一种雨水和太阳能联用装置

本发明涉及太阳能利用，具体涉及一种雨水和太阳能联用装置。

背景技术：

1、根据世界气象组织发布的最新报告，在1798至2018年的，地球的地下水水面以每年1cm的速度下降，且下降速度一直保持稳定，全球水安全出现重大危机。淡水资源作为制约经济增长的重要因素之一，然而我国是一个水资源严重匮乏的国家，人均水资源量居于世界第110位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。雨水回收再利用是解决淡水资源紧张的有力手段，但现有雨水回收再利用技术中大多以区域或城镇为单位利用屋面、公路等不透水下垫面为集水面，在处理上大多是简单静止处理后做灌溉、喷洒使用，并没有产品实现雨水回收处理加热提供生活热水的应用。

2、同时，在一些西北内陆山地农村以及沿海岛礁地区等地方，较为分散的建筑布局、较低的居住密度、较弱地家庭收入使得这些地区的基础能源设施建设薄弱，居民获取生活热水的方式困难且成本较高，然而这些地区的太阳能资源往往较为丰富，安装的太阳能集热器的建筑本体限制因素较少，故常常会以家庭为单位，安装太阳能热水器来供给生活热水，但是淡水资源仍是限制太阳能热水器长时间使用的难题之一。

3、申请人同时考虑到在内陆山地以及沿海岛礁等地区，其气候变化颇为频繁，阵雨天气较多，在夏季尤为突出，经常会出现“上一刻下雨，下一刻太阳艳阳天”的反常天气。

4、综上所述，申请人考虑到如果能够收集雨水并利用太阳能加热后为家庭供应生活热水，则可以更好地利用清洁能源，节水节电，为农村家庭更好地节省开支成本、提高生活水平。但现有的太阳能热水器，不具备雨水收集的可能性；故如何设计一种能够更好地利用雨水和太阳能的方案，使其实施成本低廉，适用范围广泛，能源利用效率高，能够更好地为农村家庭节省开支成本，成为本领域技术人员有待考虑解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种可以利用雨水和太阳能为家庭供应热水，为农村家庭节省开支成本的联合利用雨水和太阳能的户式生活热水供给方法，以及一种雨水和太阳能联用装置。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种联合利用雨水和太阳能的户式生活热水供给方法，其特征在于，采用截面呈弧形的太阳反射镜在降雨时收集雨水并储存，在太阳照射时采用所述太阳反射镜汇聚阳光并将太阳能转化为动能，将储存的雨水压入太阳反射镜的内腔中加热为热水供给家庭利用。

4、这样，本方法可以很好地利用雨水和太阳能资源为家庭生活热水供给提供新的可行方式，同时过程中巧妙利用太阳反射镜既作为收集雨水之用又作为反射太阳光之用还作为雨水加热之用，故极大地节省了实施成本，能够更好地为农村家庭利用提供可能性。

5、进一步地，利用反射汇聚的太阳光加热液态的相变材料使其气化并产生气压将储存的雨水压入到太阳反射镜的内腔加热。

6、这样，利用反射汇聚的太阳光加热液态相变材料使其气化，并将气体膨胀引起的压力传递至膨胀气囊，提供将储存的雨水压入到太阳反射镜的内腔中进行加热的驱动力，无需经过电能的转换利用，太阳能利用效率更高，实施成本更加低廉，同时相变材料能够根据温度情况在气态和液体之间自然转换，使其在没有太阳照射时能够自然复位并停止工作。

7、进一步地，本方法依靠一种雨水和太阳能联用装置实现，所述雨水和太阳能联用装置，包括一个开口向上设置的截面呈弧形的太阳反射镜，太阳反射镜内表面设置有反射材料并形成为反射面，太阳反射镜内腔下端设置有进水口并向下连通设置有进水管，太阳反射镜下方还固定设置有雨水收集容器，雨水收集容器内还从上到下分层并连通设置有过滤腔和压水腔，过滤腔内设置有过滤材料，进水管下端连通到过滤腔上方，太阳反射镜中部还竖向设置有一个通气管，通气管内设置有气液相变材料，通气管上部具有一个位于太阳反射镜聚集位置上的承热部，通气管下端和设置在压水腔内的气囊连通固定，过滤腔到压水腔之间的过水通道上还设置有向下的单向阀，所述太阳反射镜内还中空设置有水夹层，水夹层和压水腔之间还连通设置有压水管，水夹层下端连接设置有出水管。

8、这样，上述装置可以方便安装在屋顶使用，使用时利用太阳反射镜在降雨时收集雨水，雨水经过过滤腔过滤后进入到压水腔中，然后在太阳直晒时，太阳反射镜反射部分阳光到通气管的承热部上，使其温度升高，使得通气管内的气液相变材料气化，带动气囊膨胀鼓起，由于过滤腔到压水腔之间的过水通道上还设置有向下的单向阀，故压水腔内气囊逐渐鼓起后能够将压水腔中的雨水向上压入到太阳反射镜内的水夹层中，使得雨水在此处位置被太阳光照射加热，为居民住户提供实现热水供应。其中太阳反射镜反射阳光和吸收阳光的比例可以根据需要在设计时依靠调节反射材料的反射率大小进行对应的匹配，以保证本装置工作顺畅。故本装置可以很好地利用雨水和太阳能为家庭供应热水，同时还具有结构简单巧妙，节省占地面积，能够无需经过电能转换而直接利用太阳能热水，太阳能转化利用率高等优点。特别适合在阵雨多发的地区农村家庭使用，达到节水、节能和省电的效果。具体使用安装时，太阳反射镜还可以进一步外接屋檐雨水排出口或其他雨水收集装置，方便更好的收集雨水。

9、进一步地，过滤腔和压水腔之间还设置有一个冷水蓄水腔，冷水蓄水腔和压水腔之间的水平隔板上设置所述向下的单向阀。

10、这样，可以靠冷水蓄水腔完成对过滤后雨水的储蓄并在太阳直射且气囊工作时为压水腔供水。

11、进一步地，雨水收集容器中还设置有一个热水蓄水腔，所述出水管下端和热水蓄水腔连通设置，热水储水腔向外连接家用热水管，所述水夹层下端和出水管连接处设置有第一自动温控开关。

12、这样，当水夹层内水被太阳照射加热至额定温度（例如40℃）时第一自动温控开关打开，被加热后的热水从出水管进入到热水蓄水腔中存储。水夹层内热水被放走后，气囊继续膨胀将压水腔中冷水压入到水夹层内加热，以此重复直到太阳落下。热水蓄水腔中存储的热水供家庭在晚上使用，热水使用完毕后，热水储水腔为空置状态，并等待第二天再次储蓄热水。实施时，第一自动温控开关优选采用记忆合金控制阀门的自动温控开关（具体为现有产品，只需安装使用），这样无需耗电即可实现温度控制，达到整体装置无需供电的效果。

13、进一步地，热水蓄水腔内壁设置有保温材料层。这样可以更加方便保温。

14、进一步地，热水蓄水腔位于过滤腔的上端。这样可以依靠过滤材料层更好地将热水蓄水腔和冷水蓄水腔隔开。热水蓄水腔蓄热水时，过滤材料层内含有的大量空气能够更好地起到隔热保温效果。

15、进一步地，热水蓄水腔下端还连通设置有泄水管，泄水管上端安装有第二自动温控开关，泄水管下端连通到冷水蓄水腔。

16、这样，当热水蓄水腔内热水未及时使用，导致温度降低后（例如低于22℃），第二自动温控开关打开，使得冷却后的水能够下排到冷水蓄水腔以循环使用，避免浪费。同时能够保证热水蓄水腔未有热水时为空置状态，方便下次太阳照射时能够进入热水。热水蓄水腔进入热水后温度升高，第二自动温控开关自动调节为关闭状态也更好地实现热水蓄水。实施时第二自动温控开关优选采用记忆合金控制阀门的自动温控开关，这样无需额外供电。

17、进一步地，通气管上端具有一个直径变大段并构成所述承热部。

18、这样可以增大承热面积，更好地方便其内的液态相变材料气化。

19、进一步地，通气管内壁和气囊内壁均设置有吸水材料层。

20、这样，装置未工作，通气管上端承热部未受热时，液态的相变材料被吸附在吸水材料中，在承热部内液态的相变材料受热气化后，方便通过吸水材料将下方的液体相变材料往上吸入到承热部位置继续吸热气化，保持气囊的持续受热膨胀。

21、进一步地，气囊采用非弹性材料制得，气囊完全充气后体积和压水腔体积一致。

22、这样，保证白天太阳直射时相变材料受热气化的持续效果和气囊膨胀的持续效果是严格对应的，即气囊会跟随内部压力的增大而对应地涨大，避免采用弹性气囊会出现气囊增大后承压力反而减小的后果，更好地保证装置工作的持续稳定性。到晚上气温下降，相变材料降温液化，气囊缩小，冷水蓄水腔中冷水通过单向阀进入到压水腔内供明天被挤出加热。

23、进一步地，水夹层和压水腔之间的压水管上设置有向上的单向阀。

24、这样使得晚上气囊缩小后，水夹层内的水能够停留在其内供第二天太阳直晒时可直接加热，提高装置效率。

25、进一步地，水夹层底部中间位置设置有向上的分隔板，分隔板向上延伸至水夹层中间位置，分隔板将水夹层下半部分隔为内水夹层和外水夹层，所述压水管上端连通到外水夹层下端，所述出水管上端设置在内水夹层下端。

26、这样，装置工作时，气囊膨胀将压水腔内的雨水从压水管向上压入到外水夹层中，外水夹层中水位逐步上涨并向上越过隔板后来到内水夹层，内水夹层能够更好地吸收太阳光照热量使得水温升高，内水夹层下端的第一自动温控开关感应到水温高于额定温度（例如40℃）时自动打开并将加热后的水向下放入到热水储水腔中；同时气囊继续膨胀，持续地完成对水夹层的注水、加热和防水的过程。故上述隔板的设置，使得水夹层中形成进水和出水的流动路径，更好地在该流动路径中完成对水的持续性加热和储存。可更好地提高对水的加热效果和效率。

27、进一步地，所述太阳反射镜内的反射面中上半部分反射面的反射材料的反射率大于吸收率，反射面下半部分反射面的反射材料的反射率小于吸收率。

28、这样，太阳反射镜上半部分的反射面更多地将太阳光反射到通气管上的承热部上，以使得通气管内相变材料能够持续气化，保证气囊持续膨胀为水夹层供水，反射面下半部分则能够更多地吸收太阳光热量，使得内水夹层中的水被快速加热并向下流动到热水储水腔中存储。故此改进的结构和水夹层中设置隔板的结构作用相互对应，能够更好地保证装置工作的顺畅性和可靠性。

29、进一步地，外水夹层的厚度大于内水夹层的厚度。

30、这样更好地保证反射面下半部分对内水夹层内雨水的加热效果。

31、进一步地，过滤腔上方还设置有弃流腔，在弃流腔的下部中间位置用溢流板隔离出一个中间的弃流空间以及位于弃流空间侧边的溢流空间，弃流空间上端和进水管相连通，弃流空间下端侧向设置有弃流管，弃流管入口处安装有浮球开关，当弃流空间内水面达到溢流板上端面之前浮球开关关闭，溢流空间下端和过滤腔上端连通设置。

32、这样，刚刚开始降雨时，雨水被收集后先进入到过滤腔中的弃流空间内，初期雨水能够从弃流管排出，降雨一段时间后弃流空间内雨水来不及弃流排出并逐渐上涨，上涨到一定水位后弃流管依靠浮球开关实现关闭，水位继续上涨并越过溢流板进入到溢流空间，再进入到过滤腔过滤。这样，使得装置能够弃流初期雨水，更好地延长过滤层的可工作时间。

33、进一步地，过滤腔中过滤材料上方水平相隔设置有布水板，布水板上分布开设有若干布水孔，布水孔孔径从靠近上方进水位置处到向外远离的方向逐渐增大设置。

34、这样，可以使得雨水经过布水板，更加均匀地分布到过滤材料上表面，更好地提高过滤效果，延长过滤材料的可工作时间。

35、进一步地，所述雨水收集容器包括最下端的呈椭圆柱形的底部容器，底部容器内中形成所述压水腔；还包括对称设置于底部容器上表面两侧的多个中部容器，中部容器为水平投影呈弓形的柱状体且弧边轮廓和底部容器边缘轮廓对应一致，中部容器内用于形成所述冷水储水腔、过滤腔和弃流腔以及热水储水腔；还包括位于中部容器上方的上部容器，上部容器呈直径等于或小于和底部容器的椭圆柱形，所述热水储水腔形成于上部容器内；上部容器、中部容器和底部容器之间可拆卸地安装连接，使得两侧的中部容器之间形成管道安装空间。

36、这样，所述进水管、通气管、压水管、泄水管、雨水弃流管道以及几部分容器之间实现相互连接的管道都可以安装设置到管道安装空间内。这样就使得冷水储水腔、过滤腔和弃流腔以及热水储水腔等几部分结构可以单独形成到可拆卸的中部容器中。这样装置工作一段时间后，可以很方便地将中部容器拆卸下并进行清理，实现对过滤腔过滤材料以及储水腔的清理恢复，以保证持久的过滤效果。

37、综上所述，本发明可以综合利用雨水和太阳能资源为家庭生活热水供给提供新的可行方式，更好地达到节能减排的效果，特别适合在淡水资源匮乏、光照资源较好的广大农村家庭中推广应用。