CN102297522B

CN102297522B - 一种太阳能热水器系统

Info

Publication number: CN102297522B
Application number: CN 201110253760
Authority: CN
Inventors: 邵文远
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2011-08-31
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2031-08-31
Also published as: CN102297522A

Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器系统，包括集热器、与集热器相连的储水箱、冷水管、热水管、呼吸器和刚性密闭容器，呼吸器由内含水和空气介质的呼吸体和置于该呼吸体内的第一气泡组成，第一气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器，热水管、冷水管分别通过对应的单向阀与呼吸器的进水口、出水口连接。具有导热性能的刚性密闭容器置于储水箱内或与储水箱至少有一个热交换面、储水箱的出水口处，刚性密闭容器的进水口处连接一单向阀，出水口与储水箱的出水口连接；刚性密闭容器内设有若干第二气泡，第二气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器。采用本发明太阳能热水器系统能有效完成冷热水自动循环，且成本低。

Description

一种太阳能热水器系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器系统，具体涉及一种能自动实现冷、热水循环的太阳能热水器系统。

背景技术

现有太阳能热水器，集热器和储水箱一般置于便于接受太阳能的高处，如屋顶上。集热器中的水经集热器吸收太阳能加热后（或者在储水箱中电辅助加热），内循环至高处与之连通的储水箱中，储水箱通过热水管将热水送到用户家里，供用户使用。储水箱的进水口连接冷水管，向集热器和储水箱补充冷水。但此时，处于高处储水箱中的热水与处于低处用户家中热水管内的冷水，无法自动进行循环。一般情况下，一段时间不用热水后，热水管中的水自然冷却，再次使用热水需要将热水管中已冷却的冷水放完才能放出热水。也就是说，要想随时打开热水龙头及时得到热水是不可能的。除非有电动泵专用于排空管中的冷水，或者用电加热龙头附近的水，这将增加使用成本和能耗。

中国专利“一种太阳能热水器系统”（公开号CN101629761A）中利用呼吸器中气泡内的低沸点物质相态变化，从而引起的体积较大变化来产生水压变化，使单向阀打开或闭合，实现冷、热水的循环。但如果在该呼吸器中没有辅助加热装置，那么第一次循环就必须手动完成，将热水管和呼吸器中的冷水放掉，等到储水箱中的热水能够流入呼吸器中，才能实现冷热水的自动循环。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有太阳能热水器系统在无辅助加热装置时，无法实现冷热水的首次自动循环的缺陷，提供了一种能实现冷热水自动循环、成本低的太阳能热水器系统。

为了达到上述目的，本发明提供了一种太阳能热水器系统，包括集热器、与集热器相连的储水箱、其上设有进水口的冷水管、其上设有出水口的热水管、呼吸器和一具有导热性能的刚性密闭容器，所述热水管和冷水管分别与储水箱的出水口和进水口连接，呼吸器由内含有水或水和空气介质的呼吸体和置于该呼吸体内的第一气泡组成，第一气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器，呼吸体的出水口和进水口分别通过单向阀与所述热水管、冷水管相连；所述刚性密闭容器设于储水箱内或与储水箱至少有一个热交换面，所述刚性密闭容器的进水口设于所述储水箱底部区域并通过第三单向阀与储水箱连通，出水口为储水箱的出水口；所述刚性密闭容器内含有水并置有第二气泡，及所述第二气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器；当储水箱为密闭容器时，储水箱直接作为上述的刚性密闭容器使用，储水箱内放置有第二气泡所述第二气泡内低沸点物质的沸点高于所述第一气泡内低沸点物质的沸点，或所述第二气泡上包裹或放置弹性物质。其中，第一气泡内低沸点物质优选正戊烷，第二气泡内低沸点物质优选环戊烷。

对本发明的进一步改进在于：上述刚性密闭容器或作为刚性密闭容器的储水箱内温度高于第二气泡内低沸点物质的沸点时，该低沸点物质呈气相时，第二气泡膨胀，其膨胀前后的体积差大于呼吸器、呼吸器和储水箱之间热水管的总容积。刚性密闭容器的外壳为导热性材料。

呼吸器外侧的保温层采用比所述热水管外侧保温层更易于散热的材料，或呼吸器外侧不设保温层，使得呼吸器内的水比热水管内的水更快降温。

第三单向阀的进水口处设有防堵网，防堵网为半球形的过水网，防止刚性密闭容器内的第二气泡堵塞第三单向阀。

本发明相比现有技术具有以下优点：利用刚性密闭容器中的第二气泡的膨胀体积差产生的压力，将热水压入呼吸器中，实现首次冷热水的自动循环；由于第二气泡内低沸点物质的沸点高于第一气泡内低沸点物质的沸点，因此在热水进入呼吸器后，第一气泡内低沸点物质气化，能有效的实现以后冷热水循环的全部自动运行，而无需在呼吸器中安装启动加热器，节约成本，同时也达到了节水的目的。

附图说明

图1为本发明太阳能热水器系统的一种结构示意图。

图2为本发明太阳能热水器系统的一种结构示意图。

图3为图1和图2中刚性密闭容器的结构示意图。

图4为本发明太阳能热水器系统的另一种结构示意图。

图中，D-集热器，S-储水箱，S1-刚性密闭容器，S2-防堵网，S3-第二气泡，S11-共用面，C-冷水管，H-热水管，B-呼吸器，B1-呼吸体，B2-第一气泡，Pc-冷水管进水口，P_H-热水管出水口，U1-第一单向阀，U2-第二单向阀，U3-第三单向阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明太阳能热水器系统进行详细说明。

如图1所示，本发明太阳能热水器系统包括集热器D、储水箱S、其上设有进水口Pc的冷水管C、其上设有出水口P_H的热水管H、呼吸器B和刚性密闭容器S1。呼吸器B由呼吸体B1和置于呼吸体内的第一气泡B2组成，呼吸体B1内有水和空气介质，呼吸体气泡B2为内置低沸点物质的密闭柔性容器，呼吸体B1的上端设有进水口，在该进水口上安装第一单向阀U1；在呼吸器B的下端设出水口，在该出水口上安装第二单向阀U2。冷水管C和热水管H的一端分别与储水箱S的进水口和出水口相连，另一端通过对应的单向阀分别与呼吸体B1的出水口和进水口相连。

刚性密闭容器S1设于储水箱S内、储水箱S1的出水口处。刚性密闭容器S1左端设有进水口，该进水口设置在储水箱S1的底部区域，并在进水口处连接第三单向阀U3，密闭容器S1的出水口为储水箱S的出水口，使得储水箱S中的水只能通过第三单向阀U3向刚性密闭容器S1中流动，并保证即使储水箱S1中的水位较低也能经刚性密闭容器S1的下端设置的出水口进入热水管H中。刚性密闭容器S1也可设置在储水箱S外，但与储水箱有至少一个共用面，如图2，储水箱S与刚性密闭容器之间有一共用面S11，该共用面形成了储水箱S与刚性密闭容器S1之间的热交换面。刚性密闭容器S1中放置一个或数个第二气泡S3。当储水箱S为密闭容器时，储水箱S直接作为上述的刚性密闭容器使用，储水箱内放置有一个或数个第二气泡S3，如图4，此时储水箱的出口处无需设置第三单向阀U3。

第二气泡S3为密闭柔性容器，内置低沸点物质，相对第一气泡B2内的低沸点物质，其气化温度要高，可以通过两种方式实现：一是第一气泡B2内的低沸点物质的气化温度（即沸点）在同样气压下比第二气泡S3内的低沸点物质的气化温度低，例如第一气泡B2内的物质为正戊烷（一个大气压下的气化温度为35度左右），该第二气泡S3内的低沸点物质为环戊烷（一个大气压下的气化温度为49度左右）；二是在采用同样的低沸点物质，只是在第二气泡S3上包裹或放置弹性物质。例如在密闭柔性容器的外侧包裹几根牛皮筋，或在密闭柔性容器内放置一原始容积小于以密闭柔性容器体积的弹性内胆，低沸点物质置于弹性内胆内，在低沸点物质气化时，利用牛皮筋或弹性内胆产生弹性变形所形成的弹性内应力来增加气泡膨胀的压力，从而增加气泡内气体的气化温度，使得气化温度比第一气泡的高。同时，为防止第二气泡S3堵塞第三单向阀U3，在第三单向阀U3的进水口处设置防堵网S2，防堵网S2为半球形的过水网，不易变形，使得气泡不能堵住第三单向阀，而水可以通畅流入、流出。

第二气泡S3内的低沸点物质在气泡内温度低于其沸点温度时，呈液态，使气泡的体积很小，刚性密闭容器S1中有较多或全部的水。当气泡内的温度等于或高于其沸点温度时，所述低沸点物质呈气态，第二气泡S3膨胀，两种物态下的体积差应至少为呼吸器与储水箱至呼吸器之间的热水管的容积和，这样可保证系统内冷、热水的自动循环的进行。其工作过程如下：

起初，储水箱S中为冷水，刚性密闭容器S1或者作为刚性密闭容器的储水箱内的第二气泡S3中的低沸点物质处于液相的收缩状态。随着集热器D不断吸收太阳能，使储水箱中的水温不断升高，或通过热交换会把刚性密闭容器内的冷水加热，为了达到更好的热交换效果，刚性密闭容器S1采用热传递性能较好的材料制作，例如不锈钢、铝或塑料。当第二气泡S3内的温度达到低沸点物质的气化温度时，气泡内的低沸点物质气化，体积膨胀，挤压刚性密闭容器S1的水，使水压增大。由于刚性密闭容器S1与储水箱S之间的第三单向阀U3只能使储水箱S中的水流入刚性密闭容器S1，而不能通过该阀流出，所以热水只有通过其出水口经热水管H向下流，或者直接从作为刚性密闭容器的储水箱中流出直至充满热水管H。同时由于第二气泡S3在两种物态时的体积差大于呼吸器与呼吸器至储水箱之间的热水管的总容积，所以在热水充满热水管H后，刚性密闭容器S1继续向热水管H注入热水，使呼吸器B进水口的第一单向阀U1打开，热水压入呼吸器B。而第一气泡B2的气化温度比第二气泡S3要低，压入呼吸器内的水全部是高于呼吸器内低沸点物质气化温度的热水，使第一气泡B2迅速膨胀，第二单向阀U2打开，实现呼吸器中的第一次热水进入，至此完成第一次冷热水循环，以后的循环全部自动运行。通过不断的冷热水循环，使呼吸器中的水始终是保持一定的温度的热水，而设置在呼吸器附近的出水口P_H只要一打开，就能放出热水。

当储水箱S中的热水渐渐变冷，温度低于第二气泡S3内低沸点物质的气化温度时，该气泡渐渐收缩，直到完全液化，储水箱中温度略低的热水通过单向阀U3进入刚性密闭容器。此时，呼吸器B还会继续循环，直到进入的热水不能把第一气泡B2内的低沸点物质气化为止，呼吸器B循环终止，整个系统的冷热水循环终止。

Claims

1.一种太阳能热水器系统，包括集热器、与集热器相连的储水箱、其上设有进水口的冷水管、其上设有出水口的热水管、呼吸器，所述热水管和冷水管分别与储水箱的出水口和进水口连接，呼吸器由内含有水或水和空气介质的呼吸体和置于该呼吸体内的第一气泡组成，第一气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器，呼吸体的出水口和进水口分别通过单向阀与所述热水管、冷水管相连；其特征在于：所述太阳能热水器系统还包括一具有导热性能的刚性密闭容器，该刚性密闭容器设于储水箱内或与储水箱至少有一个热交换面，所述刚性密闭容器的进水口设于所述储水箱底部区域并通过第三单向阀与储水箱连通，出水口为储水箱的出水口；所述刚性密闭容器内含有水并置有第二气泡，及所述第二气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器；所述第二气泡内低沸点物质的沸点高于所述第一气泡内低沸点物质的沸点，或所述第二气泡外侧包裹弹性物质，或在该气泡内放置原始容积小于气泡体积的弹性内胆，低沸点物质置于弹性内胆内。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水器系统，其特征在于：所述刚性密闭容器的外壳为导热性材料。

3.一种太阳能热水器系统，包括集热器、与集热器相连的储水箱、其上设有进水口的冷水管、其上设有出水口的热水管、呼吸器，所述热水管和冷水管分别与储水箱的出水口和进水口连接，呼吸器由内含有水或水和空气介质的呼吸体和置于该呼吸体内的第一气泡组成，第一气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器，呼吸体的出水口和进水口分别通过单向阀与所述热水管、冷水管相连；其特征在于：所述储水箱为密闭容器，储水箱内放置有第二气泡；第二气泡为内置低沸点物质的密闭柔性容器；所述第二气泡内低沸点物质的沸点高于所述第一气泡内低沸点物质的沸点，或所述第二气泡外侧包裹弹性物质，或在该气泡内放置原始容积小于气泡体积的弹性内胆，低沸点物质置于弹性内胆内。

4.根据权利要求1或3所述的太阳能热水器系统，其特征在于：所述刚性密闭容器或储水箱内温度高于第二气泡内低沸点物质的沸点时，第二气泡膨胀，其膨胀前后的体积差至少为呼吸器容积与连通储水箱至呼吸器的热水管容积之和，目的是使第二气泡膨胀后能够把刚性密闭容器或储水箱中足够的热水经热水管压入呼吸器。

5.根据权利要求1或3所述的太阳能热水器系统，其特征在于：所述第一气泡内低沸点物质为正戊烷，所述第二气泡内低沸点物质为环戊烷。

6.根据权利要求1或3所述的太阳能热水器系统，其特征在于：所述呼吸器外侧的保温层采用比所述热水管外侧保温层更易于散热的材料，或呼吸器外侧不设保温层，使得呼吸器内的水比热水管内的水更快降温。

7.根据权利要求1或3所述的太阳能热水器系统，其特征在于：所述刚性密闭容器或储水箱的进、出水口处设有防堵网，所述防堵网为半球形的过水网。