专利名称：平板型系统集成整体式家用太阳热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能热利用领域，是一种能广泛适用于平屋面安装使用 的，建筑一体化平板型系统集成整体式家用太阳热水系统。
背景技术：
现在安装在平屋面上的整体式家用自然循环太阳热水器，无论是平板型、 真空管型还是热管型，都毫无例外地由一个高位圆卧保温循环水箱、 一组以固 定角度安装的集热器、若干组成回路的管道和非锚固在建筑屋面上的支撑脚架 组合而成。这种最早出现在上个世纪七十年代的整体式自然循环太阳能热水系
统，30余年来几乎没有什么大的技术进步和功能上的根本改进；这一方面说明 其结构存在一定的合理性；另一方面也从一个侧面反映出要对该系统做任何实 质性的改进，都存在一定的技术难度。但事实上，这种系统并不是完美无缺的 首先，从系统结构上来看，保温循环水箱被高高置于系统最上方，这样不仅造 成系统重心过高，降低了系统的稳定性、安全性和抗风能力，而且严重破坏建 筑景观，造成对建筑物的视觉污染和安全隐患；其次，出厂时一定终身的(脚 架)安装角，再加上(为防止系统日落后发生逆向循环散热)必须大大低于水 箱底部的集热器安装方式，不仅使有限面积的集热器不能根据不同安装地的环 境条件，不同使用季节的日照情况，由用户按需做出必要的调整以提高采集太 阳光热的效率，而且还进一步把系统重心位置抬高，再加上长年裸露在风雨中 的高位保温循环水箱及与其相连接的上、下循环、输水管遒，更造成新的热损 因素，使系统的可得热产量进一步降低。第三，由于热水管道不能自动延时排 空，每用一次热水(特别低楼层用户)都会造成大量管道散热洁净余水资源的排弃浪费；第四，系统不具备防止高温结垢，低温抗冻能力的技术措施；以及 冷热水混装水箱又采用"顶水法"取热水，使当日系统所产热水不能全部，甚 至大部分被有效提取利用；系统可用得热水产量低下，等等弊端。中国平屋面 自然循环整体式太阳热水器，30余年技术上的踏步不前，致使我国太阳能热利 用产品性能远远落后于国外同类产品。再不与时俱进的改进上述功能性缺陷， 中国太阳能将面临被淘汰出局的危机。 发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，在"管板式系统集成太阳热 水器"(专利申请号200710066264.7)发明专利的基础上，再配合上"多功能 平板集热器边框型材"(专利号ZL200420104531.7)，"放气止水阀"(专利号 ZL200420104530.2)等相关新型专利技术产品；提供一种能广泛适用于在建筑 物平屋面上安装使用的，建筑一体化平板型系统集成整体式家用太阳热水器。 该系统由于采用了自然循环系统集成的发明专利创新技术制造板芯，再采用"多 功能平板集热器边框型材"做壳体主要结构件，实现了一块集热板就是一套超 薄、超轻型结构，高效运行的自然循环集一热水器系统；不再需要设置高位水 箱参与系统的宏观换热循环过程。在实现了集贮分离的前提下，高位保温水箱 因而可移置到系统脚架的最低部隐蔽安装，这样不仅有效地降低了系统的重心， 而且使按需简易无级调整集一热水器安装角和方位角成为可能。本实用新型不 只是解决了降低水箱高度，增加了系统的稳定性、安全性和抗风性能，从而可 将系统结构高度严格控制在建筑物平屋面女儿墙避雷线高度范围之内，不再造 成对建筑景观的任何视觉污染的，这样一些问题。而且，在对整个系统进行集 成创新，优化设计后，还在克服整体式传统太阳热水器若干功能性缺陷上，取 得一系列技术进步。例如可在10° 50°之间简易无级调整集一热水器正对太阳的安装角，180°调整方位角，以提高系统采集太阳辐照的效率；具备按需 定温产水，以提高可用得热水产量和防止高温结垢；热水管道自动延时排空以 节约水资源；板芯、冷水进水管逆向自洁排污、排空防冻；保温水箱底层低温 水无源自动二次循环增温，以确保当日所产水温质量；等方面的功能。在系统 结构上，除平板集一热水器、保温水箱两大部件外，组合式脚架被分解成左、 右两组几何尺寸相同，外形完全对称的斜撑支架；水箱前、后两侧可按需互换 安装的圆筒形横拉杆式功能控制舱；以及与集一热水器上"T"型横梁接口对接 的脚架上横梁；等五个基础部件。这种优化组合设计的结果，不仅使系统的结 构更为紧凑，而且达到防风、避雷，满足平屋面建筑一体化锚固安装的基本要 求；同时，还使系统总成部件的生产、检验，运输、安装、维修、互换使用更 趋于简单化、标准化、系列化和合理化；也更便于降低成本，大规模定型生产 和普及推广利用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由按管板式系统集成专利技 术制造的平板集一热水器、保温贮热水箱、组合式脚架、功能控制舱四大总成 部件，以及水箱排气溢流管、水箱底层水虹吸管、"放气止水阀"、逆止阀、射 流三通、热水放水电磁阀、温控冷水补水阀及水温传感器，共同组合而成的全 新一代建筑一体化平板型系统集成整体式家用太阳热水器；其特征在于保温 水箱被置于组合式脚架的最低部，集一热水器则安装在保温水箱正上方，功能 控制舱则分别配装在水箱前、后两侧的脚架上；
集一热水器热水出水口分别与"放气止水阀"、温控冷水补水阀的水温传感 器和保温贮热水箱的热水进水管相连接；
集一热水器通过上"T"型横梁的接口，与组合式脚架上横梁两侧的旋转轴
相对接；集一热水器下"T"型横梁接口上的圆弧形可调安装角撑杆与组合式脚架前 (后)斜撑上的紧固螺栓相连接；
保温贮热水箱热水出水管口外接三通的一侧，安装有水箱底层水虹吸管， 虹吸管顶部装有"放气止水阀"，虹吸管的另一端通过逆止阀、射流三通与集一 热水器温控冷水补水阀之后的冷水进水总管相连接；
保温贮热水箱热水出水管口外接三通的另一侧，在连接热水放水电磁阀之 后，通过又一个三通与保温贮热水箱的排气溢流管相连通；
集一热水器冷水进水总管上，温控冷水补水阀前、后两头，通过两个三通 并连有一个逆止阀；
在直通用户室内的系统冷水进水总管口附近，连接有手控板芯逆向自洁排 污排空阀，并通过一个三通分别与冷水进水总阀和室内冷水用水阀相连接；
本发明的有益效果是，应用最新专利技术知识成果，通过对系统进行集成 创新，优化设计，以产业化生产更新换代紧凑式传统太阳热水器为目的，而推 出的全新一代建筑一体化平板型系统集成整体式家用太阳热水器，在继承了现 有整体式传统太阳热水系统自然循环换热品质的基础上，克服了我国家用太阳 能30余年来未能解决的一系列弊端和功能性缺陷，以更高的集热效率(n》 65%); (10° 50° )间无级可调安装角、(180°调整)方位角；(45° 55°C) 有源或无源定温产水防结垢；(热水管道)自动延时排空节能节水；板芯逆向自 洁排污排空抗冻；水箱底层散热低温水无源自动二次循环增温；溢水回收利用； 等更优良的系统功能，以及更简捷的建筑一体化安装方式；为更新换代整体式 传统太阳能，满足包括低纬度回归带在内的全球阳光地带平屋面建筑物推广应 用，提供了新的选择。 附图说
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型组合式脚架系统左侧向结构示意图； 图2为本实用新型组合式脚架部分的前视示意图 图3为本实用新型保温水箱部分的系统控制原理图； 图4为保温水箱热水出水口端系统连接示意图； 图5为保温水箱热水进水口端系统连接示意图中，l为按管板式自然循环系统集成技术生产的平板集一热水器；2为用 "多功能平板集热器边框型材"制造的边框壳体；3为平板集一热水器的上"T" 型横梁；4为平板集一热水器的下"T"型横梁；5为组合式脚架的上横梁；6 为组合式脚架上横梁与集一热水器上"T"型横梁对接的旋转轴；7为组合式脚 架保温水箱上抱箍；8为组合式脚架与前、后斜撑相连接的保温水箱下抱箍；9 为组合式脚架几何尺寸相同形状对称的前、后斜撑；10为组合式脚架前、后斜 撑上圆弧形可调安装角撑杆的锁固螺栓；11为与集一热水器下"T"型横梁相连 接的圆弧形可调安装角撑杆；12为安装有冷水控制系统的圆筒形横拉杆式前功 能控制舱；13为安装有热水控制系统的圆筒形横拉杆式后功能控制舱；14为前、 后斜撑脚掌上的地脚螺栓孔位；15为保温贮热水箱；16为水箱排气溢流管；17 为水箱热水进水管；18为水箱热水出水管；19为水箱底层水虹吸管；20为"放 气止水阀"；21逆止阀；22为射流三通；23为集一热水器的热水出水口； 24为 (双稳态)热水放水电磁阀；25为温控冷水补水阀；26为温控冷水补水阀的水 温传感器；27为系统热水出水总管(口)； 28为系统冷水进水总管(口)； 29为集 —热水器板芯逆向自洁排污排空阀；30为系统冷水进水总阀；31为室内冷水用 水阀；32为室内热水用水阀；
本实用新型结构不仅限于附图所示。
具体实施方式
本实用新型按"管板式系统集成太阳热水器"(专利申请号:200710066264.7) 或"扁盒式系统集成太阳热水器"(专利申请号200710066263.2)两项发明专 利技术，配合上"多功能平板集热器边框型材"(专利号ZL200420104531.7) 制造的管板式，平板型集一热水器l;由于该型平板集一热水器已将温差循环换 热机制高度集成在一块板芯范围之内，实现了超薄、超轻、高效自然循环换热 功能；因而，集一热水器l，不再需要保温贮热水箱15参与系统的宏观循环换 热过程。故可将实现了集贮分离的保温贮热水箱15，由传统系统的最高处，直 接搬到平板集一热水器1正下方组合脚架的最低处隐蔽安装；这样，不仅提高 了水箱的保温效果，降低了系统重心，而且大大改善了系统的稳定性、安全性 和抗风能力。另外，为了克服整体式传统太阳能长期存在的一系列功能性缺陷， 提高新产品的科技含量，本实用新型有针对性地开发出了定温产水、热水管道 自动延时排空节水、水箱底层低温水二次循环增温、板芯逆向自洁排污抗冻等 实用功能，并将其有机组合成冷、热水分别控制的前、后两个圆筒型(橫拉杆 式)功能控制舱总成12、 13。
通过优化设计，本实用新型已将集一热水器1的可调安装角脚架、保温贮 热水箱15的水箱支架和冷水系统功能控制前舱12和热水系统功能控制后舱13 的安装架，三者有机结合为一套整体型的组合式脚架。并最终将整个系统定型 为方便产业化流水线生产的五大总成部件，共同组合成适用于在建筑物平屋面 上安装使用的平板型系统集成整体式家用太阳热水器。
图1中，保温水箱15已被置于组合式脚架的最低部，平板集一热水器1则 安装在保温水箱的正上方，控制系统则分别安装在水箱前、后两侧的两个圆筒 型横拉杆式功能控制舱12、 13中。在
图1和图2中，水箱15正上方，与水箱上抱箍7紧固在一起的组合式脚 架上横梁5的两侧，配置有与集一热水器上"T"型横梁3对接的转轴6;而在 组合式脚架前后斜撑9的相同位置处，配置有与集一热水器下"T"型横梁4相 连接的，集一热水器圆弧形可调安装角撑杆11的紧固螺栓10;从而，使得系统 能在10° 50°范围内，可由上至下无级调整集一热水器1正对太阳的安装角 和将平板集一热水器1反转180°安装调整方位角。这一功能的开发，不仅使系 统每年比不可调整安装角的集热器至少多获得30%以上的太阳辐射能；而且，为 其产品进入包括东南亚、南亚等，低纬度回归带地区在内的全球阳光地带大规 模推广利用，奠定了功能性的技术基础。
图3为本实用新型保温水箱部分的系统控制原理图；而图4和图5则分别 示意了保温水箱15热水出水口端和热水进水口端系统管道的连接方法。
为了能有效地防治集一热水器1的板芯高温结垢，系统通过配置按需可调 的无源或有源的温控冷水补水阀25及水温传感器26，(若采用有源温控阀，水 温传感器则预埋在集一热水器内板芯的热水出口处，用导线将水温信号引出。) 采用定温补水方式，控制系统最高温度在45° 55。C之间结垢温度以下正常运 行；这样， 一来可有效提高系统的热效率和生活热水的产水量；二来在有效防 治系统结垢的同时，避免发生烫伤用户的事故发生。
图3和图4中，保温水箱15热水出水管18三通接口的一端经系统热水出 水总管27在连接(双稳态)热水放水电磁阀24之后，又与水箱排气溢流管16相 连通；此种管道连接的目的在于它可使系统在用户提前数十秒关闭(双稳态) 热水电磁阀24之后，热水出水总管能自动延时排空；这样在下一次用户开启(双 稳态)热水放水电磁阀24取用热水时，能及时得到热水供应。天长日久，可有 效避免大量管道散热洁净余水资源的排弃浪费。同时获得系统溢水回收到室内用水点利用和管道自动延时排空的双重功效，是本实用新型热水管道系统连接 的重要技术创新之处。
在水箱热水出水管18三通接口的另一端，加装了一组由"放气止水阀"20 控制的水箱底层水虹吸管19，以及通过逆止阀21、射流三通22连接温控冷水 补水阀25之后的板芯冷水进水总管口28;这一管道子系统设定的功能在于当 水箱热水存量达到保温水箱15贮藏总量的75%左右以后，水箱底层的水通过连 通管开始漫过虹吸管19的最高段，并进入"放气止水阀"20内；此时，放气止 水阀的浮球系统上浮关闭排气口，虹吸管19开始进入工作状态，发挥虹吸作用， 将水箱底层低温水虹吸出来，经逆止阀21、射流三通22直接送到温控冷水补水 阀25之后的集一热水器1板芯冷水进水总管口 28附近的管道一侧；如果还有 太阳，集一热水器1处于正常工作状态；当温控冷水补水阀25打开将自来水导 入集一热水器1的板芯时，根据伯努利定律，系统就可以利用自来水提供的动 压，自动将水箱底层早期生产贮存的低温水，无源自动抽吸出来，并将其混入 新进入集一热水器1的冷水流中，进入板芯进行二次循环增温，以提高产水水 温质量。这一功能设置的目的在于如果头天保温水箱15内的水没有被用完， 由于散热余水渗混的结果，必然会将次日早期所产热水温度拖低；而次日系统 可能正常生产的热水，又由于水箱容积被散热余水占据，必然发生新生产的上 层高温水满溢流现象；为了避免恶性循环，故有必要在保温水箱15水箱存量达 到贮藏总量的75%左右时，让系统"牺牲" 一部分产水量，自动启动一个水箱底 部低温水无源二次循环增温的子程序，以提高保温水箱15内的底层水温，确保 系统产水温度的质量。
由于平板集一热水器热水出水口 23处另一个"放气止水阀"20的存在， 用户可在任何需要的时候(例如严冬季节的晚上)，在室内用水点处，通过先关闭系统冷水进水总阀30，开启板芯逆向自洁排污排空阀29，利用室内冷水用 水阀31随时可将板芯内的存水，通过与板芯冷水进水总管口 28绕开温控冷水 补水阀25的封锁，经并连的逆止阀21连同整个冷水进水总管口 28中的管道余 水逆向经自洁排污排空阀29和室内冷水用水阀31，将其全部放出，渗混到用水 点热水流中一并回收使用。集一热水器1的板芯和冷水进水总管28内存水逆向 排空功能的设置，不仅可有效的实现系统逆向自洁冲刷排污，确保系统内水质 的清洁卫生，而且也是本实用新型能有效解决系统板芯、冷水管道排空抗冻的 重要技术创新举措。
由于本实用新型的保温水箱15内只装达标的热水，不装冷水；因而不会发 生冷、热水渗混而降低可用得热水量的老问题；系统取水使用重力自流的方式， 可确保把每天所产热水即时、全部有效地提供给用户使用。如果因楼层过低， 或感水箱水压不足，流水无力，则可在热水输水管道上配置自控增压泵，采集 室内热水用水阀32开关的流水信息以实现水流喷淋。这样做尽管要消耗一点电 能，但比用冷水"顶水法"将当日所产热水中的绝大部分渗混成无使用价值的 低温水更节约能源，也节约了更多的设备投资。
本实用新型是在一系列国家发明和实用新型专利技术的基础上，集成创新， 优化设计，开发出来的全新一代建筑一体化平板型系统集成整体式家用太阳热 水器，经试验样机的实测检验，其技术性能和性价比，均己全面超越整体式传 统型"圆卧水箱加集热板式"太阳热水器。
1权利要求1、一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，由集-热水器(1)、保温贮热水箱(15)、组合式脚架、功能控制舱(12、13)四大总成部件，以及水箱排气溢流管(16)、水箱底层水虹吸管(19)、“放气止水阀”(20)、逆止阀(21)、射流三通(22)、热水放水电磁阀(24)、温控冷水补水阀(25)、水温传感器(26)、板芯逆向自洁排污排空阀(29)、冷水进水总阀(30)、室内冷水用水阀(31)和室内热水用水阀(32)共同组合而成；其特征在于保温水箱(15)被置于组合式脚架的最低部，集-热水器(1)安装在保温水箱正上方，功能控制舱(12、13)则分别配装在水箱前、后两侧的脚架上。
2、 如权利要求1所述的一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，其特 征在于集一热水器(1)的热水出水口 (23)分别与"放气止水阀"(20)、温 控冷水补水阀的水温传感器(26)和保温贮热水箱的热水进水管(17)相连接。
3、如权利要求1所述的一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，其 特征在于集一热水器(1)通过上"T"型横梁(3)的接口，与组合式脚架上 横梁(5)两侧的旋转轴(6)相对接。
4、 如权利要求1所述的一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，其特 征在于集一热水器(1)通过下"T"型横梁(4)接口上的圆弧形可调安装角 撑杆(11)与组合式脚架前后斜撑(9)上的紧固螺栓(10)相连接。
5、 如权利要求1所述的一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，其特 征在于保温贮热水箱(15)的热水出水管(18)外接三通的一侧，安装有水 箱底层水虹吸管(19)，虹吸管顶部装有"放气止水阀"(20)，虹吸管的另一端 通过逆止阀(21)、射流三通(22)与集一热水器(1)的温控冷水补水阀(25) 之后的冷水进水总管(28)相连接。
6、 如权利要求1所述的一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，其特征在于保温贮热水箱(15)热水出水管(18)外接三通的另一侧，在连接热 水放水电磁阀(24)之后，通过又一个三通与保温贮热水箱的排气溢流管(16) 相通。
7、 如权利要求1所述的一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，其特 征在于集一热水器冷水进水总管(28)上，温控冷水补水阀(25)前、后两 头，通过两个三通并连有一个逆止阀(21)。
8、 如权利要求1所述的一种平板型系统集成整体式家用太阳热水器，其特 征在于在直通用户室内的系统冷水进水总管(28)室内管口附近，连接有板 芯逆向自洁排污排空阀(29)，并通过一个三通分别与系统冷水进水总阀(30) 和室内冷水用水阔(31)相连接。
专利摘要按扁盒式或管板式的系统集成专利技术制造的平板集—热水器、保温贮热水箱、组合式脚架、功能控制舱，以及排气溢流管、底层水虹吸管、“放气止水阀”、逆止阀、射流三通、热水电磁阀、温控冷水补水阀及水温传感器，组成的平板型系统集成整体式家用太阳热水器；在继承了传统太阳热水器自然循环换热品质的基础上，以更高的集热效率；无级可调安装角；定温产水防结垢；热水管道自动延时排空；板芯逆向自洁排污排空抗冻；水箱底层散热水无源自动二次循环增温；溢水回收利用等；以更简捷的建筑一体化安装方式；为更新换代整体式传统太阳能，满足包括低纬度回归带在内的平屋面建筑物推广应用，提供了新的选择。
文档编号F24J2/52GK201293466SQ20082008127
公开日2009年8月19日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者涂济民 申请人:涂济民