專利名稱：城市型太陽能熱水器及其系統(tǒng)運行方法
技術領域：
本發(fā)明提出的“城市型太陽能熱水器及其系統(tǒng)運行方法”技術方案可實現(xiàn)用美觀型太陽能熱水器對城市建筑物的頂部進行裝點美化的雙重效用，其安裝方式及運行方法更加適宜城市使用，屬適用型太陽能利用技術領域。
在大力推進節(jié)能、節(jié)電，大力倡導與促進可再生能源技術產品廣泛推廣應用的同時，各地區(qū)城市政府也相繼出臺了“在城市中嚴格限制——完全禁止安裝太陽能熱水器”的各種行政條例或內部限制性規(guī)定，人們將現(xiàn)結構型太陽能熱水器視為損害城市景觀形象、破壞樓頂建筑結構的“頭號元兇”，將太陽能熱水器逐出城市業(yè)已成為多數(shù)城市管理者和樓房頂層居民住戶的共同行動。
其實，在大中城市人口高度集中，尤其在夏季，如果大量廣泛地使用大功率的電熱水器或燃氣熱水器，不僅大大增加了城市電力、燃氣供應的缺口和壓力，也同時加劇了城市的熱島效應，如能在城市中廣泛使用太陽能熱水器，就可形成與上述情況相反的積極效果；在另外三個季節(jié)使用也可大幅度地減少用電能和燃氣對大量過低水溫水大幅度升溫加熱的巨大消耗；此外，因為目前城市的樓房高低錯落，大量中低高度建筑物的頂部已成為城市景觀的重要組成部分，灰黑單調的樓頂急需進行裝飾美化，而單純進行裝飾美化的成本高還難于保持持久，且無法產生經濟利益；如果用美觀型太陽能熱水器進行裝飾，即可起到一舉多得的效應，而且還可采用市場化的方式運作。
其實，在人口集中居住的城市更加方便太陽能熱水器的大規(guī)模應用，其推廣使用的經濟效益也更加顯著。尤其是在機關、學校、企業(yè)、醫(yī)院、賓館、飯店、部隊、工地及多數(shù)平房居民小區(qū)等地，擁有無家庭型淋浴條件的人群大量存在，就更加凸顯規(guī)?；?、集中化發(fā)展太陽能熱水和與太陽能熱水設備配合的其它能源輔助加熱型集中淋浴場所的需求；在樓房居民小區(qū)的附近也適合開發(fā)商業(yè)型的公共淋浴場所，還可采用租賃的方式將附近若干個樓房頂部的閑置太陽能資源進行統(tǒng)一集中開發(fā)利用與管理；也可采用使居民樓自身形成分戶型的太陽能熱水供應體系，并將其與各個家庭現(xiàn)在廣泛使用的燃氣或電熱水器的進水口進行連通，并進行分戶計量所用水量，通過該相互連接的方法可方便地實現(xiàn)對太陽能熱水器出水熱量不足時的加熱補充、或對其過熱溫度水進行兌涼調節(jié)使用的目的。
可見，更加巨大的城市太陽能熱水市場急切需要一種適合其要求的太陽能熱水器。現(xiàn)有類型太陽能熱水器不能廣泛進入城市的原因不能怪城市的管理者和居民用戶，只是因為其目前的設計結構與運行使用方法還不能與城市的特殊要求相結合、相融合、相統(tǒng)一。
那么，城市到底需要什么樣的太陽能熱水器呢？城市對太陽能熱水器的首要要求就是使其遠視整體性宏觀效果要美觀，因此可采用不同的色彩(如背景框邊采用深綠色、金屬色……等)，通過模塊化、規(guī)律化、大面積順序排列放置的安裝方式，就可使其同時起到裝點美化城市樓頂?shù)淖饔?；在其美化目標實現(xiàn)的基礎上，如果再能夠使太陽能熱水器可以大量減少自身重量，更加方便安裝使用，并通過對其的安裝還可同時起到保護樓頂建筑體結構，可起到為所安裝樓頂層居民的樓板進行冬季保暖、夏季遮陽蔽熱，還可方便進行自動(或非自動或用時間調節(jié))控制的防凍回水操作；可使其實現(xiàn)的著陽吸熱面積和時間更大與更長些，使其有適合于寒帶地區(qū)和非寒帶地區(qū)使用的不同設計(即可形成寒帶型和非寒帶型兩個類型的產品)，該太陽能熱水器的造價更低些或與現(xiàn)大致相同，并有防冰雹設計、方便清潔等就更加完美了；上述功能與設計目標如能一同實現(xiàn)，那就必將會使太陽能熱水器立刻得到各地城市管理者與廣大城市用戶、尤其是樓頂層居民的普遍歡迎，帶來巨大的市場需求和廣泛的企業(yè)商業(yè)利潤，同時可為使用國家實現(xiàn)資源節(jié)省、環(huán)境改善與經濟可持續(xù)發(fā)展作出巨大貢獻。
{中國專利申請03223624.7《薄型管結構太陽能熱水器》在使太陽能熱水器適用于城市使用的創(chuàng)新設計方面也進行了一些積極的努力，但是其無論是在熱水器管路的設計結構上(如其真空管與連接管的連接方式與結構難于實現(xiàn)保溫；其連接管內部隔壁板設計將會形成熱交換，其隔板與管內壁的連接縫隙在壓力下會出現(xiàn)漏水，使冷熱水混合)；還是在其選擇材料上(其用銅、鋁、不銹鋼材料管，產品的材料成本與加工成本將成為巨大的問題)，還是在美觀性與方便日常清潔上(其熱水器無法實現(xiàn)宏觀整體美觀的關鍵性設計要求與方便清潔的設計要求)，還是在其輸水控制系統(tǒng)的控制方式上(如其不能實現(xiàn)防凍回水，難于實現(xiàn)有效的全面規(guī)律化換水等)都有諸多根本無法實現(xiàn)或令人很不滿意的設計，因此本發(fā)明對其個別相似的創(chuàng)新點也不予以關注。}本發(fā)明的目的就是提出一種可一同滿足上述提出的各方面多重要求的，或依不同地區(qū)氣候與用戶的實際需要實現(xiàn)其中大部分基礎功能要求的，全新種類的“城市型太陽能熱水器及其系統(tǒng)運行方法”發(fā)明技術方案，其出現(xiàn)與大規(guī)模推廣使用可使太陽能熱水器重新回歸城市，是太陽能應用領域的一次重大變革。
本發(fā)明提出的城市型太陽能熱水器是由“排列串聯(lián)組合模塊型太陽能加熱體”部分、“輸水、儲水、用水及其控制系統(tǒng)裝置”部分和只有在寒帶型產品中才設置的“防凍回水系統(tǒng)裝置”三大功能結構相互結合融合構成；“排列串聯(lián)組合模塊型太陽能加熱體”部分——包括其是由可設計成為不同長、寬、高(高度依在其內放置的不同直徑的儲水曬管所需高度設計)的扁平凹形保溫模塊體，其規(guī)格面積可形成系列化、標準化的產品，也可根據(jù)所安裝樓房的特殊結構要求單獨進行設計加工；其保溫性設置可根據(jù)所安裝地區(qū)氣候或用戶的不同價格要求選擇不同的材料(如聚氨脂發(fā)泡、聚苯泡沫材料、其相互結合形成的中空制造方式或其它材料)、不同的層數(shù)設計與不同厚度規(guī)格等；在扁平凹形保溫模塊體的內部安裝有多重Z形排列的(儲水曬管橫向放置)或是多重N形(儲水曬管縱向放置)排列的串聯(lián)儲水曬管，并形成一體化通暢管路；儲水曬管是用玻璃管通過熱加工成型(U形或L形熱造型彎管工藝)制成，其排列的密度(即兩管之間的間距)和排列的管數(shù)量與安裝的管直徑規(guī)格可根據(jù)該“模塊型太陽能加熱體”設計面積和具體設計要求設計，使其形成標準化、系列化的產品更可方便生產；其各個模塊型太陽能加熱體上都有位置相互對應的進水口和出水口，在規(guī)律化排列安裝時可將與其相鄰的上一個模塊體的出水口與下一個模塊體的進水口之間用有強保溫性的短管相連接，使各個模塊實現(xiàn)相互串聯(lián)的形態(tài)，使各個模塊體整體形成通暢水流線路的形態(tài)，各個扁平凹形保溫模塊體之間的安裝間隔距離可根據(jù)具體設計安排。
在儲水曬管的表面(或將管材料直接制成)黑色或深色(如較深的綠、藍色等)，其配合的扁平凹形保溫模塊體的內部表面也可制成與其相同的顏色，使之形成整體化的美觀。
在儲水曬管的上部設有單層(即非寒帶型產品或較低價格型產品)、雙層(即一般設計型產品或低寒帶型產品)、三層(即特別寒帶型產品與特別保溫型產品)的保溫玻璃，兩層以上的玻璃之間形成中空形式。
在多冰雹的地區(qū)安裝，在其上部一般設置可開啟、或是固定的、或是在有冰雹的季節(jié)可隨時附加上的遮蔽網，選擇大網眼的遮蔽網，在最上層的玻璃可選擇鋼化玻璃或較厚的玻璃。
“輸水、儲水、用水及其調節(jié)控制系統(tǒng)裝置”部分——包括由與儲水曬管分開設置的儲熱水箱，在儲熱水箱的下部出水管上可加設水表，或分散連接形成分戶水表，還可與燃氣或電熱水器或其它加熱方式的加熱體進行連接，實現(xiàn)共同使用、相互補充的功能目的；此外，在若干個樓房或其他分散建筑物上安裝的“模塊型太陽能加熱體”上形成的加熱水也可集中于一個儲熱水箱中，為集體用戶服務；儲熱水箱可以安置在樓房上層、頂層，也可安置在選擇地點的淋浴房的上部，其之間用有最小熱量損失及高保溫設計的水管連接，該水管一般設計為中間為壁管極薄，其外部配合保溫管并使其形成中空的形態(tài)設計)。
在一個由串聯(lián)形成一體化的模塊型太陽能加熱體系中安裝有溫控閥門系統(tǒng)裝置，通過其作用可隨時測量儲水曬管中的水溫，并通過其控制進水閥門的開啟與關閉，其可依用戶要求與地區(qū)電力供應情況，一同或分別包括采用交流電、充電蓄電池電力系統(tǒng)的控制方式；其上的溫控測量裝置一般安裝在由多個模塊體串聯(lián)形成一體化的串聯(lián)模塊體的終端出水口附近，可安裝在兩個模塊型太陽能加熱體中間設置的保溫連接短管上，并且一般可將其設計成一體化形式的產品來替代一個保溫連接短管(見圖6所示)，其儲熱水箱的規(guī)格與保溫性要求可根據(jù)實際需要設計；根據(jù)用戶的需要，在儲熱水箱上還可設置回水泵，通過回水泵可將儲熱水箱中日前剩余的水重新注入儲水曬管中進行循環(huán)加熱，或是在儲熱水箱設置數(shù)量充足的條件下，將日前剩余的未用完水，用于后日淋浴時的兌涼水使用(可根據(jù)情況掌握其安裝與否)。
在寒帶型產品中設置的“防凍回水系統(tǒng)裝置”部分——包括在一個串聯(lián)形成一體化的模塊型太陽能加熱體儲水曬管終端的最低水平位置處設置回水排水管路，(在斜坡放置或由許多模塊體串聯(lián)形成的大型系統(tǒng)的中部若干個位置處也可共同加設多個回水排水管路，并集中于一起排水)，回水排水管路可由定時自控閥門或可配合手動的雙控制方式實現(xiàn)其開啟與關閉。
其“回水進氣管”可設置在一個串聯(lián)形成一體化的模塊型太陽能加熱體儲水曬管的終端水平位置的最高部位，其可實現(xiàn)儲水曬管排空與進水和日常水中產生氣體的進出，以實現(xiàn)內部氣壓平衡(見圖示4)，對城市型太陽能熱水器系統(tǒng)運行方法的整體描述是用時間(或人工)控制總閥門開關的方法使各個串聯(lián)的模塊型太陽能加熱體內充滿水，通過太陽能加熱使其儲水曬管中的儲水達到溫控開關設定的開啟溫度后，通過溫控測量裝置對溫控閥門開啟溫度的設定與溫度信號的傳遞就可隨時自動開、閉調節(jié)控制進水口的進水量，使儲水曬管中達到了設定加熱溫度的熱水時刻不斷地通過新進入冷水的壓排進入儲熱水箱中；當進入的冷水接觸到處于串聯(lián)儲水曬管管路末端(末段)的溫控開關測溫裝置后，其立刻傳遞信號控制關閉進水閥門，太陽能重新加熱新注入的熱水……，依此方式不斷重復加熱與上述相同的運轉過程，即可實現(xiàn)持續(xù)加熱；如果加熱水量過多，可采用提高溫控開關測量水溫標準的方法進行調節(jié)，反之相反；不同季節(jié)、不同地區(qū)對于溫控開關的設置開啟溫度還可依需要或最大化加熱的可能性設定與；寒帶型產品需要進行回水操作時，可通過用設定時間控制、或同時可采用人工控制的方法，實現(xiàn)進水管的總體完全關閉和與之隨后實現(xiàn)的回水排水管路閥門的開啟，從而實現(xiàn)將儲水曬管中的儲水和進水管中的存水在夜間或陰雪天的排空防凍；在重新加水充水時，先關閉回水排水管，開啟總進水管，之后就可由溫控開關進行白天的控制，實現(xiàn)正常工作。
本發(fā)明采用的模塊型太陽能加熱體可水平放置在平頂或坡頂樓房的樓板表面，因為其底層材料與結構自身即是極好的保溫體，所以可同時實現(xiàn)對樓房頂部的保溫與隔熱，樓板也可為其保溫發(fā)揮重要作用，形成相輔相成的優(yōu)勢；其重量輕而平、對樓房樓板沒有任何影響，其位置低，只需放置平穩(wěn)即可，一般無須特別固定，所以安裝方便；其水平放置方式更可實現(xiàn)夏季太陽能從早到晚的全天照射加熱(在高緯度地區(qū)，目前的太陽能熱水器斜坡放置方法其夏季早晚無法著陽加熱)，因此，新型產品可大大加長有效著陽時間(即還可避免短時間天氣的變化對著陽時間的影響，如中午遇到陰雨，其它時間可實現(xiàn)長時間的著陽加熱，而目前的太陽能熱水器則不能)；其模塊型太陽能加熱體上表面為平整玻璃平面，可實現(xiàn)簡單方便的清潔操作。
其中空玻璃大面積封閉保溫設計形式比較用真空管所接受的總體照射與保溫合計面積更大，成本相當；其將加熱高溫水的及時更換使加熱的熱效率更高，在房間中集中儲水可大幅度地降低高舉分散型小儲水保溫水箱的高成本造價，結合上述對系統(tǒng)運行方法的描述實現(xiàn)可順利發(fā)明目的全部設計目標。
本發(fā)明的創(chuàng)新優(yōu)勢更多體現(xiàn)在由各個設置結構實現(xiàn)的整體綜合性功能優(yōu)勢的突出表現(xiàn)，并且可使其實現(xiàn)協(xié)調統(tǒng)一，表現(xiàn)在其可產生出的巨大社會、經濟、環(huán)境效益。
下面結合示意圖說明“城市型太陽能熱水器及其系統(tǒng)運行方法”的結構和運行舉例。


圖1是城市型太陽能熱水器模塊型太陽能加熱體規(guī)律排列安裝形成的宏觀效果圖。
圖2是模塊型太陽能加熱體結構的側視示意圖。
圖3是模塊型太陽能加熱體結構的附視示意圖。
圖4是寒帶型產品儲水曬管回水排水系統(tǒng)結構一種方式舉例的示意圖。
圖5是寒帶型產品運行系統(tǒng)基本線路示意圖。
圖6是與保溫連接短管形成一體化的溫控開關設計示意圖。
圖中1.模塊型太陽能加熱體；2.中空保溫玻璃； 3.扁平凹形保溫模塊體；4.加熱體進水口； 5.排列的儲水曬管；6.出水管； 7.儲水曬管；8.回水進氣管 9.回水排水管路； 10.進入氣體；11.自來水進水；12.時控并手控開關； 13.付回水排水管 14.溫控開關；15.模塊型太陽能加熱體； 16.溫控開關信號傳遞線路 17.溫控開關測溫裝置；18.回水進氣管；19.回水排水管路及其控制開關； 20.加熱水排出管道； 21.儲熱水箱；22.水表；23.串聯(lián)的其它方式加熱器和兌涼水； 24.淋浴頭；25.溫控開關測溫裝置； 26.儲水曬管；27.保溫連接短管。
通過圖5的寒帶型產品運行系統(tǒng)基本線路示意圖即可清楚了解該系統(tǒng)基本運行方法。
權利要求
1.一種城市型太陽能熱水器，其是由“排列串聯(lián)組合模塊型太陽能加熱體”部分、“輸水、儲水、用水及其控制系統(tǒng)裝置”部分和只有在寒帶型產品中才設置的“防凍回水系統(tǒng)裝置”三大功能結構相互結合融合構成；其特征在于其“排列串聯(lián)組合模塊型太陽能加熱體”部分包括其是由可設計成為不同長、寬、高的扁平凹形保溫模塊體，其規(guī)格面積可形成系列化、標準化的產品，也可根據(jù)所安裝樓房的特殊結構要求單獨進行設計加工；其保溫性設置可根據(jù)所安裝地區(qū)氣候或用戶的不同價格要求選擇不同的材料、不同的層數(shù)設計與不同厚度規(guī)格等；在扁平凹形保溫模塊體的內部安裝有多重Z形排列的或是多重N形排列的串聯(lián)儲水曬管，并形成一體化通暢管路；儲水曬管是用玻璃管通過熱加工成型制成，其排列的密度和排列的管數(shù)量與安裝的管直徑規(guī)格可根據(jù)該“模塊型太陽能加熱體”設計面積和具體設計要求設計，使其形成標準化、系列化的產品更可方便生產；其各個模塊型太陽能加熱體上都有位置相互對應的進水口和出水口，在規(guī)律化排列安裝時可將與其相鄰的上一個模塊體的出水口與下一個模塊體的進水口之間用有強保溫性的短管相連接，使各個模塊實現(xiàn)相互串聯(lián)的形態(tài)，使各個模塊體整體形成通暢水流線路的形態(tài)，各個扁平凹形保溫模塊體之間的安裝間隔距離可根據(jù)具體設計安排。在儲水曬管的表面(或將管材料直接制成)黑色或深色，其配合的扁平凹形保溫模塊體的內部表面也可制成與其相同的顏色，使之形成整體化的美觀。在儲水曬管的上部設有單層、雙層、三層的保溫玻璃，兩層以上的玻璃之間形成中空形式。在多冰雹的地區(qū)安裝，在其上部一般設置可開啟、或是固定的、或是在有冰雹的季節(jié)可隨時附加上的遮蔽網，選擇大網眼的遮蔽網，在最上層的玻璃可選擇鋼化玻璃或較厚的玻璃。其“輸水、儲水、用水及其調節(jié)控制系統(tǒng)裝置”部分包括由與儲水曬管分開設置的儲熱水箱，在儲熱水箱的下部出水管上可加設水表，或分散連接形成分戶水表，還可與燃氣或電熱水器或其它加熱方式的加熱體進行連接，實現(xiàn)共同使用、相互補充的功能目的；此外，在若干個樓房或其他分散建筑物上安裝的“模塊型太陽能加熱體”上形成的加熱水也可集中于一個儲熱水箱中，為集體用戶服務；儲熱水箱可以安置在樓房上層、頂層，也可安置在選擇地點的淋浴房的上部，其之間用有最小熱量損失及高保溫設計的水管連接，該水管一般設計為中間為壁管極薄，其外部配合保溫管并使其形成中空的形態(tài)設計。在一個由串聯(lián)形成一體化的模塊型太陽能加熱體系中安裝有溫控閥門系統(tǒng)裝置，通過其作用可隨時測量儲水曬管中的水溫，并通過其控制進水閥門的開啟與關閉，其可依用戶要求與地區(qū)電力供應情況，一同或分別包括采用交流電、充電蓄電池電力系統(tǒng)的控制方式；其上的溫控測量裝置一般安裝在由多個模塊體串聯(lián)形成一體化的串聯(lián)模塊體的終端出水口附近，可安裝在兩個模塊型太陽能加熱體中間設置的保溫連接短管上，并且一般可將其設計成一體化形式的產品來替代一個保溫連接短管，其儲熱水箱的規(guī)格與保溫性要求可根據(jù)實際需要設計；根據(jù)用戶的需要，在儲熱水箱上還可設置回水泵，通過回水泵可將儲熱水箱中日前剩余的水重新注入儲水曬管中進行循環(huán)加熱，或是在儲熱水箱設置數(shù)量充足的條件下，將日前剩余的未用完水，用于后日淋浴時的兌涼水使用(可根據(jù)情況掌握其安裝與否)。在寒帶型產品中設置的“防凍回水系統(tǒng)裝置”部分包括在一個串聯(lián)形成一體化的模塊型太陽能加熱體儲水曬管終端的最低水平位置處設置回水排水管路，(在斜坡放置或由許多模塊體串聯(lián)形成的大型系統(tǒng)的中部若干個位置處也可共同加設多個回水排水管路，并集中于一起排水)，回水排水管路可由定時自控閥門或可配合手動的雙控制方式實現(xiàn)其開啟與關閉。其“回水進氣管”可設置在一個串聯(lián)形成一體化的模塊型太陽能加熱體儲水曬管的終端水平位置的最高部位，其可實現(xiàn)儲水曬管排空與進水和日常水中產生氣體的進出，以實現(xiàn)內部氣壓平衡。
2.一種城市型太陽能熱水器系統(tǒng)運行方法，其特征在于其是用時間(或人工)控制總閥門開關的方法使各個串聯(lián)的模塊型太陽能加熱體內充滿水，通過太陽能加熱使其儲水曬管中的儲水達到溫控開關設定的開啟溫度后，通過溫控測量裝置對溫控閥門開啟溫度的設定與溫度信號的傳遞就可隨時自動開、閉調節(jié)控制進水口的進水量，使儲水曬管中達到了設定加熱溫度的熱水時刻不斷地通過新進入冷水的壓排進入儲熱水箱中；當進入的冷水接觸到處于串聯(lián)儲水曬管管路末端(末段)的溫控開關測溫裝置后，其立刻傳遞信號控制關閉進水閥門，太陽能重新加熱新注入的熱水……，依此方式不斷重復加熱與上述相同的運轉過程，即可實現(xiàn)持續(xù)加熱；如果加熱水量過多，可采用提高溫控開關測量水溫標準的方法進行調節(jié)，反之相反；不同季節(jié)、地區(qū)對于溫控開關的設置開啟溫度還可依需要或最大化加熱的可能性設定與變化；寒帶型產品需要進行回水操作時，可通過用設定時間控制、或同時可采用人工控制的方法，實現(xiàn)進水管的總體完全關閉和與之隨后實現(xiàn)的回水排水管路閥門的開啟，從而實現(xiàn)將儲水曬管中的儲水和進水管中的存水在夜間或陰雪天的排空防凍；在重新加水充水時，先關閉回水排水管，開啟總進水管，之后就可由溫控開關進行白天的控制，實現(xiàn)正常工作。
全文摘要
一種城市型太陽能熱水器及其系統(tǒng)運行方法，其是由“排列串聯(lián)組合模塊型太陽能加熱體”部分、“輸水、儲水、用水及其控制系統(tǒng)裝置”部分和只有在寒帶型產品中才設置的“防凍回水系統(tǒng)裝置”三大功能結構相互融合構成；通過由扁平凹形保溫模塊體與在其中設置的Z形玻璃儲水曬管和其上設置的中空保溫玻璃結合構成的模塊化、美觀型太陽能加熱體的大面積、規(guī)律化安裝，可使該熱水器同時起到裝點美化城市樓頂、保護樓頂建筑體結構、為樓頂層居民進行冬季保暖、夏季蔽熱的多重作用，還可實現(xiàn)由溫度、時間的設定實現(xiàn)的自動控制，是太陽能應用領域的一次重大變革，可使太陽能熱水器回歸城市，其大規(guī)模推廣應用的社會、經濟、環(huán)境效益巨大。
文檔編號F24J2/00GK1603713SQ20041009111
公開日2005年4月6日 申請日期2004年11月18日 優(yōu)先權日2004年11月18日
發(fā)明者陳曉通 申請人:陳曉通