CN109838926A - 一种防水垢的智能太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种防水垢的智能太阳能热水器，包括内置工作介质的集热板、储水箱和控制器，储水箱内置换热器和电加热器，其输出管路中设置流量传感器；集热板和换热器间的加热管路中设置循环泵，该加热管路上旁接散热器；当储水箱的水温达到预设值时，控制器操纵工作介质流经散热器散热，回流到集热板内，阻止储水箱的水温升高，使其保持在预设值，有效避免储水箱及换热器上积结水垢以及工作介质因温度过高导致集热板发生损坏甚至爆炸；对储水箱进行电加热过程中，当出水流量为非零值时，控制器操纵电加热器暂停加热，直至出水流量值为零值时止，继续加热直到达到设定温度值，以避免水越用越热，需要不停调整冷、热水的比例，带来诸多不便。

Description

一种防水垢的智能太阳能热水器

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器，尤其涉及一种防水垢的智能太阳能热水器，有效避免其在使用过程中产生水垢，以及使用中的水温不稳定。

背景技术

太阳能热水器的应用已普及到千家万户，近年来的太阳能热水器还带有电加热功能，即使在阴雨天，也能正常使用热水器，非常的便捷。随着使用时间的增长，太阳能热水器的储水箱内壁和换热器上，逐渐形成水垢，水垢越积越多，导致储水箱的容积越来越小、出水口堵塞，阀门损坏，淋浴喷头损坏等。换热器上的水垢使得换热效率低下，易导致集热板内的工作介质的温度过高而损坏集热板，甚至还会引发集热板产生爆炸。当启用电加热后，在水温未达到设定值时，会一直加热，此时若用水，便形成边用水边电加热的状况，导致水越用越热，需要不停地调整冷热水的比例，带来诸多不便。因而，亟需开发一种可以避免水垢产生的太阳能热水器，智能控制水温避免水垢产生，且在用户用水的过程中暂停加热，以维持水温稳定。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种防水垢的智能太阳能热水器，智能控制水温，防止水垢生成，在电加热增温的过程中，用户若用水则暂停加热，以维持水温稳定，方便用水。

本发明的技术方案如下：

一种防水垢的智能太阳能热水器，其设计要点在于：包括内置有工作介质的集热板、具有保温功能的储水箱、用于工作介质散热的散热器、用于驱动工作介质流动的循环泵和用于对太阳能热水器实施控制的控制器；所述储水箱内置用于加热水的换热器和电加热器，储水箱的热水输出管路中设置流量传感器；所述集热板的输出口、储水箱内的换热器、循环泵、集热板的输入口通过管道连通构成加热管路，该加热管路上装配用于控制加热管路流通、阻断状态切换的第一电磁阀；所述集热板的输出口、散热器、循环泵、集热板的输入口通过管道连通构成散热管路，该散热管路上装配用于控制散热管路流通、阻断状态切换的第二电磁阀；所述集热板上装配用于检测工作介质温度的第二温度传感器，储水箱上装配用于检测水温的第一温度传感器；控制器基于第一温传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温达到第一预设值时，控制器将操纵第二电磁阀动作使散热管路流通，集热板流出的温度较高的工作介质流经散热器散热，形成温度较低的工作介质，并经散热管路回流到集热板内，阻止储水箱中的水温升高以防止形成水垢；当控制器被操作对储水箱内的水进行电加热过程中，控制器基于流量传感器获取出水流量值，当该出水流量值为非零值时，控制器操纵电加热器暂停加热，直至出水流量值为零值时，再操纵电加热器继续加热到目标水温时止。

在应用中，本发明还有如下可选的技术方案。

可选地，所述控制器基于第二温传感器获取工作介质的温度，当储水箱的水温达到第一预设值、且工作介质的温度高于第二预设值时，控制器操纵第二电磁阀动作，使散热管路流通，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度降到第三预设值时止，第二预设值大于第一预设值；优选地，第一预设值为65℃，第二预设值为115℃。

可选地，所述散热器至少由散热管构成，所述散热管沿着螺旋线方向从上向下延伸，该螺旋线的轴线直立布置，散热管的下端为工作介质的输入口，上端为工作介质的输出口。

可选地，所述散热管的螺旋半径从上向下依次减小，散热管呈倒立的圆台状。

可选地，所述散热器还包括用于增强对流效果的引流片，所述引流片直立布置，围绕散热管的轴线呈辐射状分布，引流片被所述散热管贯穿并固定。

可选地，所述散热器还包括由侧壁构成的呈倒立圆锥面状的导流屏，导流屏的顶端设置由该顶端向外延伸的与引流片顶端面相配合的外翻边，所述引流片的位于散热管轴线侧的内侧边围成用于容纳导流屏的容纳空间，所述导流屏伸入所述容纳空间和引流片装配，所述外翻边盖合在引流片顶端面。

可选地，所述散热器的引流片的外侧边设置呈筒状的隔离筒，引流片的外侧边与隔离筒的内侧壁相贴合，隔离筒的上端低于引流片的上端部。

可选地，所述控制器基于第一温传感器获取储水箱的水温、基于第二温传感器获取工作介质的温度，当工作介质的温度与储水箱的水温之差达到第一换热阈值时，控制器操纵第一电磁阀流通、第二电磁阀阻断流通，加热管路流通，操纵循环泵开启，工作介质流经换热器加热储水箱内的水，直到工作介质的温度与储水箱的水温之差达到第二换热阈值时止，第一换热阈值大于第二换热阈值；当储水箱的水温达到第一预设值、且工作介质的温度高于第二预设值时，控制器操纵第一电磁阀阻断流通、第二电磁阀流通，散热管路流通，操纵循环泵开启，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度达到第三预设值时止。

可选地，所述控制器操纵加热管路加热水的过程中，当控制器基于流量传感器获取储水箱的出水流量值为非零值时，操制器操纵加热管路阻断暂停加热，直到出水流量值为零值时，再操纵加热管路继续加热水；若工作介质的温度高于第二预设值时，控制器操纵散热管路流通，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度低于第二预设值时止。

可选地，所述太阳能热水器还包括液位传感器和第三电磁阀，所述液位传感器被装配在储水箱，用于检测储水箱内的水位，第三电磁阀被装配在储水箱的进水管路中，用于控制进水管路的连通、阻断连通切换；控制器基于液位传感器获得储水箱内的水位值，当水位值低于预设的临界低水位值时，控制器操纵第三电磁阀使进水管路连通，向储水箱内输送水，直到水位值达到预设的临界高水位值时止；进一步地，所述控制器基于流量传感器、液位传感器分别获取储水箱的出水流量值、储水箱的水位值，当出水流量值为非零值时，控制器操纵第三电磁阀阻断流通，暂停向储水箱内输送水，直到出水流量值为零值时，再操纵第三电磁阀流通继续向储水箱内输送水。

本发明的另一种技术方案如下：

一种适于太阳能热水器的智能控制方法，其设计要点在于，包括以下步骤：

获取所述太阳能热水器的储水箱的水位值、以及所述储水箱的用于判断用户有无用水的热水输出的出水流量值；

当该出水流量值为非零值且所述水位值小于预设的临界低水位值时，操纵所述储水箱的冷水补入管路上的电控阀流通补入冷水，同时操纵内置于储水箱的电加热器启动进行电加热；

获取所补入冷水的冷水温度及所述补入冷水的流量，操纵电控阀的阀开度，基于所述补入冷水的流量计算单位时间内所补入冷水的补入量，使该补入量冷水的温度升高到储水箱的水温所需要的热量与该单位时间内所述电加热器所产生的热量相当，以使所述储水箱所输出热水的水温保持恒定，直至出水流量值为零时止；

当出水流量值为零时，操纵电控阀的阀开度达到最大阀开度，直至储水箱的水位达到目标水位时止。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

太阳能热水器包括集热板、储水箱及控制器，其被设置有装配第一电磁阀的加热管路和被设置有装配第二电磁阀的散热管路，散热管路上连接散热器；加热管路和散热管路共用循环泵，以驱动集热板内的工作介质循环流动，进行能量输运换热。控制器基于第一温度传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温达到第一预设值时，控制器操纵第二电磁阀动作使散热管路流通，集热板流出的温度较高的工作介质流经散热器散热，形成温度较低的工作介质，并经散热管路回流到集热板内，使工作介质的温度降到安全温度范围，以及阻止储水箱中的水温升高，有效地避免了储水箱及换热器上积结水垢，使换热器保持较高的换热效率，且不会因水垢积结导致储水箱容积变小、出水口堵塞，以及工作介质温度处于安全温度范围，不会因工作介质温度过高而导致集热板发生损坏，甚至发生爆炸。当储水箱内的水温过低启用电加热增温的过程中，控制器基于流量传感器获取出水的流量值，当该流量值为非零值时，控制器操纵电加热器暂停加热，直至出水的流量值为零值时止，操纵电加热器继续加热。可以避免在电加热过程中，用户边使用水边电加热，导致越用水水温越高，需要不停地调整冷、热水的比例，带来了诸多不便。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1实施方式中的一种太阳能热水器的结构示意图。

图2实施方式中的散热器的前剖视示意图。

图3图2中散热器的俯视示意图。

图4图2中散热器的对流流场示意图。

图5导流屏的结构示意图。

图6实施方式中的太阳能热水器的控制原理图。

图7一种适于太阳能热水器的智能控制方法。

其中，10-集热板，20-储水箱，21-换热器，30-循环泵，40-散热器，41-散热管，42-引流片，43-导流屏，431-外翻边，44-隔离筒，50-温度传感器组，51-第一温度传感器，52-第二温度传感器，60-流量传感器，70-电磁阀组，71-第一电磁阀，72-第二电磁阀，73-第三电磁阀，80-液位传感器。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。本发明实施例中有关方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

作为本发明的一种实施方式，发明人经过多方面的研究和实验，经对实验数据进行分析后，提出一种防积垢的智能太阳能热水器，如图1所示，所述太阳能热水器包括集热板10、储水箱20、换热器21、循环泵30、散热器40和电加热器90。集热板10内置有工作介质，可选管式集热板，集热板10用于将光能转换为热能，并将热能存储在工作介质内。储水箱20覆裹有保温层，具有保温性能。换热器21被装配在储水箱20的内部，工作介质流经换热器21，通过热交换来加热储水箱内的水；储水箱20的内部还装配有电加热器90，用于对储水箱内的水进行电加热，即使在阴雨天，用户也可以正常使用热水。储水箱20的热水输出管路中设置流量传感器60，用于检测热水的出水流量，以此来判断用户有无用水，当出水流量值为零值时做出用户未用水的判断，当出水流量值为非零值时做出用户在用水的判断。循环泵30用于驱动工作介质流动，输运热量，以加热储水箱内的水或工作介质散热降温。散热器40用于将温度较高的工作介质与空气进行热交换，使工作介质降温，形成温度较低的工作介质，以使集热板10内的工作介质处于安全温度范围，避免工作介质因高温气化，在集热板内产生高压，导致集热板损坏，甚至发生爆炸。

所述集热板10的输出口、储水箱20内的换热器21、循环泵30、集热板10的输入口通过管道连通构成加热管路，如图1所示，该加热管路上装配第一电磁阀71，第一电磁阀71用于控制加热管路的流通、阻断状态的切换。当加热管路处于流通状态时，在循环泵30的驱动作用下，工作介质可以流经换热器21，并通过热交换的方式来加热储水箱内的水。所述集热板10的输出口、散热器40、循环泵30、集热板10的输入口通过管道连通构成散热管路，该散热管路上装配第二电磁阀72，第二电磁阀72用于控制散热管路的流通、阻断状态的切换。当散热管路处于流通状态时，在循环泵30的驱动作用下，工作介质可以流经散热器40通过热交换的方式来散热降温，使工作介质处于安全的温度范围，以避免工作介质高温气化，在集热板内产生高压，导致集热板损坏，甚至发生爆炸。所述集热板10上装配第二温度传感器52，用于检测工作介质温度；储水箱20上装配第一温度传感器51，用于检测水温。上述的加热管路和散热管路共用循环泵30，循环泵30位于集热板10的输入口侧，循环泵30迫使工作介质在加热管路或散热管路中流动，用于输运热量加热储水箱内的水以及工作介质散热降温，提高安全性。所述第一电磁阀71、第二电磁阀72为处于常闭阻断连通状态的电磁阀，即在失电状态时，第一电磁阀71、第二电磁阀72阻断连通。

控制器采集第一温传感器51的检测信号，基于第一温传感器51的检测信号获取储水箱20的水温。当储水箱20的水温低于第一预设值时，控制器操纵第一电磁阀71动作使加热管路流通，散热管路保持阻断，操纵循环泵30启动，从集热板10流出的温度较高的工作介质流通加热管路，工作介质流经换热器21通过热交换方式来加热储水箱内的水，使水温逐步升高。当储水箱20的水温达到第一预设值时，控制器操纵第二电磁阀72动作使散热管路流通，加热管路保持阻断，操纵循环泵30启动，从集热板10流出的温度较高的工作介质流通散热管路，工作介质流经散热器40散热，以阻止储水箱20中的水温升高，形成温度较低的工作介质，并经循环泵30回流到集热板10内，有效地避免了储水箱20的内壁及换热器21上生成水垢，直至工作介质的温度降到安全的温度范围时止，以避免工作介质因高温气化，在集热板内形成高压，导致集热板损坏，甚至爆炸。作为一种改进方案，当储水箱的水温达到第一预设值、且工作介质的温度高于第二预设值时，控制器才操纵第二电磁阀动作，使散热管路流通，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度降到第三预设值时止，第二预设值大于第一预设值，这样的控制方案可以减少循环泵的启动时间和次数，以节省电能消耗，延长循环泵的使用寿命。所述第一预设值可理解为不产生水垢的任一温度值，可选为65℃，当储水箱的水温达到65℃时，控制器控纵第二电磁动作使散热管路流通，从集热板内流出的温度较高的工作介质不能流经换热器21加热水，而仅能流经散热器40散热降温，工作介质的温度将到安全温度范围，以确保储水箱的水温不升高，维持在第一预设值(65℃)以下，避免在储水箱的内壁及换热器上形成水垢。该发明的太阳能热水器智能控制水温的最高值，有效地避免了水垢的生成，确保换热器的换热效率，有效地避免了储水箱的热水出口因积垢堵塞，同时使集热板的工作介质处于安全温度范围工作，提高了安全性，有利延长集热板的使用寿命，避免集热板发生损坏甚至爆炸。在日常应用中，若遇到阴雨天气或寒冷的冬天，太阳能热水器的水温较低达不到应用要求时，可以启用电加热功能进行电加热增温。在电加热增温的过程中，控制器采集流量传感器60的检测信号，并基于流量传感器60的检测信号获取储水箱内热水的出水流量值，当该出水流量值为非零值时，可理解为用户在用水时，控制器操纵电加热器90暂停加热，直至出水流量值为零值止，可理解为用户未用水时，再重新启动电加热90继续进行加热，直到水温达到第一预设值时止，断电停止加热。这样的控制方式，避免形成用户边用水边电加热的状况，导致越用水水温越高，需要不停地调整冷、热水的比例，带来了诸多不便。

更具体地，所述防水垢的智能太阳能热水器，如图1所示，包括集热板10、储水箱20、换热器21、循环泵30、散热器40、第1温度传感器51、第二温度传感器52、流量传感器60、第一电磁阀71、第二电磁阀72、第3电磁阀73、液位传感器80、电加热器90和控制器。所述第1温度传感器51、第二温度传感器52构成温度传感器组50，所述第一电磁阀71、第二电磁阀72、第3电磁阀73构成电磁阀组70。集热板10内置有工作介质，用于存储太阳光能被转换的热能，所述工作介质可选为多元醇，其所容许的最高工作温度为115℃。储水箱20包括内胆层、保温层和外壳层，具有良好的保温性能。换热器21、电加热器90内置于储水箱20内并分别和储水箱20相装配固定，换热器21、电加热器90位于储水箱的中部偏下处，用于加热水。散热器40为一种热交换器，可以是管式换热器，也可以选用板式换热器，用于将温度较高的工作介质降温，使集热板10内的工作介质处于安全的温度范围内，以避免工作介质因高温气化，在集热板内形成高压而导致集热板损坏、甚至爆炸。循环泵30用于驱动工作介质流动，工作介质流通换热器21换热，加热储水箱内的水。第1温度传感器51和储水箱20相装配并固定，用于检测储水箱内的水温；第二温度传感器52和集热板10相装配并固定，用于检测集热板内的工作介质的温度；液位传感器80和储水箱20相装配并固定，用于检测储水箱内的水位，本例中优选非接触式的超声波液位传感器，被装配在储水箱20的顶部。

作为一种可选的方案，如图1所示，所述第一电磁阀71、第二电磁阀72分别经三通管和集热板10的输出口相连通，所述散热器40的输出口、换热器21的输出口分别通过三通管和循环泵30的输入口相连通，循环泵30的输出口和集热板10的输入口相连通。所述集热板10的输出口、第一三通管(图1左侧)、第二电磁阀72、散热器40、第二三通管(图1右侧)、循环泵30、集热板10的输入口通过管道依次连通构成上述的散热管路，所述集热板10的输出口、第一三通管(图1左侧)、第一电磁阀71、储水箱20的换热器21、第二三通管(图1右侧)、循环泵30、集热板10的输入口通过管道依次连通构成所述的加热管路。为了提高散热效果，减少循环泵30的运行时间，将散热器40装配在集热板10的阴面处。

所述第1温度传感器51、第二温度传感器52、第一电磁阀71、第二电磁阀72、循环泵30、流量传感器60、液位传感器80，如图6所示，分别和控制器电连接。控制器基于获取的集热板内的工作介质的温度、储水箱内的水的温度，自动控制储水箱内的水温，使水温低于第一预设值，优选地不高于65℃，可以有效地避免在储水箱内壁及换热器上产生水垢，使换热器具有良好的换热效率，确保集热板内的工作介质的温度不高于安全运行的最高温度，集热板不被高温所损坏甚至发生爆炸。

为了减少循环泵30的启动次数及节省电能，本实施方式中采用温差控制方式来控制循环泵30的启、停，加热储水箱内的水。在本例中，所述第一电磁阀71、第二电磁阀72均为常闭电磁阀，即失电时其处于阻断流通的状态。控制器采集第一温度传感器51、第二温度传感器52的检测信号，基于第一温度传感器51、第二温度传感器52的检测信号分别获取储水箱20的水温、集热板10内的工作介质的温度，当工作介质的温度与储水箱的水温之差当达到第一换热阈值时，控制器操纵第一电磁阀71得电被开启流通、第二电磁阀72失电保持阻断流通，上述的加热管路连通，工作介质可以在加热管流中流通，控制器操纵循环泵30得电被开启，加热管路中形成使工作介质流动的驱动力，工作介质流经换热器21通过换热的方式来加热储水箱20内的水，直到集热板10的工作介质的温度与储水箱20的水温之差达到第二换热阈值时止，或当储水箱20的水温达到上述的第一预设值时止，控制器操纵第一电磁阀71失电被关闭阻断流通、第二电磁阀72保持失电被阻断流通，所述的加热管路及散热管路均被阻断流通，控制器操纵循环泵30失电被停止运转，工作介质停止流动。至此，完成一次对储水箱内的水进行加热的过程。所述第一换热阈值大于第二换热阈值，例如，作为一种可选的方案，其中第一换热阈值可以取值为10℃、第二换热阈值可以取值为3℃。也就是说，当集热板内的工作介质的温度与储水箱的水温之差达到10℃时，上述的加热管路流通，循环泵30被启动，工作介质流通换热器加热诸水箱内的水；当集热板内的工作介质的温度与储水箱的水温之差小于3℃时，循环泵30被停止，上述的加热管路被阻断流通，工作介质不流通以加热水。采用温差控制方式，一方面可以有效地减少循环泵30被启、停的次数；另一方面温度差越大，换热效率越高，可以有效地减少循环泵30的运行时间，以节省电能消耗。如此反复，加热储水箱内的水，水温逐步地升高。当储水箱内的水温达到第一预设值时，可理解为不易产生水垢的任一温度值，如65℃，当工作介质的温度与储水箱的水温之差当达到上述的第一换热阈值时，控制器将不再操纵加热管路流通，不对储水箱内的水进行加热，以使其维持在第一预设值，以避免储水箱的内壁及换热器上产生水垢。

进一步地，在上述控制器操纵加热管路加热水的过程中，所述控制器还采集流量传感器60的检测信号，基于流量传感器60的检测信号分别获取出水流量值。当工作介质的温度与储水箱的水温之差当达到第一换热阈值控制器操纵加热管路连通加热水的过程中，当出水流量值不为零值时，即用户在用水时，控制器操纵加热管路阻断连通，暂停对储水箱内的水进行加热，如可以操纵循环泵30关闭，还可以操纵第一电磁阀阻断流通，以暂停换热加热水，当出水流量值为零值时，即用户无用水时，再操纵加热管路连通继续对储水箱内的水进行加热。如此控制，可避免形成用户边用水边加热的状况，导致水越用水温越高，需要不停地调整冷、热水的比例，带来了诸多不便。在上述的暂停换热加热水的期间，若工作介质的温度高于第二预设值时，控制器操纵散热管路流通，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度低于第二预设值时止，操纵散热管路阻断流通，停止散热；第二预设值可理解为集热板正常工作时工作介质所允许的最高温度，在此优选地，使工作介质的温度降低到下文述及的第三预设值时止，以减少循环泵30的启、停次数，节省电能。如此控制，可以避免工作介质因高温气化在集热板内形成高压，导致集热板损坏，甚至爆炸。

在储水箱20的水温达到第一预设值(如65℃)时停止换热加热的过程中，为了避免工作介质因高温损坏集热板，当储水箱20的水温达到第一预设值且集热板10内工作介质的温度高于上述的第二预设值时，第二预设值大于第一预设值，例如，作为一种可选的方案，第二预设值可取值为115℃，第一预设值可取值为65℃，表示不产生水垢的较佳的温度，能有效地避免在储水箱20内壁及换热器21上沉积水垢，控制器操纵第一电磁阀71失电保持关闭阻断流通、第二电磁阀72得电开启形成流通，所述的散热管路形成流通的通路，控制器操纵循环泵30得电被开启，在循环泵30的抽吸驱动下，产生使工作介质沿散热管路流动的驱动力，工作介质沿散热管路流经散热器40与空气换热，工作介质的温度被降低，形成温度较低的工作介质，该温度较低的介质经循环泵30抽吸回流到集热板10内，如此循环，直到集热器内的工作介质的温度达到第三预设值时止，控制器操纵第二电磁阀72失电被关闭阻断流通、第一电磁阀71失电保持阻断流通，所述的散热管路被阻断，控制器操纵循环泵30失电停止运动，工作介质不流动。至此，完成一次使工作介质散热的过程，工作介质的温度降低到安全温度范围内，以避免工作介质因高温气化在集热板内形成高压，导致集热板损坏，甚至爆炸，有利延长集热板的使用寿命。所述第三预设值可理解为集热板正常工作时工作介质所容许的任一较低的温度值，为了减少循环泵30的启动次数，以节省电能，第三预设值可取值为略高于第一预设值的某一值，例如，高出10℃，若第一预设值取值为65℃，则第三预设值可取值为75℃。将第一预设值选取为65℃，即储水箱的水温不高于65℃，可以避免在储水箱的内壁及换热器上形成水垢，该太阳能热水器智能控制水温的最高值，有效地避免了水垢的生成，确保换热器的换热效率，有效地避免了储水箱的热水出口因积垢堵塞、储水箱的容积因积垢而变小，以及工作介质温度过高而导致集热板损坏甚至爆炸。

进一步地，由于设置有液位传感器80和装配在进水管路中的第三电磁阀73，用于控制进水管路的连通、阻断状态的切换，可以实现自动上水。控制器采集液位传感器80的检测信号，基于液位传感器80的检测信号获得储水箱20内的水位值，当该水位值低于预先设置的临界低水位值时，控制器操纵第三电磁阀73得电连通，使进水管路连通，向储水箱20内输送水，直到水位值达到预先设置的临界高水位值时止，控制器操纵第三电磁阀73失电阻断连通，进水管路被阻断连通，停止加水，完成自动加热过程。上述的临界高水位值大于临界低水位值。作为进一步的方案，在上述的自动上水的过程中，所述控制器采集流量传感器、液位传感器的检测信号，基于流量传感器、液位传感器的检测信号分别获取出水流量值、储水箱的水位值，当出水流量值为非零值时，可理解为用户在用水时，控制器操纵第三电磁阀73失电阻断进水管路流通，暂停向储水箱20内输送水，直到出水的流量值为零值时，即表示无用户在用水时，控制器操纵第三电磁阀73得电阻使进水管路流通，继续向储水箱20内输送水，直到水位值达到预先设置的临界高水位值时止，控制器操纵第三电磁阀73失电阻断连通，进水管路被阻断连通，停止加水。这样可以避免，用户用水时，形成用户边用水边进冷水的状况，导致用户越用水，水温越低，需要不停地调整冷、热水的比例，甚至会导致水温过低，影响正常使用。

进一步，在上述的加热管路被操纵流通对水进行换热加热的过程中，所述控制器基于流量传感器获取储水箱的出水流量值，当出水流量值为非零值时，即用户在用水时，控制器操纵加热管路阻断流通暂停对储水箱内的水进行换热加热，直到出水流量值为零值时止，即用户无用水时止。在该暂停换热加热的过程中，若工作介质的温度达到上述的第二预设值，操纵散热管路流通，工作介质流经散热器散热，直到工作介质的温度低于第二预设值时。这样可以避免，用户在用水时，形成边用水、边换热对水加热的状况，导致用户越用水，水温越高，需要不停地调整冷、热水的比例，带来储多不便。

其中，所述散热器40，如图2所示，至少由散热管41构成。所述散热管41沿着螺旋线方向从上向下延伸，散热管41的螺旋线的轴线直立布置，散热管41的下端为工作介质的输入口，上端为工作介质的输出口。集热板10内的温度较高的工作介质从散热管41的位于下端的输入口流入，工作介质沿着散热管41从下向上流动，散热管41与外部空气换热，工作介质的温度降低，形成温度较低的工作介质，并从散热管41的位于上端的输出口流出，经循环泵30回流到集热板10的内。散热器40所在处的空气被换热加热，该区域的空气密度减小，在重力的作用下，密度较小的热空气上浮，周边密度大的冷空气向下流动，形成自动对流流场，提高了散热效果，增强了工作介质的散热效率。发明人经过实验研究发现，当散热器40的散热管41直立布置、温度较高的工作介质从下端流入、上端流出时，自然对流的强度最大，散热器的散热效果最好，使工作介质产生相同的温度降幅时，可有效地减少循环泵30的运行时间，节约能量消耗。此外，散热器40在同样散热功率时，散热器40的体积可以做得更小，有利节约材料并降低成本。所述散热管41的材质可选作铜。

进一步地，对于上述的散热器40的散热管41还有一种改进的技术方案。所述散热管41的螺旋半径，如图2所示，从上向下依次减小，即上方的螺旋半径大，下方的螺旋半径小，散热管41形成呈倒立的圆台状，散热管41位于圆台的侧面上。温度较高的工作介质流入散热器40位于下端的输入口，沿着散热管41从下向上流动，经散热管41与周边空气换热，释放能量，温度降低，最后从散热器40位于上端的输出口流出，经循环泵30回流到集热板10的内。因而，散热器40的最下端部的散热管41的螺旋半径最小，自然对流驱动力更大，快速地形成自然对流流场，提高散热效率；工作介质达到相同的温度降幅时，有利缩短循环泵30的运行时间，节约能耗。

进一步地，对于上述的散热器40还有一种可选的改进方案。所述散热器40，如图2、图3所示，包括呈现薄片状的多个引流片42，引流片42在本例中可选地被限定为呈直角梯形状。所述的多个引流片42直立设置，围绕散热管41的轴线所在的圆周呈辐射状均匀分布，可理解为引流片42沿着散热管41螺旋半径的径向均匀分布，如图3所示。引流片42的呈斜坡状的斜腰边位于散热管41的轴线侧，该斜腰边构成呈倒立圆锥(或台)面状的容纳空间，引流片42的呈直角的直立腰边位于散热管41的外侧，该直立腰边位于圆柱面上；引流片42的上顶边构成散热器40的顶端面，引流片42的下底边构成散热器40的底端面。所述散热管41贯穿引流片42，散热管41与引流片42充分热接触，并相固定。可选地，所述散热管41、引流片42的材质为纯铜。所述引流片42对散热器40区域所形成的对流空气进行引流，使进入该区域的空气沿着引流片42只能向上流动，避免对流空气沿周向流动产生扰流消耗动能，对流空气保持较强的对流强度，使散热器具有较高的散热效率；另一方面，引流片42也有利于使散热器40提高散热效率，使工作介质温度快速下降，减小循环泵30的运行时间。在相同的散热功率情况下，可以缩小散热器40的体积，减小制造成本。

进一步地，对于上述的散热器40还有进一步改进的技术方案。所述散热器40还包括导流屏43。导流屏43，如图2、图4、图5所示，可选地由侧壁围成且呈倒立的圆锥面状，也可以是圆台面状。导流屏43的顶端，如图5所示，设置由该顶端部从内向外延伸的外翻边431，外翻边431沿周向环绕一周，形成板状的圆环状。该圆环状的外翻边431和散热器40的引流片42所构成的顶端面相配合。所述导流屏43与容纳空间相配合，引流片42的位于散热管轴线侧的内侧边围成的容纳空间可以容纳导流屏43。所述导流屏43伸入所述容纳空间内，并和引流片42装配，所述外翻边431盖合在引流片42的顶端面上。所述导流屏43束缚对流空气的流向，如图4所示，对流空气从下向上流动，对流空气由散热器40的轴线处逐步向运离该轴线的方向向外倾斜流动，对流空气和位于上部的散热管41充分接触，则提高散热效率，促进工作介质温度快速下降，减少循环泵30的运行时间，节约能耗。此外，更重要的可以避免在上述的容纳空间内形成湍流，有利提高散热效果。在相同散热功率情况下，还有利于散热器40减小体积，降低制造成本。

进一步地，对于上述的散热器40还有再一步改进的技术方案。所述散热器40还包括隔离筒44。隔离筒44，如图4所示，为由侧壁构成的两端开口的呈筒状的柱面结构。隔离筒44与引流片42的直立腰边相配合，隔离筒44套装在引流片42的外侧边，且隔离筒44的上端低于引流片的上端部，有利于对流空气从散热器40的顶部流出，所受阻力小，动能损失少，保持较高的散热效率。引流片42的外侧边设置隔离筒44，隔离筒44的内侧面与引流片42的外侧边相贴合，也可以相离布置。隔离筒44的采用，使得外部温度较低的冷空气只能从散热器下端部流入，上端部流出，避免了冷空气从散热器40的侧面部流入，则散热器40的对流强度得到增强，提高了散热效率，工作介质可以被快速降温，进一步减小循环泵30的运行时间，节省能耗。

上述的散热器的散热管直立布置，散热管的下端作为输入口、上端作为输出口，散热管的螺旋半径从上向下依次减小，直立布置的多个引流片围绕散热管的轴线呈辐射状均匀分布，引流片所围成的空间内设置呈倒立圆锥面状的导流屏，在引流片的外侧边套装隔离筒，均有利于提高散热器所在区域空气的对流强度，提高散热器的散热效率，散热效率可以提高18％以上；减小循环泵的运行时间，节约能耗，循环泵的散热能耗可以节省22％以上；还可以使散热器小型化，节省制造成本。

在此需要说明的是，上述提及的集热板、储水箱均为现有技术，本文中将不再对其具体结构、连接关系及工作原理作详述；所提及的控制器的硬件组态也是现有技术，其可以由单片机、FPGA、PLC等任一种具有数据处理功能的器件构成，对其组态不再详述。

作为本发明的另一种实施方式，提供了一种适于太阳能热水器的智能控制方法，在该实施方式中主要描述与上述的实施方式相区别的技术方案，例如太阳能热水器的结构构造、管路、传感器装配等均不再描述，如图7所示，所述智能控制方法包括以下步骤：

获取所述太阳能热水器的储水箱的水位值、以及所述储水箱的用于判断用户有无用水的热水输出的出水流量值；

当该出水流量值为非零值且所述水位值小于预设的临界低水位值时，操纵所述储水箱的冷水补入管路上的电控阀流通补入冷水，同时操纵内置于储水箱的电加热器启动进行电加热；

获取所补入冷水的冷水温度及所述补入冷水的流量，操纵电控阀的阀开度，计算单位时间内所补入冷水的补入量，使该补入量冷水的温度升高到储水箱的水温所需要的热量与该单位时间内所述电加热器所产生的热量相当，以使所述储水箱所输出热水的水温保持恒定，直至出水流量值为零时止；冷水补入过程中，储水箱的水温保持恒定，则用户不需要频繁地调整冷、热水的比例以维持所需的水温，方便用水。

当出水流量值为零时，操纵电控阀的阀开度达到最大阀开度，快速补水，直至储水箱的水位达到目标水位时止。

进一步地，获取储水箱的水温，当储水箱的水温低于上述的第一预设值时，操纵加热管路流通，工作介质流通加热管路经换热器加热储水箱内的水，直到储水箱的水温达到第一预设值时止；当储水箱的水温达到第一预设值时，操纵加热管路阻断、操纵散热管流通，工作介质流通散热管路经散热器降温。储水箱的水温不高于第一预设值，以避免形成水垢。

进一步，为了减少循环泵的启、停次数及运行时间，有利节省电能，采用温差方式控制。获取集热板内的工作介质的温度，当储水箱的水温低于上述的第一预设值时，若工作介质的温度与储水箱的水温之差达到上述的第一换热阈值时，操纵加热管路流通、操纵循环泵启动，对储水箱内的水进行换热加热，直到工作介质的温度与储水箱的水温之差小于上述的第二换热阈值时止，操纵循环泵停止；当储水箱的水温达到上述的第一预设值时，若工作介质的温度与储水箱的水温之差达到上述的第一换热阈值时，操纵散热管路流通、操纵循环泵启动，使集热板内的工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度与储水箱的水温之差小于上述的第二换热阈值时止，操纵循环泵停止。如此控制，储水箱的水温不高于所设定的上述第一预设值，以避免产生水垢。温差控制方式的工作介质的温度与储水箱的水温之差较大，提高了换热效果，加热效率高，有利进一步减少循环泵的运行时间节省电能。

进一步地，为了进一步减少循环泵的启、停次数及运行时间以节省电能，当储水箱的水温达到上述的第一预设值时，仅当工作介质的温度达到第二预设值时，才操纵散热管路流通、操纵循环泵启动，使工作介质流通散热管路散热，直到工作介质的温度降到第三预设值时止，操纵循环泵停止，其中第三预设值小于第二预设值，其取值可以略高于第一预设值，如高出10℃。

现有技术的太阳能热水器的储水箱内壁和换热器上，易形成水垢，水垢越积越多，导致太阳能储水箱的容积越来越小、换热效率降低、出水口堵塞，阀门、淋浴喷头损坏，甚至由于工作介质温度过高导致集热板损坏，甚至发生爆炸。

和现有技术相比，本发明取得了如下技术效果：

太阳能热水器包括集热板、储水箱及控制器，其被设置有装配第一电磁阀的加热管路和被设置有装配第二电磁阀的散热管路，散热管路上连接散热器；加热管路和散热管路共用循环泵，以驱动集热板内的工作介质流动，进行能量输运换热。当储水箱的水温低于第一预设值，如达到65℃时，控制器操纵第一电磁阀动作使加热管路流通，工作介质流经换热器加热储水箱内的水；当储水箱的水温达到第一预设值时，控制器操纵第二电磁阀动作使散热管路流通，集热板流出的工作介质流经散热器散热，并经散热管路回流到集热板内，使工作介质的温度降到安全温度范围，以及阻止储水箱中的水温升高，使其保持在第一预设值，有效地避免了储水箱及换热器上积结水垢，使换热器保持较高的换热效率，且不会因水垢积结导致储水箱容积变小、出水口堵塞，以及工作介质温度处于安全温度范围，不会因温度过高而导致集热板发生损坏，甚至发生爆炸。

当控制器被操作对储水箱内的水进行电加热时，控制器基于流量传感器获取出水的流量值，当该流量值为非零值(即有用水)时，控制器操纵电加热器暂停加热，直至出水的流量值为零值(即无用水)时止。可以避免在电加热过程中，用户边使用水边电加热，导致越用水水温越高，需要不停地调整冷、热水的比例，带来了诸多不便。

散热器的散热管直立布置，散热管的下端作为输入口、上端作为输出口，散热管的螺旋半径从上向下依次减小，直立布置的多个引流片围绕散热管的轴线呈辐射状均匀分布，引流片所围成的空间内设置呈倒立圆锥面状的导流屏，在引流片的外侧边套装隔离筒，均有利于提高散热器所在区域空气的对流强度，提高散热器的散热效率，减小循环泵的运行时间，节约能耗，还可以使散热器小型化，节省制造成本。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：包括内置有工作介质的集热板、具有保温功能的储水箱、用于工作介质散热的散热器、用于驱动工作介质流动的循环泵和用于对太阳能热水器实施控制的控制器；所述储水箱内置用于加热水的换热器和电加热器，储水箱的热水输出管路中设置流量传感器；所述集热板的输出口、储水箱内的换热器、循环泵、集热板的输入口通过管道连通构成加热管路，该加热管路上装配用于控制加热管路流通、阻断状态切换的第一电磁阀；所述集热板的输出口、散热器、循环泵、集热板的输入口通过管道连通构成散热管路，该散热管路上装配用于控制散热管路流通、阻断状态切换的第二电磁阀；所述集热板上装配用于检测工作介质温度的第二温度传感器，储水箱上装配用于检测水温的第一温度传感器；控制器基于第一温传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温达到第一预设值时，控制器将操纵第二电磁阀动作使散热管路流通，集热板流出的温度较高的工作介质流经散热器散热，形成温度较低的工作介质，并经散热管路回流到集热板内，阻止储水箱中的水温升高以防止形成水垢；当控制器被操作对储水箱内的水进行电加热过程中，控制器基于流量传感器获取出水流量值，当该出水流量值为非零值时，控制器操纵电加热器暂停加热，直至出水流量值为零值时，再操纵电加热器继续加热到目标水温时止。

2.根据权利要求1所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述控制器基于第二温传感器获取工作介质的温度，当储水箱的水温达到第一预设值、且工作介质的温度高于第二预设值时，控制器操纵第二电磁阀动作，使散热管路流通，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度降到第三预设值时止，第二预设值大于第一预设值；优选地，第一预设值为65℃，第二预设值为115℃。

3.根据权利要求1所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述散热器至少由散热管构成，所述散热管沿着螺旋线方向从上向下延伸，该螺旋线的轴线直立布置，散热管的螺旋半径从上向下依次减小，散热管呈倒立的圆台状，散热管的下端为工作介质的输入口，上端为工作介质的输出口。

4.根据权利要求3所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述散热器还包括用于增强对流效果的引流片，所述引流片直立布置，围绕散热管的轴线呈辐射状分布，引流片被所述散热管贯穿并固定。

5.根据权利要求4所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述散热器还包括由侧壁构成的呈倒立圆锥面状的导流屏，导流屏的顶端设置由该顶端向外延伸的与引流片顶端面相配合的外翻边，所述引流片的位于散热管轴线侧的内侧边围成用于容纳导流屏的容纳空间，所述导流屏伸入所述容纳空间和引流片装配，所述外翻边盖合在引流片顶端面。

6.根据权利要求5所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述散热器的引流片的外侧边设置呈筒状的隔离筒，引流片的外侧边与隔离筒的内侧壁相贴合，隔离筒的上端低于引流片的上端部。

7.根据权利要求1所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述控制器基于第一温传感器获取储水箱的水温、基于第二温传感器获取工作介质的温度，当工作介质的温度与储水箱的水温之差达到第一换热阈值时，控制器操纵第一电磁阀流通、第二电磁阀阻断流通，加热管路流通，操纵循环泵开启，工作介质流经换热器加热储水箱内的水，直到工作介质的温度与储水箱的水温之差达到第二换热阈值时止，第一换热阈值大于第二换热阈值；当储水箱的水温达到第一预设值、且工作介质的温度高于第二预设值时，控制器操纵第一电磁阀阻断流通、第二电磁阀流通，散热管路流通，操纵循环泵开启，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度达到第三预设值时止。

8.根据权利要求7所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述控制器操纵加热管路加热水的过程中，当控制器基于流量传感器获取储水箱的出水流量值为非零值时，操制器操纵加热管路阻断暂停加热，直到出水流量值为零值时，再操纵加热管路继续加热水；若工作介质的温度高于第二预设值时，控制器操纵散热管路流通，工作介质流经散热器降温，直到工作介质的温度低于第二预设值时止。

9.根据权利要求1-8所述的防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述太阳能热水器还包括液位传感器和第三电磁阀，所述液位传感器被装配在储水箱，用于检测储水箱内的水位，第三电磁阀被装配在储水箱的进水管路中，用于控制进水管路的连通、阻断连通切换；控制器基于液位传感器获得储水箱内的水位值，当水位值低于预设的临界低水位值时，控制器操纵第三电磁阀使进水管路连通，向储水箱内输送水，直到水位值达到预设的临界高水位值时止；进一步地，所述控制器基于流量传感器、液位传感器分别获取储水箱的出水流量值、储水箱的水位值，当出水流量值为非零值时，控制器操纵第三电磁阀阻断流通，暂停向储水箱内输送水，直到出水流量值为零值时，再操纵第三电磁阀流通继续向储水箱内输送水。

10.一种适于太阳能热水器的智能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取所述太阳能热水器的储水箱的水位值、以及所述储水箱的用于判断用户有无用水的热水输出的出水流量值；

当该出水流量值为非零值且所述水位值小于预设的临界低水位值时，操纵所述储水箱的冷水补入管路上的电控阀流通补入冷水，同时操纵内置于储水箱的电加热器启动进行电加热；

获取所补入冷水的冷水温度及所述补入冷水的流量，操纵电控阀的阀开度，基于所述补入冷水的流量计算单位时间内所补入冷水的补入量，使该补入量冷水的温度升高到储水箱的水温所需要的热量与该单位时间内所述电加热器所产生的热量相当，以使所述储水箱所输出热水的水温保持恒定，直至出水流量值为零时止；

当出水流量值为零时，操纵电控阀的阀开度达到最大阀开度，直至储水箱的水位达到目标水位时止。