专利名称:一种改进的太阳能热水系统的制作方法
本发明总地涉及提供太阳能热水系统，该系统适用于为房屋提供热水以及适用于对水温要求达到大约70℃的其他应用。
以前曾公开的太阳能热水系统的缺点主要在于为达到一般家庭需要所要求的起码的令人满意的效果，任何系统的制造成本都十分昂贵。从某一改进的角度上讲，本发明公开了一种这种系统的已知特征的集合(这些系统是根据市场的接受能力和制造经济学的角度考虑而选择出的)，连同一种新的有用的特征的结合。当利用在呈密接合的温差循环系统类型的热水系统中时，该发明提供了一种尤为有益的结合。
在太阳能热水系统中，尤其是在用作家用设备的太阳能热水系统中，销路最广的系统都具有一个单一的储罐作为该系统的一部分，用以存储热水，在该储罐中放入了一个辅助电气元件，以便在有效日照缺乏的情况下对于由于缺少太阳能而未达到所要求的储水加热的情况进行弥补。该辅助热源可以是恒温的或/和时控的。在这些系统中，包括密接合的温差循环系统类型的系统部分最受购货公众的欢迎(至少在那些不需要额外防冻装置的地区是这样)，这是因为经济上的原因。
这后一种类型的系统通常具有一个细长的圆筒形储罐，该储罐刚好平行放置在为其提供热能的平板式阳光接受器的上方。在利用温差循环系统原理将所利用的水进行循环从而将热能传递到储罐的情况下(通过与接受器的平面吸收板呈热接触的出水道)，很多文献资料指出了在储罐中热分层程度的重要性，这对于一个已安装的热水系统使太阳能长期起作用是一个决定性因素。在1984年10月在新西兰召开的“国际太阳能协会会议”上，G·L·莫里森和J·E·布朗提出了一篇名为“温差循环系统太阳能热水器的系统模拟与工作特性”。在这文章的一个例子中，从实用的观点着重论述了关于这个发明的某些方面的理论基础。根据该文章的报道，在两年时间里，对于一个立式储罐(高度与直径的比率为1)，太阳能所起到的作用远大于在同一地区同一期间内利用一个水平储罐太阳能所起到的作用，这种结果是通过模拟和实验观察到的。
通过此研究可以看出，一般情况下，立式储罐所获得的太阳能作用要比水平储罐所获得的太阳能作用高出大约5%～10%，这些系统具有一个安装在储罐内的辅助加热设备，它可以是连续工作的，也可以是仅仅在夜间工作的。通过模拟试验，该研究还趋向于说明一个具有高度热分层的储罐相对于一种混合储罐提供了一种改进的太阳能作用。
在对于莫里斯和布朗的报道已取得一种关于相同趋向的总的认识以及在承认为水平储罐温差循环系统的市场流行而出于的经济上和商业上的目的明确的原因的情况下，本发明的发明人将通常已知的(尽管在有些情况下知道的很少)太阳能热水系统的设计特征以一种新颖的方式进行结合，这种结合为未来的购货人提供了一个机会以更低的资本成本购买这一类太阳能热水器，并且由于工作效率的改进降低了归还期。
该发明通常包括一个改进的太阳能热水系统，该系统具有一个对水直热式平板阳光接受器以及一个圆筒形结构的可进行热分层的储水罐，在该储水罐中有一个处于罐内的辅助热源。该阳光接受器最好以这种方式与储罐相连接，从而在阳光接受器的水道和储罐之间可以利用温差循环系统使水流循环。该发明公开了若干个特征，以便使在储罐中发生的热分层达到最大程度，这样做的目的是在作长期考虑的时候，能够提高太阳能对于该系统中水的所有热输出所起的作用。
通过公开一个平板式阳光接受器，本发明说明了这些目的，在接受器中，一个单一的立式管道的水道只与一定长度的管子保持热接触，或者每个吸收板只包括一定长度的管子，然而该管子的直径不大于在普通复合阳光接受器直通立式管道的直径，以便有意地增加在吸收器上面的摩擦压力。
该单一长度管形成一个具有最佳尺寸的，其面盘旋弯曲(或S形曲线)形状。在本发明的推荐方式中，与通常的平板式阳光接受器(其中将两个平行的集流管实际上水平地安装并且这些集流管由很多实际上直通的平行立式管道相连接)的一个不同之处是这里所使用的立式管道是呈S形曲线形状。
本发明提供或是两个靠近平板对面边缘的水平集流管位置，或是一个单一的集流管和一个单一的S形曲线立式管道，在该管道的结束位置有一段通常的水平长度用以完成一个第二集流管的功能。在集流管的每一末端有一个连接装置，在远离集流管的吸收器平板一端的S形曲线立式管道也是如此。如果为每个吸收器板提供两个集流管，任何需要数量的单独吸收器板可以平行连接起来以提供一个所需要能量的阳光接受器，如果在每个吸收器平板上安装一个单一的集流管，可以将两个单独的吸收器平板平行连接在一起，但两个平板可以相互转换。这后一种情况尤其适用于普通使用的家用热水系统，该系统具有的储罐容量为介于250～350立升之间。无论是用两个集流管这是用单一的集流管，每个吸收器平板可以极方便地分别封闭在一个玻璃罩箱内，在该罩箱内，最好在平板的下侧和环绕所有四周边缘处安装上热绝缘材料。在围绕倾斜边缘处的绝缘材料可以省去，这样作对于需要提供储水的温度介于55～70℃的家用接受器来说所产生的接受器工作损失是可以忽略的。
在该发明的另一方面，对有关太阳能热水系统的体现(这种系统的温度区间为55～70℃，对于通常的家用热水系统这是普遍所接受的温度)该阳光接受器的工作状态是最佳的。这种最佳状态是通过将吸收器的平面，或者是吸收器(在它已压成水道的形状的情况下)表面的平面区隔开一定距离产生的，该距离小于自玻璃板的通常距离，该玻璃板位于安装的吸收器罩子的向上表面。
关于广泛使用的阳光接受器，以往的普遍作法是在玻璃与平板之间保持至少为25～30mm的间距。
在一些以前的专利申请中(例如AU12191/76)，利用抑制自然对流的最大损失来达到理论上的接受器率能的最佳状态，比如，靠在平板和盖子之间的空间中进行格状分隔，在这种情况下，平板和盖子之间的相距空间要大于30mm。
本发明所采用的一种不同处理方法并不使用一种格状热对流抑制装置，而是选择一个最佳空间，这样，接受器的最大损失在一个很高的接受流体温度(该温度要高于家用热水系统所需要的温度)时将会相对增加，但是接受器的效能在平均接受器流体温度(在理想的55～70℃范围)下将会提高。现在已发明，当用在家用热水系统时一个平板与盖子的空间介于15～20mm之间尤其适用于在此所公开的阳光接受器。这种空间的选择还有另外一个优点，即降低了接受器的滞止温度，从而在强烈日晒的情况下使系统的水过热的趋势降低到最低程度。
下面借助于附图对本发明进行更全面的描述，其中图1是一张根据本发明的一个阳光接受器的平面图，图2是根据本发明的另一方面一个热水系统的一个储罐。
现在参照图1，两个阳光接受器存储单元区1和1a具有两个浅覆盖立方形罩子2和2a，该罩子由窗用玻璃板覆盖(未图示)。在参照数字3处，存储单元区1具有一个通往一个储罐(见图2)的入口。两个存储单元区是相同的，但是相互连接，从而能够相互转换。每一个存储单元区都包含一个流体循环通道，该通道由两个支管组成;第一支管是实质上直通的集流管6和6a，第二支管是面盘旋弯曲或S形曲线立式管道5和5a。每个集流管6和6a在其端部结束以便在7和7a处将存储单元区相互连接。S形曲线立式管道部分的端部在8和8a处将存储单元区相互连接。存储单元区的相互连接是从7到8a以及从8到7a。将加热的水从阳光接受器存储单元区传送到储罐中的回水管在4处离开相互连接的阳光接受器存储单元区。每一个阳光接受器存储单元区的管区都以热接触的形式附在一个选择表面上，利用任何一种适当的已知金属连接方法(例如焊接或低湿焊接)将铜或铝平板罩在上述表面上;或者，作为一种选择，将管区附在相对热传导粘性物质或填充物上。吸收器平板可以处于每个阳光接收器管形元件的上部或下部并且可以将每一个管形元件压入与它相接触的板中。每一个板一管结构靠若干个夹片9支撑，该夹片使平板的和罩子的下表面之间保持一定空间，在该空间内，有一层隔热材料(未图示)。夹片还为平板和窗用玻璃板之间提供了一个15～20mm的重要空间以使降低接受器的止滞温度(如上面所说的那样)。
参见图2，该图说明了一个热水储罐20，其纵向圆筒形轴线是水平的，这同于一般那种屋顶安装的热水系统。该储罐最好安装一个增热装置21，该装置最好放置在储罐的大约中间高度上。该增热装置可以通过在储罐的一个端壁上的一个孔口予以安装，并且该装置在23处具有一个电气连接和控制装置。在使用中，热水通过导管24从储罐中吸出，该导管在图中25处进入储罐并且在储罐内延伸至26，该26应处于罐内尽可能的高度，这是因为最热的水往往层积在这一高度上。
从增压主管来的冷水可以达到27，并且通过温度调谐阀门28冷水进入储罐，该阀门使补充冷水通过管子30进入储罐，该管子30最好延伸进储罐内的点31，该点31尽可能处于储罐的最低点。阀门28是一种已知的形式，当储罐达到其预期的充足容量的情况下，阀门并不能使水通过接受器进行循环流动。当水通过接受器进行循环时，将通过管子33返回到储罐中，该管子33在34处进入储罐并且在储罐内延伸，这种延伸是通过向上延伸管35完成的。管子35有很多孔口36，这些孔口分布在从管子进入储罐到其端头之间的管壁上，该管子在与增热器所处的高度相当的位置上结束。设置这些孔口36的目的是要为进入储罐的加热水提供很多可能的出口，这些加热水可以在每天和每个季节的不同时间在很宽的温度范围内进入热分层水储水罐。当储存在储罐下半部的水在那些与进入的循环水有相同的温度或高于其温度的水层上进行热分层时，则进入的循环水将往往在储水层的湿度与进入水的温度相同的点上通过一个或若干个孔口离开管子35。
这样，便产生了储水再分层的最小值，而这一点对达到该系统的阳光作用的最大值是十分重要的。在该系统中安装了一个增热器，其优点在本发明书中已讨论过了。
图1中所示的接受器的流体通道具有所有向上倾斜部分，并且特别有益于温差循环系统的工作。如果将选择水泵循环用于温差循环系统的处理，上述公开的阳光接受器并不一定只限于这种连接形式。在这种情况下，可以将每一个吸收器单元相对于图1所示的方位旋转90°再(如果有益或需要的话)。这样，每一单元之间的连接可以靠管子和相应于具体装配最方便的安装方式取得。
勘误表
勘误表
权利要求
1、一种如说明书中所描述的一般类型的太阳能热水供应系统，它包括一个可以进行热分层的储罐，该储罐与至少一个太阳能吸收器的水循环通道相连接，每一个吸收器都包括一个玻璃面罩，该面罩将一个实质上的平板覆盖，该平板与一个实质上呈共面盘旋弯曲(或S形曲线)外形的水管保持热传递关系，该管与至少一个集流管相连接，该集流管与上述平板也保持着热传递关系，并且提供了相互连接装置，由此，可以将一个以上的这种吸收器平行连接从而实际上提供了一个单一吸收器的太阳能接受能量的整体复联；并且具有一个排放输出管，用以将扩散入一个储罐的太阳能加热水进行循环，上述的输出管在储罐的不同高度上具有若干个水流出口，由此使已经储存的加热水的混合和再分层情况减小到最低程度；
并且，考虑到储罐的整体容量，该系统具有一个关于水循环通道内的流动阻力的最佳选择，由此，该系统具有这样一种流率，在有效日晒的时间里(以全晴日或夏日为基础)，通过一个限制装置，使可能通过阳光接受器进行循环的水量限制在大约为储罐的容量的1倍到1倍半的水平，这样，在有效日照比较差的日子里，通过阳光接受器加热的水以减低的流率进入储罐，因此得到一种更适用的温度；
并且，该系统具有一种在太阳能吸收器平板的上表面和在其相应的罩子上封闭吸收器平板之间的距离的最佳选择。
2、一个如权利要求
1所述的太阳能热水供应系统，其中在阳光接受器和储罐之间提供的水循环是通过一种在接受器和储罐之间的温度循环系统达到的。
3、一个如权利要求
1所述的太阳能热水供应系统，其中在阳光接受器和储罐之间提供的水循环是通过一种在接受器和储罐之间的水泵循环系统达到的。
4、一个如上述权利要求
中的任何一个所述的热水供应系统，其中上述选用来提供水循环通道的流动阻力实际上是靠选择一个管子的整体长度来确定的，该管子呈S形曲线形状，其长度在16至24米之间，放在两个平行连接的接受器内，这种S形曲线形状是由孔径为11～12mm的铜管形成的，上述接受器与一个容量为250至350立升的储罐相连接。
5、一个如上述权利要求
中的任何一个所述的太阳能热水供应系统，其中，介子阳光吸收器平板的实际平面区与吸收器外罩的平面玻璃之间的距离限制在15～20mm的范围内。
6、一个如上所述类型的太阳能热水供应系统具有参照说明书以及附图所描述的特征。
专利摘要
一种太阳能存储式热水系统，它具有一个平板式接受器，接受器可以连接为一对相同的存储单元区，每个存储单元区都具有一个金属平板，它与一个集流管和一个单一的S形曲线立式管道保持热接触，并由一个玻璃窗罩闭封。接受器与一个储罐保持流动循环连接，在该储罐内靠一个多孔立式管道进一步热分层，多孔管通过储存的经过热分层的热水层，这样由太阳能加热的进入水将趋于在一个等温层中掺入储存水。该系统可以用于为家庭、公共机构或工业需要提供高达大约70℃的热水。
文档编号F24J2/24GK85104499SQ85104499
公开日1986年12月10日 申请日期1985年6月12日
发明者伯克, 惠特福德 申请人:里姆澳州有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan