CN101963464B - 液体自驱动泵,流体加热和储藏装置及使用它们的流体加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种受热液体的自驱动泵和一种液体加热和储存装置以及由以上任一种或两种装置与太阳能热采集器共同组成的太阳能液体加热系统。这些系统可将液体加热和储藏装置放在太阳能热采集器的下方建筑内。它们无需外加电源，仅靠受热液体的热能实现热的自动循环和控制，便于节能，安全和防冻。自驱动泵由一个密闭的容器，三根从容器内引出的管子及一个承接容器组成。液体加热和储存装置包括第一种液体的储藏容器，热交换器及两根横穿容器的边壁并与热交换器相连的管子组成。

Description

液体自驱动泵,流体加热和储藏装置及使用它们的流体加热系统

本申请是中国申请号为200910119802.3，申请日为2009年3月18日，优先权日为2008年5月9日，名为“液体自驱动泵，流体加热和储藏装置及使用它们的流体加热系统”的分案申请。 

技术领域

本发明涉及太阳能利用领域，特别涉及用于受热液体的自驱动泵，本发明也涉及带有热交换器的流体储存装置，该热交换器可能用于加热储存容器中的流体。本发明还涉及由以上任一种装置或二种装置与太阳能热采集器构成的流体加热系统。 

背景技术

太阳能热水系统是一种流体加热系统，它有两个代表性的主要部件。第一个部件是用太阳能加热水的太阳能吸热板，它可能包括一组真空管和一个隔热的临时存储加热液体以备传送的储水管。第二个部件是用来储藏热水的储存容器。通常储水箱是置于太阳能热采集器上方，因为热水要上升，所以储水箱中的水就可以不用水泵而自然循环。然而这种安排在某些方面也有缺点。首先由于储水箱较重，将储水箱放在太阳能热采集器上方可能由于头重脚轻导致装置不稳，特别在大风时。其次，突出的水箱不美观，而且在冬天户外的水箱也容易冰冻。 

现有技术中，某些已公知的太阳能热水系统，它们的水箱是安放在太阳能热采集器之下。典型的方式是用一个电动泵，通过软，硬管道让热水在太阳能热采集器和储水箱间循环。但这种系统要消耗外加动力(即电力)和需要控制系统。泵和控制装置都要增加设备，安装和运行的费用。 

某些公知的太阳能热水系统采用两种液体，第一液体和第二液体，并且将两种液体互相隔开。第一液体是在系统中加热的水，例如人们的日常用水。第二液体是另一种在太阳能热采集器中加热的液体，其热量通过热交换器传送给第一液体。一般来说第二液体的冰点低于水的冰点。这是为 了防止在冷天将太阳能热采集器冻裂。典型的第二液体的例子有乙烯基丙二醇，汽车洗窗水等化学盐水。热交换器的作用是将热量从第二液体转移到第一液体，而在两种液体间没有直接接触和交流。热交换器是装在第一液体的储液箱中，在储液箱使用过程中任何热交换器的振动都可能危害储液箱结构的完整性从而引起泄露。此外储液箱一般按预定的方向安装，而这对于某些用户可能不合适。 

发明内容

本发明是针对现有技术中存在的问题作的进一步改进，提供一种不用外加电源的受热液体传送泵，以及一种液体加热和储存装置，该流体加热和储存装置不仅能抗流体震动，而且能在不同的方位(例如横放和直立)进行安装。同时还提供一种流体加热系统，它由以上的任何一种或两种装置与太阳能热采集器构成，实现流体的加热。 

本发明的技术解决方案是： 

本发明提供一种用于受热液体的自驱动泵，包括： 

一个用来存放受热液体的封闭容器，所述的封闭容器，有底部和上部； 

一根受热的第二液体的输入管向上伸入所述的封闭容器，因而该输入管的一个端口是在封闭容器之内， 

上述的密闭容器还有一个受热液体的输出端，它低于上述的输入管在容器内的端口； 

一根呼吸管向上伸入所述的密闭容器，从而该呼吸管有一个端口是在密闭的容器之内。并且该端口既高于密闭容器的输出端口，又高于上述容器的输入管在密闭容器内的端口，但它低于上述的密闭容器顶部的内表面，所述的呼吸管的另一端在密闭容器的外部且低于所述的密闭容器底部；同时： 

有一个与大气相通的开放的容器用于接受上述的呼吸管在密闭容器外的端口，从而在上述的泵运行的时候，呼吸管的这个端口可能浸入装在向大气开放的容器中的液体中。 

本发明还提供一种流体加热系统包括： 

一种流体加热和储存装置，包括： 

一个用于储藏第一流体的储藏容器，所述的储藏容器有第一流体的输入端口和输出端口，第二流体的输入端口和输出端口；以及： 

一个置于储藏容器中用于使第二流体，它是液体，流过上述的储藏容器并使第一流体和第二流体隔离开来的装置，所述的装置使储藏容器的输入端和输出端间第二液体相连通，它包括一个热交换器； 

一个第二流体加热器，所述的加热器有一个第二流体的入口，一个第二流体的出口，所述的出口高于所述的流体加热器和储藏容器的第二流体的入口； 

一根管子让第二流体从所述的流体加热和储存装置的出口流到加热器的入口； 

一个用于第二流体，它是液体，的自驱动泵，上述的泵高于上述的加热器的出口，上述的泵包括： 

一个用来存放受热液体的封闭容器，所述的封闭容器，有底部和上部； 

一根受热的第二液体的输入管向上伸入所述的封闭容器，因而该输入管道的一个端口是在封闭容器之内； 

上述的密闭容器还有一个受热液体的输出端，它低于上述的输入管在容器内的端口； 

一根呼吸管向上伸入所述的密闭容器，从而该呼吸管有一个端口是在密闭的容器之内。并且该端口既高于密闭容器的输出端口，又高于上述容器的输入管在密闭容器内的端口，但它低于上述的密闭容器顶部的内表面，所述的呼吸管的另一端在密闭容器的外部且低于所述的密闭容器底部；同时： 

有一个与大气相通的开放的容器用于接受上述的呼吸管在密闭容器外的端口，从而在上述的泵运行的时候，呼吸管的这个端口可能浸入装在向大气开放的容器中的液体中； 

一根管子用于第二流体从所述的加热器的出口流到自驱动泵的第二流体输入管；同时， 

一根管子用于第二流体从所述的自驱动泵的出口流到流体加热和储存装置的第二流体的入口。 

本发明还提供了一种液体加热系统包括： 

一个加热所述液体的加热器，所述的加热器有一个液体的入口和一个液体的出口； 

一个自驱动泵用来泵送所加热的液体，上述的泵高于上述的加热器的出口，上述的泵包括： 

一个用来存放受热液体的封闭容器，所述的封闭容器，有底部和上部； 

一根受热的第二液体的输入管向上伸入所述的封闭容器，因而该输入管道的一个端口是在封闭容器之内； 

上述的密闭容器还有一个受热液体的输出端，它低于上述的输入管在容器内的端口； 

一根呼吸管向上伸入所述的密闭容器，从而该呼吸管有一个端口是在密闭的容器之内。并且该端口既高于密闭容器的输出端口，又高于上述容器的输入管在密闭容器内的端口，但它低于上述的密闭容器顶部的内表面，所述的呼吸管的另一端在密闭容器的外部且低于所述的密闭容器底部；同时： 

有一个与大气相通的开放的容器用于接受上述的呼吸管在密闭容器外的端口，从而在上述的泵运行的时候，呼吸管的这个端口可能浸入装在向大气开放的容器中的液体中；还有； 

一根管子让受热液体从所述的加热器的出口流到自驱动泵的受热液体的输入管。 

本发明另外提供了一种流体加热和储存装置，包括： 

一个用于储藏第一流体的储藏容器，它有第一流体的输入端和输出端；以及： 

一个装置用于使第二流体流过上述的储藏容器并将第一流体和第二流体隔离开来，所述的装置包括： 

第一根管子，它贯穿所述的储藏容器的边壁，其一端安装在储藏容器壁上的第一个装配口，另一端安在所述储藏容器壁上的第二个装配口； 

第二根管子，它也是贯穿所述储藏容器的边壁，其一端安在储藏容器壁上的第三个装配口，其另一端安在储藏容器壁上的第四个装配口；还有一个热交换器安在所述的加热和储藏容器中，并且与第一根和第二根管子互相连通，并允许流体在它们之间流动。 

本发明还提供了另一种流体加热系统，包括： 

一种流体加热和储存装置，包括： 

一个用于储藏第一流体的储藏容器，它有第一流体的输入端和输出端，第二流体和输入端和输出端；以及： 

一个使第二流体，它是液体，流过上述的储藏容器并与第一流体隔离开来的装置，所述的装置包括： 

第一根管子，它贯穿所述的储藏容器的边壁，其一端安装在储藏容器壁上的第一个装配口，另一端安在所述储藏容器壁上的第二个装配口； 

第二根管子，它也是穿过所述的储藏容器的边壁，其一端安在储藏容器壁上的第三个装配口，其另一端安在储藏容器壁上的第四个装配口；还有 

一个热交换器安放在所述的储藏容器中，并且与第一根和第二根管子互相连通，并允许流体在它们之间流动； 

在这里，上述的第一和第二装配口中至少有一个装配口作为第二流体的入口，同时第三和第四装配口中至少有一个装配口作为第二流体的出口： 

一个加热第二液体的加热器，所述的加热器有一个第二液体的入口和一个第二液体的出口，还有 

一个用于第二液体的循环泵，它使第二液体实现从加热器的出口流到加热储藏容器的入口，再从流体加热储藏容器的第二液体出口流到加热器的入口。 

本发明同时还提供一种流体加热系统，包括： 

一种流体加热和储存装置，包括： 

一个用于储藏第一流体的储藏容器，它有第一流体的输入端和输出端，第二流体的输入端和输出端；以及： 

一个使第二流体，它是液体，流过上述的储藏容器并与第一流体隔离开来的装置，所述的装置包括： 

第一根管子，它贯穿所述的储藏容器的边壁，其一端安装在储藏容器壁上的第一个装配口，另一端安在所述储藏容器壁上的第二个装配口； 

第二根管子，它也是穿过所述储藏容器的边壁，其一端安在储藏容器壁上的第三个装配口，其另一端安在储藏容器壁上的第四个装配口；还有 

一个热交换器安在所述的储藏容器中，并且与第一根和第二根管子互相连通，并允许流体在它们之间流动； 

这里上述的第一和第二装配口中至少有一个装配口作为第二流体的入口同时第三和第四装配口中至少有一个装配口作为第二流体的出口： 

一个第二流体加热器，所述的加热器有一个第二流体的入口和一个第二流体的出口，所述的出口高于所述的流体加热器和储藏容器； 

一根管子用于第二流体从所述的加热器的出口流到加热器的入口； 

一个第二流体的自驱动泵，上述的泵高于上述的加热器的出口，上述的泵包括： 

一个用来存放第二流体的封闭容器，所述的封闭容器有一个底部和上部； 

一根第二流体的输入管向上伸入所述的封闭容器，因而该输入管的一个端口是在密闭容器之内； 

上述的密闭容器还有一个第二流体的输出端，它低于上述的输入管在容器内的端口； 

一根呼吸管向上伸入所述的密闭容器，从而该呼吸管有一个端口是在密闭的容器之内。并且该端口既高于密闭容器的输出端口，又高于上述的输入管在密闭容器内的端口，但它低于上述的密闭容器顶部的内表面，所述的呼吸管的另一端在密闭容器的外部且低于所述的底部；同时： 

有一个与大气相通的开放的容器用于接受上述的呼吸管在密闭容器外的端口，从而在上述的泵运行的时候，呼吸管的这个端口可能浸入装在向大气开放的容器中的第二流体中；还有： 

一根管子让第二流体从所述的加热器的出口向上流到自驱动泵的第二流体的输入管。 

本发明另一方面提供一种流体加热系统包括： 

一种流体加热和储存装置，包括：一个用于储藏第一流体的储藏容器，它有第一流体的输入端的输出端，第二流体的输入端和输出端；以及： 

一个使第二流体，它是液体，流过上述的储藏容器并与第一流体隔离开来的装置，所述的装置包括： 

第一根管子，它贯穿所述的储藏容器的边壁，其一端安装在储藏容器壁上的第一个装配口，另一端安在所述储藏容器壁上的第二个装配口； 

第二根管子，它也是穿过所述的储藏容器的边壁，其一端安在储藏容器壁上的第三个装配口，其另一端安在储藏容器壁上的第四个装配口，还有 

一个热交换器安在所述的储藏容器中，并且与第一根和第二根管子互相连通，并允许流体在它们之间流动； 

在这里，上述的第一和第二装配口中至少有一个装配口作为第二流体的入口同时第三和第四装配口中至少有一个装配口作为第二流体的出口； 

一个第二流体加热器，所述的加热器有一个第二流体的入口和一个第 二流体的出口，所述的加热器第二流体入口低于所述的流体加热器和储藏容器的出口，所述的加热器第二流体出口低于所述的流体加热和储存装置的入口； 

一根管子让第二流体从所述的加热器的出口流到流体加热和储存装置的入口； 

一根管子让第二流体从所述的流体加热和储存装置的第二流体出口流到加热器第二流体的入口。 

使用本发明的自驱动泵和/或流体加热和储存装置的流体加热系统的优点是系统的回路实现了自动循环和控制，而不必使用电力。这个系统能允许将太阳能热采集器设置在建筑的外面(即屋顶上)。而将液体的加热储存容器放在太阳能热采集器的下方的建筑之内。这就避免了有碍观瞻，水箱在屋顶上的头重脚轻等缺点，既安全又美观。另外由于水箱可安装在屋内或埋在地下，冬天热量向周围环境散失减少了。利于解决系统的冰冻伤害的问题。是太阳能热水系统与建筑结合的较好解决方案之一。 

附图说明

下面是本发明典型的一些具体实例附图： 

图1是示意性的侧视图，说明使用了受热液体的自驱动泵和流体加热和储存装置的流体加热系统； 

图2是示意图，说明图1的泵在受热液体膨胀时的情形； 

图3是示意图，说明图1的泵在受热液体收缩时的情形； 

图4是一个流体加热和储存装置的剖面图，它用于一个图1中所示的流体加热系统； 

图5是图4中储存装置的透视图； 

图6是一个可供选择的装置流体加热和储存装置的剖面，它用在图1所示的流体加热系统中； 

图7是图6中流体加热储存装置的透视图； 

图8是一个可供选择的示范性的流体加热系统截面图； 

图9是另一个示范性的流体加热系统的截面图，它应用了图1中的流体加热储存装置但不需要泵； 

图10举例说明了一个流体加热和储存装置，它的内部结构不同于图1的示例； 

图11是图1中所示的自驱动泵的一种可供选择的结构示意图。 

具体实施方式

参见图1，该侧视示意图举例说明了一个应用中的示范性的液体加热系统10，它适于加热第一流体(例如人们的日用水或空气)。该系统10包括一个加热器12，用于加热第二流体，一个自驱动泵14，用于泵加热的第二液体(以下为方便简称“泵14”)和一个流体加热和储存装置16(以下简称“流体加热储存装置16”)。，它带有一个热交换器46。这个加热器12，泵14和在流体加热和储存装置16中的热交换器46被互相连接起来，在系统10中形成了一个“环”。也就是一个闭合的回路。通过这个回路第二液体能够循环。图1中有关加热器12，泵14和流体加热和储存装置16的相关尺寸是不成比例的。例如泵14可能比加热器和流体的加热和储存装置小很多。 

加热器12可能是适于加热液体的任何器具，例如一个太阳能热采集器或是煤气加热器，它含有一个储存空间(图中未标示出来)，用于保存要加热的液体。 

这里的第二流体可能是冰点比水低的液体。例如乙烯基丙二醇或者酒精，如果加热器12是一个太阳能热采集器，就可能是一个例子，这样做可以减少在冷天可能对太阳能热采集器造成的危害(太阳能热采集器可能包括一组玻璃真空管)，由加热器12加热的第二流体(液体)倾向于上升，因而向上流入泵中。通过管子17并进入输入管18. 

泵14是用于将受热的第二流体泵入在流体加热和储存装置中热交换器的装置。它低于加热器12的出口。泵14是一个自驱动泵，也就是它不用外加的动力就能泵加热的液体，泵14包括一个用玻璃或钢等刚性材料做成的封闭容器20，用于保存加热的第二流体。 

这个封闭容器可以是隔热的(例如真空隔热)，这个容器有个底部22和上部23，在说明的例图中，容器的底部是齐平的(但在其他可供选择的具体实例中，它不必是平的)。输入管18通过容器底部22向上伸入封闭容器20中，因而输入管的一端24是在容器20之内。从容器20还有一个受热液体的出口28，这个出口在图1中以输出管30的形式出现，它低于输入管18的一个端口24。另一根管子31将出口管30的另一端与流体加热和储存装置16的入口相连。 

一根呼吸管32穿过容器20的底部向上伸入容器，因而它的一个端口34是在容器内，并 

且高于输出端口28和输入管18的端口24。端口34和容器20的顶部23和内表面间有一个空隙，从而当泵14在运行时在容器20的液面让能保存一定量的气体60(例如空气和第二液体的蒸汽和挥发气)。 

呼吸管的另一端36是在容器20的外面，并且低于底部22。端口36伸入一个开口的容器38(即与大气相通的容器)在运行时容器内可能装有不同深度的第二液体。端口36低于容器38的上边缘37，同时此端口36低于容器38的边缘37，因而在泵运行时可能被浸在液体中。这样可以限制受热的第二液体从系统10中汽化。然而有时(例如启动时)端口36并没有浸在液体中，系统10也能工作。容器38可以是隔热的。 

封闭容器20的基座22可以是圆环状的，在这个情况下，输入管18，输出管30和呼吸管32通过基座22的点可能要安排成象等边三角形的顶点，添加在基座上。任何一根管子在封闭容器外的部分是可拆卸的，呼吸管在封闭容器内外的部分都可以是可变形的，可弯曲的和/或柔软的。 

流体加热/储存装置16是用于储存通过热交换器用第二流体加热的第一流体(在这个例子里是水)，流体加热储存装置16包括一个第一流体的储存容器39。储存容器39有一个待加热的第一流体的入口40和加热后的第一流体出口42，储存容器39还含有一个供第二流体流过的设备，这个设备包括，第一根管子48和第2根管子50穿过容器39，第一根管子48其一端固定在罐体39的一边壁上的第一个装配口52，第一根管子48另一端固定在罐体39的一边壁上的另一个装配口54，相类似地第2根管子50其一端固定在罐体39的一边壁上的第3个装配口58，第2根管子50的另一端固定在罐体39的一边壁上的第4个装配口60，尽管在目前的实例中，第一根管子48和第二根管子50是完全平行的，但却不是必要的。第一个和第三个装配口52和58在流体加热和储存装置的容器39的一个边壁上，而第二个和第四个装配口54和60在该容器39相对的边壁上。这也不是所有应用实例都需要这样。热交换器46在该容器39中并与管子48和50相连通。热交换器的作用是将容器39中的流过的第二流体的热量转移给第一流体。在图1中热交换器画成很多放射状的翅型，但在其他的实例中也可以是其他形状(例如盘管状)。 

在图1介绍的实例中，管子48，50和热交换器46有一个H型(或是 N型，后面介绍)，并非在所有的具体实施例子中都需要这种形状，例如如果管子48，50不是完全平行或者如果热交换器46不是完全垂直的。那么这个结构的形状就可能不是H形或N型。图1中，管子48在热交换器上面或下面的部分分别称为管子48的管脚64和68。图1中管子50在热交换器46上面和下面的部分分别称为管子50的管脚70和72，管脚64和68的长度可能不同，同样管脚70和72的长度也可能不同，也就是说热交换器46不一定放置在容器49的中间，例如热交换器46可以放置在离容器39的底部近而离顶部远的地方。(在容器39有意安装的方向)。 

通过管子48和50固定地装配在容器39的壁上，使得热交换器46的结构稳定，在图1所示的长条型的流体加热/储存容器16的横截面可以看到。这限制了热交换器46在运行中可能发生的振动，从而减少了流体加热/储存容器结构上的风险(例如开裂或泄露)。 

管子48，50和热交换器46允许第二种液体流过容器39，但又在容器中于第一种液体想隔离，这种隔离避免了第二种液体对第一种液体的隔离(反之亦然)。同时这也使得需要时容器39能够耐受使用市政供水的压力，而不会对加热器12和泵14造成危险。 

所有的装配口52，54，58和60，可以使用例如铜，不锈钢等材料。在目前的实例中，这些装配口也有螺纹，因而可以从容器39的外观简单地用不漏水的带螺纹的管子端口来连接。(例如管子引接入装配口52)。或者简单地用不漏水的带螺纹的盖子来盖住(例如在装配口54的盖子56)。至于容器39的那个装配口在运行中应盖住，而那个装配口要连上管子而让第二种液体流动，这完全由客户决定。例如它取决于用户的希望的液体加热/储存容器的方向，有代表性的做法是第一和第二装配口52和54中的一个将会盖住。而第三和第四装配口58和60中的一个也将要盖住。然后未上盖的装配口52或54与从泵14来的管子31相连，而未盖住的装配口58或60中的一个与回流管80相连。这促使第二种液体流过热交换器46。例如在图1中，装配口54和60分别用盖子56和62盖住。尽管可能但不常用的是2个装配口52和54都不盖住而是相连接起来。因而2个装配口都从管子引接收第二种液体(例如通过T或是Y接头)。和/或两个装配口58和60都不盖住，而是接到回流管80(例如也通过一个T或是Y的接头)。在某些实例中，某些上盖的装配口可能被永久地盖住(即在工厂焊住)，而非可移动的盖住，以减少泄露的可能性。 

在图示的例子中，管脚70让第二种液体流出容器39，它是由隔热材料74包着的，这个隔热层74防止流出的第二种液体，因为这时这种液体是流出容器的，通过装配口52进入时要冷却很多，从围绕它的容器16中的第一种液体吸热相类似地管脚72也包复着隔热层76。其原因是在流体加热/储存容器16的某些放置方向上，第二种液体可能从装配口62H型结构流出，而非通过装配口58。 

当系统使用时，储藏容器39可能由第一种液体完全充满，(也就是如果储存容器要承受城市供水管的压力)。或是只是部分的灌入第一种液体(即如果储存容器是向大气敞开从而不承受城市供水系统的压力)。 

第一种流体通过一个回流管道80流出液体的加热/储存容器16通过装置58回到加热器12，这种就完成了一个循环。所有的导管的管道17，31，32和80是隔热的以限制热量散失到周围的环境中去。泵14和液体加热/储存箱16也是隔热的，在图1中没有特别标明。 

在系统运行时，第二种流体由加热器12加热，例如可以是一个太阳能热采集器或是煤气加热器)，受热的第二种液体膨胀并上升通过隔热的管子17并进入容器20中的输入管18.在运行中容器20中第二种液体的液面26可能高于也可能低于输入管18的端口24.液面26的变化和很多因素有关。这些因素包括系统10中当前的温度，而温度可能随时间变化。这也可能由于加热器12随时间变化的加热强度。例如，如果加热器12是太阳能热采集器，那么在晴天时加热强度大，而阴天时，加热强度小。 

图2举例说明当系统10中的第二种流体(液体)非常热时，容器20中第二种流体(液体)的高度26，与图3比较，图2中的第二种液体液面升高是由于第二种液体在系统中的膨胀(或气体的出现)。由于热膨胀导致的液面上升使得容器20中受热液体的第二种液体上方的气体60的体积减少。(它可能是空气或是由于第二种液体蒸汽和其他气体的混合物)。因为容器20是封闭的，其结果也是气体的压力增加。这个增加的压力驱使一些气体向下进入呼吸管32，如果气不是足够大，那么被驱动的下行气体可能从管子32的下端口36选出。同时通过在开放的容器38中的第二种液体变成气泡上升，尽管在容器中，第二种液体的液面有时可能暂时高过呼吸管32端口34的高度，但这也是暂时的，因为第二种液体将通过呼吸管32流入敞开的容器38.直到容器20中的液面26降到端口34的高度。 

图3图例说明当系统变冷时，容器20中的第二种液体到液面26的情 形。液面26的下降是由于系统10中第二种液体的收缩。由于第二种液体的液面26下降，在容器20中第二种液体上面的气体的体积增加。结果是容器20中的气体压力减小，这会将呼吸管32中的气体吸回到容器20，它也可能导致第二种液体从向空气敞开的容器38中吸到呼吸管较低的端口36(如图3所示)。这不是一定发生，但却是不受欢迎的。由于第二种液体可能从敞开的容器38通过管子32完全吸回到容器20.其缺点是可能将容器20中的第二种液体冷却。其他的因素可能引起气体或第二种液体吸上呼吸管32，可能包括某些冷的第二种液体流到输入管18.取决系统10中不同点的第二种液体相对温度的改变，在不同的时间，影响的因素可能是不同的。 

当系统10中的液体加热和冷却的时候，气体和液体不断的通过管子32流进和流出，这就是为什么将管子32称为“呼吸管”的原因。 

一旦加热后的第二种液体离开自驱动泵，就通过隔热的管子引流并通过装配口52(这是它作为第二种液体的输入端口)。第二种液体通过由管子48，50和热交换器46形成的“H”型结构的流动介绍如下： 

受热的液体进入通过装配口52进入管脚64，流过热交换器46进入管脚70，然后通过装配口58流出管脚70(经H型结构的全部)。希望在这种安排中流经管脚68和72的第二种液体有限或没有。在管脚64和热交换器46中受热的第二种液体将热量传给容器39中的第一种液体。经冷却后的第二种液体经隔热的回流管80流回到加热器中，在加热器12中第二种液体再被加热，从而开始了一个新的循环。 

这种系统的优点是尽管加热/储存容器16低于加热器12的出口端泵14能使受热的第二种液体通过系统10内的一个回路实现了循环而不必使用电力。当加热器是一个太阳能热采集器，这个系统能允许将太阳能热采集器的设置在建筑的外面(即屋顶上)。而将液体的加热储存容器16放在太阳能热采集器的下方的建筑之内(即屋顶底下的空间)。这就避免了有碍观瞻，水箱在屋顶上的头重脚轻，同时还不需要消耗电力，另外由于水箱是安装在屋内，热量向周围环境散失(即当屋外的气温低的时候)就减少了。同时这样的安排也可以解决系统的太阳能热采集器在冬天可能发生的冰冻伤害的问题。因为在加热/储存容器内的第一种液体的温度至少会象其安装位置的室内温度一样。在储存容器中温暖的第一种液体将反过来加热在热交换器46中的第二种液体，使得这些液体上升到加热器(太阳能 热采集器)12来取代已经被外部冷空气冷却了的第二种液体。这种循环将使太阳能热采集器的液体冷却，或则避免严重和昂贵的冰害。 

同样的道理也适用于自驱动泵14，上升进入其中的加热的第二种液体可能也会保护泵防止冰害。自驱动泵14可以安装在户内或户外，只要它能使上面介绍过的它与系统其他元件的相对高度即可。 

尽管上面将系统10描述为用第二种液体(例如乙烯基乙二醇)来加热第一种液体(即水)。但也可以用第二种液体来加热气体，从而系统10称为“流体加热系统”可能也是适宜的。此外加热和储存容器16中也可以用第二种流体即气体取代液体来加热第一种液体。 

本领域中技术熟练人员也可以对上面具体描述的系统进行改进而不会偏离本发明的实质，例如，敞开的容器38可能就可以组成第二个热交换器并将其结合在流体加热/储存容器16中，从而不需要一个分离的容器38.第二热交换器是用于接受在储存容器39中保存第一种液体但又与第一种液体分离。这个结构用图4和图5中说明。 

参见图4和图5，一个可供选择的液体加热/储存容器116以部分剖面图和透视图来说明。 

为了清楚，现图1中由管道48，50和热交换器46组成的H型结构在这两个图中均被略去了。在图4和图5中第二个热交换器起着与图1中开放的容器38相类似的作用。但又不需要一个分离的容器，这里的热交换器200起着将溢出的气和第二种液体206中的热量转移给在容器116中的第一种液体的作用，这些液体和气体是在运行中通过呼吸管32逸出泵14的。这样热交换器200起到了补充热交换器46的作用。在第一种液体的加热中，它可以作为“主要的”热交换器。 

热交换器200有一个上面较高的开放的端口261(见图4)和一个下部较低的端口208(参见图4和图5)。这个开放的较高的端口201可以与容器116的上部持平，较低的端口208是位于或接近于容器116的底部，这个规范的热交换器200设计成放射状的延伸，垫圈式的翅片以便将热量转移给第一种液体更容易。第2热交换器200在其开放的上部端口201之下，接受一根第二种液体的管子(这里是呼吸管32)。在这个图例中，呼吸管32的较低的端口36是稍微比热交换器200的较低端口208要高些，如图所示，当系统运行时，其底部端口36可能会侵入到液体中。 

注意：在图4和图5中，导管引起呼吸管32的相对位置被交换了， 这是为了防止热交换，200受H型(或N型)的第一热交换器的影响，如图8所示在这种环境下，自驱动泵14中输出管30和呼吸管32的相对位置也需做适当改变。 

为了减少热交换器200中第2种液体不该发生的冷却，从而不希望的冷却，从而在容器116中引起第一种液体不该发生的冷却，在热交换器200较高的开口端口201处，在呼吸管32的套上了一个盖子202. 

这个盖子不是密封的盖子。在盖的侧边开了一个空洞204(见图5)以允许气体通过。这是为了防止热交换器200完全与大气隔离，这个盖子可能用隔热材料，例如聚苯乙烯泡沫塑料。 

另一种选择是当流体加热储存容器是向大气敞开的。而且第一种液体和第二种液体是同一液体时，则分开的敞口容器38就可以取消。而将容器液体加热/储存容器本身作为开口的容器38，并且也作为加热/储存容器(即一个容器两种用途)。这种情况在图6和图7中加以说明。 

参考图6和图7分别以剖视图和透视图说明，一个可供选择的流体加热/储存容器216.为了突出重点和清晰，图中再次省略了H型(或N型)的结构以及热交换器46。如图4和图5一样，在这个例子中，为了防止呼吸管32影响H型(或N型)结构，管子31和呼吸管32的相对位置也作了交换。 

在泵14(即图8中)，输出管30和呼吸管32的相对位置也做出了相应的改变，在图6和图7中，需要加热的第一种液体经过第一个进水管40进入储存器216，加热的第一种液体经过第二根管子42离开储存容器216.通过空隙299，容器216是与大气相通的。从而容器216不必总是充满着第一种液体。第二根流体溢出管在图中的具体表现是呼吸管32的下半部，向下伸入储存容器216，呼吸管32开口的一端36高于所述储存容器的底部，例如放在略高于底部，并与储存容器216内部液体相通.在运行中，在某些时候，尽管第一种液体的液面降至低于端口36，泵14还能工作，但端口36最好保持在容器216中的第一种液体的液面之下，以限制液体从闭环的液体回路中蒸发。特别是由于呼吸管32是与容器216中的液体直接相连通，通过由加热器12，泵14和热交换器46组成的闭环回路中的第二种液体应与容器216中的第一种液体是相同的。因为两种液体可能混合。 

从图4到图7所示的流体加热储存系统是将图1中开放的容器36放入流体加热储存容器，或以流体加热储存容器本身作为图1中开放的容器36。这样运行中溢出的液体和气体中的热量得到了回收，提高了系统的效率。 

在某些情况下，如果流体加热/储存容器16要象图1中所示的水平摆放，用户的空间可能不够，这时用户可能选择将流体加热/储存容器16以垂直摆放。这种安排在图8中说明。 

参考图8，它以图例说明了一个液体加热系统100，该系统100是与图1中的系统10相同的，首先与图1相比，输出管30和呼吸管32在泵14中的相对位置做了交换。这是泵14另一种可能选择的安排的简单图示，其次，液体加热/储存容器16是放在垂直方向的一个地面上，这就使得容器16的占地面积小一些，这可能是某些客户需要的。为了方便容器16在这个方位与一同的其余元件的安装，在图一中装配口54的盖子56移到了图8中的装配口52，同时管子已经连到装配口54，另一个盖子62已被移到装配口60，当装配口是这样加盖时，被加热的第二种液体通过“H”型结构的流动与图1中所示是不同的。而是如下面所述，加热的第二种液体通过装配口54进入管脚68，(不是通过装配口52进入管脚64)流过热交换器46进入管脚70并通过装配口58流出管脚70，希望在这种安排中第二种液体在管脚64和72中的流动是有限或是不存在的。图8的系统100显示出一个用户根据方便或场地限制，因地制宜和容易地配置流体加热/储存容器16。只需使用装配口52或54中的任一个作为第二种液体的输入口和使用装配口56或58中的任一个作为第二种液体的输出口。用户也可以使用相对方向的装配口来选择容器16的盖子(例如选择盖子54和58，或是52和60来减少连接容器16与其他系统元件的管子长度)。(即加热器12和泵14)同时减少管子的弯头和转角。在图8中流体加热储存容器16是自立于容器39的底部上，而图1中的容器则是自立在与底部相连的侧壁上，所以容器39的底部有第一个着陆点，其侧壁有第二个着陆点。 

图1中的流体加热/储存容器16也可能用于没有如泵14的自驱动泵的流体加热系统中。关于容器16的另一种应用在图9中说明。 

参考图9，示意性地说明，一种使用中可供选择的流体加热系统的侧面图。 

系统900是用于加热流体，例如人们使用的水。系统900包含一个太阳能热采集器902用于加热第二种液体，而流体加热储存装置16则放置于太阳能热采集器902的上方，如前所述，容器是大的，首先盖子56是用于盖装配口52，(不是装配口54)，其次盖子62被移走，不同的盖子962用来盖装配口58(留下装配口60不盖)，盖子962有一个小孔964，它也可以叫做“呼吸孔”，因为当热交换器中的液体膨胀和收缩时，它允许管中的气体与大气不断交流。 

太阳能热采集器902与容器16中的热交换器是互相连通的，从而形成一个闭合的回路，第二种液体能通过这个回路循环，盖子56和962中的任一个或全部都是可以拿开的(例如用螺丝)，以方便添加第二种液体到闭合的回路，例如在开始时或是液体被蒸发了。 

太阳能热采集器是传统的太阳能加热装置，如在市场上可以买到的。太阳能加热装置902包括一个第二种液体的储液装置912，该储液装置有第一种液体的输入口910与管子906相连并液体相通，其另一端与装配口60相连通，该输出端口908与管子904相连通，其另一端与装配口54相连通。加热装置902也包括一个太阳能热采集器914，它将太阳能用于加热第二种液体，例如太阳能热采集器914可能是一个平板太阳能热采集器，带有一组垂直的间隔或是一组真空的玻璃管。 

运行中的太阳能加热太阳能热采集器914中的第二种液体，加热后的液体自然地膨胀和上升进入储液装置912，加热后的第二种液体经过输出端口908流出并向上流到并通过装配口54流入容器16，在图示的实例中装配口54也是作为容器16的第二种液体的入口，然后第二种液体流过管子48的管脚68进入热交换器46，热交换器46将热量从第二种液体传给容器16中的第一种液体，然后第二种液体流出热交换器46进入管子50的管脚72，并通过装配口60流出容器16。在图中，装配口60在这里作为容器16的第二种液体的输出端口。从这里冷却了的第二种液体向下流过管子906通过输入端口910回到储液装置912，然后进入真空的管子914，从而开始一个新的循环。 

如前所述，在某些实例中，流体加热/储存容器16中的热交换器也可能有象”N”的形状，这种示例在图10中予以说明，参考图10，流体加热/储存容器316包括第一种液体储存容器339，它有一个输入端口340用于要加热的第一种液体和一个输出端口342用于加热后的第一种液体。用于第二种液体流过容器的装置包括第一根管子348和第二根管子350，延伸通过储存容器339分别固定到装配口352，354和358，360。这与图1中 管子48和50有相似的方式。在图示的例子中，装配口354和360分别用盖子356和362来盖住，一个热交换器346放置在容器339中并与管子348和350相连通。热交换器346和管子350的连接处比装配口354更接近装配口352。当其与管子350的接头比装配口358更接近装配口360，从而管子348的管脚364比管脚368更短，而管子350的管脚370(用隔热体375隔热)比管脚372长。这就给热交换器一个N型的形状。 

上述的流体加热/储存容器不仅使得热交换器结构稳固，而且其方向，布置和管道的连接都方便，灵活。有利于充分，灵活地利用建筑物内的空间。 

关于泵14，并非在所有的具体应用中每一根输入管18，输出管30和呼吸管32都需穿过封闭的容器20的基座22。在某些实例中这些管子中的一根或多根可以穿过封闭容器的壁，此时管子可能从垂直的变成某种角度的，至少在管子穿过容器20的壁的那个点上是如此的。 

在另外一些具体应用中，泵14的输出可能与封闭的容器20的底部22齐平，而不是延伸入容器20，也有可能从泵14的底部22向下伸出的管子可能是可分离的(例如用螺丝)，以方便安装和拆卸以及储存。后者在图11中做了说明。 

参考图11，图中泵另一个可供选择的具体应用在这里做了说明。如图所示，无论是输入管1118，输出管1130，它们都是伸出封闭容器1120一点点(甚至完全没有)。输入管的下部端口1191与管子1117(通向加热管)是可分离的内部连接，而输出管1130的下部端口则与管子1131通过液体加热/储存容器)也是可以分离的连接。这些连接是使液体相通。例如也可能用螺纹连接。呼吸管1130有较高部分1133和较低部分1195，其较高部分是图示性的而且向上延伸穿过容器1120的基座1122，这样其上部端口1134是在容器内部且低于容器1120的顶部的内表面。其上部1113在低于基座1122的部分延伸的很少(或几乎没有)(例如它的较低端口1194是正好低于基座1122或与其平齐)如图11所示，呼吸管1132的较低部分1195是可拆卸的并于较高部分在1113在端口1194连通，并可能是软管。 

呼吸管1132的另一端1136被伸入一个开口的容器1138，并低于其边缘1137这样在泵运行时其下部口有可能浸入(之所以被称为呼吸管是由于它的对应端口是1134)。呼吸管1132的较低部分1195以及呼吸管312(图1)，通常可能被认为是第二种液体管(用于溢出第二种液体)。 

同样流体加热/储存容器16的容器部分39的尺寸和形状在不同的实例中是可以变化和不同的。当储存容器39是伸长的(例如如图所示是圆柱形的)，为了稳定性，则管子48和50可以被横切状的安装在容器39之内(如图示)，而不是仅仅纵向布置，当然这不是必需的。 

在图1中例举的系统10是说明一个系统是用于加热第一种液体是水，当然它同时的方法可以用于加热其他的第二种液体或是气体，不管是供人类使用的，或者其他的流体，液体系统。 

同样上述的管子包括自驱动泵的管子也可能是软管或是硬管，直的和弯曲的管子。 

尽管没有特别指明或是绘图说明，对于不是与大气相连的流体加热/储存容器(例如图1，4和10中的容器16，116和316在其壁上或底部可能包含有一个压力释放阀，当容器中的压力变得非常高这个阀可以用来从容器中释放压力，以避免容器损坏)当用第一种液体开始填充容器时，它也可以用来从容器中释放空气。 

上面介绍的自驱动泵可以用于与任何的第一种液体加热和储存容器。这里所述的容器有一个第一种液体的输入端，一个第一种液体的输出端，一个第二种液体的输入端和第二种液体的输出端口，以及安放在加热储存容器内的一个设备，用于供第二种流体它是液体通过，又与第一种液体相分离的装置，这个装置将第二种液体的入口和出口相连通，并且包括一个热交换器，该装置在运行中需要稳定并防震。 

同样在流体加热系统中使用的流体加热和储存容器所用的泵也可以不是自驱动泵。例如用一个电动泵来取代自驱动泵，在这种情况下，加热装置，泵和储液容器的相对高度就不要象图1所示。同样泵在闭合回路的位置也不需要放在象自驱动泵右图1中的位置了。只要它能将使第二种液体从加热器的出口循环到流体加热和储存容器的入口，并从该容器的出口循环到加热器的入口。 

本发明对于那些本领域技术熟练的人员来说，在阅读完以上应用实例的详细而且精确的说明后，作出任何其它变化，应该都是不用创造性劳动，是显而易见的，都属于本发明要求的保护范围之中。 

Claims (18)

1.一种流体加热和储存装置，其特征是，包括：

一个用于储藏第一流体的储藏容器，它有第一流体的输入端和输出端；以及：

一个设备用于使第二流体流过上述的储藏容器并将第一流体和第二流体隔离开来，所述的设备包括：

第一根管子，它贯穿所述的储藏容器的边壁，其一端安装在储藏容器壁上的第一个装配口，另一端安在所述储藏容器壁上的第二个装配口；

第二根管子，它也是贯穿所述储藏容器的边壁，其一端安在储藏容器壁上的第三个装配口，其另一端安在储藏容器壁上的第四个装配口；

还有一个热交换器安在所述的储藏容器中，并且与第一根和第二根管子互相连通，并允许流体在它们之间流动。

2.根据权利要求1中所述的流体加热和储存装置，其特征是：还包括一个盖子用于盖在上述的第一个或第二个装配口，另一个盖子用于盖住第三个或第四个装配口。

3.根据权利要求2所述的流体加热和储存装置，其特征是：所述的第一和第二装配口中的一个以及所述的第三和第四装配口中的一个装配口都是用螺丝封的，并且是可以互相交换的。

4.根据权利要求1中所述的流体加热和储存装置，其特征是：所述的第一根管子和第二根管子是完全平行的，同时第一根管子，第二根管子和热交换器在储藏容器中形成一个H型，N型或其它结构。

5.根据权利要求1中所述的流体加热和储存装置，其特征是：所述的第一根管子或第二根管子中有一根是隔热的管。

6.根据权利要求1中所述的流体加热和储存装置，其特征是：该装置的内部是和大气相通的空间。

7.根据权利要求6中所述的流体加热和储存装置，其特征是：该流体加热和储存装置还包括一根第二流体管，它向下延长伸入所述的储藏容器，所述的第二流体管的底部是开口的，并且位于所述储藏容器的接近底部的地方，

所述的开口与所述的储藏容器的内部的液体是相通的，同时当第一流体和第二流体是一样的流体时，上述的第二流体管的底部能浸在装在上述的储藏容器中的第一或第二流体中。

8.根据权利要求7中所述的流体加热和储存装置，其特征是：所述的第二流体管包括一根自驱动泵的呼吸管。

9.根据权利要求1所述的流体加热和储存装置，其特征是：所述的储藏容器是可承压的容器。

10.根据权利要求9中所述的流体加热和储存装置，其特征是：所述的热交换器是一个主热交换器，同时还包括用于将溢出的第二流体保存在所述的储藏容器中的第二热交换器，该第二流体与第一流体隔离，上述的第二热交换器上部有一个开口用于接受第二流体管道的一端，第二热交换器的下端接近所述的储藏容器的底部，这里所说的第二流体的管道的端口，在上述流体加热和储存装置工作时可能浸入积聚在第二热交换器中的第二流体中。

11.根据权利要求10中所述的流体加热和储存装置，其特征是：该第二流体的管道包括一根自驱动泵的呼吸管。

12.根据权利要求10中所述的流体加热和储存装置，其特征是：该流体加热和储存装置还包括一个盖子，用于盖住所述的第二热交换器的开口，但又不密闭该第二热交换器与大气的相通。

13.根据权利要求1中所述的流体加热和储存装置，其特征是：该流体加热和储存装置具有一个底部，和一个与底部连着的侧壁，上述的流体加热和储存装置能够放在底部上或侧壁上。

14.一种流体加热系统，其特征是：包括：

一个流体加热和储存装置，其包括：

一个用于储藏第一流体的储藏容器，它有第一流体的输入端和输出端，第二流体的输入端和输出端；以及：

一个使第二流体流过上述的储藏容器并与第一流体隔离开来的设备，其中所述第二流体是液体，所述的设备包括：

第一根管子，它贯穿所述的储藏容器的边壁，其一端安装在储藏容器壁上的第一个装配口，另一端安在所述储藏容器壁上的第二个装配口；

第二根管子，它也是穿过所述的储藏容器的边壁，其一端安在储藏容器壁上的第三个装配口，其另一端安在储藏容器壁上的第四个装配口；还有

一个热交换器安放在所述的储藏容器中，并且与第一根和第二根管子互相连通，并允许流体在它们之间流动；

这里上述的第一和第二装配口中至少有一个装配口作为第二流体的入口，同时第三和第四装配口中至少有一个装配口作为第二流体的出口：

一个加热第二流体的加热器，所述的加热器有一个第二流体的入口和一个第二流体的出口，还有

一个用于第二流体的循环泵，它使第二流体实现从加热器的第二流体出口流到所述流体加热和储存装置的第二流体入口，再从所述流体加热和储存装置的第二流体出口流到加热器的第二流体入口。

15.一种流体加热系统，其特征是：包括：

一个流体加热和储存装置，其包括：

一个用于储藏第一流体的储藏容器，它有第一流体的输入端和输出端，第二流体的输入端和输出端；以及：

一个使第二流体流过上述的储藏容器并与第一流体隔离开来的设备，其中所述第二流体是液体，所述的设备包括：

第一根管子，它贯穿所述的储藏容器的边壁，其一端安装在储藏容器壁上的第一个装配口，另一端安在所述储藏容器壁上的第二个装配口；

第二根管子，它也是穿过所述的储藏容器的边壁，其一端安在储藏容器壁上的第三个装配口，其另一端安在储藏容器壁上的第四个装配口，还有

一个热交换器安在所述的储藏容器中，并且与第一根和第二根管子互相连通，并允许流体在它们之间流动；

这里上述的第一和第二装配口中至少有一个装配口作为第二流体的入口同时第三和第四装配口中至少有一个装配口作为第二流体的出口；

一个第二流体加热器，所述的加热器有一个第二流体的入口和一个第二流体的出口，所述的加热器第二流体入口低于所述的流体加热和储存装置的第二流体出口，所述的加热器第二流体出口低于所述的流体加热和储存装置的第二流体入口；

一根管子让第二流体从所述的加热器的出口流到流体加热和储存装置的第二流体的入口；

一根管子让第二流体从所述的流体加热和储存装置的第二流体出口流到加热器第二流体的入口。

16.根据权利要求15所述的流体加热系统，其特征是：所述的加热器是太阳能热采集器。

17.根据权利要求15中所述的流体加热系统，其特征是：该系统中还包括一个盖子，用于盖住第一，第二，第三，第四个装配口中的一个，这个装配口不是作为第二流体的入口或出口，所述的盖子含有一个呼吸洞以便将所述的第二流体保持在大气压。

18.根据权利要求15中所述的流体加热系统，其特征是：该系统中还包括一个盖子用于盖住第一，第二，第三，第四个装配口中的一个，这个装配口不是作为第二流体的入口和第二流体的出口使用；这个盖子可以卸下，以便添加第二流体。

Images