CN113710962A - 太阳能热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种太阳能热系统，所述太阳能热系统包括：收集器(4)；主回路(2)，被设置为由所述收集器(4)加热的流体循环穿过所述主回路，所述主回路(2)包括第一交换器(3)，通过所述第一交换器，所述收集器(4)加热循环穿过所述主回路(2)的所述流体；生活用水的次级回路(10)；主水箱(20)，所述主回路(2)的所述流体在所述主水箱中加热所述次级回路(10)的生活用水；以及辅助水箱(7)，所述辅助水箱被构造成用于当所述流体不循环时容纳所述主回路(2)的所述流体。所述辅助水箱(7)被构造成用于加热所述生活用水。

Description

太阳能热系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能热系统，特别地涉及一种即时产生生活热水的集成太阳能热系统。

背景技术

适于使用太阳能加热生活用水的太阳能热系统在现有技术中是已知的。所述太阳能热系统包括从太阳捕获热量的收集器、由收集器加热的流体循环穿过的主回路、以及生活用水循环穿过的次级回路，生活用水穿过主回路被加热。这些热系统包括在压力下存储生活用水以便随后使用的存储水箱。由于所述储存，当使用者打开水龙头或淋浴器时，热水立即流出而不必等待水加热。

这些水箱通常由不锈钢制成并且通常经受压力。因此，已知的解决方案具有足够坚固以承受存储在其中的水的压力的圆筒形水箱。避免了平面几何形状，该平面几何形状可能导致应力集中在特定点，从而导致水箱自身爆裂。所述水箱被竖直地布置。

US 4,574,779 A公开了一种太阳能热系统，该太阳能热系统包括主回路和存储水箱，被构造成用于由收集器加热的流体循环穿过该主回路，该存储水箱在其中容纳主回路的交换器。存储水箱容纳生活用水，并且包括用于生活用水的入口管道和出口管道，容纳在存储水箱中的所述生活用水通过主回路的交换器被加热。太阳能热系统包括被布置在存储水箱下方的辅助水箱，并且适于在对应的叶轮泵不工作时容纳循环穿过主回路的流体。两个水箱都被竖直地布置。特别地，收集器、主回路的交换器和辅助水箱以竖直下降的顺序布置，使得当流体不循环时，流体由于重力而落入辅助水箱中。

EP 616174A1公开了一种太阳能热系统，该太阳能热系统包括收集器、主回路、水箱和辅助水箱，被构造成用于由收集器加热的流体穿过主回路，卫生用水和主回路的交换器容纳在该水箱中，该辅助水箱被构造成用于当所述流体不循环时容纳主回路的流体。由流体在收集器中吸收的热量可以在辅助水箱中被直接释放到容纳在水箱中的卫生用水。

发明内容

本发明的目的是提供一种如权利要求中所限定的太阳能热系统。

根据本发明的太阳能热系统包括：收集器；主回路，被构造成用于由收集器加热的流体循环穿过该主回路，主回路包括第一交换器，通过该第一交换器，收集器加热循环穿过主回路的流体；次级生活用水回路；主水箱，主回路的流体在该主水箱中加热次级回路的生活用水；以及辅助水箱，该辅助水箱被构造成用于当所述流体不循环时容纳主回路的流体的至少一部分。

辅助水箱被构造成用于加热生活用水。由此获得了辅助水箱，该辅助水箱除了通过在推进装置不工作时容纳主回路的流体以及将存在于所述主回路中的空气从循环穿过所述主回路的流体中分离来保护太阳能热系统免受极端温度之外，还在加热生活用水方面协作。

主水箱、辅助水箱、收集器和主回路形成集成结构。太阳能热系统包括外壳，主水箱、辅助水箱、收集器和主回路容纳在该外壳中。获得的太阳能热系统是优化的和紧凑的。

本发明的这些和其它优点和特征将通过附图和本发明的详细描述而变得明显。

附图说明

图1示出了根据本发明的太阳能热系统的实施方式的立体图。

图2示出了图1所示的太阳能热系统的分解图。

图3示出了图1所示的太阳能热系统的主水箱的平面图。

图4示出了图1所示的太阳能热系统的主水箱的截面平面图。

图5示出了图1所示的太阳能热系统的主水箱的截面侧视图。

具体实施方式

图1和图2示出了根据本发明的太阳能热系统1的实施方式。太阳能热系统1包括收集器4、由收集器4加热的流体循环穿过的主回路2、生活用水循环穿过的次级回路10、以及主水箱20，主回路2的流体穿过该主水箱加热次级回路10的生活用水。

主回路2是闭合回路，该主回路包括：第一交换器3，在图2中以不连续线示出，该第一交换器被布置在收集器4下方，其中通过收集器4加热循环穿过主回路2的流体；第二交换器16，加热的循环流体通过该第二交换器与次级回路10交换热量；以及推进装置5，该推进装置被构造成用于维持穿过主回路2的流体的循环。在优选的实施方式中，推进装置5包括泵。

次级回路10是包括次级交换器11的开放回路，该次级交换器又包括家用冷水入口管道12和家用热水出口管道13。

在附图所示的实施方式中，次级交换器11是盘管交换器。

本发明的太阳能热系统1还包括主水箱20，主回路2的流体穿过该主水箱加热次级回路10的生活用水，从而瞬时产生生活热水。在附图所示的实施方式中，主水箱20在其中包括技术流体，该技术流体由主回路2特别地由第二交换器16加热，并且该技术流体继而加热生活用水。为此，主回路2的第二交换器16和次级回路10的次级交换器11被布置在主水箱20内部并浸没在技术流体中。技术流体可以是水或混有防冻剂的水。在太阳能热系统1的工作期间，主水箱20永久地容纳技术流体，其中技术流体既不被交换也不被消耗。

与现有技术的其它水箱不同，主水箱20不是圆筒形的，而是平面的。主水箱20在收集器4下方延伸，使得该主水箱被布置成面对收集器4的最大可能表面。主水箱20包括基本上平坦的上表面31，该上表面被布置成面对收集器4，主回路2的第一交换器3被布置在水箱20的外部，在所述上表面31与收集器4之间。

不会发生生活热水的积聚，从而消除了健康问题。此外，通过使生活用水循环穿过次级交换器11，存储在主水箱20中的技术流体不被加压，因此可以使用非圆筒形几何形状的非金属水箱。

太阳能热系统1的主回路2还包括辅助水箱7，该辅助水箱被构造成用于容纳循环穿过主回路2的流体，循环流体被理解为处于液相的流体，并且该辅助水箱用于将流体与存在于主回路2中的空气分离。辅助水箱7以基本上水平的方式布置。

辅助水箱7被构造成用于加热生活用水。在附图所示的实施方式中，所述辅助水箱7被容纳在主水箱20中并浸没在技术流体中，使得第二交换器16和辅助水箱7两者都加热容纳在技术流体加热区域21中的技术流体。特别地，所述辅助水箱7被布置在主水箱20的技术流体加热区域21中。

在附图所示的实施方式中，辅助水箱7被布置在第二交换器16上方。辅助水箱7是封闭的水箱，包括分别被布置在辅助水箱7的相对的侧壁7c中的流体入口端口7a和流体出口端口7b。辅助水箱7基本上是棱柱形的。所述辅助水箱7通过连接到流体入口端口7a的入口管道6a连接到第二交换器16，并且通过出口端口7b连接到主回路2的第一交换器3。

主回路2的推进装置5被构造成用于推进或中断收集器4与辅助水箱7之间的流体连通，使得当所述推进装置工作时，主回路2的流体遵循水平轨迹穿过辅助水箱7。此外，辅助水箱7被构造成用于当收集器4与辅助水箱7之间的流体连通中断时，即当推进装置5的活动停止时，容纳循环穿过主回路2的流体。当推进装置5停止时，主回路2的循环流体由于重力而下落，至少部分地积聚在辅助装置7中。在这种情况下，辅助水箱7的循环流体继续加热技术流体，并因此加热生活用水。

主水箱20包括侧表面32，该侧表面包括开口35，穿过该开口将次级交换器11引入主水箱20中或从主水箱20取出。次级交换器11通过支撑件14被固定到所述侧表面32，在所述侧表面处可以取出所述次级交换器11。由此，便于在无需换整个主水箱20的情况下组装和更换所述次级交换器11。

在附图所示的实施方式中，辅助水箱7和第二交换器16也可以从主水箱20被取出。为此，主水箱20包括在侧表面32上的第二开口36，穿过该开口，辅助水箱7和第二交换器16一起被引入主水箱20中或从主水箱20被取出。辅助水箱7和第二交换器16通过另一支撑件39固定到所述侧表面32。由此便于在不必改变整个主水箱20的情况下组装和更换所述辅助水箱7和/或所述第二交换器16。

太阳能热系统1可以包括未示出的辅助电阻器，该辅助电阻器被布置在主水箱20内部，基本上平行于次级交换器11。所述辅助电阻器可以被组装成使得其可以通过支撑件14从主水箱20被取出。

主水箱20包括如图4和图5所示的技术流体加热区域21，主回路2被部分地容纳在该技术流体加热区域中。主水箱20包括生活用水加热区域28，次级回路10被部分地容纳在该生活用水加热区域中。包括在技术流体加热区域21中的技术流体的体积小于容纳在生活用水加热区域28中的技术流体的体积。水箱20包括传送区域22，其中来自技术流体加热区域21的技术流体逐渐加热被容纳在传送区域22中的技术流体。传送区域22被布置在技术流体加热区域21和生活用水加热区域28之间。传送区域22包括将中心通道23界定为烟道的壁24，以及穿过所述壁24的开口26，该开口允许存在于主水箱20中的技术流体根据温度而分层，如图4所示。由此获得了允许将热量从主回路通过对流快速传送到生活用水的优化水箱。

壁24基本上是平面的。中心通道23由被布置成部分地彼此面对的两个壁24界定，所述两个壁中的每一个包括第一部分24a和第二部分24b，这两个部分彼此连续并形成钝角。第一部分24a又界定技术流体加热区域21，而第二部分24b被布置成彼此面对。

主水箱20还包括界定再循环通道37的附加壁25，技术流体穿过该再循环通道返回到主水箱20的技术流体加热区域以进行加热。附加壁25还包括穿过所述附加壁25的开口27，从而允许技术流体的温度分层。附加壁25被布置成基本上平行于界定中心通道23的壁24，特别地平行于所述壁24的第二部分24b。图4通过图示用箭头示出了技术流体沿通道23和37及其对应开口25和27的路径的一部分。

此外，主回路2的第二交换器16被容纳在主水箱20的技术流体加热区域21中，而第二交换器11被容纳在主水箱20的生活用水加热区域28中。主水箱20的技术流体加热区域21的体积分别小于传送区域22和生活用水加热区域28的体积。换句话说，主水箱20的区域21、22和28限定不同的体积，使得技术流体21的加热区域是主水箱20的容纳较少量的技术流体以便尽可能快地将其加热的区域。与技术流体加热区域21相邻的传送区域22包围比技术流体加热区域21更大的体积，并且最后与传送区域22相邻的家用热水加热区域28包围比传送区域22更大的体积，使得通过加热少量的技术流体(容纳在技术流体加热区域21中的技术流体)获得了大量的热的技术流体(容纳在传送区域22中的技术流体)，所述热的技术流体迅速上升到顶部，将热量迅速传递到循环穿过次级交换器11的水。

如在图5中所看到的，技术流体加热区域21的高度h1小于传送区域22的高度h2或生活用水加热区域28的高度h3，目的是使得少量的技术流体首先被加热，使得该技术流体快速向上移动到生活用水加热区域28并加热循环穿过次级交换器11的生活用水。容纳在技术流体加热区域21中的技术流体因此被第二交换器16快速加热，快速加热的技术流体随着其逐渐与存在于中心通道23中的技术流体混合而向上移动穿过中心通道23。技术流体根据其温度被分层，使得由于中心通道23的烟道效应，具有较高温度的技术流体向上移动到生活用水加热区域28，从而加热循环穿过次级交换器11的生活用水，并且一旦该技术流体已经释放热量，就穿过相邻的再循环通道37回到技术流体加热区域21。同时，存在于中心通道23中的其余的技术流体穿过开口26排出到相邻的再循环通道37，技术流体穿过将传送区域22与主水箱20的技术流体加热区域21相连通的连通通道38被引导到技术流体加热区域21。每个连通通道38由主水箱20的相应侧表面32并由界定中心通道23的壁24的端部界定。

此外，主水箱20被构造成用于在没有压力的情况下工作。为此，主水箱20包括位于生活用水加热区域28中的空气腔室29和允许主水箱20不经受压力的至少一个通风阀30(也称为减压阀)。以这种方式，当容纳在主水箱20中的技术流体被加热而使其体积膨胀时，通风阀30允许抽取容纳在空气腔室29中的空气，而当技术流体被冷却时，所述阀30允许将空气引回到空气腔室29中。此外，主水箱20可因此由非金属材料制成。在附图所示的实施方式中，主水箱20由塑料材料制成。以这种方式，除了减轻重量之外，还避免了所述主水箱20中的腐蚀问题。如上所述，主水箱20可以具有非圆筒形几何形状，因为其不经受压力。

根据本发明的太阳能热系统1是集成系统，即，被集成在一个相同的结构中，收集器4、主回路2、主水箱20和辅助水箱7以及次级回路的次级交换器11形成紧凑的集成结构。为此，在该实施方式中，太阳能热系统1包括外壳45，在该外壳中容纳有收集器4、主回路2的第一和第二交换器、主水箱20、辅助水箱7、次级回路的次级交换器11、以及被布置在水箱20和主回路2的第一交换器3之间的绝缘层44。封盖43被布置在收集器4上，以封闭外壳45。外壳45包括开口46和47，以允许从主回路2和辅助水箱7横向地取出次级交换器11和/或第二交换器16，所述开口46和47通过盖48封闭。

太阳能热系统1是自主系统，从流体连接的观点来看，该太阳能热系统仅需要通过被布置在太阳能热系统1中的生活用水入口管道12和生活用水出口管道13连接到次级回路10的其余部分。

太阳能热系统1还包括被布置在收集器4上并被支撑在外壳45中的光伏面板42，以及被构造成用于执行数据的读数的传感器40，所述数据诸如是循环穿过主回路2的流体的温度、循环穿过次级回路10的生活用水的温度、生活热水流速等。所述传感器40通过被布置在光伏面板42中的光伏电池供电。由于该数据，太阳能热系统1可以被远程控制，使得推进装置5可以根据不同流体的温度被启动/停用，例如，保护系统免受过高温度或冻结。

在以下条款中公开了另外的实施方式。

条款1：一种太阳能热系统，所述太阳能热系统包括：收集器(4)；主回路(2)，由所述收集器(4)加热的流体循环穿过所述主回路；次级生活用水回路(10)；以及水箱(20)，所述主回路(2)的所述流体在所述水箱中加热所述次级回路(10)的所述生活用水，所述水箱(20)包括加热区域(21)和传送区域(22)，所述主回路(2)部分地容纳在所述加热区域中，所述传送区域包括壁(24)和开口(26)，所述壁将中心通道(23)界定为烟道，所述开口穿过所述壁(24)，允许容纳在所述水箱(20)中的流体根据温度而进行温度分层。

条款2：根据条款1所述的太阳能热系统，其中，所述壁(24)是基本上平面的。

条款3：根据条款1或2所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)容纳技术流体，所述技术流体由所述主回路(2)加热并且所述技术流体进而加热所述次级回路(10)的所述生活用水，所述传送区域(22)与生活用水加热区域(28)连通，所述次级回路(10)部分地容纳在所述生活用水加热区域中。

条款4：根据条款3所述的太阳能热系统，其中，所述中心通道(23)由两个壁(24)界定，所述两个壁中的每一个包括界定所述水箱(20)的技术流体加热区域(21)的第一部分(24a)和与所述第一部分(24a)连续的第二部分(24b)，所述主回路(2)部分地容纳在所述技术流体加热区域中，所述第二部分(24b)被布置成彼此面对。

条款5：根据条款4所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)在所述传送区域(22)中包括界定再循环通道(37)的附加壁(25)，所述技术流体穿过所述再循环通道返回到所述水箱(20)的所述技术流体加热区域(21)。

条款6：根据条款5所述的太阳能热系统，其中，所述附加壁(25)包括穿过所述附加壁(25)的开口(27)，允许所述技术流体的温度分层。

条款7：根据条款5或6所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括将所述再循环通道(37)与所述主水箱(20)的所述技术流体加热区域(21)相连通的连通通道(38)，每个连通通道(38)由所述水箱(20)的侧表面(32)并由界定所述中心通道(23)的所述壁(24)的端部界定。

条款8：根据条款5至7中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述附加壁(25)被布置成基本上平行于界定了所述中心通道(23)的所述壁(24)。

条款9：根据条款3至8中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述生活用水加热区域(28)的体积大于所述技术流体加热区域(21)的体积。

条款10：根据条款3至9中的任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括在所述生活用水加热区域(28)中的空气腔室(29)和允许所述水箱(31)在没有压力的情况下工作的至少一个通风阀(30)。

条款11：根据前述条款中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述加热区域(21)的所述体积小于所述传送区域(22)的所述体积。

条款12：根据前述条款中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)、所述收集器(4)、所述主回路(2)以及所述次级回路(10)的一部分被容纳在外壳(45)的内部，形成集成结构。

条款13：根据前述条款中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)是基本上平面的并且在所述收集器(4)的表面下方延伸。

条款14：根据前述条款中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)由塑料制成。

条款15：一种太阳能热系统，所述太阳能热系统包括：收集器(4)；主回路(2)，由所述收集器(4)加热的流体循环穿过所述主回路，所述主回路(2)包括交换器(16)，通过所述交换器，所述收集器(4)加热循环穿过所述主回路(2)的所述流体；次级生活用水回路(10)；以及水箱(20)，穿过所述水箱所述主回路(2)的所述流体加热所述次级回路(10)的所述生活用水，其中所述主回路(2)的所述交换器(16)被布置在所述水箱(20)中，所述水箱(20)在其中容纳技术流体，其中所述主回路(2)的所述交换器(16)和所述次级回路(10)的所述次级交换器(11)浸入在所述技术流体中，使得所述技术流体将热量从循环穿过所述主回路(2)的所述流体传送到循环穿过所述次级回路(10)的所述水。

条款16：根据条款15所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)是基本上平面的并且被布置在所述收集器(4)下方。

条款17：根据条款15或16所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括技术流体加热区域(21)和生活用水加热区域(28)，所述主回路(2)的所述交换器(16)被容纳在所述技术流体加热区域中，所述次级交换器(11)被容纳在所述生活用水加热区域中，所述生活用水加热区域(28)的体积大于所述技术流体加热区域(21)的体积。

条款18：根据条款15至17中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括空气腔室(29)和允许所述水箱(30)在没有压力的情况下工作的至少一个通风阀(30)。

条款19：根据条款15至18中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括将中心通道(23)界定为烟道的壁(24)和穿过所述壁(24)的开口(26)，从而允许容纳在所述水箱(20)中的所述技术流体的温度分层。

条款20：根据条款19所述的太阳能热系统，其中，所述中心通道(23)由两个壁(24)界定，所述两个壁中的每一个包括界定所述水箱(20)的所述技术流体加热区域(21)的第一部分(24a)和与所述第一部分(24a)连续的第二部分(24b)，所述第二部分(24b)被布置成彼此面对。

条款21：根据条款20所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括界定再循环通道(37)的附加壁(25)，穿过所述再循环通道，所述技术流体返回到所述水箱(20)的所述技术流体加热区域(21)。

条款22：根据条款21所述的太阳能热系统，其中，所述附加壁(25)包括穿过所述附加壁(25)的开口(27)，从而允许容纳在所述水箱(20)中的所述技术流体的温度分层。

条款23：根据条款21或22所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括将所述再循环通道(37)与所述主水箱(20)的所述技术流体加热区域(21)相连通的连通通道(38)，每个连通通道(38)由所述水箱(20)的侧表面(32)并由界定所述中心通道(23)的所述壁(24)的端部界定。

条款24：根据条款21至23中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述附加壁(25)被布置成基本上平行于界定了所述中心通道(23)的所述壁(24)。

条款25：根据条款19至24中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)包括传送区域(22)，所述中心通道(23)和所述再循环通道(37)被包括在所述传送区域中，所述传送区域(22)被布置在所述技术流体加热区域(21)与所述生活用水加热区域(28)之间。

条款26：根据条款15至25中任一项所述的太阳能热系统，所述太阳能热系统包括辅助水箱(7)，所述辅助水箱被构造成用于当所述流体不循环时容纳所述主回路(2)的所述流体的至少一部分并且用于加热生活用水，所述辅助水箱(7)被容纳在所述水箱(20)中。

条款27：根据条款26所述的太阳能热系统，其中，所述辅助水箱(7)被布置在所述主回路(2)的所述交换器(16)上方。

条款28：根据条款26或27所述的太阳能热系统，其中，所述辅助水箱(7)和/或所述次级交换器(11)能够从所述水箱(20)被横向地移除。

条款29：根据条款15至28中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述水箱(20)、所述收集器(4)、所述主回路(2)和所述次级回路(10)的所述次级交换器(11)被容纳在形成集成结构的外壳(45)内部。

Claims (8)

1.一种太阳能热系统，所述太阳能热系统包括：收集器(4)；主回路(2)，由所述收集器(4)加热的流体循环穿过所述主回路，所述主回路(2)包括第一交换器(3)，通过所述第一交换器，所述收集器(4)加热循环穿过所述主回路(2)的所述流体；次级生活用水回路(10)；主水箱(20)，所述主回路(2)的所述流体在所述主水箱中加热所述次级回路(10)的所述生活用水；以及辅助水箱(7)，所述辅助水箱被构造成用于在所述流体不循环时容纳所述主回路(2)的所述流体的至少一部分并且用于加热所述生活加热，其特征在于，所述主水箱(20)、所述辅助水箱(7)、所述收集器(4)和所述主回路(2)形成集成结构，所述太阳能热系统包括外壳(45)，所述主水箱(20)、所述辅助水箱(7)、所述收集器(4)和所述主回路(2)被容纳在所述外壳中。

2.根据权利要求1所述的太阳能热系统，其中，所述辅助水箱(7)被容纳在所述主水箱(20)中。

3.根据权利要求2所述的太阳能热系统，其中，所述辅助水箱(7)被容纳在所述主水箱(20)的下部分中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述主回路(2)包括被容纳在所述主水箱(20)中的第二交换器(16)，通过所述第二交换器，所述主回路(2)的所述流体加热所述生活用水，所述辅助水箱(7)优选地被布置在所述第二交换器(16)上方。

5.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能热系统，其中，在所述流体循环穿过所述主回路(2)的循环期间，所述流体被构造成穿过所述辅助水箱(7)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述辅助水箱(7)以基本上水平的方式布置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述辅助水箱(7)能够从所述主水箱(20)被横向地移除。

8.根据前述权利要求中任一项所述的太阳能热系统，其中，所述次级回路(10)包括被容纳在所述主水箱(20)内部的次级交换器(11)，所述主水箱(20)包括技术流体，所述技术流体将热量从循环穿过所述主回路(2)的所述流体传送到循环穿过所述次级交换器(11)的所述生活用水。

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