CN211977284U - 一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，包括控制器、真空管集热器、储热水井、换热水箱、用热装置、家庭用水点、取暖器、室内温度传感器，所述真空管集热器外接并联设置的闭式强制循环系统和储热水井，闭式强制循环系统外接并联的换热水箱和用热装置，换热水箱接家庭用水点和取暖器。其结构紧凑，使用便捷，兼顾吸热、储热、供热和安全检控。

Description

一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能利用系统，具体说是一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统。

背景技术

我国传统广泛使用的屋顶式太阳能热水器采用真空管直接加热水，利用高低落差产生水压以供用户对热水的需求，但是该功能产出的热水夏季水温过高，富余的热量无法储存，只能浪费，而冬季水温不够，不足以利用。随着生活条件的改善，用户对于用水舒适度的要求也在提高，承压使用已经越来越普及，屋顶式普通太阳能热水器已逐步被淘汰。

目前市场上广泛采用的太阳能采暖系统投入成本高，且只有冬季取暖季节才能使用，利用率不高，春夏秋三季的热量不能储存，设备投入利用率相对较低，造成成本浪费。

另外，太阳能集热中高温状态下，导热油长期与空气接触，氧化及挥发现象严重，使得导热油不断减少，黏度增加，流通性能降低，易造成管路堵塞或缺油无法使用，存在较大的使用安全隐患。

发明内容

针对现有技术中太阳能热能利用中出现的上述问题，本实用新型提供了一种结构紧凑，使用便捷，兼顾吸热、储热、供热和安全检控的真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统。

本实用新型采用的技术方案是：一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，包括控制器、真空管集热器、储热水井、换热水箱、用热装置、家庭用水点、取暖器、室内温度传感器，其特征在于：所述真空管集热器外接并联设置的闭式强制循环系统和储热水井，闭式强制循环系统外接并联的换热水箱和用热装置，换热水箱接家庭用水点和取暖器；所述闭式强制循环系统包括储热箱，真空管集热器的介质出口接总出管，总出管上依次设置有总出流量传感器、总出止回阀后分两路，总出管一路接水井进管，水井进管接储热水井内的水井换热盘管，水井换热盘管经水井电磁阀接总回管，总回管上依次设有总回泵、总回流量传感器、总回止回阀，总回管接真空管集热器的介质回口，总出管另一路接储热箱上部一侧，储热箱下部另一侧接出分两路，一路经带有介质回收泵、介质回收电磁阀的介质回收管接真空管集热器的介质回口，另一路经带有强制循环电磁阀的强制循环管接总回管的总回泵；所述储热箱上部一侧外接用热管，用热管上依次设置用热截止阀、用热装置、用热输送泵、用热输送电磁阀，用热管接至储热箱下部一侧；所述储热箱上部另一侧外接换热进管，换热进管接换热水箱内的水箱换热盘管，水箱换热盘管接出换热水箱外的换热出管，换热出管上一次设置换热电磁阀、换热输送泵，换热出管接回储热箱下部另一侧；所述换热水箱一侧上部外接分出两路，一路经供水管接家庭用水点，另一路经水箱供水管接取暖器进口，水箱供水管上依次设置水箱供水止回阀、水箱供水电磁阀，取暖器出口经供暖出水管分两路，一路经带有水箱回水泵的水箱回水管接换热水箱一侧下部，另一路经带有水井供水电磁阀、水井供水泵的水井供水回水管接储热水井下部，储热水井中上部经依次带有过滤器、水井供水止回阀的水井供水进水管接取暖器进口；所述真空管集热器内设集热温度传感器，储热箱、换热水箱、换热水井的上部均设置液位液温计，储热箱的下部设置储热温度传感器，换热水箱下部设置辅助加热器，换热水箱下部一侧外接自来水进水管，自来水进水管上依次设置自来水进水截止阀、自来水进水减压阀和自来水进水止回阀，换热水箱下部另一侧外接排污管，排污管上设置排污截止阀，上述所有传感器、液位液温计、电磁阀、泵、截止阀、辅助加热器均接控制器。

进一步地，所述储热箱上部经储热上盖封装，储热上盖下方的储热箱内设置顶部隔膜，储热上盖上设有排气管，储热箱外设保温层。

进一步地，所述外接用热管低于储热箱上接进总出管的位置。

进一步地，所述换热水箱上部外接排气管。

进一步地，所述辅助加热器低于换热出管和水箱回水管在换热水箱上的接入位置，高于自来水进水管在换热水箱上的接入位置，自来水进水管在换热水箱上的接入位置高于排污管。

进一步地，所述辅助加热器为电加热器。

进一步地，所述真空管集热器包括斜支架、上、下联箱、高温储液管和多个玻璃真空管，多个玻璃真空管依次斜撑放置在斜支架上、下的上、下联箱内，下联箱一侧设置连通下联箱内联箱内腔的介质回口，多个玻璃真空管的下管口伸入支撑并连通联箱内腔内，联箱内腔内设高温储液管，高温储液管伸出下联箱另一侧接介质出口，高温储液管上分别接多个一一对应玻璃真空管的不锈钢导流管，每个不锈钢导流管经支承片由与其对应的玻璃真空管下管口支撑伸入玻璃真空管内，不锈钢导流管在玻璃真空管内与其内底之间留有间隙。

进一步地，所述高温储液管内设集热温度传感器，集热温度传感器伸入与其位置对应的不锈钢导流管中。

进一步地，所述介质出口外接检修阀管。

进一步地，所述真空管集热器和储热箱内储放导热油。

本集热系统可根据用户面积或场地需求来计算集热面积，可单个真空管集热器工作，也可由多个真空管集热器串联，组成阵列工作。真空管集热器斜放以增加集热面积及光照时长。真空管集热器的玻璃真空管布置采用并联方式，安装方便，直接加热导热油，集热高效。下联箱内设置高温储油管，冷热油分别在联箱内腔和高温储油管内流动，不会混合。高温储油管由保温层包裹，热量损失小。下联箱两端设置多个螺纹接口，用于集热器组合时的联结，方便组成集热器阵列。

本实用新型系统的控制方法为：

1、高温储热：系统使用时，控制器打开强制循环电磁阀、关闭水井电磁阀，将储热箱内低温导热油输送至真空管集热器内，通过总回泵的压力，将低温油往真空管集热器的上端挤压，加热过的高温导热油被低温导热油挤进不锈钢导流管，并流至高温储油管，从高温储油管的介质出口经总出管流向储热箱，形成一个强制循环油路，从而使储热箱内不断循环集热，导热油在集热箱内高温储热；当集热温度传感器与储热温度传感器测得温度相差低于设定数值或储热温度传感器测得温度达到储热限定值时，强制循环系统停止工作；

2、高温用热：在用热装置需要较高温度的用热需求时，用热输送泵开启，用热管经用热截止阀将储热箱内高温导热油供给用热装置，并返回储热箱；

3、高温用水：在家庭用水点需要中高温度的用水需求时，换热输送泵开启，换热进管将储热箱内高温导热油供给换热水箱水箱换热盘管与其中水体换热，并经换热电磁阀返回储热箱；换热后中高温的换热水箱中水体经供水管供给家庭用水点中高温用水；当在储热箱储热无法满足与换热水箱换热得到中高温用水时，辅助电加热启动对换热水箱供水补热；

4、过剩热能储热：在高温储热的强制循环系统停止工作后，控制器打开水井电磁阀、关闭强制循环电磁阀，导热油由真空管集热器的介质出口送出至水井进管，水井进管送至水井换热盘管将热能储存在储热水井中，导热油再由水井出管、总回管返回真空管集热器的介质回口，储热水井内水体储热；

5、供暖：控制器自动检测室内温度传感器和储热水井中的水井温度传感器，当检测到室内温度低于设定值、储热水井中的温度满足供暖需求时，自动开启水井供水泵和水井供水电磁阀，对取暖器进行供水形成供暖强制循环；当检测到室内温度升高到设定值时，常温用热停止工作；

6、供暖补热：当检测室内温度过低或始终无法经常温用热达到设定值时，水箱供水电磁阀启动，水箱供水管经水箱供水止回阀将换热水箱内中高温水体供给取暖器补热，对取暖器的补热以达到设定的室内温度；

7、储热介质泄漏警报：控制器实时对总出管上总出流量传感器和总回管上的总回流量传感器检测流量实施安全检控，当数据不一致时，控制器判定真空管集热器管路内部破损，此时控制器开启介质回收泵和介质回收电磁阀，将总回管中导热油送至储热箱中，发出故障报警停止工作及时告知用户进行维修。

本实用新型采用上述结构、原理，具有以下优点：

1、多管路循环系统不同时工作，每个循环系统开启后产生不同的功能，满足不同的热能温度需求。

2、采用传感元件，自动化程度更高；

3、采用导热油作为介质，能传输更多的热量，效率也更高；

4、采用玻璃真空管闷晒加热，热量损失小，成本低廉；

5、兼具用热、供暖、供热水等，利用率高，经济效益明显。

本实用新型满足用热装置、家庭用水点、取暖器不同用热点对温度的不同需求，通过对控制器的设定，控制储热箱、储热水井、换热水箱内的温度，满足用热装置例如炊事、制冷、发电、烘干等高温需求，满足家庭洗漱用水等中高温需求，以及取暖用水需求。

本实用新型储热箱为全封闭式，储热箱顶部隔膜具有弹性，储热上盖设有排气管，当导热油介质膨胀或收缩时，顶部隔膜也会随之升降，始终保证储热箱内的导热油与空气隔绝，杜绝导热油与空气接触氧化。储热箱整体被保温材料包裹，热量损失小。储热箱顶部为弹性隔膜并留有空间，且总出管上设有总出止回阀，所有回收的导热油不会返回介质处口；不锈钢导流管及高温储油管中的导热油始终储存在管路中，不会流出；故障报警结合储热箱中液位液温计提供的低液位报警，免去了用户需要经常检查导热油是否足够、是否存在破损泄漏的工作，安全、自动化程度更高。

本实用新型换热水箱承压使用，自来水进水管直接接入换热水箱下部，当家庭用水时，进入的冷水将热水顶出，始终保持换热水箱满水状态。首次注水时，开启换热水箱顶部的排气阀，将换热水箱注满，关闭阀门后即为承压水箱。用水时，自来水进水管进冷水，将换热水箱上部的热水顶出使用，增加用水压力及舒适度，在换热水箱底部设置排污管，可定期清洗水箱结垢。

本实用新型通过多个温度传感器控制的导热油强制循环启闭系统，以及通过流量传感器控制的油路破损检测报警系统，所有采集信息汇集到控制器进行运算控制，极大的提高了系统的自动化程度。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为强制循环的太阳能-储热油箱示意图；

图3为管路破损导时导热油回收示意图；

图4为强制循环的储热油箱高温利用示意图；

图5为换热水箱强制循环换热-承压供热水示意图；

图6为强制循环的太阳能热量储存示意图；

图7为强制循环的储热水井-供暖示意图；

图8为强制循环的换热水箱-供暖示意图；

图9为真空管集热器内部结构示意图；

图10为图9左视图。

图中：真空管集热器1、斜支架2、上联箱3、下联箱4、下联箱内腔5、高温储液管6、玻璃真空管7、不锈钢导流管8、介质回口9、介质出口10、集热温度传感器11、总出管12、总流量传感器13、总止回阀14、储热箱15、顶部隔膜16、储热排气管17、储热液位液温计18、储热温度传感器19、强制循环管20、强制循环电磁阀21、总回泵22、总回流量传感器23、总回止回阀24、总回管25、介质回收管26、介质回收电磁阀27、介质回收泵28、用热管29、用热截止阀30、用热装置31、用热输送泵32、用热输送电磁阀33、换热进管34、换热水箱35、水箱换热盘管36、水箱排气管37、辅助电加热38、水箱液位液温计39、换热出管40、换热电磁阀41、换热输送泵42、供水管43、家庭用水点44、自来水进水管45、自来水进水截止阀46、自来水进水减压阀47、自来水进水止回阀48、排污管49、排污截止阀50、水箱供水管51、水箱供水止回阀52、水箱供水电磁阀53、取暖器54、供暖出水管55、水箱回收管56、水箱回水泵57、室内温度传感器58、储热水井59、水井换热盘管60、水井供水进水管61、水井供水止回阀62、水井供水回水管63、水井供水电磁阀64、水井供水泵65、控制器66、检修阀管67、水井进管68、水井电磁阀69、过滤器70、水井液位液温计71、水井出管72。

具体实施方式

下面将结合附图详细说明依据本实用新型提出的具体结构及细节实施说明。

图1、9、10所示：一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，包括控制器66、真空管集热器1、储热箱15、储热水井59、换热水箱35、用热装置31、家庭用水点44、取暖器54、室内温度传感器58，如图9、10所示，真空管集热器1包括斜支架2、上联箱3、下联箱4、下联箱内腔5、高温储液管6、玻璃真空管7、不锈钢导流管8、介质回口9、介质出口10、集热温度传感器11和检修阀管67，多个玻璃真空管7依次斜撑放置在斜支架2上、下的上、下联箱3、4内，真空管集热器内储放导热油，下联箱一侧设置连通下联箱内下联箱内腔5的介质回口9，多个玻璃真空管的下管口伸入支撑并连通联箱内腔内，联箱内腔内设高温储液管6，高温储液管伸出下联箱另一侧接介质出口10，高温储液管上分别接多个一一对应玻璃真空管的不锈钢导流管8，每个不锈钢导流管经支承片由与其对应的玻璃真空管下管口支撑伸入玻璃真空管内，不锈钢导流管在玻璃真空管内与其内底之间留有间隙，高温储液管内设集热温度传感器11，集热温度传感器伸入与其位置对应的不锈钢导流管中；介质出口外接检修阀管67和总出管12。

总出管12外接并联设置的储热箱15和储热水井59，总出管12上依次设置有总出流量传感器13、总出止回阀14后分两路，总出管一路接水井进管68，水井进管68接储热水井内的水井换热盘管60，水井换热盘管经带水井电磁阀69的水井出管72接总回管25，总回管上依次设有总回泵22、总回流量传感器23、总回止回阀24，总回管25接真空管集热器的介质回口10，总出管12另一路接储热箱15上部一侧，储热箱上部均设置储热液位液温计18，储热箱的下部设置储热温度传感器19，储热箱下部另一侧接出分两路，一路经带有介质回收泵28、介质回收电磁阀27的介质回收管26接真空管集热器的介质回口9，另一路经带有强制循环电磁阀21的强制循环管20接总回管的总回泵22；储热箱15上部经储热上盖封装，储热上盖下方的储热箱内设置顶部隔膜16，储热上盖上设有储热排气管17，储热箱外设保温层，储热箱15上部一侧外接低于储热箱上接进总出管的用热管29，用热管上依次设置用热截止阀30、用热装置31、用热输送泵32、用热输送电磁阀33，用热管接至储热箱下部一侧；储热箱15上部另一侧外接换热进管34，换热进管接换热水箱35内的水箱换热盘管36，水箱换热盘管接出换热水箱外的换热出管40，换热出管上一次设置换热电磁阀41、换热输送泵42，换热出管接回储热箱下部另一侧；换热水箱15顶部穿接伸入其底部的水箱排气管37，换热水箱15侧壁设置水箱液位液温计39，换热水箱15底部设置辅助电加热38，换热水箱下部一侧外接自来水进水管45，自来水进水管上依次设置自来水进水截止阀46、自来水进水减压阀47和自来水进水止回阀48，换热水箱下部另一侧外接排污管49，排污管上设置排污截止阀50；换热水箱15一侧上部外接分出两路，一路经供水管43接家庭用水点44，另一路经水箱供水管51接取暖器54进口，水箱供水管上依次设置水箱供水止回阀52、水箱供水电磁阀53，取暖器出口经供暖出水管55分两路，一路经带有水箱回水泵57的水箱回水管56接换热水箱一侧下部，另一路经带有水井供水电磁阀64、水井供水泵65的水井供水回水管63接储热水井59下部，储热水井59中上部经依次带有过滤器70、水井供水止回阀62的水井供水进水管61接取暖器进口，储热水井59上部设置水井液位液温计71；上述所有传感器、液位液温计、电磁阀、泵、截止阀、辅助电加热器均接控制器66，控制器66接室内温度传感器58。

为了进一步提高使用性能，设计辅助加热器低于换热出管和水箱回水管在换热水箱上的接入位置，高于自来水进水管在换热水箱上的接入位置，自来水进水管在换热水箱上的接入位置高于排污管。

本实用新型的控制方法为：

1、高温储热（如图2）：系统使用时，控制器打开强制循环电磁阀、关闭水井电磁阀，将储热箱内低温导热油输送至真空管集热器内，通过总回泵的压力，将低温油往真空管集热器的上端挤压，加热过的高温导热油被低温导热油挤进不锈钢导流管，并流至高温储油管，从高温储油管的介质出口经总出管流向储热箱，形成一个强制循环油路，从而使储热箱内不断循环集热，导热油在集热箱内高温储热；当集热温度传感器与储热温度传感器测得温度相差低于设定数值或储热温度传感器测得温度达到储热限定值时，强制循环系统停止工作；

2、高温用热（如图4）：在用热装置需要较高温度的用热需求时，用热输送泵开启，用热管经用热截止阀将储热箱内高温导热油供给用热装置，并返回储热箱；

3、高温用水（如图5）：在家庭用水点需要中高温度的用水需求时，换热输送泵开启，换热进管将储热箱内高温导热油供给换热水箱水箱换热盘管与其中水体换热，并经换热电磁阀返回储热箱；换热后中高温的换热水箱中水体经供水管供给家庭用水点中高温用水；当在储热箱储热无法满足与换热水箱换热得到中高温用水时，辅助电加热启动对换热水箱供水补热；

4、过剩热能储热（如图6）：在高温储热的强制循环系统停止工作后，控制器打开水井电磁阀、关闭强制循环电磁阀，导热油由真空管集热器的介质出口送出至水井进管，水井进管送至水井换热盘管将热能储存在储热水井中，导热油再由水井出管、总回管返回真空管集热器的介质回口，储热水井内水体储热；

5、供暖（如图7）：控制器自动检测室内温度传感器和储热水井中的水井温度传感器，当检测到室内温度低于设定值、储热水井中的温度满足供暖需求时，自动开启水井供水泵和水井供水电磁阀，对取暖器进行供水形成供暖强制循环；当检测到室内温度升高到设定值时，常温用热停止工作；

6、供暖补热（如图8）：当检测室内温度过低或始终无法经常温用热达到设定值时，水箱供水电磁阀启动，水箱供水管经水箱供水止回阀将换热水箱内中高温水体供给取暖器补热，对取暖器的补热以达到设定的室内温度；

7、储热介质泄漏警报（如图3）：控制器实时对总出管上总出流量传感器和总回管上的总回流量传感器检测流量实施安全检控，当数据不一致时，控制器判定真空管集热器管路内部破损，此时控制器开启介质回收泵和介质回收电磁阀，将总回管中导热油送至储热箱中，发出故障报警停止工作及时告知用户进行维修。

本实用新型真空管太阳能集热器多功能储热供热系统，通过多个智能控制的闭式强制循环系统，将高温导热介质输送至用热装置跟储热装置。每个强制闭路循环可以单独控制，也可以通过检测到的传感器信号进行智能切换。因为导热介质是导热油，升温快、温度高、热效率高，抗冻防结垢，通过对控制器的设定，控制储热油箱及换热水箱内的温度，达到既满足常规低温使用，又增加了太阳能中高温利用方式，可用于热水、炊事、供暖、制冷、发电等，真正做到一机多能。

Claims (9)

1.一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，包括控制器、真空管集热器、储热水井、换热水箱、用热装置、家庭用水点、取暖器、室内温度传感器，其特征在于：所述真空管集热器外接并联设置的闭式强制循环系统和储热水井，闭式强制循环系统外接并联的换热水箱和用热装置，换热水箱接家庭用水点和取暖器；所述闭式强制循环系统包括储热箱，真空管集热器的介质出口接总出管，总出管上依次设置有总出流量传感器、总出止回阀后分两路，总出管一路接水井进管，水井进管接储热水井内的水井换热盘管，水井换热盘管经水井电磁阀接总回管，总回管上依次设有总回泵、总回流量传感器、总回止回阀，总回管接真空管集热器的介质回口，总出管另一路接储热箱上部一侧，储热箱下部另一侧接出分两路，一路经带有介质回收泵、介质回收电磁阀的介质回收管接真空管集热器的介质回口，另一路经带有强制循环电磁阀的强制循环管接总回管的总回泵；所述储热箱上部一侧外接用热管，用热管上依次设置用热截止阀、用热装置、用热输送泵、用热输送电磁阀，用热管接至储热箱下部一侧；所述储热箱上部另一侧外接换热进管，换热进管接换热水箱内的水箱换热盘管，水箱换热盘管接出换热水箱外的换热出管，换热出管上一次设置换热电磁阀、换热输送泵，换热出管接回储热箱下部另一侧；所述换热水箱一侧上部外接分出两路，一路经供水管接家庭用水点，另一路经水箱供水管接取暖器进口，水箱供水管上依次设置水箱供水止回阀、水箱供水电磁阀，取暖器出口经供暖出水管分两路，一路经带有水箱回水泵的水箱回水管接换热水箱一侧下部，另一路经带有水井供水电磁阀、水井供水泵的水井供水回水管接储热水井下部，储热水井中上部经依次带有过滤器、水井供水止回阀的水井供水进水管接取暖器进口；所述真空管集热器内设集热温度传感器，储热箱、换热水箱、换热水井的上部均设置液位液温计，储热箱的下部设置储热温度传感器，换热水箱下部设置辅助加热器，换热水箱下部一侧外接自来水进水管，自来水进水管上依次设置自来水进水截止阀、自来水进水减压阀和自来水进水止回阀，换热水箱下部另一侧外接排污管，排污管上设置排污截止阀，上述所有传感器、液位液温计、电磁阀、泵、截止阀、辅助加热器均接控制器。

2.根据权利要求1所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述储热箱上部经储热上盖封装，储热上盖下方的储热箱内设置顶部隔膜，储热上盖上设有排气管，储热箱外设保温层。

3.根据权利要求1所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述外接用热管低于储热箱上接进总出管的位置。

4.根据权利要求1所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述换热水箱上部外接排气管。

5.根据权利要求1所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述辅助加热器低于换热出管和水箱回水管在换热水箱上的接入位置，高于自来水进水管在换热水箱上的接入位置，自来水进水管在换热水箱上的接入位置高于排污管。

6.根据权利要求1所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述真空管集热器包括斜支架、上、下联箱、高温储液管和多个玻璃真空管，多个玻璃真空管依次斜撑放置在斜支架上、下的上、下联箱内，下联箱一侧设置连通下联箱内联箱内腔的介质回口，多个玻璃真空管的下管口伸入支撑并连通联箱内腔内，联箱内腔内设高温储液管，高温储液管伸出下联箱另一侧接介质出口，高温储液管上分别接多个一一对应玻璃真空管的不锈钢导流管，每个不锈钢导流管经支承片由与其对应的玻璃真空管下管口支撑伸入玻璃真空管内，不锈钢导流管在玻璃真空管内与其内底之间留有间隙。

7.根据权利要求6所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述高温储液管内设集热温度传感器，集热温度传感器伸入与其位置对应的不锈钢导流管中。

8.根据权利要求6所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述介质出口外接检修阀管。

9.根据权利要求1所述的一种真空管集热器多功能吸热、储热、供热系统，其特征是：所述真空管集热器和储热箱内储放导热油。

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