CN1315641A

CN1315641A - 真空管太阳集热器多功能供热系统

Info

Publication number: CN1315641A
Application number: CN00106303A
Authority: CN
Inventors: 陈烈涛; 陈洁卿; 陈伟达
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-27
Filing date: 2000-03-27
Publication date: 2001-10-03

Abstract

本发明公开了真空管太阳集热器多功能供热系统,它在常规单回路供热系统基础上,将上、下循环管道设置控制阀和/或供热支管、回流支管、排液支管、贮液贮汽管,附设若干贮热和/或用热装置组成若干附加循环回路或定温排放系统。调节控制相关阀门,实行供热或停止供热。它升温快、温度高、热效率高、功能多、一机多用,可抗冻防结垢,结构简单,运行可靠,布置灵活。适于做太阳热水－开水器、供暖－空调－热水器等等。

Description

真空管太阳集热器多功能供热系统

本发明涉及太阳能热利用装置，尤其是真空管太阳集热器多功能供热系统。

我国目前广泛使用的太阳热利用装置，基本上是太阳集热器直接加热单回路载热工质系统，所以功能单一，用途单一。用若干支真空太阳集热管插入贮热水箱或插入联集管由联集管与贮热水箱串通形成自然循环或强制循环系统，成为太阳热水器，它不能烧开水。《太阳能》杂志1997年第4期刊登了“直流式太阳能热水一开水器”，采用在真空管内插玻璃棒，以减少吸热管热容量，它设置高位水槽，用于定温压放开水流入保温开水箱。另有专利申请号：G210529提出“低倍聚光折面反射器”与专利申请号：94208650提出”CPC聚光式太阳能自动开水器”都是将真空集热管配置于聚光槽内，当集热管内水温达到沸腾时，定温压放排入附设的开水贮罐，而要做为热水使用时，采用兑冷水就难免降低其热效率。

另有电视讲座教学用书，人民教育出版社，1995年12月出版的《太阳能应用》第七讲，由李申生教授编写的“太阳能致冷空调”，描述了采用太阳集热器与发生器，集热器与发生器、吸收器，集热器与吸收器合为一体的结构，分别做为连续式太阳能致冷系统、间歇式太阳能致冷系统、固体吸收式致冷系统；此外，全国太阳能利用函授班编印的《太阳能实用技术》第五章描述了采用太阳集热器、贮热装置、风机与辅助加热器等做为强制循环热风供暖系统。可见，上述致冷空调与热风供暖系统，也是由集热器直接加热单回路载热工质，能致冷空调而不能供暖，或者能供暖却不能致冷空调。

本发明的目的是提供一种真空管太阳集热器多功能供热系统，使得同一套太阳能热利用设备具备多种用途，如太阳热水一开水器，具备制取热水与开水的双重功能。又如太阳供暖一空调一热水器，冬季能供暖、夏季能空调、四季都能供热水。

为实现上述目的，本发明由直流式真空管太阳集热器、聚光器、贮热或用热装置、辅助加热器、控制器、上、下循环管道及调控阀组成自然循环系统或定温压放系统，或再增设输送设备组成强制循环系统或定温压放系统，另在上循环管道安装控制阀、导出供热支管，在下循环管道安装控制阀、导入回流支管，附设若干贮热和/或用热装置，尤其是带有间壁式换热器的贮热和/或用热装置，组成若干附加强制循环回路或自然循环回路或定温压放系统。

为了使集热器充当贮液、吸热、绝热并快速加热升温的容器，将上循环管道附设贮液贮汽管，下循环管道设置控制阀与输送设备，导入回流支管，组成集热器附加循环回路；也可以在上循环管道安装控制阀、附设排液支管，组成集热器附加定温压放系统；还可以将下循环管道附设带有排液阀的排液支管，组成集热器附加定温排液系统。

为了使贮热装置发挥调节补给供热作用，将上述附设的若干用热设备、上、下循环管道控制阀、供热支管、回流支管组成贮热装置若干附加循环回路。

本发明由于采用上述结构，所以具有如下优点与效果：

1、由于多个供热回路并非同时工作，每个循环回路供热后各自产生不同的技术效果，所以有几个供热回路即可产生几种相应的热功能或用途。

2、由于在各供热回路的循环管路上安装有控制阀，只要将它开启，所在回路就导通供热，将它关断，所在回路就停止循环，控制阀的操作历单可靠，采用控制仪及定温压放，也简单可靠，因此用多种供热回路分别进行供热循环获取多种功能容易实现。

3、由于用聚光器加大采光量并提高光的辐照强度，尤其是采用复合型抛物面聚光器，免用跟踪装置，因而集热器升温快、温度高，一年四季都能运行。

4、由于采用直流式真空集热管做为集热器，并用输送设备强制循环，因此系统的热效率较高。

5、由于利用直流式真空管做为闷晒式集热器，或利用集热器直流管道进行循环加热，无须另设保温贮罐，所以结构特别简单，又减少热损失。

6、由于一机多用，如夏季用于空调，冬季用于供暖，同时四季供热水，所以设备利用率较高，经济效益和节能效果显著。

7、由于集热器与贮热用热装置布置灵活，所以安装场所可以有较多选择，特别是可以与间壁式换热器组成循环供热回路，只要采用防冻液或合适介质传热，那么做为热水-开水系统使用在高寒地区时冬季可防冻，使用在硬水质地区可防结垢。

本发明的具体结构由以下实施例及其附图给出。

图1为双循环回路组合的太阳热水-开水器示意图；

图2为集热器与间壁式换热器构成双循环回路组合的太阳热水-开水器示意图；

图3为强制循环回路附加定温压放系统的太阳热水-开水器示意图；

图4为强制循环回路附加集热器循环回路的太阳热水-开水器示意图；

图5为自然循环回路附加集热器闷晒定温压放系统的太阳热水-开水器示意图；

图6为强制循环回路附加集热器闷晒定温排放系统的太阳热水-开水器示意图。

图7为集热器与贮热装置以及它们分别与若干用热装置组成太阳供暖-空调-热水器示意图。

下面将结合附图详细说明依据本发明提出的具体装置的细节及工作情况。

图1所示太阳热水-开水器为强制循环回路和自然循环回路或强制循环回路与强制循环回路、自然循环回路与自然循环回路组合的实施方式，它包括聚光器1、真空管太阳集热器2、贮热水箱5、附设小贮水箱7、小水箱7设置辅助加热器9及排汽管8。贮热水箱5容积较大，位于集热器2之上方，上循环管道设有三通控制阀4，导出供热支管3-3连接于附设的小水箱7，下循环管道设有三通控制阀13，导入回流支管10-2，下循环管道还设有调节阀16，旁路6设有旁通阀17、19、泵18。当三通阀4、13分别导通管3-1与3-2、管10-1与10-3时，太阳集热器2与热水箱5、调节阀16构成自然循环供热回路ABCDEFA，当三通阀4、13导通管3-1与3-3、管10-2与10-3时，集热器2与小水箱7、旁通阀17、19、泵18构成强制循环供热回路ABGDHFA。

打开阀12，冷水沿进水管11、下循环管10充灌贮热水箱5，沿管10-1、10-2充灌小水箱7或沿管3-2、3-3流入小水箱7。

制热水：集热器2按自然循环回路ABCDEFA进行供热循环，热水存贮于热水箱5。

取热水：打开热水阀14、热水沿下循环管10、热水管15排出。

制开水：集热器按强制循环回路ABGDHFA进行强制循环给小水箱7供热直至沸腾。

取开水：打开阀21、小水箱7与集热器2的开水沿管10-2、10-3及开水管20排出。

辅助加热：导通管3-2与3-3，使贮热水箱5与上部温度较高的热水首先流入小水箱7，启动辅助加热器9加热至设定温度，用完后，接着打开进水阀12，用自来水将贮热水箱5中部次温热水与下部低温热水分批压入小水箱7加热使用，从而减少消耗辅助能源和加热时间。

显然，当小水箱7与热水箱5位于同样高度时，旁路6及阀17、19及泵18即可免除，那么该系统就成为双自然循环回路组合的太阳热水-开水系统。当贮热水箱5也处于低位时，下循环管10上的调节阀16即可免除，旁路做为主回路，那么该系统就成为双强制循环回路组合的太阳热水-开水系统。

图2所示太阳热水-开水器为双循环回路组合的另一种实施方式。串联于上、下循环管的盘管换热器22置于热水箱5内，附设盘管换热器23置入小水箱7，与换热器22并联于供热支管3-3、回流支管10-2。下循环管10设有控制阀13、调节阀16、贮液贮汽灌28、旁路6，贮液贮汽灌28设有排汽阀24。从热水箱5的中上部引出连通管25导入小水箱7底部，又从热水箱5的底部引出连通管26通过连通阀27导入小水箱7的底部。控制阀13与调节阀16开通时，集热器2与热水箱5组成自然循环间壁式供热回路ABCDEFA，当控制阀13、调节阀16关断，而打开旁通阀17、19、泵18时，构成强制循环间壁式供热回路ABGDHFA。

开启进水阀12，冷水从进水管11，连通管26注入热水箱5，热水箱上部的热水又经连通管25压入小水箱7。

制热水：太阳集热器2沿自然循环供热回路ABCDEFA，首先给热水箱5加热升温，小水箱7随后也会逐渐参与对流循环，达到热平衡，大、小水箱5、7都贮存热水。

取热水：打开热水阀14，在重力作用下，贮热水箱5上部热水首先沿着连通管25流入小水箱7排出，打开进水阀12或连通阀27，热水箱5中、下部热水即压入小水箱排出。打开连通阀27，调节热水温度，打开进水阀12，补充冷水。

制开水：关断阀13、16，打开旁路阀17、19及泵18，集热器2即沿强制循环回路ABGDHFA给小水箱7加热升温直至沸腾。

取开水：打开阀21，在热水箱5上部热水重力作用下，开水沿着管20排出。

辅助加热：启动辅助加热器9，贮热水箱5上部、中部及下部的热水、温水，温度从高到低，分批流入小水箱按需加热升温至设定值而使用。

图3所示太阳热水-开水器为强制循环回路附加定温压放系统的实施方式，三通阀4将上循环管3-1与3-2导通，集热器2与贮热水箱5、循环泵18组成强制循环供热回路ABCHFA，用于制取热水。三通阀4将上循环管3-1与3-3导通，集热器2与附设小水箱7组成定温压放开水系统ABGI，用温控仪45控制泵18将集热器内的开水定温压放流入小水箱7。

下循环管10、进水管11和热水管15接通，打开热水阀14即可取用热水箱5与集热器2内的热水。调节进水阀12进行调节出水水温。小水箱7的底部也安装热水阀14，用于辅助加热时取用热水。

图4所示太阳热水-开水器为强制循环供热系统附加集热器强制循环加热回路的实施方式。如图示，上循环管道附设贮液贮汽管30，经回流支管10-2与下循环管上的三通控制阀13连接，下循环管10-3段安装泵18，当管10-3与管10-2导通时，集热器2与贮液贮汽管30、泵18、上循环管3-1、下循环管10-3形成附加强制循环加热回路ABDHFA，用于制开水。集热器充当为贮水、吸热、绝热、加热的容器，因其直流管道29容水量很少，所以可较快升温达到沸腾。下循环管10-3设置带有排液阀21的分支排液管20，用于排放开水与热水。当三通阀13将下循环管10-1与10-3导通时，集热器2与热水箱5、泵18、及上、下循环管组成强制循环供热回路ABCDHFA，用于制热水。在贮液贮汽管30内设置辅助加热器9，用于阴雨天时制开水、热水。控制仪45按照设定的集热器管路29的开水温度(T1)与热水箱水温(T2)控制泵18的运转或停转，同时控制辅助加热器9自动停止工作。辅助加热制开水时，采用强制循环方式，制热水时则采用定温压放方式。

图5所示太阳热水-开水器为自然循环系统附加集热器闷晒定温压放系统的实施方式。如图示，集热器2为储热式真空管太阳集热器，控制阀4、13分别导通上、下循环管时，该系统为自然循环供热系统ABCDFA，用于制取热水；当阀13关断，阀4导通管3-1与管20时，系统就停止循下，那么储热式真空管2就成为闷晒式开水器，真空管2的吸热就集中供给内腔贮水的升温直至沸腾。打开阀13，即流入冷水压放开水从管3-1、20流出。采用控制仪45自动控制水温T1、T2、水箱水位及沸腾报警。也可采用U形管式、直通式或套管式真空管做为闷晒集热器。

图6所示太阳热水-开水器为强制循环系统附加集热器定温排液系统的实施方式。如图示，集热器2为U形管式真空管太阳集热器，下循环管道10安装泵18、控制阀13，附设带有排液阀21的排液支管20。当控制阀13开通时，该系统为强制循环供热系统ACDFA，制热水。当阀13关断时，集热器2成为闷晒式开水器，它与排液支管20、排液阀21组成附加定温排液系统AFDI。

图7所示太阳供暖-空调-热水器为集热器与贮热装置以及它们与若干用热装置组成若干附加循环回路的实施方式。如图示，上循环管道设有三通控制阀4，引出供热支管3-3，供热支管3-3安装分支管3-3-1、3-3-2、3-3-3及供热控制阀40、41、42、下循环管道安装三通控制阀13与供热支管3-3连接，回流分支管10-2-1、10-2-2、10-2-3分别安装回流控制阀32、33、34，汇集于回流支管10-2通入贮热装置5。附设换热器35、36、39分别做为供暖器、冷却水加热器和空调发生器，它们并联于供热支管3-3与回流支管10-2，集热器2经上、下循环管道、潜式泵18与贮热装置5组成强制循环系统ABCDFA，又经供热支管3-3、回流支管10-2、贮热装置5、泵18与三个换热器35、36、39串通，组成三个附加循环回路：ABJKPCFA、ABJLOCFA、ABJMNCFA；贮热装置5也可经供热支管3-3、回流支管10-2、泵18与三个换热器35、36、39串通，组成三个附加循环回路：CDKPC、CDLOC、CPMNC。当阀4、阀13导通上、下循环管道时，集热器沿ABCDFA回路向贮热装置5供热循环；当集热器2内部热工质温度高于潜式泵18辅入口热工质温度时，温差控制仪使上循环管三通阀4导通3-1与3-3，使下循环管三通阀13导通10-1与10-3，使泵18运转，高温工质便沿着ABJKPCFA，或ABJLOCFA或ABJMNCFA回路对用热装置35、36、39进行强制循环加热；反之，当泵18输入口热工质温度较高时，温差控制器使三通阀13导通管10-1与管3-3，贮热装置5内的热工质便沿着CDKPC或CDLOC或CDMNC回路对用热装置35、36、39进行强制循环加热。空调冷凝器33与盘管换热器36同置于水箱37内，水箱37通入冷却水，吸收冷凝器38释放的热量而成为热水，当空调冷凝器38停止工作或释放热量不足时，即打开供热阀41与回流阀33给盘管换热器36供热制热水。供暖与空调回路上的调控阀40、32与42、34分别控制其导通与关断，一般是冬天导通供暖回路，夏季导通空调回路。该集热器与贮热装置容量较大，能满足几天的用热需要，贮热装置5还设有辅助加热器9，当所贮工质温度低于设定值时，即启动辅助加热升温，这样进行供暖或空调及制热水，日夜都能工作。

以上所述聚光器1采用复合抛物面聚光器或非对称复合抛物面聚光器，图5、图6所示真空管集热器2采用直流式金属吸热体真空管太阳集热器，其余采用直流式全玻璃真空管太阳集热器。

本发明不局限于上述太阳热水-开水器与供暖-空调-热水系统，同样适用于由太阳集热器直接或经贮热装置加热的热风、干燥、致冷、烹饪、海水淡化等等供热系统，只要用太阳集热器与贮热、用热装置构成二个或二个以上供热系统，均属于本发明的范围。

Claims

1、一种真空管太阳集热器多功能供热系统，由真空管太阳集热器、聚光器、贮热装置、辅助加热器、输送设备、控制器、循环管道及调控阀之全部或部份组成自然循环系统、强制循环系统或定温压放系统，其特征在于：上循环管道设有控制阀(4)、导出供热支管(3-3)，下循环管道设有控制阀(13)、导入回流支管(10-2)，附设若干贮热或/和用热装置(7)、(35)、(37)、(39)，组成若干附加循环回路(ABGDFA)、(ABJKPCFA)、(ABJLOCFA)、(ABJMNCFA)或定温压放系统(ABGI)。

2、一种真空管太阳集热器多功能供热系统，由真空管太阳集热器、聚光器、贮热装置、辅助加热器、输送设备、控制器、循环管道及调控阀组成强制循环系统或定温压放系统，其特征在于：上循环管道附设贮液贮汽管(30)，下循环管道设有控制阀(13)、导入回流支管(10-2)，输送设备(18)安装于下循环管(10-3)段，组成集热器附加强制循环回路(ABDFA)。

3、一种真空管太阳集热器多功能供热系统，由真空管太阳集热器、聚光器、贮热装置、辅助加热器、控制器、循环管道及调控阀之全部或部份组成自然循环系统、强制循环系统或定温压放系统，其特征在于：上循环管道设有控制阀(4)、附设排液支管(20)，组成集热器附加定温压放系统(ABI)。

4、一种真空管太阳集热器多功能供热系统，由真空管太阳集热器、聚光器、贮热装置、辅助加热器、输送设备、控制器、循环管道及调控阀之全部或部份组成自然循环系统、强制循环系统或定温压放系统，其特征在于：下循环管道设有控制阀(13)，附设带有排液阀(21)的排液支管(20)，组成集热器附加定温排液系统(AFDI)。

5、一种真空管太阳集热器多功能供热系统，由真空管太阳集热器、聚光器、贮热装置、辅助加热器、输送设备、控制器、循环管道及调控阀之全部或部份组成自然循环系统、强制循环系统或定温压放系统，贮热装置(5)设有辅助加热器(9)、输送设备(18)，其特征在于：上循环管道设置控制阀(4)、引出供热支管(3-3)，下循环管道设置控制阀(13)与供热支管(3-3)连接，附设若干用热设备(35)、(37)、(39)，分别由供热分支管(3-3-1)、(3-3-2)、(3-3-3)及控制阀(40)、(41)、(42)经回流分支管(10-2-1)、(10-2-2)、(10-2-3)及控制阀(32)、(33)、(34)汇集于回流支管(10-3)通入贮热装置(5)，组成贮热装置附加若干循环回路(CDKPC)、(CDLOC)、(CDMNC)。

6、根据权利要求1或2所述一种真空管太阳集热器多功能供热系统，其特征在于：所说附设贮热装置(7)与贮液贮汽管(30)，容积较小，配置辅助加热器(9)。

7、根据权利要求1或2、或3、或4、或5所说真空管太阳集热器多功能供热系统，其特征在于：所述聚光器(1)采用复合抛物面聚光器或非对称复合抛物面聚光器，所说真空管太阳集热器采用直流式全玻璃真空管太阳集热器或金属吸热体真空管太阳集热器，它们组成直流式真空管太阳聚光集热器。