CN101424455A - 封闭式分体自然循环太阳能热水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种封闭式分体自然循环太阳能热水系统。在其水箱内设置有用于热交换的内胆，其通过进液管和出液管与集热器相连，所述内胆与所述集热器构成封闭的内循环系统，其中内胆设置有压力调整装置，且其灌注循环介质时，留出至少1/5的空间；所述集热器采用承压式集热器。本发明意在提供一种分体自然循环太阳能热水系统，其换热循环系统是封闭的，不会造成换热介质的损耗和因此带来的热量散失和后期的高维护率。

Description

封闭式分体自然循环太阳能热水系统
(一)技术领域
本发明涉及一种封闭式分体自然循环太阳能热水系统，具体来讲，这里的分体指的是换热系统和水箱是隔离的两个系统，自然循环则指换热介质依靠热胀冷缩形成的密度差产生的热虹吸力而形成的循环方式。
(二)背景技术
太阳能集热技术领域中，换热方式从原来的依靠泵阀使换热介质循环，逐渐过渡到现在的自然循环分体式，后者依靠循环介质的密度差产生的热虹吸力进行循环，将太阳能集热器吸收到的太阳能通过热交换转移到水箱中。
目前来看，自然循环太阳能热水系统中主要有以下几种换热方式，其中最原始的一种是水箱内不设专门的换热装置，水箱里的水就是换热介质，通过其自身的循环，来达到将集热器富集的太阳能转移到水箱内的目的。不过由于水都有一定的硬度，且冰点温度高，4摄氏度以下有受冷膨胀的特点，很容易造成其热循环系统积垢，造成集热效果大大下降；同时，在循环系统中集热器部位的水分可能会因为夜间温度过低而结冰，体积膨胀，而集热管却是受冷收缩，最终造成我们常说的集热管冻坏的问题。
因此针对上述直接换热的缺陷，现在的自然循环太阳能热水系统主要采用间接换热的方式，也就是通过一内通换热介质的换热装置实现将集热器富集的太阳能转移至水箱内。不过目前换热装置中，位于水箱内的部分都是换热盘管或者具有规则几何外形的内胆，换热面积比较小，进而造成换热效果不佳的缺陷。且由于考虑到换热介质受热膨胀或者蒸发，上述换热盘管或者内胆都是开放性的结构，以便于将压力时放出去。这样做不免会是换热介质的损耗，同时也会造成其携带的热量损失，造成换热效率下降。
此外，上述间接换热装置还存在以下问题，首先是循环介质受热膨胀喷溅或外溢，很容易弄脏室内墙壁和水箱外表面；对于换热介质的损耗，还会造成日后维护方面的诸多问题，首先是需要补加换热介质，生产厂家不得不在2-3年给用户充装或更换一次循环介质。若生产厂家向用户承诺产品使用15年，则其寿命期间要更换5-7次，若更换循环介质按5次，每次更换介质按9.5升，价格按10元/升计算，则需要约475元的维护费才能维持正常使用，还不算人工费。这样长期看来企业是亏本的，同时给消费者带来很多不便。
(三)发明内容
因此，针对现有技术的上述缺陷，本发明意在提供一种分体自然循环太阳能热水系统，其换热循环系统是封闭的，不会造成换热介质的损耗和因此带来的热量散失和后期的高维护率。
为实现本发明的目的，根据本发明的技术方案如下：
在其水箱内设置有用于热交换的内胆，其通过进液管和出液管与集热器相连，所述内胆与所述集热器构成封闭的内循环系统，其中内胆设置有压力调整装置，且其灌注循环介质时，留出至少1/5的空间；所述集热器采用承压式集热器。
上述封闭式分体自然循环太阳能热水系统，所述压力调整装置为在所说的内胆上部设置一突出所述水箱的注液排气管口，在该注液排气管口上设置有一压力调节卸荷阀。
对于所说的压力调节卸荷阀在内胆内压力达到0.3Mpa时卸压，该压力调节卸荷阀亦可以根据承压集热器的承压级别来设定卸压值。
所说的压力调整装置也可以采用设置于所述内胆上部、且与其连通的容积随压力变化的腔体。对于该腔体优选橡胶腔体。
上述封闭式分体自然循环太阳能热水系统，所述内胆表面设置有用于散热的散热片，或者内胆结构为微波管状结构。
优选地，所说的内胆为多个底部连通的、内部为腔体的片状体。
对于上述进液管和出液管优选采用铜铝复合管。
所述水箱内进一步的包括电加热装置。
根据本发明的技术方案，出发点在于提高自然循环分体式热水系统的技术性能，减少系统安装后的维护成本。目前承压式集热器越来越成为主流，其应用范围也越来越广。根据本发明的技术方案变现有换热系统的非承压模式为承压模式，也就是所述内胆与所述集热器构成封闭的内循环系统，从而，可以避免换热介质的损耗和相应的热量损耗，使得其后期维护成本大大降低，也相应减少了可能因换热介质喷溅出来造成的污染；另一方面，由于减少了热量损失，必然会使得系统的换热效率提高。此外，考虑到夏天换热介质会非常热，承压式集热器的承压能力也是有限的，为了防止可能的炸管现象，在所说的内胆在灌注换热介质时，留出一定的空间，起到膨胀管的作用，防止换热系统压力过大。进一步地，内胆还设置有压力调节装置，对于此装置，目前可选择的方式很多，比如设置在注液排气口设置卸压阀，这种方式因为本系统在内胆内没有完全充填换热介质，因此即便是卸压阀动作，也只会有少量的换热介质蒸汽溢出，损耗很少，也不会造成污染；另一方面，我们还可以设置容积可以变化的装置，比如像胶囊，甚至是活塞装置，比如其结构为一下部空间与内胆连通，上部开放的活塞机构，很容易就能达到容易可调，且压力设置可以依据活塞的重量和横截面积来调整。因此，有了压力调节装置，使得本系统中的换热部分更安全。
(四)附图说明
下面结合说明书附图来具体阐明一下本发明的技术方案，是本领域的技术人员更清楚地了解本发明。其中：
图1为本发明实施例1中除集热器外的系统结构示意图。
图2为本发明实施例2中除集热器外的系统结构示意图。
图3位本发明实施例1系统结构示意图。
图中：1、水箱，2、压力调节卸荷阀，3、内胆，4、散热片，5、镁棒，6、电加热装置，7、进液管，8、出液管，9、注液排气管口，10、腔体，11、集热器。
(五)具体实施方式
下面以示例性的描述来进一步阐明本发明的技术方案，不对本发明的保护范围作定性的限定，其技术特征的明显变形方式和等同替代方式均属于本发明的保护范围。
参照说明书附图1和2，本实施例封闭式分体自然循环太阳能热水系统，在其水箱内设置有用于热交换的内胆3，其通过进液管7和出液管8与集热器11相连，所述内胆与所述集热器构成封闭的内循环系统，其中内胆设置有压力调整装置，且其灌注循环介质时，留出至少1/5的空间；所述集热器采用承压式集热器。对于换热介质，可以采用膨胀系数较小的，且换热效果较佳的丙二醇，在换热水箱端的内胆，由于水的降温，温度一般会低于100摄氏度，因此留出1/5的空间基本上不会造成循环系统过压。
进一步地，对于所说的压力调整装置优选在所说的内胆上部设置一突出所述水箱的注液排气管口9，在该注液排气管口上设置有一压力调节卸荷阀2。考虑到上述循环系统过压的可能性比较小，对于偶然出现的过压状况，可以通过压力调节卸荷阀释放到过压气体即可。
对于目前的绝大多数承压式集热器，所述压力调节卸荷阀在内胆内压力达到0.3Mpa时卸压完全可以满足其承压要求。
为了提高内胆的换热效果，所述内胆表面设置有用于散热的散热片4，以增加内胆与水的接触面积，也就是增加其散热面积，从而提高换热效率。该内胆结构也可以是微波管状结构，无论哪种方式，最重要的是增加换热面积。
进一步地，为了增大内胆的表面积，该内胆为多个底部连通的、内部为腔体的片状体，在整体尺寸体积不便的情况下，可以大大增加其换热面积。
考虑到现在夏天气温很高，换热介质通常在夏天的温度超过100摄氏度，而现在流行的进液管和排液管通常采用耐温极限为99摄氏度的铝塑管，根本达不到使用要求，老化很快。因此，本实施例采用铜铝复合管作为进液管和出液管，大大减少了日后的维护费用。
当然，考虑到北方冬天温度较低，单凭集热器富集热量可能无法满足要求，因此，所述水箱内进一步的包括电加热装置6，在阳光不充足的时候，可以使用电加热这一额外的加热方式。当然，该方案也可以像常规的封闭式分体自然循环太阳能热水系统包含镁棒5这类常规的特征。
实施例2：
对于实施例1中的压力调整装置可以进一步的简化结构，可以采用设置于所述内胆上部、且与其连通的容积随压力变化的腔体10，该腔体我们可以采用最简易的橡胶腔体，可以大大节约成本。
此外，对于容易随压力变化的腔体，亦可以采用其他的结构，比如上面提到的活塞机构，设置压力调整装置的根本目的在于调整换热系统的压力，防止系统过压。

Claims (9)

1.一种封闭式分体自然循环太阳能热水系统，在其水箱内设置有用于热交换的内胆(3)，其通过进液管(7)和出液管(8)与集热器(11)相连，其特征在于：所述内胆与所述集热器构成封闭的内循环系统，其中内胆设置有压力调整装置，且其灌注循环介质时，留出至少1/5的空间；所述集热器采用承压式集热器。
2.根据权利要求1所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述压力调整装置为在所说的内胆上部设置一突出所述水箱的注液排气管口(9)，在该注液排气管口上设置有一压力调节卸荷阀(2)。
3.根据权利要求2所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述压力调节卸荷阀在内胆内压力达到0.3Mpa时卸压。
4.根据权利要求1所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述压力调整装置为设置于所述内胆上部、且与其连通的容积随压力变化的腔体(10)。
5.根据权利要求4所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述腔体为橡胶腔体。
6.根据权利要求1至5之一所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述内胆表面设置有用于散热的散热片(4)，或者内胆结构为微波管状结构。
7.根据权利要求6所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述内胆为多个底部连通的、内部为腔体的片状体。
8.根据权利要求1至5之一所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述进液管和出液管采用铜铝复合管。
9.根据权利要求1至5之一所述的封闭式分体自然循环太阳能热水系统，其特征在于：所述水箱内进一步的包括电加热装置(6)。
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