技术领域
[0001] 本
发明涉及太阳能光热利用领域，具体涉及一种新型太阳能热水器及使用方 法。
背景技术
[0002] 在全球
能源形势紧张、
气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天， 世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获 取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。 在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的， 其产业化
进程也较光伏
电池、太阳能发电等产业领先一步。但是目前市场还有 待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较 大的成长空间。
[0003] 目前，我国城乡居民对洗浴热水的需求增长迅猛。在农村地区和中小城市， 太阳能热水器已经成为提高人民
生活质量的重要手段。随着中高温太阳能热水 器的开发以及太阳能与建筑一体化技术的日益完善，太阳能热水器的应用领域 不再局限于提供热水，正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展，中国太 阳能热水器市场潜
力巨大。
[0004] 但现有的太阳能热水器一般都是采用集热器对加热介质水直接加热，并通 过设置热水器膨胀罐以在加热循环系统中实现缓
冲压力
波动和部分给水的作用， 而对于使用导热介质对加热介质水进行加热操作的太阳能热水器，并未设有对 应的装置，以同时实现稳定循环管道压力和减少循环热量流失的作用。
[0005] 鉴于上述
缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。
发明内容
[0006] 为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种新型太阳能 热水器，所述新型太阳能热水器包括集热器、调节装置、水箱和控制装置，所 述集热器与所述水箱通过所述调节装置连接，所述调节装置调节所述集热器与 所述水箱的内部压强；所述控制装置包括
压缩机，所述压缩机实现所述新型太 阳能热水器的加热循环，所述调节装置包括承压腔、泄压腔、过渡腔，所述承 压腔与所述集热器、所述水箱连通，所述泄压腔与所述过渡腔连通。
[0007] 较佳的，所述集热器包括集
热管道，所述集热管道两端分别设置集热出液 口和集热进液口，所述水箱包括换热管道，所述换热管道两端分别设置包括换 热出液口和换热进液口，所述换热进液口和所述集热出液口通过所述调节装置 连接，所述换热出液口和所述集热进液口通过所述调节装置连接，形成充满导 热介质的热循环系统。
[0008] 较佳的，所述调节装置还包括连接板、隔板和活动塞体，所述隔板固定在 所述连接板上，所述活动塞体设置在所述隔板内，所述隔板、所述活动塞体和 所述连接板形成密封的所述承压腔。
[0009] 较佳的，所述调节装置还包括泄压活动
块，所述泄压活动块设置在所述隔 板内，所述泄压活动块、所述隔板和所述活动塞体形成所述泄压腔；所述泄压 活动块包括活动板和弹性隔膜，所述活动板通过所述弹性隔膜与所述隔板内表 面密封连接，所述隔板在所述泄压腔
位置处设置泄压孔，所述泄压腔通过所述 泄压孔与所述过渡腔连通。
[0010] 较佳的，所述隔板端口位置设置罩板，所述罩板与所述活动板固定连接， 所述罩板在所述泄压孔对应位置处设置密封环，所述密封环内表面与所述隔板 外表面的形状尺寸配合设置，所述密封环宽度尺寸大于所述泄压孔直径尺寸。
[0011] 较佳的，所述密封环的标准宽度尺寸为
[0012]
[0013] 其中，F为所述弹性隔膜提供的最大回弹力；b为非工作状态下所述泄压活 动块和所述活动塞体之间的距离；A为所述活动板的横截面积；P为标准
大气压； α为所述导热介质的
体积膨胀系数；T1为非工作状态下所述导热介质的
温度；T2为工作状态下所述导热介质的温度；V为非工作状态下所述导热介质的体积；B 为所述活动塞体的横截面积；d为所述泄压孔的直径。
[0014] 较佳的，所述调节装置2包括膨胀装置、
调节管和调节
阀；所述调节阀通 过所述调节管与所述膨胀器连接，所述膨胀器分别设置在所述换热进液口与所 述集热出液口、所述换热出液口与所述集热进液口的连接位置处。
[0015] 较佳的，一种所述的新型太阳能热水器的使用方法，包括步骤,
[0016] S1，打开所述新型太阳能热水器，所述新型太阳能热水器进入工作状态， 所述集热器对所述导热介质进行加热，所述控制装置控制所述导热介质流动， 所述调节装置调节所述新型太阳能热水器的内部压力；
[0017] S2，关闭所述新型太阳能热水器，所述新型太阳能热水器进入非工作状态， 所述导热介质发生冷却，所述调节装置调节所述新型太阳能热水器的内部压力。
[0018] 较佳的，步骤S1具体为，打开所述新型太阳能热水器，在所述集热管道中 的所述导热介质由于太阳能作用吸热致使温度升高，所述压缩机提供压力致使 所述集热管道的所述导热介质流至所述换热管道，完成所述新型太阳能热水器 的加热操作；由于在压缩机的压力作用以及所述集热管道的热胀作用，致使在 所述换热进液口与所述集热出液口连接处的输入压力迅速增加，通过所述调节 装置的调节，避免所述输入压力出现较高的峰值，稳定所述输入压力；由于在 所述换热管道内所述导热介质热量的散失，所述导热介质体积减小，所述换热 出液口与所述集热进液口连接位置处的输出压力为
负压，通过所述调节装置的 调节迅速调节所述负压，保证所述输出压力的稳定。
[0019] 较佳的，步骤S2具体为，当关闭所述新型太阳能热水器时，所述热循环系 统内所述导热介质发生冷却，所述导热介质整体温度发生下降，导致所述热循 环系统内部压力降低，所述活动塞体进行回缩轴向移动，当所述热循环系统内 部所述导热介质体积缩小到一定状态时，所述泄压活动块的移动距离致使所述 密封环对所述泄压孔的密封状态解除，所述过渡腔的空气迅速从所述泄压孔进 行所述泄压腔，所述泄压腔内压强迅速提升；由于此时所述泄压腔内压强大于 所述承压腔内压强，所述活动塞体继续轴向移动，所述承压腔内压强继续降低， 所述泄压活动块在所述弹性隔膜的回弹力作用下回移，所述密封环对所述泄压 孔再次密封，所述泄压腔和所述承压腔回归平衡状态，实现对所述所述热循环 系统内部压力的
增压操作。
[0020] 与
现有技术比较本发明的有益效果在于：1，通过所述调节装置实现对所述 热循环系统内部压力不同状况下的调节；2，通过分别设置所述调节装置在各所 述连接位置进行压力调节，使所述连接位置压力处于稳定状态；3，通过对所述 密封环标准宽度尺寸的设定，使所述调节装置实现泄压和增压两种操作，增加 所述调节装置的压力调节范围，提高所述新型太阳能热水器的实用性能；4，通 过所述调节管将所述膨胀装置连接一体，实现两个所述膨胀装置正负压中和， 保证所述热循环系统内部压力的快速调节。
附图说明
[0021] 图1是本发明太阳能热水器的结构视图；
[0022] 图2是本发明太阳能热水器
实施例一的局部连接结构视图；
[0023] 图3是本发明太阳能热水器所述第一膨胀器的结构视图；
[0024] 图4是本发明太阳能热水器实施例一的局部连接结构视图；
[0025] 图5是本发明太阳能热水器所述调节装置的结构视图。
[0026] 图中数字表示：
[0027] 1-集热器；2-调节装置；3-水箱；4-控制装置；11-热出液口；12-集热进液口； 21-第一膨胀器；22-第二膨胀器；23-承压腔；24-泄压腔；25-过渡腔；26-连 接板；27-膨胀装置；28-调节管；29-调节阀；31-换热管道；32-换热出液口； 33-换热进液口；34-水箱
外壳；35-内胆；36-保温层；41-压缩机；42-
传感器； 231-隔板；232-活动塞体；241-活动板；242-弹性隔膜；243-泄压孔；244-罩 板；245-密封环；251-外壳；252-通气孔；271-
底板；272-承
压板；273-导向 轴；274-外壳；291-
固定板；292-内
围板；293-外罩板；294-调节孔；295-气 流孔；296-堵板。
具体实施方式
[0028] 以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
[0029] 实施例一
[0030] 如图1所示，本发明太阳能热水器包括集热器1、调节装置2、水箱3和控 制装置4，所述集热器1与所述水箱3连接，并形成热循环系统，所述热循环 系统内充满导热介质；所述控制装置4包括控制组件、压缩机41和传感器42， 所述压缩机41用于保证所述导热介质在所述热循环系统内循环流动，所述传感 器42分别设置在所述集热器1和所述水箱3上。
[0031] 所述集热器1包括集热管道，所述集热管道两端分别设置集热出液口11和 集热进液口12；所述水箱3包括换热管道31，所述换热管道31两端分别设置 包括换热出液口32和换热进液口33；所述水箱3还包括水箱外壳34，设置在 所述水箱外壳34内的内胆35，填充在所述水箱外34壳和所述内胆35之间的保 温层36，所述换热管道31设置在所述内胆35内。
[0032] 所述调节装置2包括第一膨胀器21和第二膨胀器22，所述换热进液口33和 所述集热出液口11通过所述第一膨胀器21连接，所述换热出液口32和所述集 热进液口12通过所述第二膨胀器22连接。所述第一膨胀器21和所述第二膨胀 器22均包括承压腔23、泄压腔24、过渡腔25和连接板26，所述连接板26设 置接管，所述集热器1和所述水箱3通过所述接管与所述承压腔23连通。
[0033] 通过设置在所述连接板26上的隔板231和设置在所述隔板231内的活动塞 体232形成密封的所述承压腔23，所述隔板231为环形结构，所述活动塞体232 与所述隔板231密封连接，所述活动塞体232可在所述隔板231内部自由滑动； 所述连接板26中心位置处固定连接一导向杆，所述导向杆设置在所述承压腔23 内，所述活动塞体232设置导向孔，所述导向孔为非贯通孔，所述导向杆与所 述导向孔配合连接，保证所述活动塞体232在所述隔板231内部移动稳定，避 免所述导热介质对所述活动塞体232施加压力不均导致的不良影响。
[0034] 通过设置在所述隔板231内的泄压活动块、所述隔板231和所述活动塞体232 形成所述泄压腔24，所述泄压活动块包括活动板241和弹性隔膜242，所述活 动板241通过所述弹性隔膜242与所述隔板231内表面固定密封连接，所述隔 板231在所述泄压腔24位置处设置泄压孔243，所述泄压腔24通过所述泄压孔 243与所述过渡腔25连通；所述活动塞体232在所述泄压腔24内的端面设置为 圆锥
台面或圆锥面，保证所述活动塞体232移动至一
定位置时，所述活动塞体 232与所述泄压活动块
接触连接。
[0035] 所述隔板231端口位置设置罩板244，所述罩板244与所述活动板241固定 连接，所述罩板244在所述泄压孔243对应位置处设置密封环245，所述密封环 245内表面与所述隔板231外表面的形状尺寸配合设置以实现所述罩板244与所 述隔板231的活动连接以及所述密封环245对所述泄压孔243的密封效果，所 述密封环245宽度尺寸大于所述泄压孔243直径尺寸，保证所述罩板244的有 效调
节距离。
[0036] 所述密封环245的标准宽度尺寸a为
[0037]
[0038] 其中，F为所述弹性隔膜提供的最大回弹力；b为非工作状态下所述泄压活 动块和所述活动塞体之间的距离；A为所述活动板的横截面积；P为标准大气压； α为所述导热介质的体积膨胀系数；T1为非工作状态下所述导热介质的温度；T2为工作状态下所述导热介质的温度；V为非工作状态下所述导热介质的体积；B 为所述活动塞体的横截面积；d为所述泄压孔的直径。
[0039] 所述标准宽度尺寸a为所述密封环245选取的最大宽度尺寸，当所述密封环 245将设计尺寸设置为所述标准宽度尺寸a时，所述密封环245宽度中心与所述 泄压孔圆心在同一平面上；当所述泄压腔处于
正压或负压状态时，所述泄压活 动块发生移动，所述弹性隔膜形变并提供回弹力；当所述泄压腔对所述泄压活 动块产生的压力等于所述最大回弹力时，所述密封环刚好解除对所述泄压孔的 密封作用，实现所述调节装置2的泄压和增压效果。
[0040] 通过设置在所述连接板26上的外壳251、所述罩板244和所述隔板231形成 所述过渡腔25，所述外壳251设置通气孔252，所述过渡腔25通过所述通气孔252与外界连接，所述过渡腔25通过所述泄压孔243与所述泄压腔24连接。
[0041] 当所述导热介质受所述集热器1和所述水箱3热交换的影响，所述导热介质 发生热胀冷缩，致使所述热循环系统内部所述导热介质的体积发生改变，为保 证所述太阳能热水器的使用安全，通过所述调节装置2实现所述热循环系统内 部的降压增压以保持较佳的内部压力，降低所述热循环系统构件的损坏。由所 述导热介质在所述集热管道中吸热升温，在所述换热管道中放热降温，且在所 述压缩机作用下沿同一方向循环流动，致使在所述换热进液口33与所述集热出 液口11、所述换热出液口32与所述集热进液口12连接位置处压强产生不同的 变化，通过设置所述第一膨胀器21和所述第二膨胀器22同时对所述连接位置 进行压力调节，使所述连接位置压力处于稳定。
[0042] 所述集热出液口11通过所述第一膨胀器21与所述换热进液口33连接，所 述集热进液口12通过所述第二膨胀器22与所述换热出液口32连接，所述集热 出液口11通过所述第一膨胀器21从所述水箱3一侧面伸入到所述保温层36内 与所述换热管道31一端连接，所述换热管道31另一端从所述水箱3另一侧面 伸出并通过所述第二膨胀器22与所述集热进液口12连接，使所述集热管道、 所述换热管道31和所述调节装置2形成所述热循环系统，实现所述太阳能热水 器的制热效果。
[0043] 所述水箱3设置与所述内胆35相连通的进水口和出水口，用于实现对所述 内胆35内加热介质(水)的更换使用；并在所述水箱3上设置与所述内胆35相 连通的排气口和用于检测所述内胆35内温度和压力的所述传感器42，保证所述 内胆35内水压稳定，实现所述内胆35内所述加热介质(水)的安全使用。
[0044] 所述加热介质(水)通过所述进水口进入所述内胆35内，所述导热介质在所 述换热管道31和所述集热管道内循环，通过所述热循环系统完成所述导热介质 和所述加热介质的热交换，这种设置使所述加热介质与所述导热介质相分离， 避免设置在所述集热器1上的所述集热管道内形成水垢，增加所述集热器1的 使用寿命，减少对所述集热管道的清理工作；同时在低温环境下使用时，还可 采用具有防冻功能的导热介质进行抗冻，避免低温状态下所述集热管道内因冻 结造成的管道损坏。
[0045] 所述太阳能热水器还包括电加热辅助装置，所述电加热辅助装置设置在所述 水箱3上，当外界环境无法保证所述集热器提供正常的加热效果时，所述电加 热辅助装置可直接对所述水箱3内所述加热介质进行加热，满足人们使用较佳 温度所述加热介质的需求。
[0046] 实施例二
[0047] 实施例二在实施例一的
基础上进一步改进，具体改进之处在于，所述调节装 置2包括膨胀装置27、调节管28和调节阀29；所述调节阀28通过所述调节管 27与所述膨胀装置27连接，所述膨胀装置27分别设置在所述换热进液口33与 所述集热出液口11、所述换热出液口32与所述集热进液口12的连接位置处。
[0048] 所述膨胀装置27包括底板271、承压板272、导向轴273和外壳274，所述 外壳274、所述导向轴273与所述底板271固定连接，所述承压板272中央设置 通孔，所述导向轴273通过所述通孔与所述承压板272活动连接，所述承压板 272与所述外壳274、所述导向轴273连接位置密封良好，所述外壳274、所述 承压板272和所述底板271形成所述承压腔23；所述底板271设置接管，所述 集热器1和所述水箱3通过所述接管与所述承压腔23连通。
[0049] 所述外壳274设置导气孔，所述调节管28的一端通过所述导气孔与所述膨 胀装置27连接，所述调节管28的另一端与所述调节阀29连接。
[0050] 所述调节阀29包括固定板291、内围板292、外罩板293，所述内围板292 和所述外罩板293固定在所述固定板291上，所述内围板292内设置调节块293， 所述调节块293包括活动板和弹性隔膜，所述活动板通过所述弹性隔膜与所述 内围板292内表面固定密封连接，所述调节块293、所述内围板292和所述固定 板291形成所述泄压腔24，所述外罩板293、所述内围板292和所述固定板291 形成所述过渡腔25。所述内围板292外表面设置调节孔294，所述泄压腔24通 过所述调节孔294与所述过渡腔25连接；所述外罩板293设置气流孔
295，所 述过渡腔25通过所述气流孔295与外界连接。
[0051] 所述内围板292端口位置设置堵板296，所述堵板296与所述活动板固定连 接，所述堵板296在所述调节孔294对应位置处设置密封环，所述密封环内表 面与所述隔板外表面的形状尺寸配合设置以实现所述堵板296与所述内围板292 的活动连接以及所述密封环对所述调节孔294的密封效果，所述密封环宽度尺 寸大于所述调节孔294直径尺寸，保证所述堵板296的有效调节距离。
[0052] 在压缩机的压力作用以及所述集热管道的热胀作用下，所述换热进液口与所 述集热出液口连接处产生正压；所述导热介质热量在所述换热管道内因热交换 从而散失，所述导热介质温度降低导致体积减小，在特定时间段内所述换热出 液口与所述集热进液口连接位置处产生负压；通过所述调节管28将所述膨胀装 置27连接一体，实现两连接处正负压中和，所述热循环系统内部压力得到迅速 调整。当正负压中和后所述热循环系统内部压力仍较大或较小时，由于所述承 压腔23和所述泄压腔24在所述承压板272作用下一直处于压强平衡状态，所 述调节阀29对所述泄压腔24的压强进行自主调节时，所述承压腔23的压强也 得到了调节，从而实现对所述热循环系统内部压力的调节，避免所述热循环系 统内部压力过高或过低，保证所述新型太阳能热水器的正常工作；通过所述承 压板272的设置，实现了热循环系统和压强调节系统的分离，避免热循环系统 内所述导热介质的泄露和所述压强调节系统对所述导热介质的污染。
[0053] 实施例三
[0054] 一种本发明所述新型太阳能热水器的使用方法，具体步骤包括，
[0055] S1，打开所述新型太阳能热水器，所述新型太阳能热水器进入工作状态， 所述集热器对所述导热介质进行加热，所述控制装置控制所述导热介质流动， 所述调节装置调节所述新型太阳能热水器的内部压力；
[0056] S2，关闭所述新型太阳能热水器，所述新型太阳能热水器进入非工作状态， 所述导热介质发生冷却，所述调节装置调节所述新型太阳能热水器的内部压力。
[0057] 步骤S1具体为，打开所述新型太阳能热水器，在所述集热管道中的所述导 热介质由于太阳能作用吸热致使温度升高，所述压缩机提供压力致使所述集热 管道的所述导热介质流至所述换热管道实现温度较高的所述导热介质在所述水 箱内与所述加热介质的热交换，完成所述新型太阳能热水器的加热操作；由于 在压缩机的压力作用以及所述集热管道的热胀作用，致使在所述换热进液口与 所述集热出液口连接处的输入压力迅速增加，通过所述第一膨胀器的调节，避 免所述输入压力出现较高的峰值，稳定所述输入压力；由于在所述换热管道内 所述导热介质热量的散失，所述导热介质体积减小，在特定时间段内所述换热 出液口与所述集热进液口连接位置处的输出压力为一定的负压，通过所述第二 膨胀器的调节可迅速调节所述负压，保证所述输出压力的稳定。
[0058] 所述调节装置具体调节过程为，当所述输入压力增加时，所述导热介质推 动所述活动塞体轴向运动，所述导向杆和所述导向孔的连接矫正所述活动塞体 因所受压力不均造成的端面倾斜，保证所述活动塞体进行稳定的轴向运动；在 所述活动塞体的
挤压作用下，所述泄压腔的内部压强相应改变，所述泄压活动 块的移动致使所述泄压腔体积保持基本不变以平衡所述泄压腔的内部压强，通 过扩大所述承压腔的空间体积以减少所述输入压力，降低所述输入压力的峰值； 当所述输入压力达到峰值并逐渐减弱时，所述泄压活动块在所述弹性隔膜的回 弹力作用下回移至初始位置，同时所述活动塞体也发生回移，保证所述热循环 系统内压力的稳定。
[0059] 由于所述集热器不断对所述导热介质加热，所述新型太阳能热水器在打开 直至工作稳定状态的过程中，所述热循环系统内的所述导热介质整体温度不断 上升达到一稳定的温度状态。所述稳定温度状态与外界环境有关，当外界温度 较高且光照充足时，所述稳定温度状态下所述导热介质的整体温度较高，一般 为150～180℃；当外界温度较低或光照不足时，所述稳定温度状态下所述导热介 质的整体温度较低，，一般为70～90℃；由于所述稳定温度状态随外界环境状态 变化而发生改变，当所述导热介质到达所述稳定温度状态或所述导热介质整体 温度升高的过程中，所述导热介质的热胀作用致使所述热循环系统内部压力整 体增加，所述活动塞体在不断增强的内部压力作用下不断移动，由于所述活动 塞体处于活动状态，所述承压腔和所述泄压腔处于平衡状态，所述承压腔内压 强等于所述泄压腔内压强，所述泄压腔内压强随所述热循环系统内部所述导热 介质体积的变化的改变而改变，所述泄压活动块同时向所述隔板外部发生移动； 当所述热循环系统内部压力达到承压特定值，即所述泄压腔内压强达到所述承 压特定值时，所述泄压活动块的移动距离致使所述密封环对所述泄压孔的密封 状态解除，所述泄压腔内空气迅速从所述泄压孔喷出，所述泄压腔内压强迅速 降低；由于此时所述承压腔内压强大于所述泄压腔内压强，所述活动塞体继续 轴向移动，所述承压腔内压强继续降低，致使所述热循环系统内部压力降低至 所述承压特定值，所述泄压活动块在所述弹性隔膜的回弹力作用下回移，所述 密封环对所述泄压孔再次密封，所述泄压腔和所述承压腔回归平衡状态，实现 对所述所述热循环系统内部压力的泄压操作；通过所述调节装置的
自动调节保 证所述所述热循环系统内部压力处于所述承压特定值以内，提高所述新型太阳 能热水器的安全性；所述承压特定值一般小于所述新型太阳能热水器管道的最 大抗压值。
[0060] 步骤S2具体为，当关闭所述新型太阳能热水器时，所述热循环系统内所述 导热介质发生冷却，所述导热介质整体温度发生下降，导致所述热循环系统内 部压力降低，所述活动塞体进行回缩轴向移动，当所述热循环系统内部所述导 热介质体积缩小到一定状态，即所述泄压腔内压强达到一定状态时，所述泄压 活动块的移动距离致使所述密封环对所述泄压孔的密封状态解除，所述过渡腔 的空气迅速从所述泄压孔进行所述泄压腔，所述泄压腔内压强迅速提升；由于 此时所述泄压腔内压强大于所述承压腔内压强，所述活动塞体继续轴向移动， 所述承压腔内压强继续降低，所述泄压活动块在所述弹性隔膜的回弹力作用下 回移，所述密封环对所述泄压孔再次密封，所述泄压腔和所述承压腔回归平衡 状态，实现对所述所述热循环系统内部压力的增压操作；通过所述调节装置的 自动调节保证所述所述热循环系统内部压力平稳，提高所述新型太阳能热水器 的安全性。
[0061] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限 制性的。本专业技术人员理解，在本发明
权利要求所限定的精神和范围内可对 其进行许多改变，
修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
