CN201293470Y - 一种抗冻的太阳能集热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种抗冻的太阳能集热系统，包括水箱(2)、集热器(1)，水箱下部通过水箱下循环管路管(62)连接集热器，水箱上部通过水箱上循环管路(61)连接集热器，水箱下循环管路上并联有小流量泵(72)，水箱下循环管路或水箱上循环管路上还装有温控传感器(83)，根据所述的温控传感器(83)采集的信号控制小流量泵(72)的开启与关闭，在管路水温接近冻结温度时，开启小流量泵进行太阳能集热系统的间隙性抗冻循环，以此保障循环管路中的液体不受冻结。通过小流量泵代替强制循环水泵，既能达到管路防冻的目的，又大大较少了能量损耗，从而达到节能的目的。

Description

一种抗冻的太阳能集热系统

技术领域

本实用新型涉及一种强制循环太阳能集热系统，特别涉及一种适宜寒冷地区防冻使用的抗冻的太阳能集热系统。

背景技术

现有的太阳能集热系统中，暴露在寒冷地区室外的管路(包括水箱下循环管、水箱上循环管以及集热器的管路等)中的水会由于冬季温度过低而结冰，造成冻堵，甚至冻裂不能使用，给用户使用造成较大损失。

在现有技术下，针对上述冻堵问题，通常采用电加热防冻和管路排空防冻和定时强迫循环三种解决方法。第一种方法是在管路外加装电伴热线，当检测到管路中水温接近2℃可能造成冻堵时，自动启动该电伴热线对管路外壁加热以避免管路冻堵。这种方案中，启用电伴热线需要消耗较多的电能，且随时间的推移，电伴热线的启动温度检测灵敏度会降低，在大多数情况下，开闭控制的启动温度会逐渐升高，使得防冻成本大幅度上升。

现有技术下的第二种方法是：冬季将太阳能集热系统在户外管路中的水预先排空。如中国专利ZL 200720022549.6(发明名称：具有防冻装置的太阳能热水器)就提供了具有防冻装置的太阳能热水器，集热器水管伸出水箱部分的管路上管联接有排空管，排空管的尾端安装有排空阀；打开排空阀时，太阳能集热器在户外的管路中的水排掉，从而防止管路中水被冻住将水管冻裂。然而这种方案中，在防冻的同时还必须要把太阳能集热系统管路中的水全部排空，使得其中的热量也随之而散，循环水的温度难以得到积累，全年太阳能集热的效率也明显地偏低；此外，系统常年排空储水的水箱中的水温较高，细菌滋长较难抑制，难以达到二次循环集热方式制作热水的卫生质量。

第三种方法是采用强迫循环防冻，即利用太阳能集热强制循环水泵定时强迫循环向户外管路传热解决预防冻堵，这种方案中，由于太阳能集热系统强制循环水泵负荷大，经常处于启动和通电状态将消耗过多的电能、增大强制循环水泵的磨损和降低使用寿命，降低太阳能集热循环系统的可靠性，一旦强制循环水泵出现故障，集热器及管道也将受冻裂毁坏。

发明内容

针对上述缺陷，本实用新型解决的技术问题在于，提供一种结构简单、易于使用的抗冻的太阳能集热系统。

为此，本实用新型提供了一种抗冻的太阳能集热系统，包括水箱、集热器，水箱下部通过水箱下循环管路连接集热器，水箱上部通过水箱上循环管路连接集热器，水箱下循环管路并联有小流量泵；水箱下循环管路或水箱上循环管路上还装有温控传感器，根据所述的温控传感器采集的信号控制小流量泵的开启与关闭。

本实用新型的抗冻的太阳能集热系统始终处于通电状态，由于在水箱下部的水箱下循环管管路上安装有一小流量泵，当管路水温低于冻结温度，如-0.5℃时，小流量泵启动，强制推动液体(一般传热工质为水)在集热器与水箱之间不断循环流动，进行太阳能集热系统的间隙性抗冻循环，不让液体平静下来形成冻结。

另外，由于太阳能集热系统的水箱中有保温层，所以水箱的液体温度一般较高。通过上述太阳能集热系统的间隙性抗冻循环，就可以使太阳能集热系统管路中始终为温度较高的液体，也有效的遏制了冻结的生成。

因此，本实用新型的抗冻的太阳能集热系统，可以保障寒冷地区冬季太阳能集热系统管路中的液体不会冻结。

本实用新型的太阳能集热系统可以为自然循环系统，即利用太阳能使系统内传热工质在集热器与水箱之间自然自然循环加热的系统。系统循环的动力为传热工质温度差引起的密度差异导致的热虹吸作用。但在管路的液体温度较低时，如冻结温度(如冰点、-0.5℃)以下时，由于小流量泵的作用，自然循环系统被强制循环，从而转变为强制循环系统。

当然，本实用新型的太阳能集热系统可以为强制循环系统，即利用强制循环水泵使系统根据集热系统得热量强制循环传热工质加热的系统。此时，小流量泵和强制循环水泵并联在水箱下循环管管路上。众所周知，在上述强制太阳能集热系统中，我们也可以利用强制循环水泵解决冻堵问题(即现有技术)：太阳能集热系统始终处于通电状态，当管路的液体温度低于冻结温度(如冰点、-0.5℃)，强制循环水泵工作，进行强制循环，强制推动液体在集热器与水箱之间不断循环流动，不让液体平静下来形成冻结。另外，由于太阳能集热系统的水箱中有保温层，所以水箱的液体温度一般较高。这样就可以使太阳能集热系统管路中始终为温度较高的液体，也有效的遏制了冻结的生成。

然而，本实用新型的太阳能集热系统为强制循环系统时，在需要防冻的情况下，是利用小流量泵来进行强制循环，而强制循环水泵不工作。小流量泵的输出流量小于或等于强制循环水泵额定输出流量的十分之一。显然，小流量泵功率和强制循环水泵相比，小的多，一般的小流量泵只有几瓦，而强制循环水泵却需要几十甚至上百瓦，这样，通过小流量泵代替强制循环水泵，既能达到管路防冻的目的，又大大较少了能量损耗，从而达到节能的目的。

上述的小流量泵也可以为潜水泵，设置在封闭的液体容器内，经液体容器的两端与水箱下循环管路相并联。潜水泵作为小流量泵，在液体中被较好冷却，不但增加了泵本身的使用寿命，泵工作时产生的热量也被用于增加流体的温度，从而进一步遏制了冻结的生成。

另外，本实用新型的太阳能集热系统为强制循环系统时，若采用强制循环水泵来防冻，则强制循环水泵将处于全天候运转状态。任何设备都是有使用寿命的，整个设备为了防冻自我消耗的时间，都是应该用于工作的时间。就我国的情况而言，一年大约有1/6左右的时间处于低温，这1/6的时间都要强制循环防冻，按太阳能设备设计寿命15年计算，强制循环水泵若参与防冻，则使用寿命将缩短2.5年。另外，在管路液体温度较低的情况下，强制循环水泵一旦出现故障，管路将被冻裂毁坏。本实用新型的太阳能集热系统为强制循环系统时，在需要防冻的情况下，是利用小流量泵来进行强制循环，而强制循环水泵处于休息状态，上述问题将不再存在。

本实用新型的太阳能集热系统在防冻运行时，为有效缓解温度变化对系统的影响，在水箱下循环管路或水箱上循环管路上还设有定压膨胀罐。

显而易见，本实用新型的太阳能集热系统，既可以是直接式太阳能集热系统(一次循环太阳能集热系统、二次换热的太阳能集热系统)，也可以是间接式太阳能集热系统(二次循环太阳能集热系统、二次换热的太阳能集热系统)。直接式太阳能集热系统是指在太阳能集热器中直接加热水供给用户的系统。间接式太阳能集热系统是指在太阳能集热器中加热某种传热工质，再利用传热工质通过热交换器加热系统供给用户的系统，间接式太阳能集热系统中采用的水箱是二次换热水箱，有利于保障热水的卫生指标。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型的一种抗冻的间接式换热太阳能集热系统实施例一的原理示意图；

图2为本实用新型的一种抗冻的直接式换热太阳能集热系统实施例二的原理示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

图1示出本实用新型的一种抗冻的太阳能集热系统实施例一，为强制循环太阳能集热系统，也是二次循环太阳能集热系统。该太阳能集热系统包括水箱2、集热器1。水箱2采用闭式水箱，上部具有安全阀21。水箱2下部通过水箱下循环管路62连接集热器1，水箱2上部通过水箱上循环管路61连接集热器1。水箱下循环管路61上装有并联的小流量泵72，水箱下循环管路62中靠近水箱2的出口处还安装有强制循环水泵71，小流量泵72和强制循环水泵71并联，小流量泵72前设有一单向阀73。集热器1中安装有集热器温度传感器81，水箱中安装有水箱温度传感器82，水箱下循环管路或上循环管路上还装有温控传感器83，控制小流量泵的开启与关闭，在管路水温接近冻结温度时，开启该小流量泵进行太阳能集热系统的间隙性抗冻循环。小流量泵功率和强制循环水泵相比，小的多，小流量泵的输出流量小于或等于强迫强制循环水泵额定输出流量的十分之一。一般的小流量泵只有几瓦，而强制循环水泵至少需要几十甚至上百瓦，通过小流量泵代替强制循环水泵，既能达到管路防冻的目的，有大大较少了能量损耗，从而达到节能的目的。

本实施例的太阳能集热系统中采用的是间接式换热系统，其水箱是二次换热水箱，有利于保障热水的卫生指标。

水箱2的上部还具有使用热水的出水管3，水箱2上部存储的热水可以通过该使用热水的出水管3流出；水箱2底部安装有冷水供水管4，该冷水供水管4用于连接外部水源。此外，该太阳能集热系统中，水箱2上部具有安全阀21，在强制循环水泵71和水箱2间的水箱下循环管路62上设置有定压膨胀罐5，整个系统还具有控制器等控制元件。

图1所示的一种抗冻的太阳能集热系统的工作过程如下：当水箱温度传感器82检测到水箱温度与集热器温度传感器81检测到集热器温度相差若干温度(设定值，如5℃)时，控制器控制强制循环水泵71工作，强制循环水泵71将水箱2底部的液体抽向集热器1，流动的液体把集热器1中已经过太阳能加热的集热器热量带走，并经过水箱上循环管61流入水箱2的上部，这样水箱2上部就会储存热水。当集热器1的温度降低到某个预定温度时，强制循环水泵71停止。

冬季当管路水温降低，如低于预订防冻温度(如冰点：0.5℃左右时，)时，通过温控传感器83控制小流量泵开启进行防冻强制循环，强制推动液体在集热器与水箱之间不断缓慢循环流动，增加液体的动能，使液体难以形成冻结。另外，由于冬季夜晚水箱的液温一般高于室外的水箱循环管路和集热器。这样就可以使太阳能集热系统管路中始终保持高于冻结温度的液体，有效的遏制了冻结的生成。通过小流量泵代替强制循环水泵，既能达到管路防冻的目的，又大大较少了运行能量损耗，从而达到节能的目的。

图2示出本实用新型的一种抗冻的太阳能集热系统实施例二，为直接式换热的自然循环太阳能集热系统，该太阳能集热系统包括水箱2、集热器1，水箱2为开式水箱，上部具有大气连通管20。水箱2上部通过水箱上循环管路61连接集热器1，水箱2下部通过水箱下循环管路62连接集热器1，以此进行自然循环太阳能集热。水箱下循环管62上具有阀门70，同时并联的小流量泵为潜水泵75，潜水泵设置在封闭的液体容器74内，其输入和输出口分别与液体容器的两个输送端相连通，液体容器74的两端与水箱下循环管路62相并联。潜水泵75前设有一单向阀73。集热器1中安装有集热器温度传感器81，水箱中安装有水箱温度传感器82，水箱下循环管路或上循环管路上还装有温控传感器83，控制潜水泵75的开启与关闭。

图2所示的一种抗冻的太阳能集热系统，其防冻工作过程如下：当管路水温，如低于冻结温度(如冰点、-0.5℃)时，水箱下循环管62上的阀门70截至，潜水泵75启动，进行强制循环，强制推动水在集热器与水箱之间不断循环流动，增加水的动能，使水难以形成冻结。另外，由于太阳能集热系统的水箱中有保温层，所以水箱的水温高于上下循环管，这样使太阳能集热系统的管路始终可以通过小流量潜水泵的循环推动获得热量，也有效地遏制了冰的生成。潜水泵75作为小流量泵，在液体中被较好冷却，不但增加了泵本身的使用寿命，泵工作时产生的热量也被用于增加流体的温度，从而进一步遏制了冻结的生成。

当管路水温较高，如高于冻结温度之上的保护设定值时，不需要进行防冻保护，水箱下循环管62上的阀门70导通，该太阳能集热系统便恢复为常态的直接式换热自然循环太阳能集热系统。

Claims (10)

1、一种抗冻的太阳能集热系统，包括水箱(2)、集热器(1)，水箱下部通过水箱下循环管路(62)连接集热器，水箱上部通过水箱上循环管路(61)连接集热器，其特征在于：和水箱下循环管路并联有小流量泵(72)；水箱下循环管路或水箱上循环管路上还装有温控传感器(83)，根据所述的温控传感器(83)采集的信号控制小流量泵(72)的开启与关闭。

2、如权利要求1所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的小流量泵(72)前还设有一单向阀(73)。

3、如权利要求1所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的太阳能集热系统是自然循环系统，水箱下循环管路上还有阀门(70)与小流量泵(72)并联。

4、如权利要求1所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的太阳能集热系统是强制循环系统，水箱的下循环管路上还有强制循环水泵(71)与小流量泵(72)并联。

5、如权利要求3或4所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的太阳能集热系统是直接式太阳能集热系统或是间接式太阳能集热系统。

6、如权利要求5所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的间接式太阳能集热系统中采用的水箱是二次换热水箱。

7、如权利要求4所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：该太阳能集热系统的水箱下循环管路或水箱上循环管路上还设有定压膨胀罐(5)。

8、如权利要求4所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的小流量泵(72)的输出流量小于或等于强制强制循环水泵(71)额定输出流量的十分之一。

9、如权利要求2所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的小流量泵(72)为潜水泵(75)。

10、如权利要求9所述的一种抗冻的太阳能集热系统，其特征在于：所述的潜水泵(75)设置在封闭的液体容器(74)内，经上述液体容器(74)的两端与水箱下循环管路相并联。

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