平板式太阳能热水器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种热损小、防止集热板爆裂、避免污染水箱内水的平板式太阳能热水器，它包括集热板、保温水箱，其特征是集热板经循环换热装置与保温水箱连接，所述的循环换热装置包括循环机构、温差控制机构，循环机构包括热交换器、上循环管、下循环管、水箱进水管、水箱出水管，上循环管、下循环管、集热板内充满吸热液体；温差控制机构包括温度传感器、连接于各温度传感器的温差控制器；下循环管、水箱出水管各设有循环水泵，循环水泵与温差控制器连接；上循环管近集热板出水口处设有可拆装的膨胀吸收装置；本实用新型无温度梯度和多次热传递热损失，有效吸热面积大有效防止集热板爆裂，避免吸热液体蒸发损失；动态换热不易结垢，吸热液体工作温度范围宽，防冻。
【专利说明】平板式太阳能热水器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及太阳能领域，具体地说是涉及一种太阳能热水器，特别是涉及一 种平板式太阳能热水器。
【背景技术】
[0002] 太阳能热水器将太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们 在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板 式太阳能热水器。主要是由集热部件(真空管式为真空集热管，平板式为平板集热器)、保温 储水箱、支架、连接管道等组成。集热部件的功能是把太阳的辐射能转换为热能。
[0003] 其中，利用真空玻璃管作为集热器的太阳能热水器，其有效吸热面积小(单位面积 热效率低)、不能承压，特别是"一体式"怕空晒、安装不便、容易结垢，且一旦发生爆管将会 污染水箱内的水。
[0004] 平板式太阳能热水器近几年呈现上升趋势，尤其在高层住宅的阳台式太阳能热水 器方面有独特优势。如企业事业单位、工厂、院校、宾馆酒店、医院、社区、游泳池(包括机关 等集体单位和家庭)，应该说：凡需用热水温度小于100°c的领域内，原则上都可以用平板型 集热器作为热源。平板型太阳能集热器结构简单，运行可靠，成本低廉，热流密度较低，即工 质的温度也较低，安全可靠，与真空管太阳能集热器相比，它具有承压能力强，吸热面积大 等特点，是太阳能与建筑一体结合最佳选择的集热器类型之一。
[0005] 平板集热器的吸热体结构基本为平板形状，是由吸热板芯、壳体、透明盖板、保温 材料及有关零部件组成。集热板上涂有选择性或非选择性涂层，金属管焊接在集热板上。这 种涂层既可使吸热面板吸收太阳能辐射，目前一般采用黑铬涂层，南方地区大部分采用铜 铝复合太阳能集热板。平板型集热器的工作过程是阳光透过玻璃盖板照射在表面有涂层的 吸热板上，吸热板吸收太阳能辐射能量温度升高后，沿肋片和管壁传递到吸热管内的水，吸 热管内的水吸热后温度升高，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断进入储水箱上部，最终 整箱水都升高至一定的温度。
[0006] 平板太阳能热水器集热板多为金属管板式结构，由于经过多级传递，故在传导过 程中有温度梯度（由于相邻集热管间距较大，太阳能的吸收主要靠集热片，而集热片与集热 管之间有温度阶度存在，集热管与管内液体之间也有温度阶度存在)，集热管与管内液体之 间也有温度阶度存在，造成热损耗，致使单位面积热效率低；且循环管是处于水箱内与水箱 内的水间接导热，一旦发生爆管，将会污染整个水箱内的水。
[0007] PC是聚碳酸酯的简称，是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结 构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。其中由于脂肪族和脂肪族-芳香族 聚碳酸酯的机械性能较低，从而限制了其在工程塑料方面的应用。目前仅有芳香族聚碳酸 酯获得了工业化生产。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度 最快的通用工程塑料。聚碳酸酯是一种强韧的热塑性树脂，其名称来源于其内部的〇) 3基 团。可由双酚A和氧氯化碳（C0C12)合成。现较多使用的方法为熔融酯交换法(双酚A和碳 酸二苯酯通过酯交换和缩聚反应合成)。PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的 光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600 J/m?900J/m，未填 充牌号的热变形温度大约为130°C，玻璃纤维增强后可使这个数值增加10°C。PC的弯曲模 量可达2400MPa以上，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100°C时，在负载下的蠕变率很 低。PC耐水解性差，不能用于重复经受高压蒸汽的制品。PC材料具有阻燃性，耐磨。抗氧 化性。透明PC板具有很高的透光性（86%以上，单层透明度高于玻璃)，极好的耐腐蚀性和 稳定性(稳定工作温度：-40°C到120°C)。表面有防紫外线UV层本身就具有良好的耐光性， 若它工作于透明盖板下的保温环境内，则具有很长的使用寿命（15年以上)。
【发明内容】
[0008] 本实用新型的目的是提供一种热损小、防止集热板爆裂、避免污染水箱内水的平 板式太阳能热水器。
[0009] 本实用新型是采用如下技术方案实现其发明目的的，一种平板式太阳能热水器， 它包括集热板、保温水箱，集热板经循环换热装置与保温水箱连接，所述的循环换热装置包 括循环机构、温差控制机构，所述的循环机构包括热交换器，热交换器分别经上循环管、下 循环管与集热板出水口、集热板进水口连接，上循环管、下循环管、集热板内充满吸热液体， 热交换器又分别经水箱进水管、水箱出水管与保温水箱连接；所述的温差控制机构包括分 别设于集热板出水口处、水箱出水口处的温度传感器、连接于各温度传感器的温差控制器； 所述的下循环管、水箱出水管各设有循环水泵，各循环水泵与温差控制器连接；所述的上循 环管近集热板出水口处（即整个平板式太阳能热水器的最高点）设有可拆装的膨胀吸收装 置。
[0010] 本实用新型为了防止输送过程中的热量流失，所述的上循环管、下循环管、水箱进 水管、水箱出水管、膨胀吸收装置皆外设有保温层。
[0011] 本实用新型所述的膨胀吸收装置包括经由通管与上循环管连通的腔室，腔室内设 有与腔室外大气连通的伸缩气囊，且腔室与大气不连通。
[0012] 本实用新型为了便于维修更换，所述的腔室的通管与上循环管为螺纹连接，使整 个膨胀吸收装置可拆装；当膨胀吸收装置拆下时，上循环管的安装口即为更换吸热液的加 液口。
[0013] 本实用新型所述腔室的顶部设有具有气孔的顶盖；所述伸缩气囊的顶部设有开 口，开口边缘连接于腔室顶盖的底部使伸缩气囊与气孔连通，以便于伸缩气囊的维修和更 换。
[0014] 本实用新型所述的伸缩气囊为波纹管形，易形状复原，利于高温膨胀过后腔室内 的吸热液体由液气态及时恢复为液态，落回整个循环机构，补充恢复吸热液体的原始量。
[0015] 本实用新型所述的集热板包括保温外框、设于保温外框上的透明盖板，保温外框 与透明盖板形成的空间内设有充满吸热液体的集热体；所述的集热体包括2根金属连通 管、两端分别与各金属连通管连接的集热室，所述的金属连通管相对的一侧分别开设有轴 向的槽，集热室的两端分别连接于两金属连通管的槽中，使金属连通管与集热室连通；所述 集热室的面板、底板为平行设置的透明PC阳光板(或其他耐受吸热液体的透明板)。
[0016] 本实用新型所述吸热液体的工作温度范围为_36°C?108°C，防冻，且对太阳光进 行选择性吸收。
[0017] 由于采用上述技术方案，本实用新型较好的实现了发明目的，其采用吸热液体直 接吸热，无温度梯度和多次热传递造成的热损失，有效吸热面积大，热效率高；平板型集热 器结构简单，安装灵活美观、可承压；膨胀吸收装置可拆卸，使用寿命长，控制吸热液体热 涨，有效调节集热板内的气压，防止集热板爆裂，避免吸热液体蒸发损失；采用双泵各自独 立控制两套循环系统，方便维护，把热水直接送至保温水箱上层，提高热量的使用率，形成 动态换热使保温水箱内不易结垢，且热交换器置于保温水箱外，其中一套循环系统出现故 障的情况下有效的防止吸收液流到保温储水箱内，从而有效防止了液体污染；吸热液体的 工作温度范围宽，能有效防冻。
【专利附图】
【附图说明】
[0018] 图1是本实用新型的结构示意图；
[0019] 图2是本实用新型中膨胀吸收装置的结构放大示意图；
[0020] 图3是本实用新型中集热板1的结构示意图；
[0021] 图4是本实用新型中集热体的立体图。
【具体实施方式】
[0022] 下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
[0023] 由图1可知，一种平板式太阳能热水器，它包括集热板1、保温水箱2,集热板1经 循环换热装置与保温水箱2连接，所述的循环换热装置包括循环机构、温差控制机构，所述 的循环机构包括热交换器3,热交换器3分别经上循环管9、下循环管12与集热板出水口 7、 集热板进水口 13连接，上循环管9、下循环管12、集热板1内充满吸热液体，热交换器3又 分别经水箱进水管26、水箱出水管27与保温水箱2连接；所述的温差控制机构包括分别设 于集热板出水口 7处、水箱出水口 8处的温度传感器、连接于各温度传感器的温差控制器 4 (本实施例采用伊尼威利EW-801AH太阳能温差控制器）；所述的下循环管12、水箱出水管 27各设有循环水泵5,各循环水泵5与温差控制器4连接；所述的上循环管9近集热板出水 口 7处（即整个平板式太阳能热水器的最高点）设有可拆装的膨胀吸收装置6。
[0024] 本实用新型为了防止输送过程中的热量流失，所述的上循环管9、下循环管12、水 箱进水管26、水箱出水管27、膨胀吸收装置6皆外设有保温层。
[0025] 由图2可知，本实用新型所述的膨胀吸收装置6包括经由通管18与上循环管9连 通的腔室17,腔室17内设有与腔室17外大气连通的伸缩气囊16,且腔室17与大气不连通。
[0026] 本实用新型为了便于维修更换，所述的腔室17的通管18与上循环管9为螺纹连 接，使整个膨胀吸收装置6可拆装；当膨胀吸收装置6拆下时，上循环管9的安装口即为更 换吸热液的加液口。
[0027] 本实用新型所述腔室17的顶部设有具有气孔14的顶盖15 ;所述伸缩气囊16的 顶部设有开口，开口边缘连接于腔室17顶盖的底部使伸缩气囊16与气孔14连通，以便于 伸缩气囊16的维修和更换。
[0028] 本实用新型所述的伸缩气囊16为波纹管形，易形状复原，利于高温膨胀过后腔室 17内的吸热液体由液气态及时恢复为液态，落回整个循环机构，补充恢复吸热液体的原始 量。
[0029] 由图3、图4可知，本实用新型采用吸热液体直接吸热，无温度梯度和多次热传递 造成的热损失，所述的集热板1包括保温外框25、设于保温外框25上的透明盖板19,保温 外框25与透明盖板19形成的空间内设有充满吸热液体的集热体；所述的集热体包括2根 金属连通管22、两端分别与各金属连通管22连接的集热室20,所述的金属连通管22相对 的一侧分别开设有轴向的槽23,集热室20的两端分别连接于两金属连通管22的槽23中， 使金属连通管22与集热室20连通；所述集热室20的面板21、底板24为平行设置的透明 PC阳光板(或其他耐受吸热液体的透明板)。
[0030] 本实用新型所述吸热液体的工作温度范围为-36°c?108°C (本实施例吸热液体 的工作温度范围为在一个大气压的条件下)，防冻，且对太阳光进行选择性吸收。
[0031] 本实用新型使用时，集热板1中透明PC阳光板之间的吸热液体吸收太阳辐射能后 升温，集热板出水口 7处的温度传感器实时自动测量集热板1内吸热液体的温度，水箱出水 口 8实时自动测量保温水箱2内下层的水温，当检测到的温度差大于设定(本实施例设定温 差为5度）的温度差(可调）时，温差控制器4启动2个循环水泵5,进行强制换热，吸热液 体、使用水循环流动，在热交换器3内交换热量，使得保温水箱2下层的冷水经换热后变为 热水进入保温水箱2的上层，再由热水管11直接输出使用，热量使用率更高，使用热水后 冷水管10及时向保温水箱2补充使用水，保温水箱2内形成动态换热，保温水箱2内壁不 易结垢；当温度差小于设定(本实施例设定温差为1度）的温度差(可调）时停止循环。
[0032] 透明PC阳光板之间的吸热液体吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上 的动力，构成一个热虹吸系统，热水的不断上移经上循环管9进入热交换器3内与保温水箱 2出水管送来的冷水进行热传递，再从下循环管12回到集热器中，而水箱出水管27送来的 冷水受热后由水箱进水管26回到保温水箱2内的上部，如此循环往复，最终整箱水都升高 至一定的温度。
[0033] 当吸热液体的温度升高，发生一定的汽化现象，使集热板1内气压增大，此时过大 的压力对伸缩气囊16施压，使其收缩，暂时性的增大了循环机构承装吸热液体的有效容 积，从而调节了集热板1内压强，有效避免集热板1的爆炸；由于伸缩气囊16经由气孔14 与大气连通，且伸缩气囊16的底部是封闭的，当汽化的部分吸热液体接触到与接近外界环 境温度的相对较冷的伸缩气囊16时，又凝结成液珠，回落到吸热液体中，从而有效防止了 吸热液的流失。
[0034] 本实用新型为便于观察维护，膨胀吸收装置6的外壳上可设置透明观测窗口，便 于观测腔室17内的水位。
【权利要求】
1. 一种平板式太阳能热水器，它包括集热板、保温水箱，其特征是集热板经循环换热 装置与保温水箱连接，所述的循环换热装置包括循环机构、温差控制机构，所述的循环机构 包括热交换器，热交换器分别经上循环管、下循环管与集热板出水口、集热板进水口连接， 上循环管、下循环管、集热板内充满吸热液体，热交换器又分别经水箱进水管、水箱出水管 与保温水箱连接；所述的温差控制机构包括分别设于集热板出水口处、水箱出水口处的温 度传感器、连接于各温度传感器的温差控制器；所述的下循环管、水箱出水管各设有循环水 泵，各循环水泵与温差控制器连接；所述的上循环管近集热板出水口处设有可拆装的膨胀 吸收装置。
2. 根据权利要求1所述的平板式太阳能热水器，其特征是所述的膨胀吸收装置包括经 由通管与上循环管连通的腔室，腔室内设有与腔室外大气连通的伸缩气囊，且腔室与大气 不连通。
3. 根据权利要求2所述的平板式太阳能热水器，其特征是所述腔室的顶部设有具有气 孔的顶盖；所述伸缩气囊的顶部设有开口，开口边缘连接于腔室顶盖的底部使伸缩气囊与 气孔连通。
4. 根据权利要求2所述的平板式太阳能热水器，其特征是所述的伸缩气囊为波纹管 形。
5. 根据权利要求3所述的平板式太阳能热水器，其特征是所述的伸缩气囊为波纹管 形。
6. 根据权利要求1或2或3或4或5所述的平板式太阳能热水器，其特征是所述的集 热板包括保温外框、设于保温外框上的透明盖板，保温外框与透明盖板形成的空间内设有 充满吸热液体的集热体；所述的集热体包括2根金属连通管、两端分别与各金属连通管连 接的集热室，所述的金属连通管相对的一侧分别开设有轴向的槽，集热室的两端分别连接 于两金属连通管的槽中；所述集热室的面板、底板为平行设置的透明PC阳光板。
【文档编号】F24J2/46GK203880970SQ201420281336
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】熊翠秀, 刘薇 申请人:湖南城市学院