专利名称：一种家庭贮热式太阳能炊暖炕浴四功能系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种清洁能源太阳能应用技术，尤其涉及一种家庭贮热式太阳能 炊、暖、炕、浴四功能系统。
背景技术：
大量化石能源消耗，使大气中二氧化碳浓度提高，带来全球气候变暖，严重危及人 类生存。2009年12月令世界嘱目的联合国哥本哈根气候大会上，温家宝总理代表中国政府 率先提出，到2020年单位⑶P的碳排放比2005年下降40-45%的目标。为实现这一目标， 我国政府把发展低碳经济，特别是把大力发展太阳能作为重要举措。在这一大背景下，从每 个家庭作起，从生活用能作起，普及太阳能应用技术具有重大意义。党的惠民政策使广大农民生活得以改善，吃穿用问题基本解决。但农民生活并没 有得到根本提高，原因就在于生活能源滞后拖了后腿。“秸秆茅草大灶坑，烟熏火燎过一生” 的传统生活方式仍未改变(尤其东北农村)。冬季用火炕取暖，靠“炕热屋子暖”，实际是无 取暖。城镇的土暖气也只是半取暖，晚上一封炉子暖气便凉，夜间无取暖。现在可再生能源的太阳能专利及产品很多，但只限于某种单一太阳能技术产品的 应用，如太阳灶、太阳能热水器等，实现不了农村必须生活能源结构的改变和对传统生活能 源的否定。太阳能解决不了北方农村(城镇)烧火炕问题。冬季家庭洗浴更是奢望。目前一种新型超导太阳能采暖系统问世。它把太阳能热水器中的热水引入室内 “保温贮水箱”中。以此为热源，驱动超导暖气片及冷暖空调运行，从而实现太阳能采暖，将 太阳能采暖技术向前推进了一步。但此法实际应用比较困难，原因有二 一是成本偏高。光 太阳能热水器投资在3000元左右，再加上暖气片、管线路等投资，一般家庭难以承受。二是 贮能量不足。太阳能热水器输出不足100°C热水，为低温贮热，既使保温贮水箱体积足够大， 保温性能足够好，也很难满足冬季短期贮能需要。
发明内容本实用新型采用聚光式太阳灶提供光源，通过光电转换器即集热器4将从室外所 采光能转化为热能并传输到贮热炉10内贮存。有太阳时边贮边用，夜间或阴天用所贮能量 带动负载运行，实现炊、暖、炕、浴各项功能。见附图本实用新型包括热源及负载两部分。热源部分包括聚热系统、贮热系统；负载部分 包括炊事系统(称A系统)，居室暖气系统(称B系统)、火炕系统(称C系统)、水箱暖 气系统(称D系统)。本实用新型所要解决的技术问题是使热源部分摄取并贮存较多能量，使负载部 分消耗较少能量，以满足24-36小时短期贮能需要，为此采取如下技术方案与措施所述聚热系统，采用强力聚光太阳灶。2m2聚光面积夏季最高聚热温度可达600° 以上。集热器4置于太阳灶锅架1聚焦光斑中心位置，使其获得最大转换能量。并随太阳 方位角和高度角的调整(人工或自动)，始终获得采光量的最大值。[0010]如何提高光电转换效率，对提高聚热效果至关重要。在上液管6的炉内端设计一环形 加热管12。利用触头向下深入到导热介质13和C热介质14内，以加快冷热介质交换速度。在 回液管7上设一高温管道泵9进行强制热循环，代替自然循环，使光电转换效率提高数十倍。所述贮热炉，要有足够容量。因为贮热量同导热介质与贮热介质的数量成正比。要 根据负载的总耗能量计算确定贮热炉容积。增加贮热介质14。本技术采用沸石。因为沸石 在较高温度(200-300°C)有一叚水平吸热曲线，可大量吸热贮热。它与导热介质13共同作 用，冬季可提供100-200°C的负荷能量，达到中温贮热水平；夏季可提供200°C以上的负荷 能量，达到高温贮热水平。加强贮热炉的保温措施，炉外壁敷设2-3cm厚的有机硅酸盐绝热 保温层11，把热量损失降至最低限度。工程设计时还要考虑“一低一高”的特定情况。就是高纬地区冬至前后的一个月。 如北纬45°地区此时有效光照时间不足5小时，为全年幅射太阳能的最低值；相反，此时正 是数九隆冬，是全年用能量的高峰期。本实用新型主要采取“增能”和“减负”两项措施。所 谓增能即增设1-2套聚热系统。在室外，采用并联方法，将上液管6并接在一起输入到室内 贮热炉。这样一天等于2-3天的贮热量。2-3台太阳灶可采取南低北高错落排列，这种半 地下向阳布置，既利于挡风又利于采光。所谓“减负”即减掉次要负荷量。A系统耗能量最 大，在“一低一高”期间可停止使用，暂用其它能源代替。D系统此间可减至每周运行一次。 以减轻贮热炉负担。为把负载能耗降至最低水平，在采暖期确保B系统单独运行率达到80%以上，本 实用新型采取以下技术措施一是采用低能耗的纳米超导采暖技术。本实用新型所有散热器负载，包括居室暖 气片、火炕加热器和水箱加热器全部采用纳米超导采暖技术。热源炉10内夹层18的循环热 水管道通过各路负载底部导管时，当温度达到35°C以上，其暖气片及加热器内的超导介质 便被激活发热，几分钟散热器温升便达到80°C，热效率高达96%。由于升温快、热效率高， 能耗降低40-50%。二是采用分割式负载，以减少贮热炉负荷量。在采暖季节以居室暖气、火炕为重 点，即BC系统为主系统，A系统为次系统，D系统为最次系统。在非采暖季节，AD系统为主 系统，C系统为次系统(每周烧1-2火炕)，B系统停用。分割式负载得以实现并有序进行的前提(指采暖期)一是D系统每周只运行1-2 次，每次运行时间为1-1. 5小时。二是C系统每天只运行1-2次，总时间为1.5-3小时。A 系统在炉口用能，可同其它系统同步进行，不影响B系统工作，故不予考虑。D系统每周运行1-2次。在D系统运行日⑶系统用能时间总和的最小值和最大值 分别为2. 5-4. 5小时，占一天总时间的10 % -19 %。就是说，整个系统81 % -90 %时间为B系 统单独运行，每月只有4-8天。D系统非运行日，用同样方法计算。整个系统的87. 5-93. 8% 时间为B系统单独运行，每月为22-26天。计算证明，B系统单独运行时间绝大部分在85% 以上，因此，居室采暖有可靠保障。
附图是炊暖炕浴四功能系统示意图。从聚光器3搜集到的光能，通过集热器4转 化为热能。集热器4通过上液管6、环形加热器12和回液管7、管道泵9、逆止阀8同贮热炉10联通形成循环闭合回路。随着集热量增加，贮热炉10温升提高，夹层18内的循环水被加 热，当水温达到35°C以上时，负载散热器便开始运行。正常状态是B系统单独运行，为居室 暖气片连续加热。循环水通过阀门33，流经总过渡管路39，再流经暖气片34，最后回流至炉 内夹层18，完成热循环。当需要烧火炕时，过度到C系统单独运行。此时开启阀门32，关 闭阀门33，专门为火炕加热器38加热。此时循环水通过阀门32，火炕加热器38底部导管， 流经火炕过渡管路40，再流经暖气片34，最后回流至炉内夹层18，完成热循环。当火炕达 到要求温度时，关闭阀门32，开启阀门33，恢复到B系统单独运行的正常状态。时间为1. 5 小时。当需要洗浴时，过度到D系统单独运行。开启阀门24，关闭阀门25，专门为水箱加热 器29加热。此时循环热水通过阀门24，暖气片27，水箱加热器底部导管，再经回水管路回 流至炉内夹层18，完成热循环。当水浴达到要求温度时，关闭阀门24，开启阀门25，恢复到 B系统单独运行的正常状态。时间为1-1.5小时。A系统因在灶口用能，可与其它系统同步 进行互不干扰。当遇恶劣天气，连续无光照贮热炉能量不足时，可用其它能源补充，如带夹层的煤 炉等。在总上水和总回水管路上设连接点22和23，接上此点负载便可运行。从而拓宽了本 实用新型的适用范围。
具体实施方式
1、聚热系统聚热系统的中心环节是聚光式太阳灶。太阳灶的设计目标是获得旋转反射器的最 大聚光效果。设计额定功率不低于1000瓦。因此采光面积要足够大，一般不小于2m2。另 外，太阳灶的跟踪机构和锅架的支撑机构要坚固灵活，以确保聚光器3获得最大能量。集热器4为铁制带保温层5的截圆锥体，锥体内上中部为空心柱状凹形体。集热 器4固定在锅架1上，既便于同步调整又获得较高采光效率。集热器4的上液管6和回液 管7均分为两部分。墙外部分为耐高温的柔性金属管，以利于太阳灶的调整。穿墙及进室 内部分系金属管。为便于集热器4带高温检修移动到太阳灶以外地点，设带回转的起吊架2 进行旋转起吊。当夜间无光照时环温下降，为防止贮热炉10内高温导热介质13向集热器 4倒流，形成逆循环，造成贮热炉10热量损失，设一逆止阀8，无光照时立即关闭此阀。2、贮热系统所述贮热系统，主要通过贮热炉10完成。它既是太阳能贮热炉，又是B、C、D系统 的热源炉，二者同体异动。作为热源炉其外层设1-1. 5cm夹层18，夹层18内充满循环热水 作为热源。通过炉上部的出水管同各负载系统连接(串联)，最后通过炉体下部回水管回流 到炉内夹层18形成循环系统。贮热炉10为铁制圆柱体。炉内充满高比热高沸点的导热介质13及沸石贮热介质 14，二者共同作用导热、贮热。为防止贮热炉热量损失炉外壁设保温层11。炉盖安设保温盖 板16。保温盖板之下为灶口 15，炉上角安设高温温度计17，通过观测温度测定贮能量多少， 掌握导热介质13沸点温度，防止汽化。炉右上部设卸压箱20，通过调节管19连接，以卸掉 随温升而增高的炉压。卸压箱20顶部有一开口 21，以利卸压。3、炊事系统本系统为独立系统。无论有光照无光照，炊用均在贮热炉10进行，从而解决了冬天、雨天无法在室外使用太阳灶的弊端。炊用在灶口 15，拿掉保温盖板16便可做饭、炒菜。 为提高炊事效率，灶口 15外表镶嵌碳化硅红外辐射板。4、居室暖气系统居室暖气系统为冬季采暖期的主系统，为必保系统，确保80%时间为该系统单独 运行。家居面积IOOm2以下，约有暖气片4-5组同时运行。超导暖气片底部导管同热源炉 出水管串联，即一端进水，另一端出水，最后一组末端为总回水，回流到热源炉夹层18内， 完成热循环。所有暖气片均为热管超导系统，热源管温度超过35度以上，导热介质便开始激活 发热，几分钟暖气片温升便达到80度。5、火炕系统火炕为北方生活用能核心，农村宁舍暖气也不舍火炕。因此火炕为采暖期必保系 统。太阳能烧火炕尚无先例。本实用新型设计一金属管制成专门火炕加热器38。加热器 38为独立热管系统。当热源管温度达到35°C以上时，加热器38内超导介质便被激活发热， 辐射周围炕面37升温并贮热。加热器38以6-8度仰角铺设在炕面下，炕面上用大泥或蓄 热材料抹平凉干。贮热时间长达十多小时，同柴草火炕一样热。6、水箱暖气系统目前北方农村及城镇冬季家庭洗浴已成奢望。本实用新型设计一专门水箱加热器 39。此加热器亦为独立热管系统，底部穿越热源管路达到35°C以上时，加热器39中的超导 介质被激活发热，水箱中热水很快升温。在水箱升温的同时，串联的暖气片27同时被加热， 可营造一个20°C以上的洗浴温室，冬季照样洗浴。这是一般太阳能热水器所做不到的。因 为室内温度很低，洗浴无从谈起。水箱加热器29，固定在塑料水箱底部垫层板上。[0036]附[0037]附图编号说明[0038]1、锅架15、灶口[0039]2、集热器吊架16、保温盖板29、水箱加热器[0040]3、聚光器17、高温温度计30、水箱[0041]4、集热器18、循环水夹层31、放水阀[0042]5、集热器保温层19、调节管32、控制阀门[0043]6、上液管20、卸压箱33、控制阀门[0044]7、回液管21、卸压箱开口34、居室暖气片[0045]8、逆止阀22、总上水管联接点35、总回水管路[0046]9、管道泵23、总回水管联接点36、水箱淋浴头[0047]10、贮热炉24、控制阀门37、火炕[0048]11、保温层25、控制阀门38、火炕加热器[0049]12、环形上液管26、居室暖气片39、总过渡管路[0050]13、导热介质27、浴室暖气片40、火炕过渡管.[0051]14、贮热介质28、水箱加水口[0052]上水管回水管。一
权利要求一种家庭贮热式太阳能炊暖炕浴四功能系统，由热源和负载两部分组成；其特征在于热源部分包括由聚光器、集热器组成的聚热系统和由管路、贮热炉组成的贮热系统；负载部分包括炊事系统、居室暖气系统、火炕系统和水箱暖气系统，通过管路将它们同炉内循环热水连接成闭合回路，并用阀门控制其运行。
2.如权利要求1所述的家庭贮热式太阳能炊暖炕浴四功能系统，其特征在于聚热系 统采用聚光式太阳灶，集热器置于太阳灶锅架聚焦光斑中心位置。
3.如权利要求1所述的家庭贮热式太阳能炊暖炕浴四功能系统，其特征在于贮热系 统的贮热炉又是负载系统的热源炉，其外层设1-1. 5cm夹层，夹层内充满循环热水作热源。
4.如权利要求1所述的家庭贮热式太阳能炊暖炕浴四功能系统，其特征在于火炕系 统采用“纳米超导加热器”作热源，以6-8度仰角铺设于炕面下，炕面上用大泥或保温材料 抹平。
专利摘要本实用新型涉及农村(城镇)一种家庭贮热式太阳能炊暖炕浴四功能系统。包括热源和负载两部分。热源部分包括聚热系统、贮热系统；负载部分包括炊事系统、居室暖气系统、火炕系统、水箱暖气系统。本实用新型通过强力聚光太阳灶提供光源，通过光电转换器即集热器将光能转化为热能并传输到贮热炉内贮存。有光照时边贮边用，无光照时用所贮能量带动负载运行。所述贮热炉既是太阳能贮热炉又是负载系统热源炉，二者同体异功。为降低负载能耗相对提高贮能量，采取两项措施一是采用纳米超导采暖技术，比常规技术可降低能耗40-50％；二是采用分割式负载，在不同季节保不同重点，如采暖期居室暖气系统为必保系统，每天单独运行时间不少于80％。
文档编号F24D15/02GK201748532SQ20102019024
公开日2011年2月16日 申请日期2010年5月1日 优先权日2010年5月1日
发明者王振声 申请人:王振声