CN103423886A - 一种间接式太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：散热水箱采用栅式散热水箱，设有恒温散热阀、T型分流装置、软式膨胀安全阀。系统在外观结构得到改善的同时提高了系统的运行性能和稳定性能。

Description

一种间接式太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种间接式太阳能热水器。

背景技术

现有的间接式太阳能热水器一般由集热器、储热水箱、换热器组成，在使用时储热水箱的水温不能控制，有时水温会过高容易出现烫伤事故，同时也容易发生系统介质过热造成设备损坏和介质流失。申请号为201110036788。8的发明专利申请提出的技术方案实现了储热水箱恒温加热，同时也解决了系统介质过热造成设备损坏和介质流失的问题。

发明内容

本发明的目的是对申请号为201110036788。8的发明专利申请的技术方案作进一步的更有针对性的改进。

本发明的一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，系统为自然循环系统，其特征在于：散热水箱采用栅式散热水箱，设有恒温散热阀、T型分流装置、软式膨胀安全阀。栅式散热水箱与横置储热水箱同轴，体积小、散热面大，在外观结构得到改善的同时保持足够的散热面；栅式变容散热水箱具有一定的防冻功能，在真空管集热系统时可以在气温低于零度的非严寒地区使用水作传热介质。恒温散热阀将恒温阀与散热阀结合为一体使其结构更简单；恒温散热阀优选地采用气囊式恒温散热阀，利用气囊的浮力变化控制阀门，精确控温、性能稳定。T型分流装置能保证热的单向传递。软式膨胀安全阀体积小、同时负责膨胀和安全泻压功能，软体的膨胀结构在保持介质物质密封的同时实现介质压力与大气相通；软式膨胀安全阀利用软体的膨胀压力控制泻压阀，在软体达到膨胀极限时保持介质压力与大气相通；软式膨胀安全阀的软体不与泻压阀结合时，软体为单独的膨胀装置。

本发明的一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，系统加热循环为强制循环、散热循环为自然循环，其特征在于：散热阀采用气囊式散热阀或定压式散热阀，设有R型阻热装置。气囊式散热阀利用气囊的浮力变化控制阀门。定压式散热阀利用设定的闭阀压力关闭散热循环；定压式散热阀优选地采用重力式散热阀，重力式散热阀在传热介质沸腾前利用自身重力关闭散热循环。R型阻热装置在散热循环未启动时确保散热装置不影响集热性能。

本发明的一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器组成，其特征在于：设有膨胀容积大于集热器容积的膨胀装置，在集热器超温介质气化时利用膨胀装置的膨胀空间回排集热器内的传热介质。采用软式膨胀安全阀作膨胀装置为本发明的优选，任何等同膨胀功能的膨胀装置如冷凝箱或在自然循环加热系统的换热器内留有足够的膨胀空间按本发明的构思连接都能达到相同的回排效果，凡以本发明的构思连接达到回排效果的膨胀装置都在本发明的保护内。

系统为自然循环系统时设有恒温阀。膨胀装置设在恒温阀循环方向至集热器下循环管接口之间；恒温阀优选地采用气囊式恒温阀，利用气囊的浮力变化控制阀门；恒温阀设在下循环管时上循环管应设阻热装置，阻热装置优选地采用R型阻热装置。

系统为强制循环系统时膨胀装置连接在低于集热器的循环管道上。为使集热器排空后再次启动加热循环时不会因蒸气突增造成介质流失和循环泵工作不稳定，膨胀装置设在上循环管尽可能靠近集热器，膨胀装置设有两个接口分别连接上循环管的一个高点和一个低点，还包括一个排气阀；排气阀优选地采用定压式排气阀。本连接方法适用包括压力膨胀装置在内的任何膨胀装置，凡以本发明的构思连接达到排气效果的膨胀装置都在本发明的保护内。

本发明的一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器组成，其特征在于：设有膨胀容积大于集热循环系统容积的膨胀装置，在集热循环系统超温介质气化时利用膨胀装置的膨胀空间回排集热循环系统内的传热介质。传热介质回排后储热水箱的水温与传热介质沸点温度相同，可根据储热水箱的加热温度要求选择各种沸点的传热介质(考虑生活热水不应高于75度，应选择沸点小于75度的传热介质。)。回排装置设有回流限量装置，在集热循环系统温度降低传热介质回流集热循环系统时传热介质被限量回流，传热介质无法全部回流集热循环系统内形成集热循环系统真空环境，真空环境下更有利传热介质进行集热循环；回流限量装置优选地采用浮子式回流限量装置，浮子式回流限量装置在膨胀装置内设浮子式回流限量阀限量回流传热介质。为了更好地实现集热循环系统内真空环境和维护集热循环系统内真空环境，集热循环系统设计为良好的排气结构、膨胀装置及注液口高于集热循环系统便于集热循环系统排气，设有人为解除回流限量的装置便于集热循环系统恢复真空环境。

本发明的一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器组成，其特征在于：同时设有回排装置和散热装置，在确保传热介质安全的同时防止集热器空晒加速老化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，其中：

图1是栅式散热水箱原理图。

图2是栅式变容散热水箱原理图。

图3是气囊式恒温散热阀原理图。

图4是T型分流装置原理图。

图5是软式膨胀安全阀原理图。

图6是系统为自然循环系统的一种间接式太阳能热水器原理图。

图7是重力式散热阀原理图。

图8是气囊式散热阀原理图。

图9是R型阻热装置原理图。

图10是系统加热循环为强制循环、散热循环为自然循环的一种间接式太阳能热水器原理图。

图11是气囊式恒温阀原理图。

图12是采用集热器回排装置的自然循环系统原理图。

图13是重力式排气阀原理图。

图14是采用集热器回排装置的强制循环系统原理图。

图15是浮子式回流限量装置原理图。

图16是采用全回排装置的自然循环系统原理图。

图17是同时设有回排装置和散热装置的一种间接式太阳能热水器原理图。

具体实施方式

图1所示的栅式散热水箱由多个同轴的散热分箱31组成栅式结构，分箱在不影响介质的前提下越薄越好，各分箱之间间距为散热空气流道，栅式散热水箱与储热水箱同轴可同一外壳，在栅式散热水箱的底部设有空气对流入口、顶部设有空气对流出口；栅式散热水箱还包括散热上循环管92、散热下循环管122、散热分箱上循环管34、散热分箱下循环管35。栅式散热水箱体积小、散热面大、外观结构与横置储热水箱易结合。

图2所示的栅式变容散热水箱在每个散热分箱之间设有胀力弹簧36、每个散热分箱内设有基点37。散热分箱结构本身容易产生轴向收缩变形和膨胀变形，每个散热分箱被弹簧压至基点，受冻时膨胀变容不易被冻坏。栅式变容散热水箱具有一定的防冻功能，在真空管集热系统时可以在气温低于零度的非严寒地区使用水作传热介质。

图3所示的气囊式恒温散热阀由阀体和气囊41、阀芯42组成，连接加热下循环支管121、散热下循环支管122、下循环管12。.气囊内注有低沸点介质(沸点应低于75度。)，阀芯设有连杆由加热下循环支管进入换热器，气囊设在换热器内更精确地检测换热器及储热水箱的温度。气囊式恒温散热阀利用气囊的浮力变化控制阀门。

图4所示的T型分流装置由上循环管9、加热上循环支管91、散热上循环支管92组成。T型分流结构能阻止热对流传递和蒸气向上流动传递热能，热能只能随着循环回路循环流动传递，起到单向传递作用，提高集热效率和控温的精确性。

图5所示的软式膨胀安全阀由软体51、泻压阀52、泻压口53、连接口54、注液口55、保温外壳56(软式膨胀安全阀不需保温或需要有散热功能时不设保温外壳。)组成。软体的膨胀结构在保持介质物质密封的同时实现介质压力与大气相通，泻压阀利用自重关闭泻压口，当软体液位到达泻压阀时利用软体的膨胀压力推开泻压阀，保持介质压力与大气相通。

图6所示的系统为自然循环系统的一种间接式太阳能热水器由集热器、储热水箱1、换热器2、栅式散热水箱3、气囊式恒温散热阀4、软式膨胀安全阀5、T型分流装置6、上循环管9、下循环管12组成，储热水箱设有冷水进水口10、热水出水口11，换热器设有排气口8，栅式散热水箱设有排气口7。系统注液前气囊式恒温散热阀为关闭散热下循环支管、打开加热下循环支管状态，软式膨胀安全阀的软体为收缩状态、泻压阀为关闭状态，注液时打开换热器的排气口和栅式散热水箱的排气口，介质由软式膨胀安全阀的注液口注入，经下循环管进入系统，散热下循环支管被关闭介质由T型分流装置进入栅式散热水箱，介质流经T型分流装置排出T型分流装置内的大部分空气(T型分流装置内的空气会被集热器的介质高温气化产生更大的虹吸力排出。)，注液后关闭换热器的排气口和栅式散热水箱的排气口，介质注满注液口后关闭注液口，气囊式恒温散热阀和软式膨胀安全阀保持注液前的状态。集热器受太阳辐射温度上升与换热器和栅式散热水箱产生对流，此时气囊式恒温散热阀依靠阀芯的自重关闭散热下循环支管、打开加热下循环支管，阀芯的自重基本能阻止栅式散热水箱与集热器的对流，热经上循环管、T型分流装置、加热上循环支管、换热器、加热下循环支管、气囊式恒温散热阀、下循环管形成加热循环，换热器及储热水箱被加热温度上升，温度达到设定温度时气囊式恒温散热阀的气囊内的介质达到沸点沸腾气化，气囊膨胀产生浮力关闭加热下循环支管、打开散热下循环支管，气囊的浮力基本能阻止换热器与集热器的对流，热经上循环管、T型分流装置、散热上循环支管、栅式散热水箱、散热下循环支管、气囊式恒温散热阀、下循环管形成散热循环，加热栅式散热水箱，栅式散热水箱各分箱之间的散热空气流道内的空气温度上升，散热空气流道内的高温空气与外界的低温空气产生对流排出热量，系统达到对储热水箱定温加热和确保传热介质不会因系统过热沸腾流失的目的；传热介质被加热温度上升介质膨胀，介质流入软式膨胀安全阀的软体，软体压力与大气相通吸收介质膨胀压力，当软体液位到达泻压阀时利用软体的膨胀压力推开泻压阀，保持介质压力与大气相通。

图7所示的重力式散热阀由壳体和阀芯171组成，阀芯的自重能阻止传热介质沸腾气化前散热回路循环散热，传热介质沸腾气化后散热回路产生更大的虹吸力推开阀芯循环散热。

图8所示的气囊式散热阀由壳体和阀芯161组成，阀芯设有气囊162、基点163。阀芯的自重能阻止传热介质沸腾气化前散热回路循环散热，气囊内注有低沸点介质，温度达到设定温度时气囊内的介质达到沸点沸腾气化，气囊膨胀产生浮力推开阀门，温度低于设定温度时气囊内的介质冷凝液化，气囊收缩浮力变小阀芯依靠自重关闭阀门。

图9所示的R型阻热装置是在上循环管设有R型结构，R型结构能阻止热对流传递和蒸气向上流动传递热能，热能只能随着循环回路循环流动传递。

图10所示的系统加热循环为强制循环、散热循环为自然循环的一种间接式太阳能热水器由储热水箱1、换热器2、栅式散热水箱3(外观结构不与储热水箱结合时可采任何外观结构的栅式散热水箱。)、软式膨胀安全阀5、上循环管9、下循环管12、集热器13、循环泵14、R型阻热装置15、气囊式散热阀16(设有气囊式散热阀时不再设重力式散热阀17。)组成。集热器受太阳辐射温度上升，集热器温度与储热水箱温度达到一定温差时循环泵启动加热储热水箱的水，当储热水箱的水温达到设定温度时循环泵关闭停止加热，停止加热后集热器温度上升，达到设定温度时气囊式散热阀打开，集热器与储热水箱形成散热循环。在气囊式散热阀气囊失灵时或设有重力式散热阀时依靠集热器内传热介质沸腾气化后散热回路产生更大的虹吸力推开阀芯循环散热。软式膨胀安全阀保护系统的压力安全，保持系统处于常压状态；R型阻热装置减少散热回路对集热效果的影响。

图11所示的气囊式恒温阀由阀体和气囊181、阀芯182组成，阀芯设有连杆进入换热器，气囊设在换热器内更精确地检测换热器及储热水箱的温度，气囊内注有低沸点介质，温度低于设定温度时气囊内的介质为液态，气囊收缩状态浮力小阀芯依靠自重下沉打开阀门，温度达到设定温度时气囊内的介质达到沸点沸腾气化，气囊膨胀产生浮力阀芯上浮关闭阀门。

图12所示的采用集热器回排装置的自然循环系统由储热水箱1、换热器2、软式膨胀安全阀5(软式膨胀安全阀的膨胀容积应大于集热器容积。)、集热器13、R型阻热装置15、气囊式恒温阀18组成。集热器受太阳辐射加热储热水箱的水，当换热器及储热水箱的温度达到设定温度时气囊式恒温阀关闭，加热循环停止后集热器温度上升介质沸腾气化，蒸气及热能无法通过R型阻热装置进入换热器，传热介质沸腾气化膨胀将集热器内的传热介质回排到软式膨胀安全阀内。集热器排空后当储热水箱温度低于设定温度时恒温阀打开，蒸气进入换热器后被冷凝，系统不会因传热介质进入高温的集热器快速沸腾气化造成传热介质流失。该气囊式恒温阀的设计特点可能会在集热器排空后过大的虹吸压力压住阀芯，储热水箱温度降低气囊收缩时阀芯无法依靠自重下沉打开阀门，集热器内蒸气冷凝后传热介质回流集热器，虹吸压力变小后气囊式恒温阀才能回复正常，采用该气囊式恒温阀时集热器排空后当天可能不会再次启动加热循环。

图13所示的重力式排气阀由阀体和阀芯191组成，阀芯的重量按需求设定。

图14所示的采用集热器回排装置的强制循环系统由储热水箱1、换热器2、软式膨胀安全阀5(软式膨胀安全阀的膨胀容积应大于集热器容积。)、集热器13、循环泵14、重力式排气阀19、止回阀20组成。软式膨胀安全阀连接在上循环管尽可能靠近集热器，软式膨胀安全阀设有两个接口，一个接口通过阻热装置连接上循环管的一个高点、一个接口通过重力式排气阀连接上循环管的一个低点形成回路，重力式排气阀的阀芯自重能阻止回路因温差产生虹吸力打开排气阀和能阻止回路因循环泵启动时高低两点之间产生压力差打开排气阀。集热器受太阳辐射温度上升，集热器温度与储热水箱温度达到一定温差时循环泵启动加热储热水箱的水，当储热水箱的水温达到设定温度时循环泵关闭停止加热，停止加热后集热器温度上升传热介质沸腾气化膨胀将集热器内的传热介质回排到软式膨胀安全阀内。集热器排空后因用水储热水箱温度下降低于设定温度时循环泵再次启动，传热介质进入高温的集热器快速沸腾气化，产生的蒸气由上循环管与软式膨胀安全阀的高点连接口流入软式膨胀安全阀冷凝，部分蒸气被泵入高低两点之间的上循环管，排气回路产生更大的虹吸压力打开重力式排气阀将泵入高低两点之间的上循环管的蒸气排入软式膨胀安全阀冷凝。

图15所示的浮子式回流限量装置是在软式膨胀安全阀内设浮子式回流限量阀57。集热循环系统超温介质气化时集热循环系统内的传热介质回排到软式膨胀安全阀的软体内，集热循环系统温度降低传热介质回流集热循环系统时软式膨胀安全阀的软体内液位下降，液位下降至浮子式回流限量阀时浮子式回流限量阀的浮力变小下沉关闭阀门，部分传热介质传被定量留存软式膨胀安全阀的软体内，传热介质无法全部回流集热循环系统内形成集热循环系统真空环境。

图16所示的全回排装置的自然循环系统由储热水箱1、换热器2、软式膨胀安全阀5(软式膨胀安全阀的膨胀容积应大于集热循环系统的容积，内设有浮子式回流限量装置。)、集热器13、R型阻热装置15组成，集热循环系统设有排气点8；注液时打开集热循环系统的排气点，传热介质由软式膨胀安全阀的注液口注入，传热介质注满后关闭集热循环系统的排气点和软式膨胀安全阀的注液口，集热循环系统内空气被全部排出，传热介质沸点为75度、传热介质处于常压状态。集热器受太阳辐射温度上升与换热器产生温差对流进行集热循环，此时的集热循环性能一般，传热介质达到沸点时产生良好的集热循环性能，当储热水箱水温达到传热介质沸点时无法再冷凝传热介质气体，传热介质产生压力将集热循环系统内传热介质回排到软式膨胀安全阀的软体内停止集热循环，储热水箱水温被控制在传热介质沸点温度；集热循环系统温度降低传热介质回流集热循环系统时软式膨胀安全阀的软体内液位下降，液位下降至浮子式回流限量阀时浮子式回流限量阀的浮力变小下沉关闭阀门，部分传热介质传被定量留存软式膨胀安全阀的软体内，传热介质无法全部回流集热循环系统内形成集热循环系统真空环境，真空环境下集热循环系统保持良好的集热循环性能。系统长期使用因各种原因空气进入集热循环系统内影响集热循环系统内真空环境集热循环性能下降时打开集热循环系统的排气点后解除回流限量，传热介质全部回流集热循环系统内将集热循环系统内空气全部排出，集热循环系统从新形成集热循环系统真空环境。

图17所示的同时设有回排装置和散热装置的一种间接式太阳能热水器由储热水箱1、换热器2、散热器3、软式膨胀安全阀5(软式膨胀安全阀的膨胀容积应大于集热循环系统的容积，内设有浮子式回流限量装置。)、集热器13、R型阻热装置15、重力式散热阀17组成，集热循环系统设有排气点8。集热器受太阳辐射温度上升加热储热水箱的水，当储热水箱水温达到传热介质沸点时无法再冷凝传热介质气体，传热介质产生压力将集热循环系统内传热介质回排到软式膨胀安全阀的软体内停止集热循环，储热水箱水温被控制在传热介质沸点温度；传热介质回排过程中当传热介质回排到一定程度时散热器与集热器产生更大的压力差推开重力式散热阀启动散热循环防止集热器空晒加速老化。

Claims (28)

1.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：散热水箱采用栅式散热水箱。

2.如权利要求1所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：栅式散热水箱采用栅式变容散热水箱。

3.如权利要求2所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：各散热分箱之间设有胀力弹簧，各散热分箱内设有基点。

4.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：设有恒温散热阀。

5.如权利要求4所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：恒温散热阀采用气囊式恒温散热阀，利用气囊的浮力变化控制阀门。

6.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：设有T型分流装置。

7.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：设有软式膨胀安全阀。

8.如权利要求7所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：软体的膨胀结构在保持介质物质密封的同时实现介质压力与大气相通。

9.如权利要求7所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：利用软体的膨胀压力控制泻压阀，在软体达到膨胀极限时保持介质压力与大气相通。

10.如权利要求8所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：软体不与泻压阀结合，软体为单独的膨胀装置。

11.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：散热阀采用气囊式散热阀，利用气囊的浮力变化控制阀门。

12.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：散热阀采用定压式散热阀。

13.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器、散热水箱组成，其特征在于：设有R型阻热装置。

14.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器组成，其特征在于：设有膨胀容积大于集热器容积的膨胀装置，在集热器超温介质气化时利用膨胀装置的膨胀空间回排集热器内的传热介质。

15.如权利要求14所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：其为自然循环系统。

16.如权利要求15所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：膨胀装置设在恒温阀下循环管方向至集热器下循环管接口之间。

17.如权利要求15所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：上循环管设有阻热装置。

18.如权利要求15所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：恒温阀采用气囊式恒温阀，利用气囊的浮力变化控制阀门。

19.如权利要求14所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：其为强制循环系统。

20.如权利要求19所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：膨胀装置设在上循环管尽可能接近集热器，膨胀装置设有两个接口分别连接上循环管的一个高点和一个低点，还包括一个排气阀。

21.如权利要求20所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：排气阀为定压式排气阀。

22.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器组成，其特征在于：设有膨胀容积大于集热循环系统容积的膨胀装置，在集热循环系统超温介质气化时利用膨胀装置的膨胀空间回排集热循环系统内的传热介质。

23.如权利要求22所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：根据储热水箱的加热温度要求选择各种沸点的传热介质。

24.如权利要求23所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：回排装置设有回流限量装置，使传热介质无法全部回流集热循环系统内形成集热循环系统真空环境。

25.如权利要求24所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：采用浮子式回流限量装置。

26.如权利要求24所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：集热循环系统设计为良好的排气结构、膨胀装置及注液口高于集热循环系统便于集热循环系统排气。

27.如权利要求26所述的一种间接式太阳能热水器，其特征在于：设有人为解除回流限量的装置。

28.一种间接式太阳能热水器，由集热器、储热水箱、换热器组成，其特征在于：同时设有回排装置和散热装置。

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