是截面尺寸為50到100毫米的矩形截面的橫向腔室701，稱(chēng)為熱水腔室。其長(zhǎng)度由真空管的數(shù)目和外徑來(lái)確定。它被包在由泡沫聚氨酯或具有類(lèi)似特性的材料制成的隔熱籠702中。該熱水腔室701有多個(gè)垂直管703，每個(gè)垂直管的外側(cè)至少裝有一個(gè)墊圈704。墊圈是由硅膠，丁腈橡膠，或類(lèi)似彈性材料制成。墊圈的外側(cè)與玻璃真空管的內(nèi)側(cè)密封。相鄰垂直管的軸線之間的距離比真空管的外徑大2至10毫米。當(dāng)玻璃真空管套在垂直管上之后，相鄰的真空管之間的距離只有2至10毫米。
[0024]熱水腔室701的內(nèi)部有一根冷水管705，直徑10至25毫米。冷水管705具有多個(gè)分支706，各自連接到直管707并延伸到玻璃真空管的底部(與圖5E的513相同)。
[0025]熱水腔室的上端有一個(gè)或多個(gè)通大氣的出口 708。在運(yùn)行條件下，熱水腔室701是半滿(mǎn)的。由于有通大氣的出口 708，熱水腔室701內(nèi)的水面的壓力等于大氣壓力。如果熱水腔室701中的水達(dá)到沸點(diǎn)100°C，蒸汽從出口 708逸出，帶走熱量，來(lái)避免過(guò)熱。
[0026]熱水腔室701的底部有一個(gè)熱水流出管709，與圖8的管子816相同。
[0027]圖8示出了完整的太陽(yáng)能熱水器。自來(lái)水經(jīng)冷水管線801流進(jìn)冷水供應(yīng)室802，由上水閥803和通氣口 804保持水位805恒定。上述的上水閥與馬桶的上水閥相同，例如Fluidmaster萬(wàn)用上水閥，和Kohler的K-1068030上水閥。冷水流過(guò)配管806 (與圖7中的705相同)和支管807和808 (與圖7中的706和707相同)流到每一個(gè)玻璃真空管809的底部。
[0028]熱水腔室的每一個(gè)垂直管810 (與圖7中的703相同)插到一個(gè)真空管809中，由密封圈811(與圖7中的704相同)密封?，F(xiàn)有的玻璃真空管太陽(yáng)能熱水器，都在玻璃真空管的外側(cè)用密封圈與水箱或水管密封。例如美國(guó)專(zhuān)利5163821，和期刊文章"Water-1n-glassevacuated tube solar water heaters", by G.L.Morrison, 1.Budihardjo,andM.Behnia, Solar Energy, 76(2004) 135-140。根據(jù)已有的設(shè)計(jì)，相鄰的真空管之間的距離，與真空管的直徑相當(dāng)。相同日照面積之下的集熱效率降低了一倍左右。本實(shí)用新型把密封圈放在真空管內(nèi)部，相鄰真空管之間的距離減少到幾毫米。因此，相同日照面積之下的集熱效率大大提高。本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)還具有以下優(yōu)點(diǎn):首先，熱水腔室的總長(zhǎng)度降低了，熱水腔室的表面面積降低了。因此，熱損失降低了。第二，它有利于組裝和防止泄漏。因?yàn)橄到y(tǒng)是在室溫下裝配，而在較高的溫度下工作。硼硅玻璃的熱膨脹系數(shù)幾乎為零。塑料或金屬的熱膨脹系數(shù)為每度°C 0.01%至0.02%。如果塑料或金屬結(jié)構(gòu)是在玻璃管的外側(cè)，在工作溫度下，由于塑料或金屬的熱膨脹系數(shù)大，密封圈的密封就會(huì)變松。本實(shí)用新型中的塑料管是在玻璃管的內(nèi)側(cè)；在工作溫度下，由于塑料的熱膨脹系數(shù)大，密封圈的密封變得更緊。
[0029]在工作時(shí)，冷水從玻璃管底部的冷水管出口 808流出，通過(guò)熱能存儲(chǔ)膠囊812而被加熱。因?yàn)闊崴壤渌p，熱水總是保持在頂部，特別是在熱水腔室813中。如果陽(yáng)光太強(qiáng)，時(shí)間太長(zhǎng)，真空管809中的水溫達(dá)到100°C，多余的熱量就通過(guò)蒸汽出口 814耗散。
[0030]在熱水腔室813的下部，有一個(gè)熱水出水管816(與圖7中的709相同)。因?yàn)閺臒崴皇?13輸出的水可能是非常熱的，為了防止?fàn)C傷，熱水首先進(jìn)入恒溫混水閥817。通過(guò)與管801中的冷水混合，具有事先設(shè)定的溫度的溫水818就產(chǎn)生了。恒溫混水閥是一種常見(jiàn)的商業(yè)產(chǎn)品，其參數(shù)由美國(guó)衛(wèi)生工程協(xié)會(huì)ASSE-1016號(hào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，常用的有HoneywellAM101R-US-1, Watts LF 1170，Zum.Wilkins ZW1070 等。
[0031]圖9示出一臺(tái)安裝在屋頂上的無(wú)水箱太陽(yáng)能熱水器。屋頂901要傾斜到正確的方向:在北半球向南，在南半球向北。如果屋頂?shù)慕嵌却篌w合適，一個(gè)基本上平的安裝架902可以直接放在屋頂上。安裝架902的下端，是支撐真空管端部的檔板903。裝著儲(chǔ)熱膠囊的真空管904，頂端固定到水處理裝置905，底端由檔板903支持。蒸汽出口 906是在水處理裝置的最高點(diǎn)。工作時(shí)，自來(lái)水流經(jīng)管道909進(jìn)入冷水供給室907。冷水供給室907中有一個(gè)上水閥和一個(gè)空氣出口 908，把水位固定的冷水輸送到水處理裝置907，以保持熱水腔室中的水是半滿(mǎn)的。如果陽(yáng)光太強(qiáng)，時(shí)間太長(zhǎng)，真空管904中的水溫達(dá)到100°C，多余的熱量就通過(guò)蒸汽出口 906耗散。熱水由管道910進(jìn)入恒溫混水閥911。通過(guò)與冷水混合，生成具有設(shè)定溫度的溫水912。因此，在屋頂上的平均機(jī)械壓力小，而且均勻分布。整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)自然規(guī)律自動(dòng)運(yùn)行，不需要電栗和控制系統(tǒng)，從而可以免于維護(hù)。
[0032]下面是無(wú)水箱太陽(yáng)能熱水器的大小的估計(jì)。如果玻璃真空管的內(nèi)徑是102毫米，長(zhǎng)度是1500毫米，每個(gè)管的體積約為12升。由于硫酸鋁溶液的熱容量是水的兩倍，它相當(dāng)于24升水。10個(gè)真空管的系統(tǒng)大約合240升水，足以支持一個(gè)4人的家庭。150千克硫酸鋁在國(guó)際市場(chǎng)上的價(jià)格約為30美元，因此儲(chǔ)能原料的成本是微不足道的。
[0033]雖然本實(shí)用新型已經(jīng)經(jīng)由示例性實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是對(duì)熟練的技術(shù)人員，許多替換，修改和變化是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例中，都是說(shuō)明性的，不是限制性的。在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，各種改變都可以包括在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)水箱真空管太陽(yáng)能熱水器，該熱水器用玻璃真空管收集太陽(yáng)輻射并存儲(chǔ)熱能，其特征在于:所述熱水器包括填充有水的玻璃真空管，玻璃真空管中放置有塑料膠囊，所述塑料膠囊中密封有存儲(chǔ)熱能的介質(zhì)；所述存儲(chǔ)熱能的介質(zhì)為硫酸招重量占40%至47%的硫酸鋁水溶液。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)水箱真空管太陽(yáng)能熱水器，其特征在于:所述玻璃真空管的內(nèi)徑的在80毫米至120毫米之間。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)水箱真空管太陽(yáng)能熱水器，其特征在于:所述塑料膠囊是由工作溫度高于100°c的塑料所制成的膠囊，包括但不限于聚丙烯膠囊或高密度聚乙烯膠嗇 O4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)水箱真空管太陽(yáng)能熱水器，其特征在于:所述的塑料膠囊是兩端封閉的管，管的橫截面為圓形、圓角矩形或者具有若干個(gè)凹槽的圓角矩形；塑料膠囊內(nèi)的存儲(chǔ)熱能的介質(zhì)的任何一點(diǎn)與最接近的塑料膠囊表面的距離小于10毫米。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)水箱真空管太陽(yáng)能熱水器，其特征在于:所述硫酸鋁水溶液為保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)的純液體溶液。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)水箱真空管太陽(yáng)能熱水器，其特征在于:所述的塑料膠囊包括管體和用于密封管體的管蓋，管體中填充有由自動(dòng)填充機(jī)注入其中的所述硫酸鋁水溶液。7.一種用于將玻璃真空管內(nèi)存儲(chǔ)的熱能轉(zhuǎn)移到流水的無(wú)水箱真空管太陽(yáng)能熱水器的水處理裝置，包括: 一個(gè)方形橫截面的水平熱水腔室，所述熱水腔室的長(zhǎng)度由玻璃真空管的數(shù)量和真空管軸線之間的距離來(lái)確定；其中，玻璃真空管軸線之間的距離等于玻璃真空管的外徑與玻璃真空管外壁之間的間隔之和； 所述熱水腔室的下側(cè)連接有一組垂直管，垂直管的數(shù)目與玻璃真空管的數(shù)目相同，每一個(gè)垂直管插到一個(gè)玻璃真空管中；每個(gè)垂直管的外部鑲有一個(gè)或多個(gè)密封膠圈，每個(gè)上述密封膠圈與每個(gè)上述玻璃真空集熱管內(nèi)表面密封設(shè)置； 所述熱水腔室由泡沫塑料熱絕緣層包圍； 所述熱水腔室內(nèi)部裝有一根水平的冷水管，所述水平的冷水管連接到一組直管，直管的數(shù)目與玻璃真空管的數(shù)目相同，每個(gè)上述直管延伸到每個(gè)上述玻璃真空管的底部； 所述熱水腔室的上端裝有一個(gè)或多個(gè)用于釋放水蒸氣的出口管； 一個(gè)冷水供應(yīng)腔室，其入口端連接到自來(lái)水供應(yīng)管道，其出口端連接到上述熱水腔室；所述冷水供應(yīng)腔室中裝有一個(gè)用于控制水位以使熱水腔室的水位保持半滿(mǎn)的上水閥； 所述熱水腔室的下端設(shè)有一根熱水出水管，所述熱水出水管連接到一個(gè)輸出水溫保持在使用者要求數(shù)值的恒溫混水閥的熱水入口，恒溫混水閥的冷水入口連接到所述冷水供應(yīng)腔室的下端。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水處理裝置，其特征在于:所述熱水腔室是由工作溫度高于100°C的塑料制成的熱水腔室，包括但不限于聚丙烯熱水腔室。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水處理裝置，其特征在于:所述泡沫塑料熱絕緣層包括但不限于聚氨基甲酸乙酯絕緣層。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的水處理裝置，其特征在于:所述密封膠圈的材料包括但不限于彈性有機(jī)硅密封膠圈與丁腈橡膠密封膠圈。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型一般涉及太陽(yáng)能熱水器，特別是用玻璃真空管兼作太陽(yáng)能收集器和熱能儲(chǔ)存裝置、不需要熱水箱的太陽(yáng)能熱水器。首先，公開(kāi)了一種新的、基于硫酸鋁溶液的溶解熱的儲(chǔ)能介質(zhì)，其中含有40％到47％的Al2(SO4)3，其余是水。上述熱能存儲(chǔ)介質(zhì)密封于塑料膠囊中，膠囊浸沒(méi)在充滿(mǎn)于玻璃真空管的水中。第二，公開(kāi)了一個(gè)水處理裝置，用于把玻璃真空管中儲(chǔ)存的熱能傳遞給自來(lái)水，并調(diào)節(jié)輸出水的溫度。系統(tǒng)根據(jù)自然力自動(dòng)工作，不需要電泵和電氣控制單元。
【IPC分類(lèi)】F24J2/24, F24J2/46, F24J2/34, F24J2/51
【公開(kāi)號(hào)】CN205279479
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520257398
【發(fā)明人】陳成鈞
【申請(qǐng)人】紐約市哥倫比亞大學(xué)理事會(huì)
【公開(kāi)日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年4月24日
【公告號(hào)】US20160146509, WO2016085803A1