CN102032686A - 分体太阳能系统 - Google Patents

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马迎昌
丰中玉
王城路
李方军
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Abstract

本发明公开了一种分体太阳能系统，包括集热器和内置有换热部件的水箱，以及连接所述集热器与所述换热部件的循环管路，所述换热部件为带有翅片的小胆，该小胆还在竖直方向上设有一延伸出所述水箱的带有安全阀的排气管；其中小胆预留有膨胀空间。本发明结构紧凑，且成本低且后期维护成本低。

Description

分体太阳能系统
技术领域
本发明涉及一种分体太阳能系统，包括集热器和内置有换热部件的水箱，以及连接所述集热器与所述换热部件的循环管路。
背景技术
目前国内外所使用的热水器主要有电热水器、燃气热水器、太阳能热水器、热泵热水器等，太阳能热水器和热泵热水器是近些年新兴的新能源热水器，具有很大的推广价值。
太阳能热水器在国内已有很多形式：按系统类型主要有紧凑式太阳能系统（普通太阳系统）、分离式太阳能系统（真空管和水箱分开）、闷晒式太阳能系统；按集热部件可以分平板式太阳能系统、全玻璃真空管太阳能系统、玻璃—金属真空管太阳能系统、闷晒太阳能系统；按传热类型可以分直接太阳系统和间接太阳系统，在国标GB/T19141《家用太阳热水系统技术条件》已有明确描述。
目前在国内众多太阳能系统中紧凑式太阳能系统是销量最多，因为系统水箱不承压，内胆使用的材料多数是薄壁不锈钢板，价格低廉，基本与电热器价格相当，而且容水箱要大于电热水器，使用寿命较长；并配有电加热装置，在天气不好的情况下可以使用电加热，实现了光电互补。现在国家正在提倡推广绿色能源，所以得到国内消费者广泛青睐，大有取代电热水器的趋势。但普通的太阳能热水器和电加热也有不可弥补的缺点，水箱不承压，靠重力落差，人们享受不到热水按摩感觉；而且供水系统是繁殖军团菌的主要场所，军团菌在接近人体温的35～36℃时最易繁殖，20℃以下不能繁殖，45～50℃以上不繁殖或死亡，特别是在开水供水系统容易有军团菌存活；同时普通太阳能热水器不容和建筑结合，给美丽谐调的城市带来负面的景观，所以在发达国家是没有国内普通太阳能热水器的，都是承压的太阳能热水器。
国内从2002年开始引进德国技术，开始做分体太阳能，就是将吸热体和水箱分开，吸热体得到的热量通过二次换热传到水箱，这样人们就可以使用上承压热水了，同时解决了太阳能与建筑结合的问题，为太阳能成为建筑的一个部分解决了根本的技术问题，减少军团菌存在的可能。
参考说明书附图1，从德国引进的分体热水系统的公知结构包括集热器1、内置有换热盘管8的水箱6和连接所述集热器与换热盘管的循环管道2，以及设置在循环管道上的太阳能站和膨胀水箱12，结构复杂，成本比较高，虽然国内很多厂家开始做这种分体太阳能热水器，但其价格一般是普通非承压热水器的2—3倍，所以国内消费者还是比较喜欢价格低廉的普通太阳能热水器，严重影响了其推广应用。同时结构复杂，环节比较多的分体热水系统维护点比较多，后期的维护成本也比较高。
发明内容
为此，本发明针对目前分体太阳能系统成本高，以至于难以推广的缺陷，提供了一种结构紧凑，且成本低且后期维护成本低的分体太阳能系统。
本发明采用的技术方案为：
本发明分体太阳能系统，包括集热器和内置有换热部件的水箱，以及连接所述集热器与所述换热部件的循环管路，所述换热部件为带有翅片的小胆，该小胆还在竖直方向上设有一延伸出所述水箱的带有安全阀的排气管；其中小胆预留有膨胀空间。
依据发明技术方案的基本构思是简化分体太阳能系统的结构，以降低其制造成本，同时还应当满足具有与现有分体太阳能系统同样的功能。
为此，本发明中的小胆预留有膨胀空间，使得其不仅具有换热功能，而且具有膨胀水箱的功能，完全省略掉了膨胀水箱，另一方面，膨胀空间的预留一定程度上增大了小胆的换热面积，小胆的整体大小远小于膨胀水箱与换热盘管的大小，结构趋于紧凑。
此外，考虑到水箱乘压盘管换热器的承压能力都在20MPa以上，为此，本方案中的带有翅片的小胆的承压能力是需要考虑的一个问题，为此，其中的翅片具有一定程度上的加强筋作用，并且通过实验证明，现有的翅片设计基本上满足了小胆的承压要求，带有翅片的小胆的承压是没有问题的。
本方案采用了带有安全阀的排气管，用于替换掉现有的太阳能站，成本大大降低。参考说明书附图1中包含了安全阀、压力表、止回球阀和循环泵的太阳能站，成本非常高。而本方案中，排气管的存在具有卸压能力，保证了系统运行的安全性，同时排气管上安全阀的存在也不再需要压力表及止回球阀，也不再需要配属在太阳能站上的安全阀。
在此情况下，使得基于本发明技术方案的分体太阳能系统具有了与普通太阳能热水器相匹敌的价格优势。
上述分体太阳能系统，所述膨胀空间标定容积为V=pvT/Pt得出；
式中：T为循环介质的初始温度，P为小胆内的初始压力；t为设定最高温度，p为所述安全阀的卸压设定值； v为在压力p和温度t条件下的被压缩至的预留空间容积。
上述分体太阳能系统，所述v恰好是所述排气管的上管口以上的内胆容积。
上述分体太阳能系统，所述翅片为加强筋板形。
上述分体太阳能系统，所述水箱上还设有电加热装置。
上述分体太阳能系统，所述水箱的上端设有一安全阀。
上述分体太阳能系统，所述小胆表层具有防腐层。
上述分体太阳能系统，所述防腐层为搪瓷层。
上述分体太阳能系统，所述循环管道上设有流量计。
附图说明
图1为已知分体太阳能系统的结构示意图。
图2为依据本发明技术方案的一种分体太阳能系统的结构示意图。
图中：1、集热器，2、循环管道，3、控制器，4、出水口，5、安全阀，6、水箱，7、电加热装置，8、换热盘管，9、排污阀接口，10、进水口，11、地漏，12、膨胀管，13、注液阀，14、循环泵，，15、止回球阀，16、压力表，17、安全阀，18、膨胀空间，19、排气管，20、小胆，21、回水管，22、进水管。 
具体实施方式
参照说明附图2，其示出了一种分体太阳能系统，其基本方案是其包括集热器1和内置有换热部件的水箱6，以及连接所述集热器与所述换热部件的循环管道2，所述换热部件为带有翅片的小胆20，该小胆还在竖直方向上设有一延伸出所述水箱的带有安全阀的排气管19；其中小胆预留有膨胀空间18。
在上述基本方案的基础上，本领域的技术人员可以选择或者组合以下技术手段：
关于集热器，应当是承压式的集热器，是由分体太阳能系统的属性所决定的。本方案中集热器相对于水箱可以高置，满足热虹吸的基本要求，也可以配属循环泵。
关于所述膨胀空间标定容积为V=pvT/Pt得出；
式中：T为循环介质的初始温度，P为小胆内的初始压力；t为设定最高温度，p为所述安全阀的卸压设定值； v为在压力p和温度t条件下的被压缩至的预留空间容积。
实际上可控的因素是压力和容积，随机因素是温度，实际上需要标定的是V/v，基于设定的条件是容易确定的。
优选地，所述v恰好是所述排气管的上管口以上的内胆容积，便于排气管的功能设置。
较佳地，所述翅片为加强筋板形，满足结构加强的需要，当然，在此处，加强筋板具有与换热翅片一样的功能，只是概念上的差异。
为拓展分体太阳能系统的实用范围，所述水箱上还设有电加热装置7，适应时令性。
进一步地，为了提高系统的安全性，所述水箱的上端设有一安全阀5，所增加的成本不多，安全性更好。
本方案的任务首先在于去掉膨胀水箱上，基于此，太阳能集热器内换热介质受热膨胀问题是解决的首要问题，最重要的是将膨胀水箱和换热器集成的发明，上面提到过将盘管式换热器改成翅片小胆式换热器，目的就是把膨胀水箱和换热器集成，简单的一个部件实现两个功能，即完成系统的换热功能和集热器吸热后介质膨胀空间预留。这样还降低了成本同时减少系统出故障的问题。一般膨胀水箱的质保期为一年，因为膨胀水箱内部是橡胶囊，内部充气体，长时间接触水会老化，3—5年就会出现问题。但本方案中的翅片小胆是没有橡胶囊的，也不用在内部冲气体，内部是空的，所以使用寿命会和水箱一样长。
为了提高小胆的使用寿命，所述小胆表层具有防腐层。
较佳的选择是所述防腐层为搪瓷层，便于制造和使用。一般情况下水箱也会配有电化学防腐装置，本方案可以附加。
在系统过热情况下可以观察到集热器内介质气化，通过流量计可视窗口观察上部已充满气体，下部是液体，此时启动循环泵，系统正常运行一段时间后通过流量计可视窗口观察，系统上部没有气体，通过长时间测试确认系统可以正常运行。
本方案完全消化吸收了从国外引进分体太阳能系统，从新进行了设计，进行了重大的技术创新，简化了分体系统的结构，大大降低分体太阳能系统的成本和故障的出现，更方便安装，外观简洁美观，能更好的和建筑结合，为分体太阳能系统在国的广泛推广奠定坚实的基础。

Claims (9)

1.一种分体太阳能系统，包括集热器（1）和内置有换热部件的水箱（6），以及连接所述集热器与所述换热部件的循环管道（2），其特征在于：所述换热部件为带有翅片的小胆（20），该小胆还在竖直方向上设有一延伸出所述水箱的带有安全阀的排气管（19）；其中小胆预留有膨胀空间（18）。
2.根据权利要求1所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述膨胀空间标定容积为V=pvT/Pt得出；
式中：T为循环介质的初始温度，P为小胆内的初始压力；t为设定最高温度，p为所述安全阀的卸压设定值； v为在压力p和温度t条件下的被压缩至的预留空间容积。
3.根据权利要求2所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述v恰好是所述排气管的上管口以上的内胆容积。
4.根据权利要求1所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述翅片为加强筋板形。
5.根据权利要求1所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述水箱上还设有电加热装置（7）。
6.根据权利要求1所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述水箱的上端设有一安全阀（5）。
7.根据权利要求1所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述小胆表层具有防腐层。
8.根据权利要求7所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述防腐层为搪瓷层。
9.根据权利要求1所述的分体太阳能系统，其特征在于：所述循环管道上设有流量计。
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