太阳能热水器热交换循环控制方法、系统及太阳能热水器 【技术领域】
本发明涉及太阳能热水器技术领域，尤其涉及一种太阳能热水器热交换循环控制方法、一种太阳能热水器热交换循环控制系统及一种太阳能热水器。
背景技术
随着人民生活水平的提高，热水器在日常生活中的应用越来越广泛。
现有的热水器按照能量来源分为燃气、燃煤、燃油热水器，以及电热水器等几大类。上述燃气、燃煤、燃油热水器消耗的均是不可再生能源，还造成环境的污染；同时，在能源价格持续高涨的今天，上述燃气、燃煤、燃油热水器的使用费用很高，给用户带来了较大的经济负担。由于用电量大，电价也有持续增长的趋势，上述电热水器的广泛应用也存在不小的障碍。
在此背景下，太阳能热水器以其能源清洁环保、使用费用较低、使用简单方便等优势得到广泛的应用，这将对我国国民经济和环保事业带来重大影响。
请参看图1，图1为现有技术中一种典型的太阳能热水器的结构示意图。
如图1所示，该太阳能热水器包括集热器11和加热水箱12。
集热器11能够吸收太阳辐射能量，并将吸收的太阳辐射能量转化为集热器11的内能，集热器11内部设有可供介质液体流动的管路，集热器11设有进液口11-1和出液口11-2；介质液体可以从进液口11-1经过集热器11内的管路流至出液口11-2。介质液体在集热器11内的管路内流动时，介质液体与集热器11进行热交换，集热器11吸收的太阳辐射能量转化为介质液体的内能。
加热水箱12内设置有介质水箱13，介质水箱13内用于容纳进行热交换的介质流体，介质水箱13上设有介质入口13-1和介质出口13-2，介质入口13-1与集热器11的出液口11-2连通，介质出口13-2与集热器11的进液口11-1连通。
加热水箱12上设置有热水出口12-1和冷水入口12-2，可以通过冷水入口12-2向加热水箱12内补充冷水，热水出口12-1通过管路与终端用水口连接。
介质水箱13内的介质流体进入集热器11内，介质流体在集热器11内的管路内流动，集热器11吸收太阳辐射能量，介质流体与集热器11进行热交换，被加热的介质流体通过流回介质水箱13内，介质流体将通过介质水箱13与加热水箱12内的水进行热交换，介质流体的内能不断传递给加热水箱12内的用水，使得加热水箱12内的用水温度不断升高，从而实现对加热水箱12内用水的加热。
为了使得集热器11内的介质流体与介质水箱13内的介质流体之间进行正常的热交换循环，在集热器11与介质水箱13之间的管路上设置有循环泵14，循环泵14可以将介质水箱13内的温度较低的介质流体泵送到集热器11内，集热器11内的温度较高的介质流体进入介质水箱13内与温度较低的介质流体混合。
如果循环泵14一直工作，介质流体一直处于流动状态，介质流体不能有足够的时间吸收集热器11的热量，介质流体与集热器11的热交换效果不好；在不断进行热交换循环过程中，将有大量的热量通过管路散发掉，造成能量损失。同时，循环泵14一直工作，将会消耗较多的电能，使用成本较高。
为了解决上述技术问题，一般会在集热器11和加热水箱12内分别安装一个温度传感器，温度传感器分别集热器11内的介质流体的温度和加热水箱12内的水的温度，当介质流体的温度与水的温度之间的差值大于预设值时，启动循环泵14进行一次热交换循环，即将集热器11内的温度较高的介质流体与介质水箱13内的温度较低的介质流体进行一次热交换循环。这样，只有集热器11内的介质流体的温度与加热水箱12内的水的温度之间的差值大于预设值时，循环泵14才工作一次，将集热器11内的温度较高的介质流体与介质水箱13内的温度较低地介质流体才进行一次热交换循环，集热器11内的介质流体可以充分吸收集热器11的热量，介质流体在管路上的热损失较小，循环泵也能节省电能。
但是，这种方式中，与集热器11内的介质流体和加热水箱12内的水的温差进行比较的预设值为一个固定值。在中午时间段，太阳辐射强度较大，集热器11内的介质流体温度升高较快，集热器11内的介质流体与加热水箱12内的水的温差很容易达到预设值，集热器11内的温度较高的介质流体与介质水箱13内的温度较低的介质流体能够正常进行热交换循环。但是，在下午三、四点以后，太阳辐射强度减弱，集热器11内的介质流体的温度升高较慢，且介质流体的温度不会太高，集热器11内介质流体与加热水箱12的水的温差较小，往往该温差达不到预设值，就会造成集热器11内的介质流体无法与介质水箱13内温度较低的介质流体进行热交换循环，进而导致集热器11内的热量浪费掉，使得整个太阳能热水器能够利用太阳辐射能量加热用水的时间受到了限制。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种太阳能热水器热交换循环控制方法，在集热器内的介质流体在与加热水箱内的水的温差较小的情况下，通过该方法可以使得集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种太阳能热水器热交换循环控制方法，包括以下步骤：
11)启动第一次热交换循环；
12)分别检测集热器内的介质流体的温度和加热水箱内的水的温度；
13)比较所检测到集热器内的介质流体的温度和所检测到的加热水箱内的水的温度，得出二者之间的温度差；
14)根据所述温度差，确定进行下一次进行热交换循环的间隔时间；
15)在所述间隔时间后，进行热交换循环，并返回步骤12)；
16)结束热交换循环。
优选的，所述结束热交换循环，具体为，在预设结束工作时间点，结束热交换循环。
优选的，所述结束热交换循环，具体为，集热器内的介质流体的温度低于加热水箱内的水的温度时，结束热交换循环。
一种太阳能热水器热交换循环控制系统，包括：
第一温度传感器，用于检测集热器内的介质流体的温度，并发出介质流体温度信号；
第二温度传感器，用于检测加热水箱内的水的温度，并发出水温信号；
循环泵，用于驱动集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环。
控制器，用于控制启动所述循环泵进行第一次工作；用于接收所述第一温度传感器发出的介质流体温度信号、所述第二温度传感器发出的水温信号，并比较所检测到集热器内的介质流体的温度和所检测到的加热水箱内的水的温度，得出二者之间的温度差，根据所述温度差，确定进行下一次进行热交换循环的间隔时间；在所述间隔时间后，启动循环泵进行下一次工作。
优选的，所述控制器还用于，在预设结束工作时间点，关闭所述循环泵。
优选的，所述第一温度传感器设置在集热器的出液口处。
优选的，所述第一温度传感器设置在介质水箱的介质入口处。
优选的，所述第二温度传感器设置在加热水箱内。
优选的，所述循环泵设置在介质水箱的介质出口与集热器的进液口之间的管路上。
一种太阳能热水器，其特征在于，在于该太阳能热水器具有上述的太阳能热水器热交换循环控制系统。
本发明提供的太阳能热水器热交换循环控制方法，预先设定太阳能热水器的开始工作时间点和结束工作时间点，在预设开始工作时间点启动第一次热交换循环；分别检测集热器内的介质流体的温度和加热水箱内的水的温度，比较这两个温度，得出二者之间的温度差，根据所述温度差确定进行下一次热交换循环的间隔时间，在该间隔时间后进行热交换循环。上述方法中，由集热器内的介质流体的温度与加热水箱内的水的温度的差值确定下次进行热交换循环的间隔时间，若所得的温度差较小，则下一次进行热交换循环的间隔时间较长，若所得的温度差较大，则下一次进行热交换循环的间隔时间较短。这样既保证集热器内的介质流体与集热器进行充分热交换，又能保证在集热器内的介质流体与加热水箱内的水的温差较小的情况下，集热器内的介质流体能与介质水箱内的介质流体正常进行热交换循环，使得集热器内的热量不会浪费，使得这个太阳能热水器能够利用太阳辐射能量加热用水的时间不受限制。
本发明还提供了一种太阳能热水器热交换循环控制系统，该太阳能热交换循环控制系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、循环泵和控制器。其中，第一温度传感器，用于检测集热器内的介质流体的温度；第二温度传感器，用于检测加热水箱内的水的温度；循环泵，用于驱动集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环；控制器按照上述的太阳能热水器热交换循环控制方法进行控制。由于控制器采用上述太阳能热水器热交换循环控制方法进行控制，该太阳能热水器热交换循环控制系统也应具有上述太阳能热水器热交换循环控制方法所具有的技术效果。
本发明还提供了一种太阳能热水器，该太阳能热水器具有上述太阳能热水器热交换循环控制系统。由于上述太阳能热水器热交换循环控制系统具有上述技术效果，而具有该太阳能热水器热交换循环控制系统的太阳能热水器也应具有相应的技术效果。
【附图说明】
图1为现有技术中一种典型的太阳能热水器的结构示意图；
图2为本发明所提供的太阳能热水器热交换循环控制方法的流程示意图；
图3为本发明所提供的太阳能热水器热交换循环控制系统的框架图；
其中：图1-图3中：
集热器11、进液口11-1、出液口11-2、加热水箱12、热水出口12-1、冷水入口12-2、介质水箱13、介质入口13-1、介质出口13-2、循环泵14。
【具体实施方式】
本发明的核心是提供一种太阳能热水器热交换循环控制方法，在集热器内的介质流体在与加热水箱内的水的温差较小的情况下，通过该方法可以使得集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环。本发明的另一核心是提供一种太阳能热水器热交换循环控制系统。
下面结合附图对本发明的内容进行描述，以下的描述仅是示范性和解释性的，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。
请参看图2，图2为本发明所提供的太阳能热水器热交换循环控制方法的流程示意图。
如图2所示，本发明提供的太阳能热水器热交换循环控制方法包括以下步骤：
步骤101，启动第一次热交换循环。预先设定太阳能热水器的开始工作时间点和结束工作时间点，在不同的地区，太阳辐射强度不一样，日照时间长度也不一样，可根据用户所在地区设定太阳能热水器的开始工作时间点和结束工作时间点。在一种具体的实施方式中，可以设置太阳能热水器的开始工作时间点为早上七点整、太阳能热水器的结束工作时间点为晚上十八点整。在预先设定的太阳能热水器的开始工作时间点，启动循环泵，循环泵将介质水箱内的介质流体泵送至集热器内，介质水箱内的介质流体与集热器内的介质流体进行第一次热交换循环。
步骤102，分别检测集热器内的介质流体的温度和加热水箱内的水的温度。采用温度传感器同时分别检测集热器内的介质流体的温度和加热水箱内的水的温度。
步骤103，比较所检测到集热器内的介质流体的温度和所检测到的加热水箱内的水的温度，得出二者之间的温度差。将所测得的集热器内的介质流体的温度与所测得的加热水箱内的水的温度进行比较，得出所测得的集热器内的介质流体的温度与所测得的加热水箱内的水的温度的差值。
步骤104，根据所述温度差，确定进行下一次进行热交换循环的间隔时间。根据集热器内的介质流体的温度与加热水箱内的水的温度的差值的大小的范围，设置下一次进行热交换循环的间隔时间，例如：设集热器内的介质流体的温度与加热水箱内的水的温度的差值为ΔT，若ΔT≥8℃，则设定下一次进行热交换循环的间隔时间为8分钟；若4℃≤ΔT＜8℃，则设定下一次进行热交换循环的间隔时间为10分钟；若1℃≤ΔT＜4℃，则设定下一次进行热交换循环的间隔时间为20分钟；若-1℃≤ΔT＜1℃，则设定下一次进行热交换循环的间隔时间为60分钟；若ΔT＜-1℃，则设定下一次进行热交换循环的间隔时间为120分钟。
步骤105，在所述间隔时间后，进行热交换循环，并返回步骤102。在经过步骤104中所确定的间隔时间后，启动循环泵，循环泵将介质水箱内的温度较低的介质流体泵送至集热器内，集热器内温度较高的介质流体进入介质水箱内，介质水箱内的介质流体与集热器内的介质流体进行热交换循环，介质水箱内的介质流体与集热器内的介质流体之间的热交换循环完毕后，循环泵停止工作，同时进入步骤102，分别检测集热器内的介质流体的温度和加热水箱内的水的温度。
步骤106，结束热交换循环。重复进行步骤102、步骤103、步骤104和步骤105，在一种具体的实施方式中，到预设结束工作时间点时，关掉循环泵，集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体不再做热交换循环。
在另一种具体的实施方式中，当集热器内的介质流体的温度低于加热水箱内的水的温度时，关掉循环泵，集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体不再做热交换循环。
本发明提供的太阳能热水器热交换循环控制方法，预先设定太阳能热水器的开始工作时间点和结束工作时间点，在预设开始工作时间点启动第一次热交换循环；分别检测集热器内的介质流体的温度和加热水箱内的水的温度，比较这两个温度，得出二者之间的温度差，根据所述温度差确定进行下一次热交换循环的间隔时间，在该间隔时间后进行热交换循环。上述方法中，由集热器内的介质流体的温度与加热水箱内的水的温度的差值确定下次进行热交换循环的间隔时间，若所得的温度差较小，则下一次进行热交换循环的间隔时间较长，若所得的温度差较大，则下一次进行热交换循环的间隔时间较短。这样既保证集热器内的介质流体与集热器进行充分热交换，又能保证在集热器内的介质流体与加热水箱内的水的温差较小的情况下，集热器内的介质流体能与介质水箱内的介质流体正常进行热交换循环，使得集热器内的热量不会浪费，使得这个太阳能热水器能够利用太阳辐射能量加热用水的时间不受限制。
本发明还提供了一种太阳能热水器热交换循环控制系统，以下实施例将对其进行详细介绍。
请参看图3，图3为本发明所提供的太阳能热水器热交换循环控制系统的框架图。
如图3所示，本发明提供的太阳热水器热交换循环控制系统包括第一温度传感器、第二温度传感器、循环泵、控制器。
用于检测集热器内的介质流体的温度，并发出介质流体温度信号。在一种具体的实施方式中，将第一温度传感器设置集热器的出液口处，循环泵工作时，集热器内的介质流体便会被泵送到介质水箱内，此时，集热器内的介质流体总会流经第一温度传感器，第一温度传感器将会检测到集热器内的介质流体的温度，第一温度传感器将所检测到的介质流体温度信号发送至控制器。
第一温度传感器的位置还可以设置在介质水箱的介质入口处，也可以设置在集热器内部。
第二温度传感器，用于检测加热水箱内的水的温度，并发出水温信号。第二温度传感器设置在加热水箱内的水面下，第二温度传感器可随时检测加热水箱内的水的温度，第二温度传感器将所检测到水温信号发送至控制器。
循环泵，用于驱动集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环。在集热器与介质水箱之间的管路上设置有循环泵，优选方案中，循环泵可设置在介质水箱的介质出口与集热器的进液口之间的管路上。循环泵可将介质水箱内的介质流体泵送至集热器内，同时驱动集热器内的介质流体进入介质水箱内，使得集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环，循环泵工作一次，集热器内的介质流体与介质水箱内的介质流体进行一次热交换循环。循环泵每次的工作时间可以预先设定
控制器，用于控制启动所述循环泵进行第一次工作；用于接收所述第一温度传感器发出的介质流体温度信号、所述第二温度传感器发出的水温信号，并比较所检测到集热器内的介质流体的温度和所检测到的加热水箱内的水的温度，得出二者之间的温度差，根据所述温度差，确定进行下一次进行热交换循环的间隔时间；在所述间隔时间后，启动循环泵进行下一次工作。
以下介绍本发明提供的太阳能热水器热交换循环控制系统的工作原理。
预先设定太阳能热水器的开始工作时间点和结束工作时间点，在开始工作时间点，控制器控制启动循环泵进行第一次工作，循环泵将驱动集热器的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环，此时，第一温度传感器将检测到集热器内的介质流体的温度，并向控制器发送介质流体的温度信号；加热水箱内的第二温度传感器也将检测水箱内的水的温度，并向控制器发送水温信号；控制器分别接收所检测到的介质流体的温度信号和所检测到的水温信号；控制器比较介质流体的温度与水的温度，得出二者之间的差值，并根据二者之间的差值，确定循环泵下一次进行工作的间隔时间；经过所确定的间隔时间，控制器启动循环泵进行第二次工作，循环泵将驱动集热器的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环，此时，第一温度传感器将会再一次检测到集热器内的介质流体的温度，并向控制器发送介质流体温度信号，控制器接收该介质流体温度信号，并同时接收第二温度传感器再一次发送的水温信号，控制器比较再一次检测到的介质流体的温度与再一次检测到的水的温度，得出二者之间的差值，并根据二者之间的差值，确定循环泵下一次进行工作的间隔时间，如此反复循环，控制器根据集热器内的介质流体的温度与加热水箱内的水的温度的差值，确定启动循环泵下一次进行工作的时间，即确定下一次集热器的介质流体与介质水箱内的介质流体进行热交换循环的间隔时间。当到结束工作时间点时，控制器控制关闭循环泵，集热器的内的介质流体与介质水箱内的介质流体之间不再进行热交换循环。
本发明还提供了一种太阳能热水器，该太阳能热水器具有上述太阳能热水器热交换循环控制系统。由于上述太阳能热水器热交换循环控制系统具有上述技术效果，而具有该太阳能热水器热交换循环控制系统的太阳能热水器也应具有相应的技术效果，在此不再做详细介绍。
以上所述仅是本发明的优选实施方式的描述，应当指出，由于文字表达的有限性，而在客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。