一种集热器及集热采暖系统的制作方法

本实用新型涉及采暖技术领域，尤其涉及一种集热器及集热采暖系统。

背景技术：

太阳能采暖系统是一种新型采暖系统，是指将分散的太阳能通过集热器转化为热能，使低温水吸热转换成方便使用的高温水，再通过将高温水输送到供热末端，提供采暖的系统。

太阳能采暖系统具有结构简单，运行可靠，节能环保等诸多优点，具有广泛的应用前景，但其仍存在集热效率低的问题。太阳能采暖系统的核心部分是集热器，其集热效率受光照条件、安装角度、盖板透光率、选择性吸收涂层、板芯排管和集管材料、板芯涂层材料、板管之间的焊接、水流量大小等多方面因素影响，然而在这些影响因素都得到合理人工控制的情况下，集热器的集热效率主要受到工质(如水等能够携带热量的液体)进入集热器时的温度以及集热器本体的环境温度影响，具体如集热效率方程所示：

式中，η_α：集热器的集热效率；

t_i：工质进入集热器时的温度，单位℃；

t_a：集热器本体的环境温度，单位℃；

G：集热器采光面上总日照辐照度，单位W/㎡；

A：常数；

B：常数。

从集热效率方程可以看出，集热器的集热效率随进入集热器的水的温度的降低而升高，随集热器本体的环境温度的升高而升高。

传统的集热器，进入集热器的水的温度以及集热器本体的环境温度无法调节，进入集热器的水的温度过高或集热器本体的环境温度过低，都会降低集热器的集热效率，因此集热器如何通过系统调节，提高集热器的集热效率成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

为了解决太阳能采暖系统中集热器的集热效率低的问题，本实用新型提供一种集热器及集热采暖系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：

一种集热器，所述集热器包括：集热器密封框、集热器本体和透明盖板，其中，

所述集热器本体嵌套于所述集热器密封框内，所述透明盖板覆盖于所述集热器密封框的顶部，所述集热器密封框的内部空间与集热器本体的外部空间形成密封腔；

所述集热器本体分别与低温进水管和高温出水管相连通；

所述密封腔分别与热空气进气口和冷空气出气口相连通；

进一步地，所述集热器本体包括：联箱、全玻璃真空集热管和尾托架；

所述联箱分别与低温进水管和高温出水管相连通；

所述全玻璃真空集热管的一端与所述联箱相连通，所述全玻璃真空集热管的另一端固定于所述尾托架上。

进一步地，所述集热器密封框与集热器本体之间设有隔热层。

进一步地，所述全玻璃真空集热管呈横双排排列，并关于所述联箱对称。

一种集热采暖系统，所述集热采暖系统包括：水气换热器、外部取暖装置和权利要求1-3任一项所述的集热器，其中，

所述外部取暖装置的出水口与水气换热器的入水口相连通，所述水气换热器的出水口与所述集热器的低温进水管相连通，所述集热器的高温出水管与外部取暖装置的入水口相连通；所述集热器、水气换热器、外部取暖装置和连通管道构成循环水路；

所述水气换热器的出气口与所述集热器的热空气进气口通过第一空气管相连通，所述集热器的冷空气出气口与水气换热器的进气口通过第二空气管相连通；所述水气换热器、第一空气管、集热器和第二空气管构成循环气路。

进一步地，所述的外部取暖装置包括：高温水箱、低温水箱和采暖末端，其中，

所述高温水箱包括入水口、第一出水口和第二出水口，所述低温水箱包括第一入水口、第二入水口、第三入水口和出水口，所述采暖末端包括入水口和出水口；

所述高温水箱的入水口与集热器的高温出水管相连通；所述高温水箱的第一出水口与采暖末端的入水口相连通，所述采暖末端的出水口与低温水箱的第一入水口相连通；所述高温水箱的第二出水口与低温水箱的第二入水口相连通；所述低温水箱的出水口与水气换热器的入水口相连通。

进一步地，所述外部取暖装置与水气换热器相连通的管道上设有集热循环泵。

进一步地，所述集热器的冷空气出气口与水气换热器进气口相连通的第二空气管上设有管道式轴流风机。

进一步地，所述集热器和外部取暖装置相连通的管道上设有集热循环电动阀。

进一步地，所述高温水箱和采暖末端相连通的管道上设有采暖循环泵。

进一步地，所述外部取暖装置还包括防冻支路，所述防冻支路的一端与集热器的高温出水管相连通，另一端与低温水箱的第三入水口相连通。

本实用新型的技术方案包括以下有益效果：

该集热采暖系统包括：集热器、水气换热器和外部取暖装置，还包括循环水路和循环气路。在循环水路中，首先，低温水经集热器的低温进水管流入集热器，经集热器加热，成为携带大量热能的高温水从集热器的高温出水管流出；其次，高温水沿管道流入外部取暖装置，提供供暖；由于高温水的热能仅被部分利用，因此从外部取暖装置流出的仍然保持较高的温度的水由循环管道流入水气换热器；与此同时，在循环气路中，首先，从集热器冷空气出气口流出的冷空气在第二空气管中进一步散失热量后温度降低；随后，冷空气流入水气换热器，与流入水气换热器的较高温度的水发生热交换，分别变成热空气和低温水；最后，热空气通过第一空气管从集热器的热空气进气口流入集热器密封腔，低温水通过水管从集热器的低温进水管流入集热器本体，并依次循环，在降低流入集热器中水的温度同时又提高了集热器本体的环境温度，从而通过系统调节，提高集热器的集热效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对技术方案中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的一种集热器的结构俯视图。

图2为本实用新型实施例1提供的一种集热器的剖面图。

图3是本实用新型实施例2示出的一种集热采暖系统的结构示意图。

图4是本实用新型实施例3及实施例4示出的另一种集热采暖系统的结构示意图。

附图标记说明：1、集热器；2、水气换热器；3、外部取暖装置；4、集热循环泵；5、管道式轴流风机；6、集热循环电动阀；11、集热器密封框；12、集热器本体；13、透明盖板；14、低温进水管；15、高温出水管；16、热空气进气口；17、冷空气出气口；18、隔热层；21、第一空气管；22、第二空气管；31、高温水箱；32、低温水箱；33、防冻支路；34、采暖末端；35、采暖循环泵；121、联箱；122、全玻璃真空集热管；123、尾托架。

具体实施方式

本实用新型提供的一种集热器和集热采暖系统，解决了采暖系统在使用过程中，进入集热器的水的温度以及集热器本体的环境温度无法调节，致使集热器集热效率低的问题。

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

实施例1：

图1是根据一示例性实施例示出的一种集热器的结构俯视图，所述集热器1包括：集热器密封框11、集热器本体12和透明盖板13，其中，所述集热器本体12嵌套于所述集热器密封框11内，所述透明盖板13覆盖于所述集热器密封框11的顶部；所述集热器密封框11的内部空间与集热器本体12的外部空间形成密封腔，所述密封腔分别与集热器1的热空气进气口16和冷空气出气口17相连通；所述集热器本体12分别与低温进水管14和高温出水管15相连通。

当集热器1外部的热空气由热空气进气口16进入集热器密封腔后，将在密封腔内滞留一段时间，促使密封腔内环境温度升高，即集热器本体的环境温度升高，根据集热效率方程，集热器的集热效率随集热器本体环境的温度升高而升高，因此，可提高集热器的集热效率。

优选地，所述集热器本体12包括：联箱121、全玻璃真空集热管122和尾托架123；所述联箱121分别与低温进水管14和高温出水管15相连通；所述全玻璃真空集热管122的一端与所述联箱121相连通，所述全玻璃真空集热管122的另一端固定于所述尾托架123上。

优选地，结合图2所示的集热器的剖面图，集热器密封框11与集热器本体12之间设有隔热层18，并且隔热层18紧贴集热器密封框11设置。所述隔热层18能够减小密封腔内热空气的热量损失，从而保证集热器本体12的环境温度，有助于提高集热效率。

优选地，集热器本体12中的全玻璃真空集热管122在密封腔内呈横双排排列，并关于联箱121对称。

作为一种实施例，集热器密封框11包括集热器密封框外壳。集热器密封框外壳是集热器中保护和连接集热器本体12、透明盖板13及隔热层18的部件。集热器密封框外壳可以采用彩钢板制作，在集热器密封框外壳四周可以加设密封圈用于密封。透明盖板13可以采用4mm厚的平板玻璃，该透明盖板13的太阳能透射比率需大于88％。集热器密封框11的框体内部可以用40mm厚岩棉板做隔热层18，该隔热层18的热导率为0.03[W/(m﹒k)]([瓦特/(米·开)])。同时在集热器密封框11上分别开设有空气进出口及进出水管，其中，空气进出口包括热空气进气口16和冷空气出气口17，进出水管包括低温进水管14和高温出水管15，以加热空气提高集热器本体12的环境温度，同时降低流入该集热器1内水的温度。

实施例2：

图3是本实用新型一示例性实施例示出的一种集热采暖系统的结构示意图，该集热采暖系统包括：水气换热器2、外部取暖装置3以及上述任一项实施例1中所述的集热器1，其中，

水气换热器2的出气口与集热器1的热空气进气口16通过第一空气管21相连通，集热器1的冷空气出气口17与水气换热器2的进气口通过第二空气管22相连通；水气换热器2、第一空气管21、集热器1和第二空气管22构成循环气路。首先，热空气在集热器密封腔内散失一部分热量后由集热器1的冷空气出气口17流出；其次，在循环过程中，在第二空气管22上管道式轴流风机5的带动下，冷空气经由第二空气管22再次散失部分热量，温度进一步降低并流入水气换热器2；随后，流入水气换热器2的冷空气与同时流入水气换热器2的高温水进行热交换，冷空气变为热空气；最后，热空气通过第一空气管21流入集热器1密封腔内部，进而提高集热器本体12内部的环境温度，并依次循环。根据集热效率方程，集热器1的集热效率随集热器本体12环境温度的升高而升高，因此，通过上述过程，所述集热器1的集热效率得到提高。

外部取暖装置3的出水口与水气换热器2的入水口相连通，水气换热器2的出水口与集热器1的低温进水管14相连通，集热器1的高温出水管15与外部取暖装置3的入水口相连通；集热器1、水气换热器2、外部取暖装置3和连通管道构成循环水路。首先，在集热器1和外部供暖装置3之间的集热循环电动阀6的带动下，高温水从集热器1的高温出水管15流出；其次，高温水流入外部取暖装置3提供供暖后流出，由于高温水的热能仅有一部分被利用，因而从外部取暖装置3流出的水仍具有较高的温度；随后，较高温度的水在集热循环泵4的带动下流入水气换热器2，与同时流入的冷空气发生热交换，成为低温水；最后，低温水从水气换热器流出并流入集热器1，依此循环。根据集热效率方程，集热器1的集热效率随流入集热器1水的温度降低而升高，因此，通过上述过程，所述集热器1的集热效率得到提高。

通过上述工作过程可知，该实施例所提供的集热采暖系统，通过同时设置循环水路和循环气路，能够在水气换热器2内发生较高温度的水与冷空气的热交换，产生热空气并进入到集热器密封框11与集热器本体12之间的密封腔内，从而提高集热器本体12内部的环境温度，同时在热交换的过程中，水的温度下降，促使进入到集热器1的水温降低，根据集热效率方程，通过提高集热器本体12的环境温度并降低流入集热器1水的温度，达到了提高集热器1的集热效率的目的。

实施例3：

图4是本实用新型一示例性实施例示出的另一种集热采暖系统的结构示意图，该集热采暖系统包括：高温水箱31、低温水箱32、采暖末端34和图3所示的集热采暖系统的各个器件；其中，

高温水箱31包括入水口、第一出水口和第二出水口，低温水箱32包括第一入水口、第二入水口、第三入水口和出水口，采暖末端34包括入水口和出水口。高温水箱31的入水口与集热器1的高温出水管15相连通，高温水箱31的第一出水口与采暖末端34相连通，高温水箱31的第二出水口与低温水箱第二入水口32相连通，采暖末端34的出水口与低温水箱的第一入水口32相连通，低温水箱32的出水口与水气换热器2的入水口相连通。首先，通过连通在低温水箱32和水气换热器2之间的集热循环泵4的作用，低温水箱32中的水进入水气换热器2与冷空气进行热交换后变成低温水，通过低温进水管14进入集热器1，其次，进入集热器1的低温水吸收全真空集热管122吸收的热量，变成高温水，并由集热器1的高温出水管15流出；随后，高温水流入高温水箱31，再经由高温水箱31的第一出水口流入采暖末端34供暖，在供暖过程中，高温水的热能被利用后水温降低；最后，采暖末端34出水口流出的水又通过低温水箱32的第一入水口流回低温水箱32，完成一个集热-供暖循环，并依此循环，达到持续供暖的目的。

通过上述工作过程可以得出，本实施例中的集热采暖系统，通过设置前述的循环水路和循环气路，可提高集热器1的集热效率，进而加快集热器1中水的升温，使得单位时间内流入采暖末端34的高温水的热量得到提高，从而加快采暖末端34的释能效率，进而提高集热采暖系统的集热以及供暖能力。

同时，为了加快水的流速，进而提高供暖效率，优选地，如图4所示，高温水箱31与采暖末端34之间的水管管路上设有采暖循环泵35。

优选地，如图4所示，集热器1与该高温水箱31之间水管管路上设有集热循环电动阀6，该集热循环电动阀6能够防止高温水箱31中的水倒流入集热器1中，进而防止集热效率降低。

实施例4：

在实施例3的基础上，与实施例3的不同之处在于，当在冬季或者较冷的环境中，外部取暖装置3在不工作时，集热器1容易被冻住，因此为了防止集热器1被冻，该集热采暖系统还包括防冻支路33，如图4所示，该防冻支路33的一端连通在集热循环电动阀6与集热器1之间的水管管路上，该防冻支路33的另一端通过低温水箱32的第三入水口与低温水箱32相连通。在关闭集热器1和高温水箱31之间的集热循环电动阀6后，集热器1中的高温水从高温出水管15流出经由防冻支路33直接流入低温水箱32，此时低温水箱32中储存的水温度较高，开启低温水箱32与水气换热器2之间的集热循环泵4后，高温水被输送回集热器1中，由于水具有一定的温度与流速，能够防止集热器1被冷冻，实现集热器1水的防冻循环。

需要说明的是，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上本实用新型的实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何在本实用新型的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保以上所述仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所实用新型的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。