CN102338491B - 防过热装置及装有防过热装置的热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有散热功能的防过热装置和装有此防过热装置的热水器。一种防过热装置，其包括位于热水器若干进气口、位于所述进气口上方的若干排气口以及位于热水器内部且连接所述进气口和排气口的气流通道；在所述进气口和排气口分别设有开关器。本发明防过热装置利用热传导技术原理和热空气可以自然形成对流换热与散热的机理，以及利用具有节能蓄热功能的低温相变材料或者是具有记忆功能的记忆合金材料的热胀冷缩原理有效解决了热水器中的水长期处于高温状态的问题。另外，根据现有热水器的种类和结构不同，分别将防过热装置设置在不同位置，最大程度地实现防过热装置的降温效果。

Description

防过热装置及装有防过热装置的热水器

技术领域

本发明涉及太阳能热水器技术领域，具体涉及具有散热功能的防过热装置和装有此防过热装置的热水器。

背景技术

在烈日炎炎的夏季或者当太阳辐照能量较高时，若太阳能热水器水箱中已被换热增温的热水不能被及时使用，水箱内的热水会被持续加热到100摄氏度以上。且由实测数据得知，此种情况下不直通大气的、可以承载压力封闭式的热水器水箱内的水温会达到130摄氏度以上，其内胆所承受的压力也较大。即便通常有泄压阀可以在极限压力起到安全保护的作用，但泄压阀不能阻止压力和水温还会达到和不断触及极限值；也不能阻止内胆中的水压、水温长时间保持在过高过热的极限状态附近。太阳能经过热水器的集热器吸收传递转换为热水的能量，不及时使用不仅是能源的浪费，作为由焊接、搪瓷、密封圈垫等加工组装而成的热水器，经常在如此恶劣的过热状态下运行时，可以想象，必然会加速密封件老化失效；必然会加速焊接或搪瓷层薄弱点的腐蚀渗漏损坏。结果是使热水器的使用寿命大幅度减短。

事实上，大部分装有太阳能热水器的用户都不能保证水箱里的水温较高时就立即将它使用掉。对于那些装有热水器的度假式或别墅型的住所，较长时间无人居住，热水器无效运行浪费能源且有损于使用寿命的现象更是突出。因此，上述常会处于过热状态下运行的热水器并不鲜见。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何防止太阳能热水器长时间、重复在过热状态下运行，而影响热水器使用寿命。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，提供一种防过热装置，其包括位于热水器若干进气口、位于所述进气口上方的若干排气口以及位于热水器内部且连接所述进气口和排气口的气流通道；在所述进气口和排气口分别设有开关器。

其中，所述开关器包括：开关器壳体，其位于热水器内胆中；N个隔板，N为整数且N不大于进气口与排气口数量之和，N个隔板位于所述开关器壳体内，并将所述开关器壳体隔成独立的N+1个腔室；该N+1个腔室中，与各个隔板均接触的腔室内装有热敏感材料和推杆；另外N个腔室结构相同，且均装有弹性件，弹性件一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板上；推杆，其一端连接所对应的隔板，另一端伸出其所在腔室并固定连接可密封进气口或者排气口的封口板。

再进一步的技术方案是，所述热敏感材料为石蜡、石蜡乳液、水银或者酒精。

或者，所述开关器包括电动开关和控制电动开关动作的开关控制器，该电动开关连接密封进气口或排气口的封口板。

进一步的技术方案是，连接各个封口板的电动开关由同一开关控制器控制。

再进一步的技术方案是，所述开关控制器连接一温度传感器，所述温度传感器伸入热水器的内胆中。

或者，所述开关器包括：开关器壳体，其位于热水器内胆中；N个隔板，N为整数且N不大于进气口与排气口数量之和，N个隔板位于所述开关器壳体内，并将所述开关器壳体隔成独立的N+1个腔室；该N+1个腔室中，与各个隔板均接触的腔室内装有热敏感材料；另外N个腔室结构相同，且均装有弹性件和推杆，弹性件环套在所对应推杆外围，弹性件一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板上；推杆，其一端连接所对应的隔板，另一端伸出其所在腔室并连接可密封进气口或者排气口的封口板，封口板可转动地与所对应的推杆连接。

进一步的技术方案是，所述热敏感材料为石蜡、石蜡乳液、水银或者酒精。

或者，所述开关器包括：开关器壳体，其位于热水器内胆中；形状记忆合金制成的弹簧片，其一端顶在所述开关器壳体内壁上，另一端连接一推杆，所述推杆连接可密封进气口或者排气口的封口板。

或者，所述开关器包括位于热水器内胆中的双金属温控开关和可密封进气口或者排气口的封口板；所述封口板由所述双金属温控开关控制开闭。

进一步的技术方案是，所述双金属温控开关包括弧形壳体、装在弧形壳体内的双金属片、插入弧形壳体内并与双金属片连接的推杆，所述推杆连接所述封口板。

再进一步的技术方案是，所述双金属片中大膨胀系数金属为锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金之一，小膨胀系数金属为镍铁合金。

为了解决上述技术问题，还提供一种热水器，其包括若干真空管集热器、装水的内胆、连接于真空管集热器冷凝端头和内胆之间的干式加热导热块、设置在内胆外围的保温层；另外，还包括前述任何一种防过热装置，所述防过热装置的气流通道环绕所述干式加热导热块设置。

进一步的技术方案是，所述干式加热导热块为一体式，在干式加热导热块上开设若干通孔，所述通孔连通位于干式加热导热块上下两端的气流通道。

为了解决上述技术问题，还提供另一种热水器，其包括若干真空管集热器、装水的内胆、设置在内胆外围的保温层；还包括前述任何一种防过热装置，所述防过热装置的气流通道环绕所述内胆设置。

为了解决上述技术问题，还提供另一种热水器，其包括若干真空管集热器、集热盒和水箱；集热盒的内胆中装有防冻导热液，水箱的内胆中装水，水箱中设有与所述集热盒的内胆连通的防冻液管，集热盒的内胆外围以及水箱的内胆外围均设置保温层；此外，还包括两个前述任何一种防过热装置，所述两个防过热装置的气流通道分别环绕集热盒的内胆和水箱的内胆设置。

(三)有益效果

本发明防过热装置利用热传导技术原理和热空气可以自然形成对流换热与散热的机理，以及利用具有节能蓄热功能的低温相变材料或者是具有记忆功能的记忆合金材料的热胀冷缩原理有效解决了热水器中的水长期处于高温状态的问题。另外，根据现有热水器的种类和结构不同，分别将防过热装置设置在不同位置，最大程度地实现防过热装置的降温效果。

附图说明

图1是本发明第一实施例热水器的结构简图；

图2是图1所示热水器的局部剖视图；

图3a是图1所示加热器的透视图；

图3b是图3的A-A向剖视图；

图4a是本发明第二实施例热水器的透视图；

图4b是图4的A-A向剖视图；

图5是本发明第三实施例热水器的局部剖视图；

图6是本发明第四实施例热水器的局部剖视图；

图7是本发明第五实施例热水器的结构简图；

图8是图7所示热水器的剖视图；

图9是本发明第六实施例热水器的结构简图；

图10是本发明第七实施例热水器的结构简图。

下面结合附图和具体实施例对本发明防过热装置及装有防过热装置的热水器进行详细介绍。

具体实施方式

实施例一

参见图1-图3b，图3a中箭头方向为气流通道1d中气流的方向。本实施例热水器包括若干用于吸收太阳能的真空管集热器2、装水的内胆5、连接于真空管集热器冷凝端头21和内胆5之间的干式加热导热块3、设置在内胆5外围的保温层4以及防过热装置。该防过热装置包括位于热水器下部的两个进气口1a和1b、位于热水器上部的排气口1c以及连接进气口1a、1b和排气口1c的气流通道1d。气流通道1d环绕干式加热导热块3设置。干式加热导热块3为一整体式结构，在干式加热导热块3上开设若干通孔31，通孔31连通位于干式加热导热块上下两端的气流通道1d，这样可以使气流通道与干式加热导热块3更加充分的接触，达到更好的散热效果。在防过热装置的进气口和排气口处均设有开关器。进气口1a处的开关器100(参见图2)包括：

开关器壳体101，其位于热水器的内胆5中。

隔板102，其位于开关器壳体101内，并将开关器壳体101隔成独立的第一腔室(未标识)和第二腔室(未标识)。

弹簧103，其位于前述第一腔室内，弹簧一端顶到开关器壳体101的内壁上，另一端顶在隔板102上。很显然，该弹簧103以及后面实施例中所述的弹簧也可由其他公知的弹性件替代。

热敏感材料104，其装于所述第二腔室内。这里所说的热敏感材料是指热胀冷缩性能好的材料，优选具有一定蓄热能力的热敏感材料，比如，石蜡、石蜡乳液、水银、酒精等。

推杆105，其一端连接隔板102，另一端伸出所述第二腔室并固定连接可密封进气口1a的封口板106。

密封圈107，其设置于开关器壳体101和推杆105之间，防止内胆5中的水与开关器壳体101内的热敏感材料104接触。此外，在开关器壳体101和隔板102之间也可以设置密封圈(未标识)，以免第二腔室内的热敏感材料104进入第一腔室。

排气口1c处的开关器200与开关器100结构相同，其不同之处就是开关器壳体的外形不同，因此，开关器200的结构就不再赘述。进气口1b处的开关器可以选择开关器100或者开关器200的任何一种。

下面介绍一下本实施例热水器进行防过热的过程：

在日照很强或者热水器长期不使用时，真空管集热器2不断吸收太阳能并将热量传递到冷凝端头21，再由冷凝端头21传递到干式加热导热块3，进而传热至内胆5中的水。水温升高到一定程度时，热敏感材料104膨胀，推动隔板102压缩弹簧103。推杆105跟着隔板102移动，进而带动封口板106打开进气口1a。进气口1b和排气口1c处的开关器工作过程和开关器100的工作过程一样。这样，所有进气口和排气口开启，热水器外部的相对于内胆中的水来说低温的气体从进气口进入，从排气口排出，在气流通道中与干式加热导热块3换热，为干式加热导热块3降温，从而达到降低内胆5中水温的目的。由于冷空气进入热水器后温度升高，而且进气口位于排气口下方，也加速了气体的流动，加速了散热过程。相反，当内胆5中的水温下降到一定程度时，热敏感材料104收缩，隔板102在弹簧103的回复力的作用下反方向移动，推动推杆105反向移动，进而推动封口板106关闭进气口1a。进气口1b和排气口1c处的开关器工作过程和开关器100的工作过程一样。这样，所有进气口和排气口被密封。防过热装置停止工作。在此过程中，蓄热性能好的热敏感材料104还能通过放热对内胆5中的水进行小幅加热，起到阻止水温下降过快的作用。

本实施例开关器100、200以及控制另一进气口1b的开关器也可以做成一体式，即由一个开关器同时控制所有进气口和排气口的开闭。作为本实施例的扩展，进气口或排气口的数量也可以多于三个或者为两个，那么，可以概述为：开关器包括：

开关器壳体，其位于热水器内胆中；

N个隔板，N为整数且N不大于进气口与排气口数量之和，N个隔板位于所述开关器壳体内，并将所述开关器壳体隔成独立的N+1个腔室；该N+1个腔室中，与各个隔板均接触的腔室内装有热敏感材料和推杆；另外N个腔室结构相同，且均装有弹性件，弹性件一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板上；推杆，其一端连接所对应的隔板，另一端伸出其所在腔室并固定连接可密封进气口或者排气口的封口板。

当N＝1时，表示该开关器只控制一个进气口或者排气口的开闭，即本实施例中的控制器100的情形。当N等于所有进气口与排气口的数量之和时，只需要一个开关器即可。如果N小于所有进气口与排气口的数量之和时，就需要多个开关器了。

实施例二

参见图4a和图4b，图4a中箭头方向为气流通道1d中气流的方向。本实施例热水器与实施例一热水器的区别在于，干式加热导热块为分体式，即由多个干式加热导热块3a构成。此类干式加热导热块3a不需要再设置通孔31。其他部分的结构和工作原理与实施例一相同，在此不做赘述。

实施例三

参见图5，本实施例热水器与实施例一热水器的区别在于各个进气口和排气口处的开关器结构不同。图5中与图2中使用同一标号的部件为相同部件，相同标号部件的结构和位置关系也和实施例一一致。此处重点介绍开关器300和开关器400，开关器300包括电动开关和控制电动开关动作的开关控制器，该电动开关连接密封进气口或排气口的封口板。

实施例四

参见图6，本实施例热水器与实施例一热水器的区别仍然在于各个进气口和排气口处的开关器结构不同，另一个不同之处是本实施例采用一个进气口1a和一个排气口1c。本实施例热水器采用开关器500，开关器500包括：

开关器壳体501，其位于热水器内胆5中；

两个隔板502a、502b，两个隔板位于开关器壳体501内，并将开关器壳体501隔成独立的三个腔室。该三个腔室中，与各个隔板502a、502b均接触的腔室内装有热敏感材料504。另外两个腔室结构相同，以其中一个为例，该腔室中装有弹簧503a和推杆505a，弹簧503a环套在推杆505a外围，弹簧503a一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板502a上。推杆505a一端连接所对应的隔板502a，另一端伸出其所在腔室并连接可密封进气口1a的封口板506a，封口板506b可转动地与所对应的推杆505a连接。另一个腔室中装有弹簧503b和推杆505b，弹簧503b环套在推杆505b外围，弹簧503b一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板502b上。推杆505b一端连接所对应的隔板502b，另一端伸出其所在腔室并连接可密封排气口1b的封口板506b，封口板506b可转动地与所对应的推杆505a连接。另外，在排气口1c的最外端设有百叶窗式排气口端口。

下面介绍一下本实施例热水器进行防过热的过程：

内胆5中水温升高到一定程度时，热敏感材料504膨胀，推动隔板502a和502b分别压缩弹簧503a和503b。推杆505a和505b分别跟着隔板502a和502b移动，进而带动封口板506a打开进气口1a，封口板506b打开排气口1c。相反，当内胆5中的水温下降到一定程度时，热敏感材料504收缩，隔板502a和502b分别在弹簧503a和503b的回复力的作用下反方向移动，分别推动推杆505a和505b反向移动，进而带动封口板506a和506b关闭进气口1a和排气口1c。

本实施例开关器500为一体式，即由一个开关器500同时控制所有进气口和排气口的开闭。作为本实施例的扩展，进气口和排气口的数量也可以多于两个，那么，可以概述为：

开关器包括：

开关器壳体，其位于热水器内胆中；

N个隔板，N为整数且N不大于进气口与排气口数量之和，N个隔板位于所述开关器壳体内，并将所述开关器壳体隔成独立的N+1个腔室。该N+1个腔室中，与各个隔板均接触的腔室内装有热敏感材料。另外N个腔室结构相同，且均装有弹性件和推杆，弹性件环套在所对应推杆外围，弹性件一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板上。推杆，其一端连接所对应的隔板，另一端伸出其所在腔室并连接可密封进气口或者排气口的封口板，封口板可转动地与所对应的推杆连接。

当N＝1时，表示该开关器只控制一个进气口或者排气口的开闭，其具体结构如后续实施例五中所述的开关器600。当N等于所有进气口与排气口的数量之和时，只需要一个开关器即可。如果N小于所有进气口与排气口的数量之和时，就需要多个开关器了。

实施例五

参见图7和图8，本实施例与实施例一的区别有三点，第一点，本实施例热水器采用三个进气口，即进气口1a、1b和一个条状进气口1m。第二点，本实施例中所采用的三个新型结构的开关器600、700、800。第三点，本实施例热水器没有干式加热导热块，而是由真空管集热器2的冷凝端头21直接插入内胆5中对水加热。由于此第三点区别的存在，在本实施例中防过热装置的气流通道1d环绕内胆5设置。

开关器600包括：

开关器壳体601，其位于热水器内胆5中；

隔板602，隔板602位于开关器壳体601内，并将开关器壳体601隔成独立的两个腔室。其中一个腔室中装有热敏感材料604。另外一个腔室中装有弹簧603和推杆605，弹簧603环套在推杆605外围，弹簧603一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在隔板602上。推杆605一端连接隔板602，另一端伸出其所在腔室并连接可密封进气口1a的封口板606，封口板606可转动地与所对应的推杆605连接。

开关器700包括：

开关器壳体701，其位于热水器内胆5中。

形状记忆合金制成的弹簧片703，其一端顶在开关器壳体701内壁上，另一端连接一推杆705，推杆705连接可密封排气口1c的封口板706。封口板706和热水器的外壳6之间设有防尘沙的网格707。

开关器800包括位于热水器内胆5中的双金属温控开关和可密封进气口1m的封口板806；封口板806由双金属温控开关控制开闭。双金属温控开关包括弧形壳体801、装在弧形壳体801内的双金属片804、插入弧形壳体801内并与双金属片804连接的推杆805，推杆805连接封口板806。所说的双金属片中大膨胀系数金属可选择锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金之一，小膨胀系数金属可为为镍铁合金。

实施例六

参见图9，本实施例中防过热装置的气流通道1d环绕内胆5设置。本实施例与前述实施例的主要区别在于采用另一种开关器900，开关器900包括三个电动开关901、902、903和控制三个电动开关动作的开关控制器905，以及伸入热水器的内胆中的温度传感器904。每个电动开关分别连接密封进气口或排气口的封口板。开关控制器905与温度传感器904连接。开关控制器905根据温度传感器904传回来的温度信号控制各个电动开关开启或者闭合进气口或排气口。

实施例七

参见图10，本实施例热水器包括若干真空管集热器2、集热盒A和水箱B；集热盒A的内胆5a中装有防冻导热液，水箱B的内胆5b中装水，水箱B中设有与集热盒A的内胆5a连通的防冻液管，集热盒A的内胆外围以及水箱的内胆外围分别设置保温层4a、4b。两个防过热装置的气流通道分别环绕集热盒的内胆5b和水箱的内胆5a设置。设置在集热盒的进气口1a、排气口1c处的开关器采用如前述开关器600的样式。设置在水箱的进气口1A、排气口1C出的开关器分别采用前述开关器700和开关器600的样式。

需要指出的是，前述的各种开关器可以在各个实施例中单一种类或者混合互换使用。另外，也可以采用其他常规的可控制封口板开闭的开关器，例如使用电动风门或电磁闸阀。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (11)

1.防过热装置，其特征在于，包括位于热水器上的若干进气口、位于所述进气口上方的若干排气口以及位于热水器内部且连接所述进气口和排气口的气流通道；在所述进气口和排气口处均设有开关器；所述开关器包括：

开关器壳体，其位于热水器内胆中；

N个隔板，N为整数且N不大于进气口与排气口数量之和，N个隔板位于所述开关器壳体内，并将所述开关器壳体隔成独立的N+1个腔室；该N+1个腔室中，与各个隔板均接触的腔室内装有热敏感材料和推杆；另外N个腔室结构相同，且均装有弹性件，弹性件一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板上；推杆，其一端连接所对应的隔板，另一端伸出其所在腔室并固定连接可密封进气口或者排气口的封口板。

2.如权利要求1所述的防过热装置，其特征在于，所述热敏感材料为石蜡、石蜡乳液、水银或者酒精。

3.防过热装置，其特征在于，包括位于热水器上的若干进气口、位于所述进气口上方的若干排气口以及位于热水器内部且连接所述进气口和排气口的气流通道；在所述进气口和排气口处均设有开关器；所述开关器包括：

开关器壳体，其位于热水器内胆中；

N个隔板，N为整数且N不大于进气口与排气口数量之和，N个隔板位于所述开关器壳体内，并将所述开关器壳体隔成独立的N+1个腔室；该N+1个腔室中，与各个隔板均接触的腔室内装有热敏感材料；另外N个腔室结构相同，且均装有弹性件和推杆，弹性件环套在所对应推杆外围，弹性件一端顶到其所在腔室的内壁上，另一端顶在所对应的隔板上；推杆，其一端连接所对应的隔板，另一端伸出其所在腔室并连接可密封进气口或者排气口的封口板，封口板可转动地与所对应的推杆连接。

4.如权利要求3所述的防过热装置，其特征在于，所述热敏感材料为石蜡、石蜡乳液、水银或者酒精。

5.防过热装置，其特征在于，包括位于热水器上的若干进气口、位于所述进气口上方的若干排气口以及位于热水器内部且连接所述进气口和排气口的气流通道；在所述进气口和排气口处均设有开关器；所述开关器包括：

开关器壳体，其位于热水器内胆中；

形状记忆合金制成的弹簧片，其一端顶在所述开关器壳体内壁上，另一端连接一推杆，所述推杆连接可密封进气口或者排气口的封口板。

6.防过热装置，其特征在于，包括位于热水器上的若干进气口、位于所述进气口上方的若干排气口以及位于热水器内部且连接所述进气口和排气口的气流通道；在所述进气口和排气口处均设有开关器；

所述开关器包括位于热水器内胆中的双金属温控开关和可密封进气口或者排气口的封口板；所述封口板由所述双金属温控开关控制开闭；

所述双金属温控开关包括弧形壳体、装在弧形壳体内的双金属片、插入弧形壳体内并与双金属片连接的推杆，所述推杆连接所述封口板。

7.如权利要求6所述的防过热装置，其特征在于，所述双金属片中大膨胀系数金属为锰镍铜合金、镍铬铁合金、镍锰铁合金之一，小膨胀系数金属为镍铁合金。

8.热水器，其包括若干真空管集热器、装水的内胆、连接于真空管集热器冷凝端头和内胆之间的干式加热导热块、设置在内胆外围的保温层；其特征在于，还包括如权利要求1-7中任意一项所述的防过热装置，所述防过热装置的气流通道环绕所述干式加热导热块设置。

9.如权利要求8所述的热水器，其特征在于，所述干式加热导热块为一体式，在干式加热导热块上开设若干通孔，所述通孔连通位于干式加热导热块上下两端的气流通道。

10.热水器，其包括若干真空管集热器、装水的内胆、设置在内胆外围的保温层；其特征在于，还包括如权利要求1-7中任意一项所述的防过热装置，所述防过热装置的气流通道环绕所述内胆设置。

11.热水器，其包括若干真空管集热器、集热盒和水箱；集热盒的内胆中装有防冻导热液，水箱的内胆中装水，水箱中设有与所述集热盒的内胆连通的防冻液管，集热盒的内胆外围以及水箱的内胆外围均设置保温层；其特征在于，还包括两个如权利要求1-7中任意一项所述的防过热装置，所述两个防过热装置的气流通道分别环绕集热盒的内胆和水箱的内胆设置。

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