专利名称：太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置，属太阳能热水工程领域。
背景技术：
目前，在我国的各种家用太阳能热水器、大型太阳能热水工程中，对太阳能集热器普遍使用的防冻技术主要是以下几类1、强制循环法。即在太阳能集热器与保温水箱之间安装循环泵，当气温低于1℃时循环泵启动，强制推动水在集热器与保温水箱之间不断循环流动，不让水平静下来形成结冰。其缺点在于一是白白消耗了能源。只要气温低，循环泵就处于工作状态，消耗了不必要消耗的电能。
二是不稳定性。在气温低的情况下，循环泵一旦出现故障，集热器及管道将被冻裂毁坏。
三是不能持久。如果出现长时间的低气温，水会进一步损失热量进而结冰，因此，必须通过外界给系统再次加热，实行控温循环，否则，集热器及管道一样会被冻毁。
四是缩短了设备的使用寿命。任何设备都是有使用寿命的，整个设备为了防冻自我消耗的时间，都是应该用于工作的时间。就我国的情况而言，一年大约有1/6左右的时间处于低温，这1/6的时间都要强制循环防冻，按太阳能设备设计寿命15年计算，太阳能设备使用寿命将缩短2.5年。
2、双循环法。即在集热器中加入液体导热工质(此种工质具有防冻特性)，集热器与流道形成封闭系统，流道通过水箱，在水箱中和低温水进行热交换。其缺点在于一是容易结垢。导热工质结垢后就不能工作，需要更换。一般工作三年，导热工质就基本被水垢裹死。更换导热工质需要把整个系统拆开，成本很高。
二是具有依赖性。导热工质依赖保温水箱中的水有一定余温。如果低温时间延长，保温水箱中的水会不断降温，导热工质防冻效果将大大降低，并最终失去作用。
3、介入加热。即在管道和集热器内安装“电伴热带”或其它电热丝，温度低于1℃时，“电伴热带”或电热丝通电，给管道和集热器微量加热，保证管道和集热器的温度高于1℃。其缺点在于一是不安全。无论是“电伴热带”或电热丝，都是带电物体，让带电物体长期处在高温环境下工作，它们的绝缘性能会急剧下降，“电伴热带”或电热丝一旦失去绝缘性，就可能引发触电事故和火灾。事实上已有太阳能热水器使用“电伴热带”或电热丝引起火灾的案例，中国太阳能网就有这样的报道。
二是白白消耗了电能。只要气温低，“电伴热带”或电热丝就要工作，就要消耗电能。
4、简单排空。即天冷时将热水器的出水口打开，将集热器和管道内的水全部放空。其缺点在于一是大量浪费珍贵的水资源。简单地从集热器和管道中将水放掉，浪费了大量水资源，尤其是大型太阳能热水工程，集热器和管道内所装的水是以吨计算的，其浪费更是惊人。
二是不确定性和实施的困难性。集热器和管道都是高度密封的，否则，在工作的情况下会漏水，甚至无法工作。在这种情况下，要将集热器和管道里面的水放出来是非常困难的，就是设置排空阀也不能确保能将水放干净。
5、强制排空。即在正常的工作系统之外再设置一个强制排空系统，配置专用的排空机泵、管道和控制系统，在低温时把集热器和管道内的水抽到保温水箱里。其缺点在于一是增加制造成本。在热水器正常的工作系统之外，再设置一个强制排空系统，配置专用的机泵、闸阀、管道、探测和控制装置，无疑会大大增加制造成本。
二是增加了控制的难度。设置了强制排空系统之后，必然要设置相应的控制系统，强制排空的控制系统要么单独设立，要么并入工作总控制系统。如果单独设立则与总控制系统很难协调动作；如果并入工作总控制系统，则增加了控制的难度。弄不好就会形成工作总控制系统指挥上水、循环等动作，而强制排空系统又指挥排空。不仅不能起到排空防冻的作用，还会浪费水和电，甚至损坏系统。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种利用水的落差，通过智能控制箱自动控制，使集热器及管道内的水自动排空，排出的水由防冻水箱回收后重复利用的太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置。
本实用新型是通过下述的技术方案来实现上述目的的该太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置由保温水箱、泄水通气管、水温水位探测器、缺水保护装置、集热器温控探头、集热器、常闭电磁阀、单向阀、热水循环泵、常开电磁阀、手动闸阀、智能控制箱、冷水增压泵、中间水位控制器、防冻水箱、进水电磁阀、热水增压泵、蒸汽排泄孔及管道组成，集热器、泄水通气管、保温水箱置于楼顶面的上方，防冻水箱置于楼顶面的下方，防冻水箱的容积大于或等于集热器与管道的总容积之和的2倍；其特征在于集热器的一侧通过管道连接有一插入在保温水箱内的泄水通气管，保温水箱的底部通过管道与用户相通，该管道上从上至下依次装有手动闸阀、热水增压泵及单向阀；集热器的另一侧通过管道分别与防冻水箱的上、下部相通，与上部相通的管道上装有常开电磁阀和手动闸阀，与下部相通的管道上从上至下依次装有常闭电磁阀、单向阀、冷水增压泵和手动闸阀；与防冻水箱下部相通的管道和与保温水箱下部相通的管道之间通过管道连通，该管道上装有单向阀和热水循环泵；智能控制箱通过控制线分别与热水循环泵、热水增压泵、常开电磁阀、常闭电磁阀、水位水温探测器、集热器温控探头、缺水保护装置、冷水增压泵和进水电磁阀连接。集热器的右上角出水口处装有集热器温控探头，泄水通气管与管道的连接处制有蒸汽排泄孔，保温水箱的一侧制有水温水位探测器和缺水保护装置；防冻水箱的中部制有中间水位控制器。
本实用新型与现有技术相比具有如下的有益效果1.该装置融合在太阳能热水工程系统之中，作为内部循环系统的一部分，结构十分简单，在对集热器及管道实施排空时不需要能源。
2.水是利用落差自然下泄，排泄可靠，能有效地排空集热器及管道内的水。
3.回收集热器及管道内的水，作为下次供水之用，水始终在内部循环，不会浪费。
4.没有安全隐患。该装置不通电，不需要油、气对水加热就能防冻，因此不存在任何安全隐患。
5.安装和维护方便。
6.只在热水工程系统内设置了一个防冻水箱，不另外设立防冻系统，不需要单独的控制系统，容易控制。
7.不需要另外设置防冻系统，节约了投资成本。
8.节约能源。在实施排空时不需要任何能源。
附图为太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置的结构示意图。
图中1.保温水箱，2.泄水通气管，3、4、5.水温水位探测器，6.缺水保护装置，7.集热器温控探头，8.集热器，9.楼顶面，10.常闭电磁阀，11.单向阀，12.热水循环泵，13.常开电磁阀，14.手动闸阀，15.智能控制箱，16.单向阀，17.冷水增压泵，18.手动闸阀，19.中间水位控制器，20.防冻水箱，21.手动闸阀，22.单向阀，23.进水电磁阀，24.手动闸阀，25.单向阀，26.热水增压泵，27.手动闸阀，28.蒸汽排泄孔，29.管道。
具体实施方式
该太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置由保温水箱1、泄水通气管2、水温水位探测器3、4、5、缺水保护装置6、集热器温控探头7、集热器8、楼顶面9、常闭电磁阀10、单向阀11、热水循环泵12、常开电磁阀13、手动闸阀14、智能控制箱15、单向阀16、冷水增压泵17、手动闸阀18、中间水位控制器19、防冻水箱20、手动闸阀21、单向阀22、进水电磁阀23、手动闸阀24、单向阀25、热水增压泵26、手动闸阀27、蒸汽排泄孔28及管道29构成。通过智能控制箱15设定早晨7点太阳能热水工程开始运作，防冻水箱20内已装有昨天晚上从集热器8及管道29中泄下来的水。当时间到达7点时，智能控制箱15指挥常闭电磁阀10打开，并将常开电磁阀13关闭，冷水增压泵17开始通过集热器8向保温水箱1内注水，单向阀16阻止供水时系统内的水倒流入防冻水箱20内。当防冻水箱20的水位在1/2水位时，中间水位控制器19发出信号，进水电磁阀23打开向防冻水箱20内补水，保证防冻水箱20内具有半箱水位。当保温水箱1的水位达到1/3时，水温水位探测器5发出信号，供水电磁阀23和冷水增压泵17停止工作，防冻水箱20内只保持有半箱水。
当保温水箱1的水位达到1/3时，水温水位探测器5同时又发出信号，通过智能控制箱15指挥热水循环泵12开始工作，单向阀11保证循环的水不会倒流。水在集热器8与保温水箱1之间反复循环逐步加热。当水通过集热器8被太阳加热到某一个设定温度(该温度可根据实际情况的需要事先设定好)后，集热器右上角出水口的集热器温控探头7将信号送到智能控制箱15，智能控制箱15再次指挥冷水增压泵17和进水电磁阀23工作，冷水再次通过集热器8进入保温水箱1，当分别达到水温水位探测器4、3的高度时，水温水位探测器4、3分别发出信号，使循环泵12再次开始工作，又重复上述的工作过程，如此反复直到保温水箱1内的水达到预定的水位和温度为止。按设计要求保温水箱内存储的热水能满足用户当天的需求。
当保温水箱1内注满热水并达到预定温度时，即该装置已完成当天的工作任务，保温水箱1上部的水温水位探测器3将信号传到智能控制箱15，智能控制箱15发出指令关闭除向用户供水的系统之外的其他工作系统，此时常闭电磁阀10被关闭，防冻水箱1上方的常开电磁阀13处于开放状态，集热器8内的水在泄水通气管2和重力的作用下，全部泄到防冻水箱20内，集热器8及相关管道29内没有一滴水，因而根本不必当心集热器8及管道29被冻坏的问题。
当气温低于1℃时，温控探头7将信号传到智能控制箱15，智能控制箱15也会关闭工作系统，集热器8及管道29内的水在重力作用下，通过常开电磁阀13进入防冻水箱20内，保证集热器8及相关管道29不被冻坏。
当该装置因某种原因致使保温水箱1内的水位低于最低水位时，缺水保护装置6发出信号至智能控制箱15，智能控制箱15会关闭常开电磁阀14，打开常闭电磁阀10，启动冷水增压泵17，继而打开进水电磁阀23，给保温水箱1注水至最低水位。
当该装置的某一部分出现故障，需要维修和更换设备时，可根据需要启动手动闸阀14、18、21、24、27，使部分管道关闭，便于维护。
权利要求1.一种太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置，它由保温水箱(1)、泄水通气管(2)、水温水位探测器(3)、(4)、(5)、缺水保护装置(6)、集热器温控探头(7)、集热器(8)、常闭电磁阀(10)、单向阀(11)、热水循环泵(12)、常开电磁阀(13)、手动闸阀(14)、智能控制箱(15)、单向阀(16)、冷水增压泵(17)、手动闸阀(18)、中间水位控制器(19)、防冻水箱(20)、手动闸阀(21)、单向阀(22)、进水电磁阀(23)、手动闸阀(24)、单向阀(25)、热水增压泵(26)、手动闸阀(27)、蒸汽排泄孔(28)及管道(29)组成；集热器(8)、泄水通气管(2)、保温水箱(1)置于楼顶面(9)的上方，防冻水箱(20)置于楼顶面(9)的下方；其特征在于集热器(8)的一侧通过管道(29)连接有一插入在保温水箱(1)内的泄水通气管(2)，保温水箱(1)的底部通过管道(29)与用户相通，该管道(29)上从上至下依次装有手动闸阀(27)、热水增压泵(26)及单向阀(25)；集热器(8)的另一侧通过管道(29)分别与防冻水箱(20)的上、下部相通，与上部相通的管道(29)上装有常开电磁阀(13)和手动闸阀(14)，与下部相通的管道上从上至下依次装有常闭电磁阀(10)、单向阀(16)、冷水增压泵(17)和手动闸阀(18)；与防冻水箱(20)下部相通的管道(29)和与保温水箱(1)下部相通的管道(29)之间通过管道(29)连通，该管道(29)上装有单向阀(11)和热水循环泵(12)；智能控制箱(15)通过控制线分别与热水循环泵(12)、热水增压泵(26)、常开电磁阀(13)、冷水增压泵(17)、常闭电磁阀(10)、集热器温控探头(7)、水温水位探测器(3)、(4)、(5)、缺水保护装置(6)和进水电磁阀(23)连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置，其特征在于集热器(8)的右上角出水口处装有集热器温控探头(7)，泄水通气管(2)与管道(29)的连接处制有蒸汽排泄孔(28)，保温水箱(1)的一侧制有水温水位探测器(3、4、5)和缺水保护装置(6)；防冻水箱(20)的中部制有中间水位控制器(19)。
3.根据权利要求1所述的太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置，其特征在于所述的防冻水箱(20)的容积大于或等于集热器(8)与管道(29)的总容积之和的2倍。
专利摘要本实用新型涉及一种太阳能集热器及管道落差智能内循环排空防冻装置，属太阳能热水工程领域。它由保温水箱、泄水通气管、水温水位探测器、集热器、常闭电磁阀、单向阀、热水循环泵、常开电磁阀、智能控制箱、冷水增压泵、防冻水箱、进水电磁阀、热水增压泵及管道等构成，它是通过利用水的落差，由智能控制箱自动控制使集热器及管道内的水自动排空而防止热水器被冻毁的，且排出的水由防冻水箱回收后重复利用。解决了目前太阳能热水器采用强制循环法只要气温低，循环泵就处于工作状态，消耗了不必要消耗的电能；双循环法导热工质结垢后就不能工作，需要更换；排空法大量浪费珍贵的水资源的问题。适用于大型太阳能工程或家用太阳能热水器上使用。
文档编号F24J2/46GK2847171SQ200520098000
公开日2006年12月13日 申请日期2005年9月5日 优先权日2005年9月5日
发明者鲍家邻 申请人:鲍家邻