CN101644509A - 一种太阳能热水器余热综合利用装置 - Google Patents

Abstract

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。

Description

一种太阳能热水器余热综合利用装置

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。

附图说明

图1是整体热水利用循环设计图。图中1.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.保温内箱，23.热水出口，24.隔热板，25.热水入口，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——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：

$V=\frac{1}{3}h(a^2+b^2+\sqrt{a^2{b}^2})=10L$

箱体散热损失外表面积为：

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。

Claims (1)

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。

Images