一种高效低廉的太阳能热水器.pdf

本实用新型公开的是一种高效低廉的太阳能热水器。它主要由集热器、储水箱两大部份组成。集热器设在室外，储水箱设在室内，两者用管道连接。因集热器设在室外，可与建筑物屋顶、墙体有机结合，不仅降低了成本，还可利用与建筑物结合的大面积太阳能供热水和供暖；因集热水箱代替了传统的集热管，集热面积增加30％以上，热效率至少提高20％，成本降低30％；因储水箱设在室内，大大减少了放在室外因昼夜温差造成的热损失，造价也大幅度降低；这种性价比十分优越的太阳能热水器，为更好地利用太阳能提供了技术支持与可能。

1.   一种高效低廉的太阳能热水器，它主要由太阳能集热器简称集热器(13)与太阳能热水器储水箱简称储水箱(10)两大部份组成，其特征是：所述太阳能集热器(13)由集热器盖板(1)、集热水箱(14)、集热水箱凉水控制阀(3)、集热水箱排气阀(5)、集热器保温层(6)、集热器外保温壳(7)、集热水箱热水控制阀(8)、集热水箱热水排水管(9)组成；所述集热水箱(14)由集热水箱盖板(2)、集热水箱底板(4)、集热水箱箱体板(12)组成；所述储水箱(10)包括其组成部份的热水控制阀(11)；所述集热器(13)设在室外，储水箱(10)设在室内，集热器(13)与储水箱(10)之间用集热水箱热水排水管(9)连接。

2.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：集热器盖板(1)用玻璃或玻璃钢透光率较好的材料制作。

3.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：集热水箱盖板(2)可用铜或铝材料制作，也可用普通钢板或不锈钢板或玻璃材料制作，并在其表面喷涂吸热良好的选择性涂料。

4.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：太阳能集热器(13)由集热器的各部件组成，其外观尺寸的长、宽、高度可根据实际需要在0.01米-1000米范围内任意设置；可根据实际需要与建筑物斜坡屋面或与建筑物墙体、阳台挡板结合为一整体，成为建筑物外围护结构的一部份，真正实现太阳能与建筑物有机结合；在与建筑物结合时，可单个或若干个并联或串联设置，使大面积建筑物的斜坡屋面、墙体、阳台挡板既是建筑围护结构的一部份，又是太阳能集热器，不仅能供应热水，还能利用太阳能供暖；若要满足高层楼房供热水或供暖需要，储水箱(10)可分户或分楼层设置，也可在地下室集中设置用无塔供水泵向各楼层各户供热水或供暖。

5.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：集热水箱底板(4)和集热水箱(14)的箱体板(12)用钢板或玻璃钢或木材制作。

6.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：集热水箱(14)的长、宽、高几何尺寸可根据实际需要在0.01米-1000米范围内任意设置。

7.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：集热器保温层(6)用挤塑板或发泡聚苯乙烯或聚氨酯保温材料制作，其厚度可为1厘米-100厘米。

8.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：集热箱外保温壳(7)用人造木或玻璃钢或铝合金及木材制作，内加保温材料，其厚度可为1厘米-100厘米。

9.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：太阳能热水器储水箱(10)设置在室内或地下室适当位置，其顶端入水口位置低于集热水箱(14)出水口位置，以使集热水箱(14)内的热水无需动力便可流入储水箱(10)内；储水箱(10)的容量可为0.1立方米-10000立方米，其材料可用普通金属材料(作防腐处理)或玻璃钢或砖混水泥制作；水箱的保温层可用挤塑板或发泡聚苯乙烯或聚氨酯保温材料；水箱的外观形状可为圆柱体、矩形体、正方体或多边形体；若要满足高层楼房供热水或供暖需要，储水箱(10)可分户或分楼层设置，也可在地下室集中设置，用无塔供水泵向各楼层各户供热水或供暖。

10.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：储水箱热水控制阀(11)根据需要可人工控制也可自动控制，若设在地下室的储水箱需向高层供水或供暖时，可与无塔供水泵连接。

11.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：太阳能集热器(13)由集热器的各部件组成，其外观尺寸的长、宽、高度可根据实际需要在0.01米-1000米范围内任意设置；可根据实际需要与建筑物斜坡屋面或与建筑物墙体、阳台挡板结合为一整体，成为建筑物外围护结构的一部份，真正实现太阳能与建筑物有机结合；在与建筑物结合时，可单个或若干个并联或串联设置，使大面积建筑物的斜坡屋面、墙体、阳台挡板等既是建筑围护结构的一部份，又是太阳能集热器，不仅能供应热水，还能利用太阳能供暖；若要满足高层楼房供热水或供暖需要，储水箱(10)可分户或分楼层设置，也可在地下室集中设置用无塔供水泵向各楼层各户供热水或供暖。

12.   如权利要求1所述的一种高效低廉的太阳能热水器，其特征是：集热水箱(14)的长、宽、高几何尺寸可根据实际需要在0.01米-1000米范围内任意设置。

一种高效低廉的太阳能热水器
所属技术领域
本实用新型涉及一种太阳能热水器，尤其是涉及一种高效低廉的太阳能热水器，属于太阳能热利用领域。
背景技术
目前，公知的太阳能热水器主要由太阳能集热器和水箱组成，其热效率和生产成本高低，也就是它的性价比的高低，直接关系到对太阳能的热利用和太阳能热水器的普及推广。太阳能热水器主要有真空管、平板和闷晒三种类型，而目前国内外普遍采用的是真空管和平板两种类型。无论是真空管还是平板太阳能热水器，虽然都各很多有优点，但它们都有以下共同特点和不足：
一是水箱与集热管紧密连接；二是水箱设置在集热管上端部；三是普遍采用承压式通过集热管将热水顶(压)入水箱；四是主要靠真空管和集热管将水加热；五是真空管或集热管之间都有一定的距离；六是集热器与放置的屋顶等平面都形成一定的倾角，且集热器背面与地平面或屋顶平面都形成空气对流通道空间；七是与集热管吸热量有限而相配套的水箱储水量较小，只能满足少量的热水供应；八是集热管普遍采用铜或铜铝合金等传热较好但价格昂贵的材料制作，水箱则采用塘瓷等价格较高的材料制作；九是太阳能热水器未能与建筑结合，有的只是将太阳能热水器镶嵌在屋面，没有真正做到与建筑有机结合，而更多的是用支架把集热器和水箱支撑在屋顶上，不仅占用了宝贵而有限的屋顶空间，还影响市容景观；十是储水箱普遍放在室外，热损失较大；十一是真空管或集热管普遍存在容易结垢、堵塞、破裂等问题；十二是在北方冬季容易将真空管或集热管冻裂，因此，北方很多地区冬季不能使用；
正是由于目前公知的太阳能热水器的上述特点和不足，所以普遍存在以下主要缺点：
1.热效率低
其原因：一是集热管之间存在的间距减少了吸收太阳能面积30％以上，从而降低了单位面积的太阳能利用率；二是集热器背面的空气对流通道随空气流动带走了集热器内一定的热量，特别是在冬季更为明显；三是设置在室外的水箱因昼夜温差形成的热交换造成大量的热损失，冬季热损失更大；四是承压式集热管必须有较高温度的热膨胀压力才能将热水顶(压)入集热管上端的水箱内，面集热管内的温度越高，热反射越大，从而降低了太阳能的利用效率。
2.造价成本高
其原因：一是真空玻璃管本身造价成本较高，且属于易损品，无论是生产过程中的高损坏率，还是运输、安装及运行过程中的高破损率，都加大了产品生产和使用的成本；二是集热管普遍采用价格昂贵的铜或铜铝合金材料生产制作，无疑增大了产品的生产成本；三是储水箱普遍采用塘瓷或不锈钢等材料制作，生产成本较高；四是支撑水箱和集热器普遍采用钢架，须作防腐处理并须维护，或用不锈钢等材料制作，额外增大了热水器的生产成本；五是集热器不能与建筑有机结合，更不能替代屋面板来降低(或替补)热水器的总体造价成本。由于本身的造价成本高，因此市场售价也就普遍偏高。目前我国太阳能热水器的市场售价每平方米在1500元-4000元不等。
由于目前公知的太阳能热水器普遍存在热效率低、成本高而导致的性价比较低的问题，所以，迫切需要通过技术创新加以解决。
发明内容
为了克服目前公知的太阳能热水器普遍存在的热效率低、生产成本高，也就是性价比较低的问题，本实用新型提供一种高效低廉的太阳能热水器，不仅能提高太阳能热水器的热效率和利用率，还能降低生产成本，使太阳能热水器的性价比大大提高。
本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：将太阳能热水器的热水储水箱(简称储水箱或储水池)与太阳能热水器的集热器分开设置，即把储水箱设在室内或地下室适当位置，以减少放在室外的热损失，用管道与设置在集热器下端的热水出水口相连接；将集热器设置在建筑物斜坡屋面，也可以设在墙面或阳台，并替代屋面板、墙板或阳台挡板，使集热器与建筑物真正有机结合，且下端热水出水口高于水箱位置；集热器的顶端设一凉水入水阀和放气阀，下端设一热水出水阀并通过管道与储水箱连接；储水箱容量大小根据热水需要量或供热面计大小合理设置；其材料可用普通金属材料(作防腐处理)或玻璃钢或砖混水泥等制作，无需用塘瓷等昂贵材料生产；集热器由外保温箱、透光盖板、平板集热水箱(简称集热水箱)、保温层等组成，该集热水箱单位投影吸热面积比集热管多30％以上，容量多一倍以上。
本方案的技术运行路线是：首先开启设置在集热水箱上端的凉水入水阀，向集热水箱内注满凉水，待太阳能将集热水箱内的凉水加热到设定温度时，自动开启设置在集热水箱下端的热水出水阀，通过管道将热水放入储水箱备用；待集热水箱内的热水放完后，放水阀自动关闭；同时，凉水入水阀自动开启注水，待注满集热水箱后，自动关闭停止注水；当集热水箱的水温达到设定温度时(可在1℃-100℃之间任意设置)再次启动热水放水阀，将热水放入储水箱，至此，完成一天的第二次加热；根据春、夏、秋、冬季节不同，每天加热1-6次，在进入傍晚没有太阳照射时，将集热水箱内的水放完排空，以减少热损失，并防止冬天将集热水箱冻裂。一天的加热完成后，第二天开始新一天的加热，如此循环往复，使本实用新型的目的得以实现。
本实用新型的有益效果：
一是按照本技术方案生产和设置的高效低廉的太阳能热水器，不仅能有效地克服目前公知的太阳能热水器存在的诸多缺点，还能使太阳能热水器单位面积的热效率和热利用率提高20％以上；每平方米太阳能热水器造价可控制在500元以内，至少比公知的太阳能热水器单位面积的生产成本降低30％以上，其性价比大大提高；
二是大力推广和实施本实用新型技术，将太阳能集热器与大面积建筑物的斜坡屋面、墙体、阳台挡板等建筑围护结构有机结合，在同一建筑物上可最大限度地利用太阳能，不仅能达到公知的太阳能热水器所能达到的供应热水的效果，还能达到公知的太阳能热水器所不能达到的供暖效果。如果在每个建筑物上(包括厂房、住宅、办公楼、学校、医院、部队营房、边防哨所等建筑)都能采用本技术，利用太阳能替代煤、电等供暖和供应热水，仅我国每年可节约上亿吨标准煤，减少大量的二氧化碳、二氧化硫等有害气体排放，其经济效益、社会效益、环保效益都十分显著。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明
附图是本实用新型的结构示意图
图中1、集热器盖板，2、集热水箱盖板，3、集热水箱凉水控制阀，4、集热水箱底板，5、集热水箱排气阀，6、集热器保温层，7、集热器外保温壳，8、集热水箱热水控制阀，9、集热水箱热水排水管，10、太阳能热水器储水箱(池)(简称储水箱)，11、储水箱热水控制阀，12、集热水箱箱体板，13、太阳能集热器(简称集热器)，14、集热水箱。
本实用新型的运行原理是：当太阳照射到太阳能集热器(13)，透过集热器盖板(1)被集热水箱盖板(2)吸收热量后，加热通过集热水箱凉水控制阀(3)注入在集热水箱(14)内的凉水，待凉水加热到设定温度如50℃时，集热水箱热水控制阀(8)便自动开启，达到设定温度的热水便通过集热水箱排水管(9)放入太阳能热水器储水箱(池)(10)内备用，使用时通过储水箱热水控制阀(11)开启后即可；根据春、夏、秋、冬季节不同，集热水箱(14)内的凉水可加热1-6次不等；每天当集热水箱(14)内的第一次凉水加热放空后，集热水箱热水控制阀(8)自动关闭，同时，集热水箱凉水控制阀(3)便自动开启第二次注入凉水，注满集热水箱(14)后自动关闭；待第二次将凉水加热到设定温度时，集热水箱热水控制阀(8)再次开启将达到设定温度后的热水放入储水箱(池)(10)内备用，至此，完成一天中的第二次加热；当一天中的一次或多次加热完成后，必须将集热水箱(14)内的水排空，一方面减少热损失，另一方面，防止晚间气温下降后将集热水箱(14)冻裂(特别是在北方地区的冬天)。
具体实施方式
在附图中，集热器盖板(1)用玻璃或玻璃钢等透光率较好的材料制作；集热水箱盖板(2)可用铜、铝传热性能较好但价格昂贵的材料制作，也可用其他传热性能良好但价格低廉的普通钢板或不锈钢板或玻璃等非金属材料制作，并在其表面喷涂吸热良好的选择性涂料，从面大大降低造价成本；集热水箱盖板(2)与集热器盖板(1)之间的间隔距离设置为1厘米-10厘米，以2厘米-3厘米为最宜；集热水箱凉水控制阀(3)为电磁控制阀，当凉水注满集热水箱(14)时自动关闭；集热水箱底板(4)和集热水箱(14)的箱体板(12)不需用铜或铜铝合金这些价格昂贵的材料制作(公知的太阳能热水器普遍用铜作集热管)，可用价格相对较低的钢板等金属或玻璃钢等非金属材料制作，这就可大大降低集热器的生产成本；集热水箱底板(4)与集热水箱盖板(2)之间的间隔距离为1厘米-100厘米，以2厘米-5厘米为宜，也可根据需要在1厘米-100厘米之间任意设置，但间距较大时，需在中间作加强处理，以保证有足够的强度；集热水箱排气阀(5)为电磁控制阀，主要是在注水和放水时自动开启排走集热水箱(14)内的空气，确保供排水顺利运行；集热器保温层(6)用挤塑板或发泡聚苯乙烯或聚氨酯等保温材料制作，其厚度可根据需要在1厘米-100厘米之间任意设置，以5厘米-10厘米为宣；集热箱外保温壳(7)用阻燃性能良好的人造木或玻璃钢等其他材料作外壳，内加保温材料，其厚度可根据需要在1厘米-100厘米之间任意设置，以5厘米-10厘米为宜；集热水箱热水控制阀(8)为电磁控制阀，当集热水箱内的水温达到设定温度时(可在1℃-100℃之间任意设置，以50℃左右为宜)，自动开启后将热水放入储水箱(10)内，待热水放完后自动开闭；集热水箱热水排水管(9)为普通耐高温水管，其管径可根据需要在1厘米-300厘米之间任意设置，以50厘米-100厘米为宜；太阳能热水器储水箱(池)(10)设置在室内或地下室适当位置，其顶端入水口位置低于集热水箱(14)出水口位置，以使集热水箱(14)内的热水无需动力便可流入储水箱(10)内；储水箱(10)的容量可根据实际需要在0.1立方米-10000立方米之间任意设置，其材料可用普通金属材料(作防腐处理)或玻璃钢或砖混水泥等制作，无需用塘瓷等昂贵材料生产，这就大大降低了太阳能热水器的生产成本；水箱的保温层可用挤塑板或发泡聚苯乙烯或聚氨酯等保温材料；水箱的外观形状可为圆柱体、矩形体、正方体或多边形体；若要满足高层楼房供热水或供暖需要，储水箱(10)可分户或分楼层设置，也可在地下室集中设置大型储水池，用无塔供水泵向各楼层各户供热水或供暖；储水箱热水控制阀(11)根据需要可人工控制也可自动控制，若设在地下室的储水池需向高层供水或供暖时，可与无塔供水泵连接；太阳能集热器(13)由集热器的各部件组成，其外观尺寸的长、宽、高度可根据实际需要在0.01米-1000米范围内任意设置，可根据实际需要与建筑物斜坡屋面或与建筑物墙体、阳台挡板结合为一整体，成为建筑物外围护结构的一部份，真正实现太阳能与建筑物有机结合；在与建筑物结合时，可单个或若干个并联或串联设置，使大面积建筑物的斜坡屋面、墙体、阳台挡板等既是建筑围护结构的一部份，又是太阳能集热器，这样不仅能大幅度降低太阳能热水器的总体造价成本，又可在同一建筑物上最大限度地利用太阳能；由于有高效低廉而大面积的太阳能集热器产生热水，这就可做到不仅能供应热水，还能利用太阳能供暖；若要满足高层楼房供热水或供暖需要，储水箱(10)可分户或分楼层设置，也可在地下室集中设置大型储水池用无塔供水泵向各楼层各户供热水或供暖。从而可有效地解决目前公知的太阳能热水器只能供热水，不能供暖的问题。
用太阳能替代煤供热水和供暖，不仅可节约大量的能源，还可减少大量的二氧化碳、二氧化硫排放；这种在传统太阳能热水器基础上的重大突破和创新，对我国实现节能减排目标，建立节约型社会，不仅具有重要的现实意义，而且还有深远的历史意义！！！