一种太阳能制热水装置及其工作方法

专利名称：一种太阳能制热水装置及其工作方法
技术领域：
本发明涉及太阳能热水器领域，具体是一种分体式太阳能制热水装置及其工 作方法。
背景技术：
目前，人们在生活中4线的太阳能热水器，主要有^4几安装式、集中式和 分体式等。其原理都是通过太阳能集热器吸收太阳光能，利用水的热交换循环或 导热介质间接换热形式将储水箱内的低温水加热供人们生活^^]。但由于住宅楼 的建筑结构及各种热水器自身结构问题，在使用中都存在一定的实际问题。例如，
#^^几式由于它的型号和Mi各不统一，造成在^主宅4娄顶4罢^^菱^L，影响市容， 又在不同程度上破坏楼顶的防水层面，对于建筑物的安全、防雷、抗震性都存在 一定的隐患。整^^几太阳能热水器热水输出管线长，使用时需放掉大量冷水，造 成水资源、热能的浪费；另外置于室外的储热水箱在冬季夜晚热损量大。以往分 体式太阳能制热水装置，无论是承压式还是非承压式，是水直4妄换热还^^质导 热，在热交换过程中换热循环管路的热能损失非常大，造成太阳能制热水装置制 热效率低，尤其在冬季环境温度较低的情况下制热效率会更低；在冬季，汽馏、 冻堵产生汽I封暴管，防冻伴热带^^不当和质量问题易燃^fe火。

发明内容
针对上述情况，本发明提供一种新型的分体式太阳能制热水装置及其工作方 法，以解决现有^^4几安装式、集中式和分体式等太阳能热水器产品在使用中存
在的制热效率低、管路冻堵、汽胀炸管漏7JC等问题。
;^发明的才支术方案是
一种太阳能制热水装置，该装置设有与室内水箱的进水口相连的上水管路，
在上水管路上装有上7j^空制阀；室内水箱的进水口通iiJi水管路连有循环上水管 路，在循环上水管路上装有循环管路控制阀，在循环上水管路上装有循环水泵； 室内水箱设有下水管^各连4妄口，室内水箱的下水管路连接口通过管路连至循环下水管路；或者，室内水箱的出水口通过管路连至循环下水管路；在循环下水管路 上装有止回阀；在室内水箱上端装有止水呼吸阀；在室内水箱内装有水箱温度传 感器；在与室内水箱的出水口相连的热水出水管路上装有传感器，或者在室内水 箱的水的^j^处装有控制开关。
所述的太阳能制热水装置，在循环下水管路的上端；或者，在循环上水管路 的上端；或者，在集热器水箱上端装有呼吸器。
所述的太阳能制热水装置，在循环水泵进水口端的循环上水管^各和上水管3各 之间连有排空管路，在排空管路上装有排空管路止回阀。
所述的太阳能制热水装置，在循环上水管路与循环下水管i R间连有下水积 7j^非放管路；在下水积7K4非放管路上装有逆止阀，在循环上水管i 各上连有积7j^非
放管路，积7^#放管路与下水积7^#放管路相通，在积水排放管路上装有积7JC管
i 备控制阀，在积水排放管路上装有故障报警器。
所述的太阳能制热水装置，在循环上水管^各与热水出水管^^间连有出水管 路；在出水管路上装有管路止回阀；在热水出水管路上装有热水管路止回阀。
所述的太阳能制热水装置，在室内水箱的下水管路连接口与热水出水管路相 连接的管路上装有常闭手动阔；在跨iii水控制阀与上水管路连接的上水旁通管 ^各上装有手动上水阀。
所述的太阳能制热水装置，该装置设有集热器，集热器上端有集热器水箱，
在集热器水箱两侧上端分别装有插入式进水管口和插入式出7K管口 ，它们分别与
循环上水管路和循环下水管路相连；在装有插入式进水管口和插入式出水管口的 集热器水箱下面装有真空集热管，真空集热管里面装有金属换热管，金属换热管 上有喇。八口密封管头，喇叭口密封管头的一端为换热管管口、喇叭口密封管头的
另一端连有底部封堵的换热管体，金属换热管在喇叭口密封管头的位置通过密封 环与水箱连接口相连。
所述的太阳能制热水装置，控制开关与该装置的智能控制仪通过控制线相连 或者通过无线遥控信号形式相连。
一种太阳能制热水装置的工作方法，该装置通过各种控制阀控制，实现太阳 能制热水装置中，在室内水箱里的低温水与太阳能集热器吸收太阳光能产生的高 温7jc通过循环管路进行循环换热，以及循环换热后循环管路中的水依靠自然落差
排空ilA室内水箱的过程中室内水箱无压力状态，<M热水时室内水箱带压力状态，两种压力状态自动转换。
所述的太阳能制热水装置的工作方法，该装置中在系统非换热循环状态和非 使用热7jC]大态时，室内水箱分别通过各种控制阀切断与带压的上水管路和上次换 热循环后已被排空的循环上水管路、循环下水管路的连通，所以在系统循环换热 及循环换热管^4非空时只需由控制系统指挥自动开启系乡W空制阀中的循环管路 控制阀，上水管路上关闭的上水控制阀切断上水管路，上水管路中的带压水或带
压自来水无法ii^室内水箱；室内水箱在此循环换热及换热管^#空过程中处于 常压状态；或者，在热水使用时也只需由控制系统指挥自动开启上水控制阀， 循环上水管路上关闭的循环管路控制阀切断循环上水管路；循环下7jc管路上止回 阀切断循环下水管^斜皮逆止的管路段，带压水或带压自来水只能通itJi7jof路进 入室内水箱，而不能ii^循环上水管^各和循环下水管^各；此过程中室内水箱处于 承压状态。
本发明的有益效果是
1、 本发明是由太阳能集热器、承压室内水箱、换热循环管路、循环水泵和各 种控制、传感部件以及智能控制系统组成的新型分体式太阳能制热水装置，可以 4吏每户太阳能集热器在建筑上实现统一集中布置，解决了现有产品在l吏用中存在 的摆放凌乱、影响市容、破坏楼顶的防水层面等一系列问题，实现太阳能与建筑 一体化。
2、 本发明换热循环及循环管路排空时，室内水箱及循环系统处于常压循环状 态；热7j^M时，室内水箱处于承压状态。由于采用了系统循环4灸热时室内水箱 无压力和使用热水时室内水箱带压力两种状态自动转换的设计，使循环换热后循 环管路中的水靠自然落差流入室内水箱，让换热循环管路得以排空；在使用热水 时，带压水(自来7JC)经上7JC管路注入室内水箱，将室内水箱中的热水通过出水
口经热水出7jc管路顶出混水阀，让用户在使用热水时，就象4M7lc压贝i水式电热 水器一样方便、舒适、安全。
3、 本发明由于采用了循环管路排空设计，解决了以往分体式太阳能制热水装 置在采用7JC直接循环换热形式时，换热后的循环管路中水变冷的热能损4財口采用 换热介质间接换热形式时，在换热过程中的热能损耗问题，大大提高了太阳能制 热水效率。
4、 本发明因为采用了循环管^t非空设计，循环管路在系统换热时，热能损耗非常少，循环管路可以适度加长，使5&水箱可以相对的远离太阳能集热器而放置 于室内，解决了以往太阳能热水器贮水箱离用水泉远，在使用热水时，需放掉大 量凉水的问题。
5、 本发明(图3、图4、图5)中因为多增加了排空管路设计，使循环下水
管路和循环上水管路中的7JCI妻近同等的#^￡室内水箱，使室内水箱的常压状
态与承压状态切换过程中产生的膨胀7jq^放在循环下水管路和循环上水管路中， 在热水4M时得到更加方便、快捷的排放；同时排空管路的设计^i是高了循环管 ^4非空ii^，减少了本发明系统中需延时开启、关闭的控制阀延时时间，即节能 又不能因为循环换热和循环管路悱空时间过长影响热水的正常使用。
6、 本发明因为采用了循环管路排空设计，循环换热后循环管路中无存水，故 此不会产生管路冻堵现象。解决了过去为防止管路冻堵而加设伴热带造成的能源 损耗以及伴热带^^不当起火燃烧的安全隐患问题。
计循环换热和循环管路排空后，虽然集热器水箱和室内水箱中的7K仍保持换热 循环前的注满水量，^旦循环下水管路和循环上水管^各中会有换热循环前室内水箱 的承压状态切换为换热循环后常压状态过程中产生的少量膨胀水，热水使用时打
开混水阀转至热水端，室内水箱的出水口上端的热水及热水出水管中的水依靠自 然落差重力流出混水阀，此时虽然传感器动作，4旦指挥系统指令上7W空制阀开启 时间净艇时，故此(如图2、图3、图4、图5所示)循环管路中高于室内水箱顶 端的出水口位置的膨月hK量先流进室内水箱，或者(如图6所示)直接通过热水 出水管路流出混水阀；当循环管路中的水位约降至室内水箱的出水口位置左右， 即混水阀放出膨胀水的水量后，上水控制阀延时开启结束，开通上水管路，上水 管路中的带压7K或带压自来水顶进室内水箱，经室内水箱的出水口将热水通过热 水出水管路顶出混水阀；避免了循环管路中因为膨月i7K蓄积的现象而不能实现循 环管路正常排空问题的发生。
8、本发明采用了下水积7j^非放管路和积水排放管路及管路上故障报警器(一
般可为水流传感器)设计如图4、图5所示，循环下水管路上的止回阀损坏时， 在寸M热水时，上水管路中的带压水或带压自来水顶进室内水箱，经室内水箱的 出水口将热7jC通过热水出水管路顶出混水阀；同时又有-"^分水经室内水箱的下 水管^各连接口，通过循环下水管路和循环下水管路上损坏的止回阀、再经下水积7j^非放管路、积7W非放管^4非放出去；而当上水管路与循环上水管^-^间的控制 阀，如循环管^4空制阀或排空止回阀损坏时，在使用热水或室内水箱上水时，上 水管路中的带压水或带压自来水"P分顶进室内水箱，"P分水经循环上水管路 通过积7J^非放管路排放出去；上7K控制阀损坏时，系统循环换热、排空程序结束 前，带压水或带压自来水通itJl水管路:ii^室内水箱^!Lii^循环上水管路和循环 下水管^各，当系统循环换热、排空程序结束时，这部分水^t过积7j^非放管^4非
放出去；积水管路控制阀损坏时，系统循环换热时，循环换热水会经循环上7jc管
路通过积7M非放管^t非放出去；因此下水积7j^非放管路和积7j^非放管路的设计避 免了因系统各种控制阀件的损坏而造成的循环下水管路、循环上水管路中充满水
不能实5ljE常排空，致使冬季循环管路冻堵问题的发生；在该装置系统积7j^非放
管路上装有故障报警器，当系统某个控制阀件的损坏产生不正常水流通过时及时
报警，使损坏的控制阀件尽快得以维护；并且太阳能集热器如果产生高温膨胀气
体和微量的高温膨胀水都能通过已排空的循环管路、下7jC积7jCt非放管路和积 JC4非
放管路顺畅的寿科文和排出，改变了过去太阳能集热器只能通过呼吸阀呼吸的历史， 避免了太阳能集热器在冬季呼吸间因汽馏冻堵而产生汽"鈔暴管、IU旦等事故的发 生。
9、本发明采用真空集热管吸收太阳光能，焖晒其中金属换热管中的水，使其
升温来与集热器水箱中的低温7JC进行热交换，完成集热器制热水过程。由于真空
集热管中无水，所以不存在以往采用真空集热管直4勤诸水进行热交换，而出现的 因为冷热差大、结冻、';^长等情况下产生爆管漏水现象，集热器制热运行更安全可靠。
10 、本发明中的插入式进水管口和插入式出水管口由于都乂人集热器水箱上端 插入集热器7K箱内一段长度(5-20mm),因》化循环管路排空后集热器水箱内仍 保持原来的7K量，同时产生的虹吸现象使集热器水箱上端的水^L^fcl吸出来，为
特殊寒冷情况下，其中的水结冰膨胀预留了安全空间。
11、如图2、图3、图4所示，本发明中系统循环4灸热时，循环水泵启动将室
内水箱中的7j^由出经上次循环换热已排空的循环上水管路ii^集热器水箱，将集
热器水箱中的高温水顶出经循环下水管路通过室内水箱的下水管路连接口进入室
内水箱，此过程中室内水箱水位低于室内水箱的出水口， ^^热7^T开混水阀时，
混水阀只流出热水出水管路中的水，热水出水管路上的传感器虽然动作，但上水
8控制阀在系统循环换热、循环管路排空结束前受系统控制无法开启，不能开通上 水管路，带压水不能ii^室内水箱将热水顶出，故此，此过程中热水不能YM; 如图6所示，本发明中系统循环换热时，循环水泵启动将室内水箱中的水4由
出经上次循环换热已排空的循环上水管路进入集热器水箱，将集热器水箱中的高
温水顶出，经循环下水管路通过热水出水管路、室内水箱的出水口ii/v室内水箱，
此时使用热水，打开混水阀，集热器水箱中的高温水经循环下水管路通过热水出 水管路流出混水阀，热水出水管路上的传感器虽然动作但上水控制阀在系统循环 换热、循环管路棑空结束前受系统控制无法开启，不能开通上水管路，带压水不
能ii^室内水箱，系统循环换热、排空结束后，上7W空制阀接受系统指令延时开 启，开通上水管路，带压水ii7v室内水箱将室内水箱注满水，上7W空制阀延时开
启结束关闭，切断上水管路。此过程中虽然有热水的连续使用，但存在集热器中
高温水直接通过循环下水管路经热水出水管路流出混水阀烫伤人的问题发生；如 图5所示，本发明中系统循环换热时，循环水泵启动将室内水箱中的7K4由出经上 次循环换热已排空的循环上水管路进入集热器水箱，将集热器水箱中的高温水顶 出，经循环下水管路通过室内水箱的下水管路连接口ii7v室内水箱，此过程中使 用热水，打开混水阀，启动的循环水泵将室内水箱中的热7Ki由出经与循环上水管 路连接的出水管路、热水出水管路流出混水阀，由于流出混水阀仍是室内水箱中 的热水， <賴热水时，在保证热水的连续佳月的同时，避免了循环换热时，集热 器中高溫水直接通过循环下水管路经热水出水管路流出混水阀烫伤人问题的发 生。
12、本发明中室内水箱按承压贮水式电热水器标准设计，M电热水器的基 本功能，当在天气影响下太阳能制热水温度不够时，可随时采用电辅助加热以保
证热水的连续^^]。同时本发明中室内水箱也^^^卸压功能。


图1、图2为;^发明结构示意l-室内水箱；2-止水呼p及阀；3-上水管^各；4-上7K4空制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；84盾环水泵；9-l空制开关；10-传感器；11-三 通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；20-集热器水箱；21-呼吸器； 22-插入式进水管口； 23-插入式出水管口； 24-集热器水箱温度传感器；25-真空集 热管；26-常闭手动阀；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33-金属换热管；34-进水口； 35-出 水口； 45-下水管3各连4妄口； 46-地漏。
图3为;^发明另一实施例结构示意1-室内7K箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上水控制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；74盾环管路控制阀；8-循环水泵；9^空制开关；10-传感器；11-三 通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；15-排空管路；16-排空管路 止回阀；20-集热器水箱；21-呼吸器；22-插入式进水管口； 23-插入式出水管口；
24- 集热器水箱温度传感器；25-真空集热管；26-常闭手动阀；27-水箱温度传感器； 28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路； 33-金属换热管；34-进水口； 35-出水口； 45-下水管路连接口； 46-地漏。
图4为本发明另一实施例结构示意l-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上7jc拴制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；74盾环管路控制阀；8-循环水泵；9^空制开关；lO-传感器；11-三 通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；15-排空管路；16-排空管路 止回阀；17-积7M非放管路；18-积水管^4空制阀；19-故障报警器；20-集热器水箱； 21-呼吸器；22-插入式进水管口； 23-插入式出水管口； 24-集热器水箱温度传感器；
25- 真空集热管；26-常闭手动阔；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组 连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管3各；33-金属换热管；34-进 水口； 35-出水口； 41-下水积7J^非方丈管路；42-逆止阀；45-下水管路连接口； 46-地漏。
图5为;^发明另一实施例结构示意l-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上水控制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；8-循环水泵；9^空制开关；lO-传感器；11-三 通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14~止回阀；15-排空管路；16-排空管路 止回阀；17-积7^#放管路；18-积水管^4空制阀；19-故障报警器；20-集热器水箱； 21-呼吸器；22-插入式进水管口； 23-插入式出水管口； 24-集热器水箱温度传感器； 25-真空集热管；26-常闭手动阀；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组 连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33-金属换热管；34-进 水口； 35-出水口； 41-下水积7]<#放管路；42-逆止阀；45-下水管路连接口； 46-地漏；47-热水管路止回阀；48-管路止回阀；49-出水管5各。图6为本^发明另一实施例结构示意l-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上7M空制阔；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；84盾环水泵；9^空制开关；lO-传感器；11-三 通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；20-集热器水箱；21-呼吸器； 22-插入式进水管口； 23-插入式出水管口； 24-集热器水箱温度传感器；25-真空集 热管；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33^r属换热管；34-进水口； 35-出水口； 46-地漏。
图7为本发明中金属换热管结构示意33-^r属换热管；36-喇叭口密封管头；374奂热管体；38-换热管管口。 图8为本发明中集热器水箱与真空集热管、金属换热管连接剖面图； 20-集热器水箱；25-真空集热管；33-金属换热管；38-换热管管口； 39-密封 环；40-水箱连4妾口。
图l一图6中A表示本发明系统中膨胀 K4放区。
具体实施例方式
如图l一图6所示，本发明结构主要由集热器12、室内水箱l、循环上水管 路6、循环下水管路13、循环水泵8和各种控制阀等部分构成。循环上水管路6 与集热器12插入式进水管口 22连接，室内水箱1通过循环下水管路13与集热器 12插入式出水管口 23连接。其具体结构如下
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，该装置i殳有与室内水箱1的进 水口 34相连的上水管路3,在上水管路3上装有上7W空制阀4(一般可为电磁阀)； 室内水箱1的进水口 34通itJi水管路3连有循环上水管路6，在循环上水管路6 上装有循环管^-^空制阀7 (—4殳可为电》兹阀)；在循环上水管^各6上装有循环水 泵8;室内水箱1的出水口 35连有热水出水管路32,热水出水管路32上装有传 感器10 (—J&可为水流传感器)；或者，在室内水箱1的水的使用处装有控制开 关9 (一般可为接近开关式传感器)与智能控制仪28通过控制线相连或通过无线 遥控信号形式相连控制；热水出水管路32和上水管路3之间装有混水阀31;如 图l、图2、图3、图4、图5所示，在室内水箱上设有下水管路连接口 45,下水 管路连接口 45通过管路连至循环下水管路13，在室内水箱的下水管路连接口 45 与热水出水管路32连接的管路上装有常闭手动阀26;如图6所示，室内水箱1 的出水口 35连有热水出水管路32,热水出水管路32上的三通管件11连接循环下水管路13。
如图1 —图6所示，在^盾环下水管^各13上装有止回阀14，在3争iiJi7j^空制阀 4 (一般为电磁阀)与上水管路3连接的上水旁通管路上装有手动上水阀5;在室 内水箱1上端装有止水呼吸阀2，在室内水箱1内装有水箱温度传感器27和电加 热器30;在室内水箱1下面管路上的各功能阀件上7W空制阀4、水流传感器10、 循环管路控制阀7等连接处有一阀组连接板体29。
在循环下7K管^各13的上端装有呼吸器21;或者，在循环上水管路6的上端， 或者，在集热器水箱20上端装有呼吸器21;该装置设有集热器12,集热器12 设有集热器水箱20，在集热器水箱20内装有集热器水箱温度传感器24;在集热 器水箱20两侧顶端分别装有插入式进7K管口 22和插入式出水管口 23，插入式进 水管口 22和插入式出水管口 23都从集热器水箱20顶端插入7JC箱内胆里侧一^J巨 离(一般可为5-20mm),它们分别与循环上水管路6和循环下水管路13相连； 如图7-图8所示，在集热器水箱20下面装有一排真空集热管25,真空集热管25 里面装有金属换热管33,金属换热管33上有喇叭口密封管头36,喇叭口密封管 头36的一端为换热管管口 38，喇叭口密封管头36的另一端连有底部封堵的换热 管体37，金属换热管33在喇叭口密封管头36的位置通过密封环39与水箱连接 口 40相连。
如图3、图4、图5所示，在循环水泵8进水口端的循环上水管^各6和上水 管路3之间连有排空管路15;在排空管路15上装有排空管路止回阀16。
如图4、图5所示，在循环上水管路6与循环下7JC管路13之间连有下水积 7^#放管路41,下水积7^#放管路41上装有逆止阀42,在循环上7]of路6上连 有积7j^非放管路17，积7j^非放管路17与下水积7M非放管路41相通，在积7M非放 管路17上装有积水管^-^空制阀18 (—般可为电磁阀)；在积 X4非放管路17上装 有故障报警器19 (一般可为水流传感器)，积水排放管路17与地漏46相通。
如图5所示，在循环上水管^各6与热水出水管^各32之间连有出水管^各49; 在出水管路49上装有管路止回阀48;在热水出水管路32上装有热水管路止回岡 47。
如图l、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明中，智能控制仪28通过 电控线路分别与上水控制阀4、循环管路控制阀7、循环水泵8、控制开关9、传 感器IO、集热器水箱温度传感器24、水箱温度传感器27、电加热器30的电控线相接。
如图4、图5所示，本发明中，智能控制4义28通过电控线^各分别又与积水管 ^4空制阀18、故障报警器19的电控线相才妄。
智能控制仪28通过接收各信号指挥相应的电控部件动作,循环换热及循环换 热后循环管路中的7j^非空^^室内水箱1中^，智能控制仪28又接收各信号指 挥相应的电控部件动作，切断循环管路，完成太阳能制热水过程。^i ]热水时， 开通上水管路3，带压水(自来水)ii7v室内水箱1中，将其中热水顶出混水阀 31，关闭混水阀31，上水控制阀4自动关闭切断上7K管路3完成使用热7K过程。 在本发明(图4、图5 )中该装置运《亍过程可实现自动故障才艮警，保证<賴更安全。
智能控制仪28通过常规PLC或单片机等程序编程元件编程完成本发明所述 的智能控制程序。
该发明装置通过其控制系统接收传感组件发出的信号，指#^控制阀、循环 水泵等部件动作，使本发明装置中室内水箱中的低温水与集热器吸收太阳光能后
产生的高温水进行循环换热，经过数次循环换热使室内水箱中的水温度升高，完 成太阳能制热水过程。并且由于采用了系统循环换热时，室内水箱无压力和^j ] 热水时，室内水箱带压力两种状态自动转换的设计，使循环换热后循环管路中的 水靠自然落差流入室内水箱，让换热循环管路得以排空；在使用热水时，带压水 (自来水)经上水管路注入室内水箱，将室内水箱中的热水经出水口顶出混水阀， 让用户在使用热水时，就象^^]承压贮水式电热水器一样方便、舒适、安全。同 时，太阳能集热器如产生高温膨胀气体能通过排空的循环管路和排空管路，经积 7j^非放管路顺畅的释放，改变了过去太阳能集热器只能通过呼吸阀呼吸的历史。
系统安装完毕时，本发明的工作过程是 一、室内水箱上7j^莫式
1、 开启智肯U空制仪28电源，系统自动启动室内水箱上水模式(智能控制仪 28每次断电后再启动时都会^/f于jH^莫式)上水管路3上的上水控制阀4开启并 延时(一4谈时2—5分钟后关闭)，带压水(自来水)经上水管路3和上水控制 阀4i^v室内水箱1,将混水阀31旋至热7p乾开启，室内水箱1注满水混水阀31 出水后关闭混水阀31,上7JC控制阀4开启的，延时结束，上水控制阀4自动关闭。
2、 将混水阀31旋至热 K^开启无水或有水又断流时，按智能控制仪28上的
13上水键，上水控制阀4开启并延时(一^J4时2—5 ^4中后关闭)，带压水(自来 水)经上水管路3和上7K4空制阀4 iiA室内水箱1，室内水箱1注满水后混水阀 31出水，关闭混水阀31,上水控制岡4开启的延时结束，上水控制阀4自动关闭。
3、 将混水阀31旋至热水端开启，打开手动上水阀5将室内水箱1上满水后 混水阀31出水，关闭混水阀31,关闭手动上水阀5。
4、 在室内水箱l上水和使用热水上水时，上7jc控制阀4开启，图l、图2、 图3、图4、图5、图6中，循环上水管路6上关闭的循环管路控制阀7切断上水 管路3与循环上水管路6的连通；循环下水管路13上止回阀14切断止回阀14 上端的循环下水管路13被逆止的管路段；而在(图3、图4、图5 )中，在循环 水泵8进水口端的循环上水管路6上和上水管路3之间连有排空管路15;在排空 管路15上的排空管路止回阀16切断止回阀16右侧上端与其连接的循环上水管路 6被逆止的管路段；致使图1、图2、图3、图4、图5、图6中，该发明装置系统 中在上水和使用热水上水时，带压水或带压自来水只能通itJi水管路进入室内水 箱，而不能ii^循环上水管^各和循环下水管i 各。
二、换热循环、热水^J^模式
1、自动温差换热、循环、排空模式当集热器12上的真空集热管25吸收太 阳光能，将其中金属换热管33中的7K进行燜晒加热，产生热水与集热器水箱20 内的低温水进行重力式冷热交换，^吏其温度上升，当升至与室内水箱1中的水温 温差设定值时，智能控制仪28接受集热器水箱温度传感器24和水箱温度传感器 27发出的信号指挥系统各组件动作，自动启动温差循环换热程序(如手动强制循 环时按智能控制仪28上循环键)如图2、图3所示，循环管^4空制阀7开启、 循环水泵8起动，上水管路3上关闭的上7JC控制阀4切断上水管路3，上水管路3 中的带压水或带压自来水无法ii^室内7jc箱；室内水箱1通itJl端的止7JC呼吸阀 2吸气，室内水箱1中的水通iiJi次循环后已被排空的循环上水管路6进入集热 器水箱20内，将集热器水箱20中高温水顶出，经上次循环后已被排空的循环下 7jof路13，经止回阀14通过室内水箱1的下水管路连4妄口 45济u^室内水箱1中； 如图4、图5所示，积水管路控制阀18关闭，切断积水排放管路17，循环管^4空 制阀7开启、循环水泵8起动，上水管路3上关闭的上7K4空制阀4切断上水管路 3,上水管路3中的带压水或带压自来水无法进入室内水箱；下水积7M非放管路 41上的逆止阀42左侧的下7^积7^#放管路41路段被逆止阀42单向逆止，切断循环上水管路6至循环下水管路13方向的连通；室内水箱1通过上端的止水呼吸 阀2吸气，室内水箱1中的水通itJi次循环后已被排空的循环上水管路6时不能 i^v积7j^非放管路17和也不能通过下7jc积7K4非放管路41进入循环下水管路13; 只能进入集热器水箱20内，将集热器水箱20中高温水顶出经上次循环后已被排 空的循环下水管^各13,经止回阀14通过室内水箱1的下水管^各连接口 45流入室 内水箱1中，在该装置系统循环换热和循环管路排空后,积水管路控制阀18开启， 开通积7J^非放管路17;如图6所示，循环管路控制阔7开启、循环水泵8起动， 上水管路3上关闭的上水控制阀4切断上水管路3,上水管路3中的带压7K或带 压自来水无法ii^室内水箱；室内水箱1通iih端的止水呼吸阔2吸气，室内水 箱1中的水通itJi次循环后已被排空的循环上水管路6ii^集热器水箱20内，将 集热器水箱20中高温水顶出，经上次循环后已被排空的循环下水管路13经止回 阀14通过室内水箱1的出水口 35 ifu^室内水箱1中。
通iiJi述循环换热，当集热器水箱20与室内水箱1中的水经过循环换热后温 差降到设定值时，或者到预设的循环换热结束时间时，智能控制仪28发出信号， 指挥系统各组件自动动作(或手动再按智能控制仪28上循环键)，循环水泵8 停止。如图2、图3、图4、图5所示，此时循环下7jc管路13中的7jc依靠自然落 差经止回阀14，通过室内水箱1上的下水f^各连4妻口 45 ^u7v室内水箱1中；如 图6所示，此时循环下水管路13水依靠自然落差经止回阀14通过室内水箱1的 出水口 35 ^fJi室内水箱1中。
如图2、图6所示，循环水泵8停止、循环管路控制阀7延时关闭(一4谈 时0.3—2分钟)，循环上水管路6中的水依靠自然落差经循环水泵8、循环管路 控制阀7，通itJi水管^各3 i^v室内水箱1中，室内水箱1又通iiJi端的止水呼 吸阀2将循环换热过程中吸进的气^M非出；循环上水管路6中的水排空后，循环 管^4空制阀7延时关闭结束(一般延时0.3—2分钟)，关闭；如图3所示，循环 水泵8停止、循环管路控制阀7关闭；如图4、图5所示，积7^#放管路17上的 积水管路控制阀18开启被延时，仍然处于关闭状态，切断积7仏排放管路17,循 环水泵8停止、循环管路控制阀7关闭；如图3、图4、图5所示，循环上水管路 6中的水依靠自然落差只能经排空管路15、排空管路止回阀16、上水管路3，通 过室内水箱进水口 34^ii室内水箱1中；室内水箱1又通itJi端的止水呼吸阀2 将循环换热过程中吸进的气僻一卜出；循环上水管路6中的水排空后，图4、图5所示，积水管^4空制阀18延时开启被结束(一4级时0.3—2 ^4中)，开通积水 排放管路17。
在系统循环换热及换热管路排空后，集热器水箱20和室内水箱1中的水仍保 持换热循环前的注满状态；室内水箱l在此循环换热及换热管路排空过程中处于 常压状态；系统按上述情况动作，依次反复自动完成该装置换热循环和换热循环 后循环管路排空过程，将室内水箱1中水升温，完成太阳能制热水过程。
2、热7W^]过禾l^彭胀^c的排》l^法:在该装置循环换热及循环管^#空后， 虽然集热器水箱20和室内水箱1中的水仍保持换热循环前的注满状态，但将循环 换热前承压状态的室内水箱1切换为换热循环后常压状态的室内水箱1,在此过 程中会产生的少量膨胀7K (图1 —图6中A表示本发明系统中膨胀7jC^放区)， 如不当即排放，该装置经多次循环换热及循环管路排空后，会在循环管路中蓄积， 使室内水箱1上端的循环管路中的水不能实现彻底排空。
如图2、图6所示，循环下水管路13上选用小于循环上水管路6的过流通径 的止回阀14;或者，在循环下水管路上安装法ii4控制阀，循环上水管路6、循环 下7^管路13中的水排空时，在循环管路控制阀7延时关闭前(一般延时0.5—2 ^4中)，让循环上水管路6中的水比循环下水管路13中的7K先排入室内水箱1, 致使室内水箱1因为承压状态与常压状态的切换而产生的膨胀水只被存在循环下 水管路13中；如图3、图4、图5所示，循环换热结束，循环水泵8停止，循环 管路控制阀7关闭，此时循环下水管路13中的水依靠自然落差经止回阀14通过 室内水箱的下水管路连接口 45 ^ii室内水箱1中，循环上水管路6中的水依靠自 然落差经排空管路15、排空管路止回阀16、上水管路3，通过室内水箱进水口 34 ^ii室内水箱1中；致使室内水箱1因为承压状态与常压状态的切换而产生的膨 月长7j^皮存在循环下水管^各13和循环上水管i 各6中；图4、图5所示循环上水管i 各 6中的水排空后，积水管^4空制阀18开启延时结束(一^^时0.3—2 ^4中)，开
通积7M非放管路17。
如图2、图3、图4、图5所示，热水4吏用时打开混水阀31转至热水端，如 果循环下水管路13、循环上7JC管路6中存有膨月^7K,那么水位高于室内水箱1内 胆顶端的出水口35位置，打开混水阀31，室内水箱1的出水口 35上端的热水及 热水出水管32中的水依靠自然落差重力流出混水阀31, ^^、来注满水的室内水 箱1中有了一定空间，此时传感器10 (—4殳可为水流传感器)或控制开关9 (一4殳可为接近开关式传感器)虽然动作，但指挥系统指令上7W空制阀4开启时间被
延时(延时时间一4殳可为1^3秒)，循环管路中高于室内水箱顶端的出水口 35 位置的膨胀水量先经室内水箱1的下水管路连接口 45 ^fu7v室内水箱1中，或者(如 图6所示)循环下水管路13中存有的膨胀7K量直接通过热水出7jof路32流出混 水阀31;如图2-图6所示，当循环管路中的水位约降至室内水箱的出水口 35位 置左右，即混水阀31放出膨胀水的7JC量后，上7W空制阀4延时开启结束(延时时 间一般可为l一3秒)，开通上水管路3，上水管路3中的带压水或带压自来水顶 进室内水箱1,经室内水箱1的出水口 35将热7jc通过热水出水管路32顶出混水 阀31;如图5所示，热水使用时打开混水阀31转至热水端，上水控制阀4延时 开启结束(延时时间一4殳可为1—3秒)，开通上水管路3，上水管路3中的带压 水或带压自来水顶进室内水箱1，经室内水箱1的出水口 35将热水通过热水出水 管路32顶出混水阀31 ，由于热水出水管路32与循环上水管路6连接的出水管路 49上装有管路止回阀48,管路止回阀48将循环上水管^各6方向的出7jc管^各49 的路段逆止切断,所以此时室内水箱1顶出的带压水不能进入循环上水管路6中。
停止^吏用热水关闭混水阀31，传感器10(—般可为水流传感器)或控制开 关9 (一般可为接近开关式传感器)动作，智能控制仪接受信号指挥上7W空制阀4 关闭，切断上水管^各3，完成使用热水过程；此过程中室内水箱l处于承压状态； 由于在此过程中，在循环管路中的膨胀7W寻以优先排放，避免了循环管路中因为 膨胀水蓄积的现象而不能实现循环管路正常排空问题的发生；
在该装置循环换热、循环管路排空时的热水使用如图2、图3、图4所示， 本系统循环换热时，循环水泵8启动将室内水箱1中的水4由出经上次循环换热已 排空的循环上水管路进入集热器水箱20,将集热器水箱20中的高温7^顶出经循 环下水管路通过室内水箱1的下水管路连接口 45 ii/v室内水箱1,此过程中室内 水箱i水位低于室内水箱的出水口 35, 4吏用热水打开混水阀31时，混水阀31只 流出热水出水管路32中的水,热水出水管路32上的传感器10虽然动作但上7^空 制阀4在系统循环换热、循环管路排空结束前受系统控制无法开启，不能开通上 7K管路3，带压水不能ii^室内水箱l将热水顶出，故jtbit匕过程中热水不能^j ]; 如图6所示，本系统循环换热时，循环水泵8启动，将室内水箱1中的7J^由出经 上次循环换热已排空的循环上水管路6进入集热器水箱20，将集热器水箱20中 的高温水顶出，经循环下水管路13通过热水出7jc管路32、室内水箱的出水口 35进入室内水箱l,此时4吏用热水，打开混水阀31,集热器水箱20中的高温水经循 环下7K管路13通过热水出水管路32直接流出混水阀31,热水出7jc管路32上的 传感器10虽然动作但上7W空制阀4在系统循环换热、循环管路排空结束前受系统 控制无法开启，不能开通上水管路3，带压水不能进入室内水箱1，系统循环换热、 排空结束后，上7W空制阀4接受系统指令延时开启，开通上水管路3，带压水进 入室内水箱l将室内水箱1注满水，上7J^空制阀4延时开启结束关闭，切断上水 管路3,此过程中虽然有热水的连续使用，^4在集热器水箱20中高温水直接通 过循环下水管路13经热水出水管路32流出混水阀31烫伤人的问皿生；如图5 所示，本系统循环换热时，循环水泵8启动将室内水箱1中的7M由出，经上次循
环换热已排空的循环上水管路6进入集热器水箱20,将集热器水箱20中的高温 水顶出，经循环下水管i 各13通过室内水箱1的下水管i 各连4妻口 45 ii7v室内水箱 1,此过程中佳月热水，打开混水阀，启动的循环水泵8，由于与循环上 K管路6 连接的出水管路49和热水出水管路32连接处向室内水箱方向的热水出水管路32 上有一热水管路止回阀47,热水管路止回阀47将热水出水管路32向室内水箱1 方向的管路段逆止切断，故此被循环水泵8抽出的室内水箱1中的热水只能经与 循环上水管路6连接的出水管路49、热水出水管路32流出混水阀31，由于流出 混水阀31仍是室内水箱1中的热水，使用热水时,在保证热水的连续使用的同时， 避免了循环换热时，集热器水箱20中高温水直接通过循环下水管路13经热水出 水管路32流出混水阀烫伤人问题的发生。
如图2、图3、图6所示，循环管^4空制阀7与上水4空制阀4有互锁功能，即 在该装置循环换热、循环管路排空开启循环管路控制阀7时，上水控制阀4不能 被开启；而在使用热水上水控制阀4开启时，循环管赠、检制阀7不能一皮开启。
在图4、图5中，只有积水管^4空制阀18处于关闭状态循环管路控制阀7才 能被开启，循环水泵8才能净缺动，并且积水管^-t空制阀18与上 W空制阀4有互 锁功能，即在该装置循环换热、循环管路排空，关闭积水管^4空制阀18时，上水 控制阀4不能,皮开启；而在〗吏用热水，上水控制阀4开启时，积水管^各控制阀18 不能纟皮关闭。
在图4、图5中，安全、才艮警功能循环下水管^各13上的止回阀14损坏时， 在^Jf]热水时，上水管路3中的带压水或带压自来水顶进室内7jc箱1，经室内水 箱的出水口 35将热水通过热水出水管路32, ^p分水经混水阀31流出；4卩分
18水经室内水箱的下水管^各连4妄口 45、循环下水管^各13和循环下水管路上损坏的 止回阀14、下7jc积 K4非放管路41、逆止阀42、积水排放管路17排》1^地漏46;
路6连接的出水管路49上的控制阀，如循环管路控制阀7或排空管路止回阀16 或管路止回阀48损坏时，在使用热水或室内水箱1上水时，上水管路3中的带压 水或带压自来7&~"#分顶进室内水箱1中， 一部分水会经损坏4空制阀经循环上水 管路6通过积7M非放管路17排放出去至地漏46;顶进室内水箱1的带压7jc经室 内水箱1的出水口 35及下端的热水出水管路32、出7K管路49、损坏的管路止回 阀48经循环上水管路6通过积7M非放管路17排放出去至地漏46;上水控制阀4 损坏时，系统循环换热、排空程序结束前带压水或带压自来水通itJi水管路3进 入室内水箱1也ii^循环上水管^各6和循环下水管^各13,当系统循环换热、排空 程序结束后，这部分水^it过积7jcf非放管路17排放出去至地漏46;积水管i l-t空 制阀18损坏时，系统循环换热时，循环换热水会经循环上水管路6通过积7K4非放 管路17排放出去；因此，下水积7^#放管路41和积7j^非放管路17的设计避免了 因系统各种控制阀件的损坏而造成的循环下水管路13、循环上7K管路6中充满水 不能实现正常排空，致使冬季循环管路冻堵问题的发生；并且，太阳能集热器12 如果产生高温膨胀气体和微量的高温膨胀水通过已排空的循环下水管路13、下水 积7W非放管路41 、循环上7K管路6和积 K4非放管路17顺畅的#^文和排出，改变 了过去太阳能集热器12只能通过呼吸阀呼吸的历史,避免了太阳能集热器在冬季 呼吸阀因汽馏冻堵而产生汽月鈔暴管、刻旦等事故的发生。在该装置系统积7^#放 管路17上装有故障报警器19 (一般可为水流传感器)，当系统某个控制阀件的 损坏产生不正常水流通过时及时报警，使损坏的控制阀件尽快得以维护。
如图2、图3、图4、图5所示，当该装置4M—定时间后，室内水箱l底部 如有沉淀的杂质可将常闭手动阀26打开，打开混水阀31转至热水端，传感器IO (一般可为水流传感器)或控制开关9 (一般可为接近开关式传感器)动作，指 挥系统指令上7^空制阀4延时开启，上水管路3中的带压水或带压自来水顶进室 内水箱1,经室内水箱的出水口 35和下水管^各连4矣口 45 "^^将热7JC通过热水出 水管路32顶出混水间31,室内水箱中的沉淀的杂质会随之流出。关闭常闭手动 阀26、混水阀31,完成室内水箱的排污过程。
权利要求
1、一种太阳能制热水装置，其特征在于该装置设有与室内水箱的进水口相连的上水管路(3)，在上水管路(3)上装有上水控制阀(4)；室内水箱的进水口通过上水管路(3)连有循环上水管路(6)，在循环上水管路(6)上装有循环管路控制阀(7)，在循环上水管路(6)上装有循环水泵(8)；室内水箱设有下水管路连接口，室内水箱的下水管路连接口通过管路连至循环下水管路(13)；或者，室内水箱的出水口通过管路连至循环下水管路(13)；在循环下水管路(13)上装有止回阀(14)；在室内水箱上端装有止水呼吸阀(2)；在室内水箱内装有水箱温度传感器(27)；在与室内水箱的出水口相连的热水出水管路上装有传感器(10)，或者在室内水箱的水的使用处装有控制开关(9)。
2、 按照权利要求l所述的太阳能制热水装置，其特征在于在循环下7jc管路 (13)的上端；或者，在循环上水管^各(6)的上端；或者，在集热器水箱上端装有呼吸器(21)。
3、 按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于在循环水泵(8) 进水口端的循环上7jc管路(6)和上水管路(3)之间连有排空管路(15),在排 空管路(15)上装有排空管路止回阀(16)。
4、 按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于在循环上7jc管3各 (6)与循环下水管路(13 )之间连有下水积7^#放管路(41 );在下水积7^#放管路(41)上装有逆止阀(42),在循环上水管路(6)上连有积水排放管路(17), 积水排放管路(17)与下水积7j^非放管路(41)相通，在积水排放管路(17)上 装有积水管^4空制阀(18)，在积 K4非放管路(17)上装有故障报警器(19)。
5、 按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于在循环上水管^各 (6)与热水出水管路(32)之间连有出水管路(49);在出水管路(49)上装有管路止回阀(48);在热水出水管路(32)上装有热水管路止回阀(47)。
6、 按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于在室内水箱的下 7K管路连接口 (45 )与热水出水管路(32)相连接的管路上装有常闭手动阀(26); ^^itJi水控制阀(4)与上水管路(3)连接的上水旁通管路上装有手动上水阀(5)。
7、 按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于该装置设有集热 器(12)，集热器(12)上端有集热器水箱(20),在集热器水箱(20)两侧上 端分别装有插入式进水管口 (22)和插入式出水管口 (23)，它们分别与循环上 水管路(6)和循环下水管路(13 )相连；在装有插入式进7JC管口 ( 22)和插入式 出水管口 (23 )的集热器水箱(20)下面装有真空集热管(25 )，真空集热管(25 ) 里面装有金属换热管(33),金属换热管(33)上有喇叭口密封管头(36)，喇 叭口密封管头(36)的一端为换热管管口 (38)、喇叭口密封管头(36)的另一 端连有底部封堵的换热管体(37)，金属换热管(33)在喇叭口密封管头(36) 的位置通过密封环(39)与水箱连4妄口 (40)相连。
8、 按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特4正在于控制开关(9) 与该装置的智能控制仪(28)通过控制线相连或者通过无线遥控信号形式相连。
9、 一种太阳能制热水装置的工作方法，其特征在于该装置通过各种控制阀 控制，实现太阳能制热水装置中，在室内水箱里的低温水与太阳能集热器吸收太 阳光能产生的高温7K通过循环管路进行循环换热，以及循环换热后循环管路中的 水依靠自然落差排空^u^室内水箱的过程中室内水箱无压力状态，^^]热水时室 内水箱带压力状态，两种压力状态自动转换。
10、按照权利要求9所述的太阳能制热水装置的工作方法，其特征在于该 装置中在系统非换热循环状态和非使用热7JOj犬态时，室内水箱分别通过各种控制 阀切断与带压的上水管路和上次换热循环后已被排空的循环上水管路、循环下水 管路的连通，所以在系统循环换热及循环换热管^4非空时只需由控制系统指挥 自动开启系Mi空制阀中的循环管路控制阀，上水管路上关闭的上7^空制阀切断上 水管路，上水管路中的带压水或带压自来水无法ii/v室内水箱；室内水箱在此循 环换热及换热管路排空过程中处于常压状态；或者，在热水使用时也只需由控 制系统指挥自动开启上水控制阀，循环上水管路上关闭的循环管^4空制阀切断循或带压自来水只能通itJi水管路^室内水箱，而不能it/v循环上水管路和循环 下水管路；此过程中室内水箱处于承压状态。
全文摘要
本发明涉及太阳能热水器领域，是一种太阳能制热水装置及其工作方法，以解决现有太阳能热水器产品在使用中存在的制热效率低、管路冻堵、汽胀炸管漏水等问题。该装置设有与室内水箱进水口相连的上水管路，上水管路上装有上水控制阀；上水管路与循环上水管路相连，循环上水管路上装有循环管路控制阀和循环水泵；室内水箱的下水管路连接口连至循环下水管路，循环下水管路上装有止回阀，热水出水管路上装有传感器，实现分体式太阳能制热水装置中的室内水箱低温水与太阳能集热器吸收太阳光能产生的高温水进行循环换热时，室内水箱无压力和使用热水时室内水箱带压力的两种状态自动转换及循环换热后循环管路中的水排空流入室内水箱中。
文档编号F24D17/00GK101608811SQ200810175089
公开日2009年12月23日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年4月23日
发明者王克涛 申请人:王克涛