專利名稱：非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于太陽能低溫?zé)崂妙I(lǐng)域,具體涉及的是太陽能循環(huán)工作運(yùn)行和給水使 用運(yùn)行的系統(tǒng)裝置。
背景技術(shù)：
目前,公知的太陽能熱水系統(tǒng)，多數(shù)采用整體非承壓運(yùn)行的一次直接循環(huán)和給水系統(tǒng)。 在這類系統(tǒng)中，所有部件裝置均不承受自來水源的管網(wǎng)壓力，因此，其整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡 單、成本低廉且集熱效率高。但當(dāng)其系統(tǒng)沒有高位勢能時(shí)，其使用給水就沒有充足穩(wěn)定 的壓力，這樣就會(huì)造成用戶使用品質(zhì)的下降甚至無法使用。
現(xiàn)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(shè)增壓水泵，使其 給水系統(tǒng)局部增加壓力，但其運(yùn)行費(fèi)用偏髙、給水壓力也不穩(wěn)定。另一種則是整體承壓 運(yùn)行，既在整套太陽能熱水系統(tǒng)中所有的部件裝置，均要承受自來水源的管網(wǎng)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(chǔ)裝置均不能 承壓，因此，此類系統(tǒng)不得不采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高昂的真空熱管、真空U形管或特制 的承壓型平板集熱器及其整套給配水系統(tǒng)裝置，這樣它們就喪失了太陽能的經(jīng)濟(jì)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(huán)間接承壓，既將太陽能工作循環(huán)與使用給水的裝 置分別設(shè)置成相對獨(dú)立地兩組系統(tǒng)來運(yùn)行，這樣它們就可以分別適應(yīng)各自的壓力標(biāo)準(zhǔn)， 獨(dú)立而又關(guān)聯(lián)的工作，并且還能較好地解決諸如用水污染、防寒抗凍、系統(tǒng)分體、建材 化等問題。所以，這類系統(tǒng)已在發(fā)達(dá)國家，特別是歐美等國應(yīng)用的較為普遍，現(xiàn)在國內(nèi) 也已開始引進(jìn)。
但若仔細(xì)分析這類系統(tǒng),就可以發(fā)現(xiàn)一些問題。首先因?yàn)樗鼈儾捎玫氖嵌窝h(huán)結(jié)構(gòu)， 當(dāng)太陽能集熱器加熱工作介質(zhì)后，其所得熱能不是直接儲(chǔ)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(tǒng)，在這里由于換熱效率的客觀影 響，會(huì)使得換熱工作難以徹底完成，這樣在工作介質(zhì)中就會(huì)存在明顯的余溫，而此余溫 又被再次循環(huán)回太陽能集熱器中，就會(huì)造成集熱器的底溫不斷地聚集升髙，進(jìn)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(huán)，將使整套系統(tǒng)的熱效 明顯降低。況且，二次循環(huán)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)裝置也并非簡單低廉，特別是其給配水系統(tǒng)中的 承壓密封水箱，要求更高，但它不論采用何種合金、搪瓷或高分子材料來保護(hù)其內(nèi)膽， 現(xiàn)都不易于承受其內(nèi)熱水常年高溫、高壓的侵蝕與滲透環(huán)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(jìn)行內(nèi)部維修，若遇穿孔只能整體報(bào)廢。而現(xiàn)隨著 容量需求地不斷提高，其生產(chǎn)難度與風(fēng)險(xiǎn)及其制造成本都仍將明顯增加。因此，此類系 統(tǒng)也不太適合發(fā)展中國家的國情，并且在我國數(shù)十年的太陽能實(shí)踐中，也確實(shí)未得到實(shí) 質(zhì)性的推廣。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型則不然，其目的是提供無上述缺陷卻具上述優(yōu)點(diǎn)的太陽能低溫?zé)崂迷O(shè) 備，既非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置。
本實(shí)用新型的目的是通過下述構(gòu)造或其結(jié)合的技術(shù)方案特征來實(shí)現(xiàn)的:采用太陽能直
接一次循環(huán)的采熱系統(tǒng)，在其與大氣相通的非承壓儲(chǔ)熱箱中，自下而上并均勻的或由疏 到密的依照儲(chǔ)熱箱橫截面的形狀，布置適當(dāng)長度和管容量的承壓給水取熱盤旋管。盤旋
管能由活節(jié)分段為管組，通過盤旋管導(dǎo)熱安置架或掛或支于箱中。管壁也能制造成帶褶 皺的波紋形或螺旋紋形。自來水管直接經(jīng)過保險(xiǎn)閥、活節(jié)與盤旋管的下部入口管連接， 上部出口與用水管或再與計(jì)量表、恒溫閥、即時(shí)性熱水器等輔助器件管連接。在儲(chǔ)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(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)中，設(shè)置介質(zhì)液 位控制器。在需太陽能采暖的系統(tǒng)中，熱循環(huán)管出口與自動(dòng)矢量分配閥或換向閥管連接， 并在儲(chǔ)熱箱至采暖盤管之間配置恒溫閥、循環(huán)泵、即時(shí)性熱水器等輔助保障器件。
由于采用了上述實(shí)用的構(gòu)造和新的結(jié)合方案，使本實(shí)用新型具備了很多獨(dú)有優(yōu)點(diǎn)特 征首先因?yàn)樗捎玫氖翘柲芤淮窝h(huán)的直接采熱系統(tǒng)，其太陽能集熱器加熱工作介 質(zhì)后，所得熱能是被直接儲(chǔ)存或利用的，沒有二次循環(huán)結(jié)構(gòu)末端的換熱盤管或換熱襯套 的被動(dòng)換熱過程與損失，能最大限度地收入與儲(chǔ)蓄太陽能。另因其所有的太陽能循環(huán)、 儲(chǔ)蓄系統(tǒng)中的部件裝置均不承受自來水源的管網(wǎng)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(yè)極其普遍而通用的基礎(chǔ)部件。系統(tǒng)能靈 活合理地選擇其是自然或是強(qiáng)制的循環(huán)工作方式，并能根據(jù)其是否需防寒抗凍來方便地 采用不同的防寒介質(zhì)或抗凍裝置。在以水或以水基為介質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)中，設(shè)置介質(zhì)液位 控制器，能自動(dòng)補(bǔ)償介質(zhì)損失實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。在儲(chǔ)熱箱中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料， 可減少液態(tài)工作介質(zhì)的使用量及其消耗開支。本實(shí)用新型能根據(jù)建筑載體的客觀限制條 件，來靈活掌握其太陽能集熱器和儲(chǔ)熱箱的各自形式與安裝工位及其二者的連接關(guān)系， 更能主動(dòng)地溶入建筑母體進(jìn)而形成完整和諧的太陽能建筑。本實(shí)用新型采用自下而上并 均勻的或由疏到密的依照儲(chǔ)熱箱橫截面的形狀，布置適當(dāng)長度和管容量的承壓給水取熱 盤旋管組，符合儲(chǔ)熱箱中由冷到熱的取熱規(guī)律。管組能由活節(jié)分為數(shù)段并規(guī)律的通過盤 旋管導(dǎo)熱安置架或掛或支于箱中，利于安裝和維修。管壁根據(jù)需要也能制造成帶褶皺的 波紋形或蠊旋紋形狀，以增加管壁的取熱表面積和管內(nèi)紊流，進(jìn)而提高其取熱效率，配 合適當(dāng)?shù)拈L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(jīng)過保險(xiǎn)閥直接接 通自來水源，借助自來水壓的動(dòng)勢能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)取熱自主運(yùn)行，而免去水泵施壓及其運(yùn) 行費(fèi)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，或再接駁箱外恒溫閥實(shí)現(xiàn)恒溫定溫給水，通過燃?xì)饣螂娔芗磿r(shí)性熱水器 來輔助提升，以達(dá)到全天候、全時(shí)段按需補(bǔ)賞、即時(shí)保障的熱水品質(zhì)。本實(shí)用新型將目 前整箱大口徑的膽殼承壓結(jié)構(gòu)，縮改為相對小口徑的細(xì)管承壓結(jié)構(gòu)，則其承壓強(qiáng)度，特 別是其抗拒和忍受自來水管網(wǎng)中的脈沖簾壓能力要明顯增強(qiáng)，而系統(tǒng)的耗材與成本卻會(huì) 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(shí)而依序的供水，積存 水量顯著減少并避免了冷熱水整箱的直接混合，這樣系統(tǒng)的熱啟動(dòng)速度就更快，而熱惰 性更小，用戶熱水的品質(zhì)就更保質(zhì)更新鮮。本實(shí)用新型具有良好地?cái)U(kuò)展功能，可自我形 成或小型簡易地組合構(gòu)成，或大型復(fù)雜地綜合匹配，以滿足或單戶或多戶的承壓給水。 在需要進(jìn)行太陽能采暖的系統(tǒng)中，可在其熱循環(huán)管的回路出口主動(dòng)設(shè)置自動(dòng)矢量分配閥， 這樣配合其溫控裝置就可以實(shí)現(xiàn)時(shí)事自動(dòng)采暖與儲(chǔ)熱間的失量分配控制，若再配置恒溫 閥、循環(huán)泵、即熱器等輔助保障器件，采暖系統(tǒng)將更加完善和可靠。綜合上述分析，本 實(shí)用新型是吸收了太陽能一次循環(huán)系統(tǒng)的簡單高效、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，又兼?zhèn)淞硕窝?環(huán)的承壓給水、用水保潔、分體抗凍、建材化等特點(diǎn)，并整合、超越了二者，具備了完 善地綜合性能和良好地性價(jià)比。符合太陽能的經(jīng)濟(jì)性與大眾普及的根本方向。適合發(fā)展 中國家的國情，利于發(fā)達(dá)國家的改進(jìn)，更具有和諧發(fā)展、節(jié)能環(huán)保、高效低耗的中國特 色。


下面直接結(jié)合附圖和實(shí)施例來具體說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案特征。
圖1-1是本實(shí)用新型在平板集熱工程強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)中的管系圖。
圖l-2、圖14、圖l-5是本實(shí)用新型臥式水箱與平板集熱器的自然循環(huán)管系圖。
圖1-3是本實(shí)用新型臥式水箱與平板集熱器的強(qiáng)制循環(huán)管系圖。
圖l-6是本實(shí)用新型立式水箱與平板集熱器的強(qiáng)制循環(huán)管系圖。
圖l-7、圖l-8、是本實(shí)用新型立式水箱與平板集熱器的自然循環(huán)管系圖。
圖2-1、圖2-5是本實(shí)用新型臥式水箱與全玻璃真空管集熱器的自然循環(huán)管系圖。
圖2-2是本實(shí)用新型在全玻璃真空管集熱工程強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)中的管系圖。
圖2-3是本實(shí)用新型立式水箱與全玻璃真空管集熱器的自然循環(huán)管系圖。
圖24是本實(shí)用新型立式水箱與全玻璃真空管集熱器的強(qiáng)制循環(huán)管系圖。
圖3是本實(shí)用新型在平板集熱系統(tǒng)中綜合應(yīng)用特征的管系圖。
圖中1自來水管、2安全閥、3管制閥門、4太陽能循環(huán)泵、5冷循環(huán)管、6平板 型集熱器、7活節(jié)、8循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)、9儲(chǔ)熱箱、10固體蓄熱材料、11承壓給水取熱盤 旋管、12熱循環(huán)管、13盤旋管導(dǎo)熱安置架、14箱蓋、15大氣衡壓器、16液位指示器、 17熱用水恒溫閥、18熱用水即時(shí)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(chǔ)熱溫度探頭、24熱介質(zhì)分戶管、25電線、26介質(zhì)回流管、27熱循 環(huán)分戶管、28采暖溫度探頭、29采暖盤管、30矢量分配閥、31單向止回閥、33集熱溫 度探頭、34單向進(jìn)氣閥、35熱用水計(jì)量表、36熱用水分戶管、37采暖循環(huán)泵、38釆暖 恒溫閥、39采暖即時(shí)性熱水器。
具體實(shí)施方式
在圖3所示的實(shí)施例中電源和程控器32支持所有電信號控制。自來水經(jīng)自來水管 1并受液位控制器21的額定液位控制進(jìn)入儲(chǔ)熱箱9而成為循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8。固體蓄熱材 料10參與蓄熱、換熱而不參與循環(huán)流動(dòng)。當(dāng)平板型集熱器6接受太陽能，使集熱溫度探 頭33的溫度高于儲(chǔ)熱溫度探頭23或采暖溫度探頭28的預(yù)設(shè)溫差時(shí)，太陽能循環(huán)泵4啟 動(dòng)將循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8從儲(chǔ)熱箱9中抽出，經(jīng)冷循環(huán)管5到平板型集熱器6中接受太陽能， 由熱循環(huán)管12回程至矢量分配閥30,此時(shí)若需要進(jìn)行太陽能采暖，電源和程控器32在 采暖溫度探頭28配合下控制矢量分配閥30，自動(dòng)將回程的循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8的全部或部分 直接按需流入采暖盤管29進(jìn)行采暖供熱，而后經(jīng)介質(zhì)回流管26流回至儲(chǔ)熱箱9下部完 成循環(huán)。在采暖過程中，當(dāng)集熱溫度探頭33的溫度低于采暖溫度探頭28的預(yù)設(shè)溫差時(shí)， 采暖循環(huán)泵37啟動(dòng)將循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8從儲(chǔ)熱箱9中供出，此時(shí)若循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8的溫度 過高，采暖恒溫閥38會(huì)及時(shí)自動(dòng)勾兌由介質(zhì)回流管26回流的冷介質(zhì)進(jìn)行調(diào)溫。若當(dāng)循 環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8的溫度經(jīng)采暖即時(shí)性熱水器39檢測過低時(shí)，它將被其即時(shí)按霈補(bǔ)熱至預(yù)設(shè) 供熱溫度。若不需要進(jìn)行太陽能采暖，矢量分配閥30會(huì)將全部回程的循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8直 接返回至儲(chǔ)熱箱9的上部進(jìn)行蓄熱。當(dāng)太陽能不足，使集熱溫度探頭33的溫度低于儲(chǔ)熱 溫度探頭23和采暖溫度探頭28的預(yù)設(shè)溫差時(shí)。太陽能循環(huán)泵4會(huì)停止工作，平板型集 熱器6中的循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8在其自重力的作用下，經(jīng)冷循環(huán)管5回流到儲(chǔ)熱箱9中，回 流同時(shí)會(huì)使平板型集熱器6形成負(fù)壓并進(jìn)而打開單向進(jìn)氣閥34進(jìn)入空氣，這樣平板型集 熱器6就被自動(dòng)排空抗凍。當(dāng)使用熱水時(shí)，整個(gè)承壓給水系統(tǒng)裝置都會(huì)處于一定的失壓 狀態(tài)，自來水借助其自身水壓的動(dòng)勢能經(jīng)自來水管1 、安全閥2、活節(jié)7進(jìn)入承壓給水 取熱盤旋管11的下部人口，并通過自下而上的承壓給水取熱盤旋管11在循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8 中逐步而充分地吸熱換熱后，直至自來水被加熱到儲(chǔ)熱箱9上部的循環(huán)儲(chǔ)熱介質(zhì)8的鄰 近溫度時(shí)，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，在這里若熱用水 的溫度過高，熱用水恒溫閥17會(huì)及時(shí)自動(dòng)勾兌未經(jīng)加熱的冷自來水進(jìn)行混合調(diào)溫，但 當(dāng)熱用水的溫度經(jīng)熱用水即時(shí)性熱水器18檢測過低時(shí)，它將被其即時(shí)按需補(bǔ)熱至預(yù)設(shè)的 用水溫度。系統(tǒng)通過電線25、熱介質(zhì)分戶管24、熱循環(huán)分戶管27、熱用水分戶管36來 實(shí)現(xiàn)分戶使用和管理。
權(quán)利要求1.一種非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置，由集熱、儲(chǔ)熱和循環(huán)、給水、補(bǔ)熱、支撐等裝置構(gòu)成，其特征在于依照儲(chǔ)熱箱橫截面的形狀自下而上，并均勻的或由疏到密的布置適當(dāng)長度和管容量的承壓給水取熱盤旋管，盤旋管由活節(jié)分段為管組，通過盤旋管導(dǎo)熱安置架或掛或支于箱中，管壁制造成帶褶皺的波紋形或螺旋紋形，自來水管直接經(jīng)過保險(xiǎn)閥、活節(jié)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(jì)量表、恒溫閥、即時(shí)性熱水器等輔助器件管連接，在儲(chǔ)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(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)中，設(shè)置介質(zhì)液位控制器，在需太陽能采暖的系統(tǒng)中，熱循環(huán)管出口與自動(dòng)矢量分配閥或換向閥管連接，并在儲(chǔ)熱箱至采暖盤管之間配置恒溫閥、循環(huán)泵、即時(shí)性熱水器等輔助保障器件。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置，其特征在于 依照儲(chǔ)熱箱橫截面的形狀自下而上，并均勻的或由疏到密的布置適當(dāng)長度和管容量的承 壓給水取熱盤旋管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置，其特征在于-承壓給水取熱盤旋管由活節(jié)分段為管組，通過盤旋管導(dǎo)熱安置架或掛或支于箱中，管壁 制造成帶褶皺的波紋形或蠊旋紋形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置，其特征在于 自來水管直接經(jīng)過保險(xiǎn)閥、活節(jié)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(jì)i表、恒溫閥、即時(shí)性熱水器等輔助器件管連接。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置，其特征在于 在儲(chǔ)熱箱中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置，其特征在于 在以水或以水基為介質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)中，設(shè)置介質(zhì)液位控制器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置，其特征在于 在霈太陽能采暖的系統(tǒng)中，熱循環(huán)管出口與自動(dòng)矢量分配閥或換向閥管連接，并在儲(chǔ)熱 箱至采暖盤管之間配置恒溫閥、循環(huán)泵、即時(shí)性熱水器等輔助保陣器件。
專利摘要本實(shí)用新型屬于太陽能低溫?zé)崂妙I(lǐng)域，是一種非承壓運(yùn)行而承壓給水的太陽能系統(tǒng)裝置。它是在太陽能一次循環(huán)非承壓的采熱系統(tǒng)中，自下而上并均勻的或由疏到密的依照儲(chǔ)熱箱橫截面的形狀，布置適當(dāng)長度和管容量的承壓給水取熱盤旋管。盤旋管能由活節(jié)分段為管組，通過盤旋管導(dǎo)熱安置架或掛或支于箱中。管壁也能制造成帶褶皺的波紋形或螺旋紋形。它以其局部的管承壓結(jié)構(gòu)，取代了整體系統(tǒng)全承壓和二次循環(huán)系統(tǒng)的箱殼承壓結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)并整合了幾者非承壓運(yùn)行而承壓給水的超越效果。在儲(chǔ)熱箱中投放塊狀、粒狀的固體蓄熱材料減少液態(tài)工作介質(zhì)的使用量，并綜合應(yīng)用了自動(dòng)矢量分配閥、恒溫閥、即時(shí)性熱水器等先進(jìn)的輔助保障器件，具備了完善地綜合性能和性價(jià)比，符合太陽能的經(jīng)濟(jì)性與大眾普及的根本方向，適合發(fā)展中國家的國情，利于發(fā)達(dá)國家的改進(jìn)，更具有和諧發(fā)展、節(jié)能環(huán)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(yōu)先權(quán)日2007年1月1日
發(fā)明者李恒旺 申請人:李恒旺