CN101957070A - 一种配备变频循环泵与水箱组的太阳能热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配备变频循环泵与水箱组的太阳能热水器及其控制方法，它由太阳能集热器、变频循环泵、换热箱、水箱组、阀组、控制器组成，在太阳能集热器、水箱组中分别设有温度传感器，各温度传感器与控制器连接，控制器的输出既对变频循环泵进行变频调速控制，又对阀组的开关状态进行控制。本发明既能确保太阳能热水器的正常运行，提高太阳能的利用效率，增加热水供应量，又能降低循环泵的电消耗，具有高效节能的优点。

Description

一种配备变频循环泵与水箱组的太阳能热水器及其控制方法

技术领域

本发明专利涉及一种配备变频循环泵与水箱组的太阳能热水器及其控制方法。

背景技术

目前使用的太阳能热水器一般只有一个用于保存热水的水箱，当阳光较充裕而水箱的水被充分加热后，太阳能热水器在大部分时间将处于非有效工作状态，太阳能利用的效率比较低；同时，太阳能热水器中的循环泵通常以恒定的频率工作，当换热箱中的温差较小时，换热效率低下，造成循环泵的电能浪费。

发明内容

本发明首先所要解决的技术问题是提供一种配备变频循环泵与水箱组的太阳能热水器及其控制方法，既能确保太阳能热水器的正常运行，提高太阳能的利用效率，又能降低循环泵的电消耗。为此，本发明采用以下技术方案：它设有供热回路和吸热回路；所述供热回路上设有换热介质供热循环管路、第一变频泵、太阳能集热器；所述吸热回路上设有水吸热循环管路、第二变频泵、并联的多个水箱、水箱进水侧阀组及水箱出水侧阀组；所述供热回路和吸热回路具有热交换的相交区段；所述太阳能热水器还设有带变频装置的控制器；所述太阳能热水器还设有多个温度传感器，分别检测太阳能集热器内部换热介质温度和各所述水箱水温，各所述温度传感器与所述控制器连接；所述水箱进水侧阀组与水箱出水侧阀组的操作受控制器控制；所述第一变频泵和第二变频泵受控制器中的变频装置控制。

本发明另一个所要解决的技术问题是上述太阳能热水器的控制方法。为此，本发明采用以下技术方案：它设有太阳能集热器换热介质与水箱水温之间的温差控制阈值；并包括以下步骤：

(1)、各温度传感器采样，并把采得的太阳能集热器中的换热介质温度T1、各所述水箱并联支路中的水箱水温传送给控制器；

(2)、比较太阳能集热器中的换热介质温度T1和一个水箱并联支路中的水箱水温TWi；

(3)、若其温差超过所述温差控制阈值，进入步骤(4)，否则，进入步骤(6)；

(4)、控制器通过控制进水侧阀组和出水侧阀组的开关状态，将该水箱所在的水箱并联支路接通在吸热回路上，将其他水箱并联支路从吸热回路上断开，控制器的变频装置启动第一变频泵和第二变频泵，该水箱进入加热工作状态；

(5)、温度传感器间隔一定时间采样，若T1和TWi的温差小于前次采样的T1和TWi温差，则控制器的变频装置降低第一变频泵和第二变频泵的工作频率，反之增加第一变频泵和第二变频泵的工作频率；若T1和TWi的温差小于温差控制阈值，则控制器通过控制进水侧阀组和出水侧阀组的开关状态，将该水箱并联支路从吸热回路上断开；

(6)、比较太阳能集热器中的换热介质温度T1和另一个水箱并联支路中的水箱水温TWi，若其温差超过所述温差控制阈值，进入步骤(4)，否则，重复步骤(6)。

由于采用上述的技术方案，本发明具有以下优点：

1.水箱组的使用，提高了太阳能的利用效率。当太阳能比较充足且其中一个水箱已经充分加热时，另一个水箱投入使用，可以更充分地利用太阳能，同时有效地防止太阳能集热器过热的问题。通常来说，在热量交换时，温差越大，换热效率越高；反之亦然。当其中一个水箱的温度和太阳能集热器的换热介质温度相差小时，换热效率较低。此时将另一个水箱投入使用，由于具有较大的温差，换热效率可显著提高。

2.变频技术的使用，一方面节约了循环泵电能的消耗，另一方面可以提高热水器的换热效率，当换热的温差大时提高循环泵转速，当温差小时降低循环泵转速。

附图说明

图1是本发明所提供的实施例的示意图。

图中标号分别表示如下：1、太阳能集热器，2、第一变频泵，3、换热箱，4、第二变频泵，5、换热介质供热循环管路，6、水吸热循环管路，7、控制器，8、太阳能集热器与控制器的温度测量连接线，9、控制器与第一变频泵的控制连接线，10、控制器与第二变频泵的控制连接线，11、控制器与水箱并联支路上的进水侧阀的控制连接线，12、水箱并联支路中的水箱与控制器的温度测量连接线，13、控制器与水箱并联支路上的出水侧阀的控制连接线，W₁～Wn、水箱并联支路中的水箱，IN₁～INn、水箱并联支路上的进水侧阀，OUT₁～OUTn、水箱并联支路上的出水侧阀。

具体实施方式

如图1所示，本发明设有供热回路和吸热回路；所述供热回路上设有换热介质供热循环管路5、第一变频泵2、太阳能集热器1、换热箱3；所述吸热回路上设有水吸热循环管路6、第二变频泵4、换热箱3、水箱并联支路中的水箱W₁～Wn、水箱并联支路上的进水侧阀IN₁～INn及水箱并联支路上的出水侧阀OUT₁～OUTn；所述供热回路和吸热回路具有热交换的相交区段；所述太阳能热水器还设有带变频装置的控制器7；所述太阳能热水器还设有多个温度传感器，分别检测太阳能集热器内部换热介质温度和各所述水箱并联支路中的水箱水温，各所述温度传感器与所述控制器7连接；所述水箱并联支路上的进水侧阀IN₁～INn与水箱并联支路上的出水侧阀OUT₁～OUTn的操作受控制器控制；所述第一变频泵2和第二变频泵4受控制器7中的变频装置控制。

如图所示：在本实施例中，所述相交区段采用以下结构：换热介质供热循环管路5在此区段呈换热箱形，水吸热循环管路6从所述箱形的换热介质供热循环管路5中穿过并在其中呈螺旋状以增加换热面积。

以下结合图1，详细描述本发明的控制过程。

给出以下定义：

ΔT：太阳能集热器换热介质与水箱水温之间的温差控制阈值

T1：太阳能集热器1中的换热介质温度T1

TWi：水箱并联支路中的水箱Wi的水温

首先设定ΔT，包括以下步骤：

(1)、各温度传感器采样，并把采得的太阳能集热器1中的换热介质温度T1、各所述水箱并联支路中的水箱水温传送给控制器7；

(2)、比较T1和一个水箱并联支路中的水箱Wi的水温TWi；

(3)、若(T1-TWi)＞ΔT，进入步骤(4)，否则，进入步骤(6)；

(4)、控制器7打开该水箱Wi所在的水箱并联支路上的进水侧阀INi与出水侧阀OUTi，并关闭其他水箱并联支路上的进水侧阀与出水侧阀，从而将该水箱Wi所在的水箱并联支路接通在吸热回路上，将其他水箱并联支路从吸热回路上断开，控制器7的变频装置启动第一变频泵2和第二变频泵4，该水箱Wi进入加热工作状态；

(5)、温度传感器间隔一定时间采样，若T1和TWi的温差小于前次采样的T1和TWi温差，则控制器7的变频装置降低第一变频泵2和第二变频泵4的工作频率，反之增加第一变频泵2和第二变频泵4的工作频率；若(T1-TWi)＜ΔT，则控制器7关闭该水箱Wi所在的水箱并联支路上的进水侧阀INi与出水侧阀OUTi，将该水箱Wi所在的水箱并联支路从吸热回路上断开；

(6)、比较T1和另一个水箱并联支路中的水箱水温TWi，若(T1-TWi)＞ΔT，进入步骤(4)，否则，重复步骤(6)。

由于各水箱的散热、热水的使用消耗和新鲜冷水的补充等原因，各水箱水温往往会有不同程度的降低。通过上述循环操作，既能确保太阳能热水器的正常运行，提高太阳能的利用效率，增加热水供应量，又能降低循环泵的电消耗，实现高效节能的目标。

在具体实施时，如果并联的水箱数为2个，则2个水箱并联支路的进水侧阀可以合成一个进水侧三通阀，该进水侧三通阀的两个出口分别与2个水箱并联支路连接；2个水箱并联支路的出水侧阀可以合成一个出水侧三通阀，该出水侧三通阀的两个入口分别与2个水箱并联支路连接。上述三通阀的使用，不改变工作原理，而结构更紧凑。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例而已，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种配备变频循环泵与水箱组的太阳能热水器，其特征在于它设有供热回路和吸热回路；所述供热回路上设有换热介质供热循环管路、第一变频泵、太阳能集热器；所述吸热回路上设有水吸热循环管路、第二变频泵、并联的多个水箱、水箱进水侧阀组及水箱出水侧阀组；所述供热回路和吸热回路具有热交换的相交区段；所述太阳能热水器还设有带变频装置的控制器；所述太阳能热水器还设有多个温度传感器，分别检测太阳能集热器内部换热介质温度和各所述水箱水温，各所述温度传感器与所述控制器连接；所述水箱进水侧阀组与水箱出水侧阀组的操作受控制器控制；所述第一变频泵和第二变频泵受控制器中的变频装置控制。

2.如权利要求1所述的配备变频循环泵与水箱组的太阳能热水器，其特征在于所述水箱进水侧阀组由水箱并联支路上的进水侧阀组成，所述水箱出水侧阀组由水箱并联支路上的出水侧阀组成，所述进水侧阀和出水侧阀的操作受控制器控制。

3.权利要求1或2所述太阳能热水器的控制方法，其特征在于它设有太阳能集热器换热介质与水箱水温之间的温差控制阈值；并包括以下步骤：

(1)、各温度传感器采样，并把采得的太阳能集热器中的换热介质温度T1、各所述水箱并联支路中的水箱水温传送给控制器；

(2)、比较太阳能集热器中的换热介质温度T1和一个水箱并联支路中的水箱水温TWi；

(3)、若其温差超过所述温差控制阈值，进入步骤(4)，否则，进入步骤(6)；

(4)、控制器通过控制进水侧阀组和出水侧阀组的开关状态，将该水箱所在的水箱并联支路接通在吸热回路上，将其他水箱并联支路从吸热回路上断开，控制器的变频装置启动第一变频泵和第二变频泵，该水箱进入加热工作状态；

(5)、温度传感器间隔一定时间采样，若T1和TWi的温差小于前次采样的T1和TWi温差，则控制器的变频装置降低第一变频泵和第二变频泵的工作频率，反之增加第一变频泵和第二变频泵的工作频率；若T1和TWi的温差小于温差控制阈值，则控制器通过控制进水侧阀组和出水侧阀组的开关状态，将该水箱并联支路从吸热回路上断开；

(6)、比较太阳能集热器中的换热介质温度T1和另一个水箱并联支路中的水箱水温TWi，若其温差超过所述温差控制阈值，进入步骤(4)，否则，重复步骤(6)。

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