[實用新型]一種用于太陽能熱水器的防水垢裝置

有效

• 申請號: 201220411985.3
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN202792643U
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 孟慶波;黃小銘;吳會覺;李冬梅;羅艷紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: F24J2/46
• 分類號: F24J2/46
• 代理公司: 北京智匯東方知識產權代理事務所(普通合伙) 11391
• 代理人: 范曉斌;張群峰

技術領域

本實用新型涉及太陽能熱水器的防水垢裝置，屬于太陽能熱水器技術領域。

背景技術

人類對太陽能的利用歷史與整個人類的歷史一樣悠久。太陽能可以被轉化為熱能、電能、化學能等。對太陽能轉化為熱利用最成功的一個例子就是太陽能熱水器。太陽能熱水器因其優異的加熱水的特性在中國以及全世界都得到了廣泛的普及應用。一般來說，太陽能熱水器包括支架、水箱、集熱管等主要部分。隨著太陽能熱水器的長時間廣泛應用，人們自然發現了一個主要問題，就是太陽能熱水器內部（包括集熱管、水箱、通水管道等）在長時間使用后容易產生水垢，并沉積在熱水器內部或漂浮在熱水中。沉積在熱水器內部的水垢會影響熱管內水的相互流動、溫度的傳導，并減少集熱管的儲水量、影響集熱管的采光效率，導致熱水器效率逐漸變低甚至降低熱水器的使用壽命。所以，熱水器內部需要專業人員對其進行定期清洗，但這卻為用戶帶來不少麻煩，同時也增加了熱水器生產商的成本。為了解決水垢的問題，人們曾經設計出許多不同的技術方案。但這些方案真正被熱水器生產商采用的卻是寥寥無幾，核心原因歸納起來主要包括以下幾個方面：因去水垢而對熱水器本身的設計進行了大改變，對熱水器廠家而言毫無吸引力；因過于復雜不適用于真實的情況，不僅工藝復雜而且成本高昂；因除水垢效果十分微弱；因對熱水器或使用者存在潛在危害，比如用于除垢而放入熱水器的化學液體，會對人體皮膚造成潛在危害。而對于那些被實施的除水垢方案往往也只在一些特殊或高端的產品中使用，而且除水垢效果也難言明顯，從而難以普及。所以目前國內的大廠商面對熱水器內部水結垢問題時，大多數還是采取人工上門清洗的方法，此方法雖然笨拙，但卻還是性價比相對較高的一種方案。

其實，熱水器內部結水垢的問題并不是不可解決的。對于水垢的形成我們其實是很清楚的，這里可以先來分析水垢的成因。由于絕大部分熱水器中使用的是自來水或井水。以自來水為例，當自來水中含有較多的鈣（Ca）、鎂（Mg）鹽類時，在對自來水加熱的過程中，Ca（HCO₃）₂、Mg（HCO₃）₂等會逐漸受熱分解為CaCO₃、MgCO₃等沉淀，當溫度超過70℃之后，這種分解過程會明顯增加，在靜止的水中產生的這些沉淀容易沉積在熱水器內壁，這就是水垢。由于熱水器的原始設計思想是希望在冬天、連續陰雨天等日照不充分的情況下，盡可能滿足用戶對熱水的需求。進而導致新的問題：在日照充分的情況下，一定有過多的熱量聚集，使集熱器、水箱等長時間處于高溫狀態。這為水垢產生的產生提供了充分的條件。

從水垢的成因中我們可以清楚地看到促成水垢形成的要素分別是：（1）水中含有大量Ca²⁺，Mg²⁺，HCO₃^-等離子；（2）高溫；（3）水靜止。對于絕大部分熱水器來說，難以直接控制（1）水中的離子含量。但是卻可以控制（2）高溫和（3）水靜止這兩個因素。特別是在要素（1）具備的時候高溫是形成水垢的最核心的因素，高溫條件下水靜止是輔助的促進因素。

其實人們也都已經認識到高溫對水垢的影響，所以也有技術方案試圖去解決。中國專利CN?202195618?U公開了一種包含一系列溫度控制與散熱的機械電力裝置來控制熱水器中的水溫以防止結垢。但這個技術方案由于過多地采用機械電力控制裝置從而導致成本大量上升，甚至還較大地改變了太陽熱水器的內部結構，難以被生產廠家接受。另外，中國專利CN201314712Y和中國專利CN?202254443?U分別公開了一種在太陽能熱水器的光照面增加溫度傳感電控制的伸縮遮陽簾或布來控制水溫。這種技術方案同時得考慮強風、雨水腐蝕等其他因素，并且也過多地采用機械控制裝置，而且還有額外電力需求，這些都導致成本大量上升，也不適應太陽能熱水器生產商的需求。

其次，對于水靜止也會促進結垢的問題，人們也曾經提出過一些技術方案。中國專利CN?201083448?Y和中國專利CN?201407827Y分別公開了一種通過改變太陽能熱水器的集熱管為貫通圓筒形管且進水口在下端圓管的方式，加大了集熱管內水的流動性來達到除水垢的目的。但這種方案對現有的集熱管和熱水器整體都進行了較大的改變，增大了成本且改變了生產工藝，也沒有為熱水器生產商所接受。