专利名称：太阳能光伏热水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种日常使用的太阳能热水器，特别是一种以太阳能电池吸收 太阳能、带即时电加热、防触电功能特别好的太阳能热水器。
背景技术：
现有技术的太阳能热水器，其基本模式都是用太阳的光能加热传热工质， 再由传热工质把热能传递给储水桶中的水，使储水桶中的水升温。单工质的太 阳能热水器其传热工质是水，双工质的太阳能热水器其传热工质是导热液体。
现有技术的太阳能热水器，因其原理是在集热器中把太阳的光能转化为工 质的热能，为防止集热器中热能的散失，集热器很难做到轻巧而显得十分笨重。 根据传热工质的热能传递给储水桶中的水的方式分类，现有技术的太阳能热水 器分成直插式和分体式二大类。直插式太阳能热水器只能安装在屋顶，多层住 房、高层住房只有靠近屋顶的住户才能使用。分体式太阳能热水器按其安装方 式又可分二大类 一类是每户一套(每户一个集热器， 一个储水桶)，集热器装 在能接受太阳光的墙面，储水桶装在阳台内，其主要缺点是安装困难及储水桶 离卫生间较远；另一类是太阳能热水器系统，多个集热器群安装在屋顶，用管 道与一个或多个大储水桶连接，并配备传热工质循环泵和辅助加热设备(锅炉 等)，再与各用户用管道连结，用户用热水表计量，其主要缺点是造价较高、安 装难度大、运行费用较高。
本发明提供一种解决上述二类热水器缺点的一种太阳能热水器。
发明内容
本发明目的在于提供一种用太阳能电池产生的电能加热储水桶中的水，且 在吸收太阳能不足时既能用交流市电预加热，又能即时电加热，电能利用率高， 使用方便，用电安全性能高的太阳能热水器。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案储水桶外桶1与内桶3之间 充填绝缘的保温层2;自来水进水管4插入外桶1、保温层2、内桶3;自来水 进水管4的上端口封闭，靠近进水管4上端的侧壁开有多个侧向出水孔5;电热
管6安装在内桶3的中下部，电热管6用导线与控制开关14、太阳能电池15连 结；热水管7插入内桶3，热水管7的上端靠近内桶3的上壁；在热水管7之后 串联即时电加热器8、水流开关9和水电阻防触电隔离管10;水流开关9的位 置可以在即时电加热器8之后，也可在即时电加热器8之前；水电阻防触电隔 离管10 —定要在即时电加热器8之后；水电阻防触电隔离管10后接入泄压阀
11;泄压阀11后接入热水笼头12;温度传感器13插入内桶3，温度传感器13
的信号线在保温层2中引出。本发明各部件的连结使用常规方式，各种管道与
储水桶外桶1连结处都用绝缘材料隔开。控制电路和相关导线在图中没有画出
来。水电阻防触电隔离管io是用绝缘材料做成的管道，其长度与内管截面积之
比要较大，保证管内水柱的电阻足够大。
在通常情况下控制开关14是闭合的，在有光线的时候，太阳能电池15就 能产生电能，就有电流流过电热管6，使储水桶中的水升温。当储水桶中的水升 温接近10(TC (例如达到95"C左右)时，温度传感器13获得的高温信号传递给 控制电路，控制电路驱使控制开关14断路，阻止太阳能电池15继续对储水桶 中的水加热，防止储水桶中的水因过热而产生高压强，保证储水桶的安全。防止储水桶中的水因过热而产生高压强的安全措施有三个 一是如上所述 的自动控制控制开关14的通断；二是侧向出水孔5、进水管4始终与外界自来
水管保持畅通状态，当储水桶中的水压强升高时有一小部分水回流至自来水管 中，自动降低储水桶中的水压强；三是当储水桶中的水压强升高较大时，泄压
阀11动作， 一小部分水泄出储水桶，自动降低储水桶中的水压强。
当热水笼头12打开水流流出时，水流开关9就能自动动作，只要出水温度 低于用户需要的温度，温度传感器13取得的信号传递到控制电路，控制电路就 能驱动即时电加热器8自动对水流加热。当储水桶内的水温与用户需要的温度 差距较大时，可手动设定或自动设定电热管6进行预热。
本发明与目前市场上现有的太阳能热水器相比较，具有如下显而易见的优占.
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1、 本发明太阳能光伏热水器的集能器用太阳能电池，太阳能电池的优点是 安装方便， 一切能采集到阳光的地方都可安装，更容易与各类建筑物一体化， 甚至可做成太阳能玻璃幕墙，美观并实用。
2、 本发明太阳能光伏热水器的太阳能电池与储水桶中的电热管6用导线连 接，连接十分方便，储水桶的安装位置可以十分随意， 一般可安装在卫生间。
3、 储水桶安装在卫生间，热水出口离使用者几乎零距离，不存在热水管道 中有冷水的问题。
4、 室外无连接管道，不存在冬天防冻问题。
5、 本发明太阳能光伏热水器中还附有交流市电补充加热功能。交流市电补 充加热有二种方式当温度传感器13测得储水桶中的水温稍低于用户需要水温 时，热水笼头12—打开，即时电加热器8就能自动加热；当温度传感器13测得储水桶中的水温低于用户需要水温较多时，可手动或自动启用交流市电通过
电热管6对储水桶中的水预热。
本发明与目前市场上现有的预热式电热水器相比较，具有如下显而易见的
优点
1、 本发明太阳能光伏热水器在白天总能吸收光能转变成电能，电能转变成 热能使储水桶中的水升温。在阳光充足的日子，傍晚时水温足够高，淋浴不再 需要用交流市电加热。
2、 在有阳光，但阳光不很充足的日子，傍晚时水温不够高，储水桶内的水 温高于自来水的水温，储水桶内的水温与用户需要的温度差距不大时，热水笼
头12打开后，即时电加热器8立即自动通电加热，用户立即能用到水温足够高
的热水，不需预热，十分方便。
3、 即时电加热器8只对流出的水加热，避免了预热式电热水器对整桶水加
热，用不完的热水热能散失浪费。
4、 目前市场上的产品一般采用三个常规的安全措施(提高电器的绝缘性能、 外壳接地、加装漏电保护器)，本发明加装了水电阻防触电隔离管IO,在常规的 防触电措施失效时，仍能保证使用者的安全。水电阻防触电隔离管10实际上是 一个绝缘材料做成的水管，只要其长度与内管截面积之比满足一定的条件，就 能起到防触电的作用，费用十分低廉。
本发明与即时式电热水器相比较，具有如下显而易见的优点
1、本发明太阳能光伏热水器在白天总能吸收光能转变成电能，电能转变成
热能使储水桶中的水升温。在阳光充足的日子，傍晚时水温足够高，淋浴不再
需要用交流市电加热。2、 在有阳光，但阳光不很充足的日子，傍晚时水温不够高，储水桶内的水 温高于自来水的水温，储水桶内的水温与用户需要的温度差距不大，由此即时 电加热器8的设计功率可以较小，工作电流由此而较小，可降低电源导线的线 径要求。
3、 当储水桶内的水温与用户需要的温度差距较大时，本发明可启动预热， 使储水桶内水温与用户需要的温度差距縮小。由此即时电加热器8的设计功率 可以较小，工作电流由此而较小，可降低电源导线的线径要求。
4、 本发明加装了水电阻防触电隔离管IO，如前所述，提高了用电安全性。
本发明与现有使用太阳能电池的方法相比较，具有如下显而易见的优点
1、 现有使用太阳能电池的方法之一，是用蓄电池把太阳能电池在阳光充足 时发出的但没用去的电能，转变成化学能储藏在蓄电池中，再在需要用电时， 把化学能转变成电能。要用蓄电池储藏大量电能，蓄电池的费用十分大。本发 明中用储水桶内的水储藏能量，省去了蓄电池的费用。
2、 现有使用太阳能电池的方法之二，是将太阳能电池发出的电能，用逆变 器转变成交流电，把电能向交流电网输送。这样做一是逆变设备和控制器需要 化一笔钱，更要紧的是，太阳能电池发出的电能与阳光强弱相关，阳光强弱变 化无常，向交流电网输送的电能功率波动极大，这是个大问题。本发明中用储 水桶内的水储藏能量，不存在波动波动问题，方法简单科学，成本低廉。
目前，太阳能电池的生产成本还较高，那是因为太阳能电池还是一个新兴 产业。随着科学技术的发展和生产规模的扩大，太阳能电池的生产成本会很快 降下来。完全可以预计，太阳能光伏热水器的普及使用是历史的必然。
附图1为太阳能光伏热水器示意图，储水桶是立式的(桶的轴线是竖直的)，
图中太阳能电池15仅是一个示意图，实物的几何尺寸会比它大很多，电气控制 系统和较多的电气线路没有画出来。
附图2为太阳能光伏热水器示意图，储水桶是横式的(桶的轴线是水平的)， 图中太阳能电池15仅是一个示意图，实物的几何尺寸会比它大很多，电气控制 系统和较多的电气线路没有画出来。
具体实施例方式
在通常情况下控制开关14是闭合的，在有光线的时候，太阳能电池15就 能产生电能，电流流过控制开关14、电热管6，电热管6发热并把热能传给储 水桶中的水，使水升温。
当储水桶中的水升温接近IO(TC (例如达到95。C左右)，温度传感器13获 得的高温信号传递给控制电路，控制电路驱使控制开关14断路，阻止太阳能电 池15继续对储水桶中的水加热，防止储水桶中的水因过热而产生高压强，保证 储水桶的安全。
本发明中用户用水时水流是这样流动的当用户打开热水笼头12后，水在 自来水压力下，从进水管4进入，通过侧向出水孔5流入内桶3，由于水是水平 方向流入内桶3的，保证了桶下部的冷水向上把热水压出，因冷水的密度大于 热水，冷水与热水不会混合；热水依次进入热水管7、即时电加热器8、水流开 关9、水电阻防触电隔离管IO、泄压阀ll、热水笼头12;水流促使水流开关9 动作，即时电加热器8对水流加热(当储水桶内温度高于设定值时，交流市电 电源电路被自动切断，即时电加热器8不工作)。
由于即时电加热器8的功率不宜做得太大(即时电加热器8的功率越大，交流市电电源电路的线径就需越大)，所以经即时电加热器8加热的水升温的范围 有限，当储水桶中的水温太低时，在用水前要用电热管6预热桶中的水，预热 后水的最高温度可由电气控制系统控制。电热管6的工作状态可手动设定，也 可自动设定。设定内容可包括加热开始时间，加热总时间，加热达到的最高温 度等。
电热管6工作后，内桶3中的水受热膨胀，水压增大，内桶3中的水经侧 向出水孔5、进水管4回流，桶内水压由此回落；若桶内的水因故不能经出水孔 5、进水管4回流，内桶3中的水压增大到一定的压力，水可经泄压阀11泄出 一小部分，使桶内水压由此回落，从而保证安全。
本发明的产品保证用电安全的措施除了常规的安全措施(提高电器的绝缘 性能、外壳接地、加装漏电保护器)夕卜，还加装了水电阻防触电隔离管10。
水电阻防触电隔离管10是一根用绝缘材料做成的管道，它的几何尺寸计算 办法如下
设水电阻防触电隔离管10内管水柱的电阻为R、管长为L、内管截面积 为S、水的电阻率是p (该值各地差异较大，取值时应比通常值小些)、交流市 电电网电压为U、人体允许通过的安全电流为I。
又因R = U + I; R= P XL + S
贝U:当水电阻防触电隔离管10的长度与内管截面积之比L + S大于或等于U
+I+P时，该管能起到防触电作用。
权利要求
1、一种日常使用的太阳能光伏热水器，其特征是它的集能器是太阳能电池(15)，太阳能电池(15)用导线与控制开关(14)、储水桶中的电热管(6)连结；储水桶的外桶(1)与内桶(3)之间充填绝缘的保温层(2)，在热水管(7)之后串联即时电加热器(8)、水流开关(9)和水电阻防触电隔离管(10)；水流开关(9)的位置可以在即时电加热器(8)之后，也可在即时电加热器(8)之前；水电阻防触电隔离管(10)一定要在即时电加热器(8)之后；电热管(6)安装在内桶(3)的中下部，电热管(6)的电源接口在保温层(2)内；温度传感器(13)插入内桶(3)，温度传感器(13)的信号线在保温层(2)中引出。
2、 如权利要求1所述的太阳能光伏热水器，其特征是即时电加热器(8) 的实施例一的发热元件是PTC发热元件。
3、 如权利要求1所述的太阳能光伏热水器，其特征是即时电加热器(8) 的实施例二的发热元件是导电薄膜，导电薄膜的基体是高强度绝缘材料(石英、 陶 瓷、微晶玻璃等)做成的管子。
4、 如权利要求1所述的太阳能光伏热水器，其特征是即时电加热器(8) 的实施例三的发热元件是合金材料做成的电热丝。
5、 如权利要求l所述的太阳能光伏热水器，其特征是控制开关(14)中控 制电源通断的执行元件实施例一是继电器。
6、 如权利要求l所述的太阳能光伏热水器，其特征是控制开关(14)中控 制电源通断的执行元件实施例二是可控硅。
7、 如权利要求1所述的太阳能光伏热水器，其特征是水电阻防触电隔离管 (10)是一根用绝缘材料做成的管道，它的几何尺寸满足如下条件长度L与内管截面积S之比大于或等于市电电压U+人体允许通过的安全电流值1+自来 水电阻率p 。
全文摘要
本发明公开一种日常使用的太阳能光伏热水器，其特征是它的集能器是太阳能电池，太阳能电池用导线与控制开关、储水桶中的电热管连结，因此安装可十分随意、方便，储水桶可装在卫生间；在热水管之后串联水流开关、即时电加热器，在即时电加热器之后接入水电阻防触电隔离管。本发明可实现在有较强阳光的日子，仅用太阳能就能使出水温度达到需求温度；在太阳光不强的日子，出水温度稍低于需求温度时，热水龙头一开，即时电加热器自动加热，也能使出水温度立即达到需求温度；在连续多日无太阳的冬天，可手动或自动设定电热管接通市电预热储水桶中的水。由于加装了水电阻防触电隔离管，在常规的防触电措施失效时，仍能保证使用者的安全。
文档编号F24H1/20GK101666538SQ200810212599
公开日2010年3月10日 申请日期2008年9月3日 优先权日2008年9月3日
发明者许明德 申请人:许明德