专利名称：蓄能换热式承压运行太阳能热水器的制作方法
技术领域：
本发明涉及可再生能源领域的太阳能光热利用，尤其是更加卫生、便捷、稳定、耐寒、省心、省事、安全、可靠、高效、经济、广普的太阳能集热装置。
背景技术：
目前，共知的太阳能热水器，产生的热水因久蓄和反复加热而导致用水变质，不能饮用，只能用于洗涤，应用范围受限；集热管怕激、输水管怕冻、使用时先出凉水、管间漏光没有得到充分利用、水箱时常空载或轻载影响能量收储、洗浴时雨洒出水温度因自来水压力不稳而忽凉忽热以及集热能力因水垢在集热管内持续沉积而下降等诸弊端。
发明内容
为了克服现有太阳能热水器的不足，本发明提供一种蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其采用使用水与储热液分离的换热形式，集热管收集的热能储存在储热液中，使用水由自来水管经上水管进入到浸于储热液中的换热管内即时吸收储热液中的热能，升温后，经下水管流出供使用，防冻方式采用下置阀门排空，并设有聚光器高效收集管间漏光， 从根本上完善了现有太阳能热水器的性能，拓展了太阳能的应用领域和适用范围。本发明解决其技术问题所采用的具体方式是本发明主要由支架、真空玻璃集热管、聚光器、储热箱、换热管、输水管、阀门及电子显示控制仪器构成。本发明按集热管的装配形式分为竖置立式和横置卧式两种，卧式又可分为单侧置管和两侧置管两种形式；立式太阳能热水器，储热箱水平放置于支架上端，卧式则斜置于支架一侧或中间，集热管盲端置于托架上的托盒内，口端插入储热箱的集热孔内，集热管的传热方式一般采用将其口端插入储热箱中内胆上的集热孔内，口端高于盲端，由管内液体内循环的导热方式给储热液加热，当在安全要求高的场所使用时，可采用热管导热，热管导热的方式是热管蒸发段置于集热管内吸收热量、冷凝段穿过硅胶热管塞中间的热管孔给储热箱内胆中的储热液加热，热管塞镶于储热箱内胆上的集热孔中，与储热箱内胆和热管紧密配合，使集热管与储热液隔离，从而，集热管因故破裂时也不会造成储热液外溢，杜绝了安全隐患，另外，热管导热还具有启动快、导热能力强、单向导热的特点有利于集热、保温和防冻；太阳能热水器集热管间存在4到5厘米左右的光线间隙，高效的聚光器可充分利用集热管间的漏光，节约安装空间，增加热能收集量，聚光器由聚光板、聚光框和连接装置构成，聚光板是有若干槽型抛物面构成的波浪板，槽型抛物面间距与集热管间距相同，焦轴与相应集热管同轴，聚光板采用反光能力较强的金属薄板压制，用拉铆钉将其铆接于聚光框上，聚光框与支架用L形角铁做连接装置，在L型角铁的两垂面，具有相互垂直的横向和纵向滑孔，其与聚光框的上下方向滑孔构成三维可调的连接固定装置，利用该装置，即可将聚光器按照设计要求准确定位于支架上，达到高效反光的目的，在本发明中，由于储热箱较大又长期处于满载状态，相对较重，太阳能支架纵向是三角形稳定结构而横向却是四边形不稳定结构，横向安装于支架上的聚光器类似一个宽大的横撑同时具有重要的加固作用，聚光器高度以60cm左右为宜，应充分考虑到风阻和积雪因素，留足通风空间；圆柱形储热箱由内胆和外壳组成，内胆和外壳间有保温层，储热箱除设有集热孔外还设有电辅助加热孔和排污孔，内胆端盖上有换热管孔、补液孔、呼吸孔和进气孔；金属材质的同径圆形换热管，穿过内胆端盖，浸于内胆中的储热液中，固定于内胆两端端盖上的换热管孔内，用硅胶圈密封，其轴线与内胆轴线基本平行，水平位置及进、出水口位置要利于排气，以防换热管在运行过程中形成太大的储气空间而影响换热，换热管换热能力的调节，可通过调节管径或采用多管往复串、并联方式实施，既要考虑换热能力也要注意使用水储存时长；呼吸孔置于内胆一端端盖的上方，用一直管插入呼吸孔，外接三通直接口，三通侧接口接呼吸管，呼吸管在储热箱下侧与大气相通， 用作吸排气，三通的另一端直接口再接直管穿过储热箱外端盖，显示控制仪的传感探头通过其植入储热液中，传感线路由此经过后实施密封与大气隔绝，防止对流散热，传感线连接显示控制仪，显示控制仪用来显示储热液液温、液位以及控制电加热器、电排空阀、伴热带和增压泵的启闭；补充储热液的补液孔，置于内胆一端端盖的下方，自动进水阀安置于此， 自动进水阀与输水管道连接后，由浮子控制自动补充储热液；换热管与上、下水管分别用三通连接，并且，连接点的水平高度必须稍高于换热管，三通的剩余接口连接单向阀的出口， 单向阀的进口接进气管，进气管插入内胆端盖上部的进气孔内，用于上、下水管排空时进气，上、下水管与换热管的连接点水平位置之所以要稍高于换热管，是预防换热管内的水溢出，以上所述呼吸管、自动进水阀、单向阀、三通、进气管、连接管以及上、下水管的上端全部置于储热箱的保温层内靠近内胆端盖的一侧，利用储热液的热量确保其不冻堵损坏；上水管的下端分别与洗浴混水阀、排空阀、上水阀以及自来水管连接，为预防自来水压力不足影响使用，可再串接增压泵用于增压，严寒环境下，由于自来水和上水管道温度较低，为防在运行过程中发生冻结堵塞管道，可在上水管上敷衍伴热带；下水管下端分别与洗浴混水阀、 排空阀及热水阀连接，室外部分，上、下水管可并行共用同一保温层保温。本发明在使用时， 开启上水阀，自来水经上水管上至换热管进水口螺纹接头处，此时，此处单向阀关闭，自来水进入换热管内，吸收储热液中的热量来提高自身温度，经加热后的自来水到换热管出水口与下水管连接处，此处，与大气相通的单向阀也关闭，初装时，自来水在此首先经自动进水阀补充储热液，平时，除少量且不经常补充储热液外，绝大部分加热后的自来水经下水管到热水阀流出供使用，使用完毕后，关闭上水阀，此时上水管、换热管中的自来水停止流动， 换热管出水口也随即停流，此时，此处与大气相通的单向阀，在下水管中水的虹吸作用下开启进气，下水管中的水在重力作用下继续流出到排空为止，闲时，下水管出口处的热水阀是常开的，下水管内是空置的，因此，能使热水即开即出；寒冷季节为预防管阀冻堵，上水管也要适时排空，排空时，关闭上水阀，打开上水管下端的排空阀，此时，上水管与换热管进水口螺纹接头处的与大气相通的单向阀在上水管中水的虹吸作用下开启进气，上水管中的水在重力作用下流出到排空为止，如此，上、下水管彻底排空，而置于储热箱内保温层中的管阀件，利用储热液补充热量，所以，既是持久寒冷，也能确保其不冻堵损坏；淋浴时，关闭热水阀，打开上水阀，操控混水阀调节手柄，调整好雨洒出水温度和强度，此时，淋浴混水阀的冷、热进水口分别与上、下水管连接，上、下水管和换热管串联在一起、形同直接与自来水相连，压强与自来水的压强同时变化，保持同压，混合比恒定，所以，雨洒的出水温度稳定，并且，雨洒在较高的自来水压强作用下，出水强劲。 本发明的有益效果是1.使用水卫生，本发明的使用水与反复加热和久蓄的储热水分离，洁净卫生，水质新鲜，可作为烧水做饭的预热水，当然，洗浴也更卫生。2.使用更便捷、节能，本发明用上水阀控制出水，其出水管闲时是空置的，因此，热水可即开即出，使用便捷；同时也避免了下水管闲时积水而造成的无效热损。3.洗浴温度稳定，本发明的洗浴混水阀的冷、热进水口压力相同，不会因自来水压力不稳而使出水温度忽凉忽热。4.集热能力不衰减，本发明储热箱内胆内的水作为储热液一次性加满后就成为永久性储热液， 所以，不会造成水垢持续在集热管沉积或在热管冷凝段结垢而致使太阳能热水器随着使用年限的增加而集热能力下降。5.更耐寒，本发明的防冻形式是下置阀门排空防冻，不但方便、而且可靠，尤其是室外阀件全部置于保温层内，并利用储热液的热量能确保其不冻堵损坏。6.利用率更高更省事更安全，本发明储热箱内胆内的储热液由自动补充装置及时补充耗散，无须人工掌管，使用水的使用过程就是使用水的补充过程，无须另行补充，省事；储热箱时刻处于满载状态，利于防风，也不存在上水时机不当而“炸”管和呼吸孔堵塞而将内胆吸瘪的危险，同时，蓄热能力也能保持最大状态，也就保障了能量的最大有效收储，再加上本发明可作为烧水做饭的预热水源，使太阳能的利用率进一步得到提高；另外，用热管导热时，就是集热管因故破裂也不会造成储热液外溢，更加安全省心。7.可靠，本发明虽然设有一些电辅助设施，但是，主要功能运行不依赖电力，不但节能而且可靠。8.保温性能更强， 本发明储热箱外连管件采用向下连接形式并置于保温层内杜绝了热对流传导，保温性能更优越。9.利用光照充分、节约空间，高效聚光器的应用，能在有限的空间内充分利用光照，特别是在热量需求大，而空间受限的地方应用尤为重要。10.用途更广，本发明因其可承压运行，容易通过串、并联方式组建不同规模的太阳能工程，又便于与其它能源设备偶和配套， 用途更广。综上，本发明克服了现有太阳能热水器的不足，与现有太阳能热水器相比有质的飞跃，对太阳能利用的推广与普及具有极大的推动作用。
下面结合附图对本发明作进一步说明。图1是本发明的立式外部结构示意图。图2是本发明的卧式外部结构示意图。图3是本发明的聚光器连接装置构造图。图4是本发明的立式热管型内部结构示意图。图5是本发明的换热管往复式串联结构示意图。图6是本发明的双换热管式内胆端面结构示意图。图7是本发明的整体系统运行示意图。图中1.托架，2.集热管，3.支架，4.上水管，5.下水管，6.呼吸管，7.储热箱， 8.传感线，9.电加热器，10.排污塞，11.热管，12.自动进水阀，13.单向阀，14.保温层， 15.呼吸孔，16.传感探头，17.储热液，18.热管塞，19.可调托合，20.换热管，21.电加热孔，22.排污孔，23.内胆，24.储热箱外壳，25.连接管，26.螺丝管接头，27.进气管，28.三通，29.内胆端盖，30.自来水管，31.显示控制仪，32.自来水阀，33.洗手盆，34.热水阀， 35.洗浴雨洒，36.上水阀，37.防冻排空阀，38.排空阀电控线，39.洗浴混水阀，40.增压泵，41.聚光框，42. L形角铁，43.进气孔，44.伴热带，45.集热孔。
具体实施例方式如图1和图2所示的蓄能换热式承压运行太阳能热水器外部主要有集热管2、支架3和储热箱7构成，集热管2的口端插入储热箱7的集热孔45内，盲端托接在托架1中的尾托合内，上水管4、下水管5、呼吸管6从储热箱7的端部下侧引出，传感线8从储热箱外端盖上侧引出并密闭，电加热器9和排污塞10设于储热箱7的下面，图1所示为立式，图 2所示为卧式，图2中通气管6、电加热器9、排污塞10用虚线表示其置于储热箱背面。如图3所示的聚光器连接装置L形角铁42，其两平面垂直，在两垂面上，具有相互垂直的横向和纵向滑孔，通过L形角铁42的一个平面上的横向滑孔和聚光框41上的上下移动的滑孔与聚光框41连接，通过L形角铁42的另一个平面上的纵向滑孔与支架连接，如此，L形角铁42上的可以纵、横滑动的滑孔与方管聚光框41上的可以上下滑动的滑孔构成了三维可调的连接装置，通过该装置即可将聚光器按设计要求准确定位于支架上，实现聚光器与集热管的最佳配合，达到高效接受反射光的目的。如图4所示的立式热管导热的单换热管蓄能换热式承压运行太阳能热水器的内部结构主要有热管11、自动进水阀12、单向阀13、保温层14、呼吸孔15、传感探头16、储热液17、热管塞18、换热管20构成。集热管2收集的热量由热管11穿过热管塞18传给储热液17，热管塞18镶于储热箱内胆23的集热孔中，与储热箱内胆和热管紧密配合，使集热管 2与储热液17隔离，此时，集热管2的口端置于保温层14内，伸缩位置受限，集热管盲端应使用插挂式可调托合19托接，尾托架1也应是插接孔式，便于安装和调整集热管位置；金属材质的同径圆形换热管20，穿过内胆端盖，浸于圆柱形内胆23内的储热液17中，其轴线与内胆轴线基本平行，固定于内胆两端端盖上的换热管孔内，用硅胶圈密封，换热管20的一端螺丝管接头接上水管4、再经单向阀接进气管27，换热管的另一端螺丝管接头分别接下水管5、经单向阀13接自动进水阀12和接进气管27A，自动进水阀的开闭由浮子根据储热液17的液位控制，进气管27、27A的进气口插入内胆端盖上侧的进气孔内；呼吸孔15设于一侧内胆端盖上方，用一直管插入呼吸孔后接三通直口，三通的另一端直接口再接直管穿出外端盖，用于将传感探头16植入到内胆内，传感线8从此直管内穿过后予以密闭，三通侧接口接呼吸管6，呼吸管6向下穿过储热箱外壳M，在储热箱外壳M下面与大气相通；储热箱内胆23的下面有集热孔、电加热孔21和排污孔22 ；以上所述三通、呼吸管6、自动进水阀 12、单向阀13、上水管4和下水管5的上端全部置于保温层14内靠近内胆端盖的一侧，利用储热液的热量确保其不冻堵失灵。如图5所示的用于调节本发明换热能力的换热管往复式串、并联结构是若干换热管20穿过内胆端盖，其轴线与内胆轴线平行，固定于内胆两端端盖上的换热孔内，用硅胶圈密封，用弯头或连接管25通过将换热管20串、并联的方式来调节本发明的换热能力， 连接管25置于储热箱的外壳M与内胆23之间的保温层14中。如图6所示的本发明的双换热管式内胆端面构件主要有换热管20A、换热管20B、 上水管4、下水管5、呼吸管6以及管接和阀门。换热管20A、换热管20B分别置于内胆端盖 29的两侧的换热管孔中，呼吸孔15、进气孔43置于内胆端盖四的上方，自动进水阀12置于内胆端盖四的下方的补液孔内；换热管20A端头上的螺丝管接头沈接弯头，弯头向上接直管，直管向上再接弯头，弯头向内侧再接三通28A直接口，三通28A侧接口向下接上水管4，三通^A另一端直接口接单向阀13A出口，单向阀13A进口与进气管27连接用于进气，进气管27的进气口插入内胆端盖四上方的进气孔43中；换热管20B端头上的螺丝管接头26A接三通观侧接口，三通观的下接口与单向阀13进口连接，单向阀13出口用连接管25与自动进水阀12连接；三通观的上接口接直管，直管上端接弯头，弯头向内侧接三通 28B直接口，三通28B侧接口向下接下水管5，三通^B的另一端直接口接单向阀13B出口， 单向阀1 进口与进气管27连接用于进气，进气管27的进气口插入内胆端盖四上方的进气孔43中；呼吸孔15内插一直管，直管接三通直接口，三通侧接口向下与呼吸管6连接，呼吸管6向下穿过储热箱外壳与大气相通用于呼吸，三通另一端直接口接一直管通到储热箱外壳端盖外面，显示控制仪的传感探头通过其植入内胆内的储热液中，传感线路由此穿过后实施密封与大气隔绝防止对流散热。此图所示本发明的双换热管式内胆端面各构件的工作关系是自来水经上水管4上至三通^A，此时，单向阀13A关闭，自来水经换热管20A端头上的螺丝管接头沈进入换热管20A内进行加热，再经换热管20A另一端的连接管到换热管20B内继续加热，经加热后的自来水从换热管20B上的螺丝管接头26A流出，自来水在此分为两路，一路至三通^B，在此，单向阀1 关闭，加热后的自来水从三通28B侧接口经下水管5流出供使用，初装或储热液不足时，另一路经单向阀13、连接管25、自动进水阀12给内胆内补充储热液；使用完毕停止上水后，上水管、换热管中的自来水停止流动，此时，单向阀1 受下水管5中水的虹吸作用开启，从进气管27中进气，下水管5中的水在重力作用下继续流出到排空为止，同理，上水管4中的水也可以利用三通^A、单向阀13B、进气管27 排空，上水管排空目的是为管道防冻，只有在寒冷季节使用；单向阀13的作用是预防储热液回流，换热管与上、下水管连接的三通置于换热管上侧是预防换热管内的水溢出。
如图7所示的本发明的整体系统运行方式是淋浴时，关闭热水阀34、34A，打开上水阀36，然后操控洗浴混水阀39，调节洗浴雨洒35的出水温度和强度；洗手时，关闭热水阀 34A，开启热水阀34，操控上水阀36，热水即可从热水阀34流出到洗手盆33内，再通过自来水阀32来勾兑水温，此处，也可用混水阀控制出水温度；其他用水都可从热水阀34A接取， 具体方式是用接水器皿放于热水阀34A下面，关闭热水阀34，开启热水阀34A，操控上水阀 36，热水即可从热水阀34A流出；排空防冻，排空阀37、37A可用电磁或电动阀门利用显示控制仪通过电控线38根据温度情况自动排空，也可用手动排空或自动、手动相结合排空，手动排空时，关闭上水阀36，打开防冻排空阀37和37A，上水管4和下水管5中的水就会经排空阀流出，直至排空；自来水管30中压力不足时，手动或通过显示控制仪开启增压泵40增压；储热箱7中的储热液温度过低或在严寒环境下运行时，也可手动或通过显示控制仪给电加热器9通电加热储热液、给伴热带44通电，加热上水管预防冻堵；储热箱7内储热液的液温、液位，通过储热箱7内的探头由传感线8传给显示控制仪31显示。
权利要求
1.一种蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，主要由支架、真空玻璃集热管、聚光器、 储热箱、换热管、输水管、阀门、增压泵及电子显示、控制仪器等构成1。
2.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是使用水与储热液隔离，使用水在换热管内吸收储热液的热量，并承压运行2。
3.根据权利要求2所述的换热管，其特征是金属材质的同径圆形管，其穿过储热箱内圆柱形内胆的端盖，浸于内胆中的储热液中，轴线与内胆轴线基本平行，水平位置及进、出水口位置要利于排气，固定于内胆两端端盖上的换热孔内，与内胆端盖用硅胶圈密封，换热能力可以根据需要用调节管径和多管串、并联的方式调整3。
4.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是上、下输水管分开单行，都是从下端用阀门控制排空，排空时，水管上端进气由单向阀连通大气实现， 上水管排空主要在寒冷季节使用，用于防冻，平时常闭，下水管的防冻排空阀门可以单设， 也可以用下水管出口热水阀代替，上、下水管的防冻排空阀门可以手控，也可电控，也可以手控、电控结合；正常使用时，下水管出口热水阀常开随时排空，下水管闲时空置，下水管出水由上水管上的上水阀控制，用水时操控上水阀，热水即开即出4。
5.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是室外管、阀件全部置于保温层内，其中，储热箱中换热管间的连接管件及阀件置于储热箱保温层内靠近内胆一侧，利用内胆中储热液的热量防止其冻坏5。
6.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是储热箱内的储热液耗散由与上水管或下水管连接的由浮子控制的自动进水阀自动补充，来保持储热液液位稳定，保障太阳能热量收储6。
7.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是设有电子显示控制仪、电辅助加热器、电控阀门、增压泵和伴热带，电子显示控制仪用来显示储热液液温、液位和控制电辅助加热装置、电控阀门、伴热带及增压泵的启闭7。
8.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是按集热管装配形式有竖置立式和横置卧式两种8。
9.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是真空玻璃集热管的导热形式有管内液体自循环导热和热管导热两类，热管导热时，热管蒸发段置于集热管内吸收热量、冷凝段穿过硅胶热管塞中间的热管孔给储热箱内的储热液加热，热管塞镶于储热箱内胆的集热孔中，与储热箱内胆和热管紧密配合，使集热管与储热液隔离，当真空玻璃集热管因故破裂时不会造成储热液外溢9。
10.根据权利要求1所述的蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，其特征是具有反射集热管间漏光的聚光器，聚光器由聚光板、聚光框和连接装置构成，聚光板是有若干槽型抛物面组成的波浪板，每个槽型抛物面间距与集热管间距相等，焦轴与集热管同轴，聚光板采用反光能力较强的金属薄板，用拉铆钉将其铆接于聚光框上，用L形角铁做连接装置，L型角铁的两垂面具有横、纵向滑孔，其与聚光框两端的上下方向滑孔构成三维可调的连接固定装置，利用该装置，即可将聚光器按照设计要求准确定位于支架上，达到高效反光的目的 10。
全文摘要
一种蓄能换热式承压运行的太阳能热水器，该太阳能热水器的使用水与储热液分离，水质新鲜，可作为烧水做饭的预热水，洗浴也更卫生；下置阀门排空防冻，可靠，尤其是关键管、阀件全置于水箱保温层内，并利用储热液的热量确保其不冻堵损坏；出水管随时排空，热水即开即出；洗浴用混水阀的冷、热进水口同压，出水温度稳定；高效聚光器使光照利用率更高；储热液一次性加满后就成为永久性储热液，不会造成水垢持续在集热管沉积或在热管冷凝段聚集而致使太阳能热水器随着使用年限的增加而集热能力下降；储热液的耗散自动补充，省事，既保障了能量收储，也消除了“激”管的危险；承压方式便于与其他设备配套，用途更广。
文档编号F24J2/34GK102563915SQ201010605060
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月26日 优先权日2010年12月26日
发明者赵风雏 申请人:赵风雏