JP5562220B2

JP5562220B2 - ガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器

Info

Publication number: JP5562220B2
Application number: JP2010273761A
Authority: JP
Inventors: ▲とう▼▲暁▼▲東▼
Original assignee: Dalian Sievert Testing Equipment Co Ltd
Current assignee: Dalian Sievert Testing Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-06-09
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: JP2011257125A; CN101846400A

Description

本発明は、太陽熱利用技術分野に関し、具体的には、ガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器に関する。

従来の太陽熱給湯器は、ほとんどがコンパクト型である。その構造形式は、全ガラス真空集熱管を蓄熱タンクに直接挿入し、冷水の比重が大きく熱湯の比重が小さい特徴を利用して、真空管及び蓄熱タンクで、冷水が上から下へ、熱湯が下から上への自然マイクロ循環を形成し、水全体の温度を所定の温度まで徐々に上昇させる。その保温蓄熱タンクは単チェンバーのもの（非分層蓄熱）であるため、タンクの出入口における温度差が小さく、集熱管の集熱効率を低下させる。一方、分体壁掛式太陽熱給湯器は、大部分がＵ型パイプ又は超熱伝導管式真空ガラス管集熱器を採用している。その目的は、ただ真空ガラス管集熱器の受圧できず、凍害を防止できないといった弊害を克服するのみであり、その不足は著しい。集熱管内の伝熱媒質が空気であるため、集熱器の集熱効率を低下させ、Ｕ型パイプ或いは超熱伝導管が、接続コレクタチューブ内での熱交換面積の不足により、熱交換効率を非常に低下させるので、現在の分体壁掛式太陽熱給湯器の熱効率は、従来のコンパクト型給湯器より１３％低くなっている。

本発明の目的は、一定の圧力を有する水道水パイプに接続し、温度差により熱循環を制御して、注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールにより高能率分層蓄熱タンクの熱湯を高温まで循環加熱し、ユーザーに熱湯を提供するガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器を提供することである。

上記目的を実現するため、本発明は下記の通り技術案を採用している。給水チェックバルブ、温度センサー、排水チェックバルブ、太陽熱集熱器を含むガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器であって、前記ガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器は、分層蓄熱タンク、防爆圧力計、循環ポンプを有し、水道水パイプは給水チェックバルブを通じて交差接続管と接続し、交差接続管の一端はパイプを通じて分層蓄熱タンクと接続し、一端は防爆圧力計と接続し、一端はパイプを通じて電磁弁、熱循環ポンプを経て、太陽熱集熱モジュール冷水媒質注水口と接続し、太陽熱集熱モジュール熱湯媒質出口は温度センサーＡ_１、排水チェックバルブを経て別のＴ型接続管と接続し、Ｔ型接続管の一端は流量センサーを経て用水端と接続し、一端はパイプを経て分層蓄熱タンクと接続し、分層蓄熱タンクはＴ型接続管との接続端で温度センサーＡ_２を装着される。

前記太陽熱集熱器は注水式受圧循環ガラス真空管集熱モジュールであり、前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールにおけるヒーターバンドは、注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールの冷水媒質注水口と接続するパイプで延ばされて配設され、前記注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールにおけるヒーターバンドは、注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールの熱湯媒質出口と接続するパイプで延ばされて配設される。

前記ガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器は、知能制御センターを含み、防爆圧力計、電磁弁、循環ポンプ、ヒーターバンド及び流量センサーは、回路により知能制御センターと接続される。

前記防爆圧力計は、磁気制御アレー接点防爆圧力計である。

前記分層蓄熱タンクは、少なくとも２つの受圧容器を含み、前記受圧容器は、連通管により接続され、外表面を保温層に包まれる。

本発明に記載の分層蓄熱タンクの作業メカニズムは下記の通りである（タンク温度分層多ノードモデルの概念）。

多ノードモデルの基本的な考えは、元の蓄熱タンクを多数の蓄熱タンクにし、１つずつの蓄熱タンクが一層及び１つのノードになり、各ノードが完全に混合した後は１つの温度に対応し、異なるノードの温度は同じでなくても良いというものである。温度が高ければ高いほど密度は低くなるので、高温水は高位層面にある。太陽熱集熱システムの集熱効率を高めるため、集熱器の給水温度をできるだけ低くするので、タンクの最低点にする。利用される熱湯の温度については、通常、できるだけ高いほうが良いので、熱湯採用点、即ち集熱器排水口の接続点はタンクの最上部に設ける。分層蓄熱の概念を採用するタンクは、集熱器の効率を著しく向上させ、集熱器の集熱量を増加可能であり、それにより補助エネルギーの消費を低減させる。本発明は、分層蓄熱ノード概念を基に、分層組合せを考案し、縦と横との２種類の組立形式を構成して、構造が複雑な建物にも容易に組み立て可能であり、また、同様の蓄熱効能を有する。

本発明に係るガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器の動作方式は、下記の通りである。

１、温度センサーＡ_１≧温度センサーＡ_２≧５℃の場合、電磁弁が開き、循環ポンプが起動した後、約３．５分を経て、循環ポンプがオフになる（注水式循環全グラス真空管集熱モジュールの水保存量による）。ユーザーがお湯を使用する際には、流量センサーが信号を出し、電磁弁が閉じると共に循環ポンプがオフになり、冷水が注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールを通じてユーザーの利用端まで輸送されることを防止する。

２、給水停止の場合、給水チェックバルブは逆流を遮断し、負圧によりタンクの水の吸い出しを防止する。

３、特殊な要因により、注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュール中の真空集熱管に破裂が生じる場合、システム圧力は「０」に下がり、磁気制御アレー接点防爆圧力計が信号を出し、電磁弁を閉じて循環ポンプをオフにすると同時に、排水チェックバルブが逆流を遮断し、水漏れを防止する。

４、温度センサーＡ_１≦２℃の場合、ヒーターバンドは通電され加熱される。

５、温度センサーＡ_１≧６℃の場合、ヒーターバンドへの通電は停止される。

本発明に係るガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器の効果は、下記の通りである。

１、前記分層蓄熱タンクと注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールとは強制温度差で集熱循環し、水道水圧力パイプと接続する。

２、水道水パイプは、給水チェックバルブを通じて注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールと接続すると同時に、磁気制御アレー接点防爆圧力計と接続し、圧力が異常となる場合、接点は信号を出して、給湯器からの冷水及び熱湯の漏れを防止する。

３、本発明に係るガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器は、単一水媒質温度差式強制的循環である。

４、本発明に係るガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器は、多チェンバー分層蓄熱受圧タンクを利用しているので、異なる水温密度により効果的に分層可能であり、給水・排水両端の温度差を明らかにし、それにより集熱モジュールの集熱効率を向上させる。

５、知能制御センターは温度差式集熱循環を実現しており、各センサーの信号変数を収集し、太陽熱給湯器の動作状態をリアルタイムに制御し再現することにより、ユーザーに安全で信頼性の高い熱湯を提供する。

本発明に係るガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器の構成を示す説明図である。本発明に係るガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器における注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールの構成を示す説明図である。磁気制御アレー接点防爆圧力計の構成を示す説明図である。

図１に示すように、給水チェックバルブ２６、温度センサー、排水チェックバルブ２１０、太陽熱集熱器２２を含むガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器において、前記ガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器は、分層蓄熱タンク２１、防爆圧力計２７、循環ポンプ２９を有する。水道水パイプ２１８は、給水チェックバルブ２６を通じて交差接続管と接続する。交差接続管の一端はパイプを通じて分層蓄熱タンク２１と接続し、一端は防爆圧力計２７と接続し、一端はパイプを通じて電磁弁２５、熱循環ポンプ２４を経て、太陽熱集熱モジュール冷水媒質注水口と接続する。太陽熱集熱モジュール熱湯媒質出口は、温度センサーＡ_１２１１、排水チェックバルブ２１０を経て、別のＴ型接続管と接続する。Ｔ型接続管の一端は、流量センサーを経て用水端２１４と接続し、一端は、パイプを経て分層蓄熱タンク２１と接続する。分層蓄熱タンクには、Ｔ型接続管との接続端において温度センサーＡ_２２８が装着されている。

前記太陽熱集熱器は、注水式受圧循環ガラス真空管集熱モジュール２２であり、図２に示すように、前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは、ガラス真空集熱管や、連集管、連集管保温外殻、集熱管心押台、集熱モジュール接続グルーブ等を含む。ガラス真空集熱管は、連集管と接続する。前記注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは、注水管、注水循環流路を有し、注水管の一端は注水循環流路と接続し、別の一端はガラス真空管の底部に直接通じる。注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールは、少なくとも１つの真空集熱管が冷水媒質を真空管底部に注入する１つの注水管を有する。注水循環流路は連集管内に設置され、注水循環流路の注水末端には流路ブラインドフランジが設置され、注水循環流路の一端は冷水媒質注入口であり、別の一端は熱湯媒質の出口である。注水管は冷水媒質注入口と流路ブラインドフランジとの間に装着され、注水循環流路は、ブラインドフランジと熱湯媒質の出口との間に、熱湯媒質収集口としてのノッチが開けられており、連集管につながっている。注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールでは、冷水媒質と熱湯媒質とが分離される設計を採用することにより、現在開示された全ガラス真空管太陽熱集熱器の給水口と排水口との短路流という問題が改善された。

注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールにおけるヒーターバンド６は、注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールの注水口と接続するパイプで延ばされて配設される。

注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールにおけるヒーターバンドは、注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールの排水口と接続するパイプで延ばされて配設される。

ガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器は、知能制御センター２３を含み、防爆圧力計２７、電磁弁２５、循環ポンプ２４、ヒーターバンド６、温度センサーＡ_１２１１、温度センサーＡ_２２８及び流量センサー２９が、回路により知能制御センター２３と接続される。

図３は、磁気制御アレー接点防爆圧力計の構成を示す説明図である。図３に示すように、防爆圧力計２７は磁気制御アレー接点防爆圧力計である。磁気制御アレー接点防爆圧力計は、リードスイッチ３１や、回路プリント基板３２等により構成され、示す数値が正確であるうえに、防爆性能を有する。また、回路プリント基板３２は、必要に応じて接続可能であり、リードスイッチ３１を異なる応用アレーに組合せる。

分層蓄熱タンクは３つの受圧容器２１６を含み、３０４＃ステンレス鋼を利用して３つのΦ４００×３００ＭＭ容器を３０ＭＭ間隔で溶接してなる。受圧容器は連通管２１７により接続され、保温層２１５を有する。３つの受圧容器２１６は一列に並べて配置され、各受圧容器２１６間の連通管２１７の一端は受圧容器の底部に接続し、別の一端は別の受圧容器の先端に接続される。受圧容器の外表面は、保温層に包まれる。この保温層は、熱伝導に弱い材料により構成され、ＰＵ発泡により製作される。図に示す分層蓄熱タンクは横一列に配置されているが、当分層蓄熱タンクは縦に配置して使用することもできる。

本実施例に係るガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器の具体的な動作方式は、下記の通りである。

１、温度センサーＡ_１２１１≧温度センサーＡ_２２８≧５℃の場合、電磁弁２５が開き、循環ポンプ２４が起動した後、約３．５分を経て、循環ポンプがオフになる（注水式循環全ガラス真空管集熱モジュール１２の水保存量による）。ユーザーがお湯を使用する際には、流量センサー２９が信号を出し、電磁弁２５が閉じると共に循環ポンプ２４がオフになり、冷水が注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュールを通じてユーザーの利用端まで輸送されることを防止する。

２、給水停止の場合、給水チェックバルブ２６は逆流を遮断し、負圧によりタンクの水の吸い出しを防止する。

３、特殊な要因により、注水式受圧循環全ガラス真空管集熱モジュール中の真空集熱管に破裂が生じる場合、システム圧力は「０」に下がり、磁気制御アレー接点防爆圧力計２７が信号を出し、電磁弁２５を閉じて循環ポンプ２４をオフにすると同時に、排水チェックバルブ２１０が逆流を遮断し、水漏れを防止する。

４、温度センサーＡ_１２１１≦２℃の場合、ヒーターバンドは通電され加熱される。

５、温度センサーＡ_１２１１≧6℃の場合、ヒーターバンドへの通電は停止される。

以上説明した実施例は、本発明のよりよい具体的な実施方式であるが、本発明の保護範囲はこれに限られていない。いかなる当該技術分野を熟知している技術者が、本発明の開示した技術範囲内で、本発明の技術案及び構想に基づいて同等な交換或いは変更を加えたものも、本発明の保護範囲内に含まれる。

１注水循環流路
２連集管保温外殻
３連集管
４熱湯媒質収集口
６ヒーターバンド
７熱湯媒質出口
８流路ブラインドフランジ
９集熱モジュール接続グルーブ
１０三角安定板
１１集熱管心押台
１２冷水媒質注入口
１４注水管
１６保温層
１８ガラス真空集熱管
２１分層蓄熱タンク
２２注水式循環全ガラス真空管集熱モジュール
２３知能制御センター
２４循環ポンプ
２５電磁弁
２６給水チェックバルブ
２７防爆圧力計
２８温度センサーＡ_２
２９流量センサー
２１０排水チェックバルブ
２１１温度センサーＡ_１
２１３パイプ
２１４ユーザー用水端
２１５保温層
２１６受圧容器
２１７接続管
２１８水道水パイプ

Claims

給水チェックバルブ、温度センサー、排水チェックバルブ及び太陽熱集熱器を含むガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器であって、
分層蓄熱タンク、防爆圧力計及び循環ポンプを有し、水道水パイプは給水チェックバルブを通じて交差接続管と接続し、前記交差接続管の一端はパイプを通じて前記分層蓄熱タンクと接続し、一端は前記防爆圧力計と接続し、一端はパイプを通じて電磁弁、熱循環ポンプを経て、太陽熱集熱器冷水媒質注水口と接続し、太陽熱集熱器熱湯媒質出口は温度センサーＡ_１、排水チェックバルブを経て別のＴ型接続管と接続し、Ｔ型接続管の一端は前記流量センサーを経て用水端と接続し、一端はパイプを経て前記分層蓄熱タンクと接続し、前記分層蓄熱タンクはＴ型接続管との接続端で温度センサーＡ_２を装着される
ことを特徴とするガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器。
前記太陽熱集熱器は、注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールであり、
前記注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールにおけるヒーターバンドは、該注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールの冷水媒質注水口と接続するパイプで延ばされて配設され、前記注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールにおけるヒーターバンドは、該注水式循環全ガラス真空管集熱モジュールの熱湯媒質出口と接続するパイプで延ばされて配設されることを特徴とする請求項１記載のガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器。
前記ガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器は、知能制御センターを含み、前記防爆圧力計、前記電磁弁、前記循環ポンプ、ヒーターバンド及び前記流量センサーは、回路により前記知能制御センターと接続されることを特徴とする請求項１記載のガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器。
前記防爆圧力計は、磁気制御アレー接点防爆圧力計であることを特徴とする請求項１及び請求項３の何れか１項に記載のガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器。
前記分層蓄熱タンクは、少なくとも２つの受圧容器を含み、前記受圧容器は、連通管により接続され、外表面を保温層に包まれることを特徴とする請求項１記載のガラス集熱管単一媒質受圧循環分層蓄熱分体太陽熱給湯器。