文湖南師大附中梅溪湖中學 張豫哲 長沙市周南中學 張一弛

太陽能熱水器利用太陽光將水加熱，節(jié)能環(huán)保，深受消費者的歡迎。

傳統(tǒng)的太陽能熱水器一般安裝在樓頂，通過管道（按安裝位置分為外管和內(nèi)管）與室內(nèi)的出水口相連，兩者相距較遠，使用時需先排放管道中儲藏的冷水。熱水在管道中流動時會因缺少保溫設施發(fā)生熱傳遞，造成水、時間以及能源的浪費，因此有必要進行改進。

一、研制思路

在太陽能熱水器的進水管處增加一個快速加熱裝置，用溫度傳感器對它進行控制。

當管內(nèi)的冷水流經(jīng)加熱裝置時，其內(nèi)部的控制裝置立即通電,將水加熱到預設溫度。當進水管中的冷水加熱并用完后，管內(nèi)全是從太陽能熱水器中流出的熱水，此時,控制裝置自動斷電，停止加熱。

二、研究過程

1.初次試制

開始設計之前，我們了解了太陽能熱水器的結構原理，經(jīng)過反復討論,確定了方案——在室內(nèi)的進水管處增加一個輔助加熱裝置。

我們買來開關、加熱棒、溫控開關、水管連接內(nèi)絲、外絲、不銹鋼材質(zhì)的有蓋容器、打孔電鉆等，按以下步驟制作。

①在有蓋容器的頂部和底部的對應位置各開一個孔徑相同的大孔，再在頂部大孔旁邊開一個小孔。

②將加熱棒置入容器內(nèi)，剪斷加熱棒引出其電源線，連接容器內(nèi)的溫控開關，再穿過小孔，連接外置電源線。

③在兩個大孔處分別安裝兩根水管的內(nèi)絲，上端的內(nèi)絲連接進水管,下端的內(nèi)絲連接出水管。

④在所有連接部位涂上絕緣的萬能膠進行密封，防止漏水、漏電。

⑤將整個裝置安裝在墻壁上，連接噴水龍頭。

我們插上電源進行試用，效果很好，只是出水溫度不太高。

結構圖

2.再次改進

發(fā)現(xiàn)初次試制裝置的不足后，我們又進行了如下改進。

①將溫控開關改為數(shù)碼控制，增加控制箱、觸摸控制屏等，通過溫度探頭對水溫進行傳感，便于自由設定水溫。

②將加熱棒改為絕緣性更好、發(fā)熱效率更高的加熱管。

③在容器內(nèi)加裝漏電保護器。

改進后的加熱裝置結構圖

改進后的加熱裝置由溫控器、溫度過載保護器、漏電保護器、加熱管、指示燈和線路板等組成。

接通電源時，電源指示燈亮，開始自動加熱，此時加熱指示燈亮。當水管中冷水用完，太陽能熱水器的熱水到達時，溫控器觸點斷開，加熱指示燈滅，加熱裝置處于斷電狀態(tài)。當水溫低于預設溫度時又開始加熱，如此循環(huán)可保證一直有適溫的熱水供應。

三、創(chuàng)新點

1.避免了傳統(tǒng)太陽能熱水器在使用時需先排放大量冷水的問題，節(jié)約了水資源。

2.采用室內(nèi)加熱，避免了傳統(tǒng)太陽能熱水器外管散熱過多的問題，減少了能源耗損。

3.使用大功率加熱器，提高了加熱效率。（指導老師:劉道豐）

原理圖