CN105627554A - 一种太阳能热水器及其辅助电加热装置、使用方法 - Google Patents

一种太阳能热水器及其辅助电加热装置、使用方法 Download PDF

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周莉萍
杨龙龙
王全先
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Abstract

本发明公开了一种太阳能热水器及其辅助电加热装置、使用方法，属于太阳能热水器领域，其解决了现有太阳能热水器冬天或阴天加热温度较低、使用前需排放输送水管中存在的冷水而产生浪费的问题。本发明的装置包括箱体和设置在箱体内的加热器，还包括控制系统以及设置在箱体上的出水管和入水管；所述的入水管一端与箱体相连，另一端设置有两根入水支管；所述的控制系统包括传感器以及控制入水管、入水支管开闭的开关；所述的传感器设置在箱体内。本发明能有效避免太阳能热水器因冬天或阴天导致水温较低的问题，同时能够有效节约水管中存在的冷水，具有节能、高效、环保的优点。

Description

一种太阳能热水器及其辅助电加热装置、使用方法
技术领域
本发明属于太阳能热水器领域，具体地说，涉及一种太阳能热水器及其辅助电加热装置、使用方法。
背景技术
太阳能热水器利用集热器将太阳辐射的光能转化为热能将水从低温加热到高温，以满足人们在日常生活中的热水使用。目前，我国已成为全球最大的太阳能热水器生产销售国家之一，年产量几乎是世界所有的国家生产量之和。据《2013-2017年中国太阳能热水器行业产销需求与投资预测分析报告》显示，目前我国是全球太阳能热水器生产量和使用量最大的国家。2011年我国太阳能热水器产量约为5800万平米，预计到2015年，全国住宅用太阳能热水器约有2.32亿立方米的拥有量，普及率将达到20％-30％，到2020年，我国太阳能热水器的安装将达到3亿平米，总产值将达到3千亿元。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：太阳能热水器虽然有着清洁无污染等优点，但是本身也有局限性。太阳能热水器对天气条件具有强烈的依赖性，当遇到雨雪及冬季日照不足的天气时，太阳能热水器就很难将水加热到足够的温度，这种情况下就需要使用电加热将水加热。此外居住在较低楼层的住户，与安置在楼顶间的太阳能热水器之间有一段较长的管道内充满冷水，在使用时需要将冷水排出才能使用到太阳能热水器中的热水。普通太阳能热水器无法只有等冷水全部从管道中排出后才能使用到热水，无法将这这些冷水利用起来。每次使用都要进行排水，长此以往就造成了极大的浪费。节约、高效、环保是当今社会生活生产中的主题，在使用清洁能源太阳能的同时如何做到节约与高效是值得研究的主题。
中国专利申请号201510171731.7，公开日2015年7月8日的专利申请文件，公开了一种太阳能热水器控制装置，包括热水器水箱、太阳能集热器、控制器、电加热器、温度水位传感器、温度传感器连接、温差循环泵、增压泵、上水电磁阀、冷水源；控制器分别连接所述上水电磁阀、电加热器、增压泵、温差循环泵，热水器水箱通过供热水管道连接至用水器，形成供热水系统，其特征是，所述供热水管道中设有水流传感器，水流传感器连接所述控制器，控制器通过水流传感器对供热水管道内的水流变化信息进行监测，判断用户是否使用热水。该发明通过水流传感器对供热水管道内的水流变化信息进行监测，判断用户是否使用热水，进而控制增压泵、电加热器开启或停止，还可以作为是否排空防冻的依据。但该申请公开的技术方案在释放热水时，仍然需要先排掉管道内冷水，因此造成了水资源的浪费。
中国专利申请号200710019330.5，公开日2007年7月25日的专利文件，公开了一种双管式即开即用型太阳能热水器，其水路分上下两根水管，上水管装有上水电磁阀和测温探头，水箱中的电加热器由温控调节仪控制，下水管上依次装有管道电加热器、增压泵和热水用水阀，下水管与上水管之间接有循环管道构成一个回路，循环电磁阀安装在循环管道上；电路部分为测温探头、温度传感器和测温传感器连接温控调节仪，液位传感器和上水电磁阀连接自动控制仪，时控开关与温控调节仪连接，温控调节仪与增压泵、循环电磁阀连接，自动控制仪与上水电磁阀连接。该发明解决了以往太阳能供水温度不可调节和应急用水的问题，通过增压泵、循环电磁阀及循环保温管道的设置，保证出水具有较高水压，防冻防裂，节约了用水。但该申请公开的技术方案结构复杂，为保持管道内水具有一定温度，需要频繁启动电加热器，电能损耗较大，浪费了能源。对于频繁的小量用水，加热管加热的是冷水，不能发挥太阳能热水器的作用，起不到节能的效果。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有太阳能热水器冬天或阴天加热温度较低、使用前需排放输送水管中存在的冷水而产生浪费的问题，本发明提供一种太阳能热水器及其辅助电加热装置、使用方法，能有效避免太阳能热水器因冬天或阴天导致水温较低的问题，同时能够有效节约水管中存在的冷水，具有节能、高效、环保的优点。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种太阳能热水器辅助电加热装置，包括箱体和设置在箱体内的加热器，还包括控制系统以及设置在箱体上的出水管和入水管；所述的入水管一端与箱体相连，另一端设置有两根入水支管；所述的控制系统包括传感器以及控制入水管、入水支管开闭的开关；所述的传感器设置在箱体内。
优选地，所述的传感器为水位水温传感器。
优选地，还包括三通管；所述的两根入水支管分别为热水入管和冷水入管；所述的入水管、热水入管和冷水入管通过三通管相连。
优选地，所述的控制入水管、入水支管开闭的开关为电磁阀。
优选地，所述的热水入管上设置有热水电磁阀；所述的冷水入管上设置有冷水电磁阀；所述的入水管上设置有汇流电磁阀。
优选地，还包括安全阀；所述的安全阀设置在箱体上。
优选地，所述的安全阀为气压安全阀。
一种太阳能热水器，包括热水箱，还包括与热水箱相连的上述的一种太阳能热水器辅助电加热装置。
优选地，所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置中的入水支管与热水箱相连。
一种太阳能热水器的使用方法，包括如下步骤：
1)打开电源，设定传感器的水位、水温检测参数，其中水温参数为T0-T1；
2)关闭汇流电磁阀，打开热水电磁阀和冷水电磁阀，通过冷水入管和热水入管向热水箱中加入冷水，至热水箱中水位传感器发出信号，关闭冷水电磁阀；
3)打开太阳能热水器中的集热器，使热水箱中的冷水温度上升；
4)打开汇流电磁阀，步骤3)热水箱中经集热器加热后的水进入箱体，直至步骤1)中传感器发出水位检测信号，汇流电磁阀关闭；
5)传感器检测箱体中水温大于T1，发出检测信号，热水电磁阀关闭，冷水电磁阀和汇流电磁阀打开，通过冷水入管和入水管向箱体中加入冷水，至箱体中水温小于T1时停止，关闭汇流电磁阀；
6)传感器检测箱体中水温小于T0，发出检测信号，加热器打开，使箱体中水温上升，至箱体中水温大于T0时加热器停止；
7)打开出水管，使温度为T0-T1之间的水从出水管流出，直至箱体中水位低于步骤1)中传感器(6)设定的水位，重复步骤4)；
8)重复步骤5)、6)、7)，直至关闭电源停止。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明的一种太阳能热水器辅助电加热装置，能辅助太阳能热水器对生活用水进行二次加热，尤其是冬天或阴天，当太阳能热水器加热温度较低时，本辅助电加热装置能够通过传感器监控水温，从而提供温度适宜的生活用水；同时，本辅助电加热装置设置在室内，其箱体具有储存和保温的作用，并直接与生活用水出水管相连，所以能够将连接太阳能热水箱管道中的冷水加热利用，起到节水作用；本辅助电加热装置设置控制系统，一方面能够实时监控箱体中的水温、水位，以存储体积适量、温度适宜的生活用水，另一方面能够控制入水支管的开闭，当箱体内水温过高时，关闭热水入管，开启入水管和冷水入管，混合调节箱体内的水温，当箱体内水温较低时，开启加热器，使箱体内水温控制在一定值，同时关闭冷水入管，间断开启热水入管，保持箱体内适宜的水温、水位，起到节能、环保的作用；
(2)本发明一种太阳能热水器辅助电加热装置设置入水管、热水入管和冷水入管，三者通过三通管相连，热水入管上设置有热水电磁阀；所述的冷水入管上设置有冷水电磁阀；所述的入水管上设置有汇流电磁阀，改变了传统太阳能热水器直接与冷水入管相连，可以实现根据生活用水的需要向太阳能热水箱供水的功能，实现节水、节能的效果；
(3)本发明一种太阳能热水器辅助电加热装置还在箱体上设置气压安全阀，能够控制箱体内气压在一定值，该定值既能确保箱体内水有足够压力从出水管流出，又能确保太阳能热水箱中的水能够从热水入管、入水管顺利流入箱体，使本装置安全、稳定运行；
(4)本发明一种太阳能热水器，具有一个辅助电加热装置，该辅助电加热装置能够将冷水源、太阳能热水箱、生活用水出水管合理的联系在一起，通过控制系统的精确控制，解决了传统太阳能热水器遇阴天水温较低、使用热水前需要排放输水管道中存在的固有冷水导致水资源浪费的问题，同时避免了像部分太阳能热水器一样需要安装高能耗加热器，起到了节能、环保的作用；
(5)本发明的方法能够长时间保持生活用水具有适宜的温度，解决了现实生活中在洗手、洗菜等少量用水时不能立即提供热水的难题，同时起到节水、节能的效果。
附图说明
图1为本发明一种太阳能热水器辅助电加热装置的结构示意图；
图2为本发明一种太阳能热水器的系统布局简图；
图3为本发明方法中水温控制逻辑框图；
图4为本发明方法中水位控制逻辑框图。
图中：1、安全阀；2、箱体；3、加热器；4、出水管；5、支架；6、传感器；7、热水入管；8、热水电磁阀；9、三通管；10、冷水电磁阀；11、冷水入管；12、汇流电磁阀。
具体实施方式
传统太阳能热水器在冬天或者阴雨天温度较低，同时在使用时需要先排净大量的管道冷水和太阳能储水箱底部冷水，造成浪费；同时太阳能热水器储水箱内冷水在下，热水在上，开始出水温度低，最后出水温度高，温度一致性差。冬天洗衣、洗菜、洗手是频繁的小量用水，要求出热水快，而太阳能需要先排净大量的管道和底部冷水，出热水时间慢，容易造成浪费，不能满足使用要求。为此，本发明提供一种太阳能热水器辅助电加热装置，下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，一种太阳能热水器辅助电加热装置，包括支架5、设置在支架5上的箱体2和设置在箱体2内的加热器3，加热器3能对生活用水进行二次加热，尤其是冬天或阴天，当太阳能热水器加热温度较低时，本辅助电加热装置能够通过传感器监控水温，从而提供温度适宜的生活用水；箱体2内设置有保温层，能够有效起到对加热后的水保温的作用；由于箱体2的设置，缩短了热水到出水口的距离，减少了管道冷水的量，因此提高了热水的出水速度，箱体2与太阳能热水器的热水箱相连接，使得太阳能热水器管道中的水和热水箱中的水同时进入箱体2，此时箱体2起到混合热水和冷水的作用，同时起到储存热水的作用，加上设置在箱体2内的加热器3能够调节水温，因此能够提供温度均衡的热水；由于直接利用太阳能热水器热水箱中的热水，因此具有很好的节能效果；
为实现上述功能，本实施例的一种太阳能热水器辅助电加热装置还包括控制系统以及设置在箱体2上的出水管4和入水管；入水管一端与箱体2相连，另一端设置有两根入水支管；两根入水支管分别为热水入管7和冷水入管11；入水管、热水入管7和冷水入管11之间设置有三通管9，入水管、热水入管7和冷水入管11通过三通管9相连；控制系统包括可编程控制器、传感器6以及控制入水管、入水支管开闭的开关，传感器6设置在箱体2内，传感器6为水位水温传感器，控制入水管、入水支管开闭的开关为电磁阀，电磁阀包括热水电磁阀8、冷水电磁阀10以及汇流电磁阀12，热水电磁阀8设置在热水入管7上，冷水电磁阀10设置在冷水入管11上，汇流电磁阀12设置在入水管上；传感器6、电磁阀均与可编程控制器相连，并受可编程控制器内预设程序控制执行动作。
为确保箱体2内具有适宜的气压压力，本实施例的技术方案的箱体2上还设置有气压安全阀；气压安全阀能够控制箱体内气压保持在一定值，该定值既能确保箱体内水有足够压力从出水管流出，又能确保太阳能热水箱中的水能够从热水入管、入水管顺利流入箱体，使本装置安全、稳定运行；
本实施的技术方案中箱体2一般设置在室内，且其出水管4与厨房、洗漱间水龙头直接相连，因此箱体2中的热水无需经过太长的管道即可立即给人们洗漱提供热水，尤其是洗手、洗菜等少量用水时能够更加快速方便的获得热水，避免了传统热水器需要先排放一段冷水才能获得热水的弊端，起到了节约水资源的效果。
由于本实施例的整体结构设置合理，所以加热器3无需采用大功率加热器，从而起到了比一般热水器更加节能的效果。
一种太阳能热水器，包括热水箱以及与热水箱相连的上述一种太阳能热水器辅助电加热装置；如图2所示，上述一种太阳能热水器辅助电加热装置中的入水支管与热水箱相连，具体的是热水入管7与热水箱相连；热水箱中设置有水位传感器；水位传感器与上述一种太阳能热水器辅助电加热装置中的可编程控制器相连，并给可编程控制器传送监测热水箱中水位情况获得的信号；一种太阳能热水器辅助电加热装置中的箱体2即能起到储存太阳能热水器中热水的作用，又能起到混合、滞留冷水、热水的作用，还能起到对热水保温的作用。
本实施例的一种太阳能热水器还包括蜂鸣器，当箱体2中水温达到预设值时能够发出提示音，提示使用者可以使用热水。
如图3所示，一种太阳能热水器的温度监测原理为：辅助电加热装置中箱体2内传感器6设定感应温度为T0-T1，当箱体2中水温低于T0时，加热器3启动；当箱体2中水温高于T0且低于T1时，辅助电加热装置不动作；当箱体2中水温高于T1时，热水电磁阀8关闭，汇流电磁阀12和冷水电磁阀10打开，实现箱体2与冷水的混合，以调节箱体2中的水温至低于T1。
如图4所示，一种太阳能热水器的水位监测原理为：辅助电加热装置中箱体2内传感器6设定感应水位，当辅助电加热装置(即箱体2)内水位高于设定值时，汇流电磁阀12关闭，且同时太阳能热水器的热水箱中水位高于设定值时，则热水电磁阀8也同时关闭，但当辅助电加热装置(即箱体2)内水位高于设定值而太阳能热水器的热水箱中水位低于设定值时，则热水电磁阀8和冷水电磁阀10同时打开，向热水箱中加入冷水；当辅助电加热装置(即箱体2)内水位低于设定值时，此时如果热水箱中有足够的水(即太阳能热水器的热水箱中水位高于设定值时)，热水电磁阀8和汇流电磁阀12打开，冷水电磁阀10关闭，从热水箱向箱体2中加入温水；当辅助电加热装置(即箱体2)内水位低于设定值同时太阳能热水器的热水箱中水位也低于设定值时，则汇流电磁阀12关闭，热水电磁阀8和冷水电磁阀10同时打开，优先向热水箱中加入冷水，然后再执行“热水电磁阀8和汇流电磁阀12打开，冷水电磁阀10关闭”的命令，从热水箱向箱体2中加入温水。
分析图3和图4可知，本发明的一种太阳能热水器中辅助电加热装置采用间断进水，一次进水后，放水低于预定水位时才再次进水，保证箱体2内有充足且温度恒定的热水。
本实施例中的一种太阳能热水器能够解决使用热水前，传统太阳能热水器的热水箱与室内使用的喷头、水龙头之间的管道内固有冷水需要排放的问题，同时也解决冬季极端天气下太阳能热水器热水箱内水达不到使用温度，在使用时需要首先放掉大量存在于管道和太阳能底部的冷水，造成一定的浪费，特别是在冬季洗手、洗脸、洗菜少量用水时更易造成水的浪费，且需要等待冷水排掉，不方便使用的问题。本发明提供的装置具有直接出热水，水损失量小的特点。由于以太阳能加热后的水为辅助电加热装置的进水，辅助装置加热需要的加热功率很小。本发明既能方便用户使用，又达到了节水、节能、环保的效果。
一种太阳能热水器的使用方法，包括如下步骤：
1)打开电源，设定传感器6的水位、水温检测参数，其中水温参数为T0-T1；
2)关闭汇流电磁阀12，打开热水电磁阀8和冷水电磁阀10，通过冷水入管11和热水入管7向热水箱中加入冷水，至热水箱中水位传感器发出信号，关闭冷水电磁阀10；
3)打开太阳能热水器中的集热器，使热水箱中的冷水温度上升；
4)打开汇流电磁阀12，步骤3)热水箱中经集热器加热后的水进入箱体2，直至步骤1)中传感器6发出水位检测信号，汇流电磁阀12关闭；
5)传感器6检测箱体2中水温大于T1，发出检测信号，热水电磁阀8关闭，冷水电磁阀10和汇流电磁阀12打开，通过冷水入管11和入水管向箱体2中加入冷水，至箱体2中水温小于T1时停止，关闭汇流电磁阀12；
6)传感器6检测箱体2中水温小于T0，发出检测信号，加热器3打开，使箱体2中水温上升，至箱体2中水温大于T0时加热器3停止；
7)打开出水管4，使温度为T0-T1之间的水从出水管4流出，直至箱体2中水位低于步骤1)中传感器6设定的水位，重复步骤4)；
8)重复步骤5)、6)、7)，直至关闭电源停止。
本发明的方法能够长时间保持生活用水具有适宜的温度，解决了现实生活中在洗手、洗菜等少量用水时不能立即提供热水的难题，同时起到节水、节能的效果。

Claims (10)

1.一种太阳能热水器辅助电加热装置，包括箱体(2)和设置在箱体(2)内的加热器(3)，其特征在于：还包括控制系统以及设置在箱体(2)上的出水管(4)和入水管；所述的入水管一端与箱体(2)相连，另一端设置有两根入水支管；所述的控制系统包括传感器(6)以及控制入水管、入水支管开闭的开关；所述的传感器(6)设置在箱体(2)内。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置，其特征在于：所述的传感器(6)为水位水温传感器。
3.根据权利要求1或2所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置，其特征在于：还包括三通管(9)；所述的两根入水支管分别为热水入管(7)和冷水入管(11)；所述的入水管、热水入管(7)和冷水入管(11)通过三通管(9)相连。
4.根据权利要求3所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置，其特征在于：所述的控制入水管、入水支管开闭的开关为电磁阀。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置，其特征在于：所述的热水入管(7)上设置有热水电磁阀(8)；所述的冷水入管(11)上设置有冷水电磁阀(10)；所述的入水管上设置有汇流电磁阀(12)。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置，其特征在于：还包括安全阀(1)；所述的安全阀(1)设置在箱体(2)上。
7.根据权利要求6所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置，其特征在于：所述的安全阀(1)为气压安全阀。
8.一种太阳能热水器，包括热水箱，其特征在于：还包括与热水箱相连的权利要求7所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置。
9.根据权利要求8所述的一种太阳能热水器，其特征在于：所述的权利要求7所述的一种太阳能热水器辅助电加热装置中的入水支管与热水箱相连。
10.一种太阳能热水器的使用方法，包括如下步骤：
1)打开电源，设定传感器(6)的水位、水温检测参数，其中水温参数为T0-T1；
2)关闭汇流电磁阀(12)，打开热水电磁阀(8)和冷水电磁阀(10)，通过冷水入管(11)和热水入管(7)向热水箱中加入冷水，至热水箱中水位传感器发出信号，关闭冷水电磁阀(10)；
3)打开太阳能热水器中的集热器，使热水箱中的冷水温度上升；
4)打开汇流电磁阀(12)，步骤3)热水箱中经集热器加热后的水进入箱体(2)，直至步骤1)中传感器(6)发出水位检测信号，汇流电磁阀(12)关闭；
5)传感器(6)检测箱体(2)中水温大于T1，发出检测信号，热水电磁阀(8)关闭，冷水电磁阀(10)和汇流电磁阀(12)打开，通过冷水入管(11)和入水管向箱体(2)中加入冷水，至箱体(2)中水温小于T1时停止，关闭汇流电磁阀(12)；
6)传感器(6)检测箱体(2)中水温小于T0，发出检测信号，加热器(3)打开，使箱体(2)中水温上升，至箱体(2)中水温大于T0时加热器(3)停止；
7)打开出水管(4)，使温度为T0-T1之间的水从出水管(4)流出，直至箱体(2)中水位低于步骤1)中传感器(6)设定的水位，重复步骤4)；
8)重复步骤5)、6)、7)，直至关闭电源停止。
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