防凍太陽能供水裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及單戶冬季太陽能熱水管路系統(tǒng)防凍，具體是一種新型利用太陽能熱水 溫差驅(qū)動(dòng)管路循環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002] 寒冷地區(qū)冬季家用太陽能的使用受到環(huán)境的影響而不能正常使用是目前較為普 遍的現(xiàn)象，為克服此問題市場上有伴熱帶，伴熱帶套在供回水管上W后再采用黑色保溫棉 做外保溫，伴熱帶加熱功率根據(jù)使用環(huán)境不同略有差別，平均在iw/m。根據(jù)太陽能集熱器安 裝位置，一般安裝在所居住房間屋頂，按照正常補(bǔ)水管道敷設(shè)距離為10m，用戶側(cè)供水管長 5m。日功耗P= 15W/1000*24 = 0. 36kW*h。電能是高品位能源，直接用于加熱是非常浪費(fèi) 的，而且伴熱帶能保證的最低水溫是〇°CW上，即補(bǔ)水管和用戶側(cè)供水管不結(jié)凍，冬季在使 用太陽能熱水時(shí)往往會(huì)因?yàn)樗軆?nèi)儲(chǔ)存冷水而需要放掉該部分低溫水，該樣就造成水資源 的浪費(fèi)，在西北干旱寒冷的環(huán)境下放掉低溫冷水不符合國家環(huán)保節(jié)能政策W及低碳生活的 準(zhǔn)則。
[0003] 采用排空閥防凍的致命缺點(diǎn)是無法即時(shí)即用，同時(shí)補(bǔ)水側(cè)排空勢必造成水資源浪 費(fèi)。
[0004] 有采用低速排放太陽能熱水來防凍的裝置，裝置優(yōu)點(diǎn)是操作簡單易行，缺點(diǎn)是造 成水資源和熱量的雙重浪費(fèi)，浪費(fèi)水量有可能超過排空浪費(fèi)的水量。
[0005] 申請?zhí)枮?01210361813. 4名稱為一種太陽能防凍管的發(fā)明專利也采用套管技 術(shù)，但其是通過套管內(nèi)部電阻絲達(dá)到防凍效果，太陽能的貶熱水箱因?yàn)樗疁剡^高在夜間也 會(huì)向周圍環(huán)境散熱，而該部分散失的能量可W用來加熱供水管。
[0006] 申請?zhí)枮?01320027618. 8的專利通過采用變頻微型累防止管路凍堵，同時(shí)還采 用了溫度測控系統(tǒng)，該些都是耗電設(shè)備，不僅初投資較大，而且運(yùn)行管理也不方便，此種方 式也不能夠節(jié)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提供一種成本低、無 需能源且易于控制的防凍太陽能供水裝置。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0009] 一種防凍太陽能供水裝置，包括太陽能集熱箱、水箱W及混水閥，其特征在于，所 述太陽能集熱箱的出水口和水箱的出水口分別通過套管連接在混水閥的熱水入口和冷水 入口上，在所述套管上還安裝有一吸熱放熱管，在該吸熱放熱管內(nèi)充注相變介質(zhì)；在所述太 陽能集熱箱的上端和水箱的上端還連接有一壓差調(diào)節(jié)管，在該壓差調(diào)節(jié)管上設(shè)置有一延所 述壓差調(diào)節(jié)管長度方向滑動(dòng)的絕熱調(diào)整片；在所述集熱箱出水口的套管和水箱出水口的套 管之間還連接有一溫控支管，在該溫控支管上設(shè)置有溫控閥。
[0010] 在所述吸熱放熱管內(nèi)延長度方向上間隔的設(shè)置有隔離支架，所述石蠟被充注在相 鄰兩隔離支架間。
[0011] 在所述集熱箱出水口的套管上還設(shè)置有一與所述混水閥聯(lián)動(dòng)控制的電磁閥。
[0012] 所述相變介質(zhì)為石蠟或醋酸。
[0013] 壓差調(diào)節(jié)管是冷熱水箱上端的連接管，具有可滑動(dòng)的絕熱調(diào)整片，通過滑動(dòng)絕熱 調(diào)整片在壓差調(diào)節(jié)管的位置，從而平衡冷熱水箱的壓差，使冷水箱內(nèi)冷水流入套管內(nèi)，增大 循環(huán)溫差，促進(jìn)管內(nèi)水流動(dòng)。
[0014] 發(fā)明效果
[0015] 雙層隔熱節(jié)能效果更明顯，套管外的水也起到緩沖帶的隔熱作用，同時(shí)套管外的 水所散失的能量儲(chǔ)存到吸熱放熱管中，當(dāng)管外水溫度較低時(shí)，石蠟相變材料的熱量可W傳 回套管。
[0016] 充分利用存留在套管內(nèi)水的熱能，根據(jù)熱管和冷管溫度差達(dá)到管外水的加熱和冷 卻效果，由于水的密度差從而產(chǎn)生壓力差，形成管外水的循環(huán)流動(dòng)。
[0017] 可W同時(shí)保證供熱水管和自來水管不結(jié)凍，適應(yīng)農(nóng)村地區(qū)緊湊式太陽能集熱器用 戶。
[0018] 吸熱放熱管外層采用黑色吸收材料白天可W吸收太能能熱量，用來加熱套管內(nèi)循 環(huán)水。
[0019] 真正意義上的無電防凍技術(shù)。
【附圖說明】
[0020] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021] 圖2圖1的A-A剖視圖；
[002引 圖3圖1的B-B剖視圖；
[0023] 其中：1、套管，2、混水閥，3、壓差調(diào)節(jié)管，4、溫控閥，5、電磁閥，6、橡皮圈，7、石蠟 層，8、太陽能集熱箱，9、水箱，10、PVC管，11、隔離支架。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明：
[0025] 如圖1所示，本發(fā)明防凍太陽能供水裝置，包括太陽能集熱箱8、水箱9W及混水 閥2,其中太陽能集熱箱8提供通過太陽能加熱的熱水，而水箱9提供冷水。在太陽能集熱 箱8的上端和水箱9的上端還連接有一壓差調(diào)節(jié)管3,在該壓差調(diào)節(jié)管上設(shè)置有一延壓差調(diào) 節(jié)管長度方向滑動(dòng)的絕熱調(diào)整片。太陽能集熱箱8的出水口和水箱9的出水口分別通過套 管1連接在混水閥2的熱水入口和冷水入口上，在太陽能集熱箱出水口的套管和水箱出水 口的套管之間還連接有一溫控支管，在該溫控支管上設(shè)置有溫控閥4,在集熱箱出水口的套 管上還設(shè)置有一與混水閥聯(lián)動(dòng)控制的電磁閥5 ;在套管1上還套有一吸熱放熱管3,該吸熱 放熱管3采用PVC管10,在PVC管10內(nèi)填充有相變介質(zhì)，相變介質(zhì)采用石蠟。為了使得石 蠟層同時(shí)吸熱和放熱，在石蠟層延套管長度方向上等間隔設(shè)置有隔離支架11，參見圖3。
[0026] 工作過程：用戶側(cè)供水管采用套管，從水箱側(cè)壁開孔，套管外套有石蠟相變材料 (參見圖2)，石蠟外層采用黑色吸熱材料，在最后一次熱水使用之后，熱管內(nèi)熱水向石蠟傳 熱并最終達(dá)到平衡，由于熱水的密度低于冷水在自然重力下持續(xù)流回?zé)崴?，為了防止?水過多流入太陽能集熱箱，可通過電磁閥6控制，混水閥4關(guān)閉后，電磁閥6也關(guān)閉。暴露 在室外的水管由于黑色材料的吸熱使石蠟融化，溫度升高，夜間隨著套管內(nèi)水溫降低，會(huì) 出現(xiàn)石蠟加熱套管水的現(xiàn)象，由于室外管環(huán)境溫度較低更容易結(jié)凍，采用石蠟相變材料貶 熱之后，可延遲管內(nèi)水溫降低。在室外管水溫降低前，監(jiān)測管內(nèi)水溫，當(dāng)?shù)陀谙拗担蜷_溫 控閥5,實(shí)現(xiàn)熱水管和冷水管的閉式循環(huán)。為了防止熱橋現(xiàn)象和達(dá)到密封要求，在用戶側(cè) 出口處安裝絕熱橡皮圈，在使用熱水時(shí)橡皮圈堵住套管連接處使水箱內(nèi)熱水只沿著內(nèi)管 流出，內(nèi)外管連通，由于內(nèi)管水溫在剛使用之后水溫接近水箱水溫，而外管繼續(xù)向石蠟傳 熱，該樣會(huì)導(dǎo)致內(nèi)管和外管之間的溫差，水溫在30-8(TC范圍內(nèi)時(shí)，密度隨水溫變化的梯度 是-0. 4化g/°C，溫度為0-20°C時(shí)，單位溫度降下密度梯度為-0. 083kg/°C，熱水箱水溫一般 在50-80°C，在30-80°C該個(gè)范圍內(nèi)，而且溫度越高，密度變化越大。
[0027] 套管結(jié)構(gòu)：靠近外管壁處的石蠟首先融化，液相石蠟會(huì)產(chǎn)生靜壓作用導(dǎo)致底部石 蠟層融化速度較快，然后逐步上移，從而導(dǎo)致底部形成熱橋，為了防止石蠟融化后靜壓的影 響，可W在套管外與PVC管之間安裝隔離支架可W起到固定和分割作用，使石蠟均勻融化， 極端換熱情況下也需要保證石蠟層距離外界環(huán)境有1cm的厚度，W石蠟60為例，固相石蠟 導(dǎo)熱系數(shù)為0. 558W/K，液相導(dǎo)熱系數(shù)為0. 335W/K。保證石蠟不全部融化是為要使最外界石 蠟起到隔熱作用。
[002引可行性分析計(jì)算
[0029] 微重力作用下的水力計(jì)算：
[0030] 假定流速為0.OOlm/s，平均水溫50°C看，管壁粗趟度0. 009,運(yùn)動(dòng)粘度 0. 556X10-6m2/s,阻力損失；
[0031]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種防凍太陽能供水裝置，包括太陽能集熱箱、水箱以及混水閥，其特征在于，所述 太陽能集熱箱的出水口和水箱的出水口分別通過套管連接在混水閥的熱水入口和冷水入 口上，在所述套管上還安裝有一吸熱放熱管，在該吸熱放熱管內(nèi)充注相變介質(zhì)；在所述太陽 能集熱箱的上端和水箱的上端還連接有一壓差調(diào)節(jié)管，在該壓差調(diào)節(jié)管上設(shè)置有一延所述 壓差調(diào)節(jié)管長度方向滑動(dòng)的絕熱調(diào)整片；在所述集熱箱出水口的套管和水箱出水口的套管 之間還連接有一溫控支管，在該溫控支管上設(shè)置有溫控閥。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防凍太陽能供水裝置，其特征在于：在所述吸熱放熱管內(nèi)延 長度方向上間隔的設(shè)置有隔離支架，所述石蠟被充注在相鄰兩隔離支架間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防凍太陽能供水裝置，其特征在于：在所述集熱箱出水口的 套管上還設(shè)置有一與所述混水閥聯(lián)動(dòng)控制的電磁閥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的防凍太陽能供水裝置，其特征在于：所述相變介質(zhì)為石蠟或 酯酸。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種防凍太陽能供水裝置，包括太陽能集熱箱、水箱以及混水閥，所述太陽能集熱箱的出水口和水箱的出水口分別通過套管連接在混水閥的熱水入口和冷水入口上，在所述套管上還安裝有一吸熱放熱管，在該吸熱放熱管內(nèi)充注相變介質(zhì)；在所述太陽能集熱箱的上端和水箱的上端還連接有一壓差調(diào)節(jié)管，在該壓差調(diào)節(jié)管上設(shè)置有一延所述壓差調(diào)節(jié)管長度方向滑動(dòng)的絕熱調(diào)整片。本發(fā)明供水裝置增加了吸熱放熱管和壓差調(diào)節(jié)管，通過滑動(dòng)絕熱調(diào)整片在壓差調(diào)節(jié)管的位置，從而平衡冷熱水箱的壓差，使冷水箱內(nèi)冷水流入套管內(nèi)，增大循環(huán)溫差，促進(jìn)管內(nèi)水流動(dòng)，起到防止水管凍住無法流動(dòng)的目的。
【IPC分類】F16L53-00, F24J2-46
【公開號(hào)】CN104764230
【申請?zhí)枴緾N201510203414
【發(fā)明人】陳振乾, 史浩, 張鵬
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月27日