专利名称：一种太阳能开水器的制作方法
技术领域：
本发明内容属于太阳能热应用领域，具体涉及一种通过聚光方式提升太阳能密度以达到扩大应用范围的太阳能开水加热装置。
背景技术：
开发利用以太阳能为代表的新能源已经成为人类解决能源危机的有效途径，也是我国可持续发展战略的基本能源决策。太阳能作为一种绿色可再生能源，取之不尽用之不竭。所以太阳能无论是用于大规模发电，还是用于一般的家用太阳能热水器加热，都可以带来一定的经济效益。目前，常用的家用太阳能热水器的加热温度一般达不到将水煮沸的程度，所以从热水器出来的水只能用来洗澡而不能饮用，故家用太阳能热水器的性能是不能满足用户更高的使用需求的。本设计中，太阳能开水器将通过聚光镜进行聚光的方式来提升受热体上的太阳能密度，从而有效提升加热温度，并达到将水加热到沸腾的效果。所以该太阳能开水器中的水可达到饮用标准，从而不但能够实现洗澡等热水应用场合，而且还可满足人们平时的饮用水需要。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出了一种太阳能开水器，采用低成本聚光镜，使集热温度能达到将水煮沸的太阳能开水器，从而实现家用太阳能开水器中的开水可直接用来饮用的目的。使在设计的家用太阳能开水器的功能更加完善，同时更合理的利用太阳能资源，具有功耗小、成本低、节能安全、功能多、免跟踪聚光的特点。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种太阳能开水器，包括有由聚光器和受热管组成的集热器系统，集热器系统通过相应的控制装置与保温箱相连通。所述的集热器系统由一根紫铜管和线性弧形透射式菲涅尔聚光镜组成，其中作为受热体的紫铜管两端又分别通过控制装置与自来水管和保温箱相连接，而所述的保温箱用来储存开水。所述的线性弧形透射式菲涅尔聚光镜采用可塑性强的PMMA塑料材料，方便实现要求的弧形状，使其在聚光时可实现免太阳跟踪的功能。在安装菲涅尔聚光镜时，应将镜面朝南放置，通过调整其与地面角度使镜面大致与太阳光线垂直，如此放置菲涅尔聚光镜可达到较好的聚光效果以提升辐射在紫铜管上的太阳能辐射密度。所述紫铜管表面涂覆黑颜色，使其易于接收太阳辐射能量，由于涂覆黑颜色可减少紫铜管对太阳光的反射率，从而极大提高紫铜管的太阳辐射吸收率；而且紫铜是热的良好导体，可有效传递热量使管内冷水迅速受到加热。在安装紫铜管时应与菲涅尔聚光镜平行，且处于菲涅尔聚光镜焦线稍上处，这样可使太阳光充分覆盖紫铜管的受热面以提高其太阳能利用率。紫铜管通过手动阀与自来水管相通，其下端(进水端)还设有光敏感传感器， 光敏感传感器与电动泄水阀相连组成太阳光自动检测与泄放小系统；紫铜管通过电动阀与保温箱相连通，其上端(出水端)设有温度传感器，电动阀还与温度传感器相连组成温度自动检测与控制小系统；保温箱开水出口设有开水阀，热水管与冷水管相通后再由混水阀控制。本发明的有益效果是
本发明的太阳能开水器通过聚光镜进行聚光的方式来提升受热体上的太阳能密度，从而有效提升加热温度，并达到将水加热到沸腾的效果，所以该太阳能开水器中的水可达到饮用标准，从而不但能够实现洗澡等热水应用场合，而且还可满足人们平时的饮用水需要， 具有功耗小、成本低、节能安全、功能多、免跟踪聚光的特点。
图1为太阳能开水器的整体工作原理框图。图2为集热器系统结构图。图3为太阳能开水器系统流程图。图4为太阳能开水器整体结构图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。参见图1，集热器系统通过相应的控制装置与热水储存装置相连。集热器系统与保温箱以软管进行连接，由于保温箱所处位置高度低于集热器，所以送出的热水是无法回流至集热器的，这样就可以不用安装回流阀来防止热水回流，从而达到减少成本、降低故障率的目的。所述的集热器系统主要功能是实现对输入到紫铜管中的自来水进行加热，并根据安装在其内部的温度传感器检测水温并将信号处理后实现自动控制电动阀的开闭达到自动控制的目标。所述的保温箱则将集热系统加热之后的开水进行存储，以方便饮用或洗浴等应用。参见图2、4，图4为太阳能开水器的整体结构框图。紫铜管3设在线性弧形透射式菲涅尔聚光镜1焦线的稍上方处，紫铜管3通过手动阀8与自来水管2相连通，紫铜管3 的下端还设有光敏感传感器9，光敏感传感器9与电动泄水阀11相连；紫铜管3的上端通过电动阀7用软管与保温箱4相连通，电动阀7还与温度传感器10相连；保温箱4开水出口设有开水阀12，热水端与冷水管6相通后再由混水阀5控制，自来水管2的水流量在手动阀8的控制下，流入紫铜管后进行加热。手动阀的功能是与电动阀门一起组成理想的控制系统，实现对冷水的流量进行有效控制；用户根据天气情况可调节该阀门，例如阴天阳光不佳时，则可通过调节手动阀来减小冷水流量(相当于粗调环节，有效提高电动控制阀门的精度)，而电动阀门相当于细调环节。在紫铜管中的冷水根据需要连续受到太阳光加热，然后再根据紫铜管内上端安装的温度传感器检测加热的水温是否达到饮用标准，如果是，则打开电动阀，使开水流入保温箱；否则，则保留在受热管内继续被加热。当需要饮用或是洗浴时，可控制相应的阀门方便的完成供应开水或者经过混水阀洗浴等功能。参见图2，图2为集热器系统结构图。集热器系统包括一根紫铜管和线性弧形透射式菲涅尔聚光镜。菲涅尔聚光镜1朝南放置，并调整其与地面角度，使太阳光线大致垂直聚光镜面，并在其焦线稍上方且与镜面平行的位置设置紫铜管3。紫铜管3进水端通过手动阀 8与进水管2相通，紫铜管3的下端还设有电动泄水阀11，电动泄水阀11与光敏感传感器 9相连；紫铜管3的出水端设有电动阀7，电动阀7与温度传感器10相连。受热体紫铜管表面涂覆黑颜色，使其易于吸收太阳辐射。一般家用热水器的受热体采用的是真空玻璃，因为可能受热不均勻时易炸裂，并且玻璃材料作为受热体时会反射 20%左右的太阳光致使能量有所损耗，所以太阳能开水器不能采用真空玻璃，而是采用金属材料(如紫铜管)作为受热体的。因为紫铜管3受热不均勻时也不会产生炸裂的现象；而且紫铜是热的良导体，可以有效传递热量；紫铜管表面涂覆黑颜色减少了其对太阳光的反射率，同时可大幅提高紫铜管的太阳辐射吸收率。而菲涅尔聚光镜1面采用PMMA塑料，该材料透光率达到92%，比玻璃的透光度高；且有极佳的耐候性，尤其应用于室外；成品具有很大的可塑性，从而为方便的在三维空间形成所需要的形状提供了可能，这样以来就有效的实现了免跟踪条件下太阳能的线聚光，根据实际需要其聚光倍数在5-30之间进行设计调整。受热体紫铜管3作为加热水的集热管，其下部与自来水管连接，使紫铜管3中的自来水在连续加热完毕后得到连续不断的补充，并且在紫铜管3的入口处设置一个手动阀8 来控制自来水的流量。而菲涅尔聚光镜1在白天则不断聚集阳光，使集热管的温度在晴好天气下很容易达到100°C的开水温度。在紫铜管3的出水端内安装温度传感器10，并与在出口处安装的电动阀7组成自动温度检测与开水控制小系统。当管内水温达到开水温度后， 则温度传感器10发出信号控制电动阀7打开，使热水流入保温箱4 ；当管内水温不足开水温度时，则温度传感器10发出信号控制电动阀7关闭，防止流出未经加热的自来水，而且能够根据太阳光强度的不断变化实现阀门开度的相应调节。同时，又在紫铜管3的下端连接一个泄水管，在泄水管上安装一个光敏传感器9和一个电动泄水阀11组成太阳光自动检测与泄放小系统。由于冬天室外温度会低于0°C，所以紫铜管3内的水在夜晚就会结冰，这样就会使紫铜管3因结冰而阻塞，进而影响太阳能开水器每日的正常使用。基于此问题，本太阳能开水器设计了一种半自动泄水装置。利用白天与夜晚光照不同的规律，可利用光敏传感器9控制泄水装置。当光照充足时，光敏传感器9发出信号控制电动泄水阀11关闭；当无光照或夜晚时，光敏传感器9发出信号控制电动泄水阀11打开，将管内水放出，同时用户关闭手动阀，这样可保证夜晚紫铜管3内无水。图3为太阳能开水器系统流程图。此太阳能开水器的具体工作流程如图3所示 水流在手动阀8的控制下，流入受热体紫铜管3，直接被菲涅尔透镜1聚光束加热。采
用可塑性强的PMMA塑料做镜面的菲涅尔聚光镜1可实现免跟踪透射式线聚光，菲涅尔透镜 1的免跟踪可以降低集热器的成本，同时可以极大提升紫铜管3上的太阳能密度，达到自来水煮沸腾的目的。通过集热器系统的内部温度传感器10判断加热后的热水是否达到饮用标准温度。如果达到饮用标准温度，则打开电动阀7，将经过菲涅尔透镜1聚光加热之后的开水存入保温箱4 ；如果未达到饮用标准温度，则电动阀7关闭，使得自来水仍在集热器系统中加热。保温箱4下部连接两根水管，其中一根安装开水阀12，用户可以开动开水阀12， 放取热水饮用；另一根则与自来水管连接并安装混水阀5，用户可以调节混水阀5使水温达到洗澡的要求。这样，该太阳能开水器的功能更加完善，用户不但可以饮用热水，同时也可以满足家中浴室用水需求。本发明的优点是紫铜管作为受热体，加热不均勻时不会出现炸裂的现象，且紫铜管表面涂覆黑颜色减少了太阳光反射的同时极大提高了太阳辐射的吸收率。采用的菲涅尔聚光镜原材料易于加工，降低了集热器成本。本开水器的菲涅尔聚光镜的镜面形状可实现太阳的免跟踪，保证了聚光效率；且聚光镜通过透射式线聚光，提升了辐射到受热体紫铜管上的太阳能密度，使管内的温度可以达到将水煮沸腾的温度，从而保证该开水器内的水可以正常饮用。通过采用温度传感器可实现开水的检测并通过紫铜管二端的手动阀门和电动阀门实现有效的流量的控制，从而实现开水器开水及时送出，冷水及时送入的功能，可提高开水器供水效率。半自动泄水装置可以防止紫铜管在冬天出现结冰阻塞的现象，从而保证开水器每日的正常使用。
权利要求
1.一种太阳能开水器，包括有由聚光器和受热管组成的集热器系统以及与之相连接的保温装置组成，且集热器系统另一端与自来水管相连接，集热器系统通过相应的控制装置与保温装置相连。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能开水器，其特征在于，所述的集热器系统包括一根紫铜管(3)和线性弧形透射式菲涅尔聚光镜(1)，其中受热体紫铜管C3)被涂覆成黑颜色并置于菲涅尔透镜汇聚焦线稍上端处，且其两端又分别通过控制装置(8)以及(7)与自来水和保温箱(4)相连接。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能开水器，其特征在于，所述的菲涅尔聚光镜采用具有可塑性强的PMMA塑料材料，方便实现要求的弧形状，安装开水器时将镜面朝南放置， 并通过调整镜面与地面角度使镜面基本与太阳光线垂直，如此安装菲涅尔聚光镜可达到较好的聚光效果。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能开水器，其特征在于，所述的受热体紫铜管(3)置于菲涅尔透镜汇聚焦线稍上端处且与其平行，且紫铜管(3)进水端通过手动阀(8)与自来水管(2)相连通，紫铜管(3)的下部接有电动泄水阀(11)，并且光敏感传感器(9)与电动泄水阀(11)组成太阳光自动检测与泄放小系统；紫铜管(3)的出水端通过电动阀(7)与保温箱(4 )相连通，且在紫铜管(3 )上部安装有温度传感器(10 )，并且电动阀(7 )与温度传感器 (10)组成温度自动检测与控制小系统。
5.根据权利要求1所述的一种太阳能开水器，其特征在于，所述的保温装置为保温箱 (4)，其安装高度位置处于低于出水口处且以软管与紫铜管(3)相连接；保温箱(4)开水出口设有直接提供开水的阀门(12 )以及通过与冷水管(6 )混合提供热水的混水阀门(5 )。
全文摘要
一种太阳能开水器，包括有由聚光器和受热管组成的集热器系统，集热器系统并通过相应的控制装置与保温箱相连，自来水流在手动阀的控制下流入受热体紫铜管，直接被线性弧形菲涅尔透镜聚光束加热；采用可塑性强的PMMA塑料做镜面的菲涅尔聚光镜可实现免跟踪透射式线聚光，菲涅尔透镜的免跟踪聚光特性可有效降低集热器的成本，并在可靠性得到大幅度提高的同时又极大提升辐射到紫铜管上的太阳能密度，达到将水煮沸腾的目的，该太阳能开水器具有太阳能利用率高、功耗小、成本低、节能安全、功能多、免跟踪聚光等特点。
文档编号F24J2/24GK102393082SQ201110381550
公开日2012年3月28日 申请日期2011年11月27日 优先权日2011年11月27日
发明者宁铎, 李斌, 袁咏歆, 辛登科 申请人:陕西科技大学