CN203068824U - 一种中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统。现行太阳热水工程大都采用中置式联箱及全玻璃真空集热管组成集热器单元，再按串、并联连接方式组成太阳能集热系统，最后配套循环水泵等、按强制对流循环方式采热。直流式采热无需循环水泵等，它比强制对流循环采热经济很多、工况亦稳定很多。本实用新型对现有中置联箱型集热器的中置联箱进行改造，在中置联箱内腔设置一个两侧面有热水导流管插孔的热水室，使大型太阳热水工程由强制对流循环方式采热改变为直流式采热，其热效率亦有提高。我国大型太阳热水工程占有较大的份额，故本实用新型具有较大的经济效益。

Description

一种中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统

技术领域

本实用新型涉及一种改变太阳能集热器内部流体流动途径，从而提高太阳能热水系统的热效率，尤其适用于由多根全玻璃真空集热管按左、右对置插入一根中置联箱构成集热器的直流式热水系统。 

背景技术

直流式太阳(能)热水系统集热器的集热元件采用全玻璃真空集热管(本文简称全玻管)成本较低、性价比亦较高，本文选定之；其中各全玻管插入联箱(联集管Monifold)构成集热器时，全玻管在空间的取向既有“直立式”-倾角～60°，亦有“横躺式”-倾角(～1°-3°)，后者常简称“按水平取向插入”，本文选定后者。即本文讨论的直流式太阳热水系统的集热器是由多根横躺式全玻管按左、右两侧对置插入一根南-北向布置的联箱组成，这种联箱及其集热器在国内多见，本文称为中置联箱与中置联箱型集热器。 

中置联箱型集热器用料省、占用屋顶面积亦少。但目前仅在小型太阳热水系统中才有少量按“直流式”使用；在大型太阳热水系统中都按强制循环式采热，不按直流式。强制循环采热必需功率较大的循环水泵；直流式不需水泵，既经济、维修率亦低，直流式比强制循环采热更先进。。 

采用中置联箱组成集热器，并按直流式采热的太阳热水系统如图1所示，图1是“现行中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统”(示意图)：其中(1)-中置联箱，(2)-全玻管，(j-k)-(任一)中置联箱中轴线，同时(j)-(任一)中置联箱冷水进口，(k)-(任一)中置联箱热水出口；(P)-自来水网冷水进口，(Q)-太阳热水系统热水出口(热水流入保温水箱储存)，(R)-常闭式电磁阀，(S)-热水系统终端水温传感器，图2是图1中A向视图，其中(n-n)-地平线，(ω)-中置联箱(1)倾角， 取值～15°。该图只显示两个串联的集热器单元，实际是由多个集热器单元“串-并联”后组装成太阳能集热器系统。(下同-略)。 

直流式自控原理的常规技术是“系统末端水温控制进水管道电磁阀开度”：如图1，当热水系统终端水温传感器(S)显示水温超过设定值(常设定为50℃)，自控系统就程序开大常闭式电磁阀(R)开度，否则减小开度。 

从图1知，现行的中置联箱(1)及全玻管(2)均是空腔，阳光照射使全玻管(2)内腔积存水成为热水。承压冷水从(j)进入、沿中置联箱(1)空腔(j-k)方向流动过程，只能把先前积存在中置联箱(1)内腔的热水及时带出、无法把两侧全玻管(2)内腔热水及时带走。实践显示，只有从(j)“进入的冷水控制到足够小量”，才能从(Q)输出温度较高的、有实用价值的热水。现行大型中置联箱型集热器的太阳热水系统很难“控制到足够小量”，所以大型太阳热水系统都采用强制循环采热；只在小型太阳热水系统才采用直流式采热(如图1)。 

本实用新型“一种中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统”主要目的是对现有按强制循环采热的中置联箱型集热器太阳热水系统的中置联箱进行改造，使之成为大型中置联箱型集热器直流式太阳热水系统。由强制循环改变为直流式，可省略大功率循环泵，降低运行费用、节省电能。鉴于强制循环的中置联箱型集热器太阳热水系统是国内年产量与保有量最大的太阳热水系统，因而本实用新型具有较大的经济与社会效益。本实用新型次要目的是对于小型直流式太阳热水系统，操作时无需悉心调节俾使“进入的冷水控制到足够小量”，具有操作方便、易于获得热水的优点。 

实用新型内容

本实用新型“一种中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统”解决技术问题采用的技术方案要点是：在现行中置联箱型集热器的中置联箱内腔，设置两侧面具有热水导流管插孔的热水室；主要目的是把现有按强制循环采热的大型中置联箱型集热器太阳水系统改造成为大型 直流式中置联箱型集热器太阳热水系统，从而减小运行成本，同时提高其热效率。 

本实用新型的技术方案可参见图3，图3是本案中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统(示意图)。在中置联箱(1)内腔的轴向设置一个热水室(4)，热水室(4)主要由三块相互联结的、纵向剖视面呈现U字形的不锈钢薄板构件组成，三块不锈钢薄板顺次为：带热水导流管插孔左侧板(9)、热水室底板(8)、带热水导流管插孔右侧板(10)；该U字形薄板构件分别与中置联箱(1)的上、下面板及联箱顶端盖(7)焊接，焊接后U字形薄板构件的敞口端恰与联箱顶端盖(7)的热水输出管连通；另外，带热水导流管插孔左、右侧板(9)、(10)上的各插孔恰与中置联箱(1)两侧面直插全玻管(2)的圆孔保持同心；带热水导流管插孔左、右侧板(9)、(10)上的各插孔配置硅胶圈后，使插入的热水导流管(5)保持密合，各热水导流管(5)的长度比全玻管(2)要短200mm至400mm。图4是图3中B向视图，(ω)是中置联箱(1)倾角，取值～15°。 

图5、图6、图7是“两侧面有热水导流管插孔热水室的联箱”结构细部；其中图5是图3中(E-E)剖视图，图6是图3中(F-F)剖视图，图7是图3中(D-D)复合剖视图。 

工作原理：阳光照射使全玻管(2)内腔积存水成为热水。自来水网冷水进口(P)的承压冷水通过常闭式电磁阀(R)从集热器系统最下部的中置联箱冷水进口(j)进入中置联箱(1)内腔后，分散进入各全玻管(2)内腔周壁直达腔底，不断吸收太阳热、水温不断上升；随后从各热水导流管(5)底端口通过热水导流管(5)汇集到热水室(4)，经热水室(4)顶部的中置联箱热水出口(k)进入串联的上面一个集热器单元的中置联箱冷水进口(j)，…；每流过一个集热单元，水温就有较大提高，最终从太阳热水系统热水出口(Q)流出合格热水。 

上述说明显示本案一个特点，低温水在直流过程是首先进入全玻管(2)的管腔周壁直达腔底，吸收太阳热成为热水后从热水导流管(5)(因向得名“热水导流管”)底端反向流动至热水室(4)。这种不同与常 规的直流路线，使得集热器单元需要从下部管口放尽积存水时(检修或冬夜排水防冻所需)，变得极容易。 

本实用新型自控原理按惯例，即“温控进水管道电磁阀开度”，它己是公知技术；本案重点是对传统的中置联箱型集热器加以改造，故自控系统不多叙述。 

若有3个集热器单元串联，全玻管(2)长度取值1.8m，则直流式采热时，从最下面的中置联箱冷水进口(j)到最上面(第3个)的中置联箱热水出口(k)，其“水流流程”长达1.8*3＝5.4m。导致在一般阳光强度照射下，太阳热水系统热水出口(Q)很容易输出温度＞50℃的热水。这对于现有“空腔式”的中置联箱型集热器是不可能达到的。 

由上可知，本实用新型既适用于小型亦适用于大型直流式太阳热水系统。把现行大型强制循环式太阳热水系统改变成为大型直流式太阳热水系统，具有初期投资低与运行费用低的优点。 

综上所述，本实用新型的特点如下： 

第一，中置联箱型集热器是由多根全玻管(2)从左、右两侧按水平取向插入一根内腔轴向设置一个两侧面有热水导流管(5)插孔热水室(4)的中置联箱(1)组成，中置联箱(1)倾角(ω)一般取值15°；多个中置联箱型集热器按串、并联连接后成为太阳能集热系统；太阳能集热系统最下部中置联箱(1)的中置联箱冷水进口(j)的下方顺序与常闭式电磁阀(R)及自来水网冷水进口(P)相连通；太阳能集热系统最上部中置联箱热水出口(k)顺序与三通管件(3)及太阳热水系统热水出口(Q)相连通，三通管件(3)的侧面管口内插入热水系统终端水温传感器(S)；太阳热水系统按照系统末端水温控制进水管道电磁阀开度的自控原理实现直流式采集太阳能。 

第二，中置联箱型集热器的中置联箱(1)内腔的轴向设置一个热水室(4)，热水室(4)主要由三块相互联结的、纵向剖视面呈现U字形的不锈钢薄板构件组成；三块不锈钢薄板顺次为：带热水导流管插孔左侧板(9)、热水室底板(8)、带热水导流管插孔右侧板(10)；该U字形薄板构件分别与中置联箱(1)的上、下面板及中置联箱顶端盖(7)焊接，焊接后U字形薄板构件的敞口端恰与中置联箱顶端盖(7)的热水出口(k)连通。 

第三，中置联箱(1)内腔的热水室(4)带热水导流管插孔左、右侧板(9)、(10)上的各插孔恰与中置联箱(1)两侧面直插全玻管(2)的圆孔保持同心；带热水导流管插孔左、右侧板(9)、(10)上的各插孔配置硅胶圈后，使插入的热水导流管(5)保持密合连接；热水导流管(5)是直径15mm-20mm的工程塑料管，其长度比全玻管(2)要短200mm至400mm。 

附图说明

图1-现行中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统； 

图2-图1中A向视图； 

图3-本案中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统； 

图4-图3中B向视图；图5-图3中(E-E)剖视图； 

图6-图3中(F-F)剖视图；图7-图3中(D-D)复合剖视图； 

(1)-中置联箱；(2)-全玻璃真空集热管或全玻管； 

(3)-三通管件；(4)-热水室；(5)-热水导流管； 

(6)-中置联箱底端盖；(7)-中置联箱顶端盖； 

(8)-热水室底板；(9)-带热水导流管插孔左侧板； 

(10)-带热水导流管插孔右侧板；(n-n)-地平线； 

(j-k)-中置联箱中轴线；(ω)-中置联箱倾角； 

(j)-中置联箱冷水进口；(k)-中置联箱热水出口； 

(P)-自来水网冷水进口；(Q)-太阳热水系统热水出口； 

(R)-常闭式电磁阀；(S)-热水系统终端水温传感器； 

本实用新型的优点 

现行大型太阳热水工程均采用中置联箱型集热器组合成的集热系统，目前均采用强制循环采热，需安装循环泵；大型太阳热水工程改为本案直流式采热，无需循环泵，因而节省一次投资与运行成本，热效率有些提高。本案用于小型太阳热水系统具有操作稳定的优点 

具体实施方式

与现有国内保有量最大的中置联箱型集热器相比，本案中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统的中置联箱型集热器前期制造过程相同，即首先用板厚0.3mm的不锈钢薄板制成中置联箱內筒的“筒体”，其左、右两侧面均有一排可供直插全玻管(2)的翻边圆孔，然后再把的带有接管的中置联箱顶端盖(7)与中置联箱底端盖(6)，分别与上述“筒体”焊接，再作带有聚氨酯硬泡沫塑料的外筒，制成中置联箱(1)。 

其中所不同的是：由于“筒体”内腔有热水室(4)，热水室(4)的部件必须在中置联箱底端盖(6)、中置联箱顶端盖(7)与“筒体”焊接之前定位于“筒体”内腔之中；另外，“筒体”的尺寸亦要改变，以两侧均可插入20根Φ58*1800mm全玻管(2)的中置联箱(1)为例(全玻管的管距离为80mm)，“筒体”的尺寸原先是80*80*1720mm，更改后为80*120*1720mm。至于制作热水室(4)的部件(四周焊接余量另计)是一块宽度为80mm，长度为(1720+34+1720)＝3474mm的薄板；其中两个“1720”段，分别冲压20个翻边圆孔，各孔供插入Φ20mm铝塑管的热水导流管(5)之用，“34”段是热水室底板(8)。把这块薄板在“1720”与“1754”两处折直角弯成为“U形”部件，把它放入“筒体”内腔，定位后与中置联箱(1)的上、下面板焊接，再把中置联箱底端盖(6)、中置联箱顶端盖(7)与“筒体”焊接，即制成本实用新型的“中置联箱(1)”；中置联箱(1)两侧面各直插入20支全玻管(2)，即成为本案中置联箱型集热器；它作为一个集热单元、按常规方法一样，即按串、并联连接成阵列式集热系统。该集热系统的下部有“冷水进入总管”，把它与常闭式电磁阀(R)连接后与自来水网冷水进口(P)连通。在集热系统上部有“热水流出总管”，把它与三通管件(3)连接、其侧管口插入热水系统终端水温传感器(S)，再把三通管件(3)与太阳热水系统热水出口(Q)连接，即成“本案中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统”。 

[0035]操作方法：当整个太阳热水系统充满水、对自控系统设定整个太阳热水系统热水出口处(3)的温度(Tc，一般设定50℃)，自控系统按如下程序实施操作：太阳能集热系统接受阳光后，就略微开启常闭式电磁阀(R)。只要热水系统终端水温传感器(S)传输出的温度值小于Tc，就不再增加常闭式电磁阀(R)开度；当超过Tc时，就略增加常闭式电磁阀(R)开度；否则就减小开度。这样太阳热水系统热水出口(Q)处就不断输出合格热水。 

Claims (2)

1.一种中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统，其特征在于，该集热器由多根全玻璃真空集热管(2)从左、右两侧按水平取向插入一根内腔轴向设置一个两侧面有热水导流管(5)插孔热水室(4)的中置联箱(1)组成，中置联箱(1)倾角(ω)取值15°；多个中置联箱型集热器按串、并联连接后成为太阳能集热系统；太阳能集热系统最下部的中置联箱(1)中置联箱冷水进口(j)的下方顺序与常闭式电磁阀(R)及自来水网冷水进口(P)相连通；太阳能集热系统最上部中置联箱热水出口(k)顺序与三通管件(3)及太阳热水系统热水出口(Q)相连通，三通管件(3)的侧面管口内插入热水系统终端水温传感器(S)；太阳热水系统按照系统末端水温控制进水管道电磁阀开度的自控原理实现直流式采集太阳能。 

2.根据权利要求1所述的一种中置联箱型集热器的直流式太阳热水系统，其特征在于，所述两侧面有热水导流管(5)插孔热水室(4)主要由三块相互联结的、纵向剖视面呈现U字形的不锈钢薄板构件组成；三块不锈钢薄板顺次为：带热水导流管插孔左侧板(9)、热水室底板(8)、带热水导流管插孔右侧板(10)；该U字形薄板构件分别与中置联箱(1)的上、下面板及中置联箱顶端盖(7)焊接，焊接后U字形薄板构件的敞口端恰与中置联箱顶端盖(7)的中置联箱热水出口(k)连通；带热水导流管插孔左侧板(9)及带热水导流管插孔右侧板(10)上的各插孔恰与中置联箱(1)两侧面直插全玻璃真空集热管(2)的圆孔保持同心；带热水导流管插孔左侧板(9)及带热水导流管插孔右侧板(10)上的各插孔配置硅胶圈后，使插入的热水导流管(5)保持密合，各热水导流管(5)的长度比全玻璃真空集热管(2)要短200mm至400mm。 

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