專利名稱：一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于利用太陽能熱水器中水動能的發(fā)電裝置，具體涉及一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有太陽能熱水器包括以下結(jié)構(gòu)(I)集熱器集熱元件。和電熱水器、燃氣暖水器不同的是，太陽能集熱器利用的是太陽的輻射暖量。市面上最常用的集熱器有兩種，分別是平板式集熱器和真空管式集熱器，同樣條件真空管的產(chǎn)能效率高于平板。(2)保溫水箱儲存暖水的容器。因為太陽能熱水器只能白天工作，而人們一般在晚上才使用熱水，所以必須通過保溫水箱把集熱器在白天產(chǎn)出的暖水儲存起來。(3)連接管道將熱水從集熱器輸送到保溫水箱、將冷水從保溫水箱輸送到集暖器的通道，使整套系統(tǒng)形成一個閉合的環(huán)路?，F(xiàn)有太陽能熱水器的原理為(I)水循環(huán)原理水自動流動，利用冷水比熱水密度大，冷水下沉，熱水上升，形成自然對流循環(huán)，使保溫水箱中的水逐漸變熱，達到設(shè)定的水溫為止。當太陽強度不足以滿足循環(huán)需要的時候，可以在水循環(huán)閉路加一水泵，實現(xiàn)強制循環(huán)。如果加熱后的熱水不及時應(yīng)用，則保溫水箱內(nèi)的冷熱水會溫度接近熱平衡，降低加熱效率。(2)集熱器吸熱原理太陽能熱水器的集熱器表面，有一特殊的涂層，此涂層對太陽能可見光范圍具有很大的吸收率，吸收為熱以后，集熱器的散熱熱輻射波長在長波范圍，該涂層對長波的發(fā)射率很低，這樣就有效的保留了太陽能的熱量。再通過這種熱量將冷水逐漸加熱為熱水?，F(xiàn)有基于太陽能熱水器的發(fā)電技術(shù)集中在利用半導體發(fā)電元件發(fā)電。即從太陽能熱水器的保溫水箱中引出熱水循環(huán)，使熱水循環(huán)在外部的冷、熱溫區(qū)間換熱，同時利用半導體溫差發(fā)電元件發(fā)電。例如，昆明理工大學張云偉、姜濤申請的太陽能熱水器溫差發(fā)電裝置專利，公開號為CN201422088?，F(xiàn)有基于太陽能熱水器的發(fā)電裝置存在以下缺點1.需要對現(xiàn)有太陽能熱水器進行結(jié)構(gòu)改造，影響集熱器與保溫水箱間的單向流循環(huán)；2.發(fā)電過程中存在能量損耗問題。
發(fā)明內(nèi)容[0019]本實用新型的目的在于提供一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，該發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)簡單，提高了熱水器的總效率，并將多余能量有效地轉(zhuǎn)化為電能。為達到上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案。包括冷水箱以及連接于冷水箱與太陽能熱水器的保溫水箱之間的循環(huán)管路，所述循環(huán)管路上設(shè)置有用于驅(qū)動發(fā)電機的水輪機。所述冷水箱設(shè)置于支架上。所述循環(huán)管路上設(shè)置有閥門。所述閥門為自力式溫控閥。所述循環(huán)管路包括將保溫水箱內(nèi)的水引入冷水箱的單向流流出管路以及將冷水箱內(nèi)的水引入保溫水箱的單向流回流管路，水輪機設(shè)置于單向流回流管路上。所述水輪機包括箱體以及設(shè)置于箱體內(nèi)的葉輪，箱體的一側(cè)連接有進口流道，另一側(cè)連接有出口流道，進口流道以及出口流道分別與循環(huán)管路相連，葉輪與設(shè)置于箱體內(nèi)的轉(zhuǎn)軸相連。所述進口流道以及出口流道分別與轉(zhuǎn)軸異面垂直。所述進口流道以及出口流道錯開設(shè)置。所述進口流道與循環(huán)管路間連接有速度噴管。本實用新型的有益效果體現(xiàn)在本實用新型所述基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置將循環(huán)管路、冷水箱與太陽能熱水器的保溫水箱構(gòu)成一個單向流循環(huán)，并通過循環(huán)管路上的水輪機將單向流的動能進行轉(zhuǎn)換以用于發(fā)電，該發(fā)電裝置采用外置結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，可以方便的安裝于太陽能熱水器上，不僅不會影響太陽能熱水器的保溫水箱與集熱器之間的單向流循環(huán)，而且可以充分利用太陽能熱水器對太陽能的采集、轉(zhuǎn)化功能，提高了太陽能熱水器的總效率；另外，本實用新型所述發(fā)電裝置利用對流傳熱實現(xiàn)發(fā)電功能，與現(xiàn)有輻射傳熱的發(fā)電裝置相比，能量損耗更低。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型所述水輪機的裝配圖；圖3是能量分配模式圖；圖中I冷水箱，2保溫水箱，3水輪機，4閥門，5單向流流出管路，6單向流回流管路，7箱體，8葉輪，9轉(zhuǎn)軸，10進口流道，11出口流道，12熱水，13冷水，14熱水器總功率，15電能。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。參見圖1，本實用新型包括冷水箱I以及連接于冷水箱I與太陽能熱水器的保溫水箱2之間的循環(huán)管路，所述循環(huán)管路上設(shè)置有用于驅(qū)動發(fā)電機的水輪機3，所述冷水箱I設(shè)置于支架上，所述循環(huán)管路上設(shè)置有閥門4，所述閥門4為自力式溫控閥，其利用液體受熱膨脹及液體不可壓縮的原理實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)，即被控介質(zhì)溫度變化時，傳感器內(nèi)的感溫液體體積隨著膨脹或收縮。被控介質(zhì)溫度高于設(shè)定值時，感溫液體膨脹，推動閥芯向下關(guān)閉閥門，減少熱媒的流量；被控介質(zhì)的溫度低于設(shè)定值時，感溫液體收縮，復位彈簧推動閥芯開啟，增加熱媒的流量；所述循環(huán)管路包括將保溫水箱2內(nèi)的水引入冷水箱I的單向流流出管路5以及將冷水箱I內(nèi)的水引入保溫水箱2的單向流回流管路6，水輪機3設(shè)置于單向流回流管路6上。參見圖2,所述水輪機3包括箱體7以及設(shè)置于箱體7內(nèi)的葉輪8,箱體7的一側(cè)連接有進口流道10，另一側(cè)連接有出口流道11，進口流道10以及出口流道11分別與循環(huán)管路相連，葉輪8與設(shè)置于箱體7內(nèi)的轉(zhuǎn)軸9相連，所述進口流道10以及出口流道11分別與轉(zhuǎn)軸9異面垂直，形成切向徑流結(jié)構(gòu)，使流經(jīng)水輪機內(nèi)的水流與轉(zhuǎn)軸垂直，所述進口流道10以及出口流道11錯開設(shè)置，使進口流道與出口流道不共線，防止水流在箱體內(nèi)形成渦流。所述進口流道10與循環(huán)管路間連接有速度噴管，使進入箱體的水流加速。本實用新型的工作模式包括a)當太陽能熱水器的保溫水箱水溫低于50°C時，循環(huán)管路上的閥門關(guān)閉，單純進行太陽能熱水器的水溫加熱，滿足熱水器供應(yīng)熱水的需要。b)當太陽能熱水器的保溫水箱水溫超過50°C時，循環(huán)管路上的閥門打開，此時保溫水箱水溫變化減慢，保溫水箱與冷水箱之間的熱水-冷水形成單向流，進行循環(huán)，推動水輪機的葉輪轉(zhuǎn)動，并帶動發(fā)電機產(chǎn)生電能。產(chǎn)生的電能可以供應(yīng)夜明燈、應(yīng)急燈等設(shè)備使用，也可以收集起來。本實用新型利用“熱水一冷水”產(chǎn)生的壓差流動循環(huán)，提高了熱水器總效率，將多余能量轉(zhuǎn)化為電能，同時增大了系統(tǒng)中熱水用水量，參見圖3。實施例A.組成構(gòu)件太陽能熱水器主機、水箱、水輪機總成、控制系統(tǒng)、控制閥門及管路。B.水輪機總成設(shè)計(簡要)第一步，首先確定了水輪機在太陽能循環(huán)中的位置為水箱下方，根據(jù)其與整個裝置的裝配關(guān)系，總體尺寸長< 120_、寬< 200_、高< 150_ ；第二步，設(shè)計傳動形式，具體為水流推動葉輪旋轉(zhuǎn)、葉輪通過鍵與軸相連，動力由軸通過聯(lián)軸器傳至發(fā)電機；第三步,進入細節(jié)設(shè)計,首先分配尺寸,確定軸與葉輪的徑向尺寸(軸為15mm,葉輪外徑為68mm)，然后根據(jù)軸選擇軸承為圓柱滾子軸承NH202E [GB / T283-94]，之后完成軸的軸向尺寸，添加軸環(huán)、襯套。第四步，設(shè)計葉輪，由于水流速度不快，采用切向進流的結(jié)構(gòu)；第五步，完成箱體設(shè)計，包括軸承載臺、進出口流道與內(nèi)腔設(shè)計；第六步，軸承蓋設(shè)計，由于考慮到聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩，采用突緣式軸承蓋，內(nèi)部密封采用毛租圈。第七步，結(jié)合鑄造、裝配工藝進一步優(yōu)化設(shè)計，完成3D建模與二維工程圖。C.水輪機安裝位置的選擇利用Fluent軟件分析管路速度，得到這樣一個結(jié)論上方管路的水流速度較高，然而其速度梯度過大且不穩(wěn)定，這樣不利于水輪機的安裝(安裝設(shè)備后要擴大截面積，無疑使本就不穩(wěn)定速度場更加不穩(wěn)定)；下方管路的水流更穩(wěn)定，且速度適中，因此水輪機安裝至此是比較理想的位置。D.發(fā)電量計算具體發(fā)電量的計算如下d=300mm=3dm
權(quán)利要求1.一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于包括冷水箱(I)以及連接于冷水箱(I)與太陽能熱水器的保溫水箱(2)之間的循環(huán)管路，所述循環(huán)管路上設(shè)置有用于驅(qū)動發(fā)電機的水輪機(3 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述冷水箱(I)設(shè)置于支架上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述循環(huán)管路上設(shè)置有閥門(4 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述閥門(4)為自力式溫控閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述循環(huán)管路包括將保溫水箱(2)內(nèi)的水引入冷水箱(I)的單向流流出管路(5)以及將冷水箱(I)內(nèi)的水引入保溫水箱(5)的單向流回流管路(6)，水輪機(3)設(shè)置于單向流回流管路(6)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述水輪機(3)包括箱體(7)以及設(shè)置于箱體(7)內(nèi)的葉輪(8)，箱體(7)的一側(cè)連接有進口流道(10 )，另一側(cè)連接有出口流道(11)，進口流道(10 )以及出口流道(11)分別與循環(huán)管路相連，葉輪(8 )與設(shè)置于箱體(7 )內(nèi)的轉(zhuǎn)軸(9 )相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述進口流道(10)以及出口流道(11)分別與轉(zhuǎn)軸(9)異面垂直。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述進口流道(10)以及出口流道(11)錯開設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，其特征在于所述進口流道(10)與循環(huán)管路間連接有速度噴管。
專利摘要本實用新型提供一種基于太陽能熱水器中水單向流的發(fā)電裝置，包括冷水箱以及連接于冷水箱與太陽能熱水器的保溫水箱之間的循環(huán)管路，所述循環(huán)管路上設(shè)置有水輪機，本實用新型將循環(huán)管路、冷水箱與太陽能熱水器的保溫水箱構(gòu)成一個單向流循環(huán)，并通過循環(huán)管路上的水輪機將單向流的動能進行轉(zhuǎn)換以用于發(fā)電，該發(fā)電裝置采用外置結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，可以方便的安裝于太陽能熱水器上；不僅不會影響太陽能熱水器的保溫水箱與集熱器之間的單向流循環(huán)，而且可以充分利用太陽能熱水器對太陽能的采集、轉(zhuǎn)化功能，提高了太陽能熱水器的總效率；另外，本實用新型所述發(fā)電裝置利用對流傳熱實現(xiàn)發(fā)電功能，與現(xiàn)有輻射傳熱的發(fā)電裝置相比，可以利用更多的能源。
文檔編號F03B13/00GK202900517SQ20122047969
公開日2013年4月24日 申請日期2012年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月19日
發(fā)明者孫楠林, 吉力 申請人:孫楠林, 吉力