CN105180478A - 太阳能热水器及其热电自冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能热水器的热电自冷却装置，包括热电片组、金属板、散热器和风扇；其中，所述热电片组的热端与金属板相连接，所述金属板上开有用于流体循环的管道；所述热电片组的冷端与散热器相连接，所述散热器与风扇固定连接；所述风扇通过热电片组驱动。同时提供了利用上述热电自冷却装置的太阳能热水器。本发明采用热电片结合了静态散热和动态散热，克服了自然导热的限制而且没有消耗电能。利用了虹吸效应，使得当流体过热时，能对其进行自动冷却，不需要其他控制装置。可以应用于多种不同的太阳能热水器，如全玻璃真空管式热水器，热管真空管式热水器等，适合在防止太阳能热水器过热的选择中推广。

Description

太阳能热水器及其热电自冷却装置

技术领域

本发明属于太阳能集热器技术领域，尤其是涉及一种零功耗防过热的太阳能热水器及其热电自冷却装置。

背景技术

目前，随着我国经济水平的发展和人们生活水平的提高，因太阳能热水器具有节能、环保、安全、方便等优点，太阳能利用率越来越高，越来越多的家庭开始安装和使用太阳能产品。太阳能作为新能源已经被广泛认可使用，尤其是太阳能热水器，已经成为和彩电、冰箱、洗衣机一样的家居必备品，给人们带来了节能和方便。太阳能成为最可靠的选择，特别是在一些南部地区，那里的高强度太阳辐射允许节省70％-90％的水加热功耗。但是，太阳能在使用过程中也会存在一个问题，夏季发生集热器过热的情况。最多导致集热器过热的情况是当它承受过多的辐射。尤其在夏天时，系统吸收了大量的热但是人们对热水的需求却是最低。热水器过热会导致乙二醇(与水混合形成工质)分解以及变酸，加速结成水垢，和非金属部件的加速老化、水箱焊缝炸裂等问题。尤其是在一些学校等放暑假时，太阳能热水器中的热水处于停用状态，但太阳能热水器仍然会持续对水箱内的水加热，热水温度越来越高，如果有电源故障，循环水泵故障或者保修欠缺，甚至会出现喷出热水或高温蒸汽烫伤事故，严重的有水箱爆炸现象。

过热温度保护器典型的构成是：1、一个感温器，用于监视水温；2、一个控制系统，一旦水温超过阀值，则使其调整回理想的值。有些热水器的过热保护装置用加大水流量的方式来遏制水温的增加，这种方式在无电源或者泵故障的情况无效。其他一些则用倾倒热水，加入冷水的方法去降低水温，这种方法对于水资源是一种极大的浪费。

之前已存在的过热保护装置还有的设有排回水装置，但是管中留有的水仍有会过热和分解，而且机械结构老化加速；最后，很多太阳能集热器有静态或者动态的散热装置但是它们的散热效率都不高有利用中间散热介质类似热管的方式散热的，例如申请号为200510006896.5的发明专利申请提供的降温器；还有利用控制遮光板来防止过热的装置，但是需要外加的电能，如申请号为200920027845.4的实用新型专利申请提供的一种太阳能热水器过热保护装置。另外，相似地，申请号为200910217305.7的发明专利申请提供的齿轮传动翻转式太阳能热水器防过热装置，利用电机齿轮传动翻转相应的遮光罩来防止太阳能热水器的过热，但是它缺少自动检测温度而且需要消耗电能。所以我们需要一种无电能消耗的散热效果好的防过热装置。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种零功耗防过热的太阳能热水器及其热电自冷却装置，改进现有技术中的不足，可以不需要外部电源，结合了热电自冷却技术和虹吸效应以解决太阳能热水器的过热问题。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种太阳能热水器的热电自冷却装置，包括热电片组、金属板、散热器和风扇；其中，所述热电片组的热端与金属板相连接，所述金属板上开有用于流体循环的管道；所述热电片组的冷端与散热器相连接，所述散热器与风扇固定连接；所述风扇通过热电片组驱动。

优选地，所述热电片组包括多片热电片，多片热电片之间热并联、电串联连接；热电片的热端吸收管道内热水的热量并转化为电能为风扇提供的电力驱动。

优选地，所述风扇为轴流风扇。

优选地，所述散热器采用翅片散热器。

优选地，所述金属板采用八块铝板，八块铝板上共开有60个圆截面管道。

优选地，每一块铝板的尺寸长×宽×高为：0.6×0.04×0.01mm³；管道的圆截面半径为8mm。

根据本发明的另一个方面，提供了一种太阳能热水器，包括太阳能热水器本体和上述太阳能热水器的热电自冷却装置；其中，管道的进水端连接在太阳能热水器的热水出口处，管道的出口端回流至太阳能热水器的冷水进口处。

优选地，所述太阳能热水器的热电自冷却装置设置位置高于太阳能热水器的水箱设置位置。

本发明提供的太阳能热水器及其热电自冷却装置，热电片组的热端与金属板相连接，圆形管道开在金属板上，形成热电自冷却装置的热端换热器，热端换热器将热水的热量传导至热电片的热端，热电片吸收热量产生电能；热电片组的冷端与散热器相连接，散热器与风扇固定连接，形成热电自冷却装置的冷端换热器，散热器与热电片冷端有良好热接触，而且轴流风扇由热电片所产生的电能维持，不需要外部供电；太阳能热水器利用虹吸原理，当水流过热自动流经热电自冷却装置，无需电气元件控制及电能消耗，通过调整热电自冷却装置高于太阳能热水器水箱的高度，可以控制流过热电自冷却装置的水的温度，即水的过热温度。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用热电片结合了静态散热和动态散热，克服了自然导热的限制而且没有消耗电能。

2、本发明利用了虹吸效应，使得当流体过热时，能对其进行自动冷却，不需要其他控制装置。

3、本发明显示出了热电自冷却装置的鲁棒性和可靠性。

4、本发明可以应用于多种不同的太阳能热水器，如全玻璃真空管式热水器，热管真空管式热水器等，适合在防止太阳能热水器过热的选择中推广。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为热电自冷却装置的主视图；

图2为热电自冷却装置的侧视图；

图3为热电自冷却装置在太阳能热水器中的安装。

图中：1为翅片散热器，2为热电片组，3为热水流，4为风扇，5为金属板，A为热电自冷却装置。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供了一种太阳能热水器的热电自冷却装置，运用热电片给过热水散热。具体为，包括热电片组、金属板、散热器和风扇；其中，所述热电片组的热端与金属板相连接，所述金属板上开有用于热水流动的管道；所述热电片组的冷端与散热器相连接，所述散热器与风扇固定连接；所述风扇通过热电片组驱动。

进一步地，热电片组的热端与金属板以及其中的流有过热水的多个圆形管道构成热电自冷却装置的热端换热器。热端换热器将水的热量传导至热电片的热端，热电片吸收热量产生电能。

进一步地，几个翅片散热器和固定在其上面的轴流风扇组成热电自冷却装置的冷端换热器。翅片散热器与热电片冷端有良好热接触，而且轴流风扇由热电片所产生的电能维持，不需要外部供电。

进一步地，热电片之间为热并联、电串联连接诶，为轴流风扇供电。

进一步地，所述管道为圆形管道。

本实施例提供的太阳能热水器的热电自冷却装置，在太阳能热水器的水流管道旁增加有由从流体获得热量以及将它转变成电能的热电片组成的热电自冷却装置。热电自冷却装置的热端连接着流体和热电片的热端，它由有圆形管道的几个铝片组成。热电自冷却装置的冷端将热电片冷端的热量散到环境中去，它由几个翅片散热器和被热电片驱动的轴流风扇组成。

实施例2

本实施例提供了一种太阳能热水器，包括太阳能热水器本体和上述太阳能热水器的热电自冷却装置；其中，热电自冷却装置的管道进水端连接在太阳能热水器的热水出口处，热电自冷却装置的管道出口端回流至太阳能热水器的冷水进口处。

进一步地，利用虹吸原理，当水流过热自动流经热电自冷却装置，无需电气元件控制及电能消耗；通过调整热电自冷却装置高于太阳能热水器水箱的高度，可以控制流过自冷却装置的水的温度，即水的过热温度。

下面结合附图对上述实施例的工作原理进一步描述。

结合图1、图2和图3，图3展示了在整个太阳能热水器系统中过热保护装置(热电自冷却装置)的安放位置与方法。图1和图2展示了为过热保护建议的热电自冷却装置。它由电路串联、热路并联的标准热电片，如KryothermTGM-287-1.0-1.5(包含128个热电偶)组成。热电片从流体吸收热量，然后把它转变为电能。热端换热器连接流体和热电片的热端。推荐热端换热器使用八块铝板，尺寸如0.6*0.04*0.01mm3，其中包括60个半径为8mm的供流体循环的圆截面管道。其次，冷端换热器包括几个良好热接触的翅片散热器和安装在其上的由热电片供电的轴流风扇。散热片将热电片冷端的热量散到环境中去，保证热电片冷端的低温。最后，被热电片供电的轴流风扇加速散热翅片的空气流动，提高散热效率。

当太阳能热水器的热水出口处(集热管)流出的流体温度达到90°，这时候虹吸效应产生流体循环所需要的力，在该力的作用下，流体被迫流经由集热管、热电自冷却装置和连接管道所构成的封闭循环。在热端换热器通道里的热流体与热电片的另一端产生温差，这样热电片就可以利用其发电，并将其提供给风扇。然后，冷端换热器实现了被动换热。

本具体实施方式提供的太阳能热水器及其热电自冷却装置，不需要外加电能就可以进行防止太阳能热水器过热的保护。它在过热水水管与散热器中添加了热电片。热电片的热端紧贴开着流有热水的圆形管道的金属板，冷端紧靠着散热器，散热器外还有由热电片供能的风扇。由于热电片两端维持温差，便可以发电驱动风扇进行散热。热电自冷却装置安装在太阳能热水器上，利用虹吸原理可以自动给过热水散热，不需要多余的电气控制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种太阳能热水器的热电自冷却装置，其特征在于，包括热电片组、金属板、散热器和风扇；其中，所述热电片组的热端与金属板相连接，所述金属板上开有用于流体循环的管道；所述热电片组的冷端与散热器相连接，所述散热器与风扇固定连接；所述风扇通过热电片组驱动。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水器的热电自冷却装置，其特征在于，所述热电片组包括多片热电片，多片热电片之间热并联、电串联连接；热电片的热端吸收管道内热水的热量并转化为电能为风扇提供的电力驱动。

3.根据权利要求1所述的太阳能热水器的热电自冷却装置，其特征在于，所述风扇为轴流风扇。

4.根据权利要求1所述的太阳能热水器的热电自冷却装置，其特征在于，所述散热器采用翅片散热器。

5.根据权利要求1所述的太阳能热水器的热电自冷却装置，其特征在于，所述金属板采用八块铝板，八块铝板上共开有60个圆截面管道。

6.根据权利要求5所述的太阳能热水器的热电自冷却装置，其特征在于，每一块铝板的尺寸长×宽×高为：0.6×0.04×0.01mm³；管道的圆截面半径为8mm。

7.一种太阳能热水器，其特征在于，包括太阳能热水器本体以及权利要求1至4中任一项所述的太阳能热水器的热电自冷却装置；其中，管道的进水端连接在太阳能热水器的热水出口处，管道的出口端回流至太阳能热水器的冷水进口处。

8.根据权利要求7所述的太阳能热水器，其特征在于，所述太阳能热水器的热电自冷却装置设置位置高于太阳能热水器的水箱设置位置。