CN115076757B - 太阳能采暖系统及其控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能采暖系统及其控制器，设置与联箱连通的防冻换热箱，其内填充有不互溶的防冻液和相变储能介质，防冻换热箱和联箱对应防冻液的部分相连通，用于保持循环化冻后防冻液液面高度恒定，防冻换热箱内还设置换热器，在防冻换热箱和联箱间设置有循环化冻管路，循环化冻管路包括自适应导通的循环三通管路。本发明通过设置漂浮在防冻液顶部的相变储能介质，在增加储能量的同时，联箱和集热管底部连通，在储能介质凝固后，储能介质凝固后体积减小，配合防冻液可形成液流的微通道，便于后续防冻液流经化冻，同时设置循环化冻管路，以使得在相变储能介质凝固时，高温的防冻液还可在联箱和防冻换热箱间的循环，起到换热及化冻作用。

Description

太阳能采暖系统及其控制器

技术领域

本发明涉及采暖技术领域，尤其涉及一种太阳能采暖系统及其控制器。

背景技术

传统的采用太阳能采暖系统，一般采用水作为采暖换热的介质，充满水箱及集热管中，接收太阳光的辐照后，水温升高，换热后可用于室内机的供暖及热水使用，但是水作为介质，主要为显热，在冬季寒冷天气中，对热量的利用率相对较低，同时冬季低温环境下，容易结冰膨胀，造成管路损坏，结冰后会堵塞管路，也会影响管路中介质的流通。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种太阳能采暖系统能够充分利用利用存储热能的同时，可有效防冻。

本发明的技术方案如下：

一种太阳能采暖系统，包括集热管和联箱，联箱内填充有不互溶的防冻液和相变储能介质，相变储能介质密度小于防冻液，以漂浮在防冻液上方，且相变储能介质凝固后体积减小，以预留出防冻液流动的间隙，集热管倾斜连接在联箱端侧，并保持集热管内防冻液液面平稳；还包括防冻换热箱，其内也填充有上述不互溶的防冻液和相变储能介质，防冻换热箱和联箱对应防冻液的部分相连通，用于保持循环化冻后防冻液液面高度恒定，防冻换热箱内还设置换热器，在防冻换热箱和联箱间设置有循环化冻管路，循环化冻管路包括自适应导通的循环三通管路，以使得在相变储能介质凝固时，高温的防冻液介质还可在联箱和防冻换热箱间的循环，起到换热及化冻作用。

进一步的，集热管内部分填充防冻液和相变储能介质，集热管的内管出口与联箱内胆的相变储能介质连通，且集热管内管对应防冻液的液面处与联箱内胆防冻液连通，以保证防冻液液面稳定。

进一步的，集热管的内管通过外露的连接管与联箱的内胆连通，连通管的出液端与联箱中的相变储能介质导通。

进一步的，在连接管上连接导通管，导通管与联箱下部的防冻液导通。

进一步的，集热管具有相对较大的倾斜角度，以使得防冻液几乎完全填充在连接管内。

相变储能介质为石蜡，可在凝固时体积缩小。防冻液则为密度更大的乙二醇防冻液。

进一步的，换热器为换热盘管，联箱上部对应相变储能介质设置高温管，高温管上设置液体泵，联箱下部对应防冻液设置有回流管，回流管上也设置液体泵；

进一步的，所述循环化冻管路包括与高温管连通的进液三通管路和与回流管流通的出液三通管路。

进一步的，进液三通管路包括与高温管出液端连通的进液管和循环进液管，进液管出液端与换热器的进液端连通，循环进液管与防冻换热箱连通；在进液管上安设有流量传感器L1，以监测流量情况，在循环进液管上安设有进液电磁阀，以控制管路开闭；

出液三通管路包括与回流管进液端连通的出液管和循环出液管，出液管的进液端与换热器的出液端连通，循环出液管的进液端与防冻换热箱对应防冻液的部分导通；在出液管上安设有流量传感器L2，在循环出液管上安设有出液电磁阀。

上述采暖系统的防冻循环控制方法，步骤如下：

S1、监测流量传感器L1和流量传感器L2中的流量值，同时处于正常范围时，保持进液电磁阀和出液电磁阀常闭，仅使进液管和出液管导通，否则，同时开启进液电磁阀和出液电磁阀阀；

S2、当监测流量传感器L1和流量传感器L2中的读数持续恢复正常范围值一段时间后，关闭出液电磁阀，并保持循环进液管导通，以泵出回流管初期泵入至联箱内防冻液体积，再关闭进液电磁阀；

S3、持续监测流量传感器L1和流量传感器L2中的读数，流量范围异常时重复上述步骤。

一种控制器，用于执行上述控制方法。

本发明中的有益效果：通过设置漂浮在防冻液顶部的相变储能介质，在增加储能量的同时，联箱和集热管底部连通，在储能介质凝固后，储能介质凝固后体积减小，配合防冻液可形成液流的微通道，便于后续防冻液流经化冻，同时设置循环化冻管路，以使得在相变储能介质凝固时，高温的防冻液还可在联箱和防冻换热箱间的循环，起到换热及化冻作用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提出的高效集热太阳能采暖系统的剖视结构示意图。

图中：

1-集热管；2-联箱；3-连接管；31-导通管；4-防冻换热箱；5-换热器；51- 进液管；52-出液管；6-高温管；61-循环进液管；62-进液电磁阀；7-回流管；71- 循环出液管；72-出液电磁阀；8-平衡导通管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1，一种太阳能采暖系统，包括集热管1和联箱2，联箱2内填充有不互溶的防冻液和相变储能介质，相变储能介质密度小于防冻液，以漂浮在防冻液上方，且相变储能介质凝固后体积减小，区别于水，以预留出防冻液流动的间隙；集热管1倾斜连接在联箱2端侧，本实施例中，部分填充防冻液和相变储能介质，集热管1的内管出口处通过外露的连接管3与联箱2的内胆连通，集热管 1具有相对较大的倾斜角度，同时在连接管3上连接导通管31，导通管31与联箱2下部的防冻液导通，以保证防冻液液面稳定，使得集热管1的内管中基本充满防冻液(也可将连接管3出液端设置在对应防冻液的部分，也可保证集热管内防冻液量的稳定)，同时，连通管3的出液端与联箱2中的相变储能介质导通，通过防冻液加热相变储能介质；设置漂浮在防冻液顶部的储能介质，在增加储能量的同时，联箱和集热管底部连通，在储能介质凝固后，储能介质凝固后体积减小，配合防冻液可形成液流的微通道，便于后续防冻液流经化冻。

还包括防冻换热箱4，其内也填充有上述不互溶的防冻液和相变储能介质，防冻换热箱4内还设置换热器5，在防冻换热箱4和联箱2间设置有循环化冻管路，循环化冻管路包括自适应导通的循环三通管路，以使得在相变储能介质凝固时，高温的防冻液还可在联箱2和防冻换热箱间的循环，起到换热及化冻作用；

在防冻换热箱4和联箱2间连通有平衡导通管8，用于保持循环化冻后防冻液液面高度恒定。

具体的，

集热管1的倾角优选为20°-45°，以使得防冻液几乎完全填充在连接管3 内，因此，在内管内不易产生凝固现象，保证了集热管内防冻液的流动性，为后续自循环化冻提供了基础。集热管1选择太阳能直通金属集热管，其内为金属内管，方便后续进一步加工及安装，集热管1端部设置尾拖(未示出)，并通过支架支撑；连接管3则焊接在其金属内管上，并在连接管3和联箱2的内胆上焊接有接头，用于导通管31的连接。

相变储能介质，本实施例中为石蜡，可在凝固时体积缩小。防冻液则为密度更大的乙二醇防冻液。

本实例中，换热器5选择换热盘管，联箱2上部对应相变储能介质设置高温管6，高温管6上设置液体泵(如隔膜泵)，联箱2下部对应防冻液设置有回流管7，回流管7上也设置液体泵；

所述循环化冻管路包括与高温管6连通的进液三通管路和与回流管7流通的出液三通管路。

进液三通管路包括与高温管6出液端连通的进液管51和循环进液管61，进液管51出液端与换热器5的进液端连通，循环进液管61与防冻换热箱4连通，本实例中，循环进液管61设置底部，以充分加热防冻液，也可将其进行管路分流后设置在防冻换热箱4顶部，起到对箱体内固化的相变储能介质的直接加热；在进液管51上安设有流量传感器L1，以监测流量情况，在循环进液管61上安设有进液电磁阀62，以控制管路开闭；

出液三通管路包括与回流管7进液端连通的出液管52和循环出液管71，出液管52的进液端与换热器5的出液端连通，循环出液管71的进液端与防冻换热箱4对应防冻液的部分导通，优选为对应防冻液上部位置，温度相对更高；同时，在出液管52上安设有流量传感器L2，在循环出液管71上安设有出液电磁阀72。

低温时，相变材料可能存在凝固的情况，此时，高温管6中无液体泵出，同时换热器5中的管路也可能出现堵塞情况，会导致进液管51中流量传感器L1 中读数低于正常范围值，同时由于换热器管路堵塞，会造成出液管52中流量传感器L2中读数也低于正常范围值；此时，则控制循环进液管61和循环出液管 71上相应的电磁阀导通，回流管7可通过循环出液管71将防冻换热箱4中的防冻液泵入联箱2中，同时联箱2中的防冻液在集热管1中被不断可加热，进而升温后的防冻液逐渐填满整个联箱2，一方面可加热固化的相变储能介质，另一方面使得液面迅速上升，经由高温管6泵回至防冻换热箱4中，形成防冻液的加热及循环，进而熔化固化后的相变储能介质，起到化冻效果；

化冻后，流量传感器中的数值恢复到正常范围内(考虑到循环进液管和循环出液管的管路分流作用，如控制在泵入的最大流量的1/3，则认为管路基本恢复贯通)，关闭对应管路上的电磁阀，恢复与换热器5的导通循环，联箱2内的防冻液通过平衡导通管8逐渐回流至防冻换热箱4内。

结合上述操作步骤可知，上述采暖系统的防冻循环控制方法，步骤如下：

S1、监测流量传感器L1和流量传感器L2中的流量值，同时处于正常范围时，保持进液电磁阀62和出液电磁阀72常闭，仅使进液管51和出液管52导通，否则，同时开启进液电磁阀62和出液电磁阀阀72，回流管7的水泵可将防冻换热箱4中防冻液泵入联箱2内，进而循环防冻液，熔化固化的相变储能介质，期间控制水泵的流量，尽量保证二者流量相同；

S2、当监测流量传感器L1和流量传感器L2中的读数持续恢复正常范围值较长时间后(如2h)，关闭出液电磁阀72，保持循环进液管61导通较短时间(如 5min，根据回流管7水泵流量设置)，以泵出回流管7初期泵入至联箱内防冻液体积，关闭进液电磁阀62；

S3、持续监测流量传感器L1和流量传感器L2中的读数，流量范围异常时重复上述步骤。

一种控制器，用于按照上述控制方法控制上述电磁阀。

当然，化冻后的防冻换热箱4的上方设置出液管口，用于泵出加热后的相变储能介质进行后续循环换热，充分利用其在相对较高温度范围的相变储热能力。

本申请中，未详细说明的结构及连接关系均为现有技术，其结构及原理已为公知技术，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能采暖系统，包括集热管和联箱，联箱内填充有不互溶的防冻液和相变储能介质，相变储能介质密度小于防冻液，以漂浮在防冻液上方，且相变储能介质凝固后体积减小，以预留出防冻液流动的间隙，集热管倾斜连接在联箱端侧，并保持集热管内防冻液液面平稳；其特征在于：还包括防冻换热箱，其内也填充有上述不互溶的防冻液和相变储能介质，防冻换热箱和联箱对应防冻液的部分相连通，用于保持循环化冻后防冻液液面高度恒定，防冻换热箱内还设置换热器，在防冻换热箱和联箱间设置有循环化冻管路，循环化冻管路包括自适应导通的循环三通管路，以使得在相变储能介质凝固时，高温的防冻液介质还可在联箱和防冻换热箱间的循环，起到换热及化冻作用。

2.根据权利要求1所述的太阳能采暖系统，其特征在于：集热管内部分填充防冻液和相变储能介质，集热管的内管出口与联箱内胆的相变储能介质连通，且集热管内管对应防冻液的液面处与联箱内胆防冻液连通，以保证防冻液液面稳定。

3.根据权利要求2所述的太阳能采暖系统，其特征在于：集热管的内管通过外露的连接管与联箱的内胆连通，连通管的出液端与联箱中的相变储能介质导通。

4.根据权利要求3所述的太阳能采暖系统，其特征在于：在连接管上连接导通管，导通管与联箱下部的防冻液导通。

5.根据权利要求4所述的太阳能采暖系统，其特征在于：集热管具有较大的倾斜角度，以保证防冻液液面稳定，使得集热管的内管中基本充满防冻液。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的太阳能采暖系统，其特征在于：相变储能介质为石蜡，防冻液则为乙二醇防冻液。

7.根据权利要求6所述的太阳能采暖系统，其特征在于：换热器为换热盘管，联箱上部对应相变储能介质设置高温管，高温管上设置液体泵，联箱下部对应防冻液设置有回流管，回流管上也设置液体泵。

8.根据权利要求7所述的太阳能采暖系统，其特征在于：所述循环化冻管路包括与高温管连通的进液三通管路和与回流管流通的出液三通管路；

进液三通管路包括与高温管出液端连通的进液管和循环进液管，进液管出液端与换热器的进液端连通，循环进液管与防冻换热箱连通；在进液管上安设有流量传感器L1，以监测流量情况，在循环进液管上安设有进液电磁阀，以控制管路开闭；

出液三通管路包括与回流管进液端连通的出液管和循环出液管，出液管的进液端与换热器的出液端连通，循环出液管的进液端与防冻换热箱对应防冻液的部分导通；在出液管上安设有流量传感器L2，在循环出液管上安设有出液电磁阀。

9.根据权利要求8所述的太阳能采暖系统，其特征在于：太阳能采暖系统的防冻循环控制方法，步骤如下：

S1、监测流量传感器L1和流量传感器L2中的流量值，同时处于正常范围时，保持进液电磁阀和出液电磁阀常闭，仅使进液管和出液管导通，否则，同时开启进液电磁阀和出液电磁阀阀；

S2、当监测流量传感器L1和流量传感器L2中的读数持续恢复正常范围值一段时间后，关闭出液电磁阀，并保持循环进液管导通，以泵出回流管初期泵入至联箱内防冻液体积，再关闭进液电磁阀；

S3、持续监测流量传感器L1和流量传感器L2中的读数，流量范围异常时重复上述步骤。

10.一种控制器，其特征在于：用于执行权利要求9所述的太阳能采暖系统中的防冻循环控制方法，控制相关电磁阀。

Images