一种高效热交换的太阳能热水器的制作方法

本发明属于太阳能利用技术领域，特别是一种高效热交换的太阳能热水器。

背景技术：

太阳能热水器是利用太阳光将水温加热的装置。太阳能热水器分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器占据国内95％的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成，把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。

但是，现有太阳能热水器在对于太阳能的利用率上较为低下，常常在阳光较弱或者是光照时常较短的日子，难以对水完全加热。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种高效热交换的太阳能热水器，该发明需要解决的问题是：如何提高热量交换的效率。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种高效热交换的太阳能热水器,包括支架，所述的支架上固设有储水箱，储水箱上固设有进水管和出水管，其特征在于，所述的储水箱上固设有干燥箱，干燥箱内具有储物空腔，所述的干燥箱外层设置有保温层，所述的干燥箱前侧固设有透光的中空玻璃，所述的干燥箱后侧开设有开口，所述的干燥箱上铰接有封闭开口的封闭门；所述的干燥箱的内底部固设有平板集热器，平板集热器的上表面位于干燥箱内，所述的平板集热器的下表面位于储水箱内；所述的干燥箱顶部外表面固设有用于将太阳能转成电能的光伏板组件；所述的支架上架设有若干储水用的真空管，所述的储水箱开设有有若干均匀排布的通孔，真空管的一端插设在通孔内；所述的真空管内设置有用于加速热量交换的热交换机构；所述的储水箱内设置有用于加热的加热机构。

本发明的工作原理是这样的：将储水箱内放满水，当阳光照射在真空管、光伏板组件和中空玻璃上时，真空管开始吸热，直接对水进行加热，光伏板组件开始吸收太阳能，将太阳能转化成电能，然后通过加热机构对储水箱内的水进行加热，提高太阳能的利用率，平板集热器能收集从中空玻璃照射进来的阳光，然后热量能储存，将热量传导到下部的储水箱内对储水箱中的水进行加热，三种加热方式大大的提高水加热的效率。平板集热器为市场上能买到的产品。通过三种方式收集太阳能，提高对太阳能转化成热量的效率。

所述的干燥箱顶部内表面固设有用于加速干燥箱内空气流动的风机，所述的的风机通过线路与光伏板组件相连。

所述的干燥箱内固设有若干用于放置挂架的放置槽和用于放置托盘架的架子。放置槽上能放置各种挂架，可用于挂衣服等物，架子上可放置托盘，可放置小型物件。

所述的干燥箱的内底部还固设有干燥盒，干燥盒内放置有干燥剂。干燥剂为碱石灰。通过干燥剂能将干燥过程中，物件游离出的水汽进行吸收，保证干燥箱内的空气干燥，保证干燥效率。

所述的干燥箱的内表面呈凹凸状。凹凸状的表面能使阳光不能直接的反射，阳光只会被漫射，更多的太阳能被留在干燥箱内。

所述的中空玻璃具有中空隔层一和中空隔层二，所述的中空隔层一位于外侧，中空隔层一与外界相接触；所述的中空隔层一内填充有氩气，所述的中空隔层二内填充有二氧化碳。太阳能能从中空隔层一和中空隔层二穿透，然后进入到干燥箱内，光线被干燥箱内表面发射，热量向外辐射，被中空隔层二内填充的二氧化碳阻挡。热量流失速度降低。中空隔层一内填充的氩气的活跃性较低，能减缓对流造成的热量流失。

所述的中空隔层一的厚度为3-5mm，中空隔层二的厚度为10-12mm。

所述的储水箱固设有与储水箱内部相连通的出水管，所述的出水管上固设有手动球阀。在太阳能长期不使用之后，太阳能筒内会产生水垢，这个时候需要更换太阳能中的水，手动打开手动球阀，将水完全放干之后，重新注入一部分水，将底部的水垢冲洗干净后将手动球阀关闭即可。

所述的储水箱一侧固设有溢水管，溢水管与重力方向相平行，溢水管的出水口朝上，所述的溢水管上固设有压力阀。储水箱中的热水被加热，水开始膨胀，水中的压力变大，压力阀被打开，水从溢水管中流出部分。水在流失部分后，水中压力恢复原样，压力阀关闭。

所述的干燥箱内还设有用于控制干燥箱内温度的控温机构；所述的控温机构包括压力式温控器、风门和伸缩电机，所述的干燥箱一侧开设有出气口，所述的风门设置在干燥箱上并封闭出气口，所述的伸缩电机固设在干燥箱内，伸缩电机的输出轴水平设置，所述的风门固设在伸缩电机的端部，所述的压力式温控器固设在干燥箱的出气口一侧，所述的压力式温控器可控制伸缩电机的启动或停止，压力式温控器、伸缩电机通过线路与光伏板组件相连。当干燥箱内的温度开始上升，压力式温控器的温度上升，压力式温控器启动伸缩电机，伸缩电机的输出轴开始运动，伸缩电机的输出轴带动风门移动，风门移动使出气口被打开，空气开始和外界开始流动，热量开始流失，当干燥箱内的温度打到预设温度时，压力式温控器将伸缩电机复位，风门继续封闭出气口。通过这种方法，将干燥箱内的温度保持在预设温度，能将不同物件进行恒温干燥。压力式温控器为市场上能买到的产品。

所述的热交换机构包括热交换管，所述的热交换管的一端通过塞子封闭，所述的热交换管的另一端通过冷凝头封闭，所述的热交换管的塞子封闭一端插设在真空管内，热交换管的冷凝头封闭一端位于真空管外，冷凝头位于储水箱内，热交换管与冷凝头形成一密闭的腔室，所述的冷凝头上具有平行等距设置的若干散热翅片，散热翅片内具有与腔室相连通的空腔；所述的腔室内设置有用于加速散热的混合溶液。当太阳光照射在真空管上时，真空管开始集热，热水开始上升，冷水开始下降，同时热交换管也开始吸收热量，热交换管中的混合溶液在吸收热量后开始气化，气化后的液体随着热交换管进入到冷凝头内，然后进入到冷凝头的散热翅片内，热气与冷水间接的接触，热气散热然后气体重新变回液体，随着热交换管流回真空管内，重新开始吸热，往复循环，大大的提高了太阳能的利用效率。

所述的散热翅片一位于冷凝头的上半部。散热翅片位于冷凝头的上半部能有效的避免混合溶液由气体换成液体后积留在冷凝头内。

所述的热交换管内固设有若干环形的吸热翅片。环形的吸热翅片能提高热交换管对热量的吸收效率。

其优选的，所述的热交换管为铜质材料。铜质材料为较为普通的材料，该材料还具有较好的导热性，在混合溶液变成气体膨胀时也会有较好的抗压性。

其优选的，所述的混合溶液包括乙醚、酒精、邻二甲苯和甘油，乙醚、酒精、邻二甲苯和甘油按照体积百分比1：1：1：1混合。乙醚的沸点在34.6℃，在水加热到该温度时，热交换管内的乙醚开始气化吸热，将大量的热量从真空管中的热量运动到储水箱内，酒精的沸点在78.3℃，在水加热该温度是，酒精开始作为热量运输剂，在温度超过144.41摄氏度时，邻二甲苯作为热量运输剂，在温度超过290.0摄氏度时，甘油作为热量运输剂。

所述的塞子截面呈T字形，塞子上具有螺柱，螺柱上套设有密封圈一，所述的螺柱上开设有用于十字螺丝刀拧紧的十字槽，所述的铜管上一端具有与螺柱相匹配的螺纹孔，所述的塞子由热交换管内部向外拧紧。塞子由热交换管内部向外拧紧能避免混合溶液在气化和液化的过程中，热交换管的内部压力变大或者变小，多次反复后塞子变松，导致漏气漏液等问题。

所述的冷凝头螺纹连接固设在热交换管的一端，冷凝头与热交换管之间设置有密封圈二，所述的冷凝头与热交换管的外侧套设有加固管，加固管的一端螺纹连接在冷凝头上，加固管的另一端螺纹连接在热交换管的一端。能避免混合溶液在气化和液化的过程中，热交换管的内部压力变大或者变小，导致冷凝头与热交换管的螺纹连接变的不牢固。能避免漏气漏液等问题。

所述的储水箱内侧壁上固设有用于杀菌的紫外线探照灯,紫外线探照灯通过线路与光伏板组件相连。在水温70℃时，细菌等物在该温度下会大量的繁殖，紫外线探照灯的照射能有效的灭除水中的细菌等物。

所述的加热机构包括陶瓷加热管、温度感应器和控制器，陶瓷加热管固设在储水箱底部，温度感应器固设在储水箱中部，控制器固设在光伏板组件内，所述的陶瓷加热管和温度感应器通过线路与光伏板组件和控制器相连。温度感应器可将温度信号传导给控制器，控制器可控制陶瓷加热管启动或者关闭，当温度感应器感受到储水箱内的水温下降，控制器控制陶瓷加热管开始加热，直至升高到预设温度。温度感应器为市场上能买到的产品。控制器为市场上能买到的PLC可编程控制器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、通过真空管、平板集热器、热交换机构能大大的提高太阳能的利用率。光伏板组件开始吸收太阳能，将太阳能转化成电能，然后通过加热机构对储水箱内的水进行加热，平板集热器能收集从中空玻璃照射进来的阳光，然后热量能储存，将热量传导到下部的储水箱内。

2、当干燥箱内的温度开始上升，压力式温控器的温度上升，压力式温控器启动伸缩电机，伸缩电机的输出轴开始运动，伸缩电机的输出轴带动风门移动，风门移动使出气口被打开，空气开始和外界开始流动，热量开始流失，当干燥箱内的温度打到预设温度时，压力式温控器将伸缩电机复位，风门继续封闭出气口。通过控温机构能对不同物件进行干燥。

3、热交换管中的混合溶液在吸收热量后开始气化，气化后的液体随着热交换管进入到冷凝头内，然后进入到冷凝头的散热翅片内，热气与冷水间接的接触，热气散热然后气体重新变回液体，随着热交换管流回真空管内，重新开始吸热，往复循环，大大的提高了太阳能的利用效率。

附图说明

图1是一种高效热交换的太阳能热水器的示意图。

图2是中空玻璃的示意图。

图3是热交换管的示意图。

图4是热交换管中A的放大图。

图5是储水箱中结构示意图。

图中，1、支架；2、储水箱；2a、干燥箱；3、中空玻璃；4、平板集热器；5、光伏板组件；6、真空管；7、风机；8、干燥盒；9、中空隔层一；10、中空隔层二；11、手动球阀；12、溢水管；13、压力式温控器；14、风门；15、伸缩电机；16、热交换管；17、冷凝头；17a、散热翅片；17b、吸热翅片；18、紫外线探照灯；19、陶瓷加热管；20、温度感应器；21、控制器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图5所示，一种高效热交换的太阳能热水器,包括支架1，支架1上固设有储水箱2，储水箱2上固设有进水管和出水管，储水箱2上固设有干燥箱2a，干燥箱2a内具有储物空腔，干燥箱2a外层设置有保温层，干燥箱2a前侧固设有透光的中空玻璃3，干燥箱2a后侧开设有开口，干燥箱2a上铰接有封闭开口的封闭门；干燥箱2a的内底部固设有平板集热器4，平板集热器4的上表面位于干燥箱2a内，平板集热器4的下表面位于储水箱2内；干燥箱2a顶部外表面固设有用于将太阳能转成电能的光伏板组件5；支架1上架设有若干储水用的真空管6，储水箱2开设有有若干均匀排布的通孔，真空管6的一端插设在通孔内；真空管6内设置有用于加速热量交换的热交换机构；储水箱2内设置有用于加热的加热机构。

干燥箱2a顶部内表面固设有用于加速干燥箱2a内空气流动的风机7，的风机7通过线路与光伏板组件5相连。

干燥箱2a内固设有若干用于放置挂架的放置槽和用于放置托盘架的架子。放置槽上能放置各种挂架，可用于挂衣服等物，架子上可放置托盘，可放置小型物件。

干燥箱2a的内底部还固设有干燥盒8，干燥盒8内放置有干燥剂。干燥剂为碱石灰。通过干燥剂能将干燥过程中，物件游离出的水汽进行吸收，保证干燥箱2a内的空气干燥，保证干燥效率。

干燥箱2a的内表面呈凹凸状。凹凸状的表面能使阳光不能直接的反射，阳光只会被漫射，更多的太阳能被留在干燥箱2a内。

中空玻璃3具有中空隔层一9和中空隔层二10，中空隔层一9位于外侧，中空隔层一9与外界相接触；中空隔层一9内填充有氩气，中空隔层二10内填充有二氧化碳。太阳能能从中空隔层一9和中空隔层二10穿透，然后进入到干燥箱2a内，光线被干燥箱2a内表面发射，热量向外辐射，被中空隔层二10内填充的二氧化碳阻挡。热量流失速度降低。中空隔层一9内填充的氩气的活跃性较低，能减缓对流造成的热量流失。

中空隔层一9的厚度为3-5mm，中空隔层二10的厚度为10-12mm。

储水箱2固设有与储水箱2内部相连通的出水管，出水管上固设有手动球阀11。在太阳能长期不使用之后，太阳能筒内会产生水垢，这个时候需要更换太阳能中的水，手动打开手动球阀11，将水完全放干之后，重新注入一部分水，将底部的水垢冲洗干净后将手动球阀11关闭即可。

储水箱2一侧固设有溢水管12，溢水管12与重力方向相平行，溢水管12的出水口朝上，溢水管12上固设有压力阀。储水箱2中的热水被加热，水开始膨胀，水中的压力变大，压力阀被打开，水从溢水管12中流出部分。水在流失部分后，水中压力恢复原样，压力阀关闭。

干燥箱2a内还设有用于控制干燥箱2a内温度的控温机构；控温机构包括压力式温控器13、风门14和伸缩电机15，干燥箱2a一侧开设有出气口，风门14设置在干燥箱2a上并封闭出气口，伸缩电机15固设在干燥箱2a内，伸缩电机15的输出轴水平设置，风门14固设在伸缩电机15的端部，压力式温控器13固设在干燥箱2a的出气口一侧，压力式温控器13可控制伸缩电机15的启动或停止，压力式温控器13、伸缩电机15通过线路与光伏板组件5相连。当干燥箱2a内的温度开始上升，压力式温控器13的温度上升，压力式温控器13启动伸缩电机15，伸缩电机15的输出轴开始运动，伸缩电机15的输出轴带动风门14移动，风门14移动使出气口被打开，空气开始和外界开始流动，热量开始流失，当干燥箱2a内的温度打到预设温度时，压力式温控器13将伸缩电机15复位，风门14继续封闭出气口。通过这种方法，将干燥箱2a内的温度保持在预设温度，能将不同物件进行恒温干燥。压力式温控器13为市场上能买到的产品。

热交换机构包括热交换管16，热交换管16的一端通过塞子封闭，热交换管16的另一端通过冷凝头17封闭，热交换管16的塞子封闭一端插设在真空管6内，热交换管16的冷凝头17封闭一端位于真空管6外，冷凝头17位于储水箱2内，热交换管16与冷凝头17形成一密闭的腔室，冷凝头17上具有平行等距设置的若干散热翅片17a，散热翅片17a内具有与腔室相连通的空腔；腔室内设置有用于加速散热的混合溶液。当太阳光照射在真空管6上时，真空管6开始集热，热水开始上升，冷水开始下降；同时热交换管16也开始吸收热量，热交换管16中的混合溶液在吸收热量后开始气化，气化后的液体随着热交换管16进入到冷凝头17内，然后进入到冷凝头17的散热翅片17a内，热气与冷水间接的接触，热气散热然后气体重新变回液体，随着热交换管16流回真空管6内，重新开始吸热，往复循环，大大的提高了太阳能的利用效率。

散热翅片17a一位于冷凝头17的上半部。散热翅片17a位于冷凝头17的上半部能有效的避免混合溶液由气体换成液体后积留在冷凝头17内。

热交换管16内固设有若干环形的吸热翅片17b。环形的吸热翅片17b能提高热交换管16对热量的吸收效率。

其优选的，热交换管16为铜质材料。铜质材料为较为普通的材料，该材料还具有较好的导热性，在混合溶液变成气体膨胀时也会有较好的抗压性。

其优选的，所述的混合溶液包括乙醚、酒精、邻二甲苯和甘油，乙醚、酒精、邻二甲苯和甘油按照体积百分比1：1：1：1混合。乙醚的沸点在34.6℃，在水加热到该温度时，热交换管16内的乙醚开始气化吸热，将大量的热量从真空管6中的热量运动到储水箱2内，酒精的沸点在78.3℃，在水加热该温度是，酒精开始作为热量运输剂，在温度超过144.41摄氏度时，邻二甲苯作为热量运输剂，在温度超过290.0摄氏度时，甘油作为热量运输剂。

塞子截面呈T字形，塞子上具有螺柱，螺柱上套设有密封圈一，螺柱上开设有用于十字螺丝刀拧紧的十字槽，铜管上一端具有与螺柱相匹配的螺纹孔，塞子由热交换管16内部向外拧紧。塞子由热交换管16内部向外拧紧能避免混合溶液在气化和液化的过程中，热交换管16的内部压力变大或者变小，多次反复后塞子变松，导致漏气漏液等问题。

冷凝头17螺纹连接固设在热交换管16的一端，冷凝头17与热交换管16之间设置有密封圈二，冷凝头17与热交换管16的外侧套设有加固管，加固管的一端螺纹连接在冷凝头17上，加固管的另一端螺纹连接在热交换管16的一端。能避免混合溶液在气化和液化的过程中，热交换管16的内部压力变大或者变小，导致冷凝头17与热交换管16的螺纹连接变的不牢固。能避免漏气漏液等问题。

储水箱2内侧壁上固设有用于杀菌的紫外线探照灯18,紫外线探照灯18通过线路与光伏板组件5相连。在水温70℃时，细菌等物在该温度下会大量的繁殖，紫外线探照灯18的照射能有效的灭除水中的细菌等物。

加热机构包括陶瓷加热管19、温度感应器20和控制器21，陶瓷加热管19固设在储水箱2底部，温度感应器20固设在储水箱2中部，控制器21固设在光伏板组件5内，陶瓷加热管19和温度感应器20通过线路与光伏板组件5和控制器21相连。温度感应器20可将温度信号传导给控制器21，控制器21可控制陶瓷加热管19启动或者关闭，当温度感应器20感受到储水箱2内的水温下降，控制器21控制陶瓷加热管19开始加热，直至升高到预设温度。温度感应器20为市场上能买到的产品。控制器21为市场上能买到的PLC可编程控制器21。

本发明的工作原理是这样的：将储水箱2内放满水，当阳光照射在真空管6、光伏板组件5和中空玻璃3上时，真空管6开始吸热，间接对水加热；光伏板组件5开始吸收太阳能，将太阳能转化成电能，然后通过加热机构对储水箱2内的水进行加热，提高太阳能的利用率，平板集热器4能收集从中空玻璃3照射进来的阳光，然后热量能储存，将热量传导到下部的储水箱2内，在夜间，上部干燥箱2a内温度较低时，能将平板集热器4内的温度反馈到干燥箱2a内。平板集热器4为市场上能买到的产品。通过三种方式收集太阳能，提高对太阳能转化成热量的利用率。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。