非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置的製作方法
2023-05-16 18:05:46 1
專利名稱：非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於太陽能低溫熱利用領域,具體涉及的是太陽能循環工作運行和給水使 用運行的系統裝置。
背景技術：
目前,公知的太陽能熱水系統，多數採用整體非承壓運行的一次直接循環和給水系統。 在這類系統中，所有部件裝置均不承受自來水源的管網壓力，因此，其整個系統結構簡 單、成本低廉且集熱效率高。但當其系統沒有高位勢能時，其使用給水就沒有充足穩定 的壓力，這樣就會造成用戶使用品質的下降甚至無法使用。
現行直接解決問題的辦法 一種是局部施壓，既僅在給水管系上增設增壓水泵，使其 給水系統局部增加壓力，但其運行費用偏髙、給水壓力也不穩定。另一種則是整體承壓 運行，既在整套太陽能熱水系統中所有的部件裝置，均要承受自來水源的管網壓力，而 目前，普通的平板型集熱器和全玻璃真空管等這些太陽能普遍而通用的基礎裝置均不能 承壓，因此，此類系統不得不採用結構複雜，成本高昂的真空熱管、真空U形管或特製 的承壓型平板集熱器及其整套給配水系統裝置，這樣它們就喪失了太陽能的經濟性，偏 離了太陽能大眾普及的根本方向。
而間接解決問題的辦法是搞二次循環間接承壓，既將太陽能工作循環與使用給水的裝 置分別設置成相對獨立地兩組系統來運行，這樣它們就可以分別適應各自的壓力標準， 獨立而又關聯的工作，並且還能較好地解決諸如用水汙染、防寒抗凍、系統分體、建材 化等問題。所以，這類系統已在發達國家，特別是歐美等國應用的較為普遍，現在國內 也已開始引進。
但若仔細分析這類系統,就可以發現一些問題。首先因為它們採用的是二次循環結構， 當太陽能集熱器加熱工作介質後，其所得熱能不是直接儲存利用，而是通過其末端的換 熱盤管或換熱襯套，間接地將熱能傳換給給水使用系統，在這裡由於換熱效率的客觀影 響，會使得換熱工作難以徹底完成，這樣在工作介質中就會存在明顯的餘溫，而此餘溫 又被再次循環回太陽能集熱器中，就會造成集熱器的底溫不斷地聚集升髙，進而增加其 無效熱損，反而又影響到集熱器的集熱效率，如此惡性低效循環，將使整套系統的熱效 明顯降低。況且，二次循環結構的系統裝置也並非簡單低廉，特別是其給配水系統中的 承壓密封水箱，要求更高，但它不論採用何種合金、搪瓷或高分子材料來保護其內膽， 現都不易於承受其內熱水常年高溫、高壓的侵蝕與滲透環境，其壽命難以長久。另因其 是整體承壓密封的箱體，還根本無法進行內部維修，若遇穿孔只能整體報廢。而現隨著 容量需求地不斷提高，其生產難度與風險及其製造成本都仍將明顯增加。因此，此類系 統也不太適合發展中國家的國情，並且在我國數十年的太陽能實踐中，也確實未得到實 質性的推廣。
發明內容
本實用新型則不然，其目的是提供無上述缺陷卻具上述優點的太陽能低溫熱利用設 備，既非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置。
本實用新型的目的是通過下述構造或其結合的技術方案特徵來實現的:採用太陽能直
接一次循環的採熱系統，在其與大氣相通的非承壓儲熱箱中，自下而上並均勻的或由疏 到密的依照儲熱箱橫截面的形狀，布置適當長度和管容量的承壓給水取熱盤旋管。盤旋
管能由活節分段為管組，通過盤旋管導熱安置架或掛或支於箱中。管壁也能製造成帶褶 皺的波紋形或螺旋紋形。自來水管直接經過保險閥、活節與盤旋管的下部入口管連接， 上部出口與用水管或再與計量表、恆溫閥、即時性熱水器等輔助器件管連接。在儲熱箱 中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料。在以水或以水基為介質的循環系統中，設置介質液 位控制器。在需太陽能採暖的系統中，熱循環管出口與自動矢量分配閥或換向閥管連接， 並在儲熱箱至採暖盤管之間配置恆溫閥、循環泵、即時性熱水器等輔助保障器件。
由於採用了上述實用的構造和新的結合方案，使本實用新型具備了很多獨有優點特 徵首先因為它採用的是太陽能一次循環的直接採熱系統，其太陽能集熱器加熱工作介 質後，所得熱能是被直接儲存或利用的，沒有二次循環結構末端的換熱盤管或換熱襯套 的被動換熱過程與損失，能最大限度地收入與儲蓄太陽能。另因其所有的太陽能循環、 儲蓄系統中的部件裝置均不承受自來水源的管網壓力，因此，它可以自由匹配普通的平 板型集熱器、全玻璃真空管等這些在太陽能行業極其普遍而通用的基礎部件。系統能靈 活合理地選擇其是自然或是強制的循環工作方式，並能根據其是否需防寒抗凍來方便地 採用不同的防寒介質或抗凍裝置。在以水或以水基為介質的循環系統中，設置介質液位 控制器，能自動補償介質損失實現免維護。在儲熱箱中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料， 可減少液態工作介質的使用量及其消耗開支。本實用新型能根據建築載體的客觀限制條 件，來靈活掌握其太陽能集熱器和儲熱箱的各自形式與安裝工位及其二者的連接關係， 更能主動地溶入建築母體進而形成完整和諧的太陽能建築。本實用新型採用自下而上並 均勻的或由疏到密的依照儲熱箱橫截面的形狀，布置適當長度和管容量的承壓給水取熱 盤旋管組，符合儲熱箱中由冷到熱的取熱規律。管組能由活節分為數段並規律的通過盤 旋管導熱安置架或掛或支於箱中，利於安裝和維修。管壁根據需要也能製造成帶褶皺的 波紋形或蠊旋紋形狀，以增加管壁的取熱表面積和管內紊流，進而提高其取熱效率，配 合適當的長度和盤管容量來滿足取熱用水量的需求。盤旋管下部入口經過保險閥直接接 通自來水源，藉助自來水壓的動勢能，實現自動取熱自主運行，而免去水泵施壓及其運 行費用，且又能保證與自來水等壓給水的效果。取熱旋盤管的上部出口可直接接至用戶 的熱用水終端，或再接駁箱外恆溫閥實現恆溫定溫給水，通過燃氣或電能即時性熱水器 來輔助提升，以達到全天候、全時段按需補賞、即時保障的熱水品質。本實用新型將目 前整箱大口徑的膽殼承壓結構，縮改為相對小口徑的細管承壓結構，則其承壓強度，特 別是其抗拒和忍受自來水管網中的脈衝簾壓能力要明顯增強，而系統的耗材與成本卻會 顯著降低。再則由整體箱殼的積存供水，改為局部盤管的順管即時而依序的供水，積存 水量顯著減少並避免了冷熱水整箱的直接混合，這樣系統的熱啟動速度就更快，而熱惰 性更小，用戶熱水的品質就更保質更新鮮。本實用新型具有良好地擴展功能，可自我形 成或小型簡易地組合構成，或大型複雜地綜合匹配，以滿足或單戶或多戶的承壓給水。 在需要進行太陽能採暖的系統中，可在其熱循環管的迴路出口主動設置自動矢量分配閥， 這樣配合其溫控裝置就可以實現時事自動採暖與儲熱間的失量分配控制，若再配置恆溫 閥、循環泵、即熱器等輔助保障器件，採暖系統將更加完善和可靠。綜合上述分析，本 實用新型是吸收了太陽能一次循環系統的簡單高效、成本低廉的優點，又兼備了二次循 環的承壓給水、用水保潔、分體抗凍、建材化等特點，並整合、超越了二者，具備了完 善地綜合性能和良好地性價比。符合太陽能的經濟性與大眾普及的根本方向。適合發展 中國家的國情，利於發達國家的改進，更具有和諧發展、節能環保、高效低耗的中國特 色。
下面直接結合附圖和實施例來具體說明本實用新型的技術方案特徵。
圖1-1是本實用新型在平板集熱工程強制循環系統中的管系圖。
圖l-2、圖14、圖l-5是本實用新型臥式水箱與平板集熱器的自然循環管系圖。
圖1-3是本實用新型臥式水箱與平板集熱器的強制循環管系圖。
圖l-6是本實用新型立式水箱與平板集熱器的強制循環管系圖。
圖l-7、圖l-8、是本實用新型立式水箱與平板集熱器的自然循環管系圖。
圖2-1、圖2-5是本實用新型臥式水箱與全玻璃真空管集熱器的自然循環管系圖。
圖2-2是本實用新型在全玻璃真空管集熱工程強制循環系統中的管系圖。
圖2-3是本實用新型立式水箱與全玻璃真空管集熱器的自然循環管系圖。
圖24是本實用新型立式水箱與全玻璃真空管集熱器的強制循環管系圖。
圖3是本實用新型在平板集熱系統中綜合應用特徵的管系圖。
圖中1自來水管、2安全閥、3管制閥門、4太陽能循環泵、5冷循環管、6平板 型集熱器、7活節、8循環儲熱介質、9儲熱箱、10固體蓄熱材料、11承壓給水取熱盤 旋管、12熱循環管、13盤旋管導熱安置架、14箱蓋、15大氣衡壓器、16液位指示器、 17熱用水恆溫閥、18熱用水即時性熱水器、19噴頭、20熱用水管、21液位控制器、22 真空管集熱器、23儲熱溫度探頭、24熱介質分戶管、25電線、26介質回流管、27熱循 環分戶管、28採暖溫度探頭、29採暖盤管、30矢量分配閥、31單向止回閥、33集熱溫 度探頭、34單向進氣閥、35熱用水計量表、36熱用水分戶管、37採暖循環泵、38釆暖 恆溫閥、39採暖即時性熱水器。
具體實施方式
在圖3所示的實施例中電源和程控器32支持所有電信號控制。自來水經自來水管 1並受液位控制器21的額定液位控制進入儲熱箱9而成為循環儲熱介質8。固體蓄熱材 料10參與蓄熱、換熱而不參與循環流動。當平板型集熱器6接受太陽能，使集熱溫度探 頭33的溫度高於儲熱溫度探頭23或採暖溫度探頭28的預設溫差時，太陽能循環泵4啟 動將循環儲熱介質8從儲熱箱9中抽出，經冷循環管5到平板型集熱器6中接受太陽能， 由熱循環管12回程至矢量分配閥30,此時若需要進行太陽能採暖，電源和程控器32在 採暖溫度探頭28配合下控制矢量分配閥30，自動將回程的循環儲熱介質8的全部或部分 直接按需流入採暖盤管29進行採暖供熱，而後經介質回流管26流回至儲熱箱9下部完 成循環。在採暖過程中，當集熱溫度探頭33的溫度低於採暖溫度探頭28的預設溫差時， 採暖循環泵37啟動將循環儲熱介質8從儲熱箱9中供出，此時若循環儲熱介質8的溫度 過高，採暖恆溫閥38會及時自動勾兌由介質回流管26回流的冷介質進行調溫。若當循 環儲熱介質8的溫度經採暖即時性熱水器39檢測過低時，它將被其即時按霈補熱至預設 供熱溫度。若不需要進行太陽能採暖，矢量分配閥30會將全部回程的循環儲熱介質8直 接返回至儲熱箱9的上部進行蓄熱。當太陽能不足，使集熱溫度探頭33的溫度低於儲熱 溫度探頭23和採暖溫度探頭28的預設溫差時。太陽能循環泵4會停止工作，平板型集 熱器6中的循環儲熱介質8在其自重力的作用下，經冷循環管5回流到儲熱箱9中，回 流同時會使平板型集熱器6形成負壓並進而打開單向進氣閥34進入空氣，這樣平板型集 熱器6就被自動排空抗凍。當使用熱水時，整個承壓給水系統裝置都會處於一定的失壓 狀態，自來水藉助其自身水壓的動勢能經自來水管1 、安全閥2、活節7進入承壓給水 取熱盤旋管11的下部人口，並通過自下而上的承壓給水取熱盤旋管11在循環儲熱介質8 中逐步而充分地吸熱換熱後，直至自來水被加熱到儲熱箱9上部的循環儲熱介質8的鄰 近溫度時，才被推出承壓給水取熱盤旋管11的上部出口而成為熱用水，在這裡若熱用水 的溫度過高，熱用水恆溫閥17會及時自動勾兌未經加熱的冷自來水進行混合調溫，但 當熱用水的溫度經熱用水即時性熱水器18檢測過低時，它將被其即時按需補熱至預設的 用水溫度。系統通過電線25、熱介質分戶管24、熱循環分戶管27、熱用水分戶管36來 實現分戶使用和管理。
權利要求1.一種非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置，由集熱、儲熱和循環、給水、補熱、支撐等裝置構成，其特徵在於依照儲熱箱橫截面的形狀自下而上，並均勻的或由疏到密的布置適當長度和管容量的承壓給水取熱盤旋管，盤旋管由活節分段為管組，通過盤旋管導熱安置架或掛或支於箱中，管壁製造成帶褶皺的波紋形或螺旋紋形，自來水管直接經過保險閥、活節與承壓給水取熱盤旋管的下部入口管連接，上部出口與用水管或再與計量表、恆溫閥、即時性熱水器等輔助器件管連接，在儲熱箱中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料，在以水或以水基為介質的循環系統中，設置介質液位控制器，在需太陽能採暖的系統中，熱循環管出口與自動矢量分配閥或換向閥管連接，並在儲熱箱至採暖盤管之間配置恆溫閥、循環泵、即時性熱水器等輔助保障器件。
2. 根據權利要求1所述的非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置，其特徵在於 依照儲熱箱橫截面的形狀自下而上，並均勻的或由疏到密的布置適當長度和管容量的承 壓給水取熱盤旋管。
3. 根據權利要求1所述的非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置，其特徵在於-承壓給水取熱盤旋管由活節分段為管組，通過盤旋管導熱安置架或掛或支於箱中，管壁 製造成帶褶皺的波紋形或蠊旋紋形。
4. 根據權利要求1所述的非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置，其特徵在於 自來水管直接經過保險閥、活節與承壓給水取熱盤旋管的下部入口管連接，上部出口與 用水管或再與計i表、恆溫閥、即時性熱水器等輔助器件管連接。
5. 根據權利要求1所述的非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置，其特徵在於 在儲熱箱中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料。
6. 根據權利要求1所述的非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置，其特徵在於 在以水或以水基為介質的循環系統中，設置介質液位控制器。
7. 根據權利要求1所述的非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置，其特徵在於 在霈太陽能採暖的系統中，熱循環管出口與自動矢量分配閥或換向閥管連接，並在儲熱 箱至採暖盤管之間配置恆溫閥、循環泵、即時性熱水器等輔助保陣器件。
專利摘要本實用新型屬於太陽能低溫熱利用領域，是一種非承壓運行而承壓給水的太陽能系統裝置。它是在太陽能一次循環非承壓的採熱系統中，自下而上並均勻的或由疏到密的依照儲熱箱橫截面的形狀，布置適當長度和管容量的承壓給水取熱盤旋管。盤旋管能由活節分段為管組，通過盤旋管導熱安置架或掛或支於箱中。管壁也能製造成帶褶皺的波紋形或螺旋紋形。它以其局部的管承壓結構，取代了整體系統全承壓和二次循環系統的箱殼承壓結構，實現並整合了幾者非承壓運行而承壓給水的超越效果。在儲熱箱中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料減少液態工作介質的使用量，並綜合應用了自動矢量分配閥、恆溫閥、即時性熱水器等先進的輔助保障器件，具備了完善地綜合性能和性價比，符合太陽能的經濟性與大眾普及的根本方向，適合發展中國家的國情，利於發達國家的改進，更具有和諧發展、節能環保、高效低耗的中國特色。
文檔編號F24D17/00GK201014776SQ200720001918
公開日2008年1月30日 申請日期2007年1月1日 優先權日2007年1月1日
發明者李恆旺 申請人:李恆旺