專利名稱：熱水分儲式太陽能熱水器的制作方法
技術領域：
本實用新型與太陽能利用有關，它在短時光照下即能獲得熱水，在較長光照下可曬得高溫水。
太陽能熱水器種類繁多，性能各異，但普遍存在升溫速度慢，絕對溫升低，很難曬出接近沸點的飲用水，這些不足是由它們的結構限定的。一般來說，一定光照面積的太陽能熱水器配備一定容積的儲水箱，并將整箱水同時加熱，一整箱水的升溫自然很慢，因此熱水器往往需曬上一天水溫才能升高，使它的服務時間推遲到傍晚，在上午乃至中午是無力提供熱水的，至于想把整箱水曬成可供飲用接近沸點的高溫就更難了。因為不論是悶曬式的還是自然循環(huán)的平板型或真空玻璃管型，它們同一大箱水相配時達到熱平衡的極限溫升都不可能太高。當然集熱器本身經一定時間光照后達到100度以上并不難，把封裝在內的水悶曬至沸點也容易，但帶上一大箱水后，再想把熱平衡溫度提高到沸點，這對保溫的要求顯然過高了，關鍵在于它們不論是平板型的還是真空管型的，其內的含水都與水箱內的水溝通，通過冷熱水的對流或環(huán)流形成自然循環(huán)進行集熱器與水箱間的熱交換，因此即使集熱器能曬制出接近沸點的高溫水，它們一流進水箱與較冷的水接觸很快就降溫失去飲用價值了，再說熱水器中水的自然循環(huán)只要有溫差就在進行，它送出的熱水只是比進去的冷水溫度高一點而已，因此整臺熱水器保溫再好也改變不了水溫只能漸升的特征。水的溫升緩慢和溫度不高是現(xiàn)有太陽能熱水器普遍存在的不足之處。
本實用新型所提供的太陽能熱水器卻能靠自身的特殊構造克服上述的不足之處。
本實用新型主要靠以下兩部分的配合來達到目的一是能產生高溫熱水的集熱器；二是能儲存高溫水的儲水箱。一般而言，集熱器不管是金屬管平板式的還是真空玻璃管式的，當內含水不流動時都能悶曬出接近或達到沸點的高溫水來，關鍵在于控制自然循環(huán)的流速和方式，比如關斷水流后悶曬使內存的少量水很快升溫達標后再開啟讓高溫水流入水箱，熱水器中補入冷水后再關閉悶曬，如此反復循環(huán)就可使流向水箱的水都經過高溫處理，另外也可在管道中增裝個閥門，用調節(jié)閥門的開啟度來制造管道阻力控制自然循環(huán)的流量，自然這時采用的自然循環(huán)形式不能用在同一真空玻璃盲管內產生的那種上下水層間的對流循環(huán)，而應利用金屬管或真空直通玻璃管內單方向流動的自然環(huán)流方式，集熱器的結構形式不論是單管回環(huán)式的還是多管并列式的，只要不水平放置，在冷水進口和熱水出口間形成高度差，管內水的升溫必然會引起熱水上流冷水補入的循環(huán)流動，當水位高差和冷熱水溫度限定時，管內自然循環(huán)的水流速度取決于管道阻力，阻力越大流量越小，無限大時則水停止流動，調節(jié)管道阻力使冷水緩慢流過集熱器的時間剛好能讓水被陽光曬至需達到的溫度，流量調得越小，水接受光照的時間也越長，溫升就越高，這種調節(jié)方式只要裝個開關手調即可，十分簡便，但精度不高受外界影響也大，特別受天氣陰晴光照強度的變化會使溫升較大幅度地擺動。悶曬可以曬出較高溫度的熱水，又很容易用溫控開關來控制管道的啟閉，當然熱水器一般作為民用，因此造價以低為好，溫控開關也盡量簡單便宜，可采用雙金屬片的伸屈或空氣囊的脹縮來開關管道，采取這些控制措施后，流過集熱器的冷水就可一次性地獲取足夠的熱量使水溫升到預定的溫度。
集熱器把冷水曬成高溫水后送入水箱，這些熱水如仍去和一大箱水混在一起就會前功盡棄，難改升溫緩慢，最終溫度不高的毛病，因此原有大水箱不能再用，與之相配的新水箱應有保存高溫水的能力并盡力制止與大量冷水相混甚至接觸，這時的水箱已是順序串接在一起的裝水量與大水箱相等的幾個小水箱，小水箱的冷水進口處于箱底部，熱水管的出口應接近水面且能隨水面升降而浮動，這樣就能直接把熱水排在一箱水的上層，避免與中下層的冷水接觸，又能順利地把冷水從箱底處的冷水進口壓出去排入下一小水箱，而且第一小水箱的冷水進口與第二小水箱的熱水管出口相通，以此類推使上一小水箱排出的冷水都視為下一小水箱的熱水排放在上層水面。反之冷水從箱底冷水進口進入也不會與上層的熱水相混，會讓熱水從水面處的熱水管出口排向上一小水箱的底部。冷水進口只需在管出口箱底處鉆個洞焊根管即可，而熱水管出口需設在近水面處又能隨水面的漲落而升降，不能固定安裝，而且上一小水箱的冷水進口又同下一小水箱的熱水管出口相連，因此熱水管一樣需在箱底鉆孔焊管，又用軟管聯(lián)接焊管，軟管的另一頭裝著一個浮球，讓浮球把熱水管出口帶至水面處并能隨水面高低升降。為了排放熱水，在第一小水箱上還多裝一根焊管和浮球、軟管，由此管放出上層的高溫熱水，有時只需溫水或有意保留一箱高溫水，在第二或第三小水箱上也設置同樣的放水焊管及軟管浮球以由此管放出溫水，這對需要保留高溫飲用水的熱水器來說是必需分檔用水的。每個小水箱都有排氣孔且全部相通并由最后的小水箱接通箱外，在最后的一只小水箱上，除熱水管與前一小水箱的冷水進口相接外，冷水進口外接自來水或蓄水箱，且裝配一浮閥式自動供水裝置來長保眾小水箱維持恒定的水位，還有一個冷水出口通向集熱器，它的一個排氣孔與前一小水箱的排氣孔相通，另一排氣孔直通外界，同時在限定的水面上方還設有一個溢流孔，以供自動供水裝置失靈時排水之用。這樣由幾個小水箱組成的儲水系統(tǒng)就具備了較好的熱水蓄積能力。從集熱器中送來的高溫水進入第一小水箱的上層水面就把箱底的冷水從冷水進口壓送到第二小水箱的上層水面，以此類推最后一個小水箱就讓冷水流進集熱器中，熱水不斷流進第一小水箱，直到把冷水全部頂進第二小水箱后才開始向第二小水箱注入熱水，以此類推直至最后的小水箱也被熱水灌滿，其后進入集熱器的就是已被曬過一次的熱水了。由于小水箱內水量不大，水深和水面積之比又較大，熱水排在水面很易鋪展開來，上層熱水和下層冷水的混亂不會劇烈，熱水可以較全面地排斥冷水占據水箱，當第二小水箱的水也變熱時第一小水箱的水可視作純凈的高溫水了，以后就能一直保持這種狀態(tài)?？刂茻崴髦兴淖匀谎h(huán)，讓集熱器一次性把水加熱到所需溫度，再分成小水箱存放熱水，就為少數水先熱起來創(chuàng)造了條件，提供熱水的時間就可大大提前了。例如把原來一大箱水分裝5小箱，如用10小時可把一大箱水曬到60度，則平均用2小時就可使1小箱水曬到60度了，也即只曬2小時就有熱水供應了，分成小水箱儲水時相鄰兩水箱間僅靠細管相通，兩箱水間不會產生對流來傳遞熱量，因此前一水箱的熱量不易自動向下一水箱擴散，能保持較高的水溫。在溫控下小水箱儲積的熱水溫度不再受制于陽光的強弱，冬天也可曬得同夏季接近的水溫，差別僅僅在于夏天曬熱的箱數比冬天多而已。以前的各種太陽能熱水器把一大箱水曬到可供飲用的高溫確是件為難的事，但用悶曬方式配以冷熱水分層進出的小水箱儲水后，曬出和儲積高溫熱水就不難了，特別是在夏季。只要用水恰當就能常留一、二個小水箱當作開水使用的。在某些場合，熱水器需要水平放置，無高度 差冷熱水的自然循環(huán)就不易形成，這時可在管道中增設一個微型水泵并由溫控開關控制它的運轉，由于沒有揚程，流量又很小，管道阻力也不大，微型水泵所需動力極微，用于電池即可驅動，如用交流電源配上一個干電池充電器就可解決微型水泵的用電，當然也可配以太陽能電池，可惜此物造價偏高尚不適于民用。
本實用新型能把太陽熱能集中到有限量的水上一次性將之曬到較高溫度，并用多水箱遞級儲存熱水，可以盡量快地供應較高溫度的熱水，還使曬出高溫飲用水變得容易。這種集中太陽能使少量水快速升溫以盡快產出熱水，在冬季陽光較弱時也一樣能曬制出高溫熱水的能力和優(yōu)勢是其他形式的太陽能熱水器所不具備的。
本實用新型的幾種具體形式將舉例說明，請參見附圖，其中附


圖1、熱水分儲式太陽能熱水器的工作原理示意圖。
附圖2、熱水分儲式太陽能熱水器的主體結構示意圖。
附圖3、小水箱組的結構示意圖。
附圖4、溫度控制開關的結構示意圖。
附圖5、幾種集熱器的結構示意圖。
圖1所示即為熱水分儲式太陽能熱水器的工作原理，它主要由幾個串聯(lián)在一起的小水箱組(1)和集熱器(2)組成，小水箱組四周圍著保溫材料(3)，集熱器(2)如不使用真空玻璃管式時其上下左右及背面都包著保溫材料，正面面對太陽鑲著一層或二層玻璃(4)，使集熱器(2)置于溫室(5)內，由于集熱器(2)需追隨太陽的入射角四季進行角度調整，而小水箱里的水面卻一直要保持水平，因此兩者的聯(lián)接水管采用軟管(6)，軟管處的保溫也采用柔軟富彈性的保溫材料，如泡沫塑料等。集熱器中的熱水通過軟管(8)直送到小水箱內的水面處，不讓其同箱內冷水相混，冷水管(9)埋設在保溫層(3)內，使冷水從小水箱(1)送到集熱器(2)的下部時不受到光照及集熱器的影響而升溫來維持冷熱水的自然循環(huán)，為使進入集熱器(2)的冷水能一次性曬到預定的高溫度。必須限制水的自然循環(huán)速度或常關住后悶曬，故在冷水管(9)上設有一個節(jié)流閥(10)用來調節(jié)流量，也可在集熱器(2)上裝一個溫控開關(11)，讓集熱器內的水停流悶曬到預定溫度后才自動開啟讓冷熱水自然循環(huán)，送走熱水，放進冷水后再關閉悶曬。
圖2所示即為熱水分儲式太陽能熱水器的主體結構示意圖，圖中所示的單管面環(huán)式集熱器(12)外包絕熱材料(3)后裝在框架(13)內，框架(13)和小水箱組合件(14)都由支架(15)支承著，支架(15)可使集熱器(12)調整向陽角度時仍讓小水箱組合件(14)保持原有的水平位置，圖示集熱器(12)裝在由二層玻璃板(16)復蓋形成的溫室內，自然當集熱器采用真空玻璃管時可不用溫室，但框架(13)、支架(15)及小水箱組合件(14)等是一樣需要的。
圖3所示為小水箱組合的結構示意圖，圖中由5個小水箱(17)組成，小水箱之間夾裝著保溫板(18)以阻止相互間的熱傳導，5個小水箱由長螺桿(19)，壓板(20)排齊壓緊成一體，再在四周包裹保溫材料(3)，小水箱之間用軟管(21)、(22)相聯(lián)接使其下部水互通，上部氣也相通，使各小水箱中的水一直處于同一水平面，各小水箱內的管道設置有所不同，左邊第一小水箱直接接受集熱器送來的熱水，經熱水管(23)直接把熱水送到上層水面，熱水管(23)是一根軟管，由浮球(24)把出水口(25)吊浮到接近水面，出水口(25)的方向是朝上的，不宜朝下，以免水流擾動箱水使冷熱水產生對流相混。在近箱底處還有兩個出水孔，一個孔(26)通到第二小水箱，可視為第一小水箱的冷水進口和第二小水箱的熱水進口，第一小水箱接受熱水后就把箱底的冷水壓送到第二小水箱的上部，當熱水占領第一小水箱后繼續(xù)壓送到第二小水箱上部的也變成熱水了。第一小水箱底還有一個出水口(27)向外供應熱水，但取水口也用浮球接根軟管到近水面處，以放出上層溫度較高的熱水，第二小水箱的結構與第一小水箱基本相同，但它的熱水管接通的是第一小水箱箱底處的冷水進口，另一個冷水進口向第三小水箱的水面處放水，另一出水口向外排放水面處的溫水，這箱放出的熱水總是比第一小水箱放出的熱水溫度要低些，第三、第四小水箱一般無需向外放水了，因此不設放水孔，但仍設有與上邊和下邊水箱聯(lián)接的熱水和冷水進口。最后一個小水箱的結構又有不同，多了一個溢流孔(28)和一個接通外部自來水或高位水箱的浮閥式自動供水裝置(29)，出水口(30)直接與集熱器的冷水管聯(lián)接，在不向外供水時，集熱器中曬熱的高溫水進入第一小水箱的上層并把底部的冷水壓送到第二小水箱中，同樣把第二小水箱底部的水壓送到第三小水箱，以此類推直到第五小水箱中的冷水流到集熱器中，當第一小水箱被熱水充滿后，不斷進入的熱水就使箱底的熱水轉移到第二小水箱上部，第二水箱也被熱水占領后，再流向第三小水箱，以此類推直到占據最后一只小水箱后只好讓熱水再進集熱器中去曬第二次。相反從第一小水箱向外供應熱水時，總是先送出上層最熱些的水，排出多少就由第二小水箱上層的水回流補足多少，第二小水箱的輸出由第三小水箱補，第三小水箱由第四小水箱補，第五小水箱流失的水則浮閥式供水裝置(29)開啟補充外部來水了。當放取第二小水箱的水時它的缺水也由后面的小水箱補足，最終自然也靠外部來水補足，第一小水箱的工作基本不受影響，仍在接受集熱器的來水和向第二小水箱壓送箱底部的水。不難看出，小水箱組嚴格遵守著這一規(guī)律前面小水箱向后面小水箱轉移的總是該箱底部較冷些的水，反之后面小水箱向前面小水箱回流的總是箱內上層水面較熱的水，而且總是流到前一水箱的底部不會去直接沖冷前面小水箱中上層較熱些的水。除了向外供水及冷熱水的自然循環(huán)外，靜止時相鄰兩箱的水是不會經連通兩箱的細水管對流傳熱的，亦難通過箱壁及保溫板(18)傳導熱量，小水箱組的這些特點加上集熱器產出的熱水溫度較高，就能較快曬出第一小水箱熱水向外供應，而且水溫受季節(jié)影響也小得多，冬夏間相差不太大，差別僅是夏天曬得的熱水箱數比冬天多而已。當然小水箱也可由一只大水箱分隔而成，但這樣易使小水體之間產生熱傳導，不利于熱水保溫，由于其內部管道系統(tǒng)是一樣的，因此不再贅述。
圖4所示的是一種簡易的水溫控制開關的構造示意圖，它以雙金屬片(31)為執(zhí)行件，雙金屬片(31)裝于定位座(32)上，固定在開關座(33)的空腔內，把空腔分為互不相通的兩部分，切斷了管(34)、(35)的連通，但當水溫升高雙金屬片受熱彎曲，彎到一定角度就可使隔開的兩腔重新連通，使管(34)、(35)相通管中水流動，當水溫降低時雙金屬片伸直又關斷了水流，該溫控開關結構簡單，制造容易，造價也不高，適于民用，盡管溫控的辦法和器具很多，但因太陽能熱水器主要為民用，面向農村，價需低廉，因此價格較高的器具不宜采用。雙金屬片的調溫只需在雙金屬片(31)與定位座(32)之間增厚墊片(36)使雙金屬片后移，迫使其感受更高水溫增大彎曲度才能導通水流。
圖5所示為幾種集熱器的結構示意圖，上面是一種平板式的集熱器，它由冷管(37)、熱管(38)、多根集熱管(39)和集熱板(40)為主組成。冷管(37)經冷水管(9)與小水箱組的最后一個小水箱接通，熱管(38)上接出一熱水管(41)通到小水箱組的第一只小水箱上，集熱管(39)與集熱板(40)緊密接觸組合成一體，上涂吸熱涂層，由于不允許集熱管(39)內的水產生低溫差下的自然循環(huán)以免送出溫升不高的水，因此在冷水管(9)上裝有一個水喉充當節(jié)流閥(42)，由它來調節(jié)流量使水流調小到進入集熱管后能被曬熱到預定溫度。
中間所示是一種單管式的集熱器，它由一根盤曲的集熱管(43)和集熱板(40)密切結合組成，管子一頭與冷水管相接通向小水箱組的最后一只小水箱，另一頭接熱水管通到第一只小水箱，為讓管內不產生低溫差的自然循環(huán)，在管道的某一部位接入一個溫控開關(44)來控制管中水曬的溫度，達到預定溫度才打開開關讓冷水自然循環(huán)流動，送走熱水接納冷水，當冷水充滿管道溫控開關感知后又關閉管路將冷水悶曬加熱，集熱管和集熱板上也涂上吸熱涂層。
下面表示一種真空玻璃管式的集熱器，其真空玻璃管(45)不是瓶式的盲孔管，而是內管兩頭貫通，外管封包在內管上，夾層抽成真空，它們也鑲裝在冷管(37)和熱管(38)之間，同樣也可在冷水管(9)上接入節(jié)流閥(42)或在熱管(38)之上裝上溫控 開關(44)來限制低溫差的自然循環(huán)以曬出溫度高的熱水。為了排放熱水器內的存水和雜質以及請除水垢等的方便，在集熱器的冷管或最低水位處還設有放水閥或水堵(46)，平時關閉，需要時打開即可排凈熱水器內的存水及清洗管道。
權利要求1.一種能讓少數水先熱起來并單獨儲積的太陽能熱水器，其特征在于其集熱器上裝有節(jié)流閥或溫控開關，儲水箱由多個小水箱串聯(lián)組成。
2.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征是其溫控開關由一雙金屬片為主組成。
3.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征是其多個小水箱上部的通氣孔和下部的進水孔用軟管串聯(lián)形成各小水箱內水平面一致的小水箱組合。
4.根據權利要求1、3所述的太陽能熱水器，其特征是其小水箱內的熱水管是根軟管靠浮球吊升到近水面處、出水口朝上。
5.根據權利要求1、3所述的太陽能熱水器，其特征是其向外供應熱水的水管出水口裝在箱下部，軟管進水口由浮球吊至近水面。
6.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征是其各小水箱之間有保溫板相隔離。
7.根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征是其集熱器和小水箱組之間由軟管聯(lián)接。
專利摘要熱水分儲式太陽能熱水器能使冷水一次曬熱并單獨儲積起來不同冷水相混,它采用控制水在集熱器內自然循環(huán)的流速或時流時停讓少數水延長光照曬出較高的水溫,熱水由幾個串聯(lián)的小水桶逐個分儲并不讓熱水與冷水廣泛接觸相混,使熱水在小水桶內能很快儲積起來向外供給。
文檔編號F24J2/05GK2295167SQ97223538
公開日1998年10月21日 申請日期1997年6月17日 優(yōu)先權日1997年6月17日
發(fā)明者朱學良 申請人:朱學良