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，水箱的外部一側設有溫度計，水箱的內部一側設有溫度報警器，兩個水箱右真空管相連接，其中一個水箱下部設有出水管，另一個水箱的下部設有進水管。本實用新型由于采用了上述技術結構，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減少，并大大增加了其抗風能力。

　　二、新型太陽能熱水器特點

　　一種新型太陽能熱水器原理，理論上比現在的太陽能熱水器的轉換效率要大2-5倍之多。本文只是工作原理結構。其轉化太陽能的原理請參見物質溫度和輻射、吸收的關(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行強烈吸收的物質，如煤煙。來吸收太陽能的能量的。

　　在傳統的太陽能熱水其中忽略了物質對太陽光吸收和輻射的規律，因此能源的利用率是較低的。本項技術根據物體對太陽能的吸收和輻射，以及太陽光和熱能轉化的的關系，對普通太陽能熱水器進行原理改造而成，同面積的太陽光的利用率和轉化率反映在能量的量值上，要比普通的太陽能熱水器轉化成的熱量大2-5倍以上。(當然，這是理論上的數值)在冬天，這種太陽能熱水器的轉化出的熱量要遠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太陽能熱水器工作原理改進的兩個地方

　　1、熱水器對太陽能的輻射

　　為了加強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行強烈吸收的接近絕對黑體的物質材料作為吸收太陽光的物質。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輻射出去的有效功率為516焦/秒，相當于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構進行改造。

　　2、熱水器對太陽能的熱能轉化率

　　我在物質和光作用的理論分析上得出，絕對黑體的工作物質的溫度的平方同熱能的轉化率成正比。提高工作物質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，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。冬天以工作物質的溫度攝氏30度計算，太陽能對熱能的轉化率可達到普通太陽能熱水器的3-5倍左右。在物質條件許可的情況下，要盡量提高工作物質的溫度。

　　經過如上改造過的太陽能熱水器，相同面積的太陽光轉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果，在實際應用上可能要偏低一些。

　　四、新型太陽能熱水器的結構原理圖

　　如圖：

　　　　

　　　　　　　　　　　　圖1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　圖2

　　上圖是原理結構圖，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構

　　主要工作部分是由如下幾部分：

　　凹面反光鏡——蔣太陽光反射進空腔里。

　　工作物質內腔——工作物質涂在中空(帶夾層)圓球的內表面上。

　　小孔——工作物質內腔上面留的小孔，用于進入太陽光。

　　工作物質——可采用接近絕對黑體的對太陽光腔吸收物質作為工作物質，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，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，高端循環管和低端循環管很短的話，兩個循環管的外壁可以不用施加絕熱物質，否則也要加上絕熱層的。

　　高端循環管——用于導出經加熱的高沸點液體，較熱的液體。

　　低端循環管——用于導進溫度較低的高沸點液體。未經加熱的。(如上在圖1中)

　　預熱倉——散發太陽光轉化成的熱量到水箱里。內部是高沸點液體。它的另一個作用是維持高低端的循環管中的溫度保持在確定的高溫狀態，以保證工作物質具有較高的溫度。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內腔里，內腔內表面的高吸收太陽光的物質將太陽光轉化為熱能，并加熱夾層中的高沸點液體，通過高端循環管將太陽能產生的熱量輸運到預熱倉中，并通過預熱倉將熱量散發到水箱中的水里。

　　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輻射出去的能量大小。

　　工作物質內腔：在形狀和面積上沒有什么特殊的要求，便于設計就行了。在材料上，要采用導熱性能好的金屬。便于將太陽光產生的熱能傳遞給高沸點導熱液體。

　　夾層體積的大小：工作物質內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內腔工作物質的溫度，理論上來說，它越大，工作物質的工作溫度越高。

　　工作物質：在它產生的熱量能快速傳遞到金屬壁上的前提下，適當提高一點厚度。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。

　　高低端循環管：采用導熱性能不好的材料。

　　預熱倉：預熱倉采用導熱性能好的金屬。預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，預熱倉和水接觸的表面積一定要做的大一些。當然，預熱倉做的多大也無所謂，但關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到工作物質在高溫狀態工作。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在內腔中產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的溫度。

　　2、可以保證灰塵等臟物進入到空腔里，降低工作物質對太陽光的轉化率。

　　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給包裹起來。雖然水箱不采用絕熱性能好的物質進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

　　本項技術雖然在工作原理上雖然更優于傳統的太陽能熱水器，但需要比傳統太陽能熱水器更復雜的結構和設計。成本自然要高一些。

　　本文沒有談到的一個技術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小孔里。由于這只是傳統的技術問題，于新技術在原理上是無關的，這里不再探討。

　　八、新型太陽能熱水器熱水工程系統簡介

　　最新這款含有4項實用新型專利技術的太陽能熱水器，是筆者幾年來的心血成果，經實踐驗證，它具獨有的優勢和無法比擬的特點。 通過巧妙的設計該系統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中關鍵部件--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菌及成本難以和性能統一等諸多困惑太陽能熱水器發展瓶頸。歡迎太陽能熱水器廠家聯系探討，真心希望這一最新科技成果能夠盡快服務社會造福人民。

　　<一>、新型太陽能熱水器熱水工程系統——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。現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。帶來的結果是安裝簡單，成本降低，房頂的負重也變輕了。

　　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行置換，從而達到對水加熱的目的。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行清洗，這是一件專業活，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，晚上對外散發儲水桶里面熱。這種方式讓辛辛苦苦收集來的熱水如果當天不用，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重壓力。

　　<二>、新型太陽能熱水器熱水工程系統——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嵌入鋁板做為傳遞外部熱量的加熱器來加熱內儲水。它用彩鋼做外套，包有一層泡沫做保護，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——真空集熱器

　　和其它真空集熱器的雙層結構不同，它僅是單管，外形呈長扁矩形，內裝經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。它的傳熱效率根據實際測試數據證明，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——長壽命的水位水溫探測器

　　太陽能熱水器發展至今，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生產廠家，已經投入6千多萬元，3年時間里生產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，希望發現一款更加高科技、高價位的傳感探頭，神奇的就能改變這一切。他們甚至開發出了計算機遠程操控系統，利用計算機的強大計算控制功能，來實現熱水器的遠程調溫、調水、定時等等多種復雜功能，但是這種控制能進入家庭嗎?它的實用價值何在?正確的做法是：仔細分析控制器失效的原因和機理，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。

　　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、性能穩定、檢測電路簡單。而水位檢測從檢測方法原理上可分為機械式、電極式、壓力式和感應式等。

　　①、電極式

　　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械式和電極式。由于水溫水位探測器工作環境十分惡劣，而且是放置在水箱內，早晚劇烈變化的溫差容易在其表面結水垢，導致機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。

　　③、感應式

　　感應式探測器，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水垢的問題。但由于其檢測電路過于復雜，市場上至今還沒有成熟的產品出現。

　　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：

　　①、水溫水位的檢測易受水質、水垢等的干擾影響，采集的數據不精確，肯定就影響到控制器的控制精度，進而影響了太陽能熱水器聲譽，造成市場對太陽能熱水器的認可度降低，人們對太陽能熱水器有了使用難的偏見。

　　②、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到100℃左右，這就給探測器傳感頭帶來了耐高溫問題.

　　③、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致傳感器失效。

　　④、由于我國水質不一，很多地區的水質較差，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值不準確。

　　⑤、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的地方太多等等。

　　3、探測器失效現狀分析

　　①、儲水桶及其絕緣防護體有可能在短時間內漏水，易導致內部電路短路、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，電腐蝕嚴重;

　　③、水箱內的高低溫度轉換會使硅膠體，熱縮管產生熱脹冷縮現象，容易造成傳感頭變形，彎曲或開裂;

　　④、在水沸騰時接口處在高壓氣流作用下振動頻率極高，易造成硅膠體和導電橡膠體粘合連結部位的損傷或開裂;

　　⑤、或者由于加熱棒漏電造成傳感頭損壞造成故障;

　　⑥、雷擊使探測器的傳感頭電路失效;

　　4、探測器前景

　　現在很多廠家已經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系，與儲水桶內的濕度沒有關系，只與水位水溫有關，實質上是利用的浮筒工作原理，但是它能夠長期可靠運行，確保采集到的數據真實完整，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，當水位下降時移動端靠自己的重力下垂，當水位上升時移動端靠浮子上升。

　　這點和其它所有機械式探測器的工作原理一樣。不同的是關節部位，我們的關節永遠不會被水垢堵塞，或者說如果生長了水垢，關節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個水位開關量供單片機處理。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——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菌的培養皿。確實，自然水放進去以后，儲水桶里面是慢慢在加溫，這種狀況非常適合細菌的生長繁殖。新開發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菌，保證用戶的身體建康。控制器還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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