CN211261324U - 一种集热器循环系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种集热器循环系统包括太阳能集热器、循环水泵、储水箱、控制器、散热器、电磁阀和温度传感器；所述循环水泵、电磁阀和温度传感器均与控制器连接；控制器通过温度传感器对管路水温进行实时监测，并通过管路间的电磁阀控制管路的通断状态，继而能够在一套系统中实现太阳能集热器的预热、蓄热、防过热和防冻等四个不同的运行模式，提高了集热器循环系统的实用性，并提高系统工作时的集热效率。

Description

一种集热器循环系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能技术领域，具体涉及一种集热器循环系统。

背景技术

随着我国节能减排等相关政策的颁布，各地相关单位均倡导使用清洁可再生能源，其中尤以推动太阳能的使用为主。目前市面上使用的太阳能真空管集热器系统具备集热效率高、热损失小、出水量大及系统简单等特点而广泛使用，但大多不能实现防冻、防过热过程，到冬季遇到极端气温，低于循环液体凝点温度时，集热系统集热管、管道常常出现冻坏的情况；当太阳辐射强度持续较大时，集热系统内液体温度显著升高，蓄热水箱内温度过高，集热系统内介质吸收的热量将无法与蓄热水箱介质之间发生更好地热交换而大量聚集，严重时造成集热管出现爆管。集热系统由于运行调节单一，安全性不高，从而使得大面积太阳能集中供暖系统时常瘫痪、闲置，从而不得不改用其他能源来替代，大大降低了能源使用效率，增加了使用成本。

实用新型内容

本实用新型提供一种集热器循环系统，解决系统使用过程中管路防冻的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种集热器循环系统，包括太阳能集热器、循环水泵和储水箱，太阳能集热器的出口端与储水箱的入口端之间设置有第一循环管道，太阳能集热器的入口端与储水箱的出口端之间设置有第二循环管道；一种集热器循环系统还包括旁通管、控制器、第四温度传感器、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，其中第二电磁阀设置在第一循环管道上，第三电磁阀设置在第二循环管道上；所述第四电磁阀设置在旁通管上；旁通管的一端连接在太阳能集热器与第二电磁阀之间的第一循环管道上，另一端连接在太阳能集热器与第三电磁阀之间的第二循环管道上；所述循环水泵设置在旁通管的一端与太阳能集热器之间的第一循环管道上或者设置在旁通管的另一端与太阳能集热器之间的第二循环管道上；所述第四温度传感器设置于旁通管的另一端与太阳能集热器之间的第二循环管道上；所述循环水泵、第四温度传感器、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀均与控制器连接；本技术方案中，第四温度传感器采集旁通管与太阳能集热器之间的第二循环管道上的温度，当太阳能集热系统的运行工况为夜间无太阳辐射时，如夜间室外温度低，从而旁通管与太阳能集热器之间的第二循环管道(即太阳能集热器侧管路)上水温较低，当控制器收到第四温度传感器所采集到的温度低于第一阈值温度并高于第二阈值温度时，控制器关闭第二电磁阀，打开循环水泵、第三电磁阀和第四电磁阀，系统管路中的水将处于流动状态，降低了结冻的风险，系统进入防冻模式I；若水温由于受周围环境的作用而降低到第二阈值温度以下时，控制器将关闭第四电磁阀，依次打开第二电磁阀、第三电磁阀、循环水泵打开，系统进入防冻模式Ⅱ，此时储水箱中的一部分热水将流进太阳能集热器管路中，从而使管路水温升高，避免水结冻的风险；控制器通过控制循环水泵、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀的开启和关闭，从而实现对集热器循环系统中水流的控制，最终达到系统管路防冻的目的。

作为本发明的进一步改进，所述的一种集热器循环系统还包括散热器、第一温度传感器和第一电磁阀组，所述第一电磁阀组包括电磁阀一和电磁阀二；所述散热器的入口端通过电磁阀一连接在旁通管的一端和第二电磁阀之间的管路上，散热器的出口端通过电磁阀二连接在旁通管的另一端和第三电磁阀之间的管路上；所述第一温度传感器设置于太阳能集热器的出口端；所述第一温度传感器和第一电磁阀组均与控制器连接；本技术方案中，第一温度传感器采集太阳能集热器的出口端的温度，当控制器收到第一温度传感器所采集到的温度高于阈值温度时，在控制器的控制下，第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀关闭，电磁阀一和电磁阀二打开，集热系统的热水将流经散热器，将太阳能集热器及管路中的水散失到空气中去；控制器通过控制循环水泵、第一电磁阀组、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀的开启和关闭，从而控制水流流经散热器，达到系统管路防过热的目的。

进一步，所述循环水泵设置在旁通管的另一端与太阳能集热器之间的第二循环管道上，第四温度传感器设置在循环水泵与旁通管之间；

进一步，所述的一种集热器循环系统还包括第二温度传感器和第三温度传感器；其中所述第二温度传感器设置于储水箱的上部；所述第三温度传感器设置于储水箱的下部；所述第二温度传感器和第三温度传感器均与控制器连接；所述上部为储水箱的顶部至储水箱三分之二高度处之间的位置；所述下部为储水箱的底部至储水箱三分之一高度处之间的位置；本技术方案中，第二温度传感器采集储水箱上三分之一水体的平均温度，第三温度传感器采集储水箱下三分之一水体的平均温度，当第一温度传感器所采集的温度在工作温度及最高阈值温度之间，第二温度传感器所采集的温度不大于最高阈值温度，第一温度传感器所采集的温度和第三温度传感器所采集的温度的温差在2℃以上，系统将保持蓄热循环；通过控制器分析第二温度传感器和第三温度传感器所采集的温度值，可以有效判断集热器循环系统是否保持蓄热循环，从而保证储水箱中的水温最终达到目标温度。

进一步，所述循环水泵(2)的数量为多个，每个循环水泵(2)之的间采用并联的方式连接；所述循环水泵(2)的数量遵循“一备一用”设计原则来具体确定。

进一步，所述太阳能集热器(1)的数量为多个，每个太阳能集热器(1)之间采用并联的方式连接；所述太阳能集热器(1)的数量遵循“一备一用”设计原则来具体确定。

综上，本实用新型的有益效果包括：

1、本实用新型采用了太阳能集热器、循环水泵、储水箱、控制器、电磁阀和温度传感器所组成的管路，通过控制器对温度传感器所采集的温度进行判断，继而对各个电磁阀进行有效控制，从而实现对集热器循环系统中水流的控制，最终达到系统管路防冻的目的。

2、本实用新型通过控制器对第一温度传感器所采集的温度值进行判断，继而对各个电磁阀进行有效控制，同时在系统中增加散热器，控制水流流经散热器，从而达到系统管路防过热的目的。

3、本实用新型通过控制器对第二温度传感器和第三温度传感器所采集的温度值进行判断，可以有效判定集热器循环系统是否保持蓄热循环，从而保证储水箱中的水温达到目标温度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型的系统结构示意图。

图中，1–太阳能集热器，2–循环水泵，3–储水箱，4–散热器，5-第一温度传感器，6-第二温度传感器，7-第三温度传感器，8-第四温度传感器，9-第一电磁阀组，10-第二电磁阀，11-第三电磁阀，12-第四电磁阀。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1

如图1所示，一种集热器循环系统，包括太阳能集热器1、循环水泵2和储水箱3，太阳能集热器1的出口端与储水箱3的入口端之间设置有第一循环管道，太阳能集热器1的入口端与储水箱3的出口端之间设置有第二循环管道，其特征在于，还包括旁通管、控制器、第四温度传感器8、第二电磁阀10、第三电磁阀11和第四电磁阀12，其中第二电磁阀10设置在第一循环管道上，第三电磁阀11设置在第二循环管道上；所述第四电磁阀12设置在旁通管上；旁通管的一端连接在太阳能集热器1与第二电磁阀10之间的第一循环管道上，另一端连接在太阳能集热器1与第三电磁阀11之间的第二循环管道上；所述循环水泵2设置在旁通管的另一端与太阳能集热器1之间的第二循环管道上；所述第四温度传感器8设置于旁通管的另一端与太阳能集热器1之间的第二循环管道上；所述循环水泵2、第四温度传感器8、第二电磁阀10、第三电磁阀11和第四电磁阀12均与控制器连接；在本实施例中，所述第一循环管道为上循环管道，第二循环管道为下循环管道，第四温度传感器8设置于循环水泵2与旁通管另一端之间的管路上；所述第二电磁阀10安装在靠近储水箱3上部的水管上，控制进入储水箱3的水；所述第三电磁阀11安装在靠近储水箱3下部的水管上，控制流出储水箱3的水；所述第四电磁阀12安装在旁通管上，旁通管连接于太阳能集热器1的上循环管道和下循环管道之间；所述第四温度传感器8用于监测循环水泵2入口处水的温度；

当集热器循环系统运行工况为夜间无太阳辐射时，考虑到太阳能集热器1广泛的使用环境，如在高海拔寒冷气候带或夜间室外温度低时，太阳能集热器1的周边管路水温较低，控制器通过第四温度传感器8所检测的温度信号与第一阈值温度和第二阈值温度进行比较来判断是否进入夜间防冻模式I，防止太阳能集热器1及管路冻裂等危险情况发生；其中所述第一阈值温度为7℃，第一阈值温度会随着测量地点的具体情况和系统热收益来进行调整；所述第二阈值温度为水的凝点温度+5℃安全温度；控制器在接收到第四温度传感器8所检测的温度信号后，当温度信号低于第一阈值温度并高于第二阈值温度时，集热器循环系统进入防冻模式Ⅰ，同时打开第三电磁阀11和第四电磁阀12，依次关闭第一电磁阀9和第二电磁阀10，并打开循环水泵2，系统管路中的水在流动状态时将降低结冻的风险；此时第三电磁阀11的打开，是为了弥补循环管路中因局部漏水所导致的水流量不足，不能进行水流充分循环的问题；当水温由于受周围环境的作用而降低到第二阈值温度以下时，系统进入防冻模式Ⅱ，控制器将关闭第一电磁阀9和第四电磁阀12，依次打开第二电磁阀10、第三电磁阀11和循环水泵2，此时储水箱3中的一部分热水将流进太阳能集热器1管路中，从而使管路水温升高，避免水结冻的风险，达到集热器循环系统防冻的目的。

所述的一种集热器循环系统还包括散热器4、第一温度传感器5和第一电磁阀组9，所述第一电磁阀组9包括电磁阀一和电磁阀二；所述散热器4的入口端通过电磁阀一连接在旁通管的一端和第二电磁阀10之间的管路上，散热器4的出口端通过电磁阀二连接在旁通管的另一端和第三电磁阀11之间的管路上；所述第一温度传感器5设置于太阳能集热器1的出口端；所述第一温度传感器5和第一电磁阀组9均与控制器连接；所述第一电磁阀9为一对电磁阀，分别安装在散热器4的入口端和出口端处，用于控制流进和流出散热器的水；所述第一温度传感器5用于监测太阳能集热器1的出口温度；

当储水箱3内水温升高时，集热系统管路内介质进入储水箱3后将无法使吸收的热量与储水箱3水体进行更好地交换，从而导致热量大量聚集，第一温度传感器5处的水温达到阈值温度时，其中所述阈值温度取当地大气压力下水的沸点温度，同时考虑5℃的安全温度，依次关闭第二电磁阀10、第三电磁阀11和第四电磁阀12，打开第一电磁阀组9和循环水泵2，集热系统的热水将流经散热器4，将太阳能集热器1及管路中的水散失到空气中去，从而达到集热器循环系统防过热的目的。

所述的一种集热器循环系统还包括第二温度传感器6和第三温度传感器7；其中所述第二温度传感器6设置于储水箱3的上部；所述第三温度传感器7设置于储水箱3的下部；所述第二温度传感器6和第三温度传感器7均与控制器连接；通过控制器分析第二温度传感器6和第三温度传感器7所采集的温度值，可以有效判断集热器循环系统是否继续保持蓄热循环，从而保证储水箱3中的水温达到目标温度；所述上部为储水箱3的顶部至储水箱3三分之二高度处之间的位置；所述下部为储水箱3的底部至储水箱3三分之一高度处之间的位置；所述循环水泵2的数量为二，两个循环水泵2采用并联的方式连接；所述太阳能集热器1的数量为二，两个太阳能集热器1采用并联的方式连接；

当在白天日出附近的时间，太阳辐射较弱，太阳能集热器1内的温度较低，此时太阳能集热器1内的水若进入水温较高的储水箱3，将使整个系统收集到的有用能减少，因此通过控制器所监测的第一温度传感器5处的温度未达到蓄热温度要求时，循环水泵2处于关闭状态，第一电磁阀组9和第二电磁阀10处于关闭状态，旁通管上的第四电磁阀12保持开启状态，太阳能集热器1与储水箱3间的第三电磁阀11处于开启状态，系统管路水处于静止状态；整个系统通过加入旁通管，实现集热系统的预热循环过程，避免传统集热循环启动时集热系统管路低温水进入储水箱的过程，提高系统工作时的集热效率；当第一温度传感器5处的水温达到蓄热温度要求时，依次关闭旁通管道上的第四电磁阀12，打开连接储水箱3供水管道上的第二电磁阀10，开启循环水泵2，从而将太阳能集热器1收集到的热量通过蓄热循环将热量传入到储水箱3内部，该过程相比在系统启动运行时将太阳能集热器1中的水流进储水箱3中的过程提高了系统的集热效率；当太阳能集热器1不停地接收环境中的太阳辐射，转化为系统的热量，当第一温度传感器5处的温度在工作温度及最高阈值温度之间，第二温度传感器6处温度不大于最高阈值温度，第一温度传感器5与第三温度传感器7两处所检测到的温差在2℃以上，系统将保持蓄热循环。

与传统的太阳能集热装置相比，本实用新型主要采用温度阈值及温差进行控制，系统同时能进行真空管类型集热系统的预热、蓄热、防过热及防冻等四个不同运行模式的转化，极大地提高了自动化程度和系统的安全性，保证了真空管集热器在寒冷、太阳辐射强，昼夜温差大等复杂环境条件下的安全运行；与现有技术相比，在实现相同保护功能的同等条件下，系统管件无明显增加，且无其他耗电设备引入，但运行可靠性明显提高。

本实用新型中的控制器对温度信号的处理、比较以及对循环水泵和各电磁阀的控制属于现有技术，本实施例中不再赘述。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种集热器循环系统，包括太阳能集热器(1)、循环水泵(2)和储水箱(3)，太阳能集热器(1)的出口端与储水箱(3)的入口端之间设置有第一循环管道，太阳能集热器(1)的入口端与储水箱(3)的出口端之间设置有第二循环管道，其特征在于，还包括旁通管、控制器、第四温度传感器(8)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)和第四电磁阀(12)，其中第二电磁阀(10)设置在第一循环管道上，第三电磁阀(11)设置在第二循环管道上；所述第四电磁阀(12)设置在旁通管上；旁通管的一端连接在太阳能集热器(1)与第二电磁阀(10)之间的第一循环管道上，另一端连接在太阳能集热器(1)与第三电磁阀(11)之间的第二循环管道上；所述循环水泵(2)设置在旁通管的一端与太阳能集热器(1)之间的第一循环管道上或者设置在旁通管的另一端与太阳能集热器(1)之间的第二循环管道上；所述第四温度传感器(8)设置于旁通管的另一端与太阳能集热器(1)之间的第二循环管道上；所述循环水泵(2)、第四温度传感器(8)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)和第四电磁阀(12)均与控制器连接；

还包括散热器(4)、第一温度传感器(5)和第一电磁阀组(9)，所述第一电磁阀组(9)包括电磁阀一和电磁阀二；所述散热器(4)的入口端通过电磁阀一连接在旁通管的一端和第二电磁阀(10)之间的管路上，散热器(4)的出口端通过电磁阀二连接在旁通管的另一端和第三电磁阀(11)之间的管路上；所述第一温度传感器(5)设置于太阳能集热器(1)的出口端；所述第一温度传感器(5)和第一电磁阀组(9)均与控制器连接；

还包括第二温度传感器(6)和第三温度传感器(7)；其中所述第二温度传感器(6)设置于储水箱(3)的上部；所述第三温度传感器(7)设置于储水箱(3)的下部；所述第二温度传感器(6)和第三温度传感器(7)均与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种集热器循环系统，其特征在于，所述循环水泵(2)设置在旁通管的另一端与太阳能集热器(1)之间的第二循环管道上，第四温度传感器(8)设置在循环水泵(2)与旁通管之间。

3.根据权利要求1所述的一种集热器循环系统，其特征在于，所述上部为储水箱(3)的顶部至储水箱(3)三分之二高度处之间的位置；所述下部为储水箱(3)的底部至储水箱(3)三分之一高度处之间的位置。

4.根据权利要求1所述的一种集热器循环系统，其特征在于，所述循环水泵(2)的数量为多个，每个循环水泵(2)之间采用并联的方式连接。

5.根据权利要求1所述的一种集热器循环系统，其特征在于，所述太阳能集热器(1)的数量为多个，每个太阳能集热器(1)之间采用并联的方式连接。

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