发腔，设置膨胀粒子的导热系数逐渐降低的幅度不断增加，进一步满足要求。
52.虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。