專(zhuān)利名稱(chēng)：一種太陽(yáng)能非承壓儲(chǔ)水集熱器和集熱運(yùn)行方法
一種太陽(yáng)能非承壓儲(chǔ)水集熱器和集熱運(yùn)行方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是太陽(yáng)能集熱領(lǐng)域各種類(lèi)型太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能集熱工程上應(yīng)用的一種太陽(yáng)能非承壓儲(chǔ)水集熱器和集熱運(yùn)行方法。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能集熱器是太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能集熱工程中最重要、最關(guān)鍵部分，現(xiàn)有太陽(yáng)能熱水器和熱水系統(tǒng)存在的許多嚴(yán)重問(wèn)題都是由集熱器結(jié)構(gòu)和集熱運(yùn)行方法引起的，集熱器設(shè)計(jì)理念決定了集熱器結(jié)構(gòu)、形狀和集熱運(yùn)行方法，集熱器結(jié)構(gòu)和集熱運(yùn)行方法決定了用于制造集熱器的材料，決定了結(jié)水垢程度和水垢對(duì)集熱效率持久性影響程度，決定了熱水器和熱水系統(tǒng)保溫防凍害方法，決定了集熱器連接、維修、施工方法，決定了單只集熱器最大長(zhǎng)度和集熱面積，決定了集熱系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)耗電量和噪聲，決定了太陽(yáng)能熱水器和熱水系統(tǒng)綜合成本和使用壽命。如果在現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱器基礎(chǔ)上，按常規(guī)設(shè)計(jì)理念改進(jìn)創(chuàng)新，無(wú)法系統(tǒng)解決太陽(yáng)能熱水器和熱水系統(tǒng)中存在的一系列問(wèn)題，只有以顛覆性設(shè)計(jì)理念對(duì)集熱器結(jié)構(gòu)和集熱運(yùn)行方法全面、徹底改進(jìn)，才有可能全面、系統(tǒng)地解決現(xiàn)有太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)存在的一系列問(wèn)題，把太陽(yáng)能集熱應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品提升到新的水平。
目前，公知的太陽(yáng)能熱水器和熱水系統(tǒng)使用的集熱器，主要有兩種類(lèi)型，一是自然循環(huán)集熱型家用太陽(yáng)能熱水器，二是強(qiáng)制頂水循環(huán)集熱的平板型集熱器、插入式熱管真空管集熱器和直流真空管集熱器，存在的主要問(wèn)題介紹如下
一、家用太陽(yáng)能熱水器
家用太陽(yáng)能熱水器上集熱器種類(lèi)有全玻真空管、熱管真空管、熱管平板型等，其共同結(jié)構(gòu)特征是保溫水箱與集熱器連成一體，保溫水箱在上，集熱器在水箱下部一側(cè)位置， 存在的主要問(wèn)題是
1.集熱器與保溫水箱連為一體，且在室外高處，風(fēng)大、水箱內(nèi)熱水與外部溫差大， 有陽(yáng)光時(shí)集熱，無(wú)陽(yáng)光時(shí)水箱內(nèi)熱水可通過(guò)集熱管板、接口和水箱外殼散熱，由于無(wú)陽(yáng)光時(shí)間遠(yuǎn)大于有陽(yáng)光時(shí)間，熱量易流失，熱能利用率較低。2011年2月13日，央視《每周質(zhì)量報(bào)告》曝光的浙江海寧產(chǎn)太陽(yáng)能熱水器的質(zhì)量問(wèn)題也從一個(gè)側(cè)面反映了家用太陽(yáng)能熱水器熱量易流失與一體化結(jié)構(gòu)有關(guān)，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間保溫難。
2.熱水器水箱壁薄，易腐蝕、易結(jié)水垢，使用壽命較短。
3.水箱為封閉型，無(wú)法清洗，影響使用壽命和水質(zhì)。
4.防凍性能差，北方冬季通常難以使用，南方遇極冷天氣也容易凍壞。
5.熱水器高、大、重，在建筑物上安裝受風(fēng)面大、對(duì)建筑物壓力大、安裝固定難度大，且影響建筑物形象，因而對(duì)多層樓房來(lái)講，雖然樓頂有很大集熱面積，但考慮到水箱加滿水的重量房頂結(jié)構(gòu)難以承受，而無(wú)法充分利用，強(qiáng)制循環(huán)型熱水器除自身存在很多問(wèn)題外，無(wú)法實(shí)現(xiàn)分戶獨(dú)立使用，這是家用太陽(yáng)能熱水器在多層樓房應(yīng)用中面臨的現(xiàn)實(shí)而需要解決的問(wèn)題。
6.家用太陽(yáng)能熱水器受光照不確定和季節(jié)因素影響，水溫時(shí)高時(shí)低，無(wú)法滿足用戶正常使用要求，為此，許多太陽(yáng)能熱水器在水箱內(nèi)增加電加熱功能，這對(duì)于單層樓房來(lái)講可行，但對(duì)多層住宅樓來(lái)講，因距離用戶供電供水點(diǎn)遠(yuǎn)，從安裝、維修、用電安全等角度分析都不宜采用，因而很難滿足多層樓房用戶使用要求。
7.受集熱器與保溫水箱一體化限制，集熱面積小，水箱容積小，難以滿足用戶使用要求。
8.受水箱在上的結(jié)構(gòu)特征制約，無(wú)法低成本增設(shè)出水溫度自動(dòng)控制和采暖功能， 用途單一，利用率低，用戶實(shí)際使用性?xún)r(jià)比低，制約了用戶購(gòu)買(mǎi)欲望，制約了進(jìn)一步發(fā)展空間。
還有一種依靠防凍液強(qiáng)制循環(huán)集熱的平板型家用太陽(yáng)能熱水器，除外觀形象較好、防凍外，存在問(wèn)題多，成本很高，集熱面積很小，不具備成為主流產(chǎn)品的條件，不詳述。
二、平板型太陽(yáng)能集熱器、插入式熱管真空管集熱器、直流真空管集熱器
太陽(yáng)能集熱器種類(lèi)主要有平板型集熱器、插入式熱管真空管集熱器、直流真空管集熱器三種，采用強(qiáng)制頂水循環(huán)集熱方法，存在主要問(wèn)題是
1.水垢對(duì)集熱器集熱效率影響大。水垢位于吸熱板與循環(huán)吸熱水流之間，循環(huán)集熱管內(nèi)壁易結(jié)水垢，由于水垢熱導(dǎo)率低，影響吸熱板向水中傳熱，影響集熱效率；通常采用硅磷晶類(lèi)化工品對(duì)水進(jìn)行處理，這種方法只能延緩結(jié)垢，難以從根本上解決問(wèn)題，且硅磷晶類(lèi)物質(zhì)對(duì)水質(zhì)有影響；
插入式熱管真空管集熱器上的熱管冷凝端外表與導(dǎo)熱套間有接觸熱阻，在水箱內(nèi)的導(dǎo)熱套管外表易結(jié)垢，且聯(lián)集管內(nèi)部凹凸不平、無(wú)法清洗，對(duì)熱效率有影響。
2.維修難。每只平板型集熱器構(gòu)成一個(gè)整體，難以在現(xiàn)場(chǎng)局部維修，通常有問(wèn)題要整體更換，費(fèi)用高(插入式熱管真空管集熱器除外)。
3.強(qiáng)制頂水循環(huán)集熱方法不但使集熱器承受的水壓大，集熱器密封難，且集熱系統(tǒng)任何一處出現(xiàn)問(wèn)題，都必須停機(jī)、放水才能維修，影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。
4.強(qiáng)制頂水循環(huán)集熱所需循環(huán)泵功率大，且需要連續(xù)運(yùn)行才能集熱，耗電量大、運(yùn)行噪聲大。由于集熱器內(nèi)循環(huán)管徑小，無(wú)儲(chǔ)水儲(chǔ)熱能力，要集熱必須使循環(huán)泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，又因?yàn)榧療崞鞴軓叫　⒐苈烽L(zhǎng)、水阻大，多組集熱器串聯(lián)后水阻更大，循環(huán)泵需很大壓力才能克服阻力，達(dá)到頂水循環(huán)集熱的目的。
5.集熱器中集熱循環(huán)管、聯(lián)集管壁薄、管徑小，管道中水垢易腐蝕管壁，影響使用壽命ο
6.集熱器循環(huán)集熱管中始終存有少量水，遇光照強(qiáng)且循環(huán)泵停轉(zhuǎn)時(shí)，循環(huán)集熱管水溫高，高溫下極易結(jié)水垢，當(dāng)室外環(huán)境低時(shí)又極易受凍。
7.透光板保溫性能差。當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)，集熱性能較差，環(huán)境溫度低或要求出水溫度高時(shí)，熱效率較低(插入式熱管真空管集熱器除外)。
8.平板型集熱器熱效率和使用壽命受生產(chǎn)工藝、材料影響非常大。
9.單只集熱器集熱面積小，通常只有1 2平方米，大面積集熱系統(tǒng)使用集熱器數(shù)量多、接口多，回水管長(zhǎng)，故障因素多。
10.集熱器使用壽命較短。正規(guī)產(chǎn)品集熱器預(yù)期壽命通常為15年，一般廠家產(chǎn)品達(dá)不到15年，這是因?yàn)榧療崞魇懿牧虾徒Y(jié)構(gòu)制約，受循環(huán)集熱管管徑小、管路長(zhǎng)、管壁薄、 內(nèi)部凹凸不平，易結(jié)水垢、易腐蝕、無(wú)法清洗、集熱板連為一體無(wú)法維修等一系列因素影響大，使用數(shù)年后即使可用，熱效率也降低很多。
11.綜合成本高。這是因?yàn)槊拷M集熱器面積小，且都有箱體、四周透光保溫層和管線、接口，工序多，單位集熱面積成本高，又因?yàn)楣收弦蛩囟?，耗電量較大，使用壽命較短，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用高。
直流真空管集熱器屬于一種最新產(chǎn)品，目前用量極少，產(chǎn)品有同軸型和U型兩種類(lèi)型，同軸型工作原理是直流套管內(nèi)的介質(zhì)將熱能匯集，并通過(guò)循環(huán)管路輸入系統(tǒng)儲(chǔ)熱裝置內(nèi)蓄存，連續(xù)不斷的吸收太陽(yáng)輻射能為熱水系統(tǒng)或采暖系統(tǒng)提供熱能；U型工作原理是 熱能通過(guò)緊貼內(nèi)壁的金屬翼片傳至U型管內(nèi)，能量通過(guò)金屬流道管路輸入系統(tǒng)儲(chǔ)熱裝置內(nèi)蓄存。
直流真空管集熱器是在玻璃真空管的基礎(chǔ)上插入金屬循環(huán)管構(gòu)成的，這種改進(jìn)不但沒(méi)有解決集熱器原有問(wèn)題，而且引發(fā)了更多問(wèn)題，這些問(wèn)題主要有
1.金屬流道集熱器造價(jià)較昂貴；
2.安裝運(yùn)輸較復(fù)雜，維修難，有問(wèn)題只能整體更換；
3.金屬流道內(nèi)易堵塞、凍結(jié)，故不宜用于直接系統(tǒng)；
4.加熱快，能流密度大，循環(huán)受阻時(shí)介質(zhì)易汽化；
5.集熱循環(huán)能耗高；
6.單只集熱器集熱面積很小。
基于上述缺陷，直流真空管集熱器綜合熱效率比熱管真空管集熱器要低，故障可能性更大，經(jīng)不起長(zhǎng)時(shí)間考驗(yàn)。一旦出現(xiàn)問(wèn)題，難以維修，使用壽命更短，無(wú)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)， 不具備成為主流產(chǎn)品的條件。
平板型集熱器和直流真空管集熱器最大優(yōu)勢(shì)在于可水平或垂直安裝，但水平、垂直安裝與太陽(yáng)能接收的基本傾斜角要求不符。為了獲得太陽(yáng)最大輻射能，固定安裝的太陽(yáng)能傾斜角要求等于當(dāng)?shù)鼐暥龋覈?guó)內(nèi)陸緯度最低是廣州23度，最高是哈爾濱45度，全國(guó)太陽(yáng)能集熱器傾斜角為23 45度，因此水平、垂直這一優(yōu)勢(shì)因與太陽(yáng)能輻射角度要求不符， 不宜大面積使用，除非為了追求視覺(jué)效果和特殊場(chǎng)合安裝的方便性，而降低對(duì)集熱效率要求。
基于上述各種太陽(yáng)能集熱器存在的問(wèn)題，導(dǎo)致現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱產(chǎn)品理論計(jì)算效益很高，但用戶感受不明顯，特別是采用平板型太陽(yáng)能集熱器和直插式熱管真空管集熱器的熱水系統(tǒng)和集熱工程，太陽(yáng)能持久熱效率問(wèn)題往往被電輔助加熱和空氣源熱泵機(jī)輔助加熱系統(tǒng)掩蓋，用戶感受到的往往不是效益和方便性，而是巨大投資與收益的差別，甚至有得不償失之感，這是導(dǎo)致大面積太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)幾十年內(nèi)都未實(shí)現(xiàn)較大范圍推廣應(yīng)用的重要原因。到目前為止，各太陽(yáng)能企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品大同小異，未發(fā)現(xiàn)可系統(tǒng)解決上述問(wèn)題的方法、 方案，更未見(jiàn)有新意的產(chǎn)品。
要使太陽(yáng)能集熱理論效益與實(shí)際效益基本相符，必須從根本上解決太陽(yáng)能集熱器長(zhǎng)期運(yùn)行中遇到的各類(lèi)問(wèn)題，切實(shí)保證集熱器持久熱效率、高可靠性、低運(yùn)行費(fèi)和長(zhǎng)壽命。
本發(fā)明的主要目的
1.最大限度保持集熱器持久熱效率不受其它因素影響；
2.盡可能減少儲(chǔ)熱過(guò)程中的熱量流失，提高實(shí)際利用率；
3.大幅度優(yōu)化、簡(jiǎn)化集熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和管線，提高系統(tǒng)靈活性、通用性和可靠性；
4.大幅降低循環(huán)集熱過(guò)程中的能耗；
5.解決太陽(yáng)能熱水器防凍問(wèn)題；
6.提高產(chǎn)品安裝、使用、維修的方便性；
7.提高與建筑物相融性，減少對(duì)建筑物外觀和結(jié)構(gòu)的影響；
8.大幅度提高產(chǎn)品使用壽命；
9.擴(kuò)大太陽(yáng)能集熱產(chǎn)品應(yīng)用范圍；
10.大幅度降低太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)綜合成本和后期運(yùn)行費(fèi)用；
11.為太陽(yáng)能集熱產(chǎn)品智能化、高檔化、多功能化創(chuàng)造條件；發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)家用型太陽(yáng)能熱水器、平板型集熱器、插入式熱管真空管集熱器、直流真空管集熱器和熱水系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明解決問(wèn)題的總體方案是
1.將家用型太陽(yáng)能熱水器上集熱器與水箱分離，包括家用型太陽(yáng)能熱水器在內(nèi)的各種類(lèi)型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)全都由儲(chǔ)水集熱器和終端系統(tǒng)兩大部分組成。
2.全面放棄現(xiàn)有各類(lèi)平板型集熱器、插入式熱管真空管集熱器、直流真空管集熱器結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)工藝，淘汰頂水循環(huán)集熱方法。
3.用全新設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能儲(chǔ)水集熱器、終端系統(tǒng)和非承壓溫差控制循環(huán)集熱方法取代現(xiàn)有各種類(lèi)型的太陽(yáng)能熱水器和熱水系統(tǒng)。
本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的方法是各種類(lèi)型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)全部由儲(chǔ)水集熱器、終端系統(tǒng)和先放水后補(bǔ)水的溫差控制循環(huán)集熱運(yùn)行方法組成，在儲(chǔ)水集熱器上設(shè)有集熱箱，采用熱管真空管吸收太陽(yáng)能，對(duì)集熱箱中水加熱，在終端系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有保溫水箱，通過(guò)電控閥、 水管、水泵使集熱箱與保溫水箱連通，在溫差集熱控制系統(tǒng)的控制下，通過(guò)電控閥和水泵， 實(shí)現(xiàn)集熱箱內(nèi)高溫水與保溫水箱內(nèi)低溫水循環(huán)交換，把集熱箱中吸收的太陽(yáng)能熱量轉(zhuǎn)移到保溫水箱內(nèi)儲(chǔ)存。
為了較清楚地描述本發(fā)明，以下依據(jù)附圖1 圖8，先將本發(fā)明儲(chǔ)水集熱器、終端系統(tǒng)、集熱運(yùn)行方法分三部分分別描述，再依據(jù)圖9 圖30分別介紹。


一、附圖名稱(chēng)圖1.熱管軟塞密封型單箱儲(chǔ)水集熱器局部剖視圖；圖2.熱管導(dǎo)熱套管型單箱儲(chǔ)水集熱器局部剖視圖；圖3.雙水管型終端系統(tǒng)部件連接圖；圖4.單水管型終端系統(tǒng)部件連接圖；圖5.熱管軟塞密封型聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器局部剖視圖；圖6.熱管導(dǎo)熱套管型聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器局部剖視圖；圖7.太陽(yáng)能儲(chǔ)水集熱器與終端機(jī)雙水管連接圖；圖8.太陽(yáng)能儲(chǔ)水集熱器與終端機(jī)單水管連接圖；圖9.溫差控制循環(huán)集熱原理與信號(hào)流程方塊圖；圖10.圓箱平板型儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖11.長(zhǎng)方箱平板型儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖12.長(zhǎng)方箱墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖13.圓箱墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖14.平面落地型儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖，3.集熱器支架；
圖15.斜面落地型單箱儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖， 3.集熱器支架；
圖16.斜面落地型聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖， 3.集熱器支架；
圖17.立柱型單箱儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖，3.集熱器支架；
圖18.立柱型聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器，圖中1.集熱器主視圖，2.集熱器側(cè)視圖，3.集熱器支架；
圖19.圓箱平板型太陽(yáng)能熱水器；
圖20.長(zhǎng)方箱平板型太陽(yáng)能熱水器；
圖21.長(zhǎng)方箱墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型太陽(yáng)能熱水器；
圖22.圓箱墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型太陽(yáng)能熱水器；
圖23.平面落地型太陽(yáng)能熱水器；
圖24.斜面落地型單箱太陽(yáng)能熱水器；
圖25.斜面落地型聯(lián)箱太陽(yáng)能熱水器；
圖26.立柱型單箱太陽(yáng)能熱水器；
圖27.立柱型聯(lián)箱太陽(yáng)能熱水器；
圖28.立柱型聯(lián)箱太陽(yáng)能多用房；
圖29.太陽(yáng)能1200平方米單箱集熱系統(tǒng)實(shí)施例
圖30.太陽(yáng)能1200平方米聯(lián)箱集熱系統(tǒng)實(shí)施例。
__、附圖編號(hào)
圖1 圖8中各部件、部位采用統(tǒng)一編號(hào)，分別介紹如下
圖1、圖2儲(chǔ)水集熱器各部分編號(hào)名稱(chēng)是1.集熱管，2.密封軟塞，3.熱管，4.集熱箱，5.保溫防護(hù)層，6.端蓋，7.端蓋，8.水溫水位傳感器，9.排氣溢流管，10.電控閥，11.水管接口，12.水管接口，13.電控接口，14.集熱器接口，15.導(dǎo)熱套管。
圖1與圖2區(qū)別在于圖1為熱管軟塞型，雙水管輸出，圖2為導(dǎo)熱套管插入型，單水管輸出。
圖3、圖4終端系統(tǒng)各部分編號(hào)名稱(chēng)是16.終端機(jī)體，17.保溫水箱，18.排氣溢流管，19.水位傳感器，20.溫度傳感器，21.高溫區(qū)，22.透水隔板，23.低溫區(qū)，24.控制保護(hù)顯示系統(tǒng)，25.環(huán)流器，26.水泵，27.上水閥，28.電控接口，29.電源輸入接口，30.水管接口，31.水管接口，32.自來(lái)水輸入接口。
圖7、圖8中集熱器與終端系統(tǒng)連接水管編號(hào)33.集熱箱進(jìn)水管，34.集熱箱出水管，35.集熱箱進(jìn)出水共用水管。
三、儲(chǔ)水集熱器基本結(jié)構(gòu)、用途、制造方法與特征
圖1、圖2中儲(chǔ)水集熱器上集熱管(1)中熱管C3)通過(guò)密封軟塞( 或者導(dǎo)熱套管(1 與集熱箱(4)單面或雙面連接，水溫水位傳感器(8)和排氣溢流管(9)裝在集熱箱 (4)適當(dāng)位置，熱管C3)冷凝端位于集熱箱內(nèi)與箱中水進(jìn)行熱交換，把集熱管吸收的太陽(yáng)能熱量?jī)?chǔ)存在集熱箱中。
保溫防護(hù)層(5)包裹在集熱箱⑷外，端蓋(6)和端蓋(7)接集熱器兩端接口 (14)，電控閥(10)接于集熱箱與水管接口(11)之間，水管接口(12)為集熱箱(4)上水接口。
儲(chǔ)水集熱器上集熱管(1)采用已獲國(guó)家和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證的太陽(yáng)能真空集熱管，儲(chǔ)水集熱器熱效率由所選用的集熱管決定，質(zhì)量有保證。集熱管(1)種類(lèi)和選擇范圍包括現(xiàn)有和未來(lái)開(kāi)發(fā)的各種太陽(yáng)能熱管真空管、全玻真空管、非重力型集熱管和熱管型集熱板等。
密封軟塞( 用于熱管與集熱箱之間防水密封，導(dǎo)熱套管(1 用于將熱管冷凝端與水箱中水隔離，熱管冷凝端可直接插入導(dǎo)熱套管，與集熱箱中水對(duì)流換熱，密封軟塞 (2)與導(dǎo)熱套管(15)作用相同，只是實(shí)現(xiàn)方法不同；
儲(chǔ)水集熱器特點(diǎn)和集熱箱的特征是
1.集熱箱(4)截面有圓形、圓弧形、方形、長(zhǎng)方形等各種形狀，截面積形狀可根據(jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合和安裝要求選擇。
2.集熱箱(4)截面積范圍0.005平方米 0.05平方米，相當(dāng)于圓形管內(nèi)徑80 250毫米，1米長(zhǎng)度集熱箱(4)可儲(chǔ)水5 50升，各種不同類(lèi)型、不同應(yīng)用場(chǎng)合的集熱器，可根據(jù)需要選擇集熱箱內(nèi)徑。
3.單只集熱器長(zhǎng)度為1 12米范圍內(nèi)任意值，如果選用2米長(zhǎng)集熱管，集熱面積單箱為2 M平方米，聯(lián)箱為4 48平方米；根據(jù)先放后補(bǔ)的非承壓溫差控制循環(huán)集熱方法，適于系統(tǒng)運(yùn)行的集熱箱長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)百米以上，可承載集熱面積數(shù)百平方米；考慮到生產(chǎn)、運(yùn)輸方便性和型材最大長(zhǎng)度，實(shí)際工廠生產(chǎn)的集熱器長(zhǎng)度為1 6米，特制型為12米， 主要用于大規(guī)模集熱工程；通常各類(lèi)金屬型和耐熱塑料管標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為6米，玻璃鋼管長(zhǎng)度有6米、12米品種，因而6米以?xún)?nèi)集熱器很容易制造，12米長(zhǎng)集熱器可由2根6米長(zhǎng)管對(duì)接或焊接而成，生產(chǎn)難度不大，可采用長(zhǎng)運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，集熱器支架可模塊化生產(chǎn)，大面積集熱工程只要將集熱箱、支架、集熱管運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)組裝即可，連接終端系統(tǒng)即可正常運(yùn)行，簡(jiǎn)單方便快捷，施工效率比現(xiàn)有產(chǎn)品高2 6倍。
4.儲(chǔ)水集熱器兩端接口(14)內(nèi)徑等于集熱箱內(nèi)徑，儲(chǔ)水集熱器之間可通過(guò)兩端接口(14)串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積可任意組合，儲(chǔ)水集熱器串聯(lián)、并聯(lián)后其集熱箱內(nèi)徑相同，可連接成集熱面積數(shù)百平方米的集熱器、工作狀態(tài)與單只集熱器完全相同大型集熱器， 多只大型集熱器并聯(lián)可組成集熱面積數(shù)萬(wàn)平方米以?xún)?nèi)的太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)。
5.儲(chǔ)水集熱器進(jìn)出水可以同在一處，無(wú)回水管，使太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)得到進(jìn)一步簡(jiǎn)化，在各種大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和集熱工程上應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常明顯。
6.制造集熱箱的材料有金屬型和非金屬型兩大類(lèi)，可特制，也可采用標(biāo)準(zhǔn)型材制造。相關(guān)材料種類(lèi)多，簡(jiǎn)單介紹如下
a.金屬型主要包括特制和標(biāo)準(zhǔn)圓形、矩形不銹鋼管、鍍鋅鋼管、鋁管、鋁塑管等，這類(lèi)材料種類(lèi)多，管壁厚度和管徑選擇范圍大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高，耐腐朽，易加工且成本較低，密封軟塞型只要在管上打好孔、裝好支架、端蓋、接口、測(cè)量控制組件、保溫層，接上集熱管(1) 即可成為完整的儲(chǔ)水集熱器，導(dǎo)熱套管型要在集熱箱上焊好導(dǎo)熱套管，多一道工序，并在安裝集熱管時(shí)應(yīng)在熱管冷凝端涂導(dǎo)熱硅脂，否則熱管與導(dǎo)熱套管間接觸熱阻影響熱效率，在大多數(shù)場(chǎng)合，密封軟塞型比導(dǎo)熱套管型優(yōu)勢(shì)更明顯。
b.非金屬型包括玻璃鋼管、耐高溫塑料管。玻璃鋼管具有結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高、質(zhì)輕、阻燃、耐高溫水、抗凍、不結(jié)水垢、不生銹、熱導(dǎo)率低、使用壽命長(zhǎng)等太陽(yáng)能集熱器最需要的特性，是制造太陽(yáng)能儲(chǔ)水器上的集熱箱(4)最理想材料之一。
耐高溫塑料管種類(lèi)很多，凡結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高、可在90度以上水溫長(zhǎng)期工作不變形不影響使用壽命的各種類(lèi)型塑料管、橡塑管、夾筋塑料管都可做集熱箱(4)。
7.在集熱箱上裝有水溫水位傳感器(8)，用于測(cè)定集熱箱(4)水溫和水位，實(shí)施自動(dòng)控制，水溫水位傳感器可裝在集熱箱任何適當(dāng)位置，也可內(nèi)置在集熱箱內(nèi)。
8.集熱箱(4)上的排氣溢流管(9)用于集熱箱⑷排氣和進(jìn)氣，使集熱箱⑷始終與大氣相通，可消除集熱器內(nèi)部壓力，成為非承壓儲(chǔ)水集熱器。
保溫防護(hù)層(5)用于保溫、防曬和防紫外線照射，保溫和紫外線屏蔽方法有多種， 根據(jù)制造集熱箱(4)材料采用不同的保溫防護(hù)方法。由于儲(chǔ)水集熱器不承擔(dān)集熱箱(4)中熱水晚間保溫任務(wù)，對(duì)保溫性能要求相對(duì)降低，用金屬類(lèi)制成的集熱箱(4)必須設(shè)置較好的保溫層，玻璃鋼和塑料類(lèi)非金屬材料制成的集熱箱(4)本身熱導(dǎo)率低，對(duì)保溫層要求相對(duì)降低，但陽(yáng)光和紫外線對(duì)玻璃鋼管和塑料管壽命影響非常大，必須進(jìn)行屏蔽，屏蔽方法有多種，通常是在集熱箱(4)保溫層外再套薄壁金屬管，可徹底屏蔽紫外線，也可在集熱箱保溫層外，刷浙青油等其它保溫防曬防紫外線照射方法。
端蓋(6)和端蓋(7)用于封閉集熱箱，清洗時(shí)端蓋可打開(kāi)，端蓋可以是活動(dòng)式， 也可以是永久封閉式；
電控閥(10)接于集熱箱⑷與水管接口(11)之間，利用高度差將集熱箱⑷中熱水放入保溫水箱(17)。
水管接口(12)直接接集熱箱⑷上端，用于集熱箱⑷上水。
電控接口(13)用于接通集熱器與終端系統(tǒng)電源和信號(hào)。
集熱器接口(14) 一是用于集熱器之間串聯(lián)、并聯(lián)，二是與端蓋(6) (7)連接。
四、終端系統(tǒng)組成、用途、特點(diǎn)、要求和特征
以圖3為例，終端系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有保溫水箱(17)，排氣溢流管(18)、水位傳感器(19)、 溫度傳感器00)和透水隔板0 裝在保溫水箱(17)適當(dāng)位置；低溫區(qū)水經(jīng)水泵 (26)與水管接口(31)連通，水管接口(30)接保溫水箱(17)高溫區(qū)01)，自來(lái)水輸入接口 (32)經(jīng)上水閥(27)接保溫水箱低溫區(qū)(23) 0
保溫水箱(17)的主要作用一是儲(chǔ)水蓄熱，二是與集熱箱(4)水循環(huán)熱交換，將集熱箱(4)水中吸收的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)移到保溫水箱(17)中儲(chǔ)存，三是為用戶提供熱水。
排氣溢流管(18)用于保溫水箱(17)氣體進(jìn)出和溢流，消除水箱內(nèi)部壓力。
水位傳感器(19)用于測(cè)定保溫水箱(17)水位，控制上水閥(27)，實(shí)現(xiàn)水箱自動(dòng)上水。
水溫傳感器用于測(cè)定保溫水箱(17)高溫區(qū)水溫，通過(guò)與集熱箱(4)中水溫比對(duì)，實(shí)現(xiàn)溫差控制。
透水隔板0 是根據(jù)熱往高處走的原理設(shè)置的，設(shè)置在保溫水箱(17)位于水箱高度四分之一左右位置，其作用一是保證隔板上下水流通，二是避免集熱箱(4)高溫水進(jìn)入時(shí)與下部低溫水快速混合，有利于提高循環(huán)集熱效率。
控制保護(hù)顯示系統(tǒng)04)用于控制全系統(tǒng)按程序自動(dòng)運(yùn)行。
水泵06)用于向集熱箱⑷注水。
上水閥、2Τ)用于保溫水箱(17)自動(dòng)上水，如果將上水閥(27)，改為水泵，無(wú)自來(lái)水用戶可正常使用。
圖4與圖3區(qū)別僅在于終端系統(tǒng)與儲(chǔ)水集熱器之間水管連接，圖3為雙水管連接， 圖4為單水管連接，為避免集熱箱(4)高溫水直接進(jìn)入保溫水箱(17)低溫區(qū)(23)，影響換熱效率，圖4中增設(shè)了環(huán)流器(25)，集熱箱(4)放水時(shí)環(huán)流器0 依靠放水壓力自動(dòng)封閉水泵端口，打開(kāi)通往水箱高溫區(qū)端口，使高溫水經(jīng)環(huán)流器0 進(jìn)入水箱高溫區(qū)(21)，集熱箱(4)上水時(shí)，在水泵06)水壓作用下，封閉通往水箱高溫區(qū)端口，水箱低溫區(qū)經(jīng)水泵(26)和環(huán)流器(25)進(jìn)入集熱箱(4)。
本發(fā)明終端系統(tǒng)有如下特點(diǎn)和要求
1.終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)根據(jù)所負(fù)載的集熱面積有一體機(jī)和分體機(jī)兩種，通常集熱面積 50平方米以?xún)?nèi)的家用、商用型太陽(yáng)能熱水器和熱水系統(tǒng)，其終端系統(tǒng)為一體機(jī)，集熱面積大于50平方米為分體式終端系統(tǒng)。
2.終端系統(tǒng)內(nèi)保溫水箱(17)容積比集熱箱⑷容積大3倍以上。
3.多套獨(dú)立運(yùn)行的儲(chǔ)水集熱器和終端系統(tǒng)可共用保溫水箱(17)。
4.制造保溫水箱(17)的材料通常為金屬、玻璃鋼、耐高溫塑料，大型集熱系統(tǒng)也可采用鋼筋水泥和保溫防水材料建在地面上或地下。
5.保溫水箱(17)水分高低溫區(qū)的方法有多種，透水隔板02)分區(qū)方法僅是其中之一。
6.在終端系統(tǒng)上，利用其本身已具備的水、電、泵、控制電路和機(jī)體等條件稍加改進(jìn)，就可以很低的成本加設(shè)水溫調(diào)節(jié)功能和采暖功能，使家用太陽(yáng)能熱水器全面升級(jí)為智能型多用途供熱采暖系統(tǒng)。
7.儲(chǔ)水集熱器與終端系統(tǒng)的水管連接方法有雙水管和單水管兩種，單水管方式在終端系統(tǒng)中裝有環(huán)流器(25)，兩種方法除水管數(shù)量外，無(wú)其它影響。
8.終端機(jī)可就近放置在儲(chǔ)水集熱器附近，也可遠(yuǎn)離儲(chǔ)水集熱器，放在室內(nèi)，不受日曬雨淋風(fēng)吹和低溫環(huán)境影響，機(jī)體材料不易老化，熱能不易流失，可就近供電供水和使用熱水。
五、集熱運(yùn)行方法、特征與相關(guān)問(wèn)題說(shuō)明
本發(fā)明集熱運(yùn)行方法的特征是溫差控制循環(huán)集熱，先放水后補(bǔ)水，先將集熱箱 (4)內(nèi)高溫水排入保溫水箱(17)高溫區(qū)(21)，然后用保溫水箱(17)低溫區(qū)中水注滿集熱箱G)，等待太陽(yáng)能將集熱箱(4)中水加熱至規(guī)定溫差值，重復(fù)集熱箱(4)排水與補(bǔ)水循環(huán)集熱過(guò)程。
以圖7雙水管連接方法為例，溫差控制循環(huán)集熱方法和運(yùn)行過(guò)程如下
1.連接方法按圖7接好水管(33、34)和自來(lái)水管，將電控接口(13)與Q8)相接，接通電源，開(kāi)機(jī)后，保溫水箱(17)和集熱箱自動(dòng)注滿水，集熱箱(4)進(jìn)入等待太陽(yáng)能加熱狀態(tài)，其水溫隨陽(yáng)光強(qiáng)度和照射時(shí)間上升。
2.當(dāng)集熱箱(4)水溫高于保溫水箱(17)設(shè)定的溫差值時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)打開(kāi)儲(chǔ)水集熱器上電控閥(10)，利用高度差，將集熱箱(4)高溫水經(jīng)外接水管(34)放入保溫水箱 (17)高溫區(qū)(21)，放水結(jié)束后關(guān)閉電控閥(10)，開(kāi)啟水泵( )，將保溫水箱(17)低溫區(qū) (23)中水經(jīng)外接水管(3 注入集熱箱G)，注滿后自動(dòng)關(guān)閉水泵( )，等待集熱箱中水加熱至規(guī)定的溫差值，再次重復(fù)集熱箱(4)排水與補(bǔ)水循環(huán)集熱過(guò)程。
集熱箱(4)放水溫度等于保溫水箱(17)高溫區(qū)水溫加設(shè)定的溫差值，保溫水箱(17)中高溫區(qū)水的溫度隨每次集熱箱(4)放入高溫水而提高，當(dāng)設(shè)定的溫差值一定時(shí)，集熱箱(4)每次放水溫度值隨保溫水箱(17)水溫提高而提高，從而達(dá)到將集熱箱 ⑷中熱能轉(zhuǎn)移到保溫水箱(17)內(nèi)儲(chǔ)存的目的。
圖8與圖7的差別僅在于終端系統(tǒng)增加了環(huán)流器(25)，集熱器與終端系統(tǒng)之間進(jìn)出水共用一根水管(35)，這種單水管連接方法在家用熱水器和集熱面積小于50平方米的集熱系統(tǒng)上應(yīng)用有較大優(yōu)勢(shì)，因此終端機(jī)與集熱器之間采用單水管連接還是雙水管連接， 可根據(jù)不同產(chǎn)品、應(yīng)用場(chǎng)合和集熱規(guī)模確定。
儲(chǔ)水集熱器溫差控制循環(huán)集熱的溫差值設(shè)定范圍5 30度，通常廠方可根據(jù)集熱箱(4)截面積設(shè)定默認(rèn)溫差值，用戶可在一定范圍內(nèi)修改。
溫差控制循環(huán)集熱方法另一優(yōu)勢(shì)是水泵運(yùn)行時(shí)間極短，每年平均運(yùn)行時(shí)間200小時(shí)以?xún)?nèi)，不但節(jié)電效率高，而且水泵使用壽命很長(zhǎng)。
儲(chǔ)水集熱器防凍通常采用自動(dòng)放水方法，放水防凍有時(shí)鐘控制和環(huán)境溫度控制兩種控制方法。時(shí)鐘控制方法通常是在寒冷季節(jié)，時(shí)鐘控制電路每天下午6點(diǎn)(可設(shè)置)自動(dòng)打開(kāi)電控閥，將集熱箱水放入保溫水箱中，每天早上7點(diǎn)(可設(shè)置)自動(dòng)發(fā)出集熱箱(4) 上水信號(hào)，但集熱箱(4)上水受時(shí)間和溫度雙重控制，只有當(dāng)集熱箱內(nèi)溫度高于設(shè)定值時(shí) (例如20度)，才自動(dòng)上水進(jìn)入循環(huán)集熱運(yùn)行狀態(tài)。環(huán)境溫度控制有多種，因與本發(fā)明特征無(wú)關(guān)，不詳述。
儲(chǔ)水集熱器與終端系統(tǒng)水循環(huán)，其電控閥與水泵配置、安裝方法有兩種，介紹如下
1.利用集熱箱(4)與保溫水箱(17)相對(duì)高度差，通過(guò)電控閥(10)完成一個(gè)方向放水或補(bǔ)水，另一個(gè)方向放水或補(bǔ)水由水泵06)完成。因而電控閥(10)與水泵06)的安裝位置是當(dāng)集熱箱(4)安裝高度高于保溫水箱(17)時(shí)，儲(chǔ)水集熱器上裝電控閥(10)， 終端系統(tǒng)裝水泵06)；當(dāng)集熱箱(4)安裝高度低于保溫水箱(17)時(shí)，儲(chǔ)水集熱器上裝水泵 ( )，終端系統(tǒng)裝電控閥(10)；
2.集熱器和終端系統(tǒng)都裝水泵，即將電控閥(10)改成水泵，放水和補(bǔ)水全部通過(guò)水泵實(shí)現(xiàn)。安裝位置不受集熱箱(4)與保溫水箱(17)相對(duì)高度差限制。
儲(chǔ)水集熱器利用相對(duì)高度差的基本要求是集熱箱(4)與保溫水箱(17)絕對(duì)高度差大于0. 3米，集熱系統(tǒng)可適應(yīng)的最大高度差由水泵揚(yáng)程決定，根據(jù)家用終端機(jī)特點(diǎn)，水泵揚(yáng)程通常在10米以?xún)?nèi)選擇，10米以上小型高壓水泵，適用于平房和6層以?xún)?nèi)樓房使用，解決了多層樓頂密集安裝分戶使用的難題。絕大多數(shù)場(chǎng)合安裝太陽(yáng)能熱水器，其高度差通常小于2米，一般低壓水泵都可滿足使用要求。
水泵噪聲問(wèn)題由于水泵功率小，噪聲比洗衣機(jī)小，且運(yùn)行時(shí)間很短，僅在白天陽(yáng)光強(qiáng)時(shí)才有短時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)用戶無(wú)影響。
六、實(shí)現(xiàn)溫差控制循環(huán)集熱的基本原理與信號(hào)流程方塊圖
圖9是溫差控制循環(huán)集熱方法原理與信號(hào)流程方塊圖，是實(shí)現(xiàn)溫差控制循環(huán)集熱方法中的一種方案；圖中1.集熱箱，2.電控閥，3.外接水管，4.環(huán)流器，5.水泵，6.上水閥， 7.保溫水箱低溫區(qū)，8.保溫水箱高溫區(qū)，9.時(shí)鐘或環(huán)境溫度控制信號(hào)，10.水位信號(hào)，11.綜合控制器，12.集熱箱溫度信號(hào)，13.保溫水箱溫度信號(hào)，14.溫差信號(hào)處理器，15.水箱水位控制器。
實(shí)現(xiàn)溫差控制循環(huán)集熱的具體電路和方法很多，其具體電路與本發(fā)明特征無(wú)關(guān)， 故不詳述。
七、儲(chǔ)水集熱器種類(lèi)
圖1、圖2和圖5、圖6是本發(fā)明儲(chǔ)水集熱器基本結(jié)構(gòu)，在圖1、圖2和圖5、圖6儲(chǔ)水集熱器上加裝不同形狀、結(jié)構(gòu)的支架，可成為平板型、墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型、平面落地型、斜面落地型、立柱型等各種規(guī)格的單箱、聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器和其它形狀、安裝方式的儲(chǔ)水集熱器， 并可按安裝場(chǎng)地形狀和建筑物上安裝要求組合成各種形狀的大型儲(chǔ)水集熱器。
各種類(lèi)型的儲(chǔ)水集熱器工廠生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度范圍都為1 12米，集熱面積范圍單箱為2 對(duì)平方米，聯(lián)箱為4 48平方米，串聯(lián)、并聯(lián)后的長(zhǎng)度、面積、形狀不限，適用于家用、 商用、大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能集熱工程，部分儲(chǔ)水集熱器基本種類(lèi)和外形如圖10 圖18所示。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明儲(chǔ)水集熱器配終端系統(tǒng)，可成為平板型、墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型、平面落地型、斜面落地型、立柱型單箱、聯(lián)箱太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能多用房。
儲(chǔ)水集熱器與終端系統(tǒng)基本連接方法如圖7、圖8所示。
本發(fā)明同一方案的產(chǎn)品應(yīng)用范圍涉及太陽(yáng)能集熱各個(gè)領(lǐng)域和各種應(yīng)用場(chǎng)合，在圖 19 圖30實(shí)施例中的終端機(jī)，通常集熱面積50平方米以?xún)?nèi)為一體機(jī)，50平方米以上為分體式終端系統(tǒng)；終端機(jī)與儲(chǔ)水集熱器之間安裝位置可遠(yuǎn)可近，可高可低，各種類(lèi)型的產(chǎn)品所配終端機(jī)相同，儲(chǔ)水集熱器基本結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方法相同，不同的只是儲(chǔ)水集熱器支架結(jié)構(gòu)和安裝方法，因而不同類(lèi)型的產(chǎn)品，適用范圍由集熱器安裝結(jié)構(gòu)決定，圖19 圖30實(shí)施例適用范圍分別介紹如下
圖19圓箱平板型太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器能與建筑物很好地融合，適用于坡面、斜面金屬架上安裝，儲(chǔ)水集熱器可串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積不限，適用于各類(lèi)大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和集熱工程，特別適用于人字房頂放置或嵌入，可與屋面全溶為一體，在農(nóng)村和城市別墅有廣闊市場(chǎng)。
圖20長(zhǎng)方箱平板型太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器能與建筑物很好地融合，適用于坡面、斜面金屬架上安裝，適用于各類(lèi)大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和集熱工程，特別適用于人字房頂放置或嵌入，可與屋面全溶為一體， 在農(nóng)村和城市別墅有廣闊市場(chǎng).
圖21長(zhǎng)方箱墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型太陽(yáng)能熱水器，圖中1.集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器可在建筑物墻壁掛裝，既不占用空間，又可獲取大量的熱水，有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在陽(yáng)臺(tái)掛裝和大墻面掛裝等方面有較大市場(chǎng)。
圖22圓箱墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器可在建筑物墻壁掛裝，既不占用空間，又可獲取大量的熱水，有獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在陽(yáng)臺(tái)掛裝和大墻面掛裝等方面有較大市場(chǎng)。
圖23平面落地型太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器適于固定在坡面、人字屋面、金屬架上，集熱器可串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積不限，適用于各類(lèi)大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和集熱工程。
圖M斜面落地型單箱太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器適用于放置或固定在平地、平面屋頂、人字形屋頂、坡面、金屬架上，是取代現(xiàn)有家用型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)的主要品種之一，儲(chǔ)水集熱器可串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積不限，適用于各類(lèi)大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和集熱工程。
圖25斜面落地型聯(lián)箱太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器適用于平地、平頂房、金屬架上安裝，儲(chǔ)水集熱器可串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積不限，適用于各種家用、商業(yè)太陽(yáng)能熱水器和大中小型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、集熱工程。
圖沈立柱型單箱太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器占地面積小，對(duì)安裝場(chǎng)地?zé)o嚴(yán)格要求，房前、屋后、坡地、平地都可安裝，使用方便，適用于餐飲、洗理等需要較多熱水服務(wù)行業(yè)和其它各種適于安裝的場(chǎng)合，儲(chǔ)水集熱器可串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積不限，適用于各類(lèi)大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和集熱工程。
圖27立柱型聯(lián)箱太陽(yáng)能熱水器，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)；本實(shí)施例儲(chǔ)水集熱器可串聯(lián)、并聯(lián)，長(zhǎng)度和集熱面積不限，在集熱的同時(shí)，適用于兼做別墅涼亭，旅游場(chǎng)所遮蔭走廊等，儲(chǔ)水集熱器下空間可充分利用，安裝場(chǎng)地可高可低，無(wú)嚴(yán)格要求，安裝后再異地安裝都很方便，儲(chǔ)水集熱器可串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積不限，適用于各類(lèi)大中小型太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和集熱工程。
圖觀立柱型聯(lián)箱太陽(yáng)能多用房，圖中1.儲(chǔ)水集熱器，2.終端機(jī)，3.聯(lián)排房；本實(shí)施例終端系統(tǒng)放在房?jī)?nèi)房外均可，儲(chǔ)水集熱器和房屋融為一體，單只集熱器構(gòu)成的獨(dú)幢房最大集熱面積48平方米，房?jī)?nèi)寬3. 2米左右，最長(zhǎng)12米，最高處3米以上，房?jī)?nèi)最大面積為 32平方米左右，房?jī)?nèi)可內(nèi)置衛(wèi)浴間，溫度可自動(dòng)調(diào)節(jié)，整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成模塊式，可拆裝和異地安裝，對(duì)安裝場(chǎng)地要求不高，房屋周邊和房頂可選用防雨耐老化透光或不透光材料，如需透光可采用鋼化玻璃，成為陽(yáng)光暖房，用于種養(yǎng)業(yè)，也可用于崗?fù)ど谒惋嬄糜螛I(yè)，公共衛(wèi)生間兼收費(fèi)洗浴房，可居住，應(yīng)用范圍極廣。各單組房可串聯(lián)、并聯(lián)，集熱面積和室內(nèi)面積無(wú)上限，可取代塑料大棚用于蔬菜瓜果花卉種植，魚(yú)、蛙、禽、鳥(niǎo)飼養(yǎng)；如果不需大面積采光，周邊和房頂采用不透光材料，配透光換氣窗，太陽(yáng)能集熱面積根據(jù)用房要求確定，只是多裝或少裝集熱管問(wèn)題，不受房屋面積和集熱房組合數(shù)量限制。
圖四太陽(yáng)能1200平方米單箱集熱系統(tǒng)實(shí)施例，圖中1.單箱儲(chǔ)水集熱器，2.控制柜，3.保溫水箱或水池，4.增壓泵與熱輔系統(tǒng)，5.用戶端，6.空氣源熱泵機(jī)；本實(shí)施例平板型、平面落地型、斜面落地型、立柱型單箱儲(chǔ)水集熱器都適用，平面、坡面、房頂和金屬架上都可安裝，具體根據(jù)安裝環(huán)境和用戶要求選用。實(shí)現(xiàn)1200平方米集熱面積僅需50只集熱器串聯(lián)或并聯(lián)，集熱系統(tǒng)無(wú)小口徑水管接口，無(wú)回水管，預(yù)期使用壽命比現(xiàn)有產(chǎn)品長(zhǎng)一倍左右，綜合成本可大幅度下降，優(yōu)勢(shì)十分明顯。本方案適用于集熱面積100平方米 數(shù)萬(wàn)平米集熱工程，集熱面積小于和大于1200平方米，可按比例縮小和放大。圖中空氣源熱泵機(jī)(6) 屬于輔助加熱節(jié)能裝置，可裝可不裝，視用戶需要定。
圖30太陽(yáng)能1200平方米聯(lián)箱集熱系統(tǒng)實(shí)施例，圖中1.聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器，2.控制柜，3.保溫水箱或水池，4.增壓泵與熱輔系統(tǒng)，5.用戶端，6.空氣源熱泵機(jī)；本實(shí)施例平板型、平面落地型、斜面落地型、立柱型單箱儲(chǔ)水集熱器都適用，平面、坡面、房頂和金屬架上都可安裝，具體根據(jù)安裝環(huán)境和用戶要求選用。實(shí)現(xiàn)1200平方米集熱面積僅需25只集熱器串聯(lián)或并聯(lián)，集熱系統(tǒng)無(wú)小口徑水管接口，無(wú)回水管，預(yù)期使用壽命比現(xiàn)有產(chǎn)品長(zhǎng)一倍左右，綜合成本可大幅度下降，優(yōu)勢(shì)十分明顯。本方案適于集熱面積100平方米 數(shù)萬(wàn)平米集熱工程，集熱面積小于和大于1200平方米，可按比例縮小和放大。圖中空氣源熱泵機(jī)(6) 屬于輔助加熱節(jié)能裝置，可裝可不裝，視用戶需要定。
圖四與圖30的差別僅在于圖四采用單箱儲(chǔ)水集熱器，圖30采用聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器，性能無(wú)差異，只是安裝方法和安裝場(chǎng)地要求略有不同，可根據(jù)用戶實(shí)際情況選擇。
本發(fā)明特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)
一、與家用型太陽(yáng)能熱水器對(duì)比
本發(fā)明家用型太陽(yáng)能熱水器由儲(chǔ)水集熱器和一體化終端機(jī)組成，集熱器與終端機(jī)之間可單水管連接，也可以雙水管連接，非常簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有家用太陽(yáng)能熱水器相比，具有如下特點(diǎn)
1.截?cái)嗔藷崴髦袩崴ㄟ^(guò)集熱器大面積散熱的途經(jīng)，降低水垢對(duì)集熱效率的影響，大幅度降低了保溫水箱內(nèi)外溫差，熱量不易流失，可最大限度發(fā)揮熱水器集熱保溫功能，可確保集熱系統(tǒng)長(zhǎng)期使用熱效率不下降或降幅很小。綜合熱效率和熱能實(shí)際可利用率比現(xiàn)有產(chǎn)品高20%以上。
2.保溫水箱和儲(chǔ)水集熱器都可隨時(shí)打開(kāi)清洗，集熱管可隨時(shí)拆裝，清洗水箱和拆裝集熱管都非常簡(jiǎn)單，用戶可隨時(shí)清洗、維護(hù)，確保水質(zhì)和持久熱效率。
3.儲(chǔ)水集熱器與保溫水箱分離，徹底切斷了水箱中高溫水通過(guò)集熱器散熱的途徑，熱能不易流失，利用效率高。
4.冬季夜間自動(dòng)放水、防凍，不存在凍壞問(wèn)題，無(wú)論是南方北方，一年四季可用。
5.儲(chǔ)水集熱箱可采用金屬和非金屬材料制造，質(zhì)量輕、不生銹、不結(jié)水垢，使用壽命長(zhǎng)。
6.終端機(jī)可放在室內(nèi)任何地方，不受日曬雨淋風(fēng)吹，水箱中熱量不易流失，就近用熱水更方便。
7.儲(chǔ)水集熱器可放在樓頂，終端機(jī)放在各用戶家中，可就近供電供水用水，適用于 6層以?xún)?nèi)樓房共用樓頂采光面積，各戶獨(dú)立使用太陽(yáng)能熱水器。
8.全自動(dòng)上水，如果將電控閥、2Τ)改為水泵，無(wú)自來(lái)水用戶可正常使用，用電無(wú)安全隱患。
9.儲(chǔ)水集熱器上無(wú)沉重的大水箱，對(duì)建筑屋面壓力比現(xiàn)有同規(guī)模產(chǎn)品小1 3倍， 適于房頂密集排列和屋面嵌入。
10.太陽(yáng)能集熱面積、水箱容積都可成倍增加，用戶可根據(jù)季節(jié)增減集熱管數(shù)量， 可最大限度滿足用戶使用要求。14
11.耗電量極低。集熱面積4平方米的家用太陽(yáng)能熱水器，控制與循環(huán)集熱系統(tǒng)平均每天M小時(shí)電費(fèi)不足4分錢(qián)，其消耗的電費(fèi)與帶來(lái)的效益相比微不足道，可忽略不計(jì)。
12.儲(chǔ)水集熱器可選材料種類(lèi)多，生產(chǎn)簡(jiǎn)單方便，采用玻璃鋼、耐高溫塑料制造集熱箱，在一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)可一次成型。
13.綜合成本較低，且隨集熱面積增加，單位成本大幅度降低。
14.預(yù)期使用壽命可提高一倍左右。
終上所述，采用本發(fā)明取代現(xiàn)有家用太陽(yáng)能熱水器將是難以阻擋的發(fā)展趨勢(shì)。
二、與現(xiàn)有頂水循環(huán)集熱的集熱器對(duì)比
本發(fā)明各種類(lèi)型儲(chǔ)水集熱器，與現(xiàn)有強(qiáng)制頂水循環(huán)集熱的平板型集熱器、插入式熱管真空管集熱器和直流真空管集熱器相比，優(yōu)勢(shì)更明顯，應(yīng)用范圍更廣，許多現(xiàn)有集熱器不適用的地方都可使用。本發(fā)明與現(xiàn)有產(chǎn)品相比，都具有以下特點(diǎn)
1.集熱箱截面積大，儲(chǔ)水多，熱管可在水中充分進(jìn)行熱交換。
2.集熱效率高。這是因?yàn)槌裏峁芾淠私Y(jié)水垢對(duì)熱效率有一定影響外，集熱器沒(méi)有其它可影響熱效率的因素。由于集熱器上無(wú)外加水壓，易拆裝，熱管冷凝端水垢用戶可隨時(shí)清洗，每年清洗一次到二次，熱水器長(zhǎng)期使用熱效率有保證。
3.單組集熱器集熱面積大，多組集熱器可串聯(lián)并聯(lián)，同規(guī)模集熱面積使用集熱器數(shù)量極少，無(wú)眾多接口。
4.集熱器無(wú)外部水壓，密封簡(jiǎn)單，幾乎不存在漏水問(wèn)題，可靠性高。
5.集熱器高低溫水進(jìn)出都在集熱箱內(nèi)完成，無(wú)回水管，外部連接極為簡(jiǎn)便。
6.采用熱管真空管，不存在現(xiàn)有平板型熱水器所具有的環(huán)境溫度較低時(shí)集熱性能較差，環(huán)境溫度低或要求出水溫度高時(shí)熱效率較低等弊端。
7.集熱箱兩端可打開(kāi)沖洗，熱管可隨時(shí)取下除垢，采用玻璃鋼、耐熱塑料制作的集熱箱，不腐蝕、不生銹、不結(jié)水垢，長(zhǎng)期持久熱效率有保證。
8.維修簡(jiǎn)單方便。維修不停機(jī)、不放水，不影響系統(tǒng)正常運(yùn)行。
9.溫差控制循環(huán)集熱，先放水后補(bǔ)水，放水過(guò)程中熱水不稀釋?zhuān)瑩Q熱效率高。
10.耗電量極少，節(jié)電效率極高，且運(yùn)行噪聲小。節(jié)電表現(xiàn)在3個(gè)方面
一是水泵運(yùn)行阻力很小，所需水泵功率小，由于集熱箱(4)截面積大，且通過(guò)排氣溢流管與大氣相通；集熱箱(4)無(wú)水阻力，水泵的作用是將水提升0.3米以上，只需小功率的低壓水泵即可滿足使用要求，同規(guī)模集熱系統(tǒng)所用水泵功率僅為頂水循環(huán)集熱所需循環(huán)泵功率的25%左右。
二是儲(chǔ)水累積集熱，水泵運(yùn)行時(shí)間極短，絕大部分時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)。根據(jù)集熱器集熱功率與儲(chǔ)水量和溫差的關(guān)系，可計(jì)算出溫差運(yùn)行時(shí)間間隔，通常設(shè)計(jì)溫差集熱循環(huán)周期按最強(qiáng)光照時(shí)20分鐘左右循環(huán)一次。
三是利用高度差放水或補(bǔ)水，水泵只承擔(dān)向集熱器單向放水或補(bǔ)水任務(wù)，水泵運(yùn)行時(shí)間減少一半；因而系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)用電量可比現(xiàn)有同規(guī)模太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)節(jié)電80%以上。
11.不受凍害，南方北方四季可用。本發(fā)明防凍表現(xiàn)在三個(gè)方面，一是集熱箱材料本身具有抗凍裂能力，例如玻璃鋼管在零下20度以下，管內(nèi)結(jié)冰后不會(huì)發(fā)生凍裂；二是自動(dòng)放水，每天下午太陽(yáng)落山前自動(dòng)將集熱器中水收回到保溫水箱，第二天早上只有滿足時(shí)間和溫度兩個(gè)方面要求才會(huì)向集熱箱注水，因而晚間和溫度低時(shí)集熱箱內(nèi)無(wú)水，不受凍；三是集熱管截面積大，加保溫層后本身具有很好的保溫性能。
12.使用壽命極長(zhǎng)。由于排除現(xiàn)有集熱器管徑小、管路長(zhǎng)、管壁薄、內(nèi)部凹凸不平、 易結(jié)水垢、易腐蝕、集熱板連為一體無(wú)法維修等影響壽命的各種因素，并采用符合集熱器運(yùn)行特性的金屬、玻璃鋼、塑料等長(zhǎng)壽命材料做集熱箱，個(gè)別零部件損壞很容易更換，因而本發(fā)明產(chǎn)品預(yù)期使用壽命可比現(xiàn)有產(chǎn)品提高一倍左右。
13.模塊化設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)快速組裝，安裝、使用都很方便。
14.綜合成本和運(yùn)行費(fèi)用低。
15.能與建筑物更好融合。
本發(fā)明與現(xiàn)有同類(lèi)同規(guī)模產(chǎn)品對(duì)比
表1 表3是本發(fā)明與現(xiàn)有產(chǎn)品對(duì)比，可直觀反映現(xiàn)有產(chǎn)品與本發(fā)明產(chǎn)品的巨大差異。
表1 本發(fā)明家用型與現(xiàn)有家用太陽(yáng)能熱水器對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能非承壓儲(chǔ)水集熱器和集熱運(yùn)行方法，由儲(chǔ)水集熱器、終端系統(tǒng)和集熱運(yùn)行方法組成，在儲(chǔ)水集熱器上設(shè)有集熱箱G)，采用集熱管(1)吸收太陽(yáng)能，對(duì)集熱箱(4) 中水加熱，在終端系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有保溫水箱(17)，通過(guò)電控閥、水管、水泵使集熱箱(4)與保溫水箱(17)連通，在溫差集熱控制系統(tǒng)的控制下，通過(guò)電控閥和水泵，實(shí)現(xiàn)集熱箱(4)內(nèi)高溫水與保溫水箱(17)內(nèi)低溫水循環(huán)交換，把集熱箱(4)中吸收的太陽(yáng)能熱量轉(zhuǎn)移到保溫水箱 (17)內(nèi)儲(chǔ)存；儲(chǔ)水集熱器的特征是儲(chǔ)水集熱器上集熱管(1)中熱管C3)通過(guò)密封軟塞(2) 或者導(dǎo)熱套管(1 與集熱箱(4)單面或雙面連接，水溫水位傳感器(8)和排氣溢流管(9) 裝在集熱箱(4)適當(dāng)位置，集熱箱(4)截面有圓形、圓弧形、方形、長(zhǎng)方形等各種形狀，集熱箱(4)截面積范圍0. 005平方米 0. 05平方米，單只儲(chǔ)水集熱器長(zhǎng)度為1 12米、集熱面積2 48平方米，儲(chǔ)水集熱器兩端接口(14)內(nèi)徑等于集熱箱0)內(nèi)徑，儲(chǔ)水集熱器之間可通過(guò)兩端接口(14)串聯(lián)、并聯(lián)；終端系統(tǒng)的特征是終端系統(tǒng)有一體機(jī)和分體機(jī)兩種，終端系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有保溫水箱(17)，排氣溢流管(18)、水位傳感器(19)、溫度傳感器00)和透水隔板0 裝在保溫水箱(17)適當(dāng)位置；集熱運(yùn)行方法的特征是溫差控制循環(huán)集熱，先放水后補(bǔ)水，先將集熱箱(4)內(nèi)高溫水排入保溫水箱(17)高溫區(qū)(21)，然后用保溫水箱(17)低溫區(qū)03)中水注滿集熱箱G)，等待太陽(yáng)能將集熱箱⑷中水加熱至規(guī)定溫差值，重復(fù)集熱箱(4)排水與補(bǔ)水循環(huán)集熱過(guò)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述儲(chǔ)水集熱器上的集熱管(1)，其特征是集熱管(1)種類(lèi)和選擇范圍包括現(xiàn)有和未來(lái)開(kāi)發(fā)的各種太陽(yáng)能熱管真空管、全玻真空管、非重力型集熱管和熱管型集熱板等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集熱箱，其特征是制造集熱箱(4)的材料有金屬型和非金屬型兩大類(lèi)，可特制，也可采用標(biāo)準(zhǔn)型材制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)水集熱器，其特征是儲(chǔ)水集熱器上加裝不同形狀、結(jié)構(gòu)的支架，可成為平板型、墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型、平面落地型、斜面落地型、立柱型等各種規(guī)格的單箱、聯(lián)箱儲(chǔ)水集熱器和其它形狀、安裝方式的儲(chǔ)水集熱器，并可按安裝場(chǎng)地形狀和建筑物上安裝要求組合成各種形狀的大型儲(chǔ)水集熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述儲(chǔ)水集熱器與終端系統(tǒng)，其特征是儲(chǔ)水集熱器配終端系統(tǒng)，可成為平板型、墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型、平面落地型、斜面落地型、立柱型單箱、聯(lián)箱太陽(yáng)能熱水器、 熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能多用房。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述儲(chǔ)水集熱器與終端系統(tǒng)的水管連接方法，其特征是儲(chǔ)水集熱器與終端系統(tǒng)的水管連接方法有單水管和雙水管兩種。
全文摘要
本發(fā)明是太陽(yáng)能集熱領(lǐng)域各種類(lèi)型太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能集熱工程上應(yīng)用的一種太陽(yáng)能非承壓儲(chǔ)水集熱器和集熱運(yùn)行方法。針對(duì)現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱器、熱水器和熱水系統(tǒng)存在的問(wèn)題，本發(fā)明解決方案一是改變太陽(yáng)能集熱器結(jié)構(gòu)，使集熱器具有儲(chǔ)水集熱功能；二是將現(xiàn)有太陽(yáng)能集熱器頂水循環(huán)集熱方法改為先排水后補(bǔ)水的溫差控制循環(huán)集熱方法，循環(huán)集熱時(shí)集熱器不承壓；本發(fā)明儲(chǔ)水集熱器每只長(zhǎng)度為1～12米，集熱面積單箱2～24平方米，聯(lián)箱4～48平方米，可串聯(lián)并聯(lián)；儲(chǔ)水集熱器配終端系統(tǒng)，可成為平板型、墻壁陽(yáng)臺(tái)掛裝型、平面落地型、斜面落地型和立柱型單箱聯(lián)箱太陽(yáng)能熱水器、熱水系統(tǒng)和太陽(yáng)能多用房，本發(fā)明產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品對(duì)比，優(yōu)勢(shì)倍增。
文檔編號(hào)F24J2/40GK102563913SQ20121005588
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月6日
發(fā)明者秦三根 申請(qǐng)人:秦三根