一種相變蓄熱、高效取熱型太陽能熱水與采暖系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型是太陽能光熱領(lǐng)域一種相變蓄熱、高效取熱型太陽能熱水與采暖系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有真空管類、平板集熱器類太陽能熱水器、熱水系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)，普遍存在以下問題:
[0003]1、只有自然循環(huán)集熱和強(qiáng)制循環(huán)集熱兩種集熱方法，自然循環(huán)集熱方法存在的問題是:熱水器水箱必須就近安裝在高于集熱器的位置，由于水箱在室外高處，風(fēng)阻大、熱損大，不安全隱患多，對建筑形象、市容市貌影響大；現(xiàn)有強(qiáng)制循環(huán)集熱方法存在的問題是:循環(huán)集熱溫差小、熱轉(zhuǎn)移效率低，循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時間長，耗電量大，遇停電和循環(huán)泵故障，不但無法集熱，而且易引起集熱系統(tǒng)過熱。
[0004]2、現(xiàn)有緊湊式自然循環(huán)太陽能熱水器，因為水箱在室外高處，水箱內(nèi)外溫差大，熱損大，所集熱能利用率低，易被大風(fēng)吹垮，易因支架銹蝕坍塌，而且對建筑形象、市容市貌影響極大。
[0005]3、現(xiàn)有陽臺壁掛式太陽能熱水器，因為水箱在高處，而且水箱體積大而重，無論怎樣做，都難以真正實現(xiàn)與建筑一體化。
[0006]4、現(xiàn)有任意規(guī)模的一次/ 二次強(qiáng)制循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)，受溫差控制影響，低輻照太陽能難收集，遇停電、循環(huán)泵故障，不但無法集熱，而且易導(dǎo)致集熱系統(tǒng)過熱；涉及設(shè)備種類、數(shù)量多，故障因素多，設(shè)備自身熱損大，循環(huán)集熱耗電量大，獲取太陽能熱水的代價尚O
[0007]5、現(xiàn)有太陽能熱水采暖系統(tǒng)，從集熱到供暖，要經(jīng)過集熱器-集熱循環(huán)泵-集熱換熱器-儲熱水箱-采暖換熱器-采暖循環(huán)泵-采暖器等設(shè)備和流程，涉及設(shè)備種類、數(shù)量多，故障因素多，熱轉(zhuǎn)移過程中熱損大，循環(huán)集熱、供暖耗電量大，儲熱水箱占用空間大，夏季停用期間防過熱難，采用遮陽防過熱方法，費(fèi)錢費(fèi)力不可靠，而且對建筑形象影響大。
[0008]6、現(xiàn)有真空管類一次循環(huán)集熱的太陽能熱水器、熱水系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)，真空管內(nèi)有大量的水，真空管內(nèi)水有陽光時加熱無陽光時散熱，特別是容易從聯(lián)箱散熱，晝夜熱損很大，這種熱損每天都存在，累積熱損非常大。以58型真空管集熱器為例，每支58型1.8米長真空管內(nèi)儲水3L，按平均每晝夜管內(nèi)水溫下降20度計，每天熱損60大卡，每年365天21900大卡，相當(dāng)于25度電產(chǎn)生的熱量，每平方米集熱器按8支真空管計算，每平方米集熱面積每晝夜熱損相當(dāng)于0.56度電產(chǎn)生的熱量，每年晝夜熱損相當(dāng)于200度電產(chǎn)生的熱量，占集熱器實際可集熱的總量比例相當(dāng)大，等同于大幅度降低了集熱效率。
[0009]7、現(xiàn)有太陽能真空管，受真空管結(jié)構(gòu)特征和高溫特性影響，易過熱，遇空曬管內(nèi)溫度高達(dá)200度左右，遇急冷易炸管，對真空管壽命和整個系統(tǒng)可靠性影響都很大。
[0010]8、現(xiàn)有二次循環(huán)集熱的太陽能熱水器、熱水系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)，都必須采用防凍液做導(dǎo)熱工質(zhì)，防凍液存在的問題是:導(dǎo)熱性能低于水，在高溫環(huán)境下易變質(zhì)、失效，需要2年左右換一次，無毒防凍液成本、售價高，購液、換液服務(wù)費(fèi)用都很高；防凍液是化工材料，大量使用難以避免對環(huán)境造成不利影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本實用新型提供一種相變蓄熱、高效取熱型太陽能熱水與采暖系統(tǒng)，包括任意規(guī)模的太陽能熱水器、熱水系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)，可全面系統(tǒng)地解決上述問題。
[0012]本實用新型的技術(shù)方案是:
[0013]1.相變蓄熱，高效取熱。采用相變蓄熱液管式真空管集熱器，與取熱泵、儲液箱、換熱器、儲熱水箱或用熱器組成相變蓄熱、高效取熱型太陽能熱水與采暖系統(tǒng)，其基本工作原理是:真空管收集的太陽能，就近儲存在相變蓄熱器內(nèi)，當(dāng)相變蓄熱器蓄熱量達(dá)到設(shè)定值，智能控制系統(tǒng)自動開啟取熱泵，驅(qū)動儲液箱內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)流經(jīng)相變蓄熱器，循環(huán)提取相變蓄熱器內(nèi)熱能，通過換熱器轉(zhuǎn)移到水箱、水池、鍋爐循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，或者直接注入暖氣、地暖等用熱器內(nèi)。由于相變蓄熱器相變蓄熱溫度高，取熱時導(dǎo)熱工質(zhì)含熱值高，與現(xiàn)有溫差控制、強(qiáng)制循環(huán)集熱方法同比，循環(huán)取熱平均溫差比現(xiàn)有循環(huán)集熱溫差高7倍左右，轉(zhuǎn)移相同的熱能，在循環(huán)泵功率相同的前提下，循環(huán)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時間可縮短70%左右，等同于熱轉(zhuǎn)移效率提高70%左右，為便于表述，將上述集熱方法形象地定義為:相變蓄熱、高效取熱方法，將采用該集熱方法的太陽能熱水器、熱水系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)，稱為相變蓄熱、高效取熱型太陽能熱水器、熱水系統(tǒng)、熱水采暖系統(tǒng)。
[0014]2.利用真空管內(nèi)相變蓄熱器，抑制真空管內(nèi)高溫，消除空曬影響，解決集熱器因較長時間停電、停機(jī)和缺水、缺液弓I起的集熱器、集熱系統(tǒng)過熱問題。
[0015]3.利用相變蓄熱液管式真空管集熱器進(jìn)出口在真空器上下兩端、導(dǎo)熱工質(zhì)可自動回流排空的結(jié)構(gòu)特征，取熱結(jié)束后，集熱器內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)自動回流到儲液箱，集熱器、集熱系統(tǒng)內(nèi)因無導(dǎo)熱工質(zhì)而不存在受凍問題，而且為用水做導(dǎo)熱工質(zhì)和通風(fēng)防過熱創(chuàng)造了條件。
[0016]4.在儲液箱中加入長效阻垢、除垢劑和流道保護(hù)劑，解決導(dǎo)熱工質(zhì)腐蝕、結(jié)水垢等問題，達(dá)到用水做導(dǎo)熱工質(zhì)的目的。
[0017]5.在集熱器上端接口上安裝排氣管，在集熱器下端接口上設(shè)置通風(fēng)閥，為空氣自然循環(huán)排熱創(chuàng)造條件，通過手動或自動打開集熱器通風(fēng)閥，空氣自動從通風(fēng)閥進(jìn)入，加熱后從排氣管排出，達(dá)到防過熱的目的。
[0018]6.將暖氣、地暖視為儲液箱的一部分，通過循環(huán)將相變蓄熱器中熱能直接注入暖氣、地暖內(nèi)，達(dá)到取消太陽能熱水采暖系統(tǒng)儲熱水箱、換熱器、集熱循環(huán)泵的目的。
[0019]7.每天日落后，自動開啟取熱泵，把相變蓄熱器中熱能轉(zhuǎn)移到儲熱水箱、水池或用熱器內(nèi)，集熱器、集熱系統(tǒng)內(nèi)無液體、無熱能、晝夜無熱損，等同于大幅度提高了集熱效率。
[0020]本實用新型由集熱器1、取熱泵2、儲液箱3、儲熱水箱4、用熱器5、換熱器6、排氣管7、通風(fēng)閥8組成，其特征是:采用相變蓄熱、高效取熱方法，集熱器I 一端通過用熱器5、換熱器6與儲液箱3 —端連通，儲液箱3另一端通過取熱泵2與集熱器I另一端連通，排氣管7安裝在集熱器I上端接口上，通風(fēng)閥8安裝在集熱器I下端接口上。
[0021]集熱器I是相變蓄熱液管式真空管集熱器，相變蓄熱器13裝在真空管12內(nèi)，導(dǎo)熱液管14從真空管12和相變蓄熱器13中心穿過，導(dǎo)熱液管14兩端與聯(lián)箱連通，導(dǎo)熱工質(zhì)進(jìn)出口在集熱器I兩端，集熱器I種類有單聯(lián)、雙聯(lián)相變蓄熱液管式真空管集熱器，集熱器(I)可串聯(lián)、可并聯(lián)、可橫排、可豎排。
[0022]相變蓄熱、高效取熱方法是:真空管12收集的太陽能，儲存在相變蓄熱器13內(nèi)，當(dāng)相變蓄熱器13蓄熱達(dá)到設(shè)定值，取熱泵2自動開啟，驅(qū)動儲液箱3內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)流經(jīng)集熱器
1、用熱器5、換熱器6循環(huán)取熱，通過換熱器6把相變蓄熱器13中熱能轉(zhuǎn)移到儲熱水箱4、蓄熱箱池11內(nèi)，用于太陽熱水采暖系統(tǒng)時，直接注入用熱器5內(nèi)。
[0023]取熱泵2用于驅(qū)動導(dǎo)熱工質(zhì)循環(huán)取熱，取熱泵2類型和功率根據(jù)安裝要求和承載的集熱面積選擇，取熱泵2可與儲液箱3合為一體，也可外置。
[0024]儲液箱3是一種用于儲存導(dǎo)熱工質(zhì)的容器，其容積大小與負(fù)載的集熱器I面積成正比，在儲液箱3內(nèi)加入長效阻垢、除垢劑和流道保護(hù)劑，可解決導(dǎo)熱工質(zhì)腐蝕、結(jié)水垢等問題；儲液箱3內(nèi)可設(shè)置加熱裝置輔助加熱；儲液箱3、取熱泵2、儲熱水箱4可組成一體機(jī)，也可以各自為獨(dú)立體。
[0025]儲熱水箱4是儲水蓄熱的容器，造型可多樣，容積大小與負(fù)載的集熱器I面積成正比，各種金屬、非金屬內(nèi)膽水箱、水池，承壓非承壓水箱都適用，可根據(jù)不同的場合和使用要求選用。
[0026]用熱器5是加熱、采暖用設(shè)施，包括暖氣、地暖和各種通過液體散熱的設(shè)施。
[0027]換熱器6是熱交換裝置，種類有膽中膽換熱器、盤管換熱器、夾套換熱器、板式換熱器、容積式換熱器等，可根據(jù)集熱規(guī)模、水箱容積、安裝方法、所需換熱功率選用不同種類的換熱器6，換熱器6可裝在水箱內(nèi)，也可裝在水箱外。
[0028]排氣管7用于集熱器I進(jìn)、排氣和排熱降溫，集熱期間，通風(fēng)閥8已關(guān)閉，集熱器I內(nèi)部空氣處于靜止?fàn)顟B(tài)，不存在熱能從排氣管7流失問題，但從導(dǎo)熱工質(zhì)中分離的氣體可從排氣管7排出，由于排氣管7管口高于集熱器I液體出口，且集熱器I導(dǎo)熱工質(zhì)進(jìn)口流量受限，液體出口阻力小于進(jìn)口阻力，取熱時不存在液體從排氣管7流出問題。
[0029]通風(fēng)閥8是一種通徑較大的閥門，用于集熱器、集熱系統(tǒng)過熱時通風(fēng)降溫，集熱器、集熱系統(tǒng)內(nèi)過熱時，通風(fēng)閥8自動打開，冷空氣從通風(fēng)閥8進(jìn)入集熱器I內(nèi)，加熱后從排氣管7排出，達(dá)到自動降溫防過熱的目的。通風(fēng)閥8可以是電控閥，也可以是手動閥或手?jǐn)Q接口蓋，通風(fēng)閥8上可安裝微型風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)排熱。
[0030]限流器9用于限制每組集熱器I中流量，以便均衡提取每組集熱器I中熱能，主要用于多組集熱器I串、并聯(lián)的大中型集熱系統(tǒng)，限流器9可以是一只內(nèi)徑較小的限流管。
[0031]回流閥10用于為集熱器I內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)回流提供通道，集熱器I通常安裝在高于儲液箱3的位置，取熱泵關(guān)閉后可自動回流，不用安裝回流閥10，對于受連接方法限制不能回流的場合，可加裝回流閥10?；亓鏖y10連接方法有多種，凡能達(dá)到集熱器I內(nèi)導(dǎo)熱工質(zhì)回流的連接方法都適用，回流閥10工作過程是:取熱泵2關(guān)閉時，回流閥10接通，取熱泵2開啟時，回流閥10關(guān)閉。
[0032]蓄熱箱池11是一種高保溫大容積儲熱容器，可以是水箱、水池，也可以是相變蓄熱的水箱、水池，蓄熱箱池11用于長時間儲熱和跨季節(jié)蓄熱，儲存的熱能可用于熱水輔助加熱、采暖、制冷。
[0033]真空管12是一種一端開口、另一端有阻熱墻和導(dǎo)熱液管孔的全玻璃真空太陽集熱管，其性能與現(xiàn)有三高管、紫金管相同，并隨技術(shù)發(fā)展而提高。
[0034]相變蓄熱器13是一種裝有相變蓄熱材料的高熱導(dǎo)率容器，安裝在真空管12內(nèi)。
[003