CN204593913U - 适于严寒气候使用的太阳能热水系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种适于严寒气候使用的太阳能热水系统，包括太阳能集热器、循环水管和储热水箱，所述循环水管内设置有其体积随着管内水压的增大而减小、随着管内水压的减小而增大的弹性装置。实用新型在水管内设置了具有特殊性能的弹性装置，当环境温度达到零度以下而使水管内的水结冰时，弹性装置体积收缩，正好吸收水结冰体积增大的部分，进而保护循环水管的管壁不会因为膨胀而破裂。本实用新型在水管内设置了其体积能够随外界压力的变化而变化的弹性装置，当环境温度达到零度以下而使水管内的水结冰时，弹性装置体积收缩，从而吸收了水结冰时体积增大的部分，进而保护循环水管的管壁不会因为膨胀而破裂。

Description

适于严寒气候使用的太阳能热水系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能热水器生产制造、应用领域，尤其是一种严寒地区使用的太阳能热水系统。

背景技术

太阳能是取之不尽，用之不竭，没有污染的巨大能源。随着世界上煤、油、气的储量日益减少，能源危机已真正摆在人们面前，并且传统能源的使用也威胁着自然环境，破坏生态平衡。因此太阳能已被视作最佳的环保再生能源。随着太阳能利用技术的发展，太阳能热水系统也随之出现，并且逐渐成为太阳能利用的重要能量转换设备。在各种太阳能热水系统中平板太阳能热水器因其具有寿命长、耐腐蚀、故障少等优点，已经逐步成为太阳能热水系统的主流。

太阳能热水系统都是安装在室外，直接暴露在风雨的侵袭下。我国大部分地区都有零度以下的天气出现，在这种寒冷天气情况下，平板太阳能热水系统中的水会在零度以下结冰体积膨胀涨坏管道，造成热水系统漏水无法正常使用。

所以目前市场上的太阳能热水系统在寒冷气候条件下无法直接使用水做循环介质，暂时还没有更好的解决方案，目前最好的方案只有利用冰点低的化学制剂(防冻液)做系统中的循环介质，然后在储热水箱中设置夹套或者盘管等换热器来二次换热，解决太阳能集热系统中管道结冰的问题。这种方法依然有以下几大弊端：

第一，由于储热水箱中使用的是夹套或者盘管换热器进行二次换热，二次换热有一定的热损，相较直接换热而言，热转换效率低下，系统成本居高不下。

第二，由于使用的防冻液都是化学制剂(乙二醇、丙三醇等)，管道一旦渗漏容易造成对环境造成污染，一旦进入水中对人体健康会有很大的伤害。防冻液的成本比水要高，大量使用造成系统成本居高不下。

第三，防冻液是由化学制剂和水组合而成，高温流动会使水蒸发，造成经常需要加液来保证系统正常运行，使产品后续维护困难，成本上升，而且长期使用以后，防冻效果也会逐年下降达不到防冻的效果。

实用新型内容

本实用新型目的是：针对上述问题，本实用新型提供一种适于严寒气候使用的太阳能热水系统。

本实用新型的技术方案是：一种适于严寒气候使用的太阳能热水系统，包括太阳能集热器、循环水管和储热水箱，所述循环水管内设置有其体积随着管内水压的增大而减小、随着管内水压的减小而增大的弹性装置。

本实用新型在上述技术方案的基础上，还包括以下优选方案：

所述弹性装置由采用弹性材料制成且带有密闭内腔的空心体、以及填充在该空心体内的气体构成。

所述空心体内设置有加强筋。

所述气体为空气。

所述弹性装置由采用弹性材料制成且带有密闭内腔的空心体、以及设置在该空心体内的加强筋构成。

所述弹性材料为橡胶。

所述弹性材料为硅胶。

所述空心体为球形结构或条形结构。

当所述循环水管内的水压为0.6MPa时，所述空心体的截面积小余所述循环水管截面的1/3。

所述空心体由限位装置限定在所述循环水管内。

本实用新型的优点是：

1、此实用新型由于在水管内设置了具有特殊性能的弹性装置，不再需要利用夹套、盘管等部件和防冻液来进行二次换热，使用一次循环可以提升热水系统(热水器)百分之十以上的热效率。

2、此实用新型由于不使用化学制剂做循环介质可以减少整个使用过程对环境的污染和对人身体伤害的安全隐患。

3、此实用新型由于不使用化学制剂做循环介质和不使用换热器(夹套、盘管)换热，一次性投入成本和后续维护两项成本综合下降百分之十五左右。

4、此实用新型在水管内设置了具有特殊性能的弹性装置，当环境温度达到零度以下而使水管内的水结冰时，弹性装置体积收缩，正好吸收水结冰体积增大的部分，进而保护循环水管的管壁不会因为膨胀而破裂。

5、由于本实用新型在水管内设置了具有特殊性能的弹性装置，从而使得该太阳能热水系统可以使用普通的水而非防冻液作为工作液，安全环保且生产成本降低。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例这种适于严寒气候使用的太阳能热水系统的整体结构示意图；

图2为图1中的A部放大图；

图3为本实用新型实施例中弹性装置的横向截面图；

图4为本实用新型实施例中弹性装置的纵向截面图；

图5为弹性装置采用球形结构时的截面图；

其中：1-太阳能集热器，2-循环水管，3-储热水箱，4-弹性装置，4a-空心体，4b-气体，4c-加强筋，5-太阳能控制器，6-循环泵。

具体实施方式

图1～图5示出了本实用新型这种适于严寒气候使用的太阳能热水系统的一个具体实施例，与传统太阳能热水系统相同的是，该系统也包括太阳能集热器1、循环水管2、储热水箱3、循环泵6和太阳能控制器5等部件。

上述太阳能集热器1是由多块平板式集热板组成的集热板矩阵结构，这些集热板可以是并联，也可以是串联。所述储热水箱3可以采用不锈钢水箱、搪瓷水箱或者其他材质的水箱，只需要设置上下循环水口、冷水进口、热水出口等基本结构即可。所述循环泵6为常规热水循环泵即可。所述太阳能控制器5为常规控制器即可。所述循环水管2可以采用PPR管、铜管、铝塑管、镀锌管等各种常规管道，材质不做特殊要求。

储热水箱的循环出口与循环泵进水口相连，循环泵由太阳能控制器温差控制，循环泵出口与太阳能集热器的下循环进口相连，太阳能集热器的上循环出口与储热水箱的循环进水口相连。

本实施例的关键改进在于：所述循环水管2内设置有其体积随着管内水压的增大而减小、随着管内水压的减小而增大的弹性装置4。

因为该太阳能热水系统采用上述结构改进之后，而使的其可以采用普通的水作为工作液，而非具有各种问题的防冻液，而且达到不使用二次换热的目的，具体分析如下：

当使用地区天气出现变化，环境温度达到零度以下时，特别是阴雨天和夜里，太阳能集热器1接受不到阳光的照射，系统内没有温差产生，流道的水不再循环流动，水会开始结冰。水结冰时体积会膨胀成原来循环水管2中水体积的约1.1倍，由于管中预置了上述的弹性装置4，这时弹性装置4受到水体积膨胀的挤压(弹性装置4受到的压力增大)时开始收缩，正好吸收水结冰体积增大的部分，从而保护循环水管2的管壁不会因为膨胀而破裂。当有阳光照射在太阳能集热器1上的时候，管道中的冰开始升温，冰融化成水体积变小，弹性装置4所受到的压力变小，弹性装置4由于内部压力和结构的弹性回复至收缩前的状态，水开始流动，系统正常运行，如此反复，达到整个系统能在严寒气候条件下不使用防冻液和不使用二次换热还能正常运行的目的。

所述弹性装置4可以采用本领域普通技术人员所熟知的各种结构形式。本例中，该弹性装置4是由采用弹性材料制成且带有密闭内腔的空心体4a、以及填充在该空心体内的气体4b构成的。本例中，为了节省成本，填充在该空心体内的气体4b为空气，当然也可以采用其他气体。

为了避免所述空心体4a在其内填充的气体压力作用下而向外张开过大，堵塞管道，同时为了利于空心体4a在管内水压降低时能顺利回弹，本例在所述空心体4a内还设置了加强筋4c。本例中该加强筋4c为十字形结构。

所述空心体4a的选材也很重要，其最好是不溶于水、对人体无毒无副作用，无味、无腐蚀、能耐受100以上的高温，能耐受零下40度的低温的材料。本例中，用于制作所述空心体4a的弹性材料为橡胶，优选为硅胶。实施时，采用耐高温和低温的橡胶材料经过模压制作而成。

如图3和图4所示，本例中所述空心体4a为条形结构，当然其也可以采用图5所示的球形结构或其他形状。一般来说，当该弹性装置4为条形结构时，其制作方法为：采用耐高温和低温的橡胶材料经过模压制作成空心的密闭的条状结构，在空心的内部设置“十”字加强筋，并且充装一定压力的空气；当该弹性装置4为球形结构时，其制作方法为：用耐高温和低温的橡胶材料经过模压制作成空心的密闭的圆球，在圆球内部设置加强筋，并且充装一定压力的空气。

在该系统正常工作的状态下，一般所述循环水管2内的水压为0.3MPa以下，这时需保证所述空心体4a的截面积小于所述循环水管2截面的1/3。如此设置的好处在于其外形的设计不会影响循环水管中三分之二的水流量。

为了避免所述空心体4a随水流流出水管，本例采用限位装置将所述空心体4a限定在所述循环水管2内而不能流出，具体方式如下：在循环水管2的内部分段加装圆形的不锈钢网盖，此网盖孔眼直径必须小于弹性装置的外形。这些不锈钢网盖即为上述的限位装置。

本实施例这种太阳能热水系统既可以是应用于大型工业集中供热系统中，也可以应用于家用挂壁式供热系统中，当其应用于家用挂壁式供热系统中时，一般不需要设置循环泵6等部件。

当然，上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让人们能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适于严寒气候使用的太阳能热水系统，包括太阳能集热器(1)、循环水管(2)和储热水箱(3)，其特征在于：所述循环水管(2)内设置有其体积随着管内水压的增大而减小、随着管内水压的减小而增大的弹性装置(4)。

2.根据权利要求1所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：所述弹性装置(4)由采用弹性材料制成且带有密闭内腔的空心体(4a)、以及填充在该空心体内的气体(4b)构成。

3.根据权利要求2所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：所述空心体(4a)内设置有加强筋(4c)。

4.根据权利要求2所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：所述气体(4b)为空气。

5.根据权利要求2所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：所述弹性材料为橡胶。

6.根据权利要求5所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：所述弹性材料为硅胶。

7.根据权利要求2所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：所述空心体(4a)为球形结构或条形结构。

8.根据权利要求2所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：当所述循环水管(2)内的水压为0.6MPa时，所述空心体(4a)的截面积小余所述循环水管(2)截面的1/3。

9.根据权利要求2所述的适于严寒气候使用的太阳能热水系统，其特征在于：所述空心体(4a)由限位装置限定在所述循环水管(2)内。