CN104180543A - 一种蓄热太阳能热水器系统 - Google Patents

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王博
丰佩印
王景
双凡
王莉
高燕梅
宋旻英
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Abstract

本发明涉及一种蓄热太阳能热水器系统，以解决现存太阳能热水器白天很热，到夜晚很快变凉的技术问题。本发明的技术方案一种蓄热太阳能热水器系统，包括蓄水箱、支架和集热管、相变蓄热材料、太阳能电池板，白天利用太阳能加热热水，在持续加热过程中使相变蓄热材料吸热液化，夜晚当蓄水箱中的热水下降到一定温度时，相变蓄热材料开始放热，逐渐固化，从而维持蓄水箱中水的温度，达到保温效果。该系统具有很好的蓄热保温节能效果。

Description

一种蓄热太阳能热水器系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能热水器系统，特别是一种具有蓄热功能的太阳能热水器系统。
背景技术
太阳能热水器是将太阳能转换成热能,以便加热冷水的装置,现在太阳能热水器已经成为生活中重要的洗浴工具。目前常用的太阳能热水器基本都是安装在者房屋的顶部，白天太阳能充足时，加热水箱中的水。但是到了夜晚无法加热，使热水很快冷却，不利于人们使用。
当白天天气很好时，尤其在夏日，太阳能热水器会过度烧开集热管及蓄水箱中的水，甚至会少干水箱中的水，这样就浪费了太阳能资源以及水资源。
发明内容
本发明提供了一种蓄热太阳能热水器系统，以解决现存太阳能热水器白天很热，到夜晚很快变凉的技术问题。
本发明的技术方案是：一种蓄热太阳能热水器系统，包括蓄水箱1、支架2和集热管5，还包括相变蓄热材料6,所述相变蓄热材料6包括60%的蓄热材料成份和40%的调整材料成分，相变蓄热材料6表面包裹包衣9，安装于蓄热网格7上，蓄热网格安装于蓄水箱1内。
所述蓄热材料成份的组份和重量份数比为石蜡35-40份，合成脂肪酸6-12份，肥酸3-10份，蒙旦蜡10-25份，晶体蜡1-13份，叶片酸6-7份；调整材料成份的组份和重量份数比为阻燃剂25-30份，降凝剂2-5份，无机填料3-8份，防污剂2-5份，防霉剂10-20份，水泥增强剂3-5份，憎水剂25-35份，热塑弹性体2-4份。
所述无机填料为碳酸钙，所述热塑弹性体为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和聚丙烯混合物。
所述阻燃剂包括双酚A或十六烷基溴酚，所述憎水剂为硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸镉，所述降凝剂包括乙二醇或笨二甲酸酯，所述防污剂为四硼酸钠、过氧化硼、过氧化钠或者氧化铵，所述防霉剂为除藻剂、灭菌灵、氨菊酯或溴三甲酸酯。
所述相变蓄热材料6的形状为圆柱形或表面凹凸不平的柱形。
所述包衣9为塑料或金属材质。
所述蓄热网格7截面为圆形或矩形，或者其他形状，以能够将相变蓄热材料6安装于蓄水相1内为标准。
蓄热太阳能热水器系统还包括太阳能电池板8，太阳能电池板8安装于电池板支架3上，太阳能电池板8与电池板支架3接触处设置有转轴12，电池板支架3上设置有转轴12，所述转轴12由电动机控制转动，太阳能电池板8与蓄电池相连。
所述转轴12为汇交式两自由度手腕或偏置式两自由度手腕。
蓄水箱1设置有水位探测装置4、温度探测装置10以及电加热器11，电动机、蓄电池、水位探测装置4、温度探测装置10以及电加热器11均与控制器相连，所述控制器包括单片机、键盘、显示屏、温度采集电路和水位检测电路。
本发明的使用方法是：相变蓄热材料6表面包裹包衣9，防止漏水、污染水质，将装有相变蓄热材料6的蓄热网格7安装于蓄水箱1中，白天利用太阳能加热热水，在持续加热过程中使相变蓄热材料6吸热液化，夜晚当蓄水箱中的热水下降到一定温度时，相变蓄热材料6开始放热，逐渐固化，从而维持蓄水箱1中水的温度，达到保温效果。
相变蓄热材料6设计成圆柱形或表面凹凸不平的柱形可以加大与水的接触面积，从而更好的吸热放热。
如果温度还是无法满足生活需要，还可以利用电加热器11对蓄水箱1中的水进行加热。
当白天阳光强烈，持续烧开集热管5与蓄水箱1中的热水时，由控制器控制太阳能电池板8从集热管外侧转动到集热管上部，遮挡住一部分阳光，这样既能减少过度加热集热管5中的水，又能将多余的太阳能转化为电能，储存在蓄电池中，以备其他用处。
控制器包括单片机、键盘、显示屏、温度采集电路和水位检测电路。当蓄水箱1中的水温度降低到一定程度时，控制器可控制电加热器11辅助加热水箱中的水。当用水很多水位降低到一定程度时，控制器可控制向水箱中注水。
本发明的有益效果是：本发明通过运用相变蓄热材料液化吸热、固化放热的性质，很好的保持了太阳能热水器的温度，使其能长时间保持高温。同时利用太阳能电池板利用多余太阳能发电以及遮挡集热管，使集热管不至于过度加热热水。该系统具有很好的保温节能效果。
附图说明
图1是太阳能电池板展开时的结构示意图；
图2是太阳能电池板遮挡集热管时的结构示意图；
图3是本发明的左视图；
图4是相变蓄热材料形状；
图5是形状为圆形的蓄热网格；
图6是形状为矩形的蓄热网格；
图7是控制器的原理图；
图8是温度采集电路图；
图9是水位检测电路图；
图10是太阳能电池板安装示意图；
图11是太阳能电池板遮挡集热管时主视图；
图12是太阳能电池板位于集热管两侧时的主视图；
图13为汇交式两自由度手腕转轴的结构示意图；
图14为偏置式两自由度手腕转轴的结构示意图；
图15为电动机控制电路。
图中：1-蓄水箱，2-支架，3-电池板滑轨，4-水位探测装置，5-集热管，6-相变蓄热材料，7-蓄热网格，8-太阳能电池板，9-包衣，10-温度探测装置，11-电加热器，12-转轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施方式一：如图1-14所示，一种蓄热太阳能热水器系统，包括蓄水箱1、支架2和集热管5，还包括相变蓄热材料6,所述相变蓄热材料6包括60%的蓄热材料成份和40%的调整材料成分，相变蓄热材料6表面包裹包衣9，安装于蓄热网格7上，蓄热网格安装于蓄水箱1内。
所述蓄热材料成份的组份和重量份数比为石蜡35-40份，合成脂肪酸6-12份，肥酸3-10份，蒙旦蜡10-25份，晶体蜡1-13份，叶片酸6-7份；调整材料成份的组份和重量份数比为阻燃剂25-30份，降凝剂2-5份，无机填料3-8份，防污剂2-5份，防霉剂10-20份，水泥增强剂3-5份，憎水剂25-35份，热塑弹性体2-4份。
所述无机填料为碳酸钙，所述热塑弹性体为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和聚丙烯混合物。所述阻燃剂包括双酚A或十六烷基溴酚，所述憎水剂为硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸镉，所述降凝剂包括乙二醇或笨二甲酸酯，所述防污剂为四硼酸钠、过氧化硼、过氧化钠或者氧化铵，所述防霉剂为除藻剂、灭菌灵、氨菊酯或溴三甲酸酯。
所述相变蓄热材料6的形状为圆柱形或表面凹凸不平的柱形，包衣9为塑料或金属材质。蓄热网格7截面为圆形或矩形，或者其他形状，以能够将相变蓄热材料6安装于蓄水相1内为标准。
蓄热太阳能热水器系统还包括太阳能电池板8，太阳能电池板8安装于电池板支架3上，太阳能电池板8与电池板支架3接触处设置有转轴12，电池板支架3上设置有转轴12，所述转轴12由电动机控制转动，太阳能电池板8与蓄电池相连。
所述转轴12为汇交式两自由度手腕，其结构示意图为图14。
蓄水箱1设置有水位探测装置4、温度探测装置10以及电加热器11，电动机、蓄电池、水位探测装置4、温度探测装置10以及电加热器11均与控制器相连，所述控制器包括单片机、键盘、显示屏、温度采集电路和水位检测电路。
温度采集电路如图8所示，当太阳能充足时，太阳能热水器中的水被持续加热到100℃一定时间，温度采集电路采集温度信号，由控制器控制太阳能电池板8由两侧向中间合并，最终形成遮挡板，遮住一部分太阳光，这样既能防止过度对热水器中的水加热，避免水蒸发而浪费，又能依靠太阳能电池板8发电，将所发电能储存到蓄电池中，以备其他方式用电。太阳能电池板8的合并于张开，由控制器控制转轴12中的伺服电机来实现。
太阳能电池板8只遮挡住一部分集热管而不是全部遮挡，目的在于降低加热强度，维持一定程度的加热，而不是过度加热，也不是完全不利用太阳能加热。如果温度温度采集装置10采集到热水器中的水持续低于一定温度，则控制器控制太阳能电池板8向两侧展开，让集热管充分利用太阳能加热。
水位检测电路如图9所示，当用户用水达一定量时，水位检测装置4探测到水量的减少，由水位检测电路发出信号到控制器，控制器控制水管向热水器中注水。
实施方式二：如图1-14所示，一种蓄热太阳能热水器系统，包括蓄水箱1、支架2和集热管5，还包括相变蓄热材料6,所述相变蓄热材料6包括60%的蓄热材料成份和40%的调整材料成分，相变蓄热材料6表面包裹包衣9，安装于蓄热网格7上，蓄热网格安装于蓄水箱1内。
所述蓄热材料成份的组份和重量份数比为石蜡35-40份，合成脂肪酸6-12份，肥酸3-10份，蒙旦蜡10-25份，晶体蜡1-13份，叶片酸6-7份；调整材料成份的组份和重量份数比为阻燃剂25-30份，降凝剂2-5份，无机填料3-8份，防污剂2-5份，防霉剂10-20份，水泥增强剂3-5份，憎水剂25-35份，热塑弹性体2-4份。
所述无机填料为碳酸钙，所述热塑弹性体为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯和聚丙烯混合物。所述阻燃剂包括双酚A或十六烷基溴酚，所述憎水剂为硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙或硬脂酸镉，所述降凝剂包括乙二醇或笨二甲酸酯，所述防污剂为四硼酸钠、过氧化硼、过氧化钠或者氧化铵，所述防霉剂为除藻剂、灭菌灵、氨菊酯或溴三甲酸酯。
所述相变蓄热材料6的形状为圆柱形或表面凹凸不平的柱形，包衣9为塑料或金属材质。蓄热网格7截面为圆形或矩形，或者其他形状，以能够将相变蓄热材料6安装于蓄水相1内为标准。
蓄热太阳能热水器系统还包括太阳能电池板8，太阳能电池板8安装于电池板支架3上，太阳能电池板8与电池板支架3接触处设置有转轴12，电池板支架3上设置有转轴12，所述转轴12由电动机控制转动，太阳能电池板8与蓄电池相连。
所述转轴12为偏置式两自由度手腕，其结构示意图为图13。
控制器控制转轴12的电路为普通的电动机控制电路，如图15所示为正反转控制电路。
蓄水箱1设置有水位探测装置4、温度探测装置10以及电加热器11，电动机、蓄电池、水位探测装置4、温度探测装置10以及电加热器11均与控制器相连，所述控制器包括单片机、键盘、显示屏、温度采集电路和水位检测电路。
温度采集电路如图8所示，图中给出了节点1的连接电路。首先，设计中选取热敏电阻RT103作为温度传感原件，将温度信号转换为电压信号；接着，电压信号输入模拟开关器件CD4067D，可通过MCU配置其ABCD四个控制端对输入信号进行选通，并由其公共端即管脚1输出；最后，模拟开关输出的信号经RC滤波及限幅处理后输入到MCU的AD输入端，节点温度采集得以实现。
水位检测电路如图9所示，水位检测器电路由水位检测传感器、间歇振荡器、LED闪烁指示电路、音频振荡器和音频放大电路等组成。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (9)

1.一种蓄热太阳能热水器系统，包括蓄水箱（1）、支架（2）和集热管（5），其特征在于：还包括相变蓄热材料（6）,所述相变蓄热材料（6）包括60%的蓄热材料成份和40%的调整材料成分，相变蓄热材料（6）表面包裹包衣（9），安装于蓄热网格（7）上，蓄热网格（7）安装于蓄水箱（1）内。
2.根据权利要求1所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：所述蓄热材料成份的组份和重量份数比为石蜡35-40份，合成脂肪酸6-12份，肥酸3-10份，蒙旦蜡10-25份，晶体蜡1-13份，叶片酸6-7份；调整材料成份的组份和重量份数比为阻燃剂25-30份，降凝剂2-5份，无机填料3-8份，防污剂2-5份，防霉剂10-20份，水泥增强剂3-5份，憎水剂25-35份，热塑弹性体2-4份。
3.根据权利要求1所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：所述相变蓄热材料（6）的形状为圆柱形。
4.根据权利要求1所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：所述相变蓄热材料（6）的形状为表面凹凸不平的柱形。
5.根据权利要求1所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：所述包衣（9）为塑料或金属材质。
6.根据权利要求1所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：所述蓄热网格（7）截面为圆形或矩形。
7.根据权利要求1所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：还包括太阳能电池板（8），太阳能电池板（8）安装于电池板支架（3）上，太阳能电池板（8）与电池板支架（3）接触处设置有转轴（12），电池板支架（3）上设置有转轴（12），所述转轴（12）由电动机控制转动，太阳能电池板（8）与蓄电池相连。
8.根据权利要求7所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：所述转轴（12）为汇交式两自由度手腕或偏置式两自由度手腕。
9.根据权利要求1或7所述的蓄热太阳能热水器系统，其特征在于：蓄水箱（1）设置有水位探测装置（4）、温度探测装置（10）以及电加热器（11），电动机、蓄电池、水位探测装置（4）、温度探测装置（10）以及电加热器（11）均与控制器相连，所述控制器包括单片机、键盘、显示屏、温度采集电路和水位检测电路。
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