一種太陽能集熱系統的製作方法

2023-10-17 03:40:24 1

專利名稱：一種太陽能集熱系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能應用技術領域，更具體地說，涉及一種太陽能集熱系統。
背景技術：
太陽能，相對煤、石油、天然氣等能源來說，屬於可再生資源，且太陽能的應用不會 對環境造成任何汙染，所以在當今能源短缺的情形下，太陽能的利用無疑順應了可持續發 展的要求，是新一代的綠色能源。目前，太陽能主要應用於太陽能熱水器、太陽能暖房以及 太陽能發電等領域。對於太陽能熱水器來說，常見的有真空管太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器。 真空管太陽能熱水器主要安裝在建築物屋頂，而屋頂面積有限，只能供少數用戶安裝使用。 在屋頂上安裝真空管太陽能熱水系統可使較多用戶使用，但同樣因為屋頂面積的限制，使 得該系統需配備大功率的電輔助加熱裝置，即需要耗費大量的電能；而且，由於熱水集中存 儲，終端用戶用熱水前需要放一段時間涼水，造成水資源的很大浪費。平板式太陽能熱水器 可以安裝在建築物屋頂或側面，但是平板式太陽能熱水器採用紫銅作為集熱板，使得單價 高昂，一次性投入較多，對用戶來說經濟壓力較大；而且紫銅集熱板採用全焊接結構，當需 要調整集熱板規格時就需要調整生產線，而調整生產線比較困難，從而使得產品規格單一， 很多時候需要建築設計遷就平板式太陽能熱水器的規格，不易實現規模化應用。為了克服上述太陽能集熱系統存在的諸多不足，本實用新型提供一種太陽能集熱 系統，該系統能夠大規模應用，且成本較低，還能夠節約水資源。

實用新型內容有鑑於此，本實用新型提供一種太陽能集熱系統，該系統不僅能夠實現規模化應 用，而且成本較低，還能夠避免水資源的浪費。為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案本實用新型所提供的太陽能集熱系統，包括集熱模塊，所述集熱模塊中的集熱元 件採用鋁合金擠壓工藝而成；通過熱媒輸送循環管線與所述集熱模塊相連的一級儲水箱； 設置在所述熱媒輸送循環管線上的第一強制換熱裝置，該裝置用於將集熱模塊中的熱量通 過熱媒輸送循環管線輸送給所述一級儲水箱；通過熱水輸送交換管線與所述一級儲水箱相 連的二級儲水箱；設置在所述熱水輸送交換管線上的第二強制換熱裝置，該裝置用於將二 級儲水箱中的低溫水通過熱水輸送交換管線輸送給所述一級儲水箱；設置在所述熱水輸送 交換管線上的上水裝置，該裝置用於將自來水通過熱水輸送交換管線輸送給所述一級儲水 箱。優選的，所述集熱模塊中的集熱元件為整體翼式集熱管，所述整體翼式集熱管包 括面板和設置於所述面板上的圓管；其中所述面板外側設置有吸熱塗層；所述圓管兩側 分別設置有傾斜的釘槽，所述圓管內壁設置有多個突起。優選的，所述集熱模塊中的集熱元件為至少兩個，所述集熱元件順次相連，相鄰兩個集熱元件之間採用U型接頭連接。優選的，所述上水裝置包括變徑接頭；設置在所述變徑接頭內、且與所述變徑接 頭內表面相連的橡膠環；一端和變徑接頭相連的三通；置於變徑接頭內、在三通中與變徑 接頭相連的一端和橡膠環之間可自由移動的橡膠球；其中，當所述橡膠球到達橡膠環位置 時，通向變徑接頭的一方截止。優選的，所述一級儲水箱包括箱體、設置於所述箱體內、且分別和箱體相連的熱交 換銅管及溫度傳感器；其中所述熱交換銅管通過與之相連的箱體吸收由所述熱媒輸送循 環管線輸送的熱量，並對箱體內的水加熱；所述溫度傳感器檢測箱體內的水溫，並根據所檢 測到的水溫控制所述第一強制換熱裝置的啟動與停止。優選的，所述第一強制換熱裝置為微型循環泵。優選的，所述第二強制換熱裝置為微型循環泵。優選的，所述一級儲水箱為一個或多個。優選的，所述二級儲水箱為一個或多個。從上述技術方案可以看出，本實用新型所提供的太陽能集熱系統，所述集熱模塊 中的集熱元件採用鋁合金擠壓工藝而成，相比傳統的焊接工藝，該擠壓工藝能夠使集熱模 塊實現規模化應用；且由於鋁合金在導熱性能和耐腐蝕性能方面接近紫銅，但鋁合金成本 相比紫銅要低很多，因此該集熱模塊的成本較低；又由於一級儲水箱和二級儲水箱之間設 置有第二強制換熱裝置，該裝置能夠實現將二級儲水箱中的低溫水通過熱水輸送交換管線 輸送給一級儲水箱，從而使得用戶在使用二級儲水箱中的水時，直接用的就是高溫水，避免 了水資源的浪費。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提 下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型實施例提供的一種太陽能集熱系統結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的集熱模塊的正視圖；圖3為圖2中所述集熱模塊的剖視圖；圖4為本實用新型實施例提供的集熱元件的結構示意圖；圖5為本實用新型實施例提供的集熱元件和U型接頭連接時的過程示意圖；圖6為本實用新型實施例提供的一向截止三通的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的 實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下 所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。參考圖1，為本實用新型實施例所提供的一種太陽能集熱系統結構示意圖。所述系統具體包括集熱模塊1，集熱模塊1中的集熱元件採用鋁合金擠壓工藝製成；通過熱媒輸 送循環管線2與集熱模塊1相連的一級儲水箱6 ；設置在熱媒輸送循環管線2上的第一強 制換熱裝置51，該裝置用於將集熱模塊1中的熱量通過熱媒輸送循環管線2輸送給一級儲 水箱6 ；通過熱水輸送交換管線9與一級儲水箱6相連的二級儲水箱12 ；設置在熱水輸送交 換管線9上的第二強制換熱裝置52，該裝置用於將二級儲水箱12中的低溫水通過熱水輸送 交換管線9輸送給一級儲水箱6 ；設置在熱水輸送交換管線9上的上水裝置11，該裝置用於 將自來水通過熱水輸送交換管線9輸送給一級儲水箱6。一棟建築物上可以設置一個或者多個集熱模塊1，集熱模塊1可以安裝在建築物 的屋頂或側面，優選的，可安裝在光照比較充足的屋頂或中上層的陽面。每個集熱模塊1的 面積可以相同或不同，這是由於集熱模塊1是由多個集熱元件組成的，每個集熱元件均採 用鋁合金整體擠壓而成，各個集熱元件之間並列連接在一起被封裝成一個集熱模塊，故集 熱模塊1中集熱元件數量的不同，使得集熱模塊1的面積不同。集熱模塊1面積的可變性， 適應了建築物的多變性，因此，本實用新型所提供的太陽能集熱系統能夠規模化應用。集熱模塊1通過熱媒輸送循環管線2與一級儲水箱6相連，熱媒輸送循環管線2 為雙通道管線，即一條通道用來將集熱模塊1中的高溫媒質輸送給一級儲水箱6，一級儲水 箱6接收高溫媒質傳送的熱量後加熱其內部的水，相應的，一級儲水箱6中的水被加熱後， 高溫媒質被冷卻成低溫媒質，此時，所述低溫媒質經另一條通道被輸送回集熱模塊1，經集 熱模塊1繼續加熱以便後續循環使用。所述媒質為添加了輔助劑的熱交換流體媒質，具有 抗凍性能。結合圖1和圖2，集熱模塊1吸收太陽能、加熱其內的流體媒質，高溫流體媒質經熱 媒輸入輸出接口 15的輸出口流出，進入熱媒輸送循環管線2中，經熱媒輸送循環管線2傳 輸到一級儲水箱6加熱其中的水；對一級儲水箱6進行加熱後，高溫媒質變成了低溫媒質， 所述低溫媒質經熱媒輸送循環管線2流經熱媒輸入輸出接口 15，經輸入口進入集熱模塊1， 進行再次加熱。參考圖3，為圖2中所述集熱模塊的剖視圖。集熱模塊1包括多個集熱元件18、連 接集熱元件18的U型接頭17、保溫層19、背板21、鋼化超白玻璃面板16和鋁合金邊框型 材20。集熱元件18為串聯S形走向，相鄰的兩個集熱元件18採用U型接頭17連接。背 板21、鋼化超白玻璃面板16和鋁合金邊框型材20主要用來封裝集熱元件18，鋼化超白玻 璃面板16和鋁合金邊框型材20之間用膠粘結牢固，背板21和鋁合金邊框型材20之間採 用機械連接，即使用鉚釘將背板21鉚在鋁合金邊框型材20上。本實施例中集熱元件18採用鋁合金整體擠壓而成，優選的，可以採用鋁鎂合金整 體擠壓而成。本實用新型中採用鋁合金代替現有的紫銅集熱板，鋁合金導熱性能和耐腐蝕 性能接近紫銅，但其成本相比紫銅要低很多。採用整體擠出工藝代替銅板和銅管焊接成型 工藝，易於實現規模化生產，且整體性能較好，沒有焊接工藝存在的缺陷和隱患。採用高性 能樹脂注塑成型的U型接頭17連接集熱元件18代替銅管焊接工藝，易於實現非標化生產， 適合建築物多樣性的要求。總之，由整體擠壓工藝製成的集熱元件能使該太陽能集熱系統 實現規模化應用。參考圖4，為本實用新型實施例所提供的集熱元件的結構示意圖。本實施例中集 熱元件18為整體翼式集熱管，整體翼式集熱管包括面板18-a和設置於面板18-a上的圓管18-b ；其中面板18-a外側設置有吸熱塗層；圓管18-b兩側分別設置有傾斜的釘槽，圓管 18-b內壁設置有多個突起。圓管18-b內有流體媒質，由吸熱塗層吸收太陽能後加熱圓管 18-b內的流體媒質，圓管18-b內壁多個突起主要用來增加圓管18-b內壁的面積，以加強換 熱效果。圓管18-b兩側的釘槽是在U型接頭17和集熱元件18組裝時擰螺釘所用，所述釘 槽可以快速把兩者組裝到一起。結合圖2和圖5，本實用新型所提供的集熱模塊1中的集熱元件18為至少兩個，各 集熱元件18之間順次相連，相鄰兩個集熱元件18之間採用U型接頭17連接。在集熱元件 18和U型接頭17連接的時候，U型接頭17連接的是集熱元件18的圓管18_b，即U型接頭 17將兩個相鄰的圓管18-b連接成一個通體，由於各集熱元件18之間順次相連，故所有的圓 管18-b由U型接頭17連接成一條通道，流體媒質在該通道內被加熱進而經熱媒輸入輸出 接口 15輸送到熱媒輸送循環管線2中。本實施例中由每個集熱模塊1輸送出來的高溫媒質均經過一個熱媒輸送總管線 4，該熱媒輸送總管線4也是雙通道管線。熱媒輸送總管線4上設置有多個分水器3，由每個 集熱模塊1延伸出來的熱媒輸送循環管線2，將與之相連的集熱模塊1連接到最近的分水器 3上，由各集熱模塊1輸出的高溫媒質經各分水器3到達熱媒輸送總管線4內，熱媒輸送總 管線4將其內的高溫媒質再經不同的分水器3、然後由熱媒輸送循環管線2輸送給各個一級 儲水箱6。在靠近一級儲水箱6的熱媒輸送循環管線2上設置有第一強制換熱裝置51，該 裝置為間隙式啟動，即當一級儲水箱6中的水溫較低時啟動，當一級儲水箱6中的水溫較高 時關閉。第一強制換熱裝置51的啟動與否由一級儲水箱6內的溫度傳感器8控制。本實 施例中第一強制換熱裝置51為微型循環泵。每個用戶可以安裝一個或者多個一級儲水箱6，一級儲水箱6—般安裝在靠近陽 臺的地方。給一個一級儲水箱6提供熱量所需集熱模塊的面積約為2平方米左右，因此，在 一級儲水箱6確定的情況下，各集熱模塊1的面積總和也就確定了。為使得集熱模塊1能 有效地採光，一般將集熱模塊1安裝在建築物的屋頂或中上層的陽面，這對於離集熱模塊1 較遠的陰面或底層用戶，可能會由於熱媒輸送距離的變遠，而使熱媒的流阻和熱損增大，進 而影響一級儲水箱6的加熱，這種情況一方面可以增加各熱媒輸送管線的絕熱性、增加其 保溫性，另一方面可以讓陰面或底層用戶增加第一強制換熱裝置51的啟動時間或給其配 備功率較大的第一強制換熱裝置51。一級儲水箱6包括箱體、設置於所述箱體內、且分別和箱體相連的熱交換銅管7和 溫度傳感器8 ；其中熱交換銅管7通過與之相連的箱體吸收由熱媒輸送循環管線2輸送的 熱量，並對箱體內的水加熱；溫度傳感器8用於測試箱體內的水溫，當所述箱體內的水溫低 於第一預設溫度值時，啟動所述第一強制換熱裝置51 ；當所述箱體內的水溫高於第二預設 溫度值時，關閉所述第一強制換熱裝置51 ；這裡，所述第一預設溫度值小於第二預設溫度 值，由第一預設溫度值和第二預設溫度值可構成一個溫度範圍。各用戶通過設置一個特定 的溫度範圍，即可由溫度傳感器8根據該溫度範圍控制第一強制換熱裝置51的啟停。對於 不同的一級儲水箱6，所設置的溫度範圍可以不同。溫度範圍的不同，直接影響一級儲水箱 6內水溫的高低，具體可根據用戶的需要而設定。一級儲水箱6主要用來加熱並存儲熱水，和一級儲水箱6相連的二級儲水箱12內 的熱水可被用戶直接利用。一級儲水箱6和二級儲水箱12之間通過熱水輸送交換管線9相連，熱水輸送交換管線9也是雙通道管線，即一條通道用來將一級儲水箱6內的高溫水輸 送給二級儲水箱12，另一條通道用來將二級儲水箱12內的低溫水輸送給一級儲水箱6，這 樣由二級儲水箱6提供給用戶的保證是高溫熱水，避免了用戶在開始使用熱水的時候需要 先放一段時間的涼水，從而減少了水資源的浪費。每個用戶可以安裝一個或者多個二級儲水箱12，二級儲水箱12可以安裝在廚房 或衛生間等地方。由一級儲水箱6延伸出來的熱水輸送交換管線9上設置有多個分水器3， 熱水輸送交換管線9首先經最近的一個分水器3將其內的熱水進行分水，然後再經不同的 分水器3、熱水輸送交換管線9將熱水輸送給不同的二級儲水箱12。在靠近二級儲水箱12 的熱水輸送交換管線9上設置有第二強制換熱裝置52，該裝置用於將二級儲水箱12中的 低溫水或涼水通過熱水輸送交換管線9輸送給一級儲水箱6，一般情況下，第二強制換熱裝 置52 —天只啟動一次，第二強制換熱裝置52的啟動與關閉可由人工操作完成。本實施例 中第二強制換熱裝置52為微型循環泵。在連接一級儲水箱6和與其最近的分水器3的熱水輸送交換管線9上設置有上水 裝置11，該裝置用於將自來水通過熱水輸送交換管線9輸送給一級儲水箱6。本實施例中 上水裝置11為一向截止三通。參考圖6，為本實用新型所提供的一向截止三通的結構示意圖。所述一向截止三通 包括變徑接頭25，通向變徑接頭25的一端為B端；設置在變徑接頭25內的橡膠環22，橡 膠環22與變徑接頭25內表面緊密連接成一體，兩者可以一體鑄造或用膠粘結；一端和變徑 接頭25相連的三通26，三通26的另兩端分別為A端和C端；置於變徑接頭25內、在三通 26與變徑接頭25相連的一端和橡膠環22之間可自由移動的橡膠球23 ；其中，當橡膠球23 到達橡膠環22位置時，通向變徑接頭25的一方截止，即B端截止。變徑接頭25和三通26 通過熱熔工藝焊接成一體，把橡膠球23密封在一個空腔內。本實施例中在三通26和變徑 接頭25相連的一端處設置有一個錐形支架24，該支架24卡在三通26的一個槽口內，該支 架24的錐形頂端朝向變徑接頭25 —方。無論從C或者A方向到B方向的流體，均會在壓 力差的作用下被橡膠球23阻斷；而從B方向至A或者C方向，流體均可通過。錐形支架24 的作用是保證橡膠球23不會被流體衝走。由於上水裝置11設置在熱水輸送交換管線9上，故A端連接自來水10，B端連接 通向分水器3的熱水輸送交換管線9，C端連接通向一級儲水箱6的熱水輸送交換管線9。 需要說明的是，本實用新型所提供的一級儲水箱6為承壓水箱。當用戶使用二級儲水箱12 中的水時，一級儲水箱6通過熱水輸送交換管線9將其內的熱水輸送給二級儲水箱12，此 時，由上水裝置11給一級儲水箱6上水，即上水裝置11用以保證一級儲水箱6中的水永遠 是滿的。具體上水過程如下在用戶使用熱水的時候，用戶首先打開連接二級儲水箱12的 終端水龍頭，二級儲水箱12內的水流出後，一級儲水箱6及時補充，這樣使得熱水輸送交換 管線9內的水壓小於上水裝置11中連接A端的自來水水壓，由於壓力差的原因，自來水10 會瞬間通過A埠流向B端和C端，由於在通向B端的變徑接頭25內設置有可自由移動的 橡膠球23，該橡膠球23在水流的推動下迅速到達橡膠環22，從而堵住了從A端到B端的通 路，使得自來水10隻能從C端流向一級儲水箱6，進而達到給一級儲水箱6上水的目的。用 戶在使用熱水前，啟動第二強制換熱裝置52，把二級儲水箱12中的低溫水通過熱水輸送交 換管線9輸送給一級儲水箱6，所述低溫水流經上水裝置11時，從B端進，C端出，這時候由於用戶並沒有打開終端的水龍頭，熱水輸送交換管線9中的水壓力與自來水相等，故自來 水不會在這個過程中進入熱水輸入交換管線9中。當用戶需要使用二級儲水箱12內熱水的時候，只需打開混水閥14，混水閥14中的 水包括自來水10和由熱水輸出管13流出的熱水，通過調整混水閥14，可實現自來水10和 熱水的不同混合比例，從而在熱水使用終端得到所需溫度的熱水。所述熱水使用終端為水 龍頭或噴頭等。需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實 體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存 在任何這種實際的關係或者順序。對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新 型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定 義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因 此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理 和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求一種太陽能集熱系統，其特徵在於，包括集熱模塊，所述集熱模塊中的集熱元件採用鋁合金擠壓工藝而成；通過熱媒輸送循環管線與所述集熱模塊相連的一級儲水箱；設置在所述熱媒輸送循環管線上的第一強制換熱裝置，該裝置用於將集熱模塊中的熱量通過熱媒輸送循環管線輸送給所述一級儲水箱；通過熱水輸送交換管線與所述一級儲水箱相連的二級儲水箱；設置在所述熱水輸送交換管線上的第二強制換熱裝置，該裝置用於將二級儲水箱中的低溫水通過熱水輸送交換管線輸送給所述一級儲水箱；設置在所述熱水輸送交換管線上的上水裝置，該裝置用於將自來水通過熱水輸送交換管線輸送給所述一級儲水箱。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述集熱模塊中的集熱元件為整體翼式 集熱管，所述整體翼式集熱管包括面板和設置於所述面板上的圓管；其中所述面板外側設置有吸熱塗層；所述圓管兩側分別設置有傾斜的釘槽，所述圓 管內壁設置有多個突起。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述集熱模塊中的集熱元件為至少兩個， 所述集熱元件順次相連，相鄰兩個集熱元件之間採用U型接頭連接。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述上水裝置包括 變徑接頭；設置在所述變徑接頭內、且與所述變徑接頭內表面相連的橡膠環； 一端和變徑接頭相連的三通；置於變徑接頭內、在三通中與變徑接頭相連的一端和橡膠環之間可自由移動的橡膠球；其中，當所述橡膠球到達橡膠環位置時，通向變徑接頭的一方截止。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述一級儲水箱包括箱體、設置於所述箱 體內、且分別和箱體相連的熱交換銅管及溫度傳感器；其中所述熱交換銅管通過與之相連的箱體吸收由所述熱媒輸送循環管線輸送的熱 量，並對箱體內的水加熱；所述溫度傳感器檢測箱體內的水溫，並根據所檢測到的水溫控制 所述第一強制換熱裝置的啟動與停止。
6.根據權利要求1 5任一項所述的系統，其特徵在於，所述第一強制換熱裝置為微型 循環泵。
7.根據權利要求1 5任一項所述的系統，其特徵在於，所述第二強制換熱裝置為微型 循環泵。
8.根據權利要求1 5任一項所述的系統，其特徵在於，所述一級儲水箱為一個或多個。
9.根據權利要求1 5任一項所述的系統，其特徵在於，所述二級儲水箱為一個或多個。
專利摘要本實用新型實公開了一種太陽能集熱系統，該系統包括集熱模塊，集熱模塊中的集熱元件採用鋁合金擠壓工藝而成；通過熱媒輸送循環管線與集熱模塊相連的一級儲水箱；設置在熱媒輸送循環管線上的第一強制換熱裝置，該裝置用於將熱量通過熱媒輸送循環管線輸送給一級儲水箱；通過熱水輸送交換管線與一級儲水箱相連的二級儲水箱；設置在熱水輸送交換管線上的第二強制換熱裝置，該裝置用於將二級儲水箱中的低溫水通過熱水輸送交換管線輸送給一級儲水箱；設置在熱水輸送交換管線上的上水裝置，該裝置用於將自來水通過熱水輸送交換管線輸送給一級儲水箱。本實用新型提供的太陽能集熱系統，不僅能夠實現規模化應用，而且成本較低，還能夠節約水資源。
文檔編號F24J2/30GK201757517SQ201020223669
公開日2011年3月9日 申請日期2010年6月12日 優先權日2010年6月12日
發明者葛春洲 申請人:葛春洲