專利名稱：太陽能熱水器及加熱控制方法
技術領域：
本發明涉及太陽能熱水器技術領域，特別是指 一種集中式供暖的 太陽能熱水器及加熱控制方法。
背景技術：
目前，對于集中式供暖的太陽能熱水器，通常采用一個較大的公 共水箱集中存儲被加熱的水，各個用戶的小水箱與公共水箱連接， 由公共水箱將熱水供給各個小水箱，用戶用熱水時由該小水箱供水。
由于采用公共水箱占用比較大的空間，因此專利號200420062061.2 的中國專利公開了 一種太陽能集中采熱分戶供熱設施，免去了使用 公共水箱，其在各個住戶家中設置熱水箱，熱水箱內設置熱交換器， 熱交換器通過管路連接到太陽能集熱器上，管路內有導熱介質，通 過太陽能集熱器加熱后的導熱介質與各個住戶家中的水箱內的水進 行熱交換的方式加熱水箱內的水。
但是在上述專利申請說明書所述技術方案中，由于各個熱水箱內 的熱交換器直接與太陽能集熱器連通，這樣的結構存在下面問題 對于水箱內溫度高些的用戶，系統溫差循環可能會把水箱內的熱量 帶走。
現有技術的技術方案在于，只有在太陽能集熱器超過某一值時才 使導熱介質在回路中循環。可是該結構的缺點在于，若太陽能集熱 器溫度設置偏高，太陽能集熱器內就會一直處于高溫段循環，這樣 作會使系統綜合效率降低。如果天氣不太好，則太陽能集熱器出口 溫度可能達不到溫差循環條件，這時，就不能啟動導熱介質的循環， 則需要加熱的水箱(低溫水)就得不到熱量補充。
發明內容
有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種集中式供暖的太陽能 熱水器及加熱控制方法，能夠高效率的利用太陽能熱量。
本發明提供如下一種太陽能熱水器，其包括太陽能集熱器和至少 兩個水箱，每個水箱內設置有熱交換器，各個熱交換器入口和出口 分別與太陽能集熱器的出口和入口連通構成回路，所述回路內具有 導熱介質，在太陽能集熱器與各熱交換器連接的管路中設置有使導 熱介質流動的泵，其特征在于，各個熱交換器入口或出口處設置有 閥門。
通過在各個水箱內的熱交換器上設置閥門，這樣可以對各水箱的 熱交換器進行單獨控制，由此，能夠單獨控制對每個水箱的加熱。
本發明還可以進一步在每個水箱內設置有用于檢測水溫的第1 溫度傳感器，并由控制單元根據該第1溫度傳感器的檢測溫度來控 制所述閥門。
這樣，可以實現每個水箱加熱的自動控制。
本發明還可以進一步在每個水箱內設置有用于檢測水溫的第1 溫度傳感器，在太陽能集熱器出口處設置有用于檢測導熱介質溫度
的第2溫度傳感器，由控制單元根據該第1、第2溫度傳感器的溫度 信息來控制所述閥門和泵的動作。
這樣，可以實現每個水箱加熱、以及導熱介質在太陽能集熱器內 流動的自動控制。
所述水箱包括出水口、位于水箱底部或靠近底部側壁上的進水 口；所述熱交換器位于水箱內中下部。
所述進水口i殳在水箱下部，可在使用熱水時，停止向水箱上水， 這時，能夠利用水箱內水的自身重力，向外放水。另外，熱交換器 位于水箱中下部，這樣，即便水箱不滿時，也能進行水箱的加熱。
所述熱交換器為螺旋狀管狀體，且外表面設置一個以上突出的翅片。
這樣，熱交換器的占用空間很小。設置翅片能夠提高熱交換效率。本發明還提供一種用于上述太陽能熱水器的加熱方法，該方法包
括A、控制設置在回路中的泵，使導熱介質在回路中循環流動；B、 控制設置在各個熱交換器入口或出口處的閥門的狀態來控制各個水 箱內的水溫。
采用這樣的方法，能夠實現各水箱的單獨加熱。
步驟A包括在太陽能集熱器出口處導熱介質的溫度和任一水 箱內的水溫大于或等于溫差啟動設置值時，啟動回路中的泵，使導 熱介質在回路中循環流動，步驟B包括在泵啟動的同時，打開水 箱內的閥門，對水箱內的水進行加熱。
根據該方法，可以僅在太陽能集熱器導熱介質溫度比水箱水溫高 出一定數值時，才對該水箱進行加熱。
步驟B包括在泵啟動的同時，打開對應水箱內的閥門，在對 該水箱內的水進行加熱時，關閉其他水箱內的閥門。
這樣，可以僅對滿足太陽能集熱器導熱介質溫度比水箱水溫高出 一定數值這 一 條件的水箱進行加熱。
步驟B包括根據太陽能集熱器出口處導熱介質的溫度與設定 溫度的差值或水箱內的水溫與設定溫度的差值來控制所述閥門的狀 態。
可以根據用戶的設置溫度來控制，或是根據太陽能集熱器出口處 導熱介質的溫度，自動控制是否對水箱進行加熱。
上述方法進一步包括檢測到任一閥門開啟時，啟動所述泵；檢 測到所有閥門關閉時，關閉所述泵。
這樣可以減少泵的無效泵送。
圖1為太陽能熱水器的示意圖2為太陽能熱水器加熱控制的流程圖。
具體實施方式
如圖1示出了本發明太陽能熱水器的示意圖，下面參見圖l對本
發明進行詳細說明
本發明太陽能熱水器包括太陽能集熱器1、分配給各個用戶的水 箱2。太陽能集熱器1安裝在陽光可照射的地方，如屋頂、戶外墻體 處，以吸收陽光熱量。水箱2安裝在各個用戶的家里，如浴室，用 來向用戶提供熱水。
每個水箱2的進水口 22與自來水管相連，用于向水箱2進水； 水箱2的出水口 21與淋浴噴頭或熱水管相連，直接向用戶提供水箱 2內的熱水。此外，水箱2外圍還設置有保溫層。
由于每個水箱2的結構和功能都是一樣的，因此，在此僅以圖中 最上側的水箱2為例進行說明，并省略對于其它水箱2的說明。
水箱2的進水口 22位于水箱2箱體底部或靠近箱體底部的側壁 上，出水口 21位于水箱2箱體上部，這樣，當用戶使用水箱2內的 熱水時，可以停止向水箱2內上水，僅依靠水箱2內熱水的自身重 力從水箱2向外放熱水。由此，可以保證在取用熱水時，熱水的水 溫不會下降。
水箱2內的下半部分設置有熱交換器24,熱交換器24的入口和 出口分別通過管路與太陽能集熱器1的出口和入口連通，從而，使 得每個水箱2的熱交換器24均可與太陽能集熱器1構成一個回路。 因此，各水箱2內的熱交換器24之間呈并聯結構。熱交換器24可 以采用螺旋狀的管狀體，以使每個熱交換器24在水箱2內雖然占用 很小的空間，但熱交換器24可以與水箱2內的水充分接觸。此外， 將熱交換器24設置在水箱2下部，這樣，即便水箱不滿時，也能進 行水箱的加熱。
并且，由于進水口 22設在水箱2的下部，出水口21設于水箱2 箱體上部，熱交換器24設置在水箱2下部，因此可將水箱2頂部作 成封閉的承壓頂水式運行方式，這時可使進水口 22始終處于打開狀 態，而且水箱的出水壓力與供水的當地自來水的壓力相當，使用更 方便。
7此外，也可以在螺旋狀管狀體外表面設置若干個突出的翅狀片， 以增加熱交換器24與水的接觸面積，增加熱交換效率。
另外，如圖所示，太陽能集熱器1的出口和入口之間還通過一根
管路連通，并且在該管路上還設置有閥門16。設置該閥門16的目的 在于，當太陽能集熱器1內的導熱介質溫度高于一定值(例如90。C ) 時，打開閥門16和泵3，在太陽能集熱器1和管路之間的回路中形 成一個閉環循環，來降低太陽能集熱器1的溫度，以保護泵3和太 陽能集熱器1。
在太陽能集熱器1、熱交換器24所構成的回路中具有可流動的 導熱介質。在太陽能集熱器1與熱交換器24的連接管路中還設置有 泵3,導熱介質在泵3的帶動下，在太陽能集熱器1和各個熱交換器 24構成的回路內循環流動。此時，在泵3的作用下，導熱介質在太 陽能集熱器1處吸收陽光的熱量，隨后流動到水箱2內的熱交換器 24處，與水箱2內的水進行熱交換，以加熱水箱2內的水。
此外，如圖所示，在泵3的附近設置有膨脹罐31、壓力表32以 及未圖示的泄壓閥。通過設置膨脹罐31和泄壓閥，可以確保整個管 路運行在合適的壓力范圍內。當管路內壓力過大時，可通過膨脹罐 31和泄壓閥泄壓。另外，設置壓力表32,不僅可以目測管路內壓力 狀況，如果該壓力表32是可以與后述的控制單元(未圖示)相連的 電子式壓力表，還可以實現整個管路中壓力的自動調節。
在熱交換器24入口處設置有閥門25,設置閥門25，可以控制是 否向熱交換器24供給導熱介質。另外，也可以通過該閥門25改變 流經熱交換器24的導熱介質的流速，從而改變由熱交換器24進行 的加熱速度。不過，該閥門25也可以設置在熱交換器24的出口處。
閥門25優選使用電磁閥，此時，可根據導熱介質的溫度，由溫 控電路對閥門25的開度進行控制。溫控電路包括設置在水箱2內 的第1溫度傳感器26、接收第1溫度傳感器26的信息并控制電磁閥 動作的控制單元。由用戶設定的水溫信息存儲在控制單元中，當水 箱2內的水溫信息達到用戶設定溫度時，關閉閥門25,停止加熱水箱2內水；反之，如果水箱2內水溫沒有達到用戶設定溫度，則保 持閥門25為打開狀態，以使在太陽能集熱器1中加熱過了的導熱介 質流入熱交換器24，加熱水箱2中的水。不難理解，控制單元也可 以集成在溫度傳感器中。
另外，除了在各個水箱2內設置第1溫度傳感器26測量水箱2 的溫度，還可以在太陽能集熱器1出口處設置一第2溫度傳感器4， 該第2溫度傳感器4用于檢測太陽能集熱器1出口處的導熱介質的 溫度。此外，該第2溫度傳感器4也與上述控制單元相連，此時， 控制單元可以接收兩個溫度傳感器所測得的溫度信息。當本控制單 元得知太陽能集熱器1出口處導熱介質溫度高比某水箱2的水溫高 出一定數值時(例如25°C )，該控制單元才打開該水箱2的閥門25， 并啟動泵3，向該水箱2內的熱交換器24泵送導熱介質。這樣，可 以僅在太陽能集熱器1內導熱介質溫度比水箱2內的水高出一定溫 度時，才對該水箱2內的水進行加熱。不過，如果控制單元通過第1 溫度傳感器26得知，水箱2內的水高于85。C時，即便導熱介質的溫 度高于水箱2的水溫25°C，控制單元也不會開啟閥門25。另外，本 發明不限于設置一個控制單元，也可以設置兩個控制單元分別檢測 第1溫度傳感器26和第2溫度傳感器4，此時，如果需要同時控制 兩溫度傳感器26、 4時，僅需使兩個控制單元協同工作即可。
這種控制方法尤其適用于各水箱2間溫度不同的情況。例如，某 用戶水箱2內被注入了冷水，水溫下降。此時，如果沒有設置閥門 25,則導熱介質會在泵3的帶動下在各水箱2的熱交換器24內流動， 這必然導致各水箱2間通過彼此并聯的熱交換器24進行熱交換，使 得部分本身很熱的水箱2向其它水溫較低的水箱2放熱。
本發明通過設置閥門25,阻隔了各并聯的熱交換器24間的熱交 換。這樣，即便某個水箱2被注入冷水，水溫下降，由于高溫水箱2 的閥門25始終處于關閉狀態，并不會與太陽能集熱器1間進行熱交 換，因而，此時，導熱介質僅與水溫較低的水箱2間進行熱交換。 這樣就避免了高溫水箱2會被導熱介質帶走熱量，防止了原本高溫
9的水箱2水溫下降。
另一方面，即便各水箱2內設置了電加熱體時，也可以在控制單
元的控制下，在任一個用戶水箱2內閥門25打開時啟動，打開泵3;當所有用戶水箱2內閥門25時則關閉所述泵3,這樣，還可以節約電能。
另外，控制單元還可以實時監控溫度傳感器4的測量結果， 一旦太陽能集熱器1內的導熱介質溫度高于一定溫度(例如85°C )時，打開泵3,使導熱介質在直接連通太陽能集熱器1的進出口而形成的閉環系統內循環，以防止過熱的導熱介質損壞太陽能集熱器1。
由上面的實施例可以看出，本發明的太陽能熱水器的加熱方法為如圖2示出的太陽能熱水器加熱控制的流程圖，具體包括以下步驟
步驟21:控制設置在管路中的泵3，使導熱介質在回路中循環流
動；
其中，所述控制方式可以為檢測在太陽能集熱器l出口處導熱介質的溫度和任一水箱2內的水溫大于或等于溫差啟動設置值時，啟動回路中的泵3，使導熱介質在回路中循環流動，當檢測所述溫差小于啟動設置值時，則關閉回路的泵3。
其中，也可以是在檢測到任一閥門25開啟時，啟動所述泵3;檢測到所有閥門25關閉時，關閉所述泵3 。
步驟22:控制設置在各個熱交換器24入口或出口處的閥門25的開關狀態、或閥門開啟的幅度來控制對各個水箱內的水溫進行加熱。
其中，可以對各個闊門25進行分別控制，例如當某水箱水溫低時，僅打開該水箱2內的閥門25,在對該水箱2內的水進行加熱時，而關閉其他水箱2內的閥門25。其中，判斷控制哪個水箱閥門的方式可以為根據太陽能集熱器1出口處導熱介質的溫度與設定溫度的差值或水箱2內的水溫與設定溫度的差值來控制所述閥門25的狀態。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡是在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。如在實施方式中對水箱2為頂部封閉的承壓頂水式運行方式進行了說明，但在水箱2頂部設置溢流管的運行方式也是可行的，這時水箱2為開放形式，因此出
水口 21最好與進水口 22 —樣設在水箱2的下部。
權利要求
1.一種太陽能熱水器，包括太陽能集熱器(1)和至少兩個水箱(2)，每個水箱(2)內設置有熱交換器(24)，各個熱交換器(24)入口和出口分別與太陽能集熱器(1)的出口和入口連通構成回路，所述回路內具有導熱介質，在太陽能集熱器(1)與各熱交換器(24)連接的管路中設置有使導熱介質流動的泵(3)，其特征在于，各個熱交換器(24)入口或出口處設置有閥門(25)。
2. 根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于，進一步 包括在每個水箱(2 )內設置有用于檢測水溫的第1溫度傳感器(26 ), 由控制單元根據該第1溫度傳感器(26)的檢測溫度來控制所述閥 門(25)。
3. 根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于，進一步 包括在每個水箱(2 )內設置有用于檢測水溫的第1溫度傳感器(26 ), 在太陽能集熱器(1)出口處設置有用于檢測導熱介質溫度的第2溫 度傳感器(4),由控制單元根據該第1、第2溫度傳感器(26、 4) 的溫度信息來控制所述岡門(25)和泵(3)。
4. 根據權利要求1所述的太陽能熱水器，其特征在于，所述水 箱(2)包括出水口 (21 )、位于水箱底部或靠近底部的進水口 (22); 所述熱交換器(24)位于水箱內中下部。
5. 根據權利要求1或4所述的太陽能熱水器，其特征在于，所 述熱交換器(24)為螺旋狀管狀體，且外表面設置一個以上突出的 翅片。
6. —種權利要求1所述的太陽能熱水器的加熱控制方法，包括A、 控制設置在管路中的泵(3),使導熱介質在回路中循環流動；B、 控制設置在各個熱交換器(24)入口或出口處的閥門(25) 來控制各個水箱內的水溫。
7. 根據權利要求6所述的加熱控制方法，其特征在于，控制所述泵(3)啟動時，打開至少一個水箱(2)內的閥門(25)， 對水箱(2)內的水進行加熱。
8. 根據權利要求7所述的加熱控制方法，其特征在于， 步驟B包括判斷水箱(2)內的水溫與水箱內設定溫度的差值到達溫差啟動設置值時，打開對應水箱(2)的閥門(25)。
9. 根據權利要求6所述的加熱控制方法，其特征在于，步驟B 包括根據太陽能集熱器(l)出口處導熱介質的溫度與水箱內設定 溫度的差值來控制所述閥門(25)。
10. 根據權利要求6所述的加熱控制方法，其特征在于，進一步 包括檢測到任一閥門(25)開啟時，啟動所述泵(3);檢測到所 有閥門(25)關閉時，關閉所述泵(3)。
全文摘要
本發明提供了一種太陽能熱水器。該太陽能熱水器包括太陽能集熱器(1)和至少兩個水箱(2)，每個水箱(2)內設置有熱交換器(24)，各個熱交換器(24)入口和出口分別與太陽能集熱器(1)的出口和入口連通構成回路，所述回路內具有導熱介質，在太陽能集熱器(1)的出口或入口處設置有使導熱介質流動的泵(3)，各個熱交換器(24)入口或出口處設置有閥門(25)。還提供了一種加熱的控制方法，本發明可以根據不同用戶的對水溫的不同需求來分配太陽能集熱器(1)所采集的熱量加熱不同用戶水箱(2)內的水溫。
文檔編號F24J2/00GK101655283SQ200810145779
公開日2010年2月24日 申請日期2008年8月19日 優先權日2008年8月19日
發明者劉桂永, 孫京巖, 莊長宇, 渠榮華 申請人:海爾集團公司;青島經濟技術開發區海爾熱水器有限公司