非承压运行而承压给水的太阳能系统装置 所属技术领域
本发明属于太阳能低温热利用领域，具体涉及的是太阳能循环工作运行和给水使用运行的系统装置。
背景技术
目前，公知的太阳能热水系统，多数采用整体非承压运行的一次直接循环和给水系统。在这类系统中，所有部件装置均不承受自来水源的管网压力，因此，其整个系统结构简单、成本低廉且集热效率高。但当其系统没有高位势能时，其使用给水就没有充足稳定的压力，这样就会造成用户使用品质的下降甚至无法使用。
现行直接解决问题的办法：一种是局部施压，既仅在给水管系上增设增压水泵，使其给水系统局部增加压力，但其运行费用偏高、给水压力也不稳定。另一种则是整体承压运行，既在整套太阳能热水系统中所有的部件装置，均要承受自来水源的管网压力，而目前，普通的平板型集热器和全玻璃真空管等这些太阳能普遍而通用的基础装置均不能承压，因此，此类系统不得不采用结构复杂，成本高昂的真空热管、真空U形管或特制的承压型平板集热器及其整套给配水系统装置，这样它们就丧失了太阳能的经济性，偏离了太阳能大众普及的根本方向。
而间接解决问题的办法是搞二次循环间接承压，既将太阳能工作循环与使用给水的装置分别设置成相对独立地两组系统来运行，这样它们就可以分别适应各自的压力标准，独立而又关联的工作，并且还能较好地解决诸如用水污染、防寒抗冻、系统分体、建材化等问题。所以，这类系统已在发达国家，特别是欧美等国应用的较为普遍，现在国内也已开始引进。
但若仔细分析这类系统，就可以发现一些问题。首先因为它们采用的是二次循环结构，当太阳能集热器加热工作介质后，其所得热能不是直接储存利用，而是通过其末端的换热盘管或换热衬套，间接地将热能传换给给水使用系统，在这里由于换热效率的客观影响，会使得换热工作难以彻底完成，这样在工作介质中就会存在明显的余温，而此余温又被再次循环回太阳能集热器中，就会造成集热器的底温不断地聚集升高，进而增加其无效热损，反而又影响到集热器的集热效率，如此恶性低效循环，将使整套系统的热效明显降低。况且，二次循环结构的系统装置也并非简单低廉，特别是其给配水系统中的承压密封水箱，要求更高，但它不论采用何种合金、搪瓷或高分子材料来保护其内胆，现都不易于承受其内热水常年高温、高压的侵蚀与渗透环境，其寿命难以长久。另因其是整体承压密封的箱体，还根本无法进行内部维修，若遇穿孔只能整体报废。而现随着容量需求地不断提高，其生产难度与风险及其制造成本都仍将明显增加。因此，此类系统也不太适合发展中国家的国情，并且在我国数十年的太阳能实践中，也确实未得到实质性的推广。
【发明内容】
本发明则不然，其目的是提供无上述缺陷却具上述优点的太阳能低温热利用设备，既非承压运行而承压给水的太阳能系统装置。
本发明的目的是通过下述构造或其结合的技术方案特征来实现的：采用太阳能直接一次循环的采热系统，在其与大气相通的非承压储热箱中，自下而上并均匀的或由疏到密的依照储热箱横截面的形状，布置适当长度和管容量的承压给水取热盘旋管，盘旋管由活节分段为管组，通过盘旋管导热安置架或挂或支于箱中，管壁制造成带褶皱的波纹形或螺旋纹形，自来水管直接经过保险阀、活节与盘旋管的下部入口管连接，上部出口与用水管或再与计量表、恒温阀、即时性热水器等辅助器件管连接。在储热箱中投放块状、粒状的固体蓄热材料。在以水或以水基为介质的循环系统中，设置介质液位控制器。在需太阳能采暖的系统中，热循环管出口与自动矢量分配阀或换向阀管连接，并在储热箱至采暖盘管之间配置恒温阀、循环泵、即时性热水器等辅助保障器件。
由于采用了上述新的构造和结合方案，使发明具备了很多独有的优点特征：首先因为它采用的是太阳能一次循环的直接采热系统，其太阳能集热器加热工作介质后，所得热能是被直接储存或利用的，没有二次循环结构末端的换热盘管或换热衬套的被动换热过程与损失，能最大限度地收入与储蓄太阳能。另因其所有的太阳能循环、储蓄系统中的部件装置均不承受自来水源的管网压力，因此，它可以自由匹配普通的平板型集热器、全玻璃真空管等这些在太阳能行业极其普遍而通用的基础部件。系统能灵活合理地选择其是自然或是强制的循环工作方式，并能根据其是否需防寒抗冻来方便地采用不同的防寒介质或抗冻装置。在以水或以水基为介质的循环系统中，设置介质液位控制器。能自动补偿介质损失实现免维护，在储热箱中投放块状、粒状的固体蓄热材料，可减少液态工作介质的使用量及其消耗开支。本发明能根据建筑载体的客观限制条件，来灵活掌握其太阳能集热器和储热箱的各自形式与安装工位及其二者的连接关系，更能主动地溶入建筑母体进而形成完整和谐的太阳能建筑。本发明采用自下而上并均匀的或由疏到密的依照储热箱横截面的形状，布置适当长度和管容量的承压给水取热盘旋管组，符合储热箱中由冷到热的取热规律，管组由活节分为数段并规律的通过盘旋管导热安置架或挂或支于箱中，利于安装和维修。管壁制造成带褶皱的波纹形或螺旋纹形状，以增加管壁的表面积和管内紊流，进而提高其取热效率，配合适当的长度和盘管容量来满足取热用水量的需求。盘管下部入口经过保险阀直接接通自来水源，借助自来水压的动势能，实现自动取热自主运行，而免去水泵施压及其运行费用，且又能保证与自来水等压给水的效果。取热盘管的上部出口可直接接至用户的热用水终端，或再接驳箱外恒温阀实现恒温定温给水，通过燃气或电能即时性热水器来辅助提升，以达到全天候、全时段按需补赏、即时保障的热水品质。本发明将目前整箱大口径的胆壳承压结构，缩改为相对小口径的细管承压结构，则其承压强度，特别是其抗拒和忍受自来水管网中的脉冲震压能力要明显增强，而系统的耗材与成本却会显著降低。再则由整体箱壳的积存供水，改为局部盘管的顺管即时而依序的供水，积存水量显著减少并避免了冷热水整箱的直接混合，这样系统的热启动速度就更快，而热惰性更小，用户热水的品质就更保质更新鲜。本发明具有良好地扩展功能，可自我形成或小型简易地组合构成，或大型复杂地综合匹配，以满足或单户或多户的承压给水。在需要进行太阳能采暖的系统中，可在其热循环管的回路出口主动设置自动矢量分配阀，这样配合其温控装置就可以实现时实自动采暖与储热间的失量分配控制，若再配置恒温阀、循环泵、即时性热水器等辅助保障器件，采暖系统将更加完善和可靠。综合上述分析，本发明是吸收了太阳能一次循环系统的简单高效、成本低廉的优点，又兼备了二次循环的承压给水、用水保洁、分体抗冻、建材化等特点，并整合、超越了二者，具备了完善地综合性能和良好地性价比。符合太阳能的经济性与大众普及的根本方向。适合发展中国家的国情，利于发达国家的改进，更具有和谐发展、节能环保、高效低耗的中国特色。
【附图说明】
下面直接结合附图和实施例来具体说明本发明的技术方案特征。
图1各例是本发明与平板型集热器具体配合特征的管系图。
图2各例是本发明与全玻璃真空管集热器具体配合特征的管系图。
图3是本发明在平板集热系统中综合应用特征的管系图。
图中：1自来水管、2安全阀、3管制阀门、4太阳能循环泵、5冷循环管、6平板型集热器、7活节、8循环储热介质、9储热箱、10固体蓄热材料、11承压给水取热盘旋管、12热循环管、13盘旋管导热安置架、14箱盖、15大气衡压器、16液位指示器、17热用水恒温阀、18热用水即时性热水器、19喷头、20热用水管、21液位控制器、22真空管集热器、23储热温度探头、24热介质分户管、25电线、26介质回流管、27热循环分户管、28采暖温度探头、29采暖盘管、30矢量分配阀、31单向止回阀、33集热温度探头、34单向进气阀、35热用水计量表、36热用水分户管、37采暖循环泵、38采暖恒温阀、39采暖即时性热水器。
【具体实施方式】
在图3所示的实施例中：电源和程控器32支持所有电信号控制。自来水经自来水管1并受液位控制器21的额定液位控制进入储热箱9而成为循环储热介质8。固体蓄热材料10参与蓄热、换热而不参与循环流动。当平板型集热器6接受太阳能，使集热温度探头33的温度高于储热温度探头23或采暖温度探头28的预设温差时，太阳能循环泵4启动将循环储热介质8从储热箱9中抽出，经冷循环管5到平板型集热器6中接受太阳能，由热循环管12回程至矢量分配阀30，此时若需要进行太阳能采暖，电源和程控器32在采暖温度探头28配合下控制矢量分配阀30，自动将回程的循环储热介质8的全部或部分直接按需流入采暖盘管29进行采暖供热，而后经介质回流管26流回至储热箱9下部完成循环。在采暖过程中，当集热温度探头33的温度低于采暖温度探头28的预设温差时，采暖循环泵37启动将循环储热介质8从储热箱9中供出，此时若循环储热介质8的温度过高，采暖恒温阀38会及时自动勾兑由介质回流管26回流的冷介质进行调温。若当循环储热介质8的温度经采暖即时性热水器39检测过低时，它将被其即时按需补热至预设供热温度。若不需要进行太阳能采暖，矢量分配阀30会将全部回程的循环储热介质8直接返回至储热箱9的上部进行蓄热。当太阳能不足，使集热温度探头33的温度低于储热温度探头23和采暖温度探头28的预设温差时。太阳能循环泵4会停止工作，平板型集热器6中的循环储热介质8在其自重力的作用下，经冷循环管5回流到储热箱9中，回流同时会使平板型集热器6形成负压并进而打开单向进气阀34进入空气，这样平板型集热器6就被自动排空抗冻。当使用热水时，整个承压给水系统装置都会处于一定的失压状态，自来水借助其自身水压的动势能经自来水管1、安全阀2、活节7进入承压给水取热盘旋管11的下部人口，并通过自下而上的承压给水取热盘旋管11在循环储热介质8中逐步而充分地吸热换热后，直至自来水被加热到储热箱9上部的循环储热介质8的邻近温度时，才被推出承压给水取热盘旋管11的上部出口而成为热用水，在这里若热用水的温度过高，热用水恒温阀17会及时自动勾兑未经加热的冷自来水进行混合调温，但当热用水的温度经热用水即时性热水器18检测过低时，它将被其即时按需补热至预设的用水温度。系统通过电线25、热介质分户管24、热循环分户管27、热用水分户管36来实现分户使用和管理。