CN109990488A - 一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统及加热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统及加热方法，包括集热器、变容量加热水箱和储水箱，所述变容量加热水箱的结构为倒楔形，其内部侧壁上设有加热盘管，所述集热器的两端分别连接有换热介质上集管和换热介质下集管，所述加热盘管的一端与换热介质上集管连接，另一端与换热介质下集管连接，所述储水箱与变容量加热水箱的底部连接，本发明将根据太阳辐射强度和用水时间段自动设置热水的容积和水温，保证太阳辐射强度不强和白天上午时间段用水的温度，减少辅助加热的开启时间；同时，加热介质和被加热的水之间温差提高，增加了换热效果，一定程度上可以减少集热器的设计面积，大大减少能源消耗。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能系统领域，具体涉及一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统及加热方法。
背景技术：
目前，太阳能利用领域，主要成熟的技术是太阳能热利用，平板集热太阳能热水器是最常见的，应用广泛，传统的系统一般由平板集热器，换热储水箱组成，其中储水箱容量恒定，在应用中存在一些缺陷：
(1)在太阳辐射强度一般的天气，水箱体积较大，制取的热水水温达到使用要求所需时间较长，一般需要到下午2：00后，上午或中午使用热水必须采用其他加热方法，没充分发挥太阳能热水器的作用。
(2)在太阳辐射强度较弱的天气，平板集热器吸收的热量较少，水箱体积较大，造成热水水温不够，使用时必须辅助再加热。
(3)在下午太阳辐射强度大时，水箱的水温逐步上升，造成换热介质跟热水的温差减少，降低了换热效率，热利用减少。
将加热水箱做成可变容量，制取的热水量根据太阳辐射强度和热水需求量来自动调节，智能控制，将减少开启辅助加热的次数和时间，大大节省其它能源，促进平板式太阳能热水器的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，以解决现有技术中导致的上述多项缺陷。
一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，包括集热器、变容量加热水箱和储水箱，所述变容量加热水箱的结构为倒楔形，其内部侧壁上设有加热盘管，所述集热器的两端分别连接有换热介质上集管和换热介质下集管，所述加热盘管的一端与换热介质上集管连接，另一端与换热介质下集管连接，所述储水箱与变容量加热水箱的底部连接。
优选的，所述集热器上设有太阳能电池板，所述变容量加热水箱上设有液位变送器和温度传感器。
优选的，所述变容量加热水箱上连接有带补水电磁阀的补水管。
优选的，所述加热盘管与换热介质上集管通过换热介质出液管连接。
优选的，所述加热盘管与换热介质下集管通过换热介质进液管连接。
优选的，所述储水箱与变容量加热水箱通过出水管连接，所述出水管上设有出水管电磁阀。
优选的，所述太阳能电池板、液位变送器、温度传感器、补水电磁阀和出水管电磁阀均与控制器电性连接。
优选的，所述变容量加热水箱和储水箱采用酚醛泡沫发泡保温。
优选的，所述集热器为蓝钛吸热板，铜管翅片盘管。
优选的，所述方法包括以下步骤：
第一步，太阳能电池板探测太阳辐射强度，设定取30min的平均值；或用户自设定制取热水量，设定变容量加热水箱的水位；
第二步，补水电磁阀打开，开始补水；
第三步，液位变送器感知水位，反馈到控制器；
第四步，水位达到设定值，关闭补水电磁阀；
第五步，换热介质与变容量加热水箱内水进行热交换；
第六步，当热水出水管上温度传感器感知的温度达到设定的温度时，打开热水出水管电磁阀，将热水储存到储水箱中；
第七步，返回第一步。
本发明的优点在于：该种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，根据太阳辐射强度来控制制取的热水量，保证制取的热水温度在较短时间达到使用温度要求；在热水使用量较少的上午或中午，能保证制取的热水水温，实现随时加热随时使用，减少开启辅助加热的次数和时间，大大节省其它能源；同时增加了换热效果，一定程度上可以减少集热器的设计面积，能大大减少能源消耗。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的控制系统硬件构成图。
图3为本发明的控制系统逻辑判断控制流程图。
其中：1-集热器，2-换热介质上集管，3-换热介质出液管，4-加热盘管，5-换热介质进液管，6-换热介质下集管，7-变容量加热水箱，8-液位变送器，9-控制器，10-太阳能电池板，11-补水管，12-补水电磁阀，13-出水管，14-出水管电磁阀，15-储水箱，16-温度传感器。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图3所示，一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，包括集热器1、变容量加热水箱7和储水箱15，所述变容量加热水箱7的结构为倒楔形，其内部侧壁上设有加热盘管4，倒楔形保证在低水量时有一定水位高度，保证加热盘管4的换热面积，同时增加液位变送器8的检测精度，所述集热器1的两端分别连接有换热介质上集管2和换热介质下集管6，所述加热盘管4的一端与换热介质上集管2连接，另一端与换热介质下集管6连接，所述储水箱15与变容量加热水箱7的底部连接，按照太阳辐射强度和户用热水量大小，设定为三个水位，分别对应太阳辐射强度为强、适中、偏低。最低水量保证水位淹没加热盘管4，太阳能电池板探测太阳辐射强度设定为30min内的平均值，消除天气瞬时变化的影响，太阳辐射强度强、适中、偏低分别设定值为≥150W/m2，100～150W/m2，≥100W/m2。
值得注意的是，所述集热器1上设有太阳能电池板10，所述变容量加热水箱7上设有液位变送器8和温度传感器16，液位变送器8是控制变容量加热水箱7中被加热的水量，液位变送器8在变容量加热水箱7外部，在变容量加热水箱7补水，当水位达到设定水位时，补水电磁阀12关闭，按照设定的水量完成自动补水过程，温度传感器16设于变容量加热水箱7内部感知水温，并输出信号到控制器9，当达到设定值，打开热水出水管电磁阀14，将水储存到储水箱15中，以备用户使用，储水箱15的设计容量与变容量加热水箱7相匹配，防止热水溢出。
在本实施例中，所述变容量加热水箱7上连接有带补水电磁阀12的补水管11。
在本实施例中，所述加热盘管4与换热介质上集管2通过换热介质出液管3连接。
在本实施例中，所述加热盘管4与换热介质下集管6通过换热介质进液管5连接。
在本实施例中，所述储水箱15与变容量加热水箱7通过出水管13连接，所述出水管13上设有出水管电磁阀14。
在本实施例中，所述太阳能电池板10、液位变送器8、温度传感器16、补水电磁阀12和出水管电磁阀14均与控制器9电性连接，液位变送器8、温度传感器16、太阳能电池板10通过A/D转换后连接控制器9输入端，控制器9输入端还连接补水管电磁阀12和出水管电磁阀14控制所用的启停按钮，以便实现手动控制，控制器9输出端与补水管电磁阀12和出水管电磁阀14相连，以便根据变容量加热水箱7内水位、水温是否达到设定值，控制补水管电磁阀12和热水出水管电磁阀14开启或关闭。
在本实施例中，所述变容量加热水箱7和储水箱15采用酚醛泡沫发泡保温，为了达到更好的保温效果，变容量加热水箱7，储水箱15的壁均为夹层结构，中间层为保温材料。
在本实施例中，所述集热器1为蓝钛吸热板，铜管翅片盘管。
所述方法包括以下步骤：
第一步，太阳能电池板10探测太阳辐射强度，设定取30min的平均值；或用户自设定制取热水量，设定变容量加热水箱7的水位；
第二步，补水电磁阀12打开，开始补水；
第三步，液位变送器8感知水位，反馈到控制器9；
第四步，水位达到设定值，关闭补水电磁阀12；
第五步，换热介质与变容量加热水箱7内水进行热交换；
第六步，当热水出水管13上温度传感器16感知的温度达到设定的温度时，打开热水出水管电磁阀14，将热水储存到储水箱15中；
第七步，返回第一步。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (10)
1.一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于，包括集热器(1)、变容量加热水箱(7)和储水箱(15)，所述变容量加热水箱(7)的结构为倒楔形，其内部侧壁上设有加热盘管(4)，所述集热器(1)的两端分别连接有换热介质上集管(2)和换热介质下集管(6)，所述加热盘管(4)的一端与换热介质上集管(2)连接，另一端与换热介质下集管(6)连接，所述储水箱(15)与变容量加热水箱(7)的底部连接。
2.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述集热器(1)上设有太阳能电池板(10)，所述变容量加热水箱(7)上设有液位变送器(8)和温度传感器(16)。
3.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述变容量加热水箱(7)上连接有带补水电磁阀(12)的补水管(11)。
4.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述加热盘管(4)与换热介质上集管(2)通过换热介质出液管(3)连接。
5.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述加热盘管(4)与换热介质下集管(6)通过换热介质进液管(5)连接。
6.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述储水箱(15)与变容量加热水箱(7)通过出水管(13)连接，所述出水管(13)上设有出水管电磁阀(14)。
7.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述太阳能电池板(10)、液位变送器(8)、温度传感器(16)、补水电磁阀(12)和出水管电磁阀(14)均与控制器(9)电性连接。
8.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述变容量加热水箱(7)和储水箱(15)采用酚醛泡沫发泡保温。
9.根据权利要求1所述的一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统，其特征在于：所述集热器(1)为蓝钛吸热板，铜管翅片盘管。
10.根据权利要求1-9中所述的任意一种换热水箱变容量的平板式太阳能热水系统的加热方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
第一步，太阳能电池板10探测太阳辐射强度，设定取30min的平均值；或用户自设定制取热水量，设定变容量加热水箱7的水位；
第二步，补水电磁阀12打开，开始补水；
第三步，液位变送器8感知水位，反馈到控制器9；
第四步，水位达到设定值，关闭补水电磁阀12；
第五步，换热介质与变容量加热水箱7内水进行热交换；
第六步，当热水出水管13上温度传感器16感知的温度达到设定的温度时，打开热水出水管电磁阀14，将热水储存到储水箱15中；
第七步，返回第一步。
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