CN109838937A - 一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种调整集热板光照功率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、固定架、驱动电机和控制器，集热板和固定架轴连接，储水箱内置换热器和电加热器，集热板和换热器间相连通的加热管路中设置循环泵；当储水箱的水温达到较高的预设值时，控制器操纵集热板相对于固架转动，改变集热板与太阳光线的夹角，调整集热板的光照功率，阻止水温继续升高，有效避免储水箱及换热器上积结水垢；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

一种调整集热板光照功率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，尤其涉及一种调整集热板光照功率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。

背景技术

太阳能热水器的应用已普及到千家万户，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。有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。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，亟需开发一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，智能调整集热板的光照功率避免水垢产生，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，本发明提供一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，自动调整集热板的光照功率，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：

一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，其设计要点在于：包括内置工作介质的集热板、具有保温功能的储水箱、用于驱动工作介质流动的循环泵、用于对热水器实施控制的控制器、用于承载集热板的固定架和驱动电机；储水箱上装配用于检测储水箱水温的第一温度传感器，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，适于判断用户有无在用水；所述集热板上设置用于检测集热板所受太阳光照功率的光强传感器；所述集热板的输出口、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，适于工作介质循环流通输运热能并经换热器换热加热储水箱内的水；所述集热板通过转轴和固定架轴连接，集热板和该转轴固定，驱动电机和所述转轴轴连接，适于驱动集热板相对于固定架转动以调整集热板的光照功率；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，控制器基于光强传感器获取集热板的光照功率，操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，以减小集热板的光照功率，直到光强传感器反馈的光照功率值为最小时止，以阻止储水箱中的水温升高；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，所述驱动电机和所述转轴轴连接包括驱动电机通过减速机与所述转轴轴连接、驱动电机通过齿轮机构与所述转轴轴连接、驱动电机的输出轴和所述转轴轴连接的任一轴连接方式。

可选地，所述太阳能热水系统还包括用于工作介质散热的散热器，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；所述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，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；所述集热板上装配用于检测工作介质温度的第二温度传感器；控制器基于第一温度传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温升到不产生水垢的第一预设值时，控制器还可以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。

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，操纵循环泵启动，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。

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，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。

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；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动作使加热管路流通，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；当工作介质的温度与储水箱的水温之差达到第一换热阈值、且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，操纵循环泵开启，工作介质流经散热器散热降温，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。

可选地，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，操纵循环泵启动，工作介质流经散热器散热降温，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流通加热水的过程中，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，再操纵加热管路流通继续加热水；在暂停加热过程中，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。

本发明的另一技术方案如下：

一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，其设计要点在于：包括内置工作介质的集热板、具有保温功能的储水箱、用于驱动工作介质流动的循环泵、用于对热水器实施控制的控制器、用于承载集热板的固定架和驱动电机；储水箱上装配用于检测储水箱水温的第一温度传感器，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，适于判断用户有无在用水；所述集热板上设置用于检测集热板所受太阳光照功率的光强传感器；所述集热板的输出口、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，适于工作介质循环流通输运热能并经换热器换热加热储水箱内的水；所述集热板通过转轴和固定架轴连接，集热板和该转轴固定，驱动电机和所述转轴轴连接，适于驱动集热板相对于固定架转动以调整集热板的光照功率；控制器基于第一温度传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温低于预设温度范围的下限值时，控制器基于光强传感器获取集热板的光照功率，操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，直到光强传感器反馈的光照功率值达到最大时止，当储水箱的水温达到预设温度范围的下限值时，控制器基于光强传感器获取集热板的光照功率，操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，直到光强传感器反馈的光照功率值与储水箱的水温达到温度范围的下限值时的光照功率的比值达到预设的百分比值时止，使水温缓慢升高，当储水箱的水温达到预设温度范围的上限值时，操制器操纵加热管路阻断流通，操纵驱动电机转动，直到光强传感器反馈的光照功率值为最小值时止，以阻止储水箱中的水温升高，以及阻止工作介质的温度升高。

进一步地，所述太阳能热水器还包括用于工作介质散热的散热器，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；所述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，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；所述集热板上装配用于检测工作介质温度的第二温度传感器；在所述加热管路被阻断流通的期间，控制器基于第二温度传感器获取工作介质的温度，当工作介质的温度达到第二预设值时，控制器操纵第二电磁阀动作使散热管路流通，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，直到工作介质的温度降到第三预设值时止，第三预设值小于第二预设值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的太阳能热水器，控制器获取储水箱的水温，当储水箱的水温达到第一预设值时，如达到65℃时，控制器操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，减小集热板的光照功率，使集热板的光照功率最小，以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，以避免因水垢积结导致储水箱容积变小、出水口堵塞，以及因换热效率过低致使工作介质温度高于安全温度。

在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，当出水流量值为非零值时，即用户在用水时，控制器操纵电加热器暂停加热，直至出水的流量值为零值时止，再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集热板与固定架的一种装配关系示意图。

图3图2中集热板与固定架的另一视角示意图。

图4实施方式中的另一种太阳能热水器的结构示意图。

图5一种散热器的前剖视示意图。

图6散热器的俯视示意图。

图7散热器的对流流场示意图。

图8导流屏的结构示意图。

图9实施方式中太阳能热水器的一种控制原理图。

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，90-电加热器，100-光强传感器，200-固定架，201-驱动电机，202-减速机，203-转轴，204-轴承座。

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，一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，如图1、图2、图3所示，所述太阳能热水器为分体式结构，包括集热板10、储水箱20、换热器21、循环泵30、电加热器90，固定架200和驱动电机201以及控制器。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，所述管式集热板也可以由板式集热板所替换。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，通过热交换方式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。所述换热器21、电加热器90位于储水箱的下部。储水箱20的底部设置用于热水输出的输出管路，该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；储水箱20的顶部设置用于冷水补入的输入管路，该输入管路上设置用于控制输入管路连通及阻断连通状态转换的第三电磁阀73。储水箱20的顶部装配液位传感器80，用于检测储水箱的水位。循环泵30用于驱动工作介质流动，输运热量，工作介质流经换热器21换热以加热储水箱内的水。固定架200用于承载集热板10，集热板10通过固定架200和建筑物固定。

所述集热板10通过转轴203和固定架200轴连接，如图2和图3所示，可理解为，集热板10和该转轴203固定，驱动电机201和所述转轴203轴连接，适于驱动集热板10相对于固定架200转动以调整集热板10被太阳光辐照的光照功率。具体为，集热板10的位于其背光面的装配架上固定轴套，集热板10通过轴套和转轴203相固定连接，转轴203相对于集热板10无运动自由度；固定架200的位于两侧的承载臂上分别装配轴承座204，所述转轴203通过轴承和所述轴承座204轴装配并固定，集热板10和固定架200实现轴连接，集热板10相对于固定架200可以绕转轴203转动，改变集热板10的受光面与太阳光线间的夹角，标记为β，实现调整集热板的光照功率。集热板10的受光面所接受的光照功率可由公式决定，其中P为集热板10的光照功率，为太阳光垂直照射时单位面积太阳光强度，β为太阳光线与集热板10受光面的面法线间的夹角，即太阳光线与集热板面方向的夹角。由公式可知，当太阳光线与集热板10受光面的面法线间夹90度角时，集热板10的光照功率最小，接近于0值，此时太阳光线与集热板10受光面平行。

所述集热板10的输出口、位于储水箱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，适于工作介质循环流通输运热能并经换热器21换热加热储水箱20内的水，如图1所示，在循环泵30的抽吸驱动作用下，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。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中流动，用于输运热量通过热交换的方式来加热储水箱内的水。所述储水箱20上装配第一温度传感器51，用于检测储水箱内的水温；集热板10上装配第二温度传感器52，用于检测集热板内的工作介质的温度。

在此需要说明的是，所述驱动电机201和所述转轴203轴连接可是理解为驱动电机201通过减速机与所述转轴203轴连接，也可以理解为驱动电机201通过齿轮机构与所述转轴203轴连接，还可以理解为驱动电机201的输出轴和所述转轴203轴连接，即上述的驱动电机201和转轴203轴连接的具体方式可以为上述三种轴连接方式中的任一种。

控制器采集第一温度传感器51的检测信号，基于第一温度传感器51的检测信号获取储水箱的水温，当储水箱20的水温低于第一预设值时，在循环泵30的抽吸驱动下，从集热板的输出口流出的温度较高的工作介质经加热管路循环流动，流经换热器21换热以加热储水箱20内的水，使水温逐步升高，从换热器21流出的温度较低的工作介质经加热管路回流到集热板10内。储水箱的水温逐步升高，当储水箱20的水温达到第一预设值时，控制器采集光强传感器100的检测信号，基于光强传感器100的检测信号获取集热板10的光照功率，并操纵驱动电机201转动，改变集热板10的受光面与太阳光线间的夹解，调整集热板10的受光辐照的光照功率，以减小集热板10的光照功率，直到光强传感器反馈的光照功率值为最小值止，该最小值与环境温度及周边物体表面状况相关联，通常不为零值，以阻止储水箱20中的水温升高，使水温不高于上述的第一预设值，有效地避免储水箱20的内壁及换热器21上生成水垢。所述第一预设值可理解为不产生水垢的任一较高的温度值，可选为65℃，储水箱内的水温不高于65℃，因而避免在储水箱的内壁及换热器上形成水垢，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。

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，直到水温达到目标温度时止，该目标温度可取值为上述的第一预设值，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。

相对于上述的太阳能热水器，还有进一步的技术实施方案。所述太阳能热水器还包括的散热器40，用于工作介质散热，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。所述集热板10的输出口、散热器10、循环泵30、集热板10的输入口通过管道连通构成散热管路。所述散热管路上装配第二电磁阀72，用于控制该散热管路流通、阻断流通状态的切换。上述的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。所述的加热管路和散热管路共用循环泵30。所述第一电磁阀71、第二电磁阀72、第三电磁阀73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、第三电磁阀73阻断连通。

控制器采集第一温度传感器51的检测信号，基于该第一温度传感器51的检测信号获取储水箱20的水温，当储水箱20的水温低于上述的第一预设值时，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，在循环泵30的抽吸驱动作用下，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，控制器采集光强传感器100的检测信号，基于光强传感器100的检测信号获取集热板10的光照功率，并操纵驱动电机201转动，改变集热板10与太阳光线间的夹角，调整集热板10的受光辐照的光照功率，以减小集热板10的光照功率，直到光强传感器反馈的光照功率值为最小值，以阻止储水箱20中的水温升高及工作介质快速升温，有效地避免储水箱20的内壁及换热器21上生成水垢。

作为进一步的方案，当储水箱20的水温达到第一预设值时，控制器可选地操纵第一电磁阀71动作使加热管路阻断流通、操纵循环泵30停止运转，暂停以换热方式加热储水箱内的水，直到储水箱的水温低于上述的第一预设值时，重新操纵加热管路流通再次以热交换方式加热储水箱的水，减少循环泵30的运转时间，以节省电能。在暂停以换热方式加热水的期间，控制器采集第二温度传感器52的检测信号，并基于该第二温度传感器52的检测信号获取集热板10的工作介质的温度，当工作介质的温度达到第二预设值时，控制器操纵第二电磁阀72动作使散热管路流通，及操纵循环泵30启动，在循环泵30的抽吸驱动作用下，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，形成温度较低的工作介质，并经散热管路回流到集热板10内，直到工作介质的温度降到第三预设值时止，控制器操纵第二电磁阀72动作使散热管路阻断流通、操纵循环泵30停止运转。所述第二预设值大于第一预设值，第一预设值可理解为不产生水垢的任一温度值，第二预设值可理解为集热板10正常工作时工作介质所容许的最高温度，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发生爆炸。

需要说明的是，控制器操纵集热板转动过程中，当光强传感器100反馈的光照功率值由大变小，减到最小后又由小增大时，再操纵集热板反向转动，则光强传感器反馈的光照功率值由大减小、且达到上次的最小时停止，则认为此时所处于姿态的集热板的光照功率最小，采用同样方式还可以确定集热板的光照功率为最大值的位置姿态。

为节省管道及简化管路，如图4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4左侧)、第二电磁阀72、散热器40、第二三通管(图4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4左侧)、第一电磁阀71、储水箱20的换热器21、第二三通管(图4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、第三电磁阀73、循环泵30、流量传感器60、液位传感器80、电加热器90，如图9所示，分别和控制器电连接，受控制器控制其运行状态。控制器基于获取的集热板内的工作介质的温度、储水箱的水温、集热板的光照功率，操纵集热板转动，调整其受光的光照功率，操纵加热状态，自动控制储水箱内的水温，使水温低于上述的第一预设值，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，避免因换热器积垢造成换热率效过低，致使工作介质温度过高而导致集热板被损坏甚至发生爆炸。所述第一电磁阀71、第二电磁阀72、第三电磁阀73构成电磁阀组70，所述第1温度传感器51、第二温度传感器52构成温度过传感器组50。

为了减少循环泵30的运行时间，以节省电能消耗，本实施方式中还采用温差控制方式来控制循环泵30的启、停，加热储水箱内的水及工作介质散热。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。当储水箱20的水温低于上述的第一预设值，储水箱的水需要加热，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得电被启动，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的运行时间节省电能；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，进一步节省电能消耗。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℃，对储水箱内的水停止加热，使其温度维持在上述的第一预设值；为了减少集热板的工作介质温度上升的速度，操制器操纵驱动电机运转，按上述的方式调整集热板10的光照功率，使集热板10的光照功率达到最小值，使集热板所受光辐照的能量最小。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期间，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，基于量传感器60的检测信号获取出水流量值。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，或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，导致用户越用水水温越高，需要不停地调整冷、热水的比例，带来了诸多不便。在上述的暂停换热对水加热的期间，若工作介质的温度高于上述的第二预设值时，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，有利于随时再启动换热加热水，也可选地降到下述的第三预设值时止，有利减少循环泵30的启、停次数，操纵散热管路阻断流通，停止散热。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。

在上述的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，第二预设值可取值为115℃，控制器操纵第二电磁阀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得电被启动，在循环泵30的抽吸驱动下，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，该温度较低的工作介质经散热管路回流到集热板10内，如此循环，直到集热板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，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，若第一预设值取值为65℃，则第三预设值可取值为75℃。因而，当水温达到第一预设值时，操纵驱动电机使集热板的光照功率最小，为使工作介质散热，需要启动循环泵30的次数少且大幅降低其运行时间，有利节省电能。

其中，所述散热器40，如图5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，形成自然对流流场。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，则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，循环泵30的运行时间更短，节约能量消耗；同时，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5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，自然对流驱动力更强，则可以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5、图6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6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，有利于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5、图7、图8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8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7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，顶部的散热管41和对流空气充分接触，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，则提高了散热效果。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7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，散热器40的对流强度更大，有利于提高散热效率，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。

本发明还有如下的另一种实施方式，在该实施方式主要描述与上述的实施方式相区别的技术内容。

所述的智能太阳能热水器，为了防止水垢的生成，在水温的控制过程中引用了预设的温度范围的概念，当储水箱的水温处于该温度范围内时，操纵集热板转动，减小集热板的光照功率，使储水箱水温的上升速率减小，如减小到原来的20％，也可以为其它值，根据需要选取。例如，该温度范围的下限值可取值为55、上限值可取值为65℃。控制器基于第一温度传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温低于预设温度范围的下限值时，如低于55℃，控制器基于光强传感器100获取集热板10的光照功率，操纵驱动电机201转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，增加集热板的光照功率，直到光强传感器100所反馈的集热板的光照功率值达到最大值时止，一般情况当集热板与太阳光线间的夹角为零时，可以是光线与集热板垂直时，集热板的光照功率最大，有利于储水箱的水被快速加热，特别是在冬天时，非常有利水储水箱的水被快速加热，提高储水箱的最高水温，使水温适合于使用，如水温达到48℃及以上；当储水箱的水温达到预温度范围的下限值时，如高于55℃时，控制器基于光强传感器获取集热板的光照功率，操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，以减小集热板的光照功率，直到光强传感器100反馈的光照功率值与储水箱的水温达到温度范围的下限值时的光照功率的比值达到预设的百分比值时止，例如该预设百分比值可取值为20％，也可以基于季节而取其它值，使储水箱的水被缓慢加热，使水温缓慢升高，有利于降低工作介质的升温速度。在夏季时预设的百分比值可以取更小的值，在冬季时可以取更大的值。当储水箱的水温达到预设温度范围的上限值时，如达到65℃时，操制器操纵加热管路阻断，操纵驱动电机转动，直到光强传感器100反馈的光照功率值为最小值时止，即太阳光线与集热板的受光面相平行，可以是光线与受光面间可以夹90度角，同时操纵加热管路阻断流通，以阻止储水箱中的水温升高，使其不高于预设温度范围的上限值，以避免在储水箱的内壁及换热器上产生水垢。当储水箱的水温降低到预设温度范围的上限值时，操纵第一电磁阀使加热管路流通，对储水箱内的水进行加热，直到储水箱的水温达到预设温度范围的上限值时止，再次操纵加热管路被阻断，使其保持在预设温度范围的上限值处。

在加热管路被阻断流通的期间，控制器基于第二温度传感器获取工作介质的温度，当工作介质的温度达到上述的第二预设值时，则操纵第二电磁阀使散热管路流通，使工作介质流经散热器降温，如可降温到上述的第三预设值时止，第三预设值小于第二预设值。

在此需要说明的是，上述提及的集热板、储水箱、减速机、光强传感器均为现有技术，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。

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。当启用电加热后，在水温未达到设定值时，将一直加热，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。

和现有技术相比，本发明取得了如下技术效果：

本发明的太阳能热水器，控制器获取储水箱的水温，当储水箱的水温达到第一预设值时，如达到65℃时，控制器操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，减小集热板的光照功率，使集热板的光照功率最小，以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，以避免因水垢积结导致储水箱容积变小、出水口堵塞，以及因换热效率过低致使工作介质温度高于安全温度。

在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，当出水流量值为非零值时，即用户在用水时，控制器操纵电加热器暂停加热，直至出水的流量值为零值时止，再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。

太阳能热水器的加热管路旁接散热管路，散热管路上连接散热器，适于工作介质散热。在对储水箱的水停止或暂停以换热方式加热的过程中，集热板的工作介质的温度若高于所容许的最高温度，则可以操纵工作介质流通散管路，工作介质流经散热器散热降温，使工作介质的温度处于安全温度范围。以避免工作介质因温度过高而导致集热板发生损坏，甚至发生爆炸。

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)

1.一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：包括内置工作介质的集热板、具有保温功能的储水箱、用于驱动工作介质流动的循环泵、用于对热水器实施控制的控制器、用于承载集热板的固定架和驱动电机；储水箱上装配用于检测储水箱水温的第一温度传感器，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，适于判断用户有无在用水；所述集热板上设置用于检测集热板所受太阳光照功率的光强传感器；所述集热板的输出口、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，适于工作介质循环流通输运热能并经换热器换热加热储水箱内的水；所述集热板通过转轴和固定架轴连接，集热板和该转轴固定，驱动电机和所述转轴轴连接，适于驱动集热板相对于固定架转动以调整集热板的光照功率；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，控制器基于光强传感器获取集热板的光照功率，操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，以减小集热板的光照功率，直到光强传感器反馈的光照功率值为最小时止，以阻止储水箱中的水温升高；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所述的调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述驱动电机和所述转轴轴连接包括驱动电机通过减速机与所述转轴轴连接、驱动电机通过齿轮机构与所述转轴轴连接、驱动电机的输出轴和所述转轴轴连接的任一轴连接方式。

3.根据权利要求2所述的调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：所述太阳能热水系统还包括用于工作介质散热的散热器，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；所述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，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；所述集热板上装配用于检测工作介质温度的第二温度传感器；控制器基于第一温度传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温升到不产生水垢的第一预设值时，控制器还可以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。

4.根据权利要求3所述的调整集热板光照功率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，操纵循环泵启动，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。

5.根据权利要求3所述的调整集热板光照功率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，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。

6.根据权利要求5所述的调整集热板光照功率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。

7.根据权利要求6所述的调整集热板光照功率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；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。

8.根据权利要求3-7所述的调整集热板光照功率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动作使加热管路流通，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；当工作介质的温度与储水箱的水温之差达到第一换热阈值、且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，操纵循环泵开启，工作介质流经散热器散热降温，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，作为优选地，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，操纵循环泵启动，工作介质流经散热器散热降温，直到工作介质的温度达到第三预设值时止。

9.根据权利要求8所述的调整集热板光照功率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流通加热水的过程中，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，再操纵加热管路流通继续加热水；在暂停加热过程中，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。

10.一种调整集热板光照功率防水垢的智能太阳能热水器，其特征在于：包括内置工作介质的集热板、具有保温功能的储水箱、用于驱动工作介质流动的循环泵、用于对热水器实施控制的控制器、用于承载集热板的固定架和驱动电机；储水箱上装配用于检测储水箱水温的第一温度传感器，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，适于判断用户有无在用水；所述集热板上设置用于检测集热板所受太阳光照功率的光强传感器；所述集热板的输出口、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，适于工作介质循环流通输运热能并经换热器换热加热储水箱内的水；所述集热板通过转轴和固定架轴连接，集热板和该转轴固定，驱动电机和所述转轴轴连接，适于驱动集热板相对于固定架转动以调整集热板的光照功率；控制器基于第一温度传感器获取储水箱的水温，当储水箱的水温低于预设温度范围的下限值时，控制器基于光强传感器获取集热板的光照功率，操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，直到光强传感器反馈的光照功率值达到最大时止，当储水箱的水温达到预设温度范围的下限值时，控制器基于光强传感器获取集热板的光照功率，操纵驱动电机转动，调整集热板与太阳光线间的夹角，直到光强传感器反馈的光照功率值与储水箱的水温达到温度范围的下限值时的光照功率的比值达到预设的百分比值时止，使水温缓慢升高，当储水箱的水温达到预设温度范围的上限值时，操制器操纵加热管路阻断流通，操纵驱动电机转动，直到光强传感器反馈的光照功率值为最小值时止，以阻止储水箱中的水温升高，以及阻止工作介质的温度升高。