一种新型节能防冻太阳能热水装置制造方法
【专利摘要】一种新型节能防冻太阳能热水装置，由集热器、储热水箱、传感器、循环泵、热水出水电磁阀、房间排空电磁阀、排气阀、热水出水总阀、集热器排空电磁阀、泄水阀，上水电磁阀、集热器排空阀、上水电磁阀、排水泵、太阳能循环泵、房间热水循环泵经管道相互连接形成闭合循环系统组成；集热器的按装位置高于储水箱一定距离，使太阳能集热器下循环管道高于水箱水位；利用温差循环防止控制系统管道防冻；解决了太阳能热水系统的节能问题，彻底不用或少用伴热带，节约或降低了电能耗；增加了太阳能热水系统的热效率，使太阳能热水系统的集热效率达到最大化。
【专利说明】一种新型节能防冻太阳能热水装置
【技术领域】
[0001]新型节能防冻太阳能热水【技术领域】。
【背景技术】
[0002]针对高寒环境太阳能热水系统，新型节能防冻太阳能热水系统对于现在通用的温差循环控制系统进行调整，改为定时、温差两种控制；提高集热器同储热水箱的高位差，实现不工作时间集热系统的水顺利排空。对循环管道、阀门、循环泵进行优化布置，使得不需或少量使用伴热带而达到冬季太阳能热水系统的防冻目的。(水箱在室内时不需敷设伴热带)太阳能热水系统夜间排空、储热自动化，使太阳能热水系统更易于市场的推广利用，成就了太阳能热水系统不怕冻的神话。
[0003]随着太阳能作为清洁能源被人们迅速开发利用，太阳能热水系统的利用越来越广泛，传统的温差强制循环、直流式系统不是特别要求水箱同集热器有高差，只要连接管道，启动循环泵，就能在太阳底下生产出热水。防冻方面冬季启动低温循环，伴热带保护。刚运行看似不错，但到了二三年以后，伴热带老化管道冻裂，电能大量耗费，人们就发现这种太阳能热水系统的失败，节能产品不节能。对于此现状，本发明解决了这一问题，将极大推动太阳能这一节能产品的推广与利用。
【发明内容】
[0004]针对现在市场太阳能热水系统不考虑节约电能使用伴热带防冻、耗费热能泵循环防冻，以及不考虑节能、热效与建筑结构的最佳结合，盲目追求效益的糊涂施工现状，本发明旨在解决在不耗能、不耗电条件下太阳能热水系统在高寒环境下的防冻问题，解决与建筑相匹配又能增加太阳能热水系统热效率的问题。
[0005]本发明实施以下技术方案来实现。
[0006]总体方案是:调整太阳能集热系统的控制方式，变温差循环为定时温差循环控制模式；集热器高于储水箱一定距离，使太阳能集热器下循环管道高于水箱水位，利用自然排空或强制排空解决太阳能系统的防冻与提高集热热效的问题。
[0007]—、对太阳能热水系统进行修改，变温差循环为定时温差循环控制模式。调整太阳能集热系统的控制系统:传统的控制系统是温差循环，系统中充满工质水，当储热水箱13同集热器14的传感器温度形成一定温差，即启动循环泵，将高温水从集热器顶入储热水箱13，低温水补入集热器14，如此循环往复完成集热器的集热循环。新型节能防冻太阳能热水装置，针对早晨运行时的排空系统定时启动循环泵，使系统注满水之后，停止循环泵，转到温差循环模式。
[0008]当太阳能热水系统在冬季特低温环境下运行时，利用排空技术，集热系统的水在重力作用下，因储热水箱13同集热器14高差小无法完全回流进入储热水箱13，此时需要启动排控泵10，可设定时间为18点50分。(在集热器高于水箱一定高位差时，集热循环管道可以顺利排空，可以不设排控泵10 )将未排空的热水泵入水箱，此时停止循环泵，关闭电磁阀5，可设定时间为19点30分。排控泵10的启动、停止运行时间要根据太阳能系统存水多少来确定，排控泵10采用的型号功率无需太大，以德国威乐泵为例，PH-041E就适配。排控泵10的启动亦可采用水流开关控制，当水完全回流完后，水流开关自动关闭，排控泵10停止运行。晚间，或白天，室外温度低于五度，温控仪启动伴热带K。因为有探头传感器失灵，伴热带老化现象，造成伴热带不启动，致使循环泵及其管件冻裂。我们在防冻不超过2米管道时多设一条伴热带L，使其冬季常开，以防冻裂，达到双重防冻。当夜间停电时；可打开阀门6，将伴热带防冻部分管道存水排空。白天太阳能系统运行时停电超过5小时，气温在O度以下，可打开阀门8，太阳能系统中的存水在重力作用下回流进入储热水箱，关闭出水总阀阀门7，打开泄水阀门6，排空低于水箱部分管道中的余水。一般泄水阀门6的排水就近接至屋面排水管，以免楼面冬季因排水结冰打滑。施工设计时，储热水箱要求比最初设计体积大十分之二，以满足夜间太阳能系统热水回流储存。
[0009]二、结合建筑结构，施工方面尽量提高集热器的高度，使之高于储热水箱。若建筑结构不适合，用角铁或槽钢焊接制作平台安装太阳能集热器，使集热器高于储热水箱。(一般集热器安装于水箱间、电梯屋面，或将储热水箱置于标准层顶层)。
[0010]改变储水箱同集热器的高差:传统的太阳能热水系统因环境因素储水箱同集热器高差不甚要求，有集热器高于储热水箱，也有低于水箱的。我们新型节能防冻太阳能热水系统要求集热器高于水箱一定距离，使太阳能集热器下循环管道高于水箱水位，且管道出水以不低于1%坡度输出，回水以不低于1%坡度返回，使得集热循环系统中工质水在每天集热循环结束，全部回流进入储热水箱。施工中严禁返坡，防止管道内积水，冬季低温天气结冰胀裂管道，造成不必要的损失。
[0011]内循环管供水管道采用不小于2%的坡度下坡输出，回流管道以不小于2%的坡度的方式回流，在输出和输入循环管道最低点设三通加排水电磁阀2，循环泵旁增设排气阀3，设排空泄水阀6，以备停电排空管道余水。水箱在室内时，内循环一般不需防冻，在室外时需要设伴热带防冻，温控器控制。一般防冻不超过2米，宜采用敷设两米伴热带，一条温控仪自动控制，一条手动控制，冬季常开，达到双重防冻。是大多数的市场如用户需二十四小时供热水，须在热水出水管道设置温度传感器一个，利用低温启动内循环泵达到24小时室内供水，则内循环管道不需要敷设伴热带。冬季内循环供水系统宜采用定时供水，夜间定时打开电磁阀2排空管道存水，防止管道冻裂。上水管道在室外部分需要电热带防冻，同上敷设两条伴热带，相同控制方式。
[0012]三、夏季室外温度高，不需考虑防冻问题，最有效节能的方式是温差循环控制。该系统靠集热器出口端的水温和水箱底部的温差来控制循环泵进行循环。当两处温差低于设定值，循环泵停止，当两处温差高于设定值，循环泵启动，集热器中的高温水被顶入储热水箱，集热器的水温慢慢降低，当温差小于设定值，循环泵停止。如此周而复始，达到太阳能热水系统生产热水的目的。晚间太阳落山，定时打开电磁阀5，太阳能系统的热水回流，增加热水利用效率。早晨太阳升起时，定时启动循环泵11，使其系统水注满为止，停止循环泵11，开始温差循环。特别注意，储热水箱出水口需安装单流阀，防止集热器在停电时排空，温度过高，循环泵再次启动，造成真空管炸裂。(如图所示)
[0013]对循环管道、阀门、循环泵、电磁阀进行优化敷设，增加双路旁通管，使其利于太阳能热水系统顺利排空，尽量减少一次不能排空管段，取消或少用伴热带防冻，坚决不用泵循环防冻(水箱低于集热器一层，且置于室内，可取消伴热带)。
[0014]管道连接方式
[0015]A集热循环管道系统:
[0016]⑴我们在循环泵旁增加两路旁通管，一路安装阀门8，以备停电后手动打开排空系统中的传热工质水。一路安装电磁阀5，泄水泵10，防止有些系统开启电磁阀5，水不能完全排空，安装水流开关或定时启动泄水泵10，可以继续将余水泵入储热水箱。
[0017]⑵安装阀门6，为应急泄水阀。在冬季停电后，手动或自动排空太阳能系统的水之后，关闭阀门7，打开阀门6，排空排控泵10、集热泵11及周围管道的余水，防止冻裂阀门管道泵。
[0018](3) IOUl水泵周围低于水箱部分管道阀门加伴热带两条，一路温控仪低温控制启动，一路冬季气温低于5°C以下手动常启。(此情况一般伴热带单根不超过2米。冬季时间段，一条工作，一条备用。当一同步启动时，另一条随即启动，双重防冻。)
[0019]B供热系统管道:
[0020](I)供热系统管道包括出水管道和回水管道，敷设时按不低于I %坡度输出，不低于1%坡度返回，严禁返坡。
[0021](2)安装室内电磁阀2，冬季在定式供水结束后，需要防冻时可以定时打开电磁阀B,排空管道的余水，防止管道冻裂。
[0022]⑶供热水系统管道一般不敷设伴热带，只在电磁阀I至水箱部位敷设两条伴热带，一路温控仪低温控制启动，一路冬季气温低于5°C以下手动常启。(此运行原理同上⑶)
[0023]⑷安装电磁阀1，使其同12同启闭。
[0024](5)安装应急泄水阀6，方便停电时关闭总阀4，打开6，排空供水管道，以防冻裂。
[0025](6)安装排气阀3，使其在需要打开电磁阀I排空时，管道内进入空气，管道内的余水在重力作用下顺利排空。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为太阳能系统结构图。
【具体实施方式】
[0027]针对北方严寒环境条件下，太阳能热水系统的防冻、节能问题，我们新型节能防冻太阳能热水装置对太阳能热水系统的运行方式进行调整，改变储热水箱同集热器的高差及管道阀门的连接方式，增加阀门水泵电磁阀，使其达到最佳的使用效果和经济效益。
[0028]I调整太阳能集热系统的控制系统:传统的控制系统是温差循环，系统中充满工质水，当水箱同集热器的传感器温度形成一定温差，即启动循环泵，将高温水从集热器顶入储热水箱，低温水补入集热器，如此循环往复完成集热器的集热循环。新型节能防冻太阳能热水系统，针对早晨运行时的排空系统定时启动循环泵，使系统注满水之后，停止循环泵，转到温差循环模式。
[0029]2改变储水箱同集热器的高差:传统的太阳能热水系统因环境因素储水箱同集热器高差不甚要求，有集热器高于储热水箱，也有低于水箱的。我们新型节能防冻太阳能热水系统要求集热器高于水箱一定距离，使太阳能集热器下循环管道高于水箱水位，且管道出水以不低于1%坡度输出，回水以不低于1%坡度返回，使得集热循环系统中工质水在每天集热循环结束，全部回流进入储热水箱。施工中严禁返坡，防止管道内积水，冬季低温天气结冰胀裂管道，造成不必要的损失。
[0030]3管道连接方式:
[0031]A集热循环系统:
[0032]⑴我们在循环泵旁增加两路旁通管，一路安装阀门8，以备停电后手动打开排空系统中的传热工质水。一路安装电磁阀5，泄水泵10，防止有些系统开启电磁阀5，水不能完全排空，安装水流开关或定时启动泄水泵10，可以继续将余水泵入储热水箱。
[0033]⑵安装阀门6，为应急泄水阀。在冬季停电后，手动或自动排空太阳能系统的水之后，关闭阀门7，打开阀门6，排空排控泵10、集热循环泵11及周围管道的余水，防止冻裂阀门管道泵。
[0034](3) IOUl水泵周围低于水箱部分管道阀门加伴热带两条，一路温控仪低温控制启动，一路冬季气温低于5°C以下手动常启。(此情况一般伴热带单根不超过2米。冬季时间段，一条工作，一条备用。当一同步启动时，另一条随即启动，双重防冻。)
[0035]B供热系统管道:
[0036](I)供热系统管道包括出水管道和回水管道，敷设时按不低于I %坡度输出，不低于1%坡度返回，严禁返坡。
[0037](2)安装室内电磁阀2，冬季在定式供水结束后，需要防冻时可以定时打开电磁阀2，排空管道的余水，防止管道冻裂。
[0038]⑶供热水系统管道一般不敷设伴热带，只在电磁阀A至水箱部位敷设两条伴热带，一路温控仪低温控制启动，一路冬季气温低于5°C以下手动常启。(此运行原理同上⑶)
[0039]⑷安装电磁阀1，使其同I同启闭。
[0040](5)安装应急泄水阀6，方便停电时关闭总阀7，打开6，排空供水管道，以防冻裂。
[0041](6)安装排气阀3，使其在需要打开电磁阀2排空时，管道内进入空气，管道内的余水在重力作用下顺利排空。
[0042]有益效果:
[0043]I克服了防冻问题:采用自动或强制相结合的排空技术，使集热系统管道在集热结束后不存水，低温天气管道集热器不会冻裂。
[0044]2解决了太阳能热水系统的节能问题:彻底不用或少用伴热带，节约或降低了电能耗。(水箱在室内时不需伴热带防冻，低于水箱部分管道因室内温度高而不怕冻裂)
[0045]3增加了太阳能热水系统的集热效率:每天集热循环结束，排空了集热系统的热水，使热水回流储热水箱以备利用。这样太阳的热能得到极大的储存，以免热水在管道中因保温不够而致热能的损失，使得太阳能热水系统的集热效率达到最大化。(集热水箱的保温层厚度需达标)
[0046]4控制系统简单化:这种控制系统是多种控制仪器的叠加而成，线路清晰、简单，那个系统出问题容易找出病根，易于检修。
[0047]5易于监管:不必专人看管，系统可以自动运行。
[0048]6运行持久，可保十五年:因为采用排空技术，不怕极低温天气冻裂管道，十五年内无大维修。即使又有问题，也只是小问题，易于维修。
【权利要求】
1.一种新型节能防冻太阳能热水装置，其特征是:本装置由集热器、储热水箱、温控仪、单流阀、热水出水电磁阀、房间排空电磁阀、排气阀、热水出水总阀、集热器排空电磁阀、泄水阀，上水电磁阀、集热器排空阀、上水电磁阀、泄水泵、太阳能循环泵、房间热水循环泵经管道相互连接形成闭合循环系统组成；集热器的安装位置高于储水箱一定距离，使太阳能集热器下循环管道高于水箱水位；利用排空技术、使用伴热带完成太阳能系统设备的防冻。
2.根据权利要求1所述的一种新型节能防冻太阳能热水装置，其特征是: 采用定时、温差循环控制模式，针对早晨运行时的排空系统定时启动循环泵，使系统注满水之后，停止循环泵，自动转到温差循环模式。
3.根据权利要求1所述的一种新型节能防冻太阳能热水装置，其特征是: 集热器(14)高于储热水箱(13) —定距离，使太阳能集热器(14)的下循环管道高于储热水箱(13)的水位，且管道出水以不低于1%坡度输出，回水以不低于1%坡度返回，使得集热循环系统中工质水在每天集热循环结束，全部回流进入储热水箱。
4.根据权利要求1所述的一种新型节能防冻太阳能热水装置，其特征是:敷设在室外的循环水管道敷设两条伴热带防冻；一条伴热带由温控仪自动控制，另一条由手动控制，冬季常开，达到双重防冻。
5.根据权利要求1所述的一种新型节能防冻太阳能热水装置，其特征是: 在太阳能循环泵(11)旁增加两路旁通管，一路安装阀门(8)，以备停电后手动打开排空系统中的传热工质水；一路安装电磁阀(5)，泄水泵(10)，防止有些系统开启电磁阀(5)，水不能完全排空，安装水流开关或定时启动泄水泵(10)，可以继续将余水泵入储热水箱(13)。
【文档编号】F24J2/46GK203413852SQ201320240701
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年5月7日 优先权日:2013年5月7日
【发明者】樊雷勇 申请人:甘肃旭日新能源科技有限公司