专利名称：一种三防太阳能热水器的制作方法
一种三防太阳能热水器本发明涉及太阳能热水器技术领域，具体地说是一种三防太阳能热水器。
目前太阳能光热产品主要分为①无压式一体机、②承压式一体机、③承压式分体机。其中无压式一体机，水箱与光热板组成一体，水箱不承受压力，该产品在农村低端市场使用，由于其使用不便，舒适度差，安装条件的局限不能在城市普及；承压式一体机虽然解决了舒适度及使用不便的问题，但安装条件依然受到局限，不能在城市普及；承压式分体机由于解决了安装条件限制的问题，且使用舒适度好，能够在城市居民生活中得到普及应用。承压式分体机又分为承压分体一次循环一次换热式、承压分体一次循环二次换热式和承压分体二次循环二次换热式(俗称回流式太阳能热水器)。以上三种类型太阳能热水器除二次循环二次换热式(回流式太阳能热水器)均存在以下问题一、过热在夏季太阳光照度强，日照时间长，地表水温度高，太阳能光热转换量富余，造成水箱整个系统过热，致压力升高，温度升高，破坏系统的各密封件、损坏水箱、降低产品使用寿命，造成安全阀频繁开启，太阳落下系统温度降低系统压力下降，冷水补进降低水箱温度，影响使用；在高温高压下使用水箱热水对于承压分体式一次循环一次换热产品会出现水锤的冲击及噪声，严重影响了使用性能；对于一次循环二次换热的产品还会由于过热导致循环介质气化，循环介质从排气阀泄出致系统的循环介质缺失循环受阻，系统停止工作，水箱无法吸收热量而太阳能集热器无法将吸收的热量转换至水箱，系统的温度会急剧升高，如此恶性循环，系统将会彻底破坏。二、散热有太阳情况下，光热转换热量会通过泵循环或自然循环不断传递给储水箱，而到了没有太阳的阴天或晚间，太阳能集热器无太阳光可吸收，如果水箱在被加热保温状态下循环管路里的循环介质在水箱温度的作用下造成对流，此时的太阳能集热器变成了散热器，使水箱的热量在循环介质的循环作用下通过太阳能集热器及循环管路不断的向空气中扩散，使得水箱的存储热量损失加大，减少了可利用的热水，减低了系统的整体效益。三、冬季结冻损坏在没有太阳的雨雪季节和阴天，环境温度低于循环介质的冰点，会造成系统的循环介质结冰，使整个系统损坏，即便系统采用了二次交换防冻循环介质，部分解决了防冻问题，但其散热损失也非常严重，24小时损失热量约为全部水箱存储热量的50%。而承压分体二次循环二次换热式(俗称回流式太阳能热水器)，虽然不存在上述的过热、散热和冬季结冻损坏三个问题，但由于其系统中需要配置两个循环泵、一个二次换热器及40L保温水箱，其中一个循环泵为开式循环泵，其扬程要在10-20m水柱以上，从而成本比较高，一次性投入大，使用非常不经济。本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种三防太阳能热水器，不仅能够防冻、防过热、防散热，而且安装方便，使用舒适度好，且一次性投入小，降低了成本，运行效力高，非常经济实用。为实现上述目的设计一种三防太阳能热水器，包括太阳能集热器I、进水管道2、出水管道3和保温水箱5，所述太阳能集热器I通过进水管道2、出水管道3与保温水箱5相连，所述进水管道2中设有三通电磁阀I 6，所述三通电磁阀I进水口 61连接太阳能集热器I，所述三通电磁阀I出水口 63连接保温水箱5，所述三通电磁阀I出水口 62连接无压储罐7或地漏20，所述出水管道3中设有三通电磁阀118，所述三通电磁阀II出水口 81连接太阳能集热器I，所述三通电磁阀II进水口 83连接保温水箱5，所述三通电磁阀II进水口 82连接无压储罐7或地漏20，所述三通电磁阀I 6、三通电磁阀118通过线路连接控制 装直。所述控制装置包括控制器9和高温保护器10，所述控制器9与高温保护器10由线路连接，所述三通电磁阀I 6、三通电磁阀118通过线路连接控制器9。所述保温水箱5内设有电加热棒16，所述电加热棒16安装在保温水箱5的内壁上，所述电加热棒16通过线路连接控制器9。所述出水管道3中安装有循环泵4，所述循环泵4通过线路连接控制器9。所述太阳能集热器I上装有集热器温度传感器11，所述保温水箱5内部上方处装有水箱上部温度传感器12，所述保温水箱5内部下方处装有水箱下部温度传感器13，所述控制器9处装有环境温度传感器14，所述循环泵4外壳上装有泵温度传感器15。所述出水管道3中循环泵4的出口处安装有电子流量开关或机械式流量平衡阀19。所述太阳能集热器I上端装有排气阀17，所述排气阀17与进水管道2相连。所述进水管道2中设有单向阀18，所述单向阀18安装在三通电磁阀I出水口 63处。所述保温水箱5通过管道连接无压水罐21。所述出水管道3中设有两通电磁阀22，所述两通电磁阀22与地漏20相连。本发明同现有技术相比，具有如下优点I.减少了太阳能热水器散热损失，提高了太阳能热水器的运行效力，解决了太阳能热水器的防散热问题；2.防止了太阳能热水器冬季无太阳光时结冰损坏，解决了太阳能热水器的防冻问题；3.防止夏天日照时间长，太阳辐射强度高，加之自来水供水温度高，热水用量小导致太阳能热水器水箱及系统过热，损坏密封件及水箱，，解决了太阳能热水器的防过热问题；4.本发明同承压分体二次循环二次换热式相比，由于省略了二次换热器、10_20m水柱以上的循环泵、以及40L保温水箱，而是设有两个二位三通电磁阀，从而一次性投入小，降低了成本，用最经济便捷的方法解决了太阳能热水器过热、散热、结冻的三大缺陷；5.以保温水箱容积270L的太阳能热水器为例，在春秋季节太阳能集热器停止工作的保温状态下，管道内的循环介质温差造成的循环作用通过太阳能集热器及循环管路扩散的热量24小时约为3KWH，冬季24小时扩散的热量约为6KWH，分别占整个太阳能系统吸收热量的20% -50%，而本发明当系统处在待机保温状态时，则彻底杜绝了这个损失。[
]图I是本发明的结构示意图一(三防、分体、水箱下置承压太阳能热水器)；图2是图I的接线示意图；图3是本发明的结构示意图二(三防一体、平板承压太阳能热水器)；图4是本发明的结构示意图三(三防一体、热管承压太阳能热水器)；图5是本发明的结构示意图四(三防一体、平板非承压太阳能热水器)；图6是本发明的结构示意图五(三防一体、真空管非承压太阳能热水器)；图7是本发明的结构示意图六(三防分体、热管、水箱上置承压太阳能热水器)；图中1、太阳能集热器2、进水管道3、出水管道4、循环泵5、保温水箱6、三通电磁阀I 7、无压储罐8、三通电磁阀II 9、控制器10、高温保护器11、集热器温度传感器12、水箱上部温度传感器13、水箱下部温度传感器14、环境温度传感器15、泵温度传感器16、电加热棒17、排气阀18、单向阀19、电子流量开关或机械式流量平衡阀20、地漏21、无压水罐22、两通电磁阀61、三通电磁阀I进水口 62、三通电磁阀I出水口 63、三通电磁阀I出水口 81、三通电磁阀II出水口 82、三通电磁阀II进水口 83、三通电磁阀II进水□。下面结合附图对本发明作以下进一步说明如附图I和附图2所示，为“三防、分体、水箱下置承压太阳能热水器”，包括太阳能集热器I、进水管道2、出水管道3和保温水箱5，所述太阳能集热器I通过进水管道2、出水管道3与保温水箱5相连，所述进水管道2中设有三通电磁阀I 6，所述三通电磁阀I进水口 61连接太阳能集热器1，所述三通电磁阀I出水口 63连接保温水箱5，所述三通电磁阀I出水口 62连接无压储罐7，所述出水管道3中设有三通电磁阀II 8，所述三通电磁阀II出水口 81连接太阳能集热器I，所述三通电磁阀II进水口 83连接保温水箱5，所述三通电磁阀II进水口 82连接无压储罐7，所述三通电磁阀I 6、三通电磁阀118通过线路连接控制装置。所述控制装置包括控制器9和高温保护器10，所述控制器9与高温保护器10由线路连接，所述三通电磁阀I 6、三通电磁阀118通过线路连接控制器9。所述保温水箱5内设有电加热棒16，所述电加热棒16安装在保温水箱5的内壁上，所述电加热棒16通过线路连接控制器9。所述出水管道3中安装有循环泵4，所述循环泵4通过线路连接控制器9。所述太阳能集热器I上装有集热器温度传感器11，所述保温水箱5内部上方处装有水箱上部温度传感器12，所述保温水箱5内部下方处装有水箱下部温度传感器13，所述控制器9处装有环境温度传感器14，所述循环泵4外壳上装有泵温度传感器15。所述出水管道3中循环泵4的出口处安装有电子流量开关或机械式流量平衡阀19，所述电子流量开关或机械式流量平衡阀通过线路连接控制器9。所述太阳能集热器I上端装有排气阀17，所述排气阀17与进水管道2相连。所述进水管道2中设有单向阀18，所述单向阀18安装在三通电磁阀I出水口 63处。所述太阳能热水器处于保温待机状态时，保温水箱循环口被关闭，保温水箱以外的循环管道及太阳能集热器的进出循环水被排空，如DN15管道每10米长管路水容量、I.77L，排出的水可收集后用于其它用途，亦可在有循环泵的系统中工作时重新由循环泵将水泵入系统。循环管路处于无循环介质状态，与保温水箱连接的进水管道和出水管道被关闭，于是可有效防止散热、过热、结冻。当保温水箱需要再次加热时，经控制器判断，而太阳能集热器又满足供热运行条件，则三通电磁阀I和三通电磁阀II换向，排空管路被关闭，循环回路与保温水箱通路被打开，系统管路及太阳能集热器在自来水压力下被注满水，管道空气通过排气阀自动排出，系统开始工作。如有循环泵，延迟一分钟，循环泵开启，太阳能系统开始加热，待满足保温水箱设定温度后，系统管路与保温水箱通路被关闭，系统与无压储罐或地漏接通，系统上部的太阳能集热器上端最高点设有排气阀与大气相通。系统循环管道及太阳能集热器的水在重力作用下全部回到储水罐或地漏，系统再次处于待机状态，如此反复。在待机状态下，利用循环介质自动排空的方法，有效地杜绝了系统过热、散热、结冰。如附图3至附图7所示，“循环介质排空法”可以用在除太阳能集热器直 接插入水箱系统外任何有循环介质在外部管道循环加热的太阳能系统，即如附图3所示的《三防一体、平板承压太阳能热水器》，附图4所示的《三防一体、热管承压太阳能热水器》，附图5所示的《三防一体、平板非承压太阳能热水器》，附图6所示的《三防一体、真空管非承压太阳能热水器》，附图7所示的《三防分体、热管、水箱上置承压太阳能热水器》。附图3至附图7中，三通电磁阀16出水口连接地漏20，三通电磁阀118进水口连接地漏20 ;附图5和附图
6中的保温水箱通过管道连接无压水罐21 ;附图7中的出水管道3中设有两通电磁阀22，该两通电磁阀22与地漏20相连，有助于循环介质排空。本发明中，集热器温度传感器的温度为Tl、水箱上部温度传感器的温度为T2、水箱下部温度传感器的温度为T3、环境温度传感器的温度为T4，泵温度传感器的温度为T5。附图I和图2所示的《三防、分体、水箱下置承压太阳能热水器》的工作原理为当T1 > T4、T3小于保温水箱设定温度5°C、(T1-T3) > 10°C，控制器给三通电磁阀I和三通电磁阀II通电，三通电磁阀I :三通电磁阀I进水口 61-三通电磁阀I出水口 63通，三通电磁阀I进水口 61-三通电磁阀I出水口 62闭，三通电磁阀II :三通电磁阀II出水口 81-三通电磁阀II进水口 83通，三通电磁阀II出水口 81-三通电磁阀II进水口 82闭；保温水箱在自来水压力作用下自动向系统补水，系统空气通过排气阀自动排出，30m长管路补水量约为5. 3L(管路每10m，补水量I. 76L)。三通电磁阀I和三通电磁阀II得电后延迟120秒，120秒可注入水量大于16L, 16L远远大于系统需注入的水量5. 3L,从而确保系统注满水，循环泵开启，系统进入工作状态，并适时检查，Tl是否大于T3在10°C以上，T2是否大于等于保温水箱设定温度，T5是否超过T3有15°C即(T5-T3) > 15°C，若(T5-T3) >15°C，则系统运行不正常，循环泵可能空转，系统给出报警，并切换至故障待机状态。此处，当(T5-T3) > 15°C时，即为系统运行不正常，循环泵空转，此数据的准确性可以通过进一步的试验获得。如所述出水管道循环泵的出口处安装有电子流量开关，通过流量开关亦可判断系统运行情况循环泵是否空转以及流量大小。当T2 >保温水箱设定温度时，系统运行停止，控制器切换至待机状态，从而循环泵停止运行,三通电磁阀I :三通电磁阀I进水口 61-三通电磁阀I出水口 62通，三通电磁阀I进水口 61-三通电磁阀I出水口 63闭，三通电磁阀II :三通电磁阀II进水口 82-三通电磁阀II出水口 81通，三通电磁阀II进水口 83-三通电磁阀II出水口 81闭；循环系统被关闭，保温水箱处于与系统隔离状态下保温，有效阻止系统的散热。系统进水管道与出水管道通过三通电磁阀I :三通电磁阀I进水口 61-三通电磁阀I出水口 62通、三通电磁阀
II:三通电磁阀II进水口 82-三通电磁阀II出水口 81通，且与无压储罐相连，太阳能集热器顶部设有排气阀与大气相通，于是在重量作用下，系统里的水约5. 3L会全部排空至无压储罐内系统处于无循环介质状态，这样就有效地防止系统在冬季冻坏、夏季在光照下过热、以及系统内循环介质在温度差的驱动下形成对流，通过太阳能集热器散热等问题。当T2低于保温水箱设定温度5°C时，系统条件再次满足Tl > T4、T1_T3 > 10°C,系统按工作程序再次运行重新启动 。如此反复，一般情况下系统每天开启、停止切换1-2次。当T2低于保温水箱设定温度5°C时，而系统条件不满足Tl > T4与T1-T3 >10°c，则说明阴天太阳能集热器不能工作，循环系统关闭，保温水箱在电加热棒的辅助下工作；如阴转晴，条件一旦满足，则电加热棒立即退出，系统会按前述步骤自动切换至太阳能加热状态。另外，系统在待机状态下排至无压储罐的水如需重复使用，则需①循环泵在无吸程情况下必须将循环泵安装在无压储罐下方，②循环泵扬程必须大于太阳能集热器与保温水箱安装高度差I. 5倍以上，③在运行前改变程序为三通电磁阀I :三通电磁阀I进水口61与三通电磁阀I出水口 62闭，三通电磁阀I进水口 61与三通电磁阀I出水口 63通，三通电磁阀II :三通电磁阀II进水口 82与三通电磁阀II出水口 81通，三通电磁阀II进水口 83与三通电磁阀II出水口 81闭；开启循环泵，运行60秒，将无压储罐水重新注入系统，60秒后，三通电磁阀II :三通电磁阀II进水口 82与三通电磁阀II出水口 81闭，三通电磁阀II进水口 83与三通电磁阀II出水口 81通，三通电磁阀I维持三通电磁阀I进水口 61与三通电磁阀I出水口 62闭，三通电磁阀I进水口 61与三通电磁阀I出水口 63通。循环泵继续运行，并通过控制器适时检测Tl、T2、T3、T4、T5，根据运行逻辑关系维持运行或退出待机或保护或电加热棒辅助。附图3至附图7的工作原理与附图I和附图2所示的工作原理基本相同，差异之处仅在于附图I和附图2所示的系统通过循环泵强制循环，而附图3至附图7所示的系统，保温水箱在太阳能集热器上部，循环介质(水)在温度差的作用下，形成自然对流，不需要循环泵，其原理简述如下系统安装两个三通电磁阀或三个电磁阀(三个电磁阀中其中一个为两通电磁阀，另两个为三通电磁阀)，待机时,三通电磁阀或三通电磁阀及两通电磁阀通过控制器切换至排空口的通道开启，保温水箱与循环管路的通道关闭，循环管路内的介质(水)被排空，从而达到“三防”之目的；运行时电磁阀通过控制器切换至保温水箱与循环管路的通道开启，排空口的通道关闭，太阳能集热器与保温水箱之间的管路内介质(水)通过温差自然循环，从而使得太阳能集热器通过光热转换而吸收热量，源源不断的向上部保温水箱传送，最终达到吸热、储热之目的。本发明中，附图3至附图7，表示了应用该原理于一体式及分体式太阳能热水器(水箱在集热器上部)承压和非承压的三防(防冻、防过热、防散热)功能应用的示例原理图，其工作原理与附图I和附图2基本相同，其核心原理也是通过两个三通电磁阀(或两个三通电磁阀及一个两通电磁阀)的切换在待机时打开排空口管道，排空循环介质(水)，同时关闭保温水箱进出口循环通道，达到三防之目的。运行时通过三通电磁阀的切换关闭排空口，打开循环口，系统在水箱内自来水压力作用下，注满循环介质(水)。介质在温差作用下自然循环，完成对保温水箱加热之目的。该三防一体式及分体式太阳能热水器(水箱在集热器上部)与三防分体式太阳能热水器(水箱在集热器下部)相比，优点是可以不使用循环泵，同样完成太阳能集热器 的热量往保温水箱传送之目的，其详细的工作原理本文不再作进一步阐述。本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种三防太阳能热水器，包括太阳能集热器(I)、进水管道(2)、出水管道(3)和保温水箱(5)，所述太阳能集热器(I)通过进水管道(2)、出水管道(3)与保温水箱(5)相连，其特征在于所述进水管道(2)中设有三通电磁阀U6)，所述三通电磁阀I进水口 ￠1)连接太阳能集热器(I)，所述三通电磁阀I出水口 ￠3)连接保温水箱(5)，所述三通电磁阀I出水口 ￠2)连接无压储罐(7)或地漏(20)，所述出水管道(3)中设有三通电磁阀11(8)，所述三通电磁阀II出水口(81)连接太阳能集热器(I)，所述三通电磁阀II进水口(83)连接保温水箱(5)，所述三通电磁阀II进水口(82)连接无压储罐(7)或地漏(20)，所述三通电磁阀I (6)、三通电磁阀II (8)通过线路连接控制装置。
2.如权利要求I所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述控制装置包括控制器(9)和高温保护器(10)，所述控制器(9)与高温保护器(10)由线路连接，所述三通电磁阀I(6)、三通电磁阀II (8)通过线路连接控制器(9)。
3.如权利要求I或2所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述保温水箱(5)内设有电加热棒(16)，所述电加热棒(16)安装在保温水箱(5)的内壁上，所述电加热棒(16)通过线路连接控制器(9)。
4.如权利要求3所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述出水管道(3)中安装有循环泵(4)，所述循环泵(4)通过线路连接控制器(9)。
5.如权利要求4所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述太阳能集热器(I)上装有集热器温度传感器(11)，所述保温水箱(5)内部上方处装有水箱上部温度传感器(12)，所述保温水箱(5)内部下方处装有水箱下部温度传感器(13)，所述控制器(9)处装有环境温度传感器(14)，所述循环泵(4)外壳上装有泵温度传感器(15)。
6.如权利要求5所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述出水管道(3)中循环泵(4)的出口处安装有电子流量开关或机械式流量平衡阀(19)。
7.如权利要求6所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述太阳能集热器(I)上端装有排气阀(17)，所述排气阀(17)与进水管道(2)相连。
8.如权利要求7所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述进水管道(2)中设有单向阀(18)，所述单向阀(18)安装在三通电磁阀I出水口(63)处。
9.如权利要求I所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述保温水箱(5)通过管道连接无压水罐(21)。
10.如权利要求I所述的三防太阳能热水器，其特征在于所述出水管道(3)中设有两通电磁阀(22)，所述两通电磁阀(22)与地漏(20)相连。
全文摘要
本发明涉及太阳能热水器技术领域，具体地说是一种三防太阳能热水器，包括太阳能集热器、进水管道、出水管道和保温水箱，所述太阳能集热器通过进水管道、出水管道与保温水箱相连，所述进水管道中设有三通电磁阀I，所述三通电磁阀I进水口连接太阳能集热器，所述三通电磁阀I出水口连接保温水箱、无压储罐或地漏，所述出水管道中设有三通电磁阀II，所述三通电磁阀II出水口连接太阳能集热器，所述三通电磁阀II进水口连接保温水箱、无压储罐或地漏，所述三通电磁阀I、三通电磁阀II通过线路连接控制装置；本发明同现有技术相比，不仅能够防冻、防过热、防散热，而且使用舒适度好，一次性投入小，降低了成本，提高运行效率。
文档编号F24J2/04GK102645029SQ20121010903
公开日2012年8月22日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者袁同斌 申请人:上海瞻源新能源科技有限公司