CN202074736U - 直插式联集管太阳能中央热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直插式联集管太阳能中央热水系统，包括集热器、膨胀水箱、板式换热器、层流式混水箱和储热水箱。本实用新型结构简单，使用方便，成本低，防止了系统中水垢的形成，且太阳能热能利用率高。

Description

直插式联集管太阳能中央热水系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能热水器领域，具体是一种直插式联集管太阳能中央热水系统。

背景技术

目前的太阳能热水产品按用户类型的不同大致分为家用型(如一体式太阳能热水器，阳台挂壁式太阳能热水器等)和工程型(如太阳能中央热水系统)两类，而工程型太阳能热水系统又可按其集热器(将太阳能转换为热能的集热元件)的不同分为平板式太阳能集热器和联集管式太阳能集热器等，而又以联集管式太阳能集热器的细分种类最为丰富，如直插式联集管太阳能集热器、U型管式联集管太阳能集热器、同心管式联集管太阳能集热器、超导热管式联集管太阳能集热器等。直插式联集管太阳能集热器(又名全玻璃真空管太阳能集热器)有一定的抗冻能力，适合在冬天气温为0℃至-20℃的地区，又因使用直插式联集管太阳能集热器其初始投入相对较低，所以在联集管太阳能中央热水系统中使用最广。但现有的直插式联集管太阳能集热器也有如安全性低、难维护等缺点限制了其实用性。同时现有的直插式联集管太阳能中央热水系统也和其它太阳能中央热水系统一样具有如系统中水垢易沉积且清理十分困难，如集热器及其管路系统和末端用水设备等，都极易集结水垢且由于其结构复杂所以一旦集结水垢基本无法清理；且在进行24小时不间断供水时，具有系统效率低、热水相对成本高等缺点，因为太阳能只有白天才有，这样储热水箱里的水温波动就比较大，通常采用的方法是在储热水箱和用户末端间加设具有辅助热源的恒温水箱，以便在储热水箱内水温达不到设定水温时，通过辅助热源加热，从而达到24小时不间断供水的目的。但这样就会导致辅助热源即便在晴好天气也要频繁使用，整个热水系统的热效率就会下降，热水的相对成本就会增加。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种直插式联集管太阳能中央热水系统，解决现有系统中直插式联集管太阳能集热器安全性低、难维护等缺点和系统中水垢易沉积，在24小时不间断供热水时太阳能热能利用率低的问题。

本实用新型的技术方案为：

直插式联集管太阳能中央热水系统，包括集热器、膨胀水箱、板式换热器、层流式混水箱和储热水箱；

所述的集热器上设置有集热器低端进水口、集热器高端出水口和集热器高位水温探头、内部设置有安全检修阀，所述的膨胀水箱上设置有膨胀水箱高位进水阀、膨胀水箱低位出水阀、膨胀水箱补水阀和膨胀水箱高位排气口，所述的板式换热器上设置有板换冷水出口、板换冷水进口、板换热水出口和板换热水进口，所述的集热器低端进水口与板换冷水出口连接，板换热水进口与膨胀水箱低位出水阀连接，膨胀水箱高位进水阀与集热器高端出水口连接；

所述的层流式混水箱内位于中下部设置有活性炭水垢过滤层，层流式混水箱的下部设置有混水箱低位水温探头、混水箱自动补水阀、混水箱手动补水阀、板换循环水出口阀和板换循环水入口阀，混水箱手动补水阀和混水箱自动补水阀均与自来水补水电动阀连接，板换循环水入口阀与所述板换热水出口与连接，板换循环水出口阀与所述的板换冷水进口连接，层流式混水箱的上部设置有混水箱高位出水口和混水箱高位水温探头；

所述的储热水箱上设置有储热水箱低位进水阀、储热水箱低位出水阀、储热水箱水位探头、储热水箱水温探头和储热水箱高位排气口，储热水箱低位进水口与所述的混水箱高位出水口连接，储热水箱低位出水阀与用户用水接口连接；

所述的膨胀水箱补水阀和自来水补水电动阀均与自来水接口连接。

所述的安全检修阀设置于集热器的真空管和联集箱之间，其包括阶梯筒形阀体和与阀体配合的图钉形状的阀芯，阶梯筒形阀体外直径大的部分和阀芯的顶部设置于联集箱内，阶梯筒形阀体外直径小的部分套装于真空管内，阶梯筒形阀体外直径小的部分的外壁设置有外螺纹，紧固螺母螺合于阀体上，阀体上位于外螺纹的下方套装有用密封阀体和真空管间隙的若干个密封圈，且阀体的内部设置有与阀芯的移动杆配合的定位孔。

所述的层流式混水箱上设置有电加热接口；所述的膨胀水箱和分层式混水箱的底部分别设置有膨胀水箱排污口和混水箱排污口。

所述的直插式联集管太阳能中央热水系统还包括辅助热源器，所述的层流式混水箱的下部设置有辅助热源循环水出口阀和辅助热源循环水入口阀，辅助热源循环水出口阀和辅助热源循环水入口阀均与辅助热源器连接。

所述的储热水箱为2-3个，它们之间通过联通管连通。

所述的膨胀水箱低位出水阀与板换热水进口之间连接有第一循环泵；

所述的板换冷水进口与板换循环水出口阀之间连接有第二循环泵。

所述的混水箱手动补水阀、混水箱自动补水阀均依次通过单向阀、第三循环泵与储热水箱低位出水阀连接。

所述的辅助热源器通过第四循环泵与辅助热源循环水出口阀连接。

所述的混水箱高位出水口在竖直方向上的位置高于储热水箱最高储水水位。

本实用新型通过控制箱与系统中的各装置进行连接控制。

本实用新型的有益效果主要表现在：

1、使用直插式联集管太阳能集热器初始投入相对较低，可降低系统造价，节省资源；

2、在直插式联集管太阳能集热器内设置安全检修阀，使其在保持其经济性(安全检修阀价格便宜，皮实耐用)的同时提高其安全性和易维护性，使直插式联集管太阳能集热器实用性大大增强；

3、将膨胀水箱串联在循环水回水管路中，使太阳能集热器彻底摆脱了因系统排气不畅带来的安全隐患和维护问题；

4、用来稳定水系统的串联式膨胀水箱与板式换热器配合，避免水垢对太阳能集热器及其管路系统的侵蚀，延长系统的使用寿命；

5、板式换热器与具有集中净化作用的层流式混水箱配合，过滤热水中的水垢和杂质，不仅避免了对系统的侵蚀还维护了使用者得身体健康；

6、层流式混水箱与储热水箱配合，最大限度的利用太阳能，减少辅助热源的使用，为用户提供24小时不间断供热水的前提下，大大降低系统的运行成本；

7、本实用新型与智能控制箱配合，真正做到了无人值守，使用更方便。

附图说明

图1-1、图1-2是本实用新型的结构示意图。

图2是图1-1中A-A剖面放大结构示意图。

附图标记说明

1、集热器低端进水口，2、集热器高端出水口，3、膨胀水箱补水阀，4、膨胀水箱，5、膨胀水箱低位出水阀，6、第一循环泵，7、膨胀水箱高位进水阀，8、板式换热器，9、第二循环泵，10、层流式混水箱，11、混水箱手动补水阀，12、活性炭水垢过滤层，13、混水箱自动补水阀，14、混水箱高位出水口，15、储热水箱低位进水阀，16、储热水箱，17、联通管，18、储热水箱低位出水阀，19、储热水箱水位探头，20、辅助热源循环水出口阀，21、辅助热源循环水入口阀，22、板换循环水出口阀，23、板换循环水入口阀，24、第四循环泵，25、辅助热源器，26、混水箱低位水温探头，27、集热器高位水温探头，28、混水箱高位水温探头，29、膨胀水箱高位排气口，30、膨胀水箱排污口，31、电加热接口，32、集热器，33、储热水箱高位排气口，34、第三循环泵，35、自来水接口，36、混水箱排污口，37、自来水补水电动阀，38、用户用水接口，39、板换冷水出口，40、板换冷水进口，41、板换热水出口，42、板换热水进口，43、单向阀，44、储热水箱水温探头，45、真空管，46、联集箱，47、阀体，48、阀芯，49、紧固螺母，50、密封圈，51、移动杆。

具体实施方式

见图1，直插式联集管太阳能中央热水系统，包括集热器32、膨胀水箱4、板式换热器8、层流式混水箱10、两个通过联通管17连通的储热水箱16和辅助热源器25；

集热器32上设置有集热器低端进水口1、集热器高端出水口2和集热器高位水温探头27、内部设置有安全检修阀；

(见图2)安全检修阀设置于集热器的真空管45和联集箱46之间，其包括阶梯筒形阀体47和与阀体配合的图钉形状的阀芯48，阶梯筒形阀体47外直径大的部分和阀芯的顶部设置于联集箱46内，阶梯筒形阀体47外直径小的部分套装于真空管内，阶梯筒形阀体47外直径小的部分的外壁设置有外螺纹，紧固螺母49螺合于阀体47上，阀体47上位于外螺纹的下方套装有用密封阀体和真空管间隙的若干个密封圈50，且阀体47的内部设置有与阀芯48的移动杆51配合的定位孔；安全检修阀的作用为：当有真空管爆裂时，真空管内的水流出，联集箱与真空管之间形成压差，阀芯向下运动，与阀体密合，即关闭真空管和联集箱的接口，使系统不会因漏水而瘫痪；当直插式联集管太阳能集热器需要更换真空管，拆除真空管时，联集箱中的水流产生一个向下的压力，联集箱与真空管接口处的安全检修阀的阀芯随之向下运动，与阀体密合，关闭真空管和联集箱的接口；当安装真空管时，阀体与真空管对向运动其内部空间变小，由于阀体与真空管间有密封垫圈密封，故其内部气体压强会瞬间变大将原本与阀体密合的阀芯顶开联集箱中的水流入真空管内，真空管内的空气与联集箱中的水置换，压力平衡，安全检修阀的阀芯处于打开状态；在更换密封垫圈时，安全检修阀的使用原理和安装真空管一样；

膨胀水箱4上设置有膨胀水箱高位进水阀7、膨胀水箱低位出水阀5、膨胀水箱补水阀3和膨胀水箱高位排气口29，其底部设置有膨胀水箱排污口30，所述的板式换热器上设置有板换冷水出口39、板换冷水进口40、板换热水出口41和板换热水进口42，所述的集热器低端进水口1与板换冷水出口39连接，板换热水进口42与膨胀水箱低位出水阀5通过第一循环泵6连接，膨胀水箱高位进水阀7与集热器高端出水口2连接；

层流式混水箱10内位于中下部设置有活性炭水垢过滤层12，其下部设置有混水箱低位水温探头26、电加热接口31、混水箱手动补水阀11、混水箱自动补水阀13、板换循环水出口阀22、板换循环水入口阀23、辅助热源循环水出口阀20和辅助热源循环水入口阀21，混水箱手动补水阀11和混水箱自动补水阀13均与自来水补水电动阀37连接，层流式混水箱10的上部设置有混水箱高位出水口14(混水箱高位出水口14位置高于储热水箱最高储水水位)和混水箱高位水温探头28，其底部设置有混水箱排污口36；板换热水出口41与板换循环水入口阀23连接，板换冷水进口40与板换循环水出口阀22通过第二循环泵9连接，辅助热源循环水出口阀20通过第四循环泵与辅助热源器25连接，且辅助热源循环水入口阀21也与辅助热源器25连接；

储热水箱16上设置有储热水箱低位进水阀15、储热水箱低位出水阀18、储热水箱水位探头19、储热水箱水温探头44和储热水箱高位排气口33，混水箱高位出水口14与储热水箱低位进水口15连接，混水箱手动补水阀11、混水箱自动补水阀13均依次通过单向阀43、第三循环泵34与储热水箱低位出水阀18连接，储热水箱低位出水阀18与用户用水接口38连接；

膨胀水箱补水阀3和自来水泵补水电动阀37均与自来水接口35连接。

本实用新型的工作原理：在初次运行时，应选择在早晨对太阳能集热器系统补水，将膨胀水箱补水阀3打开，冷水流入膨胀水箱4，并经管路系统依次通过膨胀水箱低位出水阀5、第一循环泵6、板换集热器热水进口42进入板式换热器8，再经板换集热器冷水出口39、集热器低端进水口1进入集热器32、集热器32内的气体经集热器高端出水口2排出并经管路系统依次通过膨胀水箱高位进水阀7、膨胀水箱4、膨胀水箱高位排气口29排出系统，同时水由下至上补满集热器32再经集热器高端进水口2进入管路系统并到达管路系统最高点-膨胀水箱高位进水阀7，膨胀水箱水位继续上升直到膨胀水箱内的水位达到设定水位浮球阀自动关闭，太阳能集热器系统初次补水完成。同时打开混水箱手动补水阀11，直接对层流式混水箱10补水，补满(水位到达后混水箱高位出水口14)后，关闭混水箱手动补水阀11，直插式联集管太阳能中央热水系统初次补水完成。

当晴好天气时，集热器32接受太阳辐射使其内部的水温上升，当集热器高位水温探头检测27的水温高于混水箱低位水温探头26检测到的水温达到设定温差(一般为5℃)时，第一循环泵6和第二循环泵9启动，集热器1里的高温水在第一循环泵6的作用下开始在板式换热器8和集热器32之间循环流动，同时层流式混水箱10内的低温水也在第二循环泵9的作用下开始在板式换热器8和层流式混水箱10之间循环流动；

集热器32里的高温水在第一循环泵6的作用下开始在板式换热器8和集热器32之间循环流动：首先集热器32中的高温水经集热器高端出水口2进入管路系统流经膨胀水箱4排除气体，再依次流经第一循环泵6、板换热水进口42进入板式换热器8与层流式混水箱10经板换冷水进口40流入板式换热器10的低温水进行换热降温后，再通过管路系统经集热器低端进水口1流回集热器32内；层流式混水箱10内的低温水也在第二循环泵9的作用下开始在板式换热器8和层流式混水箱10之间循环流动：首先层流式混水箱10内的低温水依次经板换冷水进口22、第二循环泵9、板换冷水进口40流入板式换热器8与集热器32里流入板式换热器8的高温水进行换热升温后，再通过管路系统依次经板换热水出口41、板换循环水入口阀23流回层流式混水箱10内，集热器32里的水温下降，层流式混水箱10里的水温上升；直到集热器高位水温探头检测27检测到的水温与混水箱低位水温探头26检测到的水温间的温差小于设定温差(一般为5℃)时，第一循环泵6和第二循环泵9关闭，循环换热结束；

集热器32接受太阳辐射其内部水温继续上升，集热器高位水温探头27检测的水温再次高于混水箱低位水温探头26检测到的水温达到设定温差时，重复循环换热过程，层流式混水箱10里的水温不断上升。

当混水箱高位水温探头28检测到的水温达到设定温度(一般为60℃)时，混水箱自动补水阀13打开，向层流式混水箱10内注入冷水，层流式混水箱10水位上升，层流式混水箱10上层的热水由混水箱高位出水口14排出(由于是由层流式混水箱10的下方注入冷水，层流式混水箱10内部下方的冷水会与层流式混水箱上方的热水发生明显的分层现象)通过管路系统经储热水箱低位进水口15流入储热水箱16，直到冷水水位上升到混水箱高位水温探头28位置，水箱高位水温探头28检测到的水温低于设定温度，混水箱自动补水阀13关闭，层流式混水箱10换水过程结束。层流式混水箱10内水温重新升高，直到混水箱高位水温探头28检测到的水温再次达到设定温度时，重复换水过程，如此往复。

如遇夏季连续晴好天气，储热水箱16水位不断上升，储热水箱水位探头19检测到水位达到储热水箱16最高设定水位时，自来水补水电动阀37关闭(平时为常开)，同时第三循环泵34与混水箱自动补水阀13联动(平时为断开)。具体运行方式为：层流式混水箱10里的水温不断上升(因持续晴好天气，层流式混水箱10里的低温水与集热器32里的高温水不断经过板式换热器8循环换热)，直到层流式混水箱高位水温探头28检测到的水温高于储热水箱水温探头44检测到的水温达到设定温差(一般为5℃)时，混水箱自动补水阀13打开，第三循环泵34启动，储热水箱16内相对温度较低的水依次第三循环泵34、混水箱自动补水阀13流入层流式混水箱内；相对的，层流式混水10内相对温度较高的水经混水箱高位出水口14、储热水箱低位进水口15流入储热水箱16，层流式混水箱10里的水温下降，储热水箱16里的水温上升，直到混水箱高位水温探头28检测到的水温与储热水箱水温探头44检测到的水温间的温差低于设定温差时，第三循环泵34关闭，混水箱自动补水阀13关闭，温差循环结束。层流式混水箱10里的水温再次上升，直到混水箱高位水温探头28检测到的水温再次高于储热水箱水温探头44检测到的水温达到设定温差时，重复温差循环过程。

当遇连续阴雨天气，太阳辐射不足，储热水箱16水位因得不到足够的热水补充而持续下降。当储热水箱水位探头19检测到水位低于储热水箱水位的辅助热源器启动水位设定值(一般为储热水箱总容量的30％)时，电加热接口31启动对层流式混水箱里的水直接加热或辅助热源器25启动对混水箱里的水进行循环加热(即辅助热源器25和第四循环泵24启动，层流式混水箱10内的水依次经辅助热源循环水出口阀20、第四循环泵24进入辅助热源器25内加热后，热水通过管路系统经辅助热源循环水入口阀21流回层流式混水箱10)，层流式混水箱10内水温不断升高，当混水箱高位水温探头28检测到的水温达到设定温度时，混水箱自动补水阀13打开，向层流式混水箱10内注入冷水，层流式混水箱10内水位上升，层流式混水箱10内上层的热水由混水箱高位出水口14排出(由于是由层流式混水箱10的下部注入冷水，层流式混水箱10内下方的冷水会与层流式混水箱10内上方的热水发生明显的分层现象)，通过管路系统经储热水箱低位进水阀15流入储热水箱16，直到冷水水位上升到混水箱高位水温探头28位置，混水箱高位水温探头28位置检测到的水温低于设定温度时，混水箱自动补水阀13关闭，补水过程结束。层流式混水箱10内水温重新升高，直到混水箱高位水温探头28检测到的水温再次达到设定温度时，重复补水过程，直到储热水箱水位探头19检测到水位达到储热水箱16辅助热源停止水位(一般为储热水箱水位的50％既用户平均24小时的用水量)，辅助热源器25停止循环加热或电加热接口31关闭，辅助热源器25一次工作流程结束，如遇相同情况重复这一过程，系统的储热水箱16就可以一直保持储存足够的热水供用户的使用，不需要其它辅助设施就可以进行24小时不间断供水。这样太阳能中央热水系统就可以在利用太阳辐射热能最大化的情况下，尽量减少辅助热源的使用，将系统的运行成本降到最低。

Claims (9)

1.直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：包括集热器(32)、膨胀水箱(4)、板式换热器(8)、层流式混水箱(10)和储热水箱(16)；

所述的集热器(32)上设置有集热器低端进水口(1)、集热器高端出水口(2)和集热器高位水温探头(27)、内部设置有安全检修阀，所述的膨胀水箱(4)上设置有膨胀水箱高位进水阀(7)、膨胀水箱低位出水阀(5)、膨胀水箱补水阀(3)和膨胀水箱高位排气口(29)，所述的板式换热器上设置有板换冷水出口(39)、板换冷水进口(40)、板换热水出口(41)和板换热水进口(42)，所述的集热器低端进水口(1)与板换冷水出口(39)连接，板换热水进口(42)与膨胀水箱低位出水阀(5)连接，膨胀水箱高位进水阀(7)与集热器高端出水口(2)连接；

所述的层流式混水箱(10)内位于中下部设置有活性炭水垢过滤层(12)，层流式混水箱(10)的下部设置有混水箱低位水温探头(26)、混水箱自动补水阀(13)、混水箱手动补水阀(11)、板换循环水出口阀(22)和板换循环水入口阀(23)，混水箱手动补水阀(11)和混水箱自动补水阀(13)均与自来水补水电动阀(37)连接，板换循环水入口阀(23)与所述板换热水出口(41)与连接，板换循环水出口阀(22)与所述的板换冷水进口(40)连接，层流式混水箱(10)的上部设置有混水箱高位出水口(14)和混水箱高位水温探头(28)；

所述的储热水箱(16)上设置有储热水箱低位进水阀(15)、储热水箱低位出水阀(18)、储热水箱水位探头(19)、储热水箱水温探头(44)和储热水箱高位排气口(33)，储热水箱低位进水口(15)与所述的混水箱高位出水口(14)连接，储热水箱低位出水阀(18)与用户用水接口(38)连接；

所述的膨胀水箱补水阀(3)和自来水补水电动阀(37)均与自来水接口(35)连接。

2.根据权利要求1所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的安全检修阀设置于集热器的真空管(45)和联集箱(46)之间，其包括阶梯筒形阀体(47)和与阀体配合的图钉形状的阀芯(48)，阶梯筒形阀体(47)外直径大的部分和阀芯的顶部设置于联集箱(46)内，阶梯筒形阀体(47)外直径小的部分套装于真空管内，阶梯筒形阀体(47)外直径小的部分的外壁设置有外螺纹，紧固螺母(49)螺合于阀体(47)上，阀体(47)上位于外螺纹的下方套装有用密封阀体和真空管间隙的若干个密封圈(50)，且阀体(47)的内部设置有与阀芯(48)的移动杆(51)配合的定位孔。

3.根据权利要求1所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的层流式混水箱(10)上设置有电加热接口(31)；所述的膨胀水箱和分层式混水箱的底部分别设置有膨胀水箱排污口(30)和混水箱排污口(36)。

4.根据权利要求1所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的直插式联集管太阳能中央热水系统还包括辅助热源器(25)，所述的层流式混水箱(10)的下部设置有辅助热源循环水出口阀(20)和辅助热源循环水入口阀(21)，辅助热源循环水出口阀(20)和辅助热源循环水入口阀(21)均与辅助热源器(25)连接。

5.根据权利要求1所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的储热水箱为2-3个，它们之间通过联通管(17)连通。

6.根据权利要求1所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的膨胀水箱低位出水阀(5)与板换热水进口(42)之间连接有第一循环泵(6)；

7.根据权利要求1所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的板换冷水进口(40)与板换循环水出口阀(22)之间连接有第二循环泵(9)。

8.根据权利要求1所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的混水箱手动补水阀(11)、混水箱自动补水阀(13)均依次通过单向阀(43)、第三循环泵(34)与储热水箱低位出水阀(18)连接。

9.根据权利要求4所述的直插式联集管太阳能中央热水系统，其特征在于：所述的辅助热源器(25)通过第四循环泵(24)与辅助热源循环水出口阀(20)连接。

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