CN111121307A - 一种零水垢产生超声波太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种零水垢产生超声波太阳能热水器，包括支架、若干真空集热管、外壳体、内胆、进水端口、出水端口、金属承受工件、超声波换能器、超声波发生器，金属承受工件架设于内胆中，超声波换能器设置于外壳体中，超声波换能器上设有的振子端伸入到内胆中且与金属承受工件相连接，真空集热管内还设置有金属承受工件，在真空集热管的端部还设置有超声波换能器，超声波换能器上设有的振子端伸入到真空集热管中且与金属承受工件相连接。通过超声波换能器来驱动金属承受工件在内胆中、真空集热管中作超声高频振荡，在整个太阳热水器内部实现全方位、全区域的抑制水垢产生，将水垢消灭于萌芽状态中，完全杜绝水垢产生，保证热水器中水的使用安全。

Description

一种零水垢产生超声波太阳能热水器

技术领域

本发明涉及太阳能热水器技术领域，特别是一种带有自洁或抑制水垢产生的太阳能热水器。

背景技术

太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的加热装置，将水从低温加热到高温，以满足人们在生活、生产中的热水使用。在现有的太阳能热水器产品中，普遍存在一个较为严重的问题，就是储水罐中、真空集热管中容易产生大量水垢的问题。水垢大量产生，会严重影响到太阳能热水器的正常工作。例如，水垢对真空集热管的内壁构造遮挡，影响水导热、吸热和水通过量，对真空集热管的工作性能构成极大影响。水垢对储水箱侵占，影响储水罐的容量；同时水垢还影响到水质的安全，影响人们的身体健康。

中国专利申请号为CN201611183270.6的专利文献，公开了一份名称为“自清洗水箱及其在电热水器和太阳能热水器中的应用”，该方案主要采用在热水器的储水罐中设置一个安装架，以及采用在安装架上设置有多个超声波换能器，利用超声波换能器工作产生超声振动，使水产生空化效应，让水中形成的水垢物质在超声波作用下，其物理形态和化学性能发生一系列变化，使之分散、粉碎、松散、松脱而不易附着储水罐的内壁上形成积垢，达到自动清洁的目的。

中国专利申请号为CN201611183270.6的技术方案，并不完美，还存在的较大的缺陷，体现如下：一是，超声波换能器仅针对太阳能热水器的储水罐进行超声作用，使除水垢和抑制的区域仅仅局限于储水罐内部；而太阳能热水器的集热管，是水加热的关键区域，也是水垢产生的重灾区。然而，将超声波换能器设置在储水罐的内部，使超声波换能器根本无法作用到集热管中，集热管中的水垢根本无法得到清除与抑制，水垢还是严重地影响到整个太阳热水器的热效率、加热性能、水质安全性。二是，整个超声波换能器长期浸泡于热水中，超声波换能器上的电线接线部位、密封部位，容易发生老化，进而容易发生漏电的安全引患，而且也导致了超声波换能器的使用寿命长较短，故障率较高。

因此，鉴于现在这类带有超声波清洁功能的太阳能热水器所存在的不足，有必要对其进行重新设计，使才能更好地满足人们的生活所需。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题和不足，提供一种零水垢产生超声波太阳能热水器，该太阳能热水器采用在内胆中、真空集热管内分别设计有专门的金属承受工件，并将金属承受工件与内胆外、真空集热管外的超声波换能器相连接，通过超声波换能器来驱动金属承受工件在内胆中、真空集热管中作超声高频振荡，进而在整个太阳热水器内部实现全方位、全区域的抑制水垢产生，将水垢消灭于萌芽状态中，完全杜绝了水垢的产生，保证了热水器中水的使用安全，而且也避免了整个超声波换能器浸泡于热水中，大大延长了超声波换能器的使用寿命，提升了整个热水器的可靠性与安全性。

本发明的技术方案是这样实现的：一种零水垢产生超声波太阳能热水器，包括支架、若干真空集热管、外壳体、内胆、进水端口、出水端口,其特点在于还包括有金属承受工件、超声波换能器、超声波发生器，其中所述金属承受工件架设于内胆中，所述超声波换能器设置于外壳体中，该超声波换能器上设有的振子端伸入到内胆中且与金属承受工件相连接一起，以驱动金属承受工件在内胆中作超声高频振动；所述真空集热管内还设置有金属承受工件，在真空集热管的端部还设置有超声波换能器，该超声波换能器上设有的振子端伸入到真空集热管中且与金属承受工件相连接一起，以驱动金属承受工件在真空集热管中作超声高频振动；所述超声波发生器设置于外壳体上并与超声波换能器相电连接一起。

进一步地，为了使本发明在阴天时，能继续为了人们提供热水，从而不至于影响到了人们的日常正常生活，本发明还具有电加热的功能，而且这个电加热的功能不是普通电发热管的加热，而是利用电磁线圈进行隔空加热，是一种彻底的水电分离的加热方式，是一种安全、高能效地的加热方式，其具体是这样实现的：

一种形式是，本发明还包括电磁线圈、控制电路板、测温电器元件，其中所述内胆为搪瓷内胆体、或耐高温加厚玻璃内胆体、或耐高温树脂内胆体；所述电磁线圈设置于内胆的外壁上，所述金属承受工件由不锈钢材料加工而成，该金属承受工件在内胆中呈靠近电磁线圈的位置设置，以接收电磁线圈产生磁场感应涡流而实现发热加热的目的；所述测温电器元件设置于外壳体中，且该测温电器元件上设有的测温端部呈伸入到内胆中设置；所述控制电路板设置于外壳体中，所述电磁线圈、超声波发生器、测温电器元件分别与控制电路板相电连接。

另一种形式是，根据权利要求1所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：还包括电磁线圈、控制电路板、测温电器元件，其中所述内胆为不锈钢材料的金属内胆，所述电磁线圈加工成呈圆弧形状构造，该电磁线圈呈包覆于金属内胆的外侧壁上设置，以对金属内胆的侧面产生磁场感应涡流而实现加热的目的；所述测温电器元件设置于外壳体中，且该测温电器元件上设有的测温端部呈伸入到内胆中设置；所述控制电路板设置于外壳体中，所述电磁线圈、超声波发生器、测温电器元件分别与控制电路板相电连接。

第三种形式是，还包括电磁线圈、控制电路板、测温电器元件，其中所述内胆为不锈钢材料的金属内胆，所述电磁线圈加工成呈圆盘形状构造，该电磁线圈设置在金属内胆端面的外侧上，以对金属内胆的端面产生磁场感应涡流而实现加热的目的；所述测温电器元件设置于外壳体中，且该测温电器元件上设有的测温端部呈伸入到内胆中设置；所述控制电路板设置于外壳体中，所述电磁线圈、超声波发生器、测温电器元件分别与控制电路板相电连接。

本发明的有益效果：本发明由于采用在内胆中、真空集热管内分别设计有专门的金属承受工件，并将金属承受工件分别与内胆外、真空集热管外的超声波换能器的振子端相连接，通过超声波换能器来驱动金属承受工件分别在内胆中、真空集热管中作超声高频振荡，利用金属承受工件所产生的超声高频振荡，来使内胆中、真空集热管中的水产生超声波空化效应，使水中产生数以万计的细小气泡，这些细小气泡不断爆破，令热水中的水垢微颗粒，无法凝结一起，而是不断地受到气泡爆破的冲击，击碎成更细小的颗粒物，更无法凝结在内胆的内壁上和真空集热管的内壁上，随着热水使用而流出热水器，从而在整个太阳热水器内部实现全方位、全区域抑制水垢产生，将水垢彻底地消灭于萌芽状态中，完全杜绝了水垢的产生，保证了热水器中水的使用安全，而且也避免了整个超声波换能器浸泡于热水中，大大延长了超声波换能器的使用寿命，提升了整个热水器的可靠性与安全性。此外，真空集热管在加热水过程中，通过金属承受工件与超声波换能器不断地搅动真空集热管内中的水，促使水更快地与真空集热管进行热交换与热传递，从而还能大大提升了水的受热效率，提高了整个太阳热水器的能效比。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的方案一带有局部剖视结构的立体示意图。

图3为本发明的图2中A所指部分的放大结构示意图。

图4为本发明的图2中B所指部分的放大结构示意图。

图5为本发明的方案二带有局部剖视结构的示意图。

图6为本发明的图5中C所指部分的放大结构示意图。

图7为本发明的真空集热管的剖视结构示意图之一。

图8为本发明的真空集热管的剖视结构示意图之一。

图9为本发明的另一种真空集热管的实施方案结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图5所示，本发明所述的一种零水垢产生超声波太阳能热水器，包括支架1、若干真空集热管2、外壳体3、内胆4、进水端口11、出水端口12、排污口13等，这些结构与现有的太阳热水器基本一致，属于现有技术，在此不作展开描述。为了实现本发明提出的目的，如图2或图5所示，本发明还包括有金属承受工件5、超声波换能器6、超声波发生器，其中所述金属承受工件5架设于内胆4中，所述超声波换能器6设置于外壳体3中，该超声波换能器6上设有的振子端伸入到内胆4中且与金属承受工件5相连接一起，以驱动金属承受工件5在内胆4中作超声高频振动，以杜绝内胆4产生水垢。所述超声波发生器设置于外壳体3上并与超声波换能器6相电连接一起。

为了避免真空集热管2产生水垢，以实现全方位杜绝水垢，如图7或图8所示，所述真空集热管2内还设置有金属承受工件5，在真空集热管2的端部还设置有超声波换能器6，该超声波换能器6上设有的振子端伸入到真空集热管2中且与金属承受工件5相连接一起，以驱动金属承受工件5在真空集热管2中作超声高频振动。又如图7或图8所示，所述超声波换能器6一般设置于真空集热管2的其中一端部上，真空集热管2的另一端用来与内胆4相连接，即如图2或图5所示。所述超声波发生器设置于外壳体3上并与超声波换能器6相电连接一起。所述设置于真空集热管2内的金属承受工件5可以是金属杆，或者是金属长片，又或者是带网孔的金属长片，还或者是金属筒管，又还或者是带网孔的金属筒管等等。

为了使本发明在阴天时，能继续为了人们提供热水，从而不至于影响到了人们的日常正常生活，本发明还具有电加热的功能，而且这个电加热的功能，不是普通电发热管的加热，而是利用电磁线圈进行隔空加热，是一种彻底的水电分离的加热方式，是一种安全、高能效地的加热方式，其具体是这样实现的：

一种形式是，如图2或图5所示，本发明还包括有电磁线圈7、控制电路板8、测温电器元件9。其中，所述内胆4为搪瓷内胆体、或耐高温加厚玻璃内胆体、或耐高温树脂内胆体；所述电磁线圈7设置于内胆4的外壁上，所述金属承受工件5由不锈钢材料加工而成，该金属承受工件5在内胆4中呈靠近电磁线圈7的位置设置，以接收电磁线圈7产生磁场感应涡流而实现发热加热的目的。

所述测温电器元件9设置于外壳体1中，且该测温电器元件9上设有的测温端部呈伸入到内胆4中设置，以实时监测内胆4中水的加热温度。

所述控制电路板8设置于外壳体1中，所述电磁线圈7、超声波发生器、测温电器元件9分别与控制电路板8相电连接。所述控制电路板8为设置有可以编程的IC芯片的电路板装置，本发明的运行程式，可以通过编程方写入到芯片中来实现。

在这种实施方式基础上，可以延伸出两种不同的具体实施结构：一是，如图5所示，所述金属承受工件5为由不锈钢材料加工而成的呈圆弧形状构造的弧形承受工件，在弧形承受工件与内胆4的内壁之间还形成有间隙，该间隙最好以不接触到或不撞击到内胆的内壁为好，但也不能离内胆的内壁太远，太远了容易影响到磁场感应涡流接收。所述电磁线圈7相对应地加工成呈圆弧形状构造，该电磁线圈7呈包覆于内胆4的外侧壁上设置。二是，如图2所示，所述金属承受工件5为由不锈钢材料加工而成的呈圆盘状的盘状承受工件，该盘状承受工件架设在位于内胆4内的端面位置，在盘状承受工件与内胆4的端面之间还形成有间隙，该间隙最好以不接触到或不撞击到内胆的内壁为好，但也不能离内胆的内壁太远，太远了容易影响到磁场感应涡流接收。所述电磁线圈7相对应地加工成呈圆盘形状构造，该电磁线圈7设置在内胆4端面的外侧上。此外，为了减轻金属承受工件5的重量，还可以采用在金属承受工件5上开设有若干通孔，使其成为带若干网孔的网板件。

另一种形式是，本发明同样是还包括电磁线圈7、控制电路板8、测温电器元件9。其中，所述内胆为不锈钢材料的金属内胆，所述电磁线圈7加工成呈圆弧形状构造，该电磁线圈7呈包覆于金属内胆的外侧壁上设置，以对金属内胆的侧面产生磁场感应涡流而实现加热的目的。这种方式为直接对内胆4电磁加热方式。同理，所述测温电器元件9设置于外壳体1中，且该测温电器元件9上设有的测温端部呈伸入到内胆4中设置，以实时监测内胆4中水的加热温度。所述控制电路板8设置于外壳体1中，所述电磁线圈7、超声波发生器、测温电器元件9分别与控制电路板8相电连接。同理，所述控制电路板8也是为设置有可以编程的IC芯片的电路板装置，本发明的运行程式，可以通过编程方写入到芯片中来实现。

第三种形式是，本发明同样也是还包括电磁线圈7、控制电路板8、测温电器元件9。其中，所述内胆为不锈钢材料的金属内胆，所述电磁线圈7加工成呈圆盘形状构造，该电磁线圈7设置在金属内胆端面的外侧上，以对金属内胆的端面产生磁场感应涡流而实现加热的目的。所述测温电器元件9设置于外壳体1中，且该测温电器元件9上设有的测温端部呈伸入到内胆4中设置。所述控制电路板8设置于外壳体1中，所述电磁线圈7、超声波发生器、测温电器元件9分别与控制电路板8相电连接。

在具体实施过程中，可以根据需要进行选择运用。或者，以此来加工出不同型号的太阳能热水器，以供人们选择购买。所述超声波换能器的应用数量，可以根据内胆的容量，所采用超声波换能器的规格和振动频率，进行计算得到。例如，内胆的水容量为30L，超声频率为40KHz的超声波换能器，所需的数量约为10个左右，10个超声波换能器功率约600W。

本发明通过设置超声波换能器对不锈钢承受工件不断地施加超声高频振荡，使不锈钢承受工件或不锈钢内胆不断地与水胆的水发生相撞击，极大地加快了不锈钢承受工件、或不锈钢内胆、或真空集热管与水之间的热量交换和传递，大大提高的水受热速度、受热效率。同时，不锈钢承受工件在超声波换能器的超高频振荡下，接受电磁线圈产生的磁场感应涡流撞击频率，变得更快速、更激烈，不锈钢承受工件能更快、更多地发热，令整个内胆的水受加热效率大幅度提升，电加热效率更高、更快，更好的能效比。

为了方便要本发明实现远程、智能化控制其运行，在所述控制电路板8上还设有网络通信模块，该网络通信模块为有线网络通信接口模块或WIFI通信接口模块。通过编程方式，开发相应控制程式写入到IC芯片上，以及同步开发APP应用程序安装于智能手机、平板电脑上，通过APP程序来控制超声波换能器的工作与调节、定时控制、电磁线圈的启动与关闭等。由于这方面运用原理，与目前日常生活中，常见的家用电器，运用WIFI通信，在智能手机、平板电脑的APP控制家用电器运行的原理是基本一致的；并且，这方面开发与运用，也属于较常规的运用，相关开发人员与配套也较成熟故此不作详细描述。

为了为电磁线圈或控制电路板8提供较合适工作温度环境，如图2、图3、图5所示，所述外壳体1上还设有散热风扇10，该散热风扇10与控制电路板8相电连接一起。在外壳体1相对应地设有进气格栅15与排气格栅16等，以实现气流的对流。

为了确保本发明具有较好的保温隔热效果，如图2或图4、图5、图6所示，所述内胆4的外侧表面上还包覆有阻燃保温隔热材料层20，所述电磁线圈7绕装于阻燃保温隔热材料层20上。所述阻燃保温隔热材料层为硅化物纤维、或硅化物隔热棉等。

为了便于定期清理掉真空集热管2内在超声波处理后产生水垢颗粒、或者水中的泥沙杂质等，如图9所示，本发明还可以采用在各根真空集热管2的底部连接一根底管30，各根真空集热管2的底部与所述的底管30相连通一起，各根真空集热管2的超声波换能器6安装在底管30上相对应地设有安装座孔40中，超声波换能器6的振子端伸入到底管30中，并与设置在真空集热管2中的金属承受工件5相连接一起。如图9所示，在底管30的一端还连接有电磁开关阀50，该电磁开关阀50上设有的电连接端与控制电路板8相电连接一起，以在控制电路板8统一控制下打开或关闭，以便于定期打开电磁开关阀50，将内胆4、真空集热管2中泥沙、其它杂质、水垢颗粒等一起排放掉。各根真空集热管2的超声波换能器6统一连接至一个超声波发生器61上，该超声波发生器61与控制电路板8相电连接一起，以实现控制电路板8的统一协调控制下运行。

Claims (10)

1.一种零水垢产生超声波太阳能热水器，包括支架（1）、若干真空集热管（2）、外壳体（3）、内胆（4）、进水端口（11）、出水端口（12）,其特征在于：还包括有金属承受工件（5）、超声波换能器（6）、超声波发生器，其中

所述金属承受工件（5）架设于内胆（4）中，所述超声波换能器（6）设置于外壳体（3）中，该超声波换能器（6）上设有的振子端伸入到内胆（4）中且与金属承受工件（5）相连接一起，以驱动金属承受工件（5）在内胆（4）中作超声高频振动；

所述真空集热管（2）内还设置有金属承受工件（5），在真空集热管（2）的端部还设置有超声波换能器（6），该超声波换能器（6）上设有的振子端伸入到真空集热管（2）中且与金属承受工件（5）相连接一起，以驱动金属承受工件（5）在真空集热管（2）中作超声高频振动；

所述超声波发生器设置于外壳体（3）上并与超声波换能器（6）相电连接一起。

2.根据权利要求1所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：还包括电磁线圈（7）、控制电路板（8）、测温电器元件（9），其中

所述内胆（4）为搪瓷内胆体、或耐高温加厚玻璃内胆体、或耐高温树脂内胆体；所述电磁线圈（7）设置于内胆（4）的外壁上，所述金属承受工件（5）由不锈钢材料加工而成，该金属承受工件（5）在内胆（4）中呈靠近电磁线圈（7）的位置设置，以接收电磁线圈（7）产生磁场感应涡流而实现发热加热的目的；

所述测温电器元件（9）设置于外壳体（1）中，且该测温电器元件（9）上设有的测温端部呈伸入到内胆（4）中设置；

所述控制电路板（8）设置于外壳体（1）中，所述电磁线圈（7）、超声波发生器、测温电器元件（9）分别与控制电路板（8）相电连接。

3.根据权利要求2所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：所述金属承受工件（5）为由不锈钢材料加工而成的呈圆弧形状构造的弧形承受工件，在弧形承受工件与内胆（4）的内壁之间还形成有间隙；所述电磁线圈（7）相对应地加工成呈圆弧形状构造，该电磁线圈（7）呈包覆于内胆（4）的外侧壁上设置。

4.根据权利要求2所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：所述金属承受工件（5）为由不锈钢材料加工而成的呈圆盘状的盘状承受工件，该盘状承受工件架设在位于内胆（4）内的端面位置，在盘状承受工件与内胆（4）的端面之间还形成有间隙；所述电磁线圈（7）相对应地加工成呈圆盘形状构造，该电磁线圈（7）设置在内胆（4）端面的外侧上。

5.根据权利要求1所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：还包括电磁线圈（7）、控制电路板（8）、测温电器元件（9），其中

所述内胆为不锈钢材料的金属内胆，所述电磁线圈（7）加工成呈圆弧形状构造，该电磁线圈（7）呈包覆于金属内胆的外侧壁上设置，以对金属内胆的侧面产生磁场感应涡流而实现加热的目的；

所述测温电器元件（9）设置于外壳体（1）中，且该测温电器元件（9）上设有的测温端部呈伸入到内胆（4）中设置；

所述控制电路板（8）设置于外壳体（1）中，所述电磁线圈（7）、超声波发生器、测温电器元件（9）分别与控制电路板（8）相电连接。

6.根据权利要求1所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：还包括电磁线圈（7）、控制电路板（8）、测温电器元件（9），其中

所述内胆为不锈钢材料的金属内胆，所述电磁线圈（7）加工成呈圆盘形状构造，该电磁线圈（7）设置在金属内胆端面的外侧上，以对金属内胆的端面产生磁场感应涡流而实现加热的目的；

所述测温电器元件（9）设置于外壳体（1）中，且该测温电器元件（9）上设有的测温端部呈伸入到内胆（4）中设置；

所述控制电路板（8）设置于外壳体（1）中，所述电磁线圈（7）、超声波发生器、测温电器元件（9）分别与控制电路板（8）相电连接。

7.根据权利要求1所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：所述设置于真空集热管（2）内的金属承受工件（5）为金属杆、或金属长片、或带网孔的金属长片、或金属筒管、或带网孔的金属筒管。

8.根据权利要求2或5或6所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：所述控制电路板（8）上还设有网络通信模块，该网络通信模块为有线网络通信接口模块或WIFI通信接口模块。

9.根据权利要求2或5或6所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：所述外壳体（1）上还设有散热风扇（10），该散热风扇（10）与控制电路板（8）相电连接一起。

10.根据权利要求1所述零水垢产生超声波太阳能热水器，其特征在于：所述内胆（4）的外侧周围还包覆阻燃保温隔热材料层（20）。

Images