专利名称：一种太阳能热水器余热综合利用装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及传热传质、电子自控、温差发电技术，设计出一套太 阳能热水器余热综合利用装置，实现室内供暖、温差发电及小空间制 冷。
背景技术：
近几年太阳能热水器发展迅猛，2007年我国太阳能热水器年产量 已达2千多万m2，已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和消费市 场。
太阳能热水器每天能吸收很多能量，但目前其热量利用率较低。 家用太阳能热水器中每天得到的大量热水，除用于生活各种需要，还 有大量剩余，大部分能量在一夜之间散失掉，热量并没有被充分利用。 由于太阳能热水器热容量较小，使用比较分散，开发难度较大，目前 这类余热利用研究较少，中国发明专利200710113398. X，公开了一种具 有取暖功能的太阳能热水器，通过将太阳能热水器的热水在冬天用来 取暖，同时可以将水循环使用。上述中的发明专利使用时间局限于冬 季利用余热，其他大部分时间余热并不能得到有效利用。太阳能热水器 余热可利用量较小，热量利用率较低，利用装置费用较高，占用场地 较大，目前发展受到限制。
发明内容
本发明所解决的关键技术问题是，设计出一套水循环余热利用装 置，通过温度自控装置，分时分段进行室内供暖和温差发电，增加余 热利用途径，提高太阳能热水器余热的利用效率。 一种太阳能热水器余热综合利用装置，其特征是包括室内供暖、温差发电，所述的室内供暖由太阳能热水器1、保温蓄水箱2、散热片7和 8、微型水泵9和连接水管组成，对传统的太阳能供暖功能进行改进， 夜晚先把太阳能中的热水下放到保温蓄水箱2中保温，随时对浴室和 卧室供暖，当室内散热器中的热水冷却到一定温度时，自控系统开启 水泵9、阀门14和12,补充热水，同时将温水送回保温蓄水箱中储存， 次日送到太阳能中进行二次加热；在白天对室内供暖时，当室内散热 器中的热水冷却到一定温度时，自控系统开启水泵和阀门5,将水直接 送回太阳能热水器进行二次加热；所述的温差发电装置由保温箱3、温 差发电片4、稳压器5、蓄电池6组成，外壳采用双层夹空设计，空气 夹层厚度为5 10mm，在保温箱内添加复叠式隔板，箱体外形设计为 方锥型，前后两面为两正方形面，边长比为4: 3,在热水箱3和散热 片7中注满冷水，对半导体温差发电片4上加上电流，这时保温箱3 中的水变热，散热片7变冷，可对小空间进行制冷保鲜；当保温箱中 的水达到一定的温度时，通过自控装置开启水泵9、阀门16和阀门17, 把热水送到太阳能进行再加热。
此发明有益效果装置直接利用太阳能余热供暖发电，运行消耗 电能很少，能量利用率高，而且整套装置体积小巧，安装使用方便， 相比太阳能光伏发电装置，价格低廉，还可适用于工业低温废热利用， 适应面更广，发出的电可直接储存于蓄电池，进而用于照明及其他用 途，利用价值较高。
图l是整体热水利用循环设计图。图中l.太阳能热水器，2.保温蓄水箱， 3.保温箱，4.温差发电片，5.稳压器，6.蓄电池，7、 8.散热片，9.微型 水泵，10.自来水入口。
图2是温差发电箱体平面设计图。图中21.保温外箱，22.保温内入口， 26.导热铜板，27.温差 发电片，28.冷水入口， 29，散热片。
图3是发电箱体中热水箱立体图。
图4热水箱中热水路线图。 实施方式
本发明热水循环利用装置包括太阳能热水器1、保温蓄水箱2、 保温箱3、温差发电片4、稳压器5、蓄电池6、散热片7和8、微型水 泵9和连接水管。如图1所示，在原太阳能管道基础上，对路线加以 改装，通过管道把太阳能热水器、保温蓄水箱、保温箱、散热器、微 型水泵依次连通起来即可。
整个热水循环利用装置可分为三大功能模块一一室内供暖、温差
发电、小空间半导体制冷。
在供暖季节， 一般到夜晚先把太阳能中的热水下放到保温蓄水 箱2中保温，随时对浴室和卧室供暖，当室内散热器中的热水冷却 到一定温度时，自控系统开启水泵和阀门14和12,补充热水，同 时将温水送回保温蓄水箱中储存，次日送到太阳能中进行二次加 热。在白天对室内供暖时，则有所不同，当室内散热器中的热水冷 却到一定温度时，自控系统开启水泵和阀门14，将水直接送回太 阳能热水器进行二次加热。此供暖系统同时和辅助电式加热器结 合，在阴雨天保证室内供暖稳定，可取代传统浴霸等家用采暖电器； 为使供暖系统稳定方便运行，系统由一套温度自控系统控制，自控 采用继电器控制方式，容易实现。此系统不仅提高太阳能加热效率， 也避免了夜间太阳能热水器管结冰胀裂的危险。
在不需供暖的季节，太阳能热水器热水则主要用于温差发电。 首先将热水箱3中注满热水，冷端散热片7中注入冷水，中间夹上温差发电片，此时发电片可对外发电。当热水箱3降到一定温度时， 自控装置开启水泵和阀门16 (阀门17关闭，阀门18开启)，将水 送回太阳能热水器进行二次加热；冷端散热片7中的水会慢慢升 温，如果不能及时降温，将影响发电效率，所以直接将其接在生活 用水主管道上，当生活消耗水时，散热片7中的水首先被消耗掉。 当生活用水很少时，散热片7中的水升到一定温度，通过自控装置 开启水泵及阀门13，把水送回太阳能热水器进行再加热。冷端散 热片7中冷却用水直接来自于生活用水，降低了冷却成本，提高了 热量利用效率。
温差发电系统中的热水箱3,采用双层夹空设计(如图2、 3)， 内层箱体用于承受水重及水压，要求密封不漏水，可采用不锈钢等材 料；外箱采用隔热保温材料如聚氨酯等。内外箱间为空气夹层，厚度 为5 10mm，以减少导热。为了避免后注入的热水与冷水混合，在保温 箱内添加复叠式隔板，使水沿着图示的方向流出(如图4),这样热水 首先流经铜片，尽量向发电片提供热量，箱体外形设计为方锥型，前 后两面为两正方形面，使比表面积较小，而且导热面与总散热面比相 比较大，最大限度减少热损失。详细计算如下
根据箱体外形设计要求，箱前后两方形面距离设为80mm，即 h=80mm,箱体水容量要求为10L,前后两正方形面边长设为a、 b,得 限制条件
<formula>formula see original document page 6</formula>
箱体散热损失外表面积为<formula>formula see original document page 6</formula>
用数学模拟软件"LINGO",求得散热热损失最小时最优值:a=39. 5cm， b=31cm.即a: b=4: 3.
在小空间制冷系统装置设计中，直接采用原温差发电设备。首先 在热水箱3和散热片7中注满冷水，对半导体温差发电片4上加上电 流，这时保温箱3中的水变热，散热片7变冷，可对小空间进行制冷 保鲜；当保温箱中的水达到一定的温度时，通过自控装置开启水泵和 阀门16和17,把热水送到太阳能进行再加热。
权利要求
1.一种太阳能热水器余热综合利用装置，其特征是包括室内供暖、温差发电和半导体制冷，所述的室内供暖由太阳能热水器(1)、保温蓄水箱(2)、散热片(7)和(8)、微型水泵(9)和连接水管组成，夜晚先把太阳能中的热水下放到保温蓄水箱(2)中保温，随时对浴室和卧室供暖，当室内散热器中的热水冷却到一定温度时，自控系统开启水泵(9)、阀门(14)和阀门(12)，补充热水，同时将温水送回保温蓄水箱中储存，次日送到太阳能中进行二次加热；所述的温差发电装置由保温箱(3)、温差发电片(4)、稳压器(5)、蓄电池(6)组成，外壳采用双层夹空设计，空气夹层厚度为5～10mm，在保温箱内添加复叠式隔板，箱体外形设计为方锥型，前后两面为两正方形面，边长比为4∶3，所述的半导体制冷是在热水箱(3)和散热片(7)中注满冷水，对半导体温差发电片(4)上加上电流，这时保温箱(3)中的水变热，散热片(7)变冷，可对小空间进行制冷保鲜；当保温箱(3)中的水升达到一定温度时，通过自控装置开启水泵(9)、阀门(16)和阀门(17)，把热水送到太阳能进行再加热。
全文摘要
本发明是一种太阳能热水器余热综合利用装置，能对余热进行最大化利用，通过简捷的循环管道，实现室内供暖和温差发电功能。在供暖季节，优先对浴室和卧室夜间供暖；在其他季节，余热主要进行温差发电，热水循环回太阳能热水器内进行再加热。整个循环系统通过电子自控装置进行控制，无需人工操作。此外该系统改装简易，可靠性强，能量利用率高，成本较低，具有很强的实用性和优良的市场发展前景。
文档编号F25B29/00GK101644509SQ200910092398
公开日2010年2月10日 申请日期2009年9月11日 优先权日2009年9月11日
发明者力 何, 健 刘, 华 周, 杰 杨 申请人:北京科技大学