CN101639293B - 光机电一体化户用太阳能热水器 - Google Patents

光机电一体化户用太阳能热水器 Download PDF

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Abstract

光机电一体化户用太阳能热水器属于太阳能利用装置领域；具有全系统承压户用分体式太阳能热水器的基本结构组成，集热器、内装换热装置(6)的储水箱(5)以及导热工质及其循环系统，还具有用于导热工质强制循环，并与集热器呈三位一体的光伏电源(16)及以光伏电源(16)驱动的光伏泵(7)，并有配套电路；有益之处，三位一体的结构，使光热、光电转换同时同步运行，光电转换的同时还能补充集热量；强制循环自动智能控制，安全可靠，经济实用，适用性强；便于标准化设计，批量生产，并与相应的建筑设计配套施工、安装，尤其适用于都市中的多层、高层住宅性建筑，能满足广大居民的需求。

Description

光机电一体化户用太阳能热水器
技术领域
本发明属于太阳能利用装置领域，涉及光机电一体化户用太阳能热水器。
背景技术
太阳能热水器由于清洁无污染，又几乎不消耗常规能源，一次性投资长期应用，经济实用，安全方便，早已被广泛应用，并且在进一步发展；普通整体式太阳能热水器的结构主要由太阳能集热器和储水箱两部分组成，而太阳能集热器是由全玻璃真空集热管组排而成，其不足之处在于，玻璃管内走水易结水垢，集热效率低，玻璃管易破裂而造成真空失效或跑水，严寒的环境中使用易冻堵、冻裂，另外，系统承压能力有限，储水箱必须放在高于太阳能集热器的高位，水靠位差自循环加热及供使用，位差不足时，水流无力，应用不便，同时，太阳能集热器与储水箱为紧凑连接的一个整体式，通常只能安装在建筑屋顶，这对于乡镇地区较适用，对都市中六层以上建筑必须分体安装靠输水管连通太阳能集热器与储水箱，但会带来很多难以解决的问题；常规的户用分体式太阳能热水器为太阳能集热器与储水箱分离，太阳能集热器的集热元件采用金属热管，或U型金属流道真空管式，配有导热工质，而储水箱采用内装换热器的承压式水箱，导热工质通过换热器将热量传给储水箱内的水，它具有普通整体式太阳能热水器不可比的优越之处，不足之处在于，导热工质是依靠位差实现自然循环，因此储水箱安装位置必须高于太阳能集热器，并且储水箱与太阳能集热器之距离越近越好，否则导热工质热损失大，而且循环流动阻力大，难以正常运行，而对导热工质进行强制循环，虽然能克服自然循环存在的不足，但涉及以市电驱动循环泵等一系列问题，不仅会加大运行成本，而且还要消耗常规能源，同时还影响安全性，因此这种分体式户用太阳能热水器适用性差，至今应用有限。鉴于上述现状，虽然太阳能热水器早已普通应用，但对于都市中的广大居民而言，却可望而不可及。
发明内容
解决的技术问题：
基于太阳能热水器的基本原理和结构，采用太阳能光伏电源(以下简称光伏电源)、光伏泵与太阳能集热器(以下简称集热器)三位一体式，对户用分体式太阳能热水器中的导热工质进行强制循环；适用性强，尤其适用于都市中的多层、高层住宅性建筑，系统能源全部采用太阳能，能效比最大化，有效克服了现有技术中存在的不足，便于安装、应用，运行可靠，使用寿命长。不仅清洁无污染，节约能源、资源，而且能满足广大居民的需求。
采用的技术方案：
光机电一体化户用太阳能热水器，包括户用分体式太阳能热水器所具有的集热器、内装换热装置的储水箱以及导热工质及其循环系统，集热器的集热元件为金属热管或U型金属流道真空管，还具有用于导热工质强制循环的光伏电源及以光伏电源驱动的光伏泵，以及配套电路；其特征在于：光伏电源、光伏泵与集热器三位一体式装在机架上；
集热元件为金属热管时总体结构为，集热器由全玻璃真空管和装在其内的金属热管组排而成，各金属热管的冷端插入联集箱中，联集箱内装有导热工质，储水箱内装有换热装置并有水的进、出口系统，光伏泵以潜水泵的方式装在联集箱内；导热工质的循环系统为，光伏泵自其进液口吸入导热工质，其出口通过上循环管接换热装置的上位进口，换热装置的下位出口通过下循环管接联集箱的介质进口；光伏电源产生的直流电源，直接接光伏泵的电机；
集热元件为U型金属流道真空管时总体结构为，集热器由全玻璃真空管和装在其内的U型金属流道真空管组排而成，各金属流道真空管的一端接冷联集管，另一端接热联集管，U型金属流道真空管及冷联集管、热联集管内装有导热工质，储水箱内装有换热装置并有水的进、出口系统；导热工质的循环系统为，光伏泵的进液口通过下循环管与换热装置的下位出口连接、光伏泵的出液口接冷联集管的冷进口，热联集管的热出口通过上循环管接换热装置的上位进口；光伏电源产生的直流电源，直接接光伏泵的电机。
有益效果：
对导热工质进行强制循环，传热速度及传热效率大为提高，储热水箱内的水升温快，水温高，从而突破了常规户用分体式太阳能热水器应用安装中储水箱与集热器间的高低位置及相互距离的定式阻制，储水箱的位置可高于或低于集热器的位置，可靠近或远离集热器，适用性强，尤其适用于都市中的多层、高层住宅性建筑，导热工质循环系统中所需的保温管路可以方便的预埋或配装，从而能满足广大居民的需求；三位一体的结构，保证了采光面和采光角度的一致性和稳定性，光热、光电转换同时同步运行，导热工质的强制循环自动智能控制，结构简单、安全可靠，经济实用，光机电一体化，光电转换的同时还能补充集热量，使系统能效比最高；克服了现有技术中普通整体式太阳能热水器及常规的户用分体式太阳能热水器的不足，改善、充实、确保并扩展了二者的优越之处，节约能源、资源，无任何污染，同时为利用太阳能光机电结合服务于社会提供了一个新的思路；本发明所述的太阳能热水器，便于标准化设计，批量生产，并易于与相应的建筑设计配套施工、安装。
附图说明
图1、集热元件为金属热管2时总体结构示意图；
图2、集热元件为U型金属流道真空管13时总体结构示意图；
图3、光伏电源16中的光电板17的背面装配示意图；
图4、光伏电源16中的电路结构图；
图5、金属热管2的装配结构示意图，(a)翅片式，(b)翅片兼圆筒式；
具体实施方式
结合附图进一步详加说明；
如图1所示，光伏电源16、光伏泵7与集热器三位一体式装在机架上，集热元件为金属热管2时总体结构为，集热器由全玻璃真空管1和装在其内的金属热管2组排而成，各金属热管2的冷端插入联集箱3中，联集箱3内装有导热工质4，储水箱5内装有换热装置6并有水的进、出口系统，光伏泵7以潜水泵的方式装在联集箱3内；导热工质4的循环系统为，光伏泵7自其进液口吸入导热工质4，其出口通过上循环管8接换热装置6的上位进口9，换热装置6的下位出口10通过下循环管11接联集箱3的介质进口12；光伏电源16产生的直流电源，直接接光伏泵7的电机。
如图2所示，光伏电源16、光伏泵7与集热器三位一体式装在机架上集热元件为U型金属流道真空管13时总体结构为，集热器由全玻璃真空管1和装在其内的U型金属流道真空管13组排而成，各金属流道真空管13的一端接冷联集管14，另一端接热联集管15，U型金属流道真空管13及冷联集管14、热联集管15内装有导热工质4，储水箱5内装有换热装置6并有水的进、出口系统；导热工质4的循环系统为，光伏泵7的进液口通过下循环管11与换热装置6的下位出口10连接、光伏泵7的出液口接冷联集管14的冷进口，热联集管15的热出口通过上循环管8接换热装置6的上位进口9；光伏电源16产生的直流电源，直接接光伏泵7的电机。
如图1、2、3所示，光伏电源16由光电板17、配套电器元件及电路组成，光电板17的背面还装有辅助换热器18和内装相应电路连同电器元件的电气安装盒19，辅助换热器18串联式接在下循环管11中；光电转换时，光电板17会产生热量，温度升高则会影响光电转换的效率，辅助换热器18用于吸热降温的同时，还能为集热器补充集热量。
如图4所示，配套电路结构为，光电板17的正极先后串联阻塞二极管D、温差继电器WZJ之后接最大功率跟踪适配器MPPT，光电板17的负极接最大功率跟踪适配器MPPT的同时，与阻塞二极管D和温差继电器WZJ的接点之间串联蓄电池或储能电容C，最大功率跟踪适配器MPPT之后接光伏泵7；温差继电器WZJ控制光伏水泵7仅在上循环管8内的导热工质的温度高于下循环管11内的导热工质的温度3～5℃时运行；MPPT能保证光电板17与光伏泵7的负载间的协调、高效、稳定的工作状态，克服光照强度、温度自然条件的改变对电气匹配的不利影响。
导热工质循环系统内必须装满低冰点的导热工质，如防冻液等，以便四季稳妥运行。
如图5所示，金属热管2的装配结构为，在金属热管2上装有与全玻璃真空管1的内壁配套的金属导热体20，其结构为如(a)所示的翅片式，或如(b)所示的翅片兼圆筒式；金属导热体20有利于提高金属热管2的工效，有利于集热。

Claims (5)

1.光机电一体化户用太阳能热水器，包括户用分体式太阳能热水器所具有的集热器、内装换热装置的储水箱以及导热工质及其循环系统，还具有用于导热工质强制循环的光伏电源及以光伏电源驱动的光伏泵，以及配套电路；其特征在于：光伏电源、光伏泵与集热器三位一体式装在机架上；
集热器的集热元件为金属热管(2)，集热器由全玻璃真空管(1)和装在其内的金属热管(2)组排而成，各金属热管(2)的冷端插入联集箱(3)中，联集箱(3)内装有导热工质(4)，储水箱(5)内装有换热装置(6)并有水的进、出口系统，光伏泵(7)以潜水泵的方式装在联集箱(3)内；导热工质(4)的循环系统为，光伏泵(7)自其进液口吸入导热工质(4)，其出口通过上循环管(8)接换热装置(6)的上位进口(9)，换热装置(6)的下位出口(10)通过下循环管(11)接联集箱(3)的介质进口(12)；光伏电源(16)产生的直流电源，直接接光伏泵(7)的电机；
光伏电源(16)由光电板(17)、配套电器元件及电路组成，光电板(17)的背面还装有辅助换热器(18)和内装相应电路连同配套电器元件的电气安装盒(19)，辅助换热器(18)串联式接在下循环管(11)中。
2.根据权利要求1所述的光机电一体化户用太阳能热水器，其特征在于：光电板(17)的正极先后串联阻塞二极管D、温差继电器WZJ之后接最大功率跟踪适配器MPPT，光电板(17)的负极接最大功率跟踪适配器MPPT的同时，与阻塞二极管D和温差继电器WZJ的接点之间串联蓄电池或储能电容C，最大功率跟踪适配器MPPT之后接光伏泵(7)。
3.根据权利要求1或2所述的光机电一体化户用太阳能热水器，其特征在于：金属热管(2)的装配结构为，在金属热管(2)上装有与全玻璃真空管(1)的内壁配套的金属导热体(20)，其结构为翅片式。
4.光机电一体化户用太阳能热水器，包括户用分体式太阳能热水器所具有的集热器、内装换热装置的储水箱以及导热工质及其循环系统，还具有用于导热工质强制循环的光伏电源及以光伏电源驱动的光伏泵，以及配套电路；其特征在于：光伏电源、光伏泵与集热器三位一体式装在机架上；
集热器的集热元件为U型金属流道真空管(13)，集热器由全玻璃真空管(1)和装在其内的U型金属流道真空管(13)组排而成，各U型金属流道真空管(13)的一端接冷联集管(14)，另一端接热联集管(15)，各U型金属流道真空管(13)及冷联集管(14)、热联集管(15)内装有导热工质(4)，储水箱(5)内装有换热装置(6)并有水的进、出口系统；导热工质(4)的循环系统为，光伏泵(7)的进液口通过下循环管(11)与换热装置(6)的下位出口(10)连接、光伏泵(7)的出液口接冷联集管(14)的冷进口，热联集管(15)的热出口通过上循环管(8)接换热装置(6)的上位进口(9)；光伏电源(16)产生的直流电源，直接接光伏泵(7)的电机；
光伏电源(16)由光电板(17)、配套电器元件及电路组成，光电板(17)的背面还装有辅助换热器(18)和内装相应电路连同配套电器元件的电气安装盒(19)，辅助换热器(18)串联式接在下循环管(11)中。
5.根据权利要求4所述的光机电一体化户用太阳能热水器，其特征在于：光电板(17)的正极先后串联阻塞二极管D、温差继电器WZJ之后接最大功率跟踪适配器MPPT，光电板(17)的负极接最大功率跟踪适配器MPPT的同时，与阻塞二极管D和温差继电器WZJ的接点之间串联蓄电池或储能电容C，最大功率跟踪适配器MPPT之后接光伏泵(7)。
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