CN102322698A - 一种自动恒温出水的太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动恒温出水的太阳能热水器，包括用于产生热水的太阳能热水装置，所述太阳能热水装置的热水出水口连接有一出水管，本太阳能热水器还包括一控制中心，以及通过该控制中心预设所需水温自动调节冷热水进水量或自动加热出水的混水阀装置，所述出水管的出水口接通到混水阀装置的热进水口中，冷进水口连接有通有自来水的冷水管。由于本发明的太阳能热水器引入了全自动的电动混水阀装置，当太阳能热水装置出来的的水温高于设定温度时，自动混水降低温度；当出来的水温低于设定温度时启动电加热器将水温提升到设定温度，本发明装置使用起来甚为方便。本发明作为一种便捷、实用太阳能热水器可以广泛用于日常生活中。

Description

一种自动恒温出水的太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种热水器，特别是一种自动恒温出水的太阳能热水器。

背景技术

太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。一般太阳能热水器是由集热器（采光器）、储水箱及相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热器受阳光照射面温度高，集热管背阳面温度低，而管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。正是由于太阳能热水器可以免费提供热水，使用起来方便快捷，太阳能热水器已经走进了千家万户，特别是在日照时间长的南方地区，太阳能热水器更是随处可见。

但目前的太阳能热水器存在诸多弊端：

（1）如今太阳能热水器都直接用的是保温水箱内的水，若连续有几天不洗浴的话，水箱内的水就成了死水，容易滋生细菌，不利于健康洗浴。

（2）当保温水箱内的水温无法达到洗浴要求时，需要启动电加热器将水箱内所有的水全部加热至所设温度，若水箱内水没有用完，当下次使用间隔时间较长时，水温会降低到使用温度以下，还要重新加热水箱内的水，浪费能源资源，而且加热时间也比较长。此外，若是采用电能辅助，要对水箱内的水加热，还需安装室外电路连接到热水器，不便于安装，发生故障的几率也高。

（3）在热水接到混水阀后，一般还需手动调整混水阀的冷热入水比例至所需温度，使用不便。

（4）由于现在的太阳能热水器基本都放置在楼顶，出水管口与洗浴室距离一般比较长，每天第一次洗浴前，需要放出出水管内的冷水，比较浪费水资源。

（5）由于使用的是水箱内的水，热水器对于洗浴室的相对高度决定了出水水压，如果落差较小，那么花洒头的出水水压就比较小，不便于洗浴。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：提供一种实用的自动恒温出水的太阳能热水器，通过该控制中心控制混水阀装置，自动调节冷热水进水量或自动加热出水达到预设所需水温。

为了解决上述的技术问题本发明所采用的技术方案是：

一种自动恒温出水的太阳能热水器，包括用于产生热水的太阳能热水装置，所述太阳能热水装置的热水出水口连接有一出水管，本太阳能热水器还包括一控制中心，以及通过该控制中心预设所需水温自动调节冷热水进水量或自动加热出水的混水阀装置，所述太阳能热水装置出水管的出水口接通到混水阀装置的热进水口中，冷进水口连接有通有自来水的冷水管。

进一步，所述混水阀装置的具体结构为，包括阀体和执行电机，从所述阀体中央延伸到阀体外设有一可控制冷热进水量的转动阀轴，所述执行电机通过传动机构带动混水阀轴转动，阀体的冷、热进水口外和出水外依次设有冷水温度传感器、热水温度传感器和电加热器，所述阀体内还设有用于限制转动阀轴最大转角的混水阀左限位和混水阀右限位，所述阀体出水口外还设有出水温度传感器，所述的执行电机、冷水温度传感器、热水温度传感器、出水温度传感器、电加热器、混水阀左限位和混水阀右限位均由导线连接到控制中心上。

进一步，所述的传动机构的连接关系是齿轮-齿轮连接、涡轮与齿轮连接、同步带与同步轮连接或轮与链与轮链接。

进一步，所述的太阳能热水器还包括连接到控制中心用于实时显示预设水温度和出水温度的显示器。

进一步，所述的太阳能热水装置包括用于储水的保温水箱和用于吸收太阳光的采光器，两者通过循环管连通，所述保温水箱、采光器和循环管内均置有交换工质，保温水箱内还设有热交换器，所述热交换器一端连通有进水管，另一端与出水管连通。

进一步，所述的太阳能热水装置包括用于储水的保温水箱和用于吸收太阳光的采光器，两者通过循环管连通，所述保温水箱、采光器和循环管内均置有交换工质，保温水箱的底部连接有一进水管，保温水箱下部或底部的出水口连接到混水阀的热水进水口，保温水箱内还设有自动上水装置。

进一步，所述循环管分为两根直管从底部伸入保温水箱内，且其中一支管端口高于另一支管端口。

进一步，所述热交换器是螺旋状或是中间为矩形两端为弧形的高导热圆管或扁管。

进一步，自来水在进入太阳能热水装置和冷水管前还经过一场处理器，所述场处理器内的水管中或水管外壁两侧对称分布有若干极性相异的永磁体。

进一步，所述保温水箱上还设有排气口，底部连接有一设在室外的补水管，所述补水管外还设有防冻的管道加热器。

本发明的有益效果是：由于本发明的太阳能热水器引入了全自动混水阀装置，该混水阀装置受控制中心控制，在预设好所需水温后，当从太阳能热水装置内出来的热水水温高于预设温度时，控制中心会自动调节冷热进水量，当热水水温低于预设温度时，控制中心会自动控制加热出水，使混水阀的出水温度自动达到预设温度，整个恒温出水过程无需人工控制，本发明装置使用起来甚为方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明结构图；

图2是本发明采用立式保温水箱装置结构图；

图3是本发明采用卧式保温水箱装置结构图；

图4是本发明采用重力水箱结构图；

图5是一种热交换器结构俯视图；

图6是图5的热交换器结构侧视图；

图7是本发明水温控制系统的电气连接图；

图8是采光器加热水的原理图；

图9是本发明第一安装实施例的主视图；

图10是图9对应的侧视图；

图11是本发明第二安装实施例结构图。

具体实施方式

参照图1，一种自动恒温出水的太阳能热水器，包括用于产生热水的太阳能热水装置9，所述太阳能热水装置9的热水出水口连接有一出水管42，还包括一控制中心6，以及通过该控制中心6预设所需水温自动调节冷热水进水量或自动加热出水的混水阀装置（5），所述出水管（42）的出水口通过电磁阀接通到混水阀装置（5），混水阀装置（5）还连接有通有自来水的冷水管（43）。

参照图2，所述混水阀装置5可以是自动调温混水阀，包括阀体51和执行电机52，从所述阀体51中央延伸到阀体外设有一可控制冷热进水量的转动阀轴53，所述执行电机52通过传动机构54带动转动阀轴53转动，阀体51的冷、热进水口外和出水口外依次设有冷水温度传感器55、热水温度传感器56和电加热器58，所述阀体51内还设有用于限制转动阀轴53最大转角的混水阀左限位533和混水阀右限位544，所述阀体出水口处还设有出水温度传感器57，优选的，所述的传动机构54的连接关系是齿轮-齿轮连接、涡轮与齿轮连接、同步带与同步轮连接或轮与链与轮连接，所述的执行电机是步进电机、伺服电机、直流电机、无刷电机。

本太阳能热水器装置还包括连接到控制中心6用于实时显示预设水温和出水温度的显示器7。参照图7，所述的执行电机52、冷水温度传感器55、热水温度传感器56、出水温度传感器57、电加热器58、混水阀左限位533和混水阀右限位544均电连接到控制中心6上，通过控制中心6预设所需水温，来精确控制执行电机52通过传动机构54带动转动阀轴转动，实现控制冷热进水量来达到所需的出水温度，并在显示器7上实时显示预设温度和出水温度，当水箱内的水温高于设定温度时，自动混水降低温度；当水箱内的水温低于设定温度是启动电加热器将水温提升到设定温度。

参照图2，一种自动恒温出水的太阳能热水器，包括用于储水的保温水箱1和用于吸收太阳光的采光器2，两者通过循环管3连通，所述保温水箱1、采光器2和循环管3内均置有交换工质，保温水箱1内还设有热交换器4，所述热交换器4一端连通有进水管41，另一端连通有出水管42，所述出水管42的出水口还与一冷水管43接通到混水阀装置5中，所述循环管3分为两根直管从底部伸入保温水箱1内，且其中一支管端口高于另一支管端口，所述采光器是太阳能热水器常用的集热器，将太阳的辐射能转换为热能，它可以是真空管集热器或是平板型集热器，特别的，最好采用全玻璃变径真空管，它的能量转化效率比普通的要高出20%~43%。其中图2采用的是立式保温水箱，而图4采用的是卧式保温水箱。

参照图3，重力式水箱的太阳能热水器结构图，所述的太阳能热水装置9包括用于储水的保温水箱1和用于吸收太阳光的采光器2，两者通过循环管3连通，所述保温水箱1、采光器2和循环管3内均置有交换工质，保温水箱1的底部连接有一进水管41，保温水箱1的出水口连接到出水管42，保温水箱1内还设有自动上水装置12。在混水阀的热水进水口外设置有控制进水的电磁阀，由控制中心控制，当使用时自动打开，不用时自动关闭。太阳能将水箱内的水加热后，热水通过出水管42进过电磁阀流向阀体51。

特别的，为了提高热交换效率，至少达到95%以上，热交换器可以采用各种结构及其变形，尽量增大热交换器与保温水箱内工质的接触面积，比如热交换器可以是螺旋型、波浪形、交叉互绕式的圆管或扁管等等；特别的对与比较长的保温水箱，参照图5、图6，热交换器采用中间为矩形两端为弧形的结构，并层叠出一定高度，这样自来水在热交换器内流动的距离增大，接触面积也增大，转换效率高。同时，为了进一步提高热转化效率，热交换器是高导热材料管，比如特种铝管、铜管、铝合金管。为了降低成本，在保证卫生的前提下优先采用特种铝管。

进一步作为优选的实施方式，所述工质是比热容较大且价格低廉的溶液，这样工质才能存储更多的能量，优选自来水，同时因为保温水箱1内存储的是工质，会有一定的蒸发，为了保持水箱内外压力一致所述保温水箱1顶部设有排气口11；为了保证水箱内有足够的工质，水箱底部连接有一补水管44，保温水箱1内还设有自动上水装置12，当工质减少到一定数量时，工质从补水管44注入保温水箱1，优选的是，所述自动上水装置12是电磁阀自动上水装置或浮球上水装置，若自动上水装置12是电磁阀，那么在保温水箱1内部还要设一水位传感器，水位传感器和电磁阀均连接到控制中心6进行水位监测和自动上水。

进一步作为优选的实施方式，所述的补水管44外还设有管道加热器442。在冬天时候，补水管44内的水可能会结冰，冻裂水管，造成系统瘫痪，所以再补水管外增加管道加热器，可以很好解决这个问题。

进一步作为优选的实施方式，自来水进入进水管41和冷水管43前还经过一场处理器8，所述场处理器8内的水管中或水管外壁两侧对称分布有若干极性相异的永磁体81，一般自来水含有一定量的矿物质和微量元素，其矿物质在水中溶解后呈离子状态，如K+、Na+、Ca++、Mg++等为带正电的带电粒子，使水具有一定的导电性，自来水流经磁场，水流通过垂直切割强磁力线的运动进而生成了电能，这个电能提高了水分子的内能，水分子的振动频率提高了，水分子中绕核运动的电子能级提高了，因此经磁场处理过的水溶解度和渗透力的升高和表面张力增高，水里面的CaCO3、MgCO3在“磁化”水中也会分解为较松软的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2，从而易被水带走，达到除垢的效果，避免水箱和热交换器内积累水垢，同时“磁化”水也有一定的杀毒抑菌的效果，有利于人们的身体健康。

下面描述本发明优选实施装置的具体实施过程：

首先太阳光照到采光器2（全玻璃变径真空管或普通真空管、平板集热器）上，采光器2阳面内的水温升高，热水上浮从循环管3的长支管流出，同时水箱内的冷水下沉从短支管流入进入采光器阴面，采光器阴面内的水循环流到阳面，再经过阳光照射变成热水继续上浮，直至整箱水全部被加热，循环过程如图8所示。

参照图2，经过磁化后的自来水一部分经进水管41注入到热交换器4内，另一部分经过冷水管43流向混水阀阀体51的冷水进水口，若保温水箱内的水温度足够高，流经热交换器4内的冷水与保温水箱内的热水充分热交换变成热水，转换效率在95%以上，出水管42内的热水经电磁阀流入混水阀阀体51的热水进水口。

用户需要洗浴时，先在控制中心6上设置所需的洗浴温度，假设为39度，控制中心6根据出水传感器57上报的实时出水水温，通过控制执行电机带动转动阀轴53转动，来精确控制冷热水的进水量实现出水温度与预设温度一致，阀体51内的冷水温度传感器55和热水温度传感器56亦可实时上报冷热进水温度，供控制中心6根据实际进水水温情况快速调节转动阀轴53，同时阀体51上还设有混水阀左、右限位限制转动转轴53的最大转角，若保温水箱1内的水温不够高，出水管42内的水温达不到预设水温要求，将转动阀轴53转至最大转角靠近右限位时，控制中心6监测到出水温度仍低于预设温度，此时，控制中心6检测到右限位触发后，就会快速启动电加热器58对出水进行快速加热直至预设温度。在整个过程中，显示器会实时显示预设温度和混水阀出水水温。总之，按照上述流程，当用户预设好所需温度打开混水阀门时，就会很快喷出所需水温的水，使用热水更加快捷。此外，保温水箱内也会适时自动补充一些水分，保证水箱内有足够的工质。

在实际设计安装本发明装置时，可以采用独立的立式或卧式的保温水箱，亦可应用现有的太阳能热水器结构。

参照图9、图10，一种采用螺旋管型热交换器、采光器悬挂式安装实施例，安装一组挂在凉台9上的悬挂护栏10，采光器2斜倚在悬挂护栏10内，所述的采光器2是一大排由真空变径真空管（全玻璃变径真空管或普通真空管、平板集热器）构成的集热器，可以吸收足够的太阳光能量，另外在凉台墙壁的安装架上安设独立保温水箱1，保温水箱1与采光器2通过循环管3接通，保温水箱内的热交换器进水端连接自来水的进水管41，出水端连接出水管42，出水管42一直延伸连接到浴室15内的混水阀装置的阀体上，阀体亦连接有自来水冷水管，当用户通过控制中心设置所需温度，控制中心再精确控制混水阀的转动阀轴或启动电加热器来实现在混水阀出水口处得到所需水温，混水阀出水口连接到花洒头上就可以方便地洗浴了。

参照图11，采用现有的太阳能热水器结构也可完成本发明，将太阳能热水器放置在楼顶上，这里的阳光充足也便于安装，在保温水箱1内设有中间为矩形两端为半圆结构、并层叠出一定高度的热交换器4，其进水口连接进水管41，出水口连接输水管42，补水口连接到补水管上，出水管42在从楼顶引入到浴室内，同上述实施例，亦可实现自动水温调节。在此例中，虽然出水管要走比较长的一段距离，在刚开始洗浴时，管内的冷水也不需放掉，因为混水阀装置上的电加热器会对出水管内此段水加热，出来的也会是热水。

以上是对本发明较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种自动恒温出水的太阳能热水器，包括用于产生热水的太阳能热水装置（9），所述太阳能热水装置（9）的热水出水口连接有一出水管（42），其特征在于：本太阳能热水器还包括一控制中心（6），以及通过该控制中心（6）预设所需水温，自动调节冷热水进水量或自动加热出水的混水阀装置（5），所述出水管（42）的出水口接通到混水阀装置（5）中，混水阀装置（51）还连接有通有自来水的冷水管（43）。

2.根据权利要求1所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述混水阀装置（5）的具体结构为，包括阀体（51）和执行电机（52），从所述阀体（51）中央延伸到阀体外设有一可控制冷热进水量的转动阀轴（53），所述执行电机（52）通过传动机构（54）带动转动阀轴（53）转动，阀体（51）的冷、热进水口外和出水处依次设有冷水温度传感器（55）、热水温度传感器（56）和电加热器（58），所述阀体（51）内还设有用于限制转动阀轴（53）最大转角的混水阀左限位（533）和混水阀右限位（544），所述阀体出水口处还设有出水温度传感器（57），所述的执行电机（52）、冷水温度传感器（55）、热水温度传感器（56）、出水温度传感器（57）、电加热器（58）、混水阀左限位（533）和混水阀右限位（544）均电连接到控制中心（6）上。

3.根据权利要求2所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述的传动机构（54）的连接关系是齿轮-齿轮连接、涡轮与齿轮连接、同步带与同步轮连接或轮与链与轮连接。

4.根据权利要求1所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述的太阳能热水器还包括连接到控制中心（6）用于实时显示预设水温和出水温度的显示器（7）。

5.根据权利要求1所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述的太阳能热水装置（9）包括用于储水的保温水箱（1）和用于吸收太阳光的采光器（2），两者通过循环管（3）连通，所述保温水箱（1）、采光器（2）和循环管（3）内均置有交换工质，保温水箱（1）内还设有热交换器（4），所述热交换器（4）一端连通有进水管（41），另一端与出水管（42）连通。

6.根据权利要求1所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述的太阳能热水装置（9）包括用于储水的保温水箱（1）和用于吸收太阳光的采光器（2），两者通过循环管（3）连通，所述保温水箱（1）、采光器（2）和循环管（3）内均置有交换工质，保温水箱（1）的底部连接有一进水管（41），保温水箱（1）的出水口连接到出水管（42），保温水箱（1）内还设有自动上水装置（12）。

7.根据权利要求5或6所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述循环管（3）分为两根直管从底部伸入保温水箱（1）内，且其中一支管端口高于另一支管端口。

8.根据权利要求6所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述热交换器（4）是螺旋状或是中间为矩形两端为弧形的高导热圆管或扁管，或者是中间带蛇形流道的平板。

9.根据权利要求1所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：自来水在进入太阳能热水装置（9）和冷水管（43）前还经过一场处理器（8），所述场处理器（8）内的水管中或水管外壁两侧对称分布有若干极性相异的永磁体（81）。

10.根据权利要求5所述的一种自动恒温出水的太阳能热水器，其特征在于：所述保温水箱（1）上还设有排气口（11），底部连接有一设在室外的补水管（44），所述补水管外还设有管道加热器（442）。

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