CN119958117A - 一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统，包括控制组件，在室外的上水管上设置室外温度传感器，控制组件通过电线连接室外温度传感器和水位传感器；在上水管位于室内的管路上设置上水控制阀，在用水处的下水管路上设置循环水控制阀和微型水泵，循环水控制阀通过循环水管连接上水管，且通过三通安装在位于上水控制阀上方的上水管上；控制组件检测室外温度传感器发送的室外温度值，当低于设定值时上水控制阀常闭，循环水控制阀导通，微型水泵启动使水在管路中循环，循环一个设定时间后微型水泵和循环水控制阀关闭。本发明通过结构设计配合控制方法，不但能防冻，还能用于解决主动用水时放出大量冷水才能出热水的问题，节约了用水。

Description

一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统

技术领域

本发明公开了一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统，属于太阳能热水器技术领域。

背景技术

太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活中的热水使用。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。太阳能热水器一般是利用水压，将冷水打入储水箱中，然后通过集热器将热量输送到保温的储水箱。储水箱与室内水管路相连，现有真空管式太阳能热水器多采用一根管作为上下水管（上冷水和放热水均通过此管）。在我国中部地区的冬季，温度在零下10度以内的时间将近3个月，对于太阳能的上下水管必须做保温处理，一旦低温将上下水管内的水冻住，即使白天的温度在零上，也难融化开，导致无法使用热水。

为了解决这一问题，现有技术中给出了一些解决方案，如CN2017212526572公开的一种自防冻式太阳能热水器，设计了太阳能热水器冬季防冻装置，太阳能热水器冬季防冻装置包括上下水管、导水导气管和驱动装置，上下水管的一端延伸至蓄水箱内，另一端延伸至室内，导水导气管设置在蓄水箱内，导水导气管的一端与上下水管连通，导水导气管的另一端通过牵引绳与驱动装置连接，驱动装置带动导水导气管上升时，导水导气管与蓄水箱顶部的减压空气层连通，导水导气管内的水在重力作用下通过上下水管流出排净，起到防冻的作用，驱动装置带动导水导气管下降时，将蓄水箱内的热水导流至室内。

此专利中公开的结构所采用的排空法，使得上下水管中没有水因此防冻。

又如CN201920058087.6公开了一种具有水管防冻功能的储热式太阳能热水器，增加了连接弯管、控制阀、齿轮、电机、活塞杆、缸体和固定块。在实现管道防冻的过程中，在连接弯管和控制阀的相互配合使用下，连接弯管为双层管道，且在两层之间放置有防冻液，一定程度上保护了连接弯管不被冻损坏，且通过电机和活塞的配合使用，通过外接控制开关控制电机的正反转，实现出水管与进水管的连通与关闭，有利于热水使用后将控制阀底部的管道中的水排尽，起到了很好的防冻作用。

该专利为上、下水双管结构，防冻设计在下水管上，并未考虑上水管，显然是行不通的，且下水防冻的原理也是排空法。

又如CN200920043373.1太阳能热水器水箱及上下水管道水排空防冻装置，其亦是采用阀控制管道排空。同时我们接检索到了相关排空阀的设计方案。

排空虽然在技术上是可行的，但是在实际使用中确存在问题，如对于单根的上下水管，上水和下水均采用同根管路，上水至水箱满后，上水阀在室内，关闭上水阀则自然在上下水管内积水。在下水过程中，可以采用上述技术方案中的排空阀，然而，比如用厨房用热水，洗浴室用热水均是采用水龙头控制，关断水龙头是主动行为，此时排空阀如何运行。另外，如果我们对上述技术方案进行拓展延伸，在热水器处和家庭进水处均设置排空阀，则管道内的水白白浪费，且投入器件过多，使用成本也高。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，我们手续分析当前智能上水屋顶太阳能热水器存在的弊端，大致具有两点：一、上下水只用一根管路时，太阳能热水器都是放在楼顶部，用户楼层越低，则放水时就会有较多冷水先流出，既浪费水，又浪费时间，需要等待冷水放完；二、冬季室内的上下水管即使保温效果再好，长时间不用也会冻住，而室外加伴热带的方法需要一种供电，造成大量的电能浪费，并且室内管路多是装修时埋入墙中或地下，而上下水管穿墙进室内位于墙中的部分管路加伴热带则非常困难；三、排空方案如背景技术中的分析，其不但增加成本，实现上也存在一定的问题。为此，已经有很多用户舍弃了这种太阳能热水器。

经过分析研究，我们研发了一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统，具体技术方案如下：

一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统，包括控制组件，在储水箱内设置水位传感器，在室外的上水管上设置室外温度传感器，控制组件通过电线连接室外温度传感器和水位传感器；

在储水箱上设置进水口和出水口、排气口，进水口连接上水管，出水口连接下水管，在上水管位于室内的管路上设置上水控制阀，在用水处的下水管路上设置循环水控制阀和微型水泵，循环水控制阀通过循环水管连接上水管，且通过三通安装在位于上水控制阀上方的上水管上；

控制组件检测室外温度传感器发送的室外温度值，当值低于设定值时，上水控制阀常闭，循环水控制阀导通，微型水泵启动，水通过下水管、循环水管、上水管循环，循环一个设定时间后，微型水泵和循环水控制阀关闭。

进一步的，所述上水管位于上水控制阀下方的管路上设置上水手动阀，上水手动阀为常开状态。上水手动阀为备用阀，在上水电磁控制阀损坏时关闭，便于更换坏阀。

进一步的，所述下水管位于室内的部分设置下水手动阀，下水手动阀为常开状态。下水手动阀为备用阀，在下水管上其他控制阀损坏时关闭，便于更换坏阀。

更进一步的，所述下水手动阀下方的下水管上设置三通，其中循环水控制阀和微型水泵通过管路连接在三通的一路上，用水阀安装在三通的另一路管路上。

进一步的，所述储水箱内还设置有储水箱温度传感器和加热管，控制组件电连接储水箱温度传感器和加热管，根据储水箱温度传感器传送的温度值，当该温度值低于设定值时，加热管供电加热，加热到设定值时加热管去电停止加热。

进一步的，当主动用水时，按下控制组件上的用水开关键，控制组件首先控制循环水控制阀导通，微型水泵启动，水通过下水管、循环水管、上水管循环，循环一个设定时间后，微型水泵和循环水控制阀关闭，用水阀打开供热水。

进一步的，当水位传感器传输至控制组件的水位值达到低位设定值时，控制组件控制微型水泵和循环水控制阀关闭，上水控制阀打开上水，当储水箱内的水位达到高位设定值时，上水控制阀关闭停止上水。

进一步的，所述上水管和下水管上包覆保温材料。

进一步的，所述下水管路上设置室内温度传感器，当值低于设定值时，上水控制阀常闭，循环水控制阀导通，微型水泵启动，水通过下水管、循环水管、上水管循环，循环一个设定时间后，微型水泵和循环水控制阀关闭，从而在用水时直接输出温水或热水。

本发明的有益技术效果是：

1、以微型水泵、循环水控制阀、循环水管和室外传感器对现有太阳能热水器进行改造，以测温控制，利用水循环解决现有上下水管的防冻难题；

2、微型水泵耗能低，以控制组件自动控制，使用和改造成本低；

3、增加的结构，配合控制方法，不但能防冻，还能用于解决主动用水时放出大量冷水才能出热水的问题，节约了用水。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明实施例1的结构示意图；

图中：1、控制器，2、上水管，3、上水控制阀，4、室外温度传感器，5、储水箱，6、水位传感器，7、下水管，8、上水手动阀，9、下水手动阀，10、微型水泵，11、循环水控制阀，12、用水阀，13、循环水管。

具体实施方式

实施例

如图1所示的一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统在浴室中的应用，控制器1设置在室内，真空管式太阳能热水器安装在屋顶上，太阳能热水器的储水箱5上设置进水口和出水口、排气口，进水口连接上水管2，出水口连接下水管7，在储水箱5内设置水位传感器6，在室外的上水管2上设置室外温度传感器4，控制组件1通过电线连接室外温度传感器4和水位传感器6；在上水管2位于室内的管路上设置上水控制阀3，上水管2位于上水控制阀3下方的管路上设置上水手动阀8，上水手动阀8（手拧的管阀）为常开状态。

下水管7位于室内的部分设置下水手动阀9，下水手动阀9为常开状态。下水手动阀9下方的下水管上设置三通，其中循环水控制阀11和微型水泵10通过管路连接在三通的一路上，用水阀12安装在三通的另一路管路上。

循环水控制阀11通过循环水管13连接上水管2，且通过三通安装在位于上水控制阀3上方的上水管上。

控制器1检测室外温度传感器4发送的室外温度值，当值等于2℃时，上水控制阀3常闭，循环水控制阀11导通，微型水泵10启动，水通过下水管7、循环水管13、上水管2循环，循环3分钟后，微型水泵10和循环水控制阀11关闭。

当水位传感器6传输至控制器1的水位值达到低位设定值时，控制器1控制微型水泵10和循环水控制阀11关闭，上水控制阀3打开上水，当储水箱5内的水位达到高位设定值时，上水控制阀3关闭停止上水。

当主动用水时，按下控制器1上的用水开关键，控制器1首先控制循环水控制阀11导通，微型水泵10启动，水通过下水管7、循环水管13、上水管2循环，循环30秒后（循环一周即可，时间可调），微型水泵10和循环水控制阀11关闭，用水阀12打开供热水。

当不洗澡时，设置在室外温度最低处的温度传感器检测管内水温温度等于2℃，控制器1启动微型水泵10，打开循环水控制阀11（电磁阀），上水控制阀3（电磁阀）关闭状态，水开始在上水管和下水管中循环，循环3分钟（以上下水管中的循环成热水为准），微型水泵10、循环水控制阀11关停。当室外温度传感器4再次检测管内水温温度等于2℃时，控制器1控制启动微型水泵等再次循环，管内始终保持水温2℃以上，注：上水控制阀3如果不是上水始终处于关闭状态。

准备洗澡时，按下控制器1上的用水开关键，打开循环水控制阀11、启动微型水泵10，循环3分钟后自动关停。此时打开用水的热水阀立即就会出热水，水温与此时太阳能储水桶内的温度同步，打开冷水阀进行调节即可洗澡。当洗完澡，如水位降到自动上水设定位置时，启动自动上水程序；如果没有到探头自动上水位置，也可以手动按控制器1的上水键强制立即上水。

这种无冷水（防冻）屋顶太阳能热水器双循环控制方法实现了在使用屋顶太阳能热水器时，冬季最低温室外管不上冻，四季洗澡立即出热水的功能。微型水泵只有10瓦功率，100小时1度电，因为冬季最低温低于2℃以下才需要循环，每次循环三分钟，整个冬季不要一度电。其他季节（温度高于2℃），只有用水时循环三分钟，循环2000次才1度电，所以耗电所带来的使用成本可以忽略不计。

实施例

与实施例1相比，本例在下水管路上设置室内温度传感器，当值低于设定值时，上水控制阀常闭，循环水控制阀导通，微型水泵启动，水通过下水管、循环水管、上水管循环，循环一个设定时间后，微型水泵和循环水控制阀关闭，从而在用水时直接输出温水或热水。

上述设定值可以根据实际需要，如设定20度，这样，当管道温度低于20度就开始循环，我们在冬季洗碗洗菜时，就能直接出温水，直至太阳能内热水下来，不需要放一盆冷水后才出温、热水。不但节约了水资源，也实现了开阀即热的使用方式，给用户带来极好的体验感。

实施例

对于外界环境温度更冷的地方，则需要进一步的设计保温，在上水管和下水管上包覆保温材料，并且，在储水箱内设置储水箱温度传感器和加热管，控制组件电连接储水箱温度传感器和加热管，根据储水箱温度传感器传送的温度值，当该温度值低于设定值（设定20℃）时，控制组件给加热管供电进行加热，加热到设定值（设定40℃）时加热管去电停止加热。

当外部环境温度过低时，可能会导致管内水降温过快，夜间循环次数过多会导致储水箱内的水温降低过多，此时，在实施例1的基础上，在储水箱1内增设储水箱温度传感器和加热管，强制对储水箱内的水进行加热。

此实施例所用的环境较为严苛，大部分情况下这种不会发生，但也存在这种使用环境，本实施例可用于解决这种环境带来的问题，相应的增加成本也并不多。

上述实施例是对本发明技术方案的解释和说明，并不能看成是对本发明技术方案的限定，在本发明基础上的简单变形或结合现有技术的修改，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：包括控制组件，在储水箱内设置水位传感器，在室外的上水管上设置室外温度传感器，控制组件通过电线连接室外温度传感器和水位传感器；在储水箱上设置进水口和出水口、排气口，进水口连接上水管，出水口连接下水管，在上水管位于室内的管路上设置上水控制阀，在用水处的下水管路上设置循环水控制阀和微型水泵，循环水控制阀通过循环水管连接上水管，且通过三通安装在位于上水控制阀上方的上水管上；控制组件检测室外温度传感器发送的室外温度值，当值低于设定值时，上水控制阀常闭，循环水控制阀导通，微型水泵启动，水通过下水管、循环水管、上水管循环，循环一个设定时间后，微型水泵和循环水控制阀关闭。

2.根据权利要求1所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：所述上水管位于上水控制阀下方的管路上设置上水手动阀，上水手动阀为常开状态。

3.根据权利要求1所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：所述下水管位于室内的部分设置下水手动阀，下水手动阀为常开状态。

4.根据权利要求3所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：所述下水手动阀下方的下水管上设置三通，其中循环水控制阀和微型水泵通过管路连接在三通的一路上，用水阀安装在三通的另一路管路上。

5.根据权利要求1所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：所述储水箱内还设置有储水箱温度传感器和加热管，控制组件电连接储水箱温度传感器和加热管，根据储水箱温度传感器传送的温度值，当该温度值低于设定值时，加热管供电加热，加热到设定值时加热管去电停止加热。

6.根据权利要求1所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：当主动用水时，按下控制组件上的用水开关键，控制组件首先控制循环水控制阀导通，微型水泵启动，水通过下水管、循环水管、上水管循环，循环一个设定时间后，微型水泵和循环水控制阀关闭，用水阀打开供热水。

7.根据权利要求1所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：当水位传感器传输至控制组件的水位值达到低位设定值时，控制组件控制微型水泵和循环水控制阀关闭，上水控制阀打开上水，当储水箱内的水位达到高位设定值时，上水控制阀关闭停止上水。

8.根据权利要求1所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：所述上水管和下水管上包覆保温材料。

9.根据权利要求1所述的真空管式太阳能热水器外管防冻系统，其特征在于：所述下水管路上设置室内温度传感器，当值低于设定值时，上水控制阀常闭，循环水控制阀导通，微型水泵启动，水通过下水管、循环水管、上水管循环，循环一个设定时间后，微型水泵和循环水控制阀关闭，从而在用水时直接输出温水或热水。