專利名稱：雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，應(yīng)用于太陽能與建筑一體化的工程項目中，屬于太陽能熱利用技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景 釩鈦黑磁復(fù)合陶瓷太陽能板(簡稱陶瓷太陽能板)是一種使用釩鈦黑磁做吸熱體，使用無白度要求的陶瓷做基體的新型太陽能集熱元件，太陽吸收比為O. 93。該形式具有性能穩(wěn)定、無衰變、無揮發(fā)和無高溫氧化銹蝕的性能，而且陶瓷太陽能板與建筑結(jié)合的效果極佳，成本又十分低廉，應(yīng)用陶瓷太陽能板組成的太陽能熱水系統(tǒng)(簡稱陶瓷太陽能熱水系統(tǒng))在節(jié)能建筑上應(yīng)用前景非常廣闊。將陶瓷太陽能板、鋼化玻璃蓋板、保溫材料，邊框型材等材料組裝起來可以形成一種新型太陽能集熱元件——陶瓷太陽能集熱器。該結(jié)構(gòu)具有以下兩個特性1、容量為12L/M2 ;2、承壓能力為O. 24MPa。陶瓷太陽能集熱器容量上的特性決定了其使用自來水作為導(dǎo)熱介質(zhì)才能有效控制成本。陶瓷太陽能集熱器的承壓能力又決定了陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)的運行方式在目前一定要是非承壓的。相應(yīng)的，就產(chǎn)生了一個陶瓷太陽能集熱器的低溫防凍問題，即當(dāng)其內(nèi)部充滿的導(dǎo)熱介質(zhì)——水凝固結(jié)冰時，陶瓷太陽能集熱器將被脹裂。針對于此，解決的方案是在水溫臨近冰點時，必須采用某種方法對陶瓷太陽能集熱器內(nèi)的水進(jìn)行全部或部分的排空。進(jìn)一步的，陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)又要有能容納這些排出水的空間。最直接的方法是增加一個獨立的水箱來容納這些排出介質(zhì)，形成“雙水箱”的配置方案。此種形式被稱為“雙水箱陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)”?！半p水箱陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)”中與陶瓷太陽能集熱器進(jìn)行熱交換的水箱為儲能水箱，而容納陶瓷太陽能集熱器排出介質(zhì)的水箱為儲液水箱。此形式存在兩個主要問題第一、儲液水箱的利用率低，在環(huán)境溫度高于介質(zhì)結(jié)冰點的氣候環(huán)境下不發(fā)揮作用；第二、陶瓷太陽能集熱器的介質(zhì)在排空后陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)同時就失去了轉(zhuǎn)化太陽輻照能量的功能。進(jìn)一步的，此形式還存在系統(tǒng)安裝占地面積多等問題。如何使陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)僅用一個儲能水箱就能正常運行，并在運行中又可以自動感知環(huán)境溫度的變化自動排空陶瓷太陽能集熱器內(nèi)的介質(zhì)，在維持陶瓷太陽能集熱器內(nèi)導(dǎo)熱介質(zhì)被排空的狀態(tài)下還能發(fā)揮轉(zhuǎn)化太陽能輻照能量的作用，目前還缺乏相應(yīng)的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，能夠以兩種不同的循環(huán)換熱方式運行的，具有在低溫、停電的情況下進(jìn)行防凍保護(hù)。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，它包括陶瓷太陽能集熱器組、儲能水箱、控制柜，其中陶瓷太陽能集熱器組的進(jìn)水端與自來水管路連接，出水端直接與用水區(qū)域連接，用水區(qū)域也與自來水管路連接；同時陶瓷太陽能集熱器組還通過循環(huán)管路與儲能水箱連接；儲能水箱分別與自來水管路和用水區(qū)域連接；在陶瓷太陽能集熱器組、儲能水箱上分別設(shè)有相應(yīng)的測溫裝置，測溫裝置與控制柜連接，同時控制柜還與環(huán)境測溫裝置連接；在陶瓷太陽能集熱器組與儲能水箱間的循環(huán)管路上，以及儲能水箱與用水區(qū)域的連接管路上，分別設(shè)有至少一個循環(huán)泵組，同時所述各管路上還設(shè)有相應(yīng)的多個閥門裝置，所述各循環(huán)泵組以及各閥門裝置也與控制柜連接。所述閥門裝置包括設(shè)置在陶瓷太陽能集熱器組與用水區(qū)域直接連接的管路上的電動閥III ；陶瓷太陽能集熱器組與儲能水箱連接的循環(huán)管路由兩條管路組成，其中一條管路上設(shè)有循環(huán)泵組I，另一條管路上設(shè)有電動閥II;儲能水箱與用水區(qū)域間的連接管路上設(shè)有循環(huán)泵組II ；自來水管與陶瓷太陽能集熱器組和儲能水箱連接的管路上設(shè)有電動閥IV。
·[0014]所述測溫裝置包括安裝在陶瓷太陽能集熱器組上的溫度傳感器I ;安裝在儲能水箱上部的溫度傳感器II、下部的溫度傳感器IV和中部的溫度傳感器 III ；所述環(huán)境測溫裝置為環(huán)境溫度傳感器。所述陶瓷太陽能集熱器組上設(shè)有液位傳感器，液位傳感器與控制柜連接。所述儲能水箱與陶瓷太陽能集熱器組連接的管路上還設(shè)有自動排氣閥。所述陶瓷太陽能集熱器組由多列陶瓷太陽能集熱器并排成一列；然后，再用連接管路各多列陶瓷太陽能集熱器并聯(lián)形成陶瓷太陽能集熱器組；在靠近儲能水箱的一列陶瓷太陽能集熱器與其它列陶瓷太陽能集熱器之間連接了一個電動閥I。本實用新型采用一個基于單片機的太陽能控制系統(tǒng)，進(jìn)行運行模式的控制。概括而言，其運行原理是用一個環(huán)境溫度傳感器來感知環(huán)境溫度的變化，控制柜內(nèi)的單片機采集該溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)程序的設(shè)定，在不同的環(huán)境溫度下分別控制陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)管路上連接的電動閥的“開通”或“關(guān)斷”，改變管路的連接方式。系統(tǒng)使用循環(huán)泵提供介質(zhì)循環(huán)的動力，由于管路連接方式的變化，介質(zhì)在管路中的流向隨之不同。最終，隨環(huán)境溫度變化，陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)用兩種明顯不同的方式轉(zhuǎn)化太陽輻照能，還具有低溫防護(hù)功能自動排空陶瓷太陽能集熱器內(nèi)的低溫水。相應(yīng)的，陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)僅使用一個儲能水箱就能夠正常運行。當(dāng)環(huán)境溫度tl高于設(shè)定值Tl (例如20°C )時，單片機采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)程序設(shè)定控制相應(yīng)電動閥和相應(yīng)循環(huán)泵的運行狀態(tài)，使得陶瓷太陽能集熱器和儲能水箱同時充滿介質(zhì)(自來水)。隨后，當(dāng)陶瓷太陽能集熱器內(nèi)水的溫度t2 =儲能水箱頂端溫度t3+8°C時，在相應(yīng)循環(huán)泵的作用下，陶瓷太陽能集熱器與儲能水箱進(jìn)行換熱循環(huán)。該運行模式稱為“循環(huán)換熱”。當(dāng)環(huán)境溫度tl低于設(shè)定值T2(例如3°C )時，單片機采集環(huán)境溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)程序設(shè)定控制相應(yīng)電動閥和相應(yīng)循環(huán)泵的運行狀態(tài)，最終使得陶瓷太陽能集熱器的介質(zhì)逐漸地、單向性地流向儲能水箱直至排空，并不會有新介質(zhì)補充進(jìn)來。而水箱則始終處于滿水狀態(tài)。此為“低溫排空過程”。進(jìn)一步的，當(dāng)陶瓷太陽能集熱器在內(nèi)部介質(zhì)排空的情況下被空曬至設(shè)定值T3(例如50°C )時，控制程序控制兩個循環(huán)泵分別運轉(zhuǎn)，使得儲能水箱內(nèi)的水從陶瓷太陽能集熱器的上端進(jìn)入，重力下落中與陶瓷太陽能板接觸換熱，再被抽回至儲能水箱內(nèi)。而在換熱結(jié)束后，陶瓷太陽能集熱器依然是排空的狀態(tài)。該運行模式稱為“對流換熱”。本實用新型的有益效果是能 夠以兩種不同的循環(huán)換熱方式運行的，具有在低溫、停電的情況下進(jìn)行防凍保護(hù)。

圖I為本發(fā)明實施例“雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)”的連接示意圖。圖2為本發(fā)明實施例陶瓷太陽能集熱器組的連接示意圖。圖中1、陶瓷太陽能集熱器組；2、儲能水箱；3、控制柜；4、環(huán)境溫度傳感器；5、電動閥I ;6、電動閥II ;7、電動閥III ;8、循環(huán)泵組I ;9、循環(huán)泵組II ;10、溫度傳感器I ;11、溫度傳感器II ;12、溫度傳感器III ;13、溫度傳感器IV ;14、液位傳感器；15、自動排氣閥；16、電動閥IV ;17、集熱器擴展連接區(qū)域；18、用水區(qū)域；19、循環(huán)管路；20、陶瓷太陽能集熱器。
具體實施方式
一種雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，它包括陶瓷太陽能集熱器組I (它由多個陶瓷太陽能集熱器20組成)、儲能水箱2、控制柜3，其中陶瓷太陽能集熱器組I的進(jìn)水端與自來水管路連接，出水端與用水區(qū)域18連接，用水區(qū)域18也與自來水管路連接；同時陶瓷太陽能集熱器組I還通過循環(huán)管路19與儲能水箱2連接；儲能水箱2分別與自來水管路和用水區(qū)域18連接；在陶瓷太陽能集熱器組I、儲能水箱2上分別設(shè)有相應(yīng)的測溫裝置，測溫裝置與控制柜3連接，同時控制柜3還與環(huán)境測溫裝置連接；在陶瓷太陽能集熱器組I與儲能水箱2間的循環(huán)管路19上，以及儲能水箱2與用水區(qū)域18的連接管路上，分別設(shè)有至少一個循環(huán)泵組，同時所述各管路上還設(shè)有相應(yīng)的多個閥門裝置，所述各循環(huán)泵組以及各閥門裝置也與控制柜3連接。所述閥門裝置包括設(shè)置在陶瓷太陽能集熱器組I與用水區(qū)域18直接連接的管路上的電動閥III7 ；陶瓷太陽能集熱器組I與儲能水箱2連接的循環(huán)管路19由兩條管路組成，其中一條管路上設(shè)有循環(huán)泵組18，另一條管路上設(shè)有電動閥116 ；儲能水箱2與用水區(qū)域18間的連接管路上設(shè)有循環(huán)泵組119 ；自來水管與陶瓷太陽能集熱器組I和儲能水箱2連接的管路上設(shè)有電動閥IV16。所述測溫裝置包括安裝在陶瓷太陽能集熱器組I上的溫度傳感器IlO ；安裝在儲能水箱2上部的溫度傳感器II11、下部的溫度傳感器IVl3和中部的溫度傳感器III12 ；所述環(huán)境測溫裝置為環(huán)境溫度傳感器4。所述陶瓷太陽能集熱器組I上設(shè)有液位傳感器14，液位傳感器14與控制柜3連接。所述儲能水箱2與陶瓷太陽能集熱器組I連接的管路上還設(shè)有自動排氣閥15。[0040]所述陶瓷太陽能集熱器組由多列陶瓷太陽能集熱器并排成一列；然后，再用連接管路各多列陶瓷太陽能集熱器并聯(lián)形成陶瓷太陽能集熱器組；在靠近儲能水箱的一列陶瓷太陽能集熱器與其它列陶瓷太陽能集熱器之間連接了一個電動閥I。如圖I、圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)完成安裝連接后通電啟用?？刂乒?內(nèi)的單片機采集環(huán)境溫度傳感器4的數(shù)據(jù)tl進(jìn)行邏輯判斷，對系統(tǒng)進(jìn)行三種形式的控制調(diào)節(jié)。一、當(dāng)tl = Tl時(例如20°C )，控制柜3啟動“循環(huán)換熱模式”。此時，電動閥15關(guān)，電動閥116開，電動閥III7關(guān)，電動閥IV16開，自來水在管路壓力下進(jìn)入陶瓷太陽能集熱器組I和儲能水箱2。上水過程中，自動排氣閥15隨時排出空氣?？刂乒?采集溫度傳感器110、溫度傳感器1111、溫度傳感器11112、溫度傳感器IV13的溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷。隨后，陶瓷太陽能集熱器組I接受陽光照射，溫度上升。當(dāng)溫度傳感器IlO測得的溫度值t2 =溫度傳感器IIll溫度值t3+8°C時，循環(huán)泵組18啟動，陶瓷太陽能集熱器組I的熱水進(jìn)入儲能水箱2，儲能水箱2的冷水進(jìn)入陶瓷太陽能集熱器組I ;當(dāng)溫度傳感器IlO溫度值t2 =溫度傳感器IV13溫度值t5+3°C時，循環(huán)泵組18停止。此過程周而復(fù)始，儲能水箱2內(nèi)的水溫t3、t4、t5不斷上升。二、當(dāng)tl = T2時(例如3°C )，控制柜3啟動“排空循環(huán)”。此時，電動閥IV16關(guān)，電動閥15開，電動閥116關(guān)，電動閥III7開，控制柜3內(nèi)單片機采集液位傳感器14信號，有液位信號時，控制柜3啟動循環(huán)泵18。陶瓷太陽能集熱器組I內(nèi)的介質(zhì)進(jìn)入儲能水箱2，然后經(jīng)儲能水箱2回流陶瓷太陽能集熱器組I。此過程中，因用水區(qū)域18放水最終導(dǎo)致陶瓷太陽能集熱器組I介質(zhì)減少。用水不斷發(fā)生，直至液位傳感器14發(fā)出無水信號，循環(huán)泵18停止。至此陶瓷太陽能集熱器組I的介質(zhì)被排空，此過程中自動排氣閥15因負(fù)壓而從環(huán)境中吸氣。然后，電動閥III7關(guān)，電動閥IV16開。三、在tl< Tl，且陶瓷太陽能集熱器組I內(nèi)的介質(zhì)被排空的情況下，當(dāng)溫度傳感器IlO溫度值t2 = T3時(例如50°C )，控制柜3啟動“對流換熱模式”。此時，電動閥IV16關(guān)，電動閥III7開，循環(huán)泵組119啟動I小時。此過程中，儲能水箱2內(nèi)的水從陶瓷太陽能集熱器組I上端泵入，重力作用下沿陶瓷太陽能板壁面流下形成對流換熱，然后匯集到陶瓷太陽能集熱器組I下端，控制柜3采集液位傳感器14數(shù)據(jù)變化，當(dāng)發(fā)出有水信號時，控制柜3延遲30S啟動循環(huán)泵組18，此時兩套循環(huán)泵組同時運轉(zhuǎn)，對流換熱不斷發(fā)生。I小時后，循環(huán)泵組Π9停轉(zhuǎn)。控制柜3內(nèi)單片機采集液位傳感器14信號，當(dāng)發(fā)出無水信號式，循環(huán)泵18停轉(zhuǎn)。此過程周而復(fù)始，儲能水箱2內(nèi)水溫不斷上升，但陶瓷太陽能集熱器組I始終處于排空或者低液位狀態(tài)。進(jìn)一步的，為提高對流換熱的效率，陶瓷太陽能集熱器組I上端連接有類似“噴頭”的裝置。
以下結(jié)合附圖2實施例說明陶瓷集熱器組的連接方法。根據(jù)設(shè)計需要使用足夠面積的集熱器，安裝時，將兩臺或多臺陶瓷太陽能集熱器20串聯(lián)成一列，然后，再用連接管路將多列陶瓷太陽能集熱器并聯(lián)形成陶瓷太陽能集熱器組I。特殊的，靠近儲能水箱2的一列陶瓷太陽能集熱器與其它列集熱器之間連接了一個電動閥15。這樣，當(dāng)電動閥15的檔位為開時，所有列的陶瓷太陽能集熱器是并聯(lián)的。當(dāng)電動閥15的檔位為關(guān)時，除第一列的陶瓷太陽能集熱器列并聯(lián)，然后再與第一列陶瓷太陽能集熱器串聯(lián)。當(dāng)系統(tǒng)需要增加集熱器時，操作的位置都在集熱器擴展連接區(qū)域17進(jìn)行。進(jìn)一步的，由于陶瓷太陽能熱水系統(tǒng)是使用循環(huán)泵組提供介質(zhì)循環(huán)的動力的，因此，陶瓷太陽能集 熱器組I與儲能水箱2的高度關(guān)系沒有限制。
權(quán)利要求1.一種雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，其特征是，它包括陶瓷太陽能集熱器組、儲能水箱、控制柜，其中陶瓷太陽能集熱器組的進(jìn)水端與自來水管路連接，出水端直接與用水區(qū)域連接，用水區(qū)域也與自來水管路連接；同時陶瓷太陽能集熱器組還通過循環(huán)管路與儲能水箱連接；儲能水箱分別與自來水管路和用水區(qū)域連接；在陶瓷太陽能集熱器組、儲能水箱上分別設(shè)有相應(yīng)的測溫裝置，測溫裝置與控制柜連接，同時控制柜還與環(huán)境測溫裝置連接；在陶瓷太陽能集熱器組與儲能水箱間的循環(huán)管路上，以及儲能水箱與用水區(qū)域的連接管路上，分別設(shè)有至少一個循環(huán)泵組，同時所述各管路上還設(shè)有相應(yīng)的多個閥門裝置，所述各循環(huán)泵組以及各閥門裝置也與控制柜連接。
2.如權(quán)利要求I所述的雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，其特征是，所述閥門裝置包括 設(shè)置在陶瓷太陽能集熱器組與用水區(qū)域直接連接的管路上的電動閥III ； 陶瓷太陽能集熱器組與儲能水箱連接的循環(huán)管路由兩條管路組成，其中一條管路上設(shè)有循環(huán)泵組I，另一條管路上設(shè)有電動閥II; 儲能水箱與用水區(qū)域間的連接管路上設(shè)有循環(huán)泵組II; 自來水管與陶瓷太陽能集熱器組和儲能水箱連接的管路上設(shè)有電動閥IV。
3.如權(quán)利要求I所述的雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，其特征是，所述測溫裝置包括 安裝在陶瓷太陽能集熱器組上的溫度傳感器I; 安裝在儲能水箱上部的溫度傳感器II、下部的溫度傳感器IV和中部的溫度傳感器III ; 所述環(huán)境測溫裝置為環(huán)境溫度傳感器。
4.如權(quán)利要求I所述的雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，其特征是，所述陶瓷太陽能集熱器組上設(shè)有液位傳感器，液位傳感器與控制柜連接。
5.如權(quán)利要求I所述的雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，其特征是，所述儲能水箱與陶瓷太陽能集熱器組連接的管路上還設(shè)有自動排氣閥。
6.如權(quán)利要求I所述的雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，其特征是，所述陶瓷太陽能集熱器組由多列陶瓷太陽能集熱器并排成一列；然后，再用連接管路各多列陶瓷太陽能集熱器并聯(lián)形成陶瓷太陽能集熱器組；在靠近儲能水箱的一列陶瓷太陽能集熱器與其它列陶瓷太陽能集熱器之間連接了一個電動閥I。
專利摘要本實用新型公開了一種雙模式陶瓷太陽能工程熱水系統(tǒng)，能夠以兩種不同的循環(huán)換熱方式運行的，具有在低溫、停電的情況下進(jìn)行防凍保護(hù)。陶瓷太陽能集熱器組的進(jìn)水端與自來水管路連接，出水端直接與用水區(qū)域連接，用水區(qū)域與自來水管路連接；陶瓷太陽能集熱器組還通過循環(huán)管路與儲能水箱連接；儲能水箱分別與自來水管路和用水區(qū)域連接；在陶瓷太陽能集熱器組、儲能水箱上分別設(shè)有相應(yīng)的測溫裝置，測溫裝置與控制柜連接，控制柜還與環(huán)境測溫裝置連接；在陶瓷太陽能集熱器組與儲能水箱間的循環(huán)管路上，以及儲能水箱與用水區(qū)域的連接管路上，分別設(shè)有至少一個循環(huán)泵組，所述各管路上還設(shè)有相應(yīng)的多個閥門裝置，各循環(huán)泵組以及各閥門裝置也與控制柜連接。
文檔編號F24J2/34GK202470493SQ20112053860
公開日2012年10月3日 申請日期2011年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月21日
發(fā)明者王城路, 蘇希敬, 項旭 申請人:山東福泰陶瓷有限公司