CN104913517A - 一种太阳能热水器 - Google Patents

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Abstract

一种太阳能热水器，包括安装在支撑架上的集热器和水箱，一位于水箱外侧的出水管路的一端与水箱一侧相连通，出水管路的另一端经一电磁阀与一设在蒸发器内部的热交换管的上端相连，蒸发器内盛有浸没热交换管外表面的有机工质，热交换管的下端与一回水管路的一端相连通，回水管路的另一端经一循环水泵与水箱的另一侧相连通，一位于蒸发器外侧的工质蒸汽管道的一端与蒸发器的顶部相连通。本发明结构设计合理，余热利用率高，自动调节热水器内的水温，既避免了水温过高产生水垢影响太阳能热水器的使用寿命，又大大提高了太阳能的利用效率，减小了热能的白白损耗和额外电能的支出，方便了人们的生活，有利于节能环保，适于广泛推广使用。

Description

一种太阳能热水器
技术领域：
本发明涉及一种太阳能热水器。
背景技术：
目前，我国的太阳能热水器应用十分广泛，但是人们日常使用太阳能热水器的次数和总时间相对于其闲置时间而言少很多，常年绝大多数时间太阳能热水器处于闲置的状态，使太阳能热水器里面产生的热水的热能白白损耗，太阳能利用率非常低，当夏季日照特别强烈时，太阳能热水器内的水温往往很高，长时间容易产生大量的水垢，对太阳能热水器的水箱和管路造成损害，极大的缩短了太阳能热水器的使用寿命，而当阴雨天等日照不足以及晚上无日照时，太阳能热水器内的水温往往又满足不了人们的使用要求，人们需要启动电加热来使水温升高，既浪费能源又造成了费用的支出，为了能更高效的利用太阳能热水器的余热，解决太阳能热水器白天热能白白流失，夜间需要另外电加热的情况，人们提出了利用温差发电产生可存储的电能的方法，目前利用温差发电的方式大都是在太阳能热水器上加装温差发电贴片，利用温差发电贴片两侧的温差产生电能，但是这种发电方式产生电能的效率很低，而且由于太阳能热水器内部热水的温度变化较大(与阳光、室外气温、用热水情况等因素有关)，相应的热水与外界环境的温差变化也大，这就导致温差发电材料的温差发电电压也变化大，有时可达到相差一倍以上，这就导致它给可充电电池充电的工况变化大，当热水与外界环境的温差很大时，温差发电电压会过高，使温差发电电能在温差发电材料内阻上的损耗增加，不利于温差发电的效率，未能很好地解决太阳能热水器余热利用的问题。
发明内容：
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种太阳能热水器，它结构设计合理，余热利用率高，通过将白天产生的过高温度的热水的热能转化为电能存储起来，当夜间或阴雨天气时将存储的电能通过电加热器对水箱内的水进行加热，自动调节热水器内的水温，既避免了水温过高产生水垢影响太阳能热水器的使用寿命，又大大提高了太阳能的利用效率，减小了热能的白白损耗和额外电能的支出，增强了太阳能热水器的适用性，解决了现有技术中存在的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种太阳能热水器，包括安装在支撑架上的集热器和水箱，一位于水箱外侧的出水管路的一端与水箱一侧相连通，出水管路的另一端经一电磁阀与一设在蒸发器内部的热交换管的上端相连，蒸发器内盛有浸没热交换管外表面的有机工质，热交换管的下端与一回水管路的一端相连通，回水管路的另一端经一循环水泵与水箱的另一侧相连通，一位于蒸发器外侧的工质蒸汽管道的一端与蒸发器的顶部相连通，工质蒸汽管道的另一端与一膨胀透平机的工质入口相连通，膨胀透平机的输出轴与一发电机的输入端相连，发电机的输出端通过导线经一逆变器与一蓄电池的输入端相连，膨胀透平机的工质出口通过一连通管与一冷凝器的输入端相连通，冷凝器的输出端通过一工质回流管道经一工质泵与蒸发器的底部相连通，在水箱的内部分别安装有一电加热器和一温度传感器，所述温度传感器、电磁阀和蓄电池分别通过导线与控制装置相连，所述温度传感器、电磁阀、电加热器、循环水泵和工质泵分别通过导线与蓄电池的输出端相连。
所述发电机为三相同步发电机。
在蒸发器的顶端设有一泄压阀。
所述蒸发器内的有机工质为五氟丙烷。
本发明采用上述方案，结构设计合理，余热利用率高，通过将白天产生的过高温度的热水的热能转化为电能存储起来，当夜间或阴雨天气时将存储的电能通过电加热器对水箱内的水进行加热，自动调节热水器内的水温，既避免了水温过高产生水垢影响太阳能热水器的使用寿命，又大大提高了太阳能的利用效率，减小了热能的白白损耗和额外电能的支出，增强了太阳能热水器的适用性，方便了人们的生活，有利于节能环保，适于广泛推广使用。
附图说明：
图1为本发明的结构示意图。
图中，1、集热器，2、水箱，3、出水管路，4、电磁阀，5、蒸发器，6、回水管路，7、循环水泵，8、工质蒸汽管道，9、膨胀透平机，10、发电机，11、逆变器，12、蓄电池，13、连通管，14、冷凝器，15、工质回流管道，16、工质泵，17、电加热器，18、温度传感器，19、泄压阀，20、热交换管。
具体实施方式：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。
如图1所示，一种太阳能热水器，包括安装在支撑架上的集热器1和水箱2，一位于水箱2外侧的出水管路3的一端与水箱2一侧相连通，出水管路3的另一端经一电磁阀4与一设在蒸发器5内部的热交换管20的上端相连，蒸发器5内盛有浸没热交换管20外表面的有机工质，热交换管20的下端与一回水管路6的一端相连通，回水管路6的另一端经一循环水泵7与水箱2的另一侧相连通，一位于蒸发器5外侧的工质蒸汽管道的一端与蒸发器5的顶部相连通，工质蒸汽管道的另一端与一膨胀透平机9的工质入口相连通，膨胀透平机9的输出轴与一发电机10的输入端相连，发电机10的输出端通过导线经一逆变器11与一蓄电池12的输入端相连，膨胀透平机9的工质出口通过一连通管13与一冷凝器14的输入端相连通，冷凝器14的输出端通过一工质回流管道15经一工质泵16与蒸发器5的底部相连通，在水箱2的内部分别安装有一电加热器17和一温度传感器18，所述温度传感器18、电磁阀4和蓄电池12分别通过导线与控制装置相连，所述温度传感器18、电磁阀4、电加热器17、循环水泵7和工质泵16分别通过导线与蓄电池12的输出端相连。
所述发电机10为三相同步发电机。三相同步发电机产生的电能工频固定，发电品质大大高于三相异步发电机。
在蒸发器5的顶端设有一泄压阀19。当蒸发器5管道发生意外堵塞、蒸发器5内部压力过大时，有机工质蒸汽可经泄压阀19排出，避免蒸发器5发生意外***。
所述蒸发器5内的有机工质为五氟丙烷。五氟丙烷的沸点为58.8℃，常温下为液态，且在常温常压下非常稳定，不燃，无毒性，健康危害程度低，满足本发明对有机工质常温下为稳定液态、受热易挥发以及不易燃烧，即使意外泄漏也不会对周围环境造成危害的要求。
当白天日照充足时，太阳能热水器吸收太阳能将存储在水箱2内的水加热，温度传感器18收集水温信息并将收集到的水温信息传递到控制装置，控制装置将水温信息与其预先设定的水温高值相比较，当水温超过其设定温度时，控制装置控制电磁阀4开启，高温热水经出水管路3和电磁阀4进入到蒸发器5内的热交换管20，蒸发器5内的有机工质吸收高温热水的热能气化、有机工质蒸汽经工质蒸汽管道进入膨胀透平机9并推动其做功产生机械能，膨胀透平机9拖动发电机10发电，将机械能转化为电能，产生的电能通过导线经逆变器11存储在蓄电池12中，有机工质蒸汽推动膨胀透平机9做功后，其压力和温度都大幅降低，转化为相混合的气液两相从膨胀透平机9内流出经连通管13进入冷凝器14冷凝变为全液相，工质泵16将液相的有机工质泵入蒸发器5，完成一个做功循环。流过蒸发器5的高温热水经有机工质汽化吸热充分降温后，由循环水泵7通过回水管路6泵入到水箱2内以降低水箱2内的水温，避免水箱2内的水温过高产生水垢，当水箱2内的水温低于控制装置设定的温度高值时，控制装置控制电磁阀4关闭，以保持水箱2内的适宜水温。当夜间或阴雨天气时，控制装置将温度传感器18传来的水温信息与其预先设定的水温低值相比较，当水温低于其设定温度时，控制装置控制蓄电池12给电加热器17供电，电加热器17给水箱2内的水加热，当水温达到控制装置内预先设定的适宜水温时，控制装置关闭电加热器17，以保持水箱2内水的适宜温度，方便人们随时取用适宜温度的热水，本发明采用上述方案，结构设计合理，余热利用率高，通过将白天产生的过高温度的热水的热能转化为电能存储起来，当夜间或阴雨天气时将存储的电能通过电加热器17对水箱2内的水进行加热，自动调节热水器内的水温，既避免了水温过高产生水垢影响太阳能热水器的使用寿命，又大大提高了太阳能的利用效率，减小了热能的白白损耗和额外电能的支出，增强了太阳能热水器的适用性，方便了人们的生活，有利于节能环保，适于广泛推广使用。
上述具体实施方式不能作为对本发明保护范围的限制，对于本技术领域的技术人员来说，对本发明实施方式所做出的任何替代改进或变换均落在本发明的保护范围内。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种太阳能热水器，包括安装在支撑架上的集热器和水箱，其特征在于：一位于水箱外侧的出水管路的一端与水箱一侧相连通，出水管路的另一端经一电磁阀与一设在蒸发器内部的热交换管的上端相连，蒸发器内盛有浸没热交换管外表面的有机工质，热交换管的下端与一回水管路的一端相连通，回水管路的另一端经一循环水泵与水箱的另一侧相连通，一位于蒸发器外侧的工质蒸汽管道的一端与蒸发器的顶部相连通，工质蒸汽管道的另一端与一膨胀透平机的工质入口相连通，膨胀透平机的输出轴与一发电机的输入端相连，发电机的输出端通过导线经一逆变器与一蓄电池的输入端相连，膨胀透平机的工质出口通过一连通管与一冷凝器的输入端相连通，冷凝器的输出端通过一工质回流管道经一工质泵与蒸发器的底部相连通，在水箱的内部分别安装有一电加热器和一温度传感器，所述温度传感器、电磁阀和蓄电池分别通过导线与控制装置相连，所述温度传感器、电磁阀、电加热器、循环水泵和工质泵分别通过导线与蓄电池的输出端相连。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器，其特征在于：所述发电机为三相同步发电机。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能热水器，其特征在于：在蒸发器的顶端设有一泄压阀。
4.根据权利要求1或2所述的一种太阳能热水器，其特征在于：所述蒸发器内的有机工质为五氟丙烷。
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