CN103148612A - 防过热平板太阳能热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防过热平板太阳能热水系统，包括板换循环系统和集热系统主路，其中集热系统主路包括板式换热器介质侧出口、集热系统主路的下循环、平板集热器、集热系统主路的上循环、上循环总阀和板式换热器介质侧入口，还包括第一旁路系统和第二旁路系统，所述第一旁路系统与集热系统主路的下循环相并联，所述第二旁路系统与所述集热系统主路的上循环相并联。该系统可以保证太阳能水箱温度恒定，控制太阳能水箱和集热器内介质的温度，解决了板式换热器、水箱的结垢问题和供热水泵的汽蚀现象。该系统结构简单，投资少，系统稳定可靠，系统故障率低，大幅减少了维护成本，延长了集热器的寿命，提高了整个系统的可靠性。

Description

防过热平板太阳能热水系统

技术领域

本发明涉及一种平板太阳能热水系统，尤其涉及一种防过热平板太阳能热水系统。 

背景技术

在常规平板太阳能热水系统中，主要分为两个子系统，包括集热系统主路和板换循环系统，其中集热系统主路包括集热系统主路的上循环和集热系统主路的下循环。首先平板集热器内部的介质通过平板集热器吸收各波段光而获得热量，再通过上循环温度探头与下循环温度探头所测温度之差来控制集热循环泵进行循环，这部分构成集热系统主路。通过控制板换循环泵与集热循环泵同时启动，冷水在板式换热器中与吸收了光热的循环介质进行换热升温，这部分构成板换循环系统。因此，如果当水温过高时，集热系统主路内介质吸收的热量将无法更好地交换，从而大量聚集。这就要求能够有散出热量的途径，而不至出现由于无法控制太阳能水箱温度和集热器内介质温度，从而会造成板式换热器、水箱结垢速度加快、汽化造成集热器胀漏、供热水泵汽蚀现象的发生。

目前，国内使用的平板太阳能热水系统均采用单路循环泵组进行集热介质循环换热，这类系统属于封闭型循环，可以较好地制备热水。由于其封闭性，无法将介质的热量散出，产生大量的维护问题。而且采用单路循环方式，无法控制太阳能水箱温度和集热器内介质温度，容易造成板式换热器、水箱的结垢速度加快；对平板集热器内介质换热不利，汽化造成集热器胀漏；同时水温过高，容易造成供热水泵发生汽蚀现象。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，可以使系统稳定可靠运行的防过热平板太阳能热水系统。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种防过热平板太阳能热水系统，包括板换循环系统和集热系统主路，其中集热系统主路包括板式换热器介质侧出口、集热系统主路的下循环、平板集热器、集热系统主路的上循环、上循环总阀和板式换热器介质侧入口，还包括第一旁路系统和第二旁路系统，所述第一旁路系统与集热系统主路的下循环相并联，所述第二旁路系统与所述集热系统主路的上循环相并联。 

所述第一旁路系统由下循环旁路闸阀和下循环旁路电磁阀用管路连接而成。

所述第二旁路系统由上循环旁路散热介质箱前闸阀、上循环旁路电磁阀、散热介质箱、上循环旁路泵前闸阀、集热系统旁路集热循环泵、上循环旁路泵后止回阀依次用管路连接而成。

所述板换循环系统由太阳能水箱出口、板换循环系统泵前闸阀、板换循环泵、板换循环系统泵后止回阀、板式换热器水侧入口、板式换热器水侧出口、太阳能水箱入口依次用管路连接而成。

所述平板集热器的内部为覆盖有选择性吸收涂层的吸热板。

所述散热介质箱的内胆和外胆均采用涂敷耐腐蚀层的普碳钢板或者不锈钢板制作，夹层保温厚度不小于10mm，散热介质箱的容积不小于全系统介质容量的1/2。

所述太阳能水箱的外胆采用不锈钢板、涂敷耐腐蚀层的普碳钢板或耐腐蚀的合金钢板，内胆采用环保卫生的食品级不锈钢板，中间夹保温层。

本发明提供的防过热平板太阳能热水系统，由于在常规平板太阳能热水系统集热系统主路的基础上增加了第一旁路系统和第二旁路系统，保证太阳能水箱温度恒定，可以控制太阳能水箱和集热器内介质的温度，解决了常规平板太阳能热水系统中经常出现的集热介质和热水过热所造成的板式换热器、水箱的结垢问题和供热水泵的汽蚀现象。通过防过热平板太阳能热水系统的运行，可以将集热器内过剩热量通过敞开式介质箱散出，延长了集热器的寿命。既可以保证热水水温，还可以防止由于集热介质温度过高所造成的平板集热器胀漏问题。该防过热平板太阳能热水系统结构简单，投资少，系统稳定可靠，系统故障率低，大幅减少了维护成本，提高了整个系统的可靠性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中，1-太阳能水箱，2-板换循环系统泵前闸阀，3-板换循环泵，4-板换循环系统泵后止回阀，5-板式换热器，6-下循环主路泵前闸阀，7-下循环主路泵前电磁阀，8-集热系统主路集热循环泵，9-下循环主路泵后止回阀，10-下循环旁路闸阀，11-下循环旁路电磁阀，12-下循环温度探头，13-平板集热器，14-上循环温度探头，15-上循环旁路散热介质箱前闸阀，16-上循环主路闸阀，17-上循环主路电磁阀，18-上循环旁路电磁阀，19-散热介质箱，20-上循环旁路泵前闸阀，21-集热系统旁路集热循环泵，22-上循环旁路泵后止回阀，23-上循环总阀，24-太阳能水箱温度探头，25-板式换热器介质侧出口，26-板式换热器介质侧入口，27-板式换热器水侧出口，28-板式换热器水侧入口，29-太阳能水箱出口，30-太阳能水箱入口，31-平板集热器入口端，32-平板集热器出口端。

具体实施方式

下面结合具体实施例及其附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明提供的一种防过热平板太阳能热水系统，包括

板换循环系统和集热系统主路，其中集热系统主路包括板式换热器介质侧出口25、集热系统主路的下循环、平板集热器13、集热系统主路的上循环、上循环总阀23和板式换热器介质侧入口26，还包括第一旁路系统和第二旁路系统。第一旁路系统由下循环旁路闸阀10和下循环旁路电磁阀11用管路连接而成，通过三通与集热系统主路的下循环相并联。第二旁路系统由上循环旁路散热介质箱前闸阀15、上循环旁路电磁阀18、散热介质箱19、上循环旁路泵前闸阀20、集热系统旁路集热循环泵21和上循环旁路泵后止回阀22，依次用管路连接而成，通过三通与集热系统主路的上循环相并联。

板换循环系统由太阳能水箱出口29、板换循环系统泵前闸阀2、板换循环泵3、板换循环系统泵后止回阀4、板式换热器水侧入口28、板式换热器水侧出口27和太阳能水箱入口30，依次用管路连接而成。集热系统主路的下循环，由下循环主路泵前闸阀6、下循环主路泵前电磁阀7、集热系统主路集热循环泵8和下循环主路泵后止回阀9，依次用管路连接而成。集热系统主路的上循环，由上循环主路闸阀16和上循环主路电磁阀17用管路连接而成。集热系统主路的下循环主路泵前电磁阀7与集热系统主路的上循环主路电磁阀17，两个电磁阀同时启停，即可在加热冷水的同时实现主旁路切换。

在太阳能水箱1距离底部300～400mm处安装有太阳能水箱温度探头24，便于测定太阳能水箱1内的水温。在下循环主路泵后止回阀9与平板集热器入口端31之间的管路上安装有下循环温度探头12，便于测定下循环管路的温度。在平板集热器出口端32安装有上循环温度探头14，便于测定上循环管路的温度。这三个温度探头是集热系统主路和旁路系统共用的。

平板集热器13的内部选用覆盖有选择性吸收涂层的吸热板，可以提高吸收率，更好地提升系统温度。

太阳能水箱1的外胆采用不锈钢板、涂敷耐腐蚀层的普碳钢板或耐腐蚀的合金钢板，内胆采用环保卫生的食品级不锈钢板，中间夹保温层。板换循环泵3为冷水循环换热提供动力。

散热介质箱19的内胆和外胆均采用涂敷耐腐蚀层的普碳钢板或者不锈钢板制作，夹层保温厚度不小于10mm，散热介质箱19的容积不小于全系统介质容量的1/2。散热介质箱19的容积要足够，否则会出现缺介质，另外在介质被加热后，如果散热介质箱19的容积不够大，会导致全系统介质溢出。

本发明提供的防过热平板太阳能热水系统，通过温差和太阳能水箱温度控制循环，进行集热系统主路和第一、第二旁路系统的转换运行，从而实现防过热的目的。温差即上循环温度探头14所测温度与下循环温度探头12所测温度之差，上限设定为5℃，下限设定为2℃。太阳能水箱温度探头24所测水温设定为60℃。当防过热平板太阳能热水系统运行时，所有闸阀全部处于开启状态。

防过热平板太阳能热水系统运行前，需将循环介质灌满于系统管路中，并且在散热介质箱19中注入约整个系统容积1/3的介质，以保证集热系统旁路集热循环泵21不会空转。散热介质箱19的容积由整个系统介质容量而定，选用1/2介质容量为宜。例如，系统需介质100L，那么散热介质箱19选用50L即可。

利用太阳能水箱温度探头24测得太阳能水箱1内的水温，从而控制第二旁路系统的集热循环泵21、上循环旁路电磁阀18、第一旁路系统的下循环旁路电磁阀11同时启停。此时，板换循环泵3不联启。

集热系统主路中的集热系统主路集热循环泵8、下循环主路泵前电磁阀7、上循环主路电磁阀17和板换循环系统的板换循环泵3由温差上限和太阳能水箱温度探头24所测水温同时控制。当水温低于设定温度60℃，并且此时达到温差上限5℃，集热系统主路启动。上循环旁路电磁阀18、集热系统旁路集热循环泵21、下循环旁路电磁阀11由太阳能水箱温度探头24所测水温控制，当水温恒定为60℃后，不论温差如何，第一和第二旁路系统全部必须启动。在这类情况下，由于只是需要释放集热循环管路中的热量，因为无需对水箱中的水进行换热，板换循环泵3不同时启动。

集热系统主路的运行：当温差达到5℃，并且太阳能水箱温度探头24所测水温低于60℃时，集热系统主路集热循环泵8、下循环主路泵前电磁阀7、上循环主路电磁阀17、板换循环泵3同时启动，对太阳能水箱1中的水进行加温，待太阳能水箱温度探头24所测水温达到60℃或温差降至2℃后，上述4种设备同时停止运行。如果在运行过程中，太阳能水箱温度探头24所测水温未到60℃，温差却已到下限，集热系统主路集热循环泵8、下循环主路泵前电磁阀7、上循环主路电磁阀17、板换循环泵3停止运行，待集热器集热温差达到上限后，继续运行换热，直至水温达到60℃。

防过热旁路系统的运行：当太阳能水箱温度探头24所测水温达到60℃时，不论温差多少，上循环旁路电磁阀18、集热系统旁路集热循环泵21、下循环旁路电磁阀11同时运行，板换循环泵3不运行。由于散热介质箱19属敞开式，这时运行介质中大量的热量都会散到大气中，在保证平板集热器13内介质得到冷却的同时，对板式换热器5也不会产生影响。当热水用完后，太阳能水箱1内会补充冷水，如果此时满足水温要求，即低于60℃，第一、第二旁路系统停止运行。待温差达到上限后，主路开始运行，加热冷水直至水温达到60℃。系统的主路与旁路如此往复运行，实现防过热的目的。

各设备控制方式总结如下：

1、集热系统主路集热循环泵8、下循环主路泵前电磁阀7、上循环主路电磁阀17、板换循环泵3：由温差上限和太阳能水箱1的水温同时控制，缺一不可。

2、集热系统旁路集热循环泵21、下循环旁路电磁阀11、上循环旁路电磁阀18：由太阳能水箱1的温度控制。

以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限本发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同变型和改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种防过热平板太阳能热水系统，包括板换循环系统和集热系统主路，其中集热系统主路包括板式换热器介质侧出口（25）、集热系统主路的下循环、平板集热器（13）、集热系统主路的上循环、上循环总阀（23）和板式换热器介质侧入口（26），其特征在于，还包括第一旁路系统和第二旁路系统，所述第一旁路系统与集热系统主路的下循环相并联，所述第二旁路系统与所述集热系统主路的上循环相并联。

2.根据权利要求1所述的防过热平板太阳能热水系统，其特征在于，所述第一旁路系统由下循环旁路闸阀(10)和下循环旁路电磁阀(11)用管路连接而成。

3.根据权利要求1所述的防过热平板太阳能热水系统，其特征在于，所述第二旁路系统由上循环旁路散热介质箱前闸阀(15)、上循环旁路电磁阀(18)、散热介质箱(19)、上循环旁路泵前闸阀(20)、集热系统旁路集热循环泵(21)和上循环旁路泵后止回阀(22)依次用管路连接而成。

4.根据权利要求1所述的防过热平板太阳能热水系统，其特征在于，所述板换循环系统由太阳能水箱出口(29)、板换循环系统泵前闸阀(2)、板换循环泵(3)、板换循环系统泵后止回阀(4)、板式换热器水侧入口(28)、板式换热器水侧出口(27)和太阳能水箱入口(30)依次用管路连接而成。

5.根据权利要求1所述的防过热平板太阳能热水系统，其特征在于，所述平板集热器(13)的内部为覆盖有选择性吸收涂层的吸热板。

6.根据权利要求3所述的防过热平板太阳能热水系统，其特征在于，所述散热介质箱（19）的内胆和外胆均采用涂敷耐腐蚀层的普碳钢板或者不锈钢板制作，夹层保温厚度不小于10mm，散热介质箱（19）的容积不小于全系统介质容量的1/2。

7.根据权利要求4所述的防过热平板太阳能热水系统，其特征在于，所述太阳能水箱的外胆采用不锈钢板、涂敷耐腐蚀层的普碳钢板或耐腐蚀的合金钢板，内胆采用环保卫生的食品级不锈钢板，中间夹保温层。