专利名称：太阳热水器和太阳集热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及到太阳热能利用领域，包括太阳热水器。
背景技术：
在现有的太阳能热能利用技术中，特别是家用太阳热水器、及供热、供冷和热转换 发电系统，它们都存在着下列多种不足及问题1、集热效率与制造成本的比例的问题，即太 阳热能获得的单位成本问题。如集热效果较好的各种玻璃真空管型太阳集热器，其存在着 结构及生产工艺复杂、用料多、体积大、重量重、生产成本高，同时还存在着其热能交换，不 但热阻大、更不能承压及真空管等元器件易损坏和使用寿命短、工质泄漏等问题。而各种平 板型集热器，其生产成本虽比各种玻璃真空管型低，但同样存在着吸热板之热能需间接交 换，即热转换工质不是直接与吸热板全接触，而是热能先传导给热交换管由管璧与工质接 触交换。吸热板与热交换管间，及热管与联管之间的连结点加工复杂、吸热板及热交换管热 阻大、热传导率低效果差、热量损耗大、热交换管内有内压即工质所产生的压力等，特别是 强制热工质交换型内压更大。而集热率及热传导效率低，则意味着总体占用空间大、所能 达到的温度也低，热能获得的单位成本高、及用途也受到局限，一般仅应用于卫生沐浴热水 器。同时，其在阳光较弱或不足时，可能达不到所预想或预设的热水温度，还由于其管内夜 间积水易结冰，冬天不能在寒冷地区使用，影响其使用范围等问题。即使是采用二次循环热 交换式平板型太阳热水器，它如是采用防冻液作为热间接传递介质，可以解决上述结冰问 题，但同样存在着上述其它问题，而它还存在着其处于储热水箱体内的散热体，即换热器的 设置不科学问题。如其散热体的进流口是从水箱体的下端进入，再盘旋向上，从水箱体的上 端输出的结构形式。这样的结构，会造成当储热水箱内的热水温度较高时特别是水箱上部 的水温，达到高于集热器中传热集管所能传给热交换介质的温度时，会产生反传现象，即水 箱中上部的热水热能向集热器反向扩散的问题。本现象特别是在已收集有很大热能后，而 再遇阴雨或下雪天气时更为明显，造成热能损失。同时对吸热板结构强度要求也更高，即增 加了对材料的强度即厚度的要求，既增加了成本又反过来增加了其热阻等一系列不利的因 素等问题；2、增加太阳跟踪系统结构强度及能量消耗的问题正如上面所述，现有的各种 集热器，因其用料多重量重，给支架或太阳跟踪系统的压力大，使支撑机构的结构所需强度 增加，增加了用料，增加了生产成本。如果由于集热器的重量增大，会增加动力机构转动时 的能量消耗，即增加了使用成本，或说是增加了太阳热能获得的单位成本；3、在寒冷地区使 用的防冻问题由于是采用热交换工质即水是浸泡式，暴露于寒冷的室外的集热器中或管 路中还储存或残留有水，特别在阴冷天及夜晚时会将构件冻裂，须采取防冻或保温措施，增 加了投入成本和影响了元部件的使用寿命等；4、积垢问题由于玻璃真空管内或金属管内 长期存水，特别是硬度高及温度较高的热水，容易积沉水垢，不但热传递阻力大，使集热效 率降低，如是以水为热交换流体并直接使用，还会有影响身体健康等卫生问题；5、还有，现 有技术均采用将集热板即平板型的吸热板及真空管型的内管，所吸收的太阳热能向后传递 的方法方式，其所存在的问题是，材料的热阻越小越好，即热传递的性能越高越好，这样就造成选材的范围大大地缩小，而刚好热阻小的偏偏是贵重金属，而使其生产成本更高。而集热器内的热能量和温度也是吸热板前后最大最高，平板型集热器从该向的热损最大。而真 空玻璃管由于外管与内管所形成的夹层抽真空无热气对流，使热损很低，但真空管的玻璃 绝气密度及各封头等处都不是绝对不泄气的，一旦夹层真空度降低或失去真空度，由于内 外管距离太近及没有保温措施，其效率会变成极低，甚至失去使用价值，也是真空管型集热 器使用寿命短，性价比低的主要问题。
发明内容技术问题本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、集热器内无内压、无泄漏、 无结冰、无积垢、集热及热交换效率高、储热水箱可承压、热能无反传、使用寿命长、成本低、 安装适应范围广的太阳热水器；及一种结构简单、使用寿命长、重量轻、节材、成本低、无内 压、无泄漏、无结冰、无积垢、集热及热转换效率高、适用范围广的太阳集热器。技术方案为了解决上述技术问题，本实用新型提出如下技术方案设计一种太阳热水器，它 由热交换循环系统中设于储热水箱内的换热器的出流口，与设于太阳集热中的喷流机构的 进流口连接，换热器的进流口与太阳集热器外壳中的外壳出流口连接。还提出所述热交换循环系统中的换热器，可设置在储热水箱的下部，换热器可以 设置成上方为进流口，并向下盘旋，下方为出流口 ；或以侧向为进流口向另一侧盘旋，并以 除向上的任一向为出流口。还提出设计一种太阳集热器，它由吸热板安装在设有外壳出流口的外壳内，并设 有喷流机构安装在外壳内，喷流机构的进流口与供流系统相连接，或及在外壳的前端设有 透明盖板。有益效果本实用新型与现有技术相比，具有以下显著的有益效果一、太阳热水器的有益 效果是采用热交换介质喷射式与吸热板和/或外壳内的蓄热腔进行热能交换，并通过热 交换循环系统的换热器与储热水箱中的储水进行热能交换，而获得太阳热能的方式获得热 能。集热器之部分，由于太阳集热器的热能转换，是采用流体平面全覆盖喷雾喷淋和/或 气体循环交换式，吸热率及热转换率均更高，和热散发损失率更低，具体优点及有益效果见 下面“太阳集热器的有益效果”。同时，与储热水器的热转换之部分，与现有二次循环换热 模式太阳热水器相比，也具有更为显置的优点及有益效果。主要体现在热交换循环系统处 于储热水箱内的换热器的设置位置及结构形式，即与其热交换流体进口和出口所处的位置 和方向之区别，和太阳集热器的热能转换方式之不同。本太阳热水器中的换热器主要是尽 量使其处于储热水箱的最低温之位置，特别是换热器的出流端处于最低温度位置，而将其 进流口处于上方或等同低温位置时效果更佳、换热率更高、热能反向从太阳集热器中扩散 损失的可能性更小更少，热水温度更高。而本太阳热水器总体生产成本更低、热效率更高、 单位能量获得之成本更低、安装更容易、安装位置限制更少，即其适用范围更广、故障率及 维护成本更低，使用寿命更长等诸多优点及有益效果；二、太阳集热器的有益效果由于热 交换是采用流体喷射与吸热板直接全接触和/或气体循环的热交换转换之方法方式，它能将吸热板的热量或及吸热腔中的热气热量，一并交换转化给热交换流体，不但具有热转换 迅速和高效率，如果采用不间断式流体喷射，其热交换是即时的，使吸热板前后及各个方向 的热量散发损耗少、集热及转换效率更高。正由于热交换工质与吸热板的热能或及吸热腔 中热能是喷射喷雾式直接置换，没对吸热板及集热器各部位和各元器件产生压力或很小的 压力，和没工质受热后所产生膨胀压力，使吸热板所需的结构强度要求低，或可用较低的结 构强度或更低的价格的材料制作，同时也能设置得更薄，用料更少更轻、生产成本也更低。 而其他部位及元器件和安装支架的结构强度要求更低更轻，总体结构也更简单又可降低生 产成本，使投入产出的效益比更高，即获得单位能量的成本更低，形成良性循环，更无工质 泄漏问题；2、还由于热交换介质为非浸泡式，夜间无流体存积，无需采用防冻设置，可降低 成本，也无积垢，更卫生健康。而集热器整体又可设置得薄而轻，能有效抵挡冰雹或石块等 物体及积雪，重量更轻，或在没有下雪或冰雹的地区使用，还可无须设置透明盖板或及保温 层，可进一步降低生产成本及重量，提高经济效益及社会效益。还可将集热板连同外壳、隔 热层或及透明盖板制成可折叠式，能适合更多的安装位置，如还可以安装于墙璧、阳台、窗 台等处，增加了适用范围及可能性，促进了太阳能能源事业的发展；3、由于具有上述的吸热 板无承压、无积垢、无结冰及重量更轻，更无焊接和易损元部件，结构更为简单，所以使用寿 命更长；4、如是气体或气液混合热转换型，所获温度更高、能将吸热板与前透明盖板所形成 的空间或称其为蓄热腔的热损最大之弊端转变为有利因素，而获得更高的热效率和集热量 等有益效果。
以下是本实用新型的图面说明图1是液体介质换热型太阳热水器示意图；图2是气体介质换热型太阳热水器示意图；图3是气液介质混合换热型太阳热水器示意图；图4是液体介质换热型太阳集热器侧视示意图；图5是气体介质换热型太阳集热器侧视示意图；图6是气液介质混合换热型太阳集热器侧视示意图。图中1是太阳集热器，IA是外壳、IAl是外壳出流口、IB是保温层、IC是吸热板、ID 是透明盖板、2是热交换循环系统、2A是外连接管件、2B是循环泵机构、2B1是循环泵、2B2是 控制器、2C是换热器、2D是喷流机构、3是储热水箱具体实施方式
本申请是一项在同一个构思下的多项发明，即本申请中的太阳集热器它既可是本 申请中太阳热水器所必须的一部分，由其组成的本太阳热水器与现有技术太阳热水器相 比，具有显著的优点及有益效果，而同时它单独与现有储热水箱组合成太阳热水器，或直接 采用热能，同样具有比现有太阳集热器更为显著的优点及有益效果。即本申请中的太阳集 热器具有独立的作用及有益效果，将其独立列为独立权利要求及独立具体实施例，符合一 项发明可以具有两项以上独立权利要求之相关规定。下面将本申请中的太阳热水器和太阳 集热器，分别给出它们的最佳实施例。[0020]一、太阳热水器的具体实施参考参照附图1、图2、图3，本太阳热水器，它是将热交换循环系统2中的换热器 2C，设于储热水箱3内，其出流口与设于太阳集热器1中的喷流机构2D的进流口连接，其进 流口与太阳集热器外壳1A中的外壳出流口 1A1连接。所述热交换循环系统中的换热器2C， 可设置在储热水箱3的下部，换热器可以设置成上方为进流口，并向下盘旋，下方为出流 口 ；或以侧向为进流口，向另一侧盘旋，并以除向上的任一向为出流口。所述太阳集热器1 的具体结构见下面太阳集热器的独立实施例。而图1及图2和图3，主要是集热器中的喷流 机构2D的设置形式和换热器结构形式可有所不同。然而，实施本太阳热水器所述的热交换 循环系统，其换热器的设置位置、结构形式，同样可采用现有技术之实施 方式，即本申请也 包括了现有技术换热器的热交换形式。如热交换循环系统的传热介质采用的是水、化学剂 等液体，特别是在寒冷有结冰地区使用，更应采用防冻剂等化学液体。所述换热器2C，它可 采用低热阻的空心管制成盘旋型，或用低热阻材料制成叠层状等实施形式，如是气液混合 或组合型换热，它们可以是共通道或分通道的。不能将本申请中的说明书附图视为仅有的 结构形式，它仅是一种示意图。所述热交换循环系统，是由太阳集热器中的外壳出流口 1A1 至换热器的进流口及经换热器出流口，再至太阳集热器1中的喷流机构2D的进流口的外连 接管件2A、循环泵机构2B、及处于储热水箱3中的换热器2C、和处于太阳集热器中的喷流 机构2D共同构成。同样地，所述循环泵2B可处于换热器的前端或后端，处于前端为将热交 换介质压出换热器，处于后端为吸出换热器。本太阳热水器的热交换过程是由在外壳下部 或外壳出流口 1A1外端中存有的热交换介质，经循环泵压进换热器并压出至喷流机构，由 喷流机构向太阳集热器中的吸热板背部和/或蓄热腔喷射换热后，落入外壳下部经外壳出 流口和/或上部的气体出流口，回流至外连接管件或设有的储流罐再供循环泵抽取的反复 循环过程。储热水箱3的具体结构形式已是现有技术，无须详述，它的进、出流口也不限于 示意图，可灵活设置。还可在储热水箱中设置低温补偿电加热器，或独立设置低温补偿电加 热器再与储热水箱连通。本太阳热水器的太阳集热器与储热水箱可处于不同楼层或不同位 置，是一种分体式，而其中太阳集热器，其具体结构可参考参照太阳集热器的独立实施例， 它更可设置成上下方向纵长型、或左右方向纵长型等形状，不但可安装在屋顶及地面上，更 能适合安装在房屋的阳台上，可跟随阳台的造型，并可替代其墙体节省成本。所循环泵机构 2B，它是由循环泵2B1或及控制器2B2组成。所述循环泵，它可以是液体泵或称水泵、或是 气泵或称空气泵、或是混合泵或称气液水泵，他是由所采用的热交换工作介质而定。即如采 用液体就应是液体泵、气体应是气泵、由气液组合进行热能交换，可采用二个系统或将其混 合用气液水泵。采用不同形式，系统的管路也有所不同。如液体应为高进低出，而气体应为 低进高出，而气液混合形式应在介质进入喷流机构前气液分离通入液体进流口和气体进流 口，当介质流出集热器后应进行高位连接混合。所述循环泵机构的工作还可以在集热器中 设温差启动器，或定时启闭器，即控制器2B2控制其工作或停止。二、太阳集热器的具体实施可参考参照附图4、图5、图6，本太阳集热器，它是将吸热板1C安装在设有外壳出 流口 1A1的外壳1A内，并设有喷流机构2D安装在外壳内，喷流机构的进流口与供流系统相 连接，或及在外壳的前端设有透明盖板。所述外壳1A中的后向及上下和左右两侧均可设 有隔热功能保温层1B，并在外壳中设有出流口 1A1，如所采用的热交换流体是液体，宜将该出流口设在外壳的下端，如是气体宜设于较高处，或是混合型应分别设置。吸热板1C它可 以是平面平板型，或设置成具有横向和/或纵向等的各种曲面型的平板型，如采用薄膜等 软体材料，可用小档条或透明材料条架，使其形成各种曲面。并可在吸热板的前面加有吸热 层，将吸热板安装在外壳1A内。所述吸热板1C它还可以是由碳和纤维制成的板或布或膜 制成。所述喷流机构2D，它可安装在吸热板与外壳后部内侧之间。即其可紧靠吸热板后侧， 也可紧靠外壳后部内侧，或它们之间的任意位置。如仅是采用气体作为热交换工作介质，还 可以将外壳后盖连同保温层设置成紧贴吸热板后背，也可前后都留有蓄热腔。如是气液液 合或组合，则吸热板前向与透明盖板应有一定距离及空间，后向与外壳后盖板也需留有安 装喷流机构的位置空间。气液混合或组合型的热交换应为吸热板前为气体介质，后为液体 介质。然而，即使仅是气体介质热交换，吸热板前后均有蓄热腔型效果更佳，特别是前后对 流型，它能使前蓄热腔的温度相应降低，减少该腔从透明盖板处的发射损失。所述蓄热腔， 即外壳的内腔空间。采用气体交换或气液交换形式，其好处是，能将最容易造成热能发散热 损最大的吸热板至前透明盖板所构成的空间内的热能及时交换并储存于储热水箱中，可以 大大地减少热损，及提高热效率和得热温度。更因无需吸热板将热能传递到其后背进行热 能交换，从而无须采用价格昂贵的如金、银、钨、铜或纯铝等低热阻的贵重金属。相反，还可 以采用高热阻或低价材料制作吸热板，使其减少构成太阳热水器成本主要部分的吸热板的 成本等诸多有益效果。而气液组合型或混合型的热效率更高。所述喷流机构是由纵向和/ 或横向分布，即也包括各种斜向回旋等设置形式，并可相连通的空心管件构成，并设有进流 口与供流系统相连接连通，和设有喷流孔和/或喷嘴。喷流孔及喷嘴如是液体换热形式应 朝向吸热板的背部，其角度及位置和分布密度，以喷出的流体能较全面地覆盖吸热板背部 进行热能交换为最佳。如是气体，所述喷流机构可以是仅是一个喷流口，即可以在外壳与 吸热板之间的前和/或后蓄热腔中的任意位置，最佳是下端设一进流口与热交换循环系统 即供流系统连接，当然采用在外壳下端左右向均勻分布设置多个喷孔或多孔式喷嘴进行喷 气，不易留死角区域，热转换效率最高、效果最好，而将出流口即排气口设于上方更好，设置 单出口或多出口再集合均可。本热交换循环系统为断开式，即它在集热器中热交换工作介 质是不连续的，集热器内没有产生压力，很好地解决现有集热器的承压问题和积垢问题。它 除可以采用低热阻材料制作外，还能使吸热板可以采用黑薄膜、或薄膜加吸热涂层制成，具 有重量更轻、更经济之优点。将吸热板制成曲面型，不但可增加等日照面积的吸热面积，如 采用液体热交换介质，还可使所射向吸热板的介质延长热交换时间，带走更多的热能。透明 盖板1D为可选择项，它安装在外壳1A的前端与外壳形成一个密闭箱形体，还可以在其与吸 热板之间加设一层透明薄膜或保温棉，以减少该向散热量及提高集热温度。所述流体，它包 括水或化学剂等液体及气体，是视用热方式即用途而定。而本太阳集热器的结构更为简单， 不存在如现有技术平板型太阳集热器，须有热交换管间接传递热能而使其结构及加工工艺 复杂、吸热板与换热管焊接不牢、管件易泄漏、热传递距离远、热阻大、管内易积垢、重量重、 成本高等问题。 实施本太阳集热器还可将外壳、吸热板及喷流机构和透明盖板制成可折叠型，以 便能更多的适合不同安装位置和环境。如将本集热器安装在墙上，他还可以将外壳后盖板、 吸热板或及透明盖板设置成可向一侧移动型，它既可替代墙体，夜晚不集热时将其推开，作 为窗户透风等多功能效果。如将本集热器用于热水系统(工程)，将其先串联和/或并联，
7即共热交换循环系统，可设置成续个加热储热水箱中的热水，使获得热水更快、温度更高， 特别在阳光不足天气更可集中热源，获得适用温度的热水。而如用于采暖，设置成二套热交 换循环系统反向互铺设管路效果更佳。而气换热型可直接采用气体热源，可无需采用换热 器与储热水箱先热能交换，效率更高、更经济。
权利要求一种太阳热水器，它包括太阳集热器、储热水箱和热交换循环系统，其特征在于所述热交换循环系统(2)中的换热器(2C)，设于储热水箱(3)内，其出流口与设于太阳集热器(1)中的喷流机构(2D)的进流口连接，其进流口与太阳集热器外壳(1A)中的外壳出流口(1A1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳热水器，其特征在于所述热交换循环系统(2)中 的换热器(2C)，可设置在所述储热水箱(3)的下部，所述换热器可以设置成上方为进流口， 并向下盘旋，下方为出流口 ；或以侧向为进流口，向另一侧盘旋，并以除向上的任一向为出流口。
3.一种太阳集热器，它包括吸热板、外壳或及在外壳的前端设有透明盖板，其特征在 于所述吸热板(IC)安装在设有外壳出流口(IAl)的外壳(IA)内，并设有喷流机构(2D) 安装在外壳内，喷流机构的进流口与供流系统相连接。
专利摘要本实用新型公开了一种太阳热水器和太阳集热器。太阳热水器是由热交换循环系统设于储热水箱中的换热器，与设于太阳集热器中的喷流机构的进流口、及外壳出流口相连接所组成。是由热交换循环系统将集热器中的热能，经储热水箱中的换热器与箱内的储水进行热能交换，而获得太阳热能而太阳集热器是由吸热板安装在设有外壳出流口的外壳内、或及在外壳前端设有透明盖板，并使安装在外壳内的喷流机构的进流口，与供流系统相连接所组成。它们解决了现有太阳热水器和太阳集热器结构复杂、有内压易泄漏、易结冰、易积垢、热转换效率低、耗材多、重量重、使用寿命短、制造成本及单位能量获得成本高等问题。具有适用范围更广、性价比更高等有益效果。
文档编号F24J2/46GK201569184SQ20092013112
公开日2010年9月1日 申请日期2009年5月5日 优先权日2009年5月5日
发明者陈土和, 陈广丰 申请人:陈广丰