CN103307761B - 一种太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能热水器，所述太阳能热水器包括集热器和与集热器连接的水箱，水箱包括多层结构的内胆，内胆中设置用于辅助加热的电加热器，电加热器根据水温陆续启动加热，所述集热器包括互相对立设置的弧形反射面以及设置在两个弧形反射面之间的集热管，水箱由内向外的热膨胀系数逐渐增加。本发明可以在太阳能的基础上进行辅助加热，避免内胆的快速受热膨胀，保证加热温度的均匀。

Description

一种太阳能热水器

技术领域

本发明属于太阳能领域，尤其涉及一种具有辅助加热功能的太阳能热水器。 

背景技术

太阳能作为一种洁净的可再生能源，具有其它能源无可比拟的无环境污染、无安全隐患等优点。随着全国各地用电、用气的日益紧张，太阳能热水器越来越受到人们的青睐。传统的太阳能热水器将集热管和水箱安装在建筑物的楼顶，集热管吸收太阳的热量使水温升高，热水储备于水箱中，当需要的时候，热水由户外的热水管引入室内，供人们使用。在夏季，由于光照时间长、强度高，造成水箱内水温过高，热水不能直接使用，需依靠热水管与自来水管连接，由混合阀来调节水温的高低，这样出水温度波动大，在使用时常常需要反复调节，不仅麻烦，而且大大降低了洗浴的舒适性。在冬季，尤其是在北方，因光照时间短、强度小，水箱内的热水往往达不到人们需要的温度，此时水箱内的加热器工作，先将热水加热到所需的温度，由此人们在冬季使用时很不方便，易发生感冒，不但洗浴的舒适性较差，而且还造成了水资源的浪费。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种能够恒温出水的太阳能热水器温度控制系统。 

 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种具有辅助加热功能的智能控制太阳能热水器，包括中央控制器、集热器和与集热器连接的水箱，集热器的进水口通过管道与外部水源连通，所述集热器包括：温度传感器、光照传感器、流量计、流量控制器；所述温度传感器为两个，分别设置在集热器的进水口和出水口，用于测量集热器的进水口和出水口的水的温度；光照传感器设置在集热器的吸热部，用于检测太阳光的强度；流量计设置在进水口与外部水源的连接管道上，用于测量进入集热器的水的流量；流量控制器设置在进水口与外部水源的连接管道上，用于控制进入集热器的水的流量；所述温度传感器、光照传感器、流量计、流量控制器与所述中央控制器之间通讯连接；所述中央控制器包括第一调节单元，所述第一调节单元根据温度传感器、光照传感器和流量计的测量值，产生控制所述流量控制器的调节信号，以改变流入所述集热器的水的流量，使得所述集热器内的流体温度保持不变； 

所述水箱包括：水箱内胆、电加热器、水入口管、热水出口管、温度传感器、水位控制器、流量控制器、流量传感器；所述内胆包括有四层结构，每相邻的两层紧密贴合，由内至外的第一层是内涂料层，第二层是合金层，第三层是不锈钢层，第四层是外涂料层；所述水箱内胆从内向外，每层的热膨胀系系数逐渐升高；热水出口管和水入口管的一端与水箱内胆连接，水入口管的另一端与集热器的出水口连接，所述的温度传感器、水位控制器、流量控制器、流量传感器、电加热器与所述中央控制器之间通讯连接，所述内胆包括四个侧壁和一个底壁，在底壁和每个侧壁上分别设置有四个电加热器，分别是第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器，用于对热水器中的水进行加热；当开始加热时，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器启动加热，第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当水的温度达到第一温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热器开始启动加热，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器一起加热，底壁和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当温度达到第二温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器一起对水进行加热，底壁和每个侧壁上的第四电加热器不启动加热；当温度达到第四温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热；所述温度传感器设置在内胆内，用于测量水的温度，所述流量传感器和流量控制器设置在热水器入口管上，所述流量传感器用于测量流入水箱内胆的水的流量；所述的流量控制器用来控制水入口管上的水的流速，所述水位控制器用于测量水箱内胆的水位，所述中央控制器包括第二调节单元，所述第二调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度，产生控制所述电加热器的调节信号；为了保证内胆的水位保持一定的高度，中央控制器根据测量的水位和流量来控制流量控制器的流速；为了保证内胆的水的温度达到预定温度，中央控制器能够根据内胆水温、集热器出水口的水温和流入内胆的流量控制第二流量控制器的流速；

集热器包括第一反射面、第二反射面和集热管。第二反射面和第一反射面互相对立设置，集热管位于两个反射面之间，其中第一反射面面向太阳，太阳光直接照射在第一反射面上，然后反射到集热管中，没有反射到集热管的能量会通过第二反射面再反射到集热管中。

集热管为多根，分为多排排列，靠近第一反射面的第一排集热管的管子间距最大，随着距离第一反射面越远，则同一排管子之间的间距也越来越小。 

集热管外表面上设置吸热膜，随着距离第一反射面越远，管子吸热膜的涂覆面积也越来越大。 

所述集热管本体包括三层结构，从内向外每层的热膨胀系数逐渐降低。 

所述的集热管中，仅在各排中的最外侧的集热管外部设置翅片。 

集热管外部设置翅片，翅片的面积要随着距离第一反射面增加而增加。 

所述水箱进一步包括保温层，保温层具有三层，从内向外保温层的每层的热膨胀系数逐渐升高。 

所述水箱内的温度传感器为多个，其中至少一个温度传感器设置在内胆的热水出口位置，用来测量出口热水的温度，至少一个温度传感器设置在内胆的水入口位置，用来测量入口水的水温，其中至少一个温度传感器设置在水箱内胆的其他位置，用来测量水箱内胆内水的温度，所述调节单元通过多个温度传感器测量的温度的平均值来产生控制所述水箱的调节信号。 

所述水箱的每个侧壁和/或底壁上的第四电加热器的功率大于第三电加热器的功率，第三电加热器的功率大于第二电加热器的功率，第二电加热器的功率大于第一电加热器的功率。 

所述的水箱每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度方向分布，其中从水箱内胆下部往上依次是第四电加热器、第二电加热器、第一电加热器、第三电加热器；所述的每个侧壁和/或底壁上的电加热器沿水箱内胆的高度错列分布。 

所述的水箱的每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度呈直线分布，在高度方向上，第二电加热器与第一电加热器是第一电加热器与第三电加热器距离的0.8-0.9倍，第四电加热器与第二电加热器的距离是第二电加热器与第一电加热器距离的0.7-0.75倍。 

水箱的第二层为铝合金层，所述铝合金层的铝合金的组分的质量百分比如下：6.0％ Cu ，0.9％ Mg ，0.6％ Ag ，0.8％ Mn ，0.13％ Zr ，0.1％ Ce ，0.10％ Ti，0.15％ Si，其余为 Al 。 

电加热器由电热合金组成，所述电热合金的质量百分比如下Ni 34％；Cr  18％；Al  5％；C 0.05％；B 0.006％； Co  2％；W  4％；Mo 4％；Ti 2％；Nb 0.1％；La 0.2%；Ce 0.2％；Fe余量。 

进入集热器的水的单位时间的流量值的公式为：ΔV＝（R ×A×η）/（ρ×CL×（T3－T）），其中ΔV为管道内流体单位时间的流量值，R为太阳辐射值，A为集热器有效吸热面积，η为热损失系数，取值范围为0.95-0.98之间，ρ为管道内水的密度， T3是集热器需要达到的水温， T集热器的平均水温，即T=(T1+T2)/2,T1、T2分别为集热器出口和集热器入口的温度，CL为管道内水平均温度的比热。 

所述集热器内设置电加热装置；所述集热器包括三层结构，从内向外的每层热膨胀系数逐渐降低。 

所述热水器还包括太阳能跟踪系统。 

所述的每个侧壁上的电加热器沿热水器内胆的高度呈直线分布，所述直线与侧壁的中线的夹角为30－45°。 

集热器中，根据时间段来调整流量，包括设定时间段，测得每个所述时间段平均太阳辐照值；测得每个所述时间段平均集热器的出口温度T1；测得每个所述时间段的平均所述集热器出口温度T2；根据设定集热器终端温度T3以及测量的数值计算集热器的水的流量。 

与现有技术相比较，本发明太阳能热水器具有如下的优点： 

1）通过水箱的辅助加热，来实现出水的温度恒定，例如当集热器的水温偏低的时候，通过启动水箱的电热装置进行加热。

2）可以通过测量温度和光照强度，通过控制流量来实现热水器温度的恒定； 

3）通过设置电加热装置，可以实现在天气不好的情况下对热水器独立进行加热控制，也可以同温度传感器、光照传感器、流量计和中央控制器一起实现对热水器温度的共同控制。

4）可以按照时间段对热水器温度进行控制。 

5）通过设置多个电加热器，在热水器刚开始加热的时候，只启动其中一个电加热器，从而慢慢的提升水的温度，从而避免了水的温度快速提高，避免了水箱内胆的快速热胀；当达到一定水温后，此时的热水器内壁已经慢慢的热涨到一定程度，因此此时在加大加热功率，并不会产生加热初期的热水器的热涨的速度，因此提高了热水器的使用寿命。 

6)通过在四个侧壁和底壁都设置电加热器，可以保证加热的水温均匀； 

7）将电加热器设置在水箱内胆的高度方向上，而且将首先启动加热的电加热器放置在三个电加热器的中间，从而降低首先启动的电加热器对内胆底壁的热涨现象。

8）通过水位控制器、流量控制器、流量传感器，实现对进入热水器的流速的控制。 

9）通过设置多个温度传感器，以保证测量的水温的准确。 

10）通过电加热器间距和加热功率的设置，实现对水的均匀加热。 

11）通过对铝合金层的铝合金的组分的质量百分比的合理分配，提高内胆的合金层的高耐热性和高温抗拉强度。 

12）通过对电热合金的组分的设置，使得电热合金具有高的抗氧化性和抗腐蚀能力。 

13）通过集热管的分布，避免部分集热管过热，保证集热管之间受热均匀。 

附图说明

图1是本发明太阳能集热器的工作示意图； 

图2是水箱内胆的结构图

图3是水箱内胆的外观整体图

图4是本发明水箱内胆工作的示意图

图5是水箱内胆侧壁上的电加热器其中一种分布图

图6是水箱内胆侧壁上的电加热器其中另一种分布图

图7是太阳能集热器的示意图

附图标记如下：

1中央控制器

水箱的附图标记如下：

 2第一侧壁的第一电加热器，3第一侧壁的第二电加热器，4第一侧壁的第三电加热器，5第一侧壁的第四电加热器，6水入口管，7热水出口管，8温度传感器，9温度传感器，10温度传感器，11流量传感器，12流量控制器，13 水箱内胆，14 底壁的第三电加热器，15 底壁的第一电加热器，16底壁的第二电加热器，17 底壁的第四电加热器，18第二侧壁的第一电加热器，19 第二侧壁的第二电加热器，20第二侧壁的第三电加热器，21 第二侧壁的第四电加热器，22内胆的第一层，23内胆的第二层，24内胆的第三层,25内胆的第四层，26内胆的外壳；

集热器的部分的附图标记如下：

27集热器，28集热器出口的温度传感器的位置，29集热器入口的温度传感器的位置，30流量计的位置，31电加热装置，32流量控制器的位置，33 第一反射面，34第二反射面，35 集热管，36翅片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。 

下面先介绍太阳能系统的相关部件。 

首先，请参考图1，一种太阳能热水器，包括集热器27，集热器27的进水口通过管道与外部水源连通，热水器还包括温度传感器、光照传感器、流量计、流量控制器和中央控制器；所述温度传感器为两个，分别设置在集热器的进水口的位置29和出水口位置28上，用于测量集热器的进水口和出水口的水的温度；光照传感器设置在集热器的吸热部（图1没有示出），用于检测太阳光的强度；流量计设置在进水口与外部水源的连接管道上，如图1所示的附图标记30的位置，用于测量进入集热器的水的流量；流量控制器设置在进水口与外部水源的连接管道上，如图1所示的附图标记32的位置，用于控制进入集热器的水的流量；所述温度传感器、光照传感器、流量计、流量控制器与所述中央控制器1之间通讯连接；所述中央控制器包括第一调节单元，所述第一调节单元根据温度传感器和光照传感器测量值，产生控制所述流量计的调节信号，以改变流入相应的所述集热器的水的流量，使得所述集热器内的流体温度保持不变。 

集热器27的出水口与水箱的进水口相连。 

所述太阳辐射值计算管道内水的单位时间的流量值的公式为：ΔV＝（R ×A×η）/（ρ×CL×（T3－T）），其中ΔV为管道内流体单位时间的流量值，R为太阳辐射值，A为集热器有效吸热面积，η为热损失系数，取值范围为0.95-0.98之间，ρ为管道内水的密度，CL为管道内水所在温度区间的平均比热，T3是集热器需要达到的水温， T集热器的平均水温，即T=(T1+T2)/2,T1、T2分别为集热器出口和集热器入口的温度。 

当然，集热器的平均温度还有许多其他的测量方式，例如在集热器的多个位置处设置温度传感器，通过计算多个位置处的水的平均温度来测量集热器的水温。如果采取此种方式，则不需要在集热器进出口设置温度传感器，而需要在集热器内部设置温度传感器。 

中央控制器1还包括数据存储单元、逻辑控制器，数据存储单元用于存储温度传感器、光照传感器、流量计测量的数值以及流量值的公式，所述逻辑控制器根据所述测量的数值以及流量值的公式计算单位时间的流量值，使得所述管道内的流体温度保持不变。 

所述集热器内设置电加热装置31，所述电加热装置可以在没有阳光（例如晚上或者阴天）的情况下独立工作，也可以在阳光无法满足正常的热水使用的情况下，在中央控制器的控制下，配合温度传感器、光照传感器、流量计和中央控制器一起实现对热水器温度的共同控制。 

此外，中央控制器1可以独立控制电加热装置3来实现集热器需要达到的水温，例如可以在集热器箱体中设置至少一个温度传感器，根据温度传感器测量的水温来控制电加热装置31进行加热。也可以根据集热器进水口和出水口测量的水温的平均值来控制电加热装置31进行加热。 

所述集热器还包括太阳能跟踪系统，通过太阳能跟踪系统，可以使集热器实时的跟踪太阳，已达到最大的利用太阳能。 

集热器27的温度控制可以实时进行控制，也可以根据时间段进行控制。根据时间段控制得情况下，需要设定时间段，测得每个所述时间段平均太阳辐照值；测得每个所述时间段平均集热器的出口温度T1；测得每个所述时间段的平均所述集热器出口温度T2；根据设定集热器终端温度T3以及测量的数值计算集热器的水的流量。 

调节单元通过调整阀门的开度大小改变流入相应的所述集热器27的水的流量。当然调整流量的大小还有其他方法，例如通过控制泵等。 

与集热器相连的水箱的结构如下： 

首先，请参考图2，所述水箱包括水箱内胆13和外壳26,热水器下部设置水入口管6，上部的一侧设置有热水出口管7，集热器的加热的水通过水入口管6进入水箱内胆13，然后在水箱内胆13内进行加热，然后通过热水出口管7流出。

当然，水入口管还可以同时连接外部冷水，当天气不好的时候，可以关闭与集热器相连的水入口，打开外部冷水的连接，从而实现水箱的独立加热。当然，也可以集热器加热的热水和外部冷水同时连接，已达到集热器的水和外部冷水混合，达到迅速实现合适的水温的需求。 

图3展示了水箱内胆13的示意图。水箱内胆13分为四层，每相邻的两层紧密贴合，从内向外分别是内涂料层22、合金层23、不锈钢层24和外涂料层25，水箱内胆13由于采用了上述结构，第一层是内涂料层，可以避免出现腐蚀，第二层是铝合金层，使得传热均匀烹饪效果好，第三层是不锈钢层，使内胆的外表面不仅美观，还能使得内胆的传热更快，第四层是外涂料层，可以保护铜层避免产生锈蚀。 

优选的，所述合金层为铝合金层。 

图3展示的内胆13的侧壁和底壁呈大于90°的钝角，当然，内胆的侧壁和底壁不局限于附图的形式，内胆和侧壁可以呈90°的角，内胆可以呈立方体形状，有四个互相垂直的侧壁和底壁组成。 

对于内胆13中的材料不局限于上述描述的材料，本领域技术人员可以进行合理的选择，但是对于内胆的四层结构的材料的选择，要求是由内向外的四层结构的热膨胀系数逐渐增大，也就是说，最内层的热膨胀系数最低，第二层其次，第三层大于第二层但小于第四层，第四层最大。之所以这样的设置，因为在加热的过程中，第一层先受热，先膨胀，然后依次是第二层、第三层、第四层受热膨胀，因此四层膨胀系数依次增大可以保证膨胀率基本保持一致，保证各层连接的紧密性和稳定性。 

所述水箱包括保温层，保温层具有三层，从内向外保温层的每层的热膨胀系数逐渐升高。更优选的是，水箱从内向外，从内胆到保温层，每层的热膨胀系数逐渐升高。从而实现保证膨胀率基本保持一致，保证各层连接的紧密性和稳定性 

如图4所示，所述水箱包括电加热器、温度传感器，其中热水出口管7和水入口管6与水箱内胆13连接，所述的温度传感器8-10、电加热器2-5,14-17,18-21与所述中央控制器1之间通讯连接，所述内胆13包括四个侧壁（图3中只展示了两个侧壁）和一个底壁，在底壁和每个侧壁上分别设置有四个电加热器。如图3所示，在图3的水箱内胆的第一侧壁上分别是第一电加热器2、第二电加热器3、第三电加热器4和第四电加热器5，同理在图3的水箱内胆的第二侧壁上分别是第一电加热器18、第二电加热器19、第三电加热器20和第四电加热器21，同时水箱内胆的两外两个侧壁的电加热器的设置与第一侧壁和第二侧壁的设置相同，分别设置有四个电加热器；在内胆13的底壁设置有四个电加热器，分别是第三电加热器14、第一电加热器15、第二电加热器16和第四电加热器17，上述设置的电加热器用于对热水器中的水进行加热，；当开始加热时，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器2、18、15（包括未示出的两个侧壁上的第一电加热器）启动加热，第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当水的温度达到第一温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热器开始启动加热，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器一起加热，底壁和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当温度达到第二温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器一起对水进行加热，底壁和每个侧壁上的第四电加热器不启动加热；当温度达到第三温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热；所述中央控制器1包括第二调节单元，所述第二调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度，产生控制所述水箱的调节信号。

在实际加热的过程中，只要水的温度低于第一温度，则只启动底壁和四个侧壁的第一电加热器，如果水的温度在第一温度和第二温度之间时，则同时启动底壁和四个侧壁的第一电加热器和第二电加热器，如果水的温度在第二温度和第三温度之间时，则同时启动底壁和四个侧壁的第一电加热器、第二电加热器和第三电加热器，当水的温度达到或者超过第三温度时，则所有的电加热器同时启动进行加热。 

当然，本领域技术人员可以根据需要设定需要加热的最高温度，例如设置温度输入控制板控制加热的温度。如果需要加热到第二温度，则第三加热器和第四加热器不需要启动，只需要根据温度启动第一电加热器和第二电加热器即可。 

通过设置水箱内的电加热器，可以实现水箱的独立加热，也可以实现水箱辅助加热。即当集热器输入的水温偏低，水箱电加热器启动加热，已达到所需的水温。 

所述温度传感器为多个，都设置在内胆5内。如图3所示，其中一个温度传感器8设置在内胆的热水出口位置，用来测量出口热水的热水温度，其中一个温度传感器9设置在内胆的冷水入口位置，用来测量入口冷水的水温，其中至少一个温度传感器10设置在水箱内胆的其他位置，用来测量水箱内胆10内水的温度，例如如图3所示的设置在内胆5的底部。所述调节单元通过多个温度传感器测量的温度的平均值来产生控制所述电加热器的调节信号。 

虽然图4中的温度传感器的数量为3个，实际上，温度传感器的数量不局限于3个，例如热水器热水出口位置、冷水入口位置以及其他位置处的传感器的数量都可以是两个以上。通过设置多个温度传感器可以增加水温的测量准确性。 

当然，本领域技术人员也可以根据需要选择将温度传感器设置在热水入口管和/或冷水出口管上，与设置在内胆的温度传感器一起来计算测量温度的平均值。 

为了保证内胆的水的温度达到预定温度，中央控制器能够根据内胆水温、集热器出水口的水温和流入内胆的流量控制第二流量控制器的流速。例如，当内胆中的水温温度偏低而集热器的水温温度偏高，则可以提高集热器的出口热水流入内胆的速度，反之，则可以适当降低从集热器流入内胆的水的流量。因为水箱的入口还可以连接外部水源（如自来水水源），如果集热器水温偏高，则还可以通过加大外部水源的流入速度来降低水箱中的水温。 

如果集热器水温也偏低，则可以启动集热器和/或水箱中的电加热系统，通过电加热系统辅助加热，提高水温，如果加热器水温偏高，则可以通过加大加热器的入水口的流速来降低温度，也可以通过加大外部冷水源的流速来降低水箱的水温，或者可以采取集热器和水箱同时入口冷水的流速来降低水箱和集热器中的水温。 

此外，为了控制外部冷水源的流速，可以在外部冷水源的管道上设置流量控制器、流量传感器，用于检测外部冷水源的管道上的流速和控制流量，以便控制进入内胆的外部水源的流量。 

如图4所示，所述的第一侧壁的电加热器沿水箱内胆的高度方向分布，其中从水箱内胆下部往上依次是第四电加热器5、第二电加热器3、第一电加热器2、第三电加热器4。其他侧壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。 

所述的每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度呈直线分布，在高度方向上，第二电加热器3与第一电加热器2是第一电加热器2与第三电加热器4距离的0.8-0.9倍，第四电加热器5与第二电加热器3的距离是第二电加热器3与第一电加热器2距离的0.7-0.75倍。其他侧壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。 

第四电加热器5的功率大于第三电加热器4的功率，第三电加热器4的功率大于第二电加热器3的功率，第二电加热器3的功率大于第一电加热器2的功率。其他侧壁的电加热器的设置与第一侧壁的设置相同。 

所述冷水入口6设置在底壁上的底壁与侧壁连接的位置附近，底壁的电加热器距离水入口管6距离由近及远的分布为：第四电加热器17、第二电加热器16、第一电加热器15和第三电加热器14。 

底壁上中，第四电加热器17的功率大于第三电加热器14的功率，第三电加热器14的功率大于第二电加热器16的功率，第二电加热器16的功率大于第一电加热器15的功率。 

通过上述的位置和功率的设置，可以提高水的加热的均衡性，保证各壁面温度提升的一致性。 

所述的水箱还包括水位控制器（图3未示出）、流量控制器12、流量传感器11，水位控制器、流量控制器12、流量传感器11与中央控制器1通讯连接，流量传感器11和流量控制器12设置在热水器入口管6上，所述流量传感器11用于测量流入水箱内胆5的水的流量；所述的流量控制器12用来控制热水器入口管6上的水的流速，所述水位控制器用于测量水箱内胆的水位，并将测量结果传递给中央控制器1，中央控制器1根据测量的水位和流量来控制流量控制器12的流速，中央控制器1还可以根据水温和流量控制流量控制器12的流速。例如，如果水箱内的水温超过了用户的需求，则通过设置增加水的流量在降低水温，同理，如果水箱内的水温低于用户的需求，则可以通过减少水的流量来保证水的快速加热。用户的需求可以通过用户界面（未示出）进行设置。如果水位下降，则通过控制增加流速来增加进入内胆的水的流量，如果水位过高，则通过降低或者停止水的流速来减少或者避免进入内道的水流量。 

如图5展示了第一侧壁的电加热器沿水箱内胆的高度错列分布。当然每一个侧壁和底壁上的电加热器都可以采用如图4所示的错列分布， 

所述的每个侧壁上的电加热器沿水箱内胆的高度呈直线分布，如图5所示，所述直线与侧壁的中线的夹角为30－45°（图5所示的两条虚线所成的角度）。当然底壁上的电加热器都可以采用如图5所示的错列分布。

通过上述的电加热器位置设置，可以提高水的加热的均衡性，保证各壁面温度提升的一致性。 

在实际应用中，还可以设置防烧干装置，以保证进行加热的电加热器都浸泡在水中。如果电加热器没有浸泡在水中，则电加热器自动停止加热，防止干烧。等水位上升淹没电加热器时再进行加热。 

铝合金层的铝合金的组分的质量百分比如下：6.0％ Cu ，0.9％ Mg ，0.6％ Ag ，0.8％ Mn ，0.13％ Zr ，0.1％ Ce ，0.10％ Ti，0.15％ Si，其余为 Al 。 

铝合金的制造方法为：采用真空冶金熔炼，氩气保护浇注成圆坯，经过600℃均匀化处理，在400℃，采用热挤压成棒材，然后再经过580℃固溶淬火后，在200℃进行人工时效处理。合金的抗拉强度σ b ：室温≥550MPa，200℃≥440MPa，300℃≥-230MPa。 

电加热器由电热合金组成，所述电热合金的质量百分比如下Ni 34％；Cr  18％；Al  5％；C 0.05％；B 0.006％； Co  2％；W  4％；Mo 4％；Ti 2％；Nb 0.1％；La 0.2%；Ce0.2％；Fe余量。 

电热合金的制造方法为：通过在真空感应炉中按照电热合金的成分熔炼浇注成锭，然后在1200℃-900℃将合金锭热锻成棒材，在1200℃-900℃热轧成盘材，再在室温冷拔成不同规格的丝材。 

为了代替广泛使用的NiCr系Cr20Ni80合金，而制造了低成本的电热合金，合金的抗氧化性与Cr20Ni80对比如下： 

 

现在结合附图7看一下太阳能集热器的具体结构。

附图7展示了集热器的一个具体实施例。集热器包括第一反射面33、第二反射面34和集热管35。第二反射面和第一反射面互相对立设置，集热管位于两个反射面之间，其中第一反射面面向太阳，太阳光直接照射在第一反射面33上，然后反射到集热管35中，没有反射到集热管35的能量会通过第二反射面再反射到集热管35中，从而加热集热管中的水。 

第一反射面33沿着集热管35的轴向延伸，并且与集热管35平行，图7展示的第一反射面33横截面呈双圆弧结构，即两个圆弧连接，形成第一反射面。当然，并不限于图7中的结构，实际中可以采用单圆弧结构，也可以采用单抛物线、双曲线结构，也可以采用横截面为两个抛物线连接或两个双曲线连接的结构。也可以采用横截面为三个或者三个以上抛物线连接结构，或者横截面为三个或者三个以上圆弧连接结构等。 

集热器还包括集热管两端的连接集箱，两端的集箱分别设置进口管和出口管，进口管与需要加热的水连接，出口管与水箱连接。 

集热管为多根，在两个反射面之间分为多排排列，如图7所示。虽然图7展示了两排，但实际中可以设置不限于两排。如图所示，靠近第一反射面的第一排集热管的管子间距最大，随着距离第一反射面33越远，则同一排管子之间的间距也越来越小。这样将能量由更多的集热管吸收，可以防止靠近第一反射面33的集热管过热，损坏。集热管外表面上设置吸热膜，用于吸收太阳能，其中吸热膜的厚度为80nm-120nm。随着距离第一反射面33越远，管子吸热膜的涂覆面积也越来越大，这样也可以防止靠近第一反射面33的集热管吸热过多导致过热，损坏。 

所述集热管包括多层结构，从内向外每层的热膨胀系数逐渐降低。这是因为在集热的过程中，集热器的外部先受热，先膨胀，然后依次向内是第二层、第三层受热膨胀，因此从内向外三层膨胀次数依次降低可以保证膨胀率基本保持一致，保证各层连接的紧密性和稳定性。具体实施例中，集热管本体可以包括三层结构，例如铜层、铝层、钢层等金属复合结构层或者其他，但是需要保证从内向外每层的热膨胀系数逐渐降低。 

集热管外部可以设置翅片36，尤其是各排中的最外侧的集热管36，如图7中的集热管，这样的目的不是传统意义上的增加换热，而是为了吸收扩大面积，防止反射镜最外侧的反射能量损失，通过翅片来吸收最外侧的反射能量。因此翅片36可以只设置在最外一层。 

当然，翅片36也可以设置在所有的集热管中，但是要注意因此为了防止靠近第一反射面33的集热管吸热过多导致过热，因此翅片的面积要随着距离第一反射面增加而增加。 

翅片可以是板式翅片，但是不局限于板式翅片。 

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。 

Claims (1)

1.一种太阳能热水器，包括中央控制器、集热器和与集热器连接的水箱，集热器的进水口通过管道与外部水源连通，其特征在于，

所述集热器包括：温度传感器、光照传感器、流量计、第一流量控制器；所述温度传感器为两个，分别设置在集热器的进水口和出水口，用于测量集热器的进水口和出水口的水的温度；光照传感器设置在集热器的吸热部，用于检测太阳光的强度；流量计设置在进水口与外部水源的连接管道上，用于测量进入集热器的水的流量；第一流量控制器设置在进水口与外部水源的连接管道上，用于控制进入集热器的水的流量；所述温度传感器、光照传感器、流量计、第一流量控制器与所述中央控制器之间通讯连接；所述中央控制器包括第一调节单元，所述第一调节单元根据温度传感器、光照传感器和流量计的测量值，产生控制所述第一流量控制器的调节信号，以改变流入所述集热器的水的流量，使得所述集热器内的流体温度保持不变；

所述水箱包括：水箱内胆、电加热器、水入口管、热水出口管、温度传感器、水位控制器、第二流量控制器、流量传感器；所述内胆包括有四层结构，每相邻的两层紧密贴合，由内至外的第一层是内涂料层，第二层是合金层，第三层是不锈钢层，第四层是外涂料层；所述水箱内胆从内向外，每层的热膨胀系数逐渐升高；热水出口管和水入口管的一端与水箱内胆连接，水入口管的另一端与集热器的出水口连接，所述的温度传感器、水位控制器、第二流量控制器、流量传感器、电加热器与所述中央控制器之间通讯连接，所述内胆包括四个侧壁和一个底壁，在底壁和侧壁的每一个上都设置有四个电加热器，分别是第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器，用于对热水器中的水进行加热；当开始加热时，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器启动加热，第二电加热器、第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当水的温度达到第一温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第二电加热器开始启动加热，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器一起加热，底壁和每个侧壁上的第三电加热器和第四电加热器不启动加热；当温度达到第二温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第三电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器一起对水进行加热，底壁和每个侧壁上的第四电加热器不启动加热；当温度达到第四温度时，底壁和每个侧壁上的所述的第四电加热器开始启动，底壁和每个侧壁上的所述的所有电加热器一起对水进行加热；所述温度传感器设置在内胆内，用于测量水的温度，所述流量传感器和第二流量控制器设置在热水器入口管上，所述流量传感器用于测量流入水箱内胆的水的流量；所述的第二流量控制器用来控制水入口管上的水的流速，所述水位控制器用于测量水箱内胆的水位，所述中央控制器包括第二调节单元，所述第二调节单元根据所述温度传感器测量的水的温度，产生控制所述电加热器的调节信号；为了保证内胆的水位保持一定的高度，中央控制器根据测量的内胆水位和流量来控制第二流量控制器的流速；为了保证内胆的水的温度达到预定温度，中央控制器能够根据内胆水温、集热器出水口的水温和流入内胆的流量控制第二流量控制器的流速；

所述水箱的每个侧壁和/或底壁上的第四电加热器的功率大于第三电加热器的功率，第三电加热器的功率大于第二电加热器的功率，第二电加热器的功率大于第一电加热器的功率；

所述集热器包括第一反射面、第二反射面和集热管，所述第二反射面和所述第一反射面互相对立设置，所述集热管位于两个反射面之间，其中所述第一反射面面向太阳，太阳光直接照射在所述第一反射面上，然后反射到所述集热管中，没有反射到所述集热管的能量会通过所述第二反射面再反射到所述集热管中。

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