CN111059779A - 一种防集热管水垢的太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明属于太阳能领域，具体涉及一种防集热管水垢的太阳能热水器，包括机架、保温水箱、集热管和用于控制保温水箱的控制系统，所述保温水箱固定在机架上，所述集热管与保温水箱连通且集热管倾斜设置，所述集热管包括透光层和吸热层，所述透光层和吸热层之间设有真空层；还包括水垢清洁机构，所述水垢清洁机构包括拉杆和浮球，所述拉杆上固定设有多个刮板，刮板上设有多个通孔，拉杆和刮板滑动设置在集热管内，所述浮球固定在拉杆上，浮球位于保温水箱内且浮球内设有液体相变材料。与传统的一种防集热管水垢的太阳能热水器相比，本方案可以通过刮板来回的刮除粘在集热管内壁的水垢，避免水垢影响热传导的效果，大大的提高了热水器的集热效率。

Description

一种防集热管水垢的太阳能热水器

技术领域

本发明属于太阳能领域，具体涉及一种防集热管水垢的太阳能热水器。

背景技术

传统能源日益紧缺，加快发展可再生能源已成为世界各国共识，其中太阳能作为可再生能源的一种，在人民生活需要方面有多种用途，如发电，取暖、 供热水等。但目前来看，能以商品形式大量供应市场的只有一种防集热管水垢的太阳能热水器。

一种防集热管水垢的太阳能热水器是利用太阳光将水温加热的装置。一种防集热管水垢的太阳能热水器分为真空管式一种防集热管水垢的太阳能热水器和平板式一种防集热管水垢的太阳能热水器，真空管式一种防集热管水垢的太阳能热水器占据国内95%的市场份额。真空管式家用一种防集热管水垢的太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关零配件组成，把太阳能转换成热能主要依靠真空集热管，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。

比如专利号为CN201511002722.1的专利，公开了一种基于抛物槽式聚光集热的一种防集热管水垢的太阳能热水器，主要包括排气孔、保温水箱壳体、泄水管、冷水管、水箱端盖、热水管、抛物槽反射器、全玻璃真空集热管、支脚、集热管定焦支撑部件、定压阀、上循环管、冷水箱、热水箱、相变储热层、硅胶皮垫、金属封盖、玻璃导管、硅胶皮套、下循环管、水平隔板和反射器肋板；所述保温水箱壳体包括水箱内壳和水箱外壳，水箱内壳为水箱保温层，紧贴水箱外壳内侧面上。该款热水器使用抛物槽式集热器代替市场上多根排列的真空管，大大降低成本的同时提高了热水器集热效率，减少了真空管中热水的积存。

和上面的专利一样，市面上的其他一种防集热管水垢的太阳能热水器均存在一个问题：一种防集热管水垢的太阳能热水器是利用阳光的热量来对水进行加热，而水在反复的加热循环后，不可避免的会产生很多的水垢，而水垢常常会粘在集热管的内壁，而这会大大的降低热量的传导，从而使得一种防集热管水垢的太阳能热水器的效率降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防集热管水垢的防集热管水垢的太阳能热水器，以解决水垢容易粘在集热管上的问题。

为了达到上述目的，本方案提供一种防集热管水垢的一种防集热管水垢的太阳能热水器，包括机架、保温水箱、集热管和用于控制保温水箱的控制系统，所述保温水箱固定在机架上，所述集热管与保温水箱连通且集热管倾斜设置，所述集热管包括透光层和吸热层，所述透光层和吸热层之间设有真空层；还包括水垢清洁机构，所述水垢清洁机构包括拉杆和浮球，所述拉杆上固定设有多个刮板，所述刮板上设有多个通孔，所述拉杆和刮板滑动设置在集热管内，所述浮球固定在拉杆上，浮球位于保温水箱内且浮球内设有液体相变材料。

本方案的原理在于：阳光穿过透光层照到吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给集热管里面的水，使吸热层内的水加热。加热的水变轻沿着集热管受热面往上进入保温水箱，水箱内温度相对较低的水沿着集热管的背光面进入集热管补充，如此不断循环，使保温水箱内的水不断加热，从而达到热水的目的。

随着水箱内的温度升高，浮球内的液体相变材料吸热产生变成气体，将浮球撑大。此时，浮球的浮力增大，进而拖动拉杆和刮板移动，将集热管内的水垢刮下。而当水箱内的热水使用后再补充冷水时，温度降低，浮球内的液体相变材料则又变为液体，此时浮球变小浮力降低，拉杆和刮板则又向下移动，再次刮一下集热管内的水垢。

本方案的有益效果在于：基本上一两天就可以实现一个来回的刮除效果，因此，无需太大的力就可以刮下水垢，同时水垢也不易粘在集热管上。与传统的一种防集热管水垢的太阳能热水器相比，本方案可以通过刮板来回的刮除粘在集热管内壁的水垢，避免水垢影响热传导的效果，大大的提高了热水器的集热效率。

进一步，所述透光层为钢化玻璃层。钢化玻璃的强度高，不易损坏，使用寿命更长。

进一步，所述吸热层为黑瓷复合陶瓷层。瓷复合陶瓷太阳板整体为瓷质材料，不透水、不渗水、强度高、刚性好，不腐蚀、不老化、不退色，无毒、无害、无放射性，阳光吸收率不会衰减，具有长期较高的光热转换效率。

进一步，还包括高位水位感应器和低位水位感应器，所述高位水位感应器和低位水位感应器均和控制系统电性连接。当水位过低时，控制系统则控制保温水箱上的补水阀门，进行补水操作。当水位过高时，控制系统则控制保温水箱上的放水阀门，避免保温水箱内的水过多而使得其内部压强过大进而导致浮球无法变大的问题。高位水位感应器和低位水位感应器之间的距离不易过大，这样始终能使水箱内的水保持一个比较固定的量，使得即便是停水时，水箱内也有足够的备用水可用。

进一步，所述液体相变材料为气化温度低于90摄氏度的液体相变材料。一般来说，一种防集热管水垢的太阳能热水器的最高温度不会超过95摄氏度，因此，为了保证上浮的效果，不易采用沸点过高的液体相变材料。

进一步，所述液体相变材料为乙醇。乙醇是一种有机物，俗称酒精。其液体密度是0.789g/cm3(20C°) ，乙醇气体密度为1.59kg/m3，沸点是78.3℃。一方面来说，乙醇无毒，对人体无害，若是浮球因为意外情况破损了，也不会伤害到人体；另一方面来说，乙醇有酒的味道，一旦浮球因为意外情况破损了，大家也能及时的发现，及时进行修理。

进一步，还包括弹性件，所述弹性件的一端连接在拉杆上，另一端连接在集热管内。弹性件的设置，可对浮球进行限制，避免其过度的向外浮动。

进一步，还包括防结冰机构，所述防结冰机构包括吸水箱、膨胀球和导热管，所述吸水箱固定在水箱上，所述水箱和补水箱之间设有水箱往补水箱导通的第一单向阀；所述膨胀球位于吸水箱内，且膨胀球内设有沸点温度为0-40℃的工质，所述导热管连接在膨胀球和水箱之间；水箱的出水管和吸水箱之间设有吸水管，所述吸水管上设有水箱的出水管往吸水管之间导通的第二单向阀；所述水箱的出水管上设有外界往出水管导通的第三单向阀。

热水器在使用后出水管中往往会残留一些水分，而北方的温度往往又很低，水箱有保温层不存在什么影响，但是残留在出水管中的水分非常容易冻结成冰，从而影响后续的使用。通过设置防结冰机构，在使用热水器时，出水管的热量通过导热管传递至膨胀球，此时膨胀球受热膨胀，将吸水箱内的水挤进水箱中。停止使用热水器后，出水管中的水逐步降温，此时膨胀球收缩，吸水箱内的压强降低，从而将出水管中的水吸到水箱中，进而有效地避免了出水管中的水凝结堵塞出水管。

附图说明

图1为本发明实施例的示意图。

图2为本发明实施例中保温水箱的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：机架10、保温水箱20、透光层30、真空层40、吸热层50、拉杆61、刮板62、连接绳63、浮球64、弹性件65、吸水箱2010、膨胀球2020、吸水管2030、导热管2040、出水管2050、第一单向阀2060、第二单向阀2070、第三单向阀2080。

实施例基本如附图1所示：

从下到上分别是机架10、集热管和保温水箱20。集热管位于左边，并倾斜30°设置，保温水箱20位于右边。

集热管包括透光层30和吸热层50。透光层30采用钢化玻璃，强度高，不易损坏，使用寿命更长。吸热层50采用黑瓷复合陶瓷层。瓷复合陶瓷太阳板整体为瓷质材料，不透水、不渗水、强度高、刚性好，不腐蚀、不老化、不退色，无毒、无害、无放射性，阳光吸收率不会衰减，具有长期较高的光热转换效率。透光层30和吸热层50之间相互密封，形成真空层40。

保温水箱20则采用常规的保温水箱20，其安装在机架10上，包括一些控制系统、进出水阀、保温层等就不一一介绍了。值得一提的是，其内部设有高位水位感应器和低位水位感应器，两个水位感应器均和控制系统电性连接。当水位过低时，控制系统则控制保温水箱20上的补水阀门，进行补水操作。当水位过高时，控制系统则控制保温水箱20上的放水阀门，避免保温水箱20内的水过多而使得其内部压强过大进而导致浮球64无法变大的问题。另外，高位水位感应器和低位水位感应器之间的距离不易过大，建议低位水位感应器至少位于水箱的3/5高以上，而高位水位感应器则一般设为9/10处，这样始终能使水箱内的水保持一个比较固定的量，使得即便是停水时，水箱内也有足够的备用水可用。

重点的是水垢清洁机构。如图所示，其包括拉杆61和浮球64。拉杆61上固定设有4个刮板62，所述刮板62上均匀设有多个通孔。拉杆61和刮板62滑动设置在集热管内。浮球64则是通过连接绳63连接在拉杆61上，浮球64位于保温水箱20内且浮球64内设有液体相变材料。另外，还设置有弹性件65，弹性件65采用不锈钢弹簧，其左端连接在集热管上，右端连接在拉杆61上。为了保证浮球64能够拉动拉杆61和刮板62，尽量选择轻质的材料制成，比如塑料或者铝合金等。因此，弹性件65的设置，一方面是可以可对浮球64进行限制，避免其过度的向外浮动，另一方面也可以向下拉浮球64，避免采用了轻质材料的拉杆61和刮板62导致其重量不够而浮球64无法下移的问题。

液体相变材料可根据浮球64的材质来具体配合选择。比如说，浮球64的材质导热性较差，此时则可以采用沸点较低的液体，反之，如果浮球64的材质导热性比较好，则可以采用沸点较高的液体。其选取要点为：①浮球64的材质要柔韧性比较好的，避免被水压挤破。②液体相变材料则选择无毒无害的。③浮球64和液体相变材料相互不反应。

基于此，本方案中，浮球64采用聚氨酯的材质制成。有钱的话，浮球64还可以采用新型复合纳米材料或者超级物料石墨烯材料。而液体相变材料采用乙醇，一方面来说，乙醇无毒，对人体无害，若是浮球64因为意外情况破损了，也不会伤害到人体；另一方面来说，乙醇有酒的味道，一旦浮球64因为意外情况破损了，大家也能及时的发现，及时进行修理。如果浮球64的壁厚选择很厚的材质，还可以将液体相变材料选择甲醚。

另外，为了避免水箱4的吹水管中残留的水凝结，还专门设置有一个防结冰机构。如图2所示，防结冰机构包括吸水箱2010、膨胀球2020和导热管2040。吸水箱2010固定在水箱4上，水箱4和补水箱4之间设有水箱4往补水箱4导通的第二单向阀20702060。膨胀球2020位于吸水箱2010内，且膨胀球2020内设有沸点温度为0-40℃的工质，工质可以自行选择，符合沸点要求即可。推荐使用乙醚和二甲胺。

导热管2040连接在膨胀球2020和水箱4之间。水箱4的出水管2050和吸水箱2010之间设有吸水管2030，吸水管2030上设有水箱4的出水管2050往吸水管2030之间导通的第二单向阀；水箱4的出水管2050上设有外界往出水管2050导通的第三单向阀2080。

热水器在使用后出水管2050中往往会残留一些水分，而北方的温度往往又很低，水箱4有保温层不存在什么影响，但是残留在出水管2050中的水分非常容易冻结成冰，从而影响后续的使用。通过设置防结冰机构，在使用热水器时，出水管2050的热量通过导热管2040传递至膨胀球2020，此时膨胀球2020受热膨胀，将吸水箱2010内的水挤进水箱4中。停止使用热水器后，出水管2050中的水逐步降温，此时膨胀球2020收缩，吸水箱2010内的压强降低，从而将出水管2050中的水吸到水箱4中，进而有效地避免了出水管2050中的水凝结堵塞出水管2050。

具体使用时，阳光穿过透光层30照到吸热层50上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给集热管里面的水，使吸热层30内的水加热。加热的水变轻沿着集热管受热面往上进入保温水箱20，水箱内温度相对较低的水沿着集热管的背光面进入集热管补充，如此不断循环，使保温水箱20内的水不断加热，从而达到热水的目的。

随着水箱内的温度升高，浮球64内的液体相变材料吸热产生变成气体，将浮球64撑大。此时，浮球64的浮力增大，进而拖动拉杆61和刮板62移动，将集热管内的水垢刮下。而当水箱内的热水使用后再补充冷水时，温度降低，浮球64内的液体相变材料则又变为液体，此时浮球64变小浮力降低，拉杆61和刮板62则又向下移动，再次刮一下集热管内的水垢。

基本上一两天就可以实现一个来回的刮除效果，因此，无需太大的力就可以刮下水垢，同时水垢也不易粘在集热管上。与传统的一种防集热管水垢的太阳能热水器相比，本方案可以通过刮板62来回的刮除粘在集热管内壁的水垢，避免水垢影响热传导的效果，大大的提高了热水器的集热效率。

需要提前说明的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定” 等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种防集热管水垢的太阳能热水器，包括机架、保温水箱、集热管和用于控制保温水箱的控制系统，所述保温水箱固定在机架上，所述集热管与保温水箱连通且集热管倾斜设置，其特征在于：所述集热管包括透光层和吸热层，所述透光层和吸热层之间设有真空层；还包括水垢清洁机构，所述水垢清洁机构包括拉杆和浮球，所述拉杆上固定设有多个刮板，所述刮板上设有多个通孔，所述拉杆和刮板滑动设置在集热管内，所述浮球固定在拉杆上，浮球位于保温水箱内且浮球内设有液体相变材料。

2.根据权利要求1所述的一种防集热管水垢的太阳能热水器，其特征在于：所述透光层为钢化玻璃层。

3.根据权利要求1所述的一种防集热管水垢的太阳能热水器，其特征在于：所述吸热层为黑瓷复合陶瓷层。

4.根据权利要求1所述的一种防集热管水垢的太阳能热水器，其特征在于：还包括高位水位感应器和低位水位感应器，所述高位水位感应器和低位水位感应器均和控制系统电性连接。

5.根据权利要求1所述的一种防集热管水垢的太阳能热水器，其特征在于：所述液体相变材料为气化温度低于90摄氏度的液体相变材料。

6.根据权利要求5所述的一种防集热管水垢的太阳能热水器，其特征在于：所述液体相变材料为乙醇。

7.根据权利要求1所述的一种防集热管水垢的太阳能热水器，其特征在于：还包括弹性件，所述弹性件的一端连接在拉杆上，另一端连接在集热管内。

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