一、新型太陽能熱水器簡介

　　一種新型太陽能熱水器，包括水箱，真空管，溫度計，溫度報警器，水箱的外部一側(cè)設(shè)有溫度計，水箱的內(nèi)部一側(cè)設(shè)有溫度報警器，兩個水箱右真空管相連接，其中一個水箱下部設(shè)有出水管，另一個水箱的下部設(shè)有進(jìn)水管。本實用新型由于采用了上述技術(shù)結(jié)構(gòu)，在安裝本實用新型的太陽能熱水器時，可隨屋面特點而擺放，平屋面可平放，坡屋面可斜放，由于本實用新型太陽能熱水器中至少有兩個水箱，重力得到分散，重心下移，對房屋的荷載要求相應(yīng)減少，并大大增加了其抗風(fēng)能力。

　　二、新型太陽能熱水器特點

　　一種新型太陽能熱水器原理，理論上比現(xiàn)在的太陽能熱水器的轉(zhuǎn)換效率要大2-5倍之多。本文只是工作原理結(jié)構(gòu)。其轉(zhuǎn)化太陽能的原理請參見物質(zhì)溫度和輻射、吸收的關(guān)(上)——物體對輻射的吸收

　　太陽能熱水器是采用太陽光對物體的作用來工作的。普通的太陽能熱水器通常都是采用在傳熱性能好的水管表面涂上一層黑色的類似于黑體的黑色的對太陽光進(jìn)行強(qiáng)烈吸收的物質(zhì)，如煤煙。來吸收太陽能的能量的。

　　在傳統(tǒng)的太陽能熱水其中忽略了物質(zhì)對太陽光吸收和輻射的規(guī)律，因此能源的利用率是較低的。本項技術(shù)根據(jù)物體對太陽能的吸收和輻射，以及太陽光和熱能轉(zhuǎn)化的的關(guān)系，對普通太陽能熱水器進(jìn)行原理改造而成，同面積的太陽光的利用率和轉(zhuǎn)化率反映在能量的量值上，要比普通的太陽能熱水器轉(zhuǎn)化成的熱量大2-5倍以上。(當(dāng)然，這是理論上的數(shù)值)在冬天，這種太陽能熱水器的轉(zhuǎn)化出的熱量要遠(yuǎn)大于普通太陽能熱水器的5倍.

　　三、新型太陽能熱水器相對傳統(tǒng)太陽能熱水器工作原理改進(jìn)的兩個地方

　　1、熱水器對太陽能的輻射

　　為了加強(qiáng)太陽能熱水器對太陽能的吸收，我們通常都是采用對太陽光進(jìn)行強(qiáng)烈吸收的接近絕對黑體的物質(zhì)材料作為吸收太陽光的物質(zhì)。這樣雖然可以大量的吸收太陽光，但是，它所輻射出去的能量也是非常可觀的。我們拿普通熱水器來說：

　　如果我們的太陽能熱水器的工作物質(zhì)的溫度在90度左右，普通的室溫在30度左右。以1平米的太陽光計算，那么太陽能熱水器工作物質(zhì)輻射出去的有效功率為516焦/秒，相當(dāng)于0.516千瓦。

　　這樣，如果要提高太陽能熱水器的功率和能量利用率問題，就必須對太陽能的吸收材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。

　　2、熱水器對太陽能的熱能轉(zhuǎn)化率

　　我在物質(zhì)和光作用的理論分析上得出，絕對黑體的工作物質(zhì)的溫度的平方同熱能的轉(zhuǎn)化率成正比。提高工作物質(zhì)的溫度是提高太陽能熱水器功率和太陽能熱水器對太陽能有效利用率的方法。如果以高沸點的液體代替水作為工作物質(zhì)，比如油，渴望將太陽能的工作溫度提高到攝氏200度左右。即：提高工作物質(zhì)的溫度2倍以上。普通的太陽能熱水器在90度左右。太陽能對熱能的轉(zhuǎn)化率和普通太陽能熱水器要大2.4倍左右。冬天以工作物質(zhì)的溫度攝氏30度計算，太陽能對熱能的轉(zhuǎn)化率可達(dá)到普通太陽能熱水器的3-5倍左右。在物質(zhì)條件許可的情況下，要盡量提高工作物質(zhì)的溫度。

　　經(jīng)過如上改造過的太陽能熱水器，相同面積的太陽光轉(zhuǎn)化為熱能的單位時間輸出能量，要幾倍于普通熱水器輸出的能量。以上兩種改善方法只是理論計算結(jié)果，在實際應(yīng)用上可能要偏低一些。

　　四、新型太陽能熱水器的結(jié)構(gòu)原理圖

　　如圖：

　　　　

　　　　　　　　　　　　圖1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2

　　上圖是原理結(jié)構(gòu)圖，圖是草圖。我盡量說明白。圖1和圖2是這種太陽能熱水器分開的兩個部分。圖1是工作部分，圖2則是存儲熱水的部分。

　　五、新型太陽能熱水器工作原理詳解

　　1、新型太陽能熱水器工作結(jié)構(gòu)

　　主要工作部分是由如下幾部分：

　　凹面反光鏡——蔣太陽光反射進(jìn)空腔里。

　　工作物質(zhì)內(nèi)腔——工作物質(zhì)涂在中空(帶夾層)圓球的內(nèi)表面上。

　　小孔——工作物質(zhì)內(nèi)腔上面留的小孔，用于進(jìn)入太陽光。

　　工作物質(zhì)——可采用接近絕對黑體的對太陽光腔吸收物質(zhì)作為工作物質(zhì)，如煤煙。

　　絕熱層——阻止高沸點液體所在的圓球表面對熱量的散發(fā)，用于將整個圓球的溫度維持在較高的溫度。圖1和圖2部分如果做到一起，高端循環(huán)管和低端循環(huán)管很短的話，兩個循環(huán)管的外壁可以不用施加絕熱物質(zhì)，否則也要加上絕熱層的。

　　高端循環(huán)管——用于導(dǎo)出經(jīng)加熱的高沸點液體，較熱的液體。

　　低端循環(huán)管——用于導(dǎo)進(jìn)溫度較低的高沸點液體。未經(jīng)加熱的。(如上在圖1中)

　　預(yù)熱倉——散發(fā)太陽光轉(zhuǎn)化成的熱量到水箱里。內(nèi)部是高沸點液體。它的另一個作用是維持高低端的循環(huán)管中的溫度保持在確定的高溫狀態(tài)，以保證工作物質(zhì)具有較高的溫度。但不是主要的。(在圖2中)

　　2、新型太陽能熱水器工作過程

　　凹面反光鏡將太陽光反射到工作物質(zhì)內(nèi)腔里，內(nèi)腔內(nèi)表面的高吸收太陽光的物質(zhì)將太陽光轉(zhuǎn)化為熱能，并加熱夾層中的高沸點液體，通過高端循環(huán)管將太陽能產(chǎn)生的熱量輸運(yùn)到預(yù)熱倉中，并通過預(yù)熱倉將熱量散發(fā)到水箱中的水里。

　　3、新型太陽能熱水器對部件的要求

　　凹面反光鏡：如果為了降低成本，凹面反光鏡采用玻璃鍍銀或者渡鋁方法，采用石英玻璃等紫外線可以穿過的玻璃會提高功率。

　　小孔：小孔的面積一定要盡量的小，因為小孔的面積決定空腔工作物質(zhì)輻射出去的能量大小。

　　工作物質(zhì)內(nèi)腔：在形狀和面積上沒有什么特殊的要求，便于設(shè)計就行了。在材料上，要采用導(dǎo)熱性能好的金屬。便于將太陽光產(chǎn)生的熱能傳遞給高沸點導(dǎo)熱液體。

　　夾層體積的大�。汗ぷ魑镔|(zhì)內(nèi)腔外層的存儲高沸點液體的夾層要盡量的大一些，它直接決定了工作物質(zhì)內(nèi)腔工作物質(zhì)的溫度，理論上來說，它越大，工作物質(zhì)的工作溫度越高。

　　工作物質(zhì)：在它產(chǎn)生的熱量能快速傳遞到金屬壁上的前提下，適當(dāng)提高一點厚度。有利于提高工作的溫度。

　　絕熱層：要選用可以工作的200度以上的絕熱物質(zhì)。

　　高低端循環(huán)管：采用導(dǎo)熱性能不好的材料。

　　預(yù)熱倉：預(yù)熱倉采用導(dǎo)熱性能好的金屬。預(yù)熱倉和水接觸的面積和溫度決定這種熱水器的功率。功率大的熱水器，預(yù)熱倉和水接觸的表面積一定要做的大一些。當(dāng)然，預(yù)熱倉做的多大也無所謂，但關(guān)鍵是這樣會使相同體積的水箱減少儲水量，增加高沸點液體的量，成本要升高的，另一方面也必須使夾層的空間增大才能達(dá)到工作物質(zhì)在高溫狀態(tài)工作。如果做的特別小，功率會很小。這一點需要注意。

　　六、新型太陽能熱水器三點建議

　　新型太陽能熱水器建議一、小孔的建議：小孔采用對光透射率高的透明材料封閉起來，如石英玻璃。在內(nèi)部充入純度較高的阻燃性的氣體如二氧化碳。

　　1、可以保證高溫工作物質(zhì)在內(nèi)腔中產(chǎn)生的較高溫度的氣體不會逃逾出來，在冬天較冷的空氣不會降低工作物質(zhì)的溫度。

　　2、可以保證灰塵等臟物進(jìn)入到空腔里，降低工作物質(zhì)對太陽光的轉(zhuǎn)化率。

　　新型太陽能熱水器建議二、水箱的建議：在水箱外面用絕熱性能好的物質(zhì)給包裹起來。雖然水箱不采用絕熱性能好的物質(zhì)進(jìn)行絕熱處理有助于對水箱也同時吸收太陽光，但是，它同時還要向外輻射熱能，另一方面和空氣的接觸也會形成熱量的逃逾。夏天可以很好的使用，在冬天或者氣溫較低的地方則不能使用了。

　　新型太陽能熱水器建議三、建議是容易散熱的表面，要做成光滑的。這樣可以減少輻射。

　　七、新型太陽能熱水器需要注意的問題

　　本項技術(shù)雖然在工作原理上雖然更優(yōu)于傳統(tǒng)的太陽能熱水器，但需要比傳統(tǒng)太陽能熱水器更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和設(shè)計。成本自然要高一些。

　　本文沒有談到的一個技術(shù)問題是如何對凹面反光鏡如何去追蹤太陽光問題，如果不追蹤太陽光，那么反光凹面鏡就不能將太陽光反射進(jìn)小孔里。由于這只是傳統(tǒng)的技術(shù)問題，于新技術(shù)在原理上是無關(guān)的，這里不再探討。

　　八、新型太陽能熱水器熱水工程系統(tǒng)簡介

　　最新這款含有4項實用新型專利技術(shù)的太陽能熱水器，是筆者幾年來的心血成果，經(jīng)實踐驗證，它具獨(dú)有的優(yōu)勢和無法比擬的特點。 通過巧妙的設(shè)計該系統(tǒng)基本解決了太陽能熱水器使用中遇到的難題，斬斷了太陽能熱水器系統(tǒng)中關(guān)鍵部件--集熱器和控制器的壽命制約纜繩，同時解決了安裝麻煩、容易遭受雷擊、儲水桶中易于滋生細(xì)菌及成本難以和性能統(tǒng)一等諸多困惑太陽能熱水器發(fā)展瓶頸。歡迎太陽能熱水器廠家聯(lián)系探討，真心希望這一最新科技成果能夠盡快服務(wù)社會造福人民。

　　<一>、新型太陽能熱水器熱水工程系統(tǒng)——倒置儲水桶安裝法

　　太陽能熱水器的最大特點就是房頂上那高高在上的儲水桶。每次看它頭重腳輕的樣子，就免不了心中惴惴不安�，F(xiàn)在讓儲水桶下降直接就安裝在房頂，不用支架把它高高聳立在上，就不再存在安全問題，也降低了防雷避雷的難度。帶來的結(jié)果是安裝簡單，成本降低，房頂?shù)呢?fù)重也變輕了。

　　儲水桶為什么要放在上面呢?是因為要利用熱水比重輕、冷水比重重的物理特點，使與它相連的集熱器中的水自動進(jìn)行置換，從而達(dá)到對水加熱的目的。但是這種方式帶來比較多問題：

　　1、集熱器是玻璃管，夏天容易炸管，冬天容易凍管，很難侍候。

　　2、集熱器里面容易生長水垢，要不了多久玻璃管壁上面就附著了一層水垢，它的集熱效率就變低了，一般是一年到一年半就必須要進(jìn)行清洗，這是一件專業(yè)活，普通人無法自己動手。

　　3、集熱器里面一直有水，它白天吸收太陽熱，晚上對外散發(fā)儲水桶里面熱。這種方式讓辛辛苦苦收集來的熱水如果當(dāng)天不用，過一夜后熱量就全沒了。

　　4、它不能承受水壓力，因為那會導(dǎo)致集熱器玻管破裂。

　　5、還有其它方式的集熱器方案，比如雙層真空玻管，一來它的生產(chǎn)成本太高，或者是需要較多的貴重金屬，用戶難以接受市場推廣困難。二來如果它里面仍然是流動的水其根本的矛盾問題就沒有得到解決。

　　6、安裝固定支架笨重，成本增加又給樓頂帶來額外的負(fù)重壓力。

　　<二>、新型太陽能熱水器熱水工程系統(tǒng)——真空玻璃儲水桶

　　它就是一個放大了的熱水瓶，只是在它的下腰部內(nèi)嵌入鋁板做為傳遞外部熱量的加熱器來加熱內(nèi)儲水。它用彩鋼做外套，包有一層泡沫做保護(hù)，成本低，隔熱效果好，熱水過夜絕無問題。

　　<三>、新型太陽能熱水器熱水工程系統(tǒng)——真空集熱器

　　和其它真空集熱器的雙層結(jié)構(gòu)不同，它僅是單管，外形呈長扁矩形，內(nèi)裝經(jīng)特殊處理過的薄鋁板，作為熱傳遞器。它整管加工簡單，不要貴金屬所以成本低。它不需要二次傳熱所以傳熱效果好。它內(nèi)部沒有冷水熱水流動，不存在炸管、凍管問題，不存在水垢問題，所以使用簡單可靠，能夠長期運(yùn)行不用管它。由于真空的原因，它只能向儲水桶傳遞熱量，不能向外輻射傳遞熱量。它利用伸出在外的鋁板和

　　儲水桶下腰部鋁板相連，就可以向儲水桶傳遞熱量了。它的傳熱效率根據(jù)實際測試數(shù)據(jù)證明，高于真空集熱器空氣傳熱方式，但成本不到它的五分之一。

　　<四>、新型太陽能熱水器熱水工程系統(tǒng)——長壽命的水位水溫探測器

　　太陽能熱水器發(fā)展至今，一直受困于短命的水位水溫探測器。不管其工作原理屬于那一種，都因為要長期置于水里，免不了水垢及水溫濕氣的侵蝕使其失效。筆者曾在浙江某地考察一個控制器的專業(yè)生產(chǎn)廠家，已經(jīng)投入6千多萬元，3年時間里生產(chǎn)了一代又一代的控制器，就因為水位水溫探測器只能工作半年多不到一年時間這一難題，至今還在苦苦掙扎尋覓。

　　讓筆者無法理解的是：他們只把眼光緊盯美歐國家，希望發(fā)現(xiàn)一款更加高科技、高價位的傳感探頭，神奇的就能改變這一切。他們甚至開發(fā)出了計算機(jī)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)，利用計算機(jī)的強(qiáng)大計算控制功能，來實現(xiàn)熱水器的遠(yuǎn)程調(diào)溫、調(diào)水、定時等等多種復(fù)雜功能，但是這種控制能進(jìn)入家庭嗎?它的實用價值何在?正確的做法是：仔細(xì)分析控制器失效的原因和機(jī)理，提出幾種解決方案并通過實驗篩選出一種最為可行的再投入小批量試產(chǎn)。

　　1、探測器的采集原理

　　水溫水位探測器主要用來檢測太陽能熱水器水箱的水溫和水位。水溫檢測一般使用熱敏電阻，其價格便宜、性能穩(wěn)定、檢測電路簡單。而水位檢測從檢測方法原理上可分為機(jī)械式、電極式、壓力式和感應(yīng)式等。

　�、佟㈦姌O式

　　電極式探測器是利用水的電阻率變化來檢測水位，這種傳感器一般以不銹金屬作為導(dǎo)電體，但是無孔不入的水垢使它很快就失效。

　　②、壓力式

　　壓力式探測器是以美歐進(jìn)口的傳感頭為主但使用的廠家不多。目前，市場上的水溫水位探測器一般使用機(jī)械式和電極式。由于水溫水位探測器工作環(huán)境十分惡劣，而且是放置在水箱內(nèi)，早晚劇烈變化的溫差容易在其表面結(jié)水垢，導(dǎo)致機(jī)械探測器的浮球被卡住或是電極式探測器的電極之間不能導(dǎo)電致使探測器失效，造成控制功能不能完成。目前市場上，所銷售的水位探測器的壽命一般不到一年時間。

　�、�、感應(yīng)式

　　感應(yīng)式探測器，又稱電容式傳感器。它主要通過檢測兩個完全絕緣的電極間地電容量，來檢測水位，它有希望較好地解決探測器結(jié)水垢的問題。但由于其檢測電路過于復(fù)雜，市場上至今還沒有成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)。

　　2、探測器普遍存在的問題

　　太陽能熱水器探測器通常存在以下問題：

　�、�、水溫水位的檢測易受水質(zhì)、水垢等的干擾影響，采集的數(shù)據(jù)不精確，肯定就影響到控制器的控制精度，進(jìn)而影響了太陽能熱水器聲譽(yù)，造成市場對太陽能熱水器的認(rèn)可度降低，人們對太陽能熱水器有了使用難的偏見。

　�、�、探測器需要長期工作在熱水器水箱之中，因為玻管的熱量大，傳給熱水器水箱很多熱量，使水箱溫度可能長時間達(dá)到100℃左右，這就給探測器傳感頭帶來了耐高溫問題.

　�、�、對太陽能熱水器水箱里的水溫水位探測：一般將感溫探頭和水位探頭都直接接觸水源，漏水、漏電以及雷擊等諸多原因可能導(dǎo)致傳感器失效。

　　④、由于我國水質(zhì)不一，很多地區(qū)的水質(zhì)較差，水垢給傳感器帶來很多麻煩，水垢附著在電極和感溫頭上，造成傳感器感知水位水溫數(shù)值不準(zhǔn)確。

　�、�、各種電磁干擾都會對探測器的信號傳輸帶來很大的影響，加之電路不完善需要改進(jìn)的地方太多等等。

　　3、探測器失效現(xiàn)狀分析

　�、�、儲水桶及其絕緣防護(hù)體有可能在短時間內(nèi)漏水，易導(dǎo)致內(nèi)部電路短路、檢測功能失效;

　　②、探測電極的作用會加快水垢的形成，在電極表面形成絕緣帶造成采集信號失真，電腐蝕嚴(yán)重;

　�、�、水箱內(nèi)的高低溫度轉(zhuǎn)換會使硅膠體，熱縮管產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，容易造成傳感頭變形，彎曲或開裂;

　�、堋⒃谒�沸騰時接口處在高壓氣流作用下振動頻率極高，易造成硅膠體和導(dǎo)電橡膠體粘合連結(jié)部位的損傷或開裂;

　　⑤、或者由于加熱棒漏電造成傳感頭損壞造成故障;

　�、�、雷擊使探測器的傳感頭電路失效;

　　4、探測器前景

　　現(xiàn)在很多廠家已經(jīng)意識到太陽能熱水器的防雷避雷問題。由于太陽能熱水器主要放置在樓頂，它極易遭受雷擊,并會給太陽能熱水器控制器帶來致命傷害,因此如何更好的防雷擊也是目前各個廠家的研究重點。

　　現(xiàn)在這款長壽命水溫水位探測器，它能保證探測器可靠工作4年以上。它工作時與水垢的有無沒有關(guān)系，與儲水桶內(nèi)的濕度沒有關(guān)系，只與水位水溫有關(guān)，實質(zhì)上是利用的浮筒工作原理，但是它能夠長期可靠運(yùn)行，確保采集到的數(shù)據(jù)真實完整，整體工作原理非常簡單：該水溫水位探測器一端固定一端可上下動作，當(dāng)水位下降時移動端靠自己的重力下垂，當(dāng)水位上升時移動端靠浮子上升。

　　這點和其它所有機(jī)械式探測器的工作原理一樣。不同的是關(guān)節(jié)部位，我們的關(guān)節(jié)永遠(yuǎn)不會被水垢堵塞，或者說如果生長了水垢，關(guān)節(jié)也具有自動清除水垢的功能。水溫和水位探頭都不和水體有任何接觸，水位探頭給出6個水位開關(guān)量供單片機(jī)處理。由于水位和水溫探頭不和水體有接觸，所以加熱棒可以直接安放在儲水桶里面，它是否漏電與探測器沒有關(guān)系，也就解決了長久來二者不能相處的困境。

　　<五>、新型太陽能熱水器熱水工程系統(tǒng)——控制器及其它附加功能

　　一些人嘲諷太陽能熱水器儲水桶是細(xì)菌的培養(yǎng)皿。確實，自然水放進(jìn)去以后，儲水桶里面是慢慢在加溫，這種狀況非常適合細(xì)菌的生長繁殖。新開發(fā)的這款熱水器控制器可以定時啟動消毒功能，能夠全部殺滅儲水桶里面的細(xì)菌，保證用戶的身體建康�？刂破鬟�具有防雷避雷一體化功能，水位顯示水溫顯示功能等等。

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