專利名稱：集成太陽能熱水器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于新能源領域中太陽能熱應用行業(yè)，特別涉及一種集成太陽能熱水器。
背景技術：
目前，太陽能熱水器主要分為兩條技術路線一條技術路線是真空管式太陽能熱水器，另一條技術路線是平板式太陽能熱水器。真空管式太陽熱水器以全玻璃真空管式太陽能熱水器最為常用，全玻璃真空管式太陽能熱水器主要由全玻璃真空集熱管、貯熱水箱、支架以及其它附件組成，屬于我國的原創(chuàng)技術。在目前的技術環(huán)境下，這種太陽能熱水器以經濟、使用效果較好而被農村市場廣泛接受，但其固有的缺點嚴重限制了這種太陽能熱水器的應用前景，具體缺點如下I)不能承壓運行，常見的現(xiàn)象是壓力不足，混水端的冷熱水的壓力不一致，使用體
驗效果差；2)安全性差，全玻璃真空管式太陽能熱水器沒有辦法使用玻璃鋼化工藝，而且水箱處于熱水器的頂端，重心高，一般太陽能熱水器安裝在高處，所以有比較多的安全隱患，特別是在極端天氣環(huán)境下就更容易出現(xiàn)安全問題；3)結構相對繁雜，所以故障率也比較高，其中真空管炸管、管路阻塞、電磁閥故障等常常發(fā)生；4)美感度極差，上重下輕，幾乎沒有辦法和任何一種建筑協(xié)調起來；5)安裝繁雜，占用空間大，對安裝環(huán)境要求高；6)包裝運輸不方便，容易損壞，運輸體積大，對社會資源浪費大。真空管太陽能熱水器還有一些其它品類，如真空熱管太陽能熱水器，這類熱水器也存在和全玻璃真空管式太陽能熱水器類似的問題，而且經濟性也差，所以市場上比較少見，只有一些太陽能工程有少量應用。平板式太陽能熱水器以平板式陽臺壁掛式太陽能熱水器最為常見，這類太陽能熱水器在國外的發(fā)達國家應用較多，結構主要由平板集熱器、貯熱水箱、其它附件組成。這類太陽能熱水器主要解決了太陽能熱水系統(tǒng)的承壓運行問題、部分解決了美觀度問題。但同時也存在許多其它問題，具體如下I)材料使用多，社會資源消耗大，一臺承壓的陽臺壁掛太陽能熱水器要使用大量的銅材和鋁材，還有大量的鋼材以及其它許多材料；2)安裝繁雜，安裝成本高，陽臺壁掛太陽能熱水器要安裝水箱、集熱器，還要安裝多種繁雜管件，一臺普通陽臺壁掛太陽能熱水器的安裝費用在300-500元人民幣；3)成本高，推廣商業(yè)價值不足，一臺承壓式陽臺壁掛太陽能熱水器的市場售價在5000-8000元人民幣左右，一般的消費者接受比較困難，特別是面臨燃氣的競爭時就更加沒有競爭力了；4)熱效率低，由于結構設計方面的原因，系統(tǒng)的散熱面積非常大，所以一臺100L的陽臺壁掛式平板太陽能熱水器往往集熱器面積要達到2平方米；5)美觀度問題依然存在，因為貯熱水箱和集熱器是分離的，水箱安裝在什么位置都會對內裝或外景造成一定程度破壞，而且集熱器和水箱之間要安裝不易處理的硬質銅管，對安裝的工藝水平要求非常高，就算較高的安裝水平也不可能對建筑美觀加分。中國專利ZL99114680. 8于2000年8月16日公開了一種太陽能熱水器，由透光外管、內管、選擇性吸收膜和兩端的端蓋構成，在內外管之間設置選擇性吸收膜，并且內外管之間為真空層，在內外管的端部安裝波紋狀彈性端蓋，并且端蓋的外側有保溫層。以上結構在理論上能夠實現(xiàn)利用太陽能對水加熱，但是生產工藝非常不可行，主要體現(xiàn)在I)外形和安裝環(huán)境的結合非常難，成本會高得沒有應用價值；2)兩端無底的玻璃外管體積要足夠大才有應用價值，而大的玻璃外管的價格是非常高的，而且鋼化工藝將變得非常困難，甚至根本做不到，如果不鋼化，玻璃外管在高處時，安全將是一個非常大的問題；3)玻璃外管和兩端的端蓋如何實現(xiàn)可行的密封將是非常具有挑戰(zhàn)性的難題，雖然文件中記載有包容性粘接，但在實際應用中根本達不到密封的效果。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在于提供一種集面式集熱和集熱面具有真空保溫特性兩大核心功能于一體的集成太陽能熱水器。本實用新型的技術方案如下一種集成太陽能熱水器，在保溫層出)內設有一個空腔，該空腔中裝有與之形狀大小相適應的貯熱水箱(5)，貯熱水箱(5)上設有冷水入口
(51)和熱水出口(52)，在保溫層(6)的側面還開有一個與其空腔連通的窗口，該窗口的外端口處安裝透光蓋板(1)，所述透光蓋板(I)與貯熱水箱(5)之間形成真空集熱腔(2)，該真空集熱腔(2)的內部為負壓，在所述貯熱水箱(5)朝向透光蓋板(I)的箱板上涂有選擇性吸收涂層。本實用新型采用面式集熱，當陽光從透光蓋板進入真空集熱腔后，照射在貯熱水箱箱板上的選擇性吸收涂層上，輻射能量被選擇性吸收涂層轉換成熱能，選擇性吸收涂層溫度升高，由于熱能的傳遞規(guī)律是由高溫區(qū)向低溫區(qū)傳遞，選擇性吸收涂層后的貯熱水箱箱壁的溫度跟著升高，同樣的原理，貯熱水箱內的水得到加熱，當冷水從冷水進口壓入貯熱水箱時，便同時將熱水從熱水出口頂出貯熱水箱供使用者使用。貯熱水箱與透光蓋板之間形成真空集熱腔，真空集熱腔通過抽真空后，會形成一個負壓的狀態(tài)，并且真空集熱腔始終處于負壓狀態(tài)，由此具有兩個方面的作用，第一個作用是能將太陽輻射能轉換為熱能，第二個作用是具有非常好的保溫作用。貯熱水箱除透光蓋板這一側以外，其余部分均包裹在保溫層中，在保溫層和真空集熱腔的共同作用下，貯熱水箱內的熱水與外界之間無熱阻低的熱橋，這樣貯熱水箱向外散發(fā)的熱量非常少，從而大大延長了熱水的保持時間。真空集熱腔始終處于負壓狀態(tài)，外界的大氣壓在壓差的作用下會將透光蓋板向貯熱水箱的方向擠壓，這樣會增加真空集熱腔的密封效果，防止空氣進入真空集熱腔內。本實用新型集面式集熱和集熱面具有真空保溫特性兩大核心功能于一體，不僅結構簡單、緊湊，安裝便捷，而且有效降低了生產成本及安裝成本。本實用新型采用集成化方案，既減少了熱傳遞的過程，又大大減少了單位容積的散熱面積，因此提高了光-熱轉換效率以及保溫效果。在所述保溫層(6)窗口的內壁中嵌裝有密封圈(4)，所述密封圈⑷的斷面為“E”形，具有兩個槽口，其中的一個槽口中插入透光蓋板(1)，另一個槽口中插入圍板(3)外端的翻邊，圍板(3)的內端焊接在貯熱水箱(5)上。以上結構造型簡單，加工制作及裝配容易；透光蓋板、密封圈、圍板和貯熱水箱的箱板圍成真空集熱腔，并且密封圈的端面采用“E”形設計，透光蓋板的各邊插入密封圈對應的槽口中，圍板外端翻邊處理后也插入密封圈對應的槽口中，這樣在外界大氣壓力的擠壓作用下，透光蓋板與密封圈之間以及密封圈與圍板之間接合緊密，不僅能消除間隙，進一步提高密封的效果，而且有效增加了密封強度和密封距離。所述保溫層(6)和貯熱水箱(5)均為長方體或圓柱體或半圓柱體或橢圓體或多面體，這樣造型簡單、大方，加工制作及裝配容易，并且能適應不同的安裝場合，提高人居環(huán)境的美觀度。保溫層出)的外面除窗口外，其余部分包覆有金屬外殼。所述透光蓋板(I)由玻璃或透光合成材料制成，以上結構便于選材，在確保透光蓋板有足夠的結構強度的同時，能有效提高透光的效果。所述密封圈(4)由耐候硅膠制成。硅膠具有彈性形變量比較大，不易老化等特點，這樣密封圈的使用壽命長，并且密封效果良好。作為等同的替換，密封圈也可以采用其它耐候合成材料制成。所述冷水入口(51)和熱水出口(52)位于貯熱水箱(5)相對的箱板上，并且冷水入口(51)在貯熱水箱(5)的下端，熱水出口(52)在貯熱水箱(5)的上端。冷水入口和熱水出口采用對角布置是考慮了水流動的同程效應；熱水出口位于冷水入口的上方是考慮了冷水和熱水的自然分層問題。以上設計方案能夠提高水的加熱效率，并能確保流出使用的水為熱水。在所述貯熱水箱(5)的頂部安裝壓力安全閥(55)和排氣閥(56);或者，在所述貯熱水箱(5)的頂部安裝液位傳感器并開設有通氣孔。壓力安全閥和排氣閥監(jiān)測貯熱水箱內的壓力，使本實用新型能承壓運行，當壓力超過安全值時能夠起泄壓的作用，以保證貯熱水箱在極端條件下的安全問題。排氣閥是在所述貯熱水箱有氣體產生時，能及時將氣體排除，保證用水效果和用水安全。本實用新型如果將壓力安全閥和排氣閥換裝成通氣管和液位傳感器后，可以非常方便地做成非承壓集成太陽能熱水器。在所述貯熱水箱(5)內的下部空間裝有電輔助加熱器，該電輔助加熱器的導線從貯熱水箱(5)下部的電輔助加熱端口(53)引出，并與控制器(7)電連接，在所述貯熱水箱
(5)的上部設有溫度傳感器端口(54)，該溫度傳感器端口(54)處安裝溫度傳感器，溫度傳感器的導線與控制器(7)電連接。溫度傳感器用于感知貯熱水箱內熱水的溫度，以便于用戶使用熱水方便，同時也向控制器提供溫度信號，以便于控制器在需要的時候控制電輔助加熱器工作，這樣本實用新型可以實現(xiàn)全天候的熱水生產。電輔助加熱器作為非必要器件，不裝也不會影響本實用新型采集太陽輻射能。在所述透光蓋板⑴的下方設有底托(58)，該底托(58)與貯熱水箱(5)的底部相固定。底托能夠防止透光蓋板在重力的作用下慢慢向下滑動，既避免了透光蓋板掉落引發(fā)安全問題，又保證了真空集熱腔的功能持續(xù)有效。[0034]在所述貯熱水箱(5)的底部設有排污口(57)。排污口用于放水，以便于對貯熱水箱進行清潔和維護。本實用新型的有益效果是I)結構簡單、緊湊，零配件非常少，不僅解決了成本問題，可以將產品成本控制在一個非常合理的水平，而且運行可靠，運行的故障率非常低；2)采用了集成設計方案，熱水器和管道的安裝都變得非常簡單，安裝成本也可以下降很多；3)材料使用量大大減少，特別是基本上不使用較昂貴的銅材，對社會資源的節(jié)約會產生非常積極的作用，而且產品過了使用壽命期后，材料具有非常強的回收再利用價值；4)采用集成化方案，既減少了熱傳遞的過程，又大大減少了單位容積的散熱面積，因此大大提高了光-熱轉換效率以及保溫效果；5)采用一體化設計，采光面也可以作許多形狀變化，走管簡單，所以美觀度大大提高，通過一些形狀的定制設計，可以和建筑做到完美的結合；6)可以非常方便地做成一種承壓系統(tǒng)，使用水點的混水端靜態(tài)水壓永遠一致；7)應用范圍廣泛，可用于城鄉(xiāng)家庭生活用熱水生產，也可用于小型商用環(huán)境下的熱水生產。
圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型中貯熱水箱的結構示意圖。圖3為集成太陽能熱水器系統(tǒng)工作原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明如圖I、圖2所示，保溫層6為長方體結構，在保溫層6內設有一個長方體空腔，該空腔中裝有與之形狀大小相適應的貯熱水箱5。作為等同的替換，貯熱水箱5和保溫層6也可以為圓柱體、半圓柱體、橢圓體、或多面體或者其它適合的形狀。在保溫層6其中的一個側面開有一個與其空腔連通的窗口，保溫層6的外面除窗口外，其余部分包覆有金屬外殼。在所述保溫層6上開設的窗口優(yōu)選為矩形，該窗口的內壁中嵌裝有密封圈4。所述密封圈4優(yōu)選為硅膠材質，也可以由其它變形量大、不易老化的材料制成。密封圈4為方框結構，斷面為“E”形，具有內外兩個槽口。如圖I、圖2所示，在所述窗口的外端口處安裝透光蓋板I，該透光蓋板I由鋼化超白玻璃或透光合成材料制成，只要強度可靠、透光效果好即可。透光蓋板I的形狀與窗口的形狀相同，本實施例中，透光蓋板I為矩形，透光蓋板I的四個側邊插入密封圈4上對應的外槽口中。在透光蓋板I于貯熱水箱5之間設置圍板3，該圍板3為矩形，并緊貼所述窗口的內壁。圍板3的外端一體形成有翻邊，該翻邊插入密封圈4上對應的內槽口中。所述圍板3的內端焊接在貯熱水箱5的箱板上，透光蓋板I、密封圈4、圍板3和貯熱水箱5的箱板共同圍成一個密閉的腔室，該腔室為真空集熱腔2，真空集熱腔2通過圍板3上安裝的抽氣嘴抽真空，使真空集熱腔2的內部始終為負壓狀態(tài)。在壓差的作用下，大氣壓力對透光蓋板I施加有朝著貯熱水箱5方向的擠壓力，使真空集熱腔2密封良好。如圖I、圖2所示，在貯熱水箱5朝向透光蓋板I的箱板上涂有選擇性吸收涂層。作為等同的替換，也可以在貯熱水箱5朝向透光蓋板I的箱板上焊接一塊金屬底板，該金屬底板的周邊與圍板3連為一體，且金屬底板的板面上涂有選擇性吸收涂層或者直接焊接帶有選擇性吸收涂層的金屬板。在所述貯熱水箱5的頂部安裝壓力安全閥55和排氣閥56，以便于貯熱水箱5內的壓力超高時能夠自動泄壓和在有氣體產生時自動排氣。在貯熱水箱5上設有冷水入口 51和熱水出口 52，所述冷水入口 51和熱水出口 52位于貯熱水箱5相對的箱板上，并按對角布置，冷水入口 51在貯熱水箱5的下端，熱水出口 52在貯熱水箱5的上端。在所述貯熱水箱5內的下部空間裝有電輔助加熱器，該電輔助加熱器的導線從貯熱水箱5下部的電輔助加熱端口 53引出，并與控制器7電連接，在所述貯熱水箱5的上部設有溫度傳感器端口 54，該溫度傳感器端口 54處安裝溫度傳感器，溫度傳感器的導線與控制器7電連接。所述貯熱水箱5的底部設有排污口 57，當需要進行清潔維護的時候，可以打開排污口 57排掉污水。所述透光蓋板I的下方設有底托58，該底托58與貯熱水箱5的底部相固定。底托58托住透光蓋板1，以防止透光蓋板I在重力的作用下發(fā)生下滑或掉落。本實用新型的工作原理如下當陽光從透光蓋板I進入真空集熱腔2后，照射在貯熱水箱5箱板上的選擇性吸收涂層上，輻射能量被選擇性吸收涂層轉換成熱能，選擇性吸收涂層溫度升高，由于熱能的傳遞規(guī)律是由高溫區(qū)向低溫區(qū)傳遞，選擇性吸收涂層后的貯熱水箱箱壁的溫度跟著升高，同樣的原理，貯熱水箱內的水得到加熱，當冷水從冷水進口壓入本太陽能熱水器時，便同時將熱水從熱水出口頂出本太陽能熱水器供使用者使用。真空集熱腔2具有保溫作用，真空集熱腔2與保溫層6相結合，使貯熱水箱5內的熱水與外界之間無熱阻低的熱橋，這樣貯熱水箱5向外散發(fā)的熱量非常少，從而大大延長了熱水的保持時間。溫度傳感器用于感知貯熱水箱5內熱水的溫度，以便于用戶使用熱水方便，同時也向控制器7提供溫度信號，以便于控制器7在需要的時候控制電輔助加熱器工作，從而實現(xiàn)全天候的熱水生產。如圖3所示，利用本實用新型組成的集成太陽能熱水器系統(tǒng)，總進水口通過管路依次串聯(lián)總水閥8、過濾器9、增壓閥10和止回閥11，從止回閥11接出的管路分為兩路，一路與用水點12連接，另一路與貯熱水箱5的冷水入口 51連接。在低水壓環(huán)境下，水從總進水口進入系統(tǒng)，經過一個總水閥8 (總水閥8的設計是便于維修時使用，平時處于常開狀態(tài)，如果一個家庭里面已經有了總水閥可以不用)，流經一個過濾器9 (過濾掉一些不利于系統(tǒng)運行的雜質，水質好的環(huán)境可以不用)進入增壓泵10進行增壓(增壓泵10的運行受控制器7控制，控制器7感受到用水點在用水時，對增壓泵10發(fā)出啟動命令，增壓泵10運行，不用水時，增壓泵10處于常閉狀態(tài))，壓力滿足要求的水要經過一個止回閥11 (止回閥的設置是為了保護增壓泵10)分為兩路，一路直接進入用水點12 (為用戶直接提供冷水供應和提供混熱水的冷水源)，另一路本實用新型中的貯熱水箱5進行加熱，在用戶打開混水閥時，就可以通過調節(jié)混水閥的開關得到適合自己需要的熱水，而且用戶得到的是冷熱水等壓的混水供水方式。特別需要說明的是在有市政自來水供應的環(huán)境下，增壓泵、止回閥都可以省去。盡管以上結合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行了描述，但本實用新型不限于上述具體實施方式
，上述具體實施方式
僅僅是示意性的而不是限定性的，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不違背本實用新型宗旨及權利要求的前提下，可以作出多種類似的表示，如改變真空集熱腔2的真空度，或者將真空集熱腔2設計成多個腔室，或者將保溫層6做成分體結構，或者改變保溫層6、貯熱水箱5的造型及材質，或者改變貯熱水箱5各水口及端口的布置位置等等，這樣的變換均落入本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1.一種集成太陽能熱水器，其特征在于在保溫層￠)內設有一個空腔，該空腔中裝有與之形狀大小相適應的貯熱水箱(5)，貯熱水箱(5)上設有冷水入口(51)和熱水出口(52)，在保溫層(6)的側面還開有一個與其空腔連通的窗口，該窗口的外端口處安裝透光蓋板(I)，所述透光蓋板(I)與貯熱水箱(5)之間形成真空集熱腔(2)，該真空集熱腔(2)的內部為負壓，在所述貯熱水箱(5)朝向透光蓋板(I)的箱板上涂有選擇性吸收涂層。
2.根據(jù)權利要求I所述的集成太陽能熱水器，其特征在于在所述保溫層(6)窗口的內壁中嵌裝有密封圈(4)，所述密封圈(4)的斷面為“E”形，具有兩個槽口，其中的一個槽口中插入透光蓋板(I)，另一個槽口中插入圍板⑶外端的翻邊，圍板⑶的內端焊接在貯熱水箱(5)上。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的集成太陽能熱水器，其特征在于所述保溫層(6)和貯熱水箱(5)均為長方體或圓柱體或半圓柱體或橢圓體或多面體，保溫層￠)的外面除窗口外，其余部分包覆有金屬外殼。
4.根據(jù)權利要求I或2所述的集成太陽能熱水器，其特征在于所述透光蓋板(I)由玻璃或透光合成材料制成。
5.根據(jù)權利要求2所述的集成太陽能熱水器，其特征在于所述密封圈(4)由耐候硅膠或其它耐候合成材料制成。
6.根據(jù)權利要求3所述的集成太陽能熱水器，其特征在于所述冷水入口(51)和熱水出口(52)位于貯熱水箱(5)相對的箱板上，并且冷水入口(51)在貯熱水箱(5)的下端，熱水出口(52)在貯熱水箱(5)的上端。
7.根據(jù)權利要求6所述的集成太陽能熱水器，其特征在于在所述貯熱水箱(5)的頂部安裝壓力安全閥(55)和排氣閥(56);或者，在所述貯熱水箱(5)的頂部安裝液位傳感器并開設有通氣孔。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的集成太陽能熱水器，其特征在于在所述貯熱水箱(5)內的下部空間裝有電輔助加熱器，該電輔助加熱器的導線從貯熱水箱(5)下部的電輔助加熱端口(53)引出，并與控制器(7)電連接，在所述貯熱水箱(5)的上部設有溫度傳感器端口(54)，該溫度傳感器端口(54)處安裝溫度傳感器，溫度傳感器的導線與控制器(7)電連接。
9.根據(jù)權利要求4所述的集成太陽能熱水器，其特征在于在所述透光蓋板(I)的下方設有底托(58)，該底托(58)與貯熱水箱(5)的底部相固定。
10.根據(jù)權利要求8所述的集成太陽能熱水器，其特征在于在所述貯熱水箱(5)的底部設有排污口(57)。
專利摘要本實用新型公開了一種集成太陽能熱水器，在保溫層(6)內設有一個空腔，該空腔中裝有與之形狀大小相適應的貯熱水箱(5)，在保溫層(6)的側面還開有一個與其空腔連通的窗口，該窗口的外端口處安裝透光蓋板(1)，透光蓋板(1)與貯熱水箱(5)之間形成真空集熱腔(2)，該真空集熱腔(2)的內部為負壓，在貯熱水箱(5)朝向透光蓋板(1)的箱板上涂有選擇性吸收涂層。本實用新型集面式集熱、集熱腔具有真空保溫特性和可承壓運行于一體，不僅結構簡單、緊湊，安裝便捷，而且有效降低了生產成本及安裝成本。本實用新型采用集成化方案，既減少了熱傳遞的過程，又大大減少了單位容積的散熱面積，因此提高了光-熱轉換效率以及保溫效果。
文檔編號F24J2/34GK202769992SQ201220357719
公開日2013年3月6日 申請日期2012年7月23日 優(yōu)先權日2012年7月23日
發(fā)明者袁壽春, 倪代維 申請人:袁壽春