一种太阳能制热水装置及其工作方法.pdf

本发明涉及太阳能热水器领域，是一种太阳能制热水装置及其工作方法，以解决现有太阳能热水器产品在使用中存在的制热效率低、管路冻堵、汽胀炸管漏水等问题。该装置设有与室内水箱进水口相连的上水管路，上水管路上装有上水控制阀；上水管路与循环上水管路相连，循环上水管路上装有循环管路控制阀和循环水泵；室内水箱的下水管路连接口连至循环下水管路，循环下水管路上装有止回阀，热水出水管路上装有传感器，实现分体式太阳能制热水装置中的室内水箱低温水与太阳能集热器吸收太阳光能产生的高温水进行循环换热时，室内水箱无压力和使用热水时室内水箱带压力的两种状态自动转换及循环换热后循环管路中的水排空流入室内水箱中。

1、  一种太阳能制热水装置，其特征在于：该装置设有与室内水箱的进水口相连的上水管路(3)，在上水管路(3)上装有上水控制阀(4)；室内水箱的进水口通过上水管路(3)连有循环上水管路(6)，在循环上水管路(6)上装有循环管路控制阀(7)，在循环上水管路(6)上装有循环水泵(8)；室内水箱设有下水管路连接口，室内水箱的下水管路连接口通过管路连至循环下水管路(13)；或者，室内水箱的出水口通过管路连至循环下水管路(13)；在循环下水管路(13)上装有止回阀(14)；在室内水箱上端装有止水呼吸阀(2)；在室内水箱内装有水箱温度传感器(27)；在与室内水箱的出水口相连的热水出水管路上装有传感器(10)，或者在室内水箱的水的使用处装有控制开关(9)。

2、  按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于：在循环下水管路(13)的上端；或者，在循环上水管路(6)的上端；或者，在集热器水箱上端装有呼吸器(21)。

3、  按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于：在循环水泵(8)进水口端的循环上水管路(6)和上水管路(3)之间连有排空管路(15)，在排空管路(15)上装有排空管路止回阀(16)。

4、  按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于：在循环上水管路(6)与循环下水管路(13)之间连有下水积水排放管路(41)；在下水积水排放管路(41)上装有逆止阀(42)，在循环上水管路(6)上连有积水排放管路(17)，积水排放管路(17)与下水积水排放管路(41)相通，在积水排放管路(17)上装有积水管路控制阀(18)，在积水排放管路(17)上装有故障报警器(19)。

5、  按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于：在循环上水管路(6)与热水出水管路(32)之间连有出水管路(49)；在出水管路(49)上装有管路止回阀(48)；在热水出水管路(32)上装有热水管路止回阀(47)。

6、  按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于：在室内水箱的下水管路连接口(45)与热水出水管路(32)相连接的管路上装有常闭手动阀(26)；在跨过上水控制阀(4)与上水管路(3)连接的上水旁通管路上装有手动上水阀(5)。

7、  按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于：该装置设有集热器(12)，集热器(12)上端有集热器水箱(20)，在集热器水箱(20)两侧上端分别装有插入式进水管口(22)和插入式出水管口(23)，它们分别与循环上水管路(6)和循环下水管路(13)相连；在装有插入式进水管口(22)和插入式出水管口(23)的集热器水箱(20)下面装有真空集热管(25)，真空集热管(25)里面装有金属换热管(33)，金属换热管(33)上有喇叭口密封管头(36)，喇叭口密封管头(36)的一端为换热管管口(38)、喇叭口密封管头(36)的另一端连有底部封堵的换热管体(37)，金属换热管(33)在喇叭口密封管头(36)的位置通过密封环(39)与水箱连接口(40)相连。

8、  按照权利要求1所述的太阳能制热水装置，其特征在于：控制开关(9)与该装置的智能控制仪(28)通过控制线相连或者通过无线遥控信号形式相连。

9、  一种太阳能制热水装置的工作方法，其特征在于：该装置通过各种控制阀控制，实现太阳能制热水装置中，在室内水箱里的低温水与太阳能集热器吸收太阳光能产生的高温水通过循环管路进行循环换热，以及循环换热后循环管路中的水依靠自然落差排空流入室内水箱的过程中室内水箱无压力状态，使用热水时室内水箱带压力状态，两种压力状态自动转换。

10、  按照权利要求9所述的太阳能制热水装置的工作方法，其特征在于：该装置中在系统非换热循环状态和非使用热水状态时，室内水箱分别通过各种控制阀切断与带压的上水管路和上次换热循环后已被排空的循环上水管路、循环下水管路的连通，所以在系统循环换热及循环换热管路排空时：只需由控制系统指挥自动开启系统控制阀中的循环管路控制阀，上水管路上关闭的上水控制阀切断上水管路，上水管路中的带压水或带压自来水无法进入室内水箱；室内水箱在此循环换热及换热管路排空过程中处于常压状态；或者，在热水使用时：也只需由控制系统指挥自动开启上水控制阀，循环上水管路上关闭的循环管路控制阀切断循环上水管路；循环下水管路上止回阀切断循环下水管路被逆止的管路段，带压水或带压自来水只能通过上水管路进入室内水箱，而不能进入循环上水管路和循环下水管路；此过程中室内水箱处于承压状态。

一种太阳能制热水装置及其工作方法
技术领域
本发明涉及太阳能热水器领域，具体是一种分体式太阳能制热水装置及其工作方法。
背景技术
目前，人们在生活中使用的太阳能热水器，主要有整体机安装式、集中式和分体式等。其原理都是通过太阳能集热器吸收太阳光能，利用水的热交换循环或导热介质间接换热形式将储水箱内的低温水加热供人们生活使用。但由于住宅楼的建筑结构及各种热水器自身结构问题，在使用中都存在一定的实际问题。例如，整体机式：由于它的型号和规格不统一，造成在住宅楼顶摆放凌乱，影响市容，又在不同程度上破坏楼顶的防水层面，对于建筑物的安全、防雷、抗震性都存在一定的隐患。整体机太阳能热水器热水输出管线长，使用时需放掉大量冷水，造成水资源、热能的浪费；另外置于室外的储热水箱在冬季夜晚热损量大。以往分体式太阳能制热水装置，无论是承压式还是非承压式，是水直接换热还是介质导热，在热交换过程中换热循环管路的热能损失非常大，造成太阳能制热水装置制热效率低，尤其在冬季环境温度较低的情况下制热效率会更低；在冬季，汽馏、冻堵产生汽胀爆管，防冻伴热带使用不当和质量问题易燃烧起火。
发明内容
针对上述情况，本发明提供一种新型的分体式太阳能制热水装置及其工作方法，以解决现有整体机安装式、集中式和分体式等太阳能热水器产品在使用中存在的制热效率低、管路冻堵、汽胀炸管漏水等问题。
本发明的技术方案是：
一种太阳能制热水装置，该装置设有与室内水箱的进水口相连的上水管路，在上水管路上装有上水控制阀；室内水箱的进水口通过上水管路连有循环上水管路，在循环上水管路上装有循环管路控制阀，在循环上水管路上装有循环水泵；室内水箱设有下水管路连接口，室内水箱的下水管路连接口通过管路连至循环下水管路；或者，室内水箱的出水口通过管路连至循环下水管路；在循环下水管路上装有止回阀；在室内水箱上端装有止水呼吸阀；在室内水箱内装有水箱温度传感器；在与室内水箱的出水口相连的热水出水管路上装有传感器，或者在室内水箱的水的使用处装有控制开关。
所述的太阳能制热水装置，在循环下水管路的上端；或者，在循环上水管路的上端；或者，在集热器水箱上端装有呼吸器。
所述的太阳能制热水装置，在循环水泵进水口端的循环上水管路和上水管路之间连有排空管路，在排空管路上装有排空管路止回阀。
所述的太阳能制热水装置，在循环上水管路与循环下水管路之间连有下水积水排放管路；在下水积水排放管路上装有逆止阀，在循环上水管路上连有积水排放管路，积水排放管路与下水积水排放管路相通，在积水排放管路上装有积水管路控制阀，在积水排放管路上装有故障报警器。
所述的太阳能制热水装置，在循环上水管路与热水出水管路之间连有出水管路；在出水管路上装有管路止回阀；在热水出水管路上装有热水管路止回阀。
所述的太阳能制热水装置，在室内水箱的下水管路连接口与热水出水管路相连接的管路上装有常闭手动阀；在跨过上水控制阀与上水管路连接的上水旁通管路上装有手动上水阀。
所述的太阳能制热水装置，该装置设有集热器，集热器上端有集热器水箱，在集热器水箱两侧上端分别装有插入式进水管口和插入式出水管口，它们分别与循环上水管路和循环下水管路相连；在装有插入式进水管口和插入式出水管口的集热器水箱下面装有真空集热管，真空集热管里面装有金属换热管，金属换热管上有喇叭口密封管头，喇叭口密封管头的一端为换热管管口、喇叭口密封管头的另一端连有底部封堵的换热管体，金属换热管在喇叭口密封管头的位置通过密封环与水箱连接口相连。
所述的太阳能制热水装置，控制开关与该装置的智能控制仪通过控制线相连或者通过无线遥控信号形式相连。
一种太阳能制热水装置的工作方法，该装置通过各种控制阀控制，实现太阳能制热水装置中，在室内水箱里的低温水与太阳能集热器吸收太阳光能产生的高温水通过循环管路进行循环换热，以及循环换热后循环管路中的水依靠自然落差排空流入室内水箱的过程中室内水箱无压力状态，使用热水时室内水箱带压力状态，两种压力状态自动转换。
所述的太阳能制热水装置的工作方法，该装置中在系统非换热循环状态和非使用热水状态时，室内水箱分别通过各种控制阀切断与带压的上水管路和上次换热循环后已被排空的循环上水管路、循环下水管路的连通，所以在系统循环换热及循环换热管路排空时：只需由控制系统指挥自动开启系统空制阀中的循环管路控制阀，上水管路上关闭的上水控制阀切断上水管路，上水管路中的带压水或带压自来水无法进入室内水箱；室内水箱在此循环换热及换热管路排空过程中处于常压状态；或者，在热水使用时：也只需由控制系统指挥自动开启上水控制阀，循环上水管路上关闭的循环管路控制阀切断循环上水管路；循环下水管路上止回阀切断循环下水管路被逆止的管路段，带压水或带压自来水只能通过上水管路进入室内水箱，而不能进入循环上水管路和循环下水管路；此过程中室内水箱处于承压状态。
本发明的有益效果是：
1、本发明是由太阳能集热器、承压室内水箱、换热循环管路、循环水泵和各种控制、传感部件以及智能控制系统组成的新型分体式太阳能制热水装置，可以使每户太阳能集热器在建筑上实现统一集中布置，解决了现有产品在使用中存在的摆放凌乱、影响市容、破坏楼顶的防水层面等一系列问题，实现太阳能与建筑一体化。
2、本发明换热循环及循环管路排空时，室内水箱及循环系统处于常压循环状态；热水使用时，室内水箱处于承压状态。由于采用了系统循环换热时室内水箱无压力和使用热水时室内水箱带压力两种状态自动转换的设计，使循环换热后循环管路中的水靠自然落差流入室内水箱，让换热循环管路得以排空；在使用热水时，带压水(自来水)经上水管路注入室内水箱，将室内水箱中的热水通过出水口经热水出水管路顶出混水阀，让用户在使用热水时，就象使用承压贮水式电热水器一样方便、舒适、安全。
3、本发明由于采用了循环管路排空设计，解决了以往分体式太阳能制热水装置在采用水直接循环换热形式时，换热后的循环管路中水变冷的热能损耗和采用换热介质间接换热形式时，在换热过程中的热能损耗问题，大大提高了太阳能制热水效率。
4、本发明因为采用了循环管路排空设计，循环管路在系统换热时，热能损耗非常少，循环管路可以适度加长，使贮水箱可以相对的远离太阳能集热器而放置于室内，解决了以往太阳能热水器贮水箱离用水点远，在使用热水时，需放掉大量凉水的问题。
5、本发明(图3、图4、图5)中因为多增加了排空管路设计，使循环下水管路和循环上水管路中的水接近同等的速度流进室内水箱，使室内水箱的常压状态与承压状态切换过程中产生的膨胀水存放在循环下水管路和循环上水管路中，在热水使用时得到更加方便、快捷的排放；同时排空管路的设计也提高了循环管路排空速度，减少了本发明系统中需延时开启、关闭的控制阀延时时间，即节能又不能因为循环换热和循环管路排空时间过长影响热水的正常使用。
6、本发明因为采用了循环管路排空设计，循环换热后循环管路中无存水，故此不会产生管路冻堵现象。解决了过去为防止管路冻堵而加设伴热带造成的能源损耗以及伴热带使用不当起火燃烧的安全隐患问题。
7、本发明中室内水箱的常压状态与承压状态切换过程中产生的膨胀水排放设计：循环换热和循环管路排空后，虽然集热器水箱和室内水箱中的水仍保持换热循环前的注满水量，但循环下水管路和循环上水管路中会有换热循环前室内水箱的承压状态切换为换热循环后常压状态过程中产生的少量膨胀水，热水使用时打开混水阀转至热水端，室内水箱的出水口上端的热水及热水出水管中的水依靠自然落差重力流出混水阀，此时虽然传感器动作，但指挥系统指令上水控制阀开启时间被延时，故此(如图2、图3、图4、图5所示)循环管路中高于室内水箱顶端的出水口位置的膨胀水量先流进室内水箱，或者(如图6所示)直接通过热水出水管路流出混水阀；当循环管路中的水位约降至室内水箱的出水口位置左右，即混水阀放出膨胀水的水量后，上水控制阀延时开启结束，开通上水管路，上水管路中的带压水或带压自来水顶进室内水箱，经室内水箱的出水口将热水通过热水出水管路顶出混水阀；避免了循环管路中因为膨胀水蓄积的现象而不能实现循环管路正常排空问题的发生。
8、本发明采用了下水积水排放管路和积水排放管路及管路上故障报警器(一般可为水流传感器)设计：如图4、图5所示，循环下水管路上的止回阀损坏时，在使用热水时，上水管路中的带压水或带压自来水顶进室内水箱，经室内水箱的出水口将热水通过热水出水管路顶出混水阀；同时又有一部分水经室内水箱的下水管路连接口，通过循环下水管路和循环下水管路上损坏的止回阀、再经下水积水排放管路、积水排放管路排放出去；而当上水管路与循环上水管路之间的控制阀，如循环管路控制阀或排空止回阀损坏时，在使用热水或室内水箱上水时，上水管路中的带压水或带压自来水一部分顶进室内水箱，一部分水经循环上水管路通过积水排放管路排放出去；上水控制阀损坏时，系统循环换热、排空程序结束前，带压水或带压自来水通过上水管路进入室内水箱也进入循环上水管路和循环下水管路，当系统循环换热、排空程序结束时，这部分水会通过积水排放管路排放出去；积水管路控制阀损坏时，系统循环换热时，循环换热水会经循环上水管路通过积水排放管路排放出去；因此下水积水排放管路和积水排放管路的设计避免了因系统各种控制阀件的损坏而造成的循环下水管路、循环上水管路中充满水不能实现正常排空，致使冬季循环管路冻堵问题的发生；在该装置系统积水排放管路上装有故障报警器，当系统某个控制阀件的损坏产生不正常水流通过时及时报警，使损坏的控制阀件尽快得以维护；并且太阳能集热器如果产生高温膨胀气体和微量的高温膨胀水都能通过已排空的循环管路、下水积水排放管路和积水排放管路顺畅的释放和排出，改变了过去太阳能集热器只能通过呼吸阀呼吸的历史，避免了太阳能集热器在冬季呼吸阀因汽馏冻堵而产生汽胀爆管、裂胆等事故的发生。
9、本发明采用真空集热管吸收太阳光能，焖晒其中金属换热管中的水，使其升温来与集热器水箱中的低温水进行热交换，完成集热器制热水过程。由于真空集热管中无水，所以不存在以往采用真空集热管直接储水进行热交换，而出现的因为冷热差大、结冻、汽胀等情况下产生爆管漏水现象，集热器制热运行更安全可靠。
10、本发明中的插入式进水管口和插入式出水管口由于都从集热器水箱上端插入集热器水箱内一段长度(5-20mm)，因此在循环管路排空后集热器水箱内仍保持原来的水量，同时产生的虹吸现象使集热器水箱上端的水也被虹吸出来，为特殊寒冷情况下，其中的水结冰膨胀预留了安全空间。
11、如图2、图3、图4所示，本发明中系统循环换热时，循环水泵启动将室内水箱中的水抽出经上次循环换热已排空的循环上水管路进入集热器水箱，将集热器水箱中的高温水顶出经循环下水管路通过室内水箱的下水管路连接口进入室内水箱，此过程中室内水箱水位低于室内水箱的出水口，使用热水打开混水阀时，混水阀只流出热水出水管路中的水，热水出水管路上的传感器虽然动作，但上水控制阀在系统循环换热、循环管路排空结束前受系统控制无法开启，不能开通上水管路，带压水不能进入室内水箱将热水顶出，故此，此过程中热水不能使用；
如图6所示，本发明中系统循环换热时，循环水泵启动将室内水箱中的水抽出经上次循环换热已排空的循环上水管路进入集热器水箱，将集热器水箱中的高温水顶出，经循环下水管路通过热水出水管路、室内水箱的出水口进入室内水箱，此时使用热水，打开混水阀，集热器水箱中的高温水经循环下水管路通过热水出水管路流出混水阀，热水出水管路上的传感器虽然动作但上水控制阀在系统循环换热、循环管路排空结束前受系统控制无法开启，不能开通上水管路，带压水不能进入室内水箱，系统循环换热、排空结束后，上水控制阀接受系统指令延时开启，开通上水管路，带压水进入室内水箱将室内水箱注满水，上水控制阀延时开启结束关闭，切断上水管路。此过程中虽然有热水的连续使用，但存在集热器中高温水直接通过循环下水管路经热水出水管路流出混水阀烫伤人的问题发生；如图5所示，本发明中系统循环换热时，循环水泵启动将室内水箱中的水抽出经上次循环换热已排空的循环上水管路进入集热器水箱，将集热器水箱中的高温水顶出，经循环下水管路通过室内水箱的下水管路连接口进入室内水箱，此过程中使用热水，打开混水阀，启动的循环水泵将室内水箱中的热水抽出经与循环上水管路连接的出水管路、热水出水管路流出混水阀，由于流出混水阀仍是室内水箱中的热水，使用热水时，在保证热水的连续使用的同时，避免了循环换热时，集热器中高温水直接通过循环下水管路经热水出水管路流出混水阀烫伤人问题的发生。
12、本发明中室内水箱按承压贮水式电热水器标准设计，具备电热水器的基本功能，当在天气影响下太阳能制热水温度不够时，可随时采用电辅助加热以保证热水的连续使用。同时本发明中室内水箱也具备超压卸压功能。
附图说明
图1、图2为本发明结构示意图；
1-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上水控制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；8-循环水泵；9-控制开关；10-传感器；11-三通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；20-集热器水箱；21-呼吸器；22-插入式进水管口；23-插入式出水管口；24-集热器水箱温度传感器；25-真空集热管；26-常闭手动阀；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33-金属换热管；34-进水口；35-出水口；45-下水管路连接口；46-地漏。
图3为本发明另一实施例结构示意图；
1-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上水控制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；8-循环水泵；9-控制开关；10-传感器；11-三通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；15-排空管路；16-排空管路止回阀；20-集热器水箱；21-呼吸器；22-插入式进水管口；23-插入式出水管口；24-集热器水箱温度传感器；25-真空集热管；26-常闭手动阀；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33-金属换热管；34-进水口；35-出水口；45-下水管路连接口；46-地漏。
图4为本发明另一实施例结构示意图；
1-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上水控制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；8-循环水泵；9-控制开关；10-传感器；11-三通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；15-排空管路；16-排空管路止回阀；17-积水排放管路；18-积水管路控制阀；19-故障报警器；20-集热器水箱；21-呼吸器；22-插入式进水管口；23-插入式出水管口；24-集热器水箱温度传感器；25-真空集热管；26-常闭手动阀；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33-金属换热管；34-进水口；35-出水口；41-下水积水排放管路；42-逆止阀；45-下水管路连接口；46-地漏。
图5为本发明另一实施例结构示意图；
1-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上水控制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；8-循环水泵；9-控制开关；10-传感器；11-三通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；15-排空管路；16-排空管路止回阀；17-积水排放管路；18-积水管路控制阀；19-故障报警器；20-集热器水箱；21-呼吸器；22-插入式进水管口；23-插入式出水管口；24-集热器水箱温度传感器；25-真空集热管；26-常闭手动阀；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33-金属换热管；34-进水口；35-出水口；41-下水积水排放管路；42-逆止阀；45-下水管路连接口；46-地漏；47-热水管路止回阀；48-管路止回阀；49-出水管路。
图6为本发明另一实施例结构示意图；
1-室内水箱；2-止水呼吸阀；3-上水管路；4-上水控制阀；5-手动上水阀；6-循环上水管路；7-循环管路控制阀；8-循环水泵；9-控制开关；10-传感器；11-三通管件；12-集热器；13-循环下水管路；14-止回阀；20-集热器水箱；21-呼吸器；22-插入式进水管口；23-插入式出水管口；24-集热器水箱温度传感器；25-真空集热管；27-水箱温度传感器；28-智能控制仪；29-阀组连接板体；30-电加热器；31-混水阀；32-热水出水管路；33-金属换热管；34-进水口；35-出水口；46-地漏。
图7为本发明中金属换热管结构示意图；
33-金属换热管；36-喇叭口密封管头；37-换热管体；38-换热管管口。
图8为本发明中集热器水箱与真空集热管、金属换热管连接剖面图；
20-集热器水箱；25-真空集热管；33-金属换热管；38-换热管管口；39-密封环；40-水箱连接口。
图1-图6中A表示本发明系统中膨胀水存放区。
具体实施方式
如图1-图6所示，本发明结构主要由集热器12、室内水箱1、循环上水管路6、循环下水管路13、循环水泵8和各种控制阀等部分构成。循环上水管路6与集热器12插入式进水管口22连接，室内水箱1通过循环下水管路13与集热器12插入式出水管口23连接。其具体结构如下：
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，该装置设有与室内水箱1的进水口34相连的上水管路3，在上水管路3上装有上水控制阀4(一般可为电磁阀)；室内水箱1的进水口34通过上水管路3连有循环上水管路6，在循环上水管路6上装有循环管路控制阀7(一般可为电磁阀)；在循环上水管路6上装有循环水泵8；室内水箱1的出水口35连有热水出水管路32，热水出水管路32上装有传感器10(一般可为水流传感器)；或者，在室内水箱1的水的使用处装有控制开关9(一般可为接近开关式传感器)与智能控制仪28通过控制线相连或通过无线遥控信号形式相连控制；热水出水管路32和上水管路3之间装有混水阀31；如图1、图2、图3、图4、图5所示，在室内水箱上设有下水管路连接口45，下水管路连接口45通过管路连至循环下水管路13，在室内水箱的下水管路连接口45与热水出水管路32连接的管路上装有常闭手动阀26；如图6所示，室内水箱1的出水口35连有热水出水管路32，热水出水管路32上的三通管件11连接循环下水管路13。
如图1-图6所示，在循环下水管路13上装有止回阀14，在跨过上水控制阀4(一般为电磁阀)与上水管路3连接的上水旁通管路上装有手动上水阀5；在室内水箱1上端装有止水呼吸阀2，在室内水箱1内装有水箱温度传感器27和电加热器30；在室内水箱1下面管路上的各功能阀件：上水控制阀4、水流传感器10、循环管路控制阀7等连接处有一阀组连接板体29。
在循环下水管路13的上端装有呼吸器21；或者，在循环上水管路6的上端，或者，在集热器水箱20上端装有呼吸器21；该装置设有集热器12，集热器12设有集热器水箱20，在集热器水箱20内装有集热器水箱温度传感器24；在集热器水箱20两侧顶端分别装有插入式进水管口22和插入式出水管口23，插入式进水管口22和插入式出水管口23都从集热器水箱20顶端插入水箱内胆里侧一段距离(一般可为5-20mm)，它们分别与循环上水管路6和循环下水管路13相连；如图7-图8所示，在集热器水箱20下面装有一排真空集热管25，真空集热管25里面装有金属换热管33，金属换热管33上有喇叭口密封管头36，喇叭口密封管头36的一端为换热管管口38，喇叭口密封管头36的另一端连有底部封堵的换热管体37，金属换热管33在喇叭口密封管头36的位置通过密封环39与水箱连接口40相连。
如图3、图4、图5所示，在循环水泵8进水口端的循环上水管路6和上水管路3之间连有排空管路15；在排空管路15上装有排空管路止回阀16。
如图4、图5所示，在循环上水管路6与循环下水管路13之间连有下水积水排放管路41，下水积水排放管路41上装有逆止阀42，在循环上水管路6上连有积水排放管路17，积水排放管路17与下水积水排放管路41相通，在积水排放管路17上装有积水管路控制阀18(一般可为电磁阀)；在积水排放管路17上装有故障报警器19(一般可为水流传感器)，积水排放管路17与地漏46相通。
如图5所示，在循环上水管路6与热水出水管路32之间连有出水管路49；在出水管路49上装有管路止回阀48；在热水出水管路32上装有热水管路止回阀47。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，本发明中，智能控制仪28通过电控线路分别与上水控制阀4、循环管路控制阀7、循环水泵8、控制开关9、传感器10、集热器水箱温度传感器24、水箱温度传感器27、电加热器30的电控线相接。
如图4、图5所示，本发明中，智能控制仪28通过电控线路分别又与积水管路控制阀18、故障报警器19的电控线相接。
智能控制仪28通过接收各信号指挥相应的电控部件动作，循环换热及循环换热后循环管路中的水排空流入室内水箱1中之后，智能控制仪28又接收各信号指挥相应的电控部件动作，切断循环管路，完成太阳能制热水过程。使用热水时，开通上水管路3，带压水(自来水)进入室内水箱1中，将其中热水顶出混水阀31，关闭混水阀31，上水控制阀4自动关闭切断上水管路3完成使用热水过程。在本发明(图4、图5)中该装置运行过程可实现自动故障报警，保证使用更安全。
智能控制仪28通过常规PLC或单片机等程序编程元件编程完成本发明所述的智能控制程序。
该发明装置通过其控制系统接收传感组件发出的信号，指挥各控制阀、循环水泵等部件动作，使本发明装置中室内水箱中的低温水与集热器吸收太阳光能后产生的高温水进行循环换热，经过数次循环换热使室内水箱中的水温度升高，完成太阳能制热水过程。并且由于采用了系统循环换热时，室内水箱无压力和使用热水时，室内水箱带压力两种状态自动转换的设计，使循环换热后循环管路中的水靠自然落差流入室内水箱，让换热循环管路得以排空；在使用热水时，带压水(自来水)经上水管路注入室内水箱，将室内水箱中的热水经出水口顶出混水阀，让用户在使用热水时，就象使用承压贮水式电热水器一样方便、舒适、安全。同时，太阳能集热器如产生高温膨胀气体能通过排空的循环管路和排空管路，经积水排放管路顺畅的释放，改变了过去太阳能集热器只能通过呼吸阀呼吸的历史。
系统安装完毕时，本发明的工作过程是：
一、室内水箱上水模式：
1、开启智能控制仪28电源，系统自动启动室内水箱上水模式(智能控制仪28每次断电后再启动时都会执行此模式)：上水管路3上的上水控制阀4开启并延时(一般延时2-5分钟后关闭)，带压水(自来水)经上水管路3和上水控制阀4进入室内水箱1，将混水阀31旋至热水端开启，室内水箱1注满水混水阀31出水后关闭混水阀31，上水控制阀4开启的，延时结束，上水控制阀4自动关闭。
2、将混水阀31旋至热水端开启无水或有水又断流时，按智能控制仪28上的上水键，上水控制阀4开启并延时(一般延时2-5分钟后关闭)，带压水(自来水)经上水管路3和上水控制阀4进入室内水箱1，室内水箱1注满水后混水阀31出水，关闭混水阀31，上水控制阀4开启的延时结束，上水控制阀4自动关闭。
3、将混水阀31旋至热水端开启，打开手动上水阀5将室内水箱1上满水后混水阀31出水，关闭混水阀31，关闭手动上水阀5。
4、在室内水箱1上水和使用热水上水时，上水控制阀4开启，图1、图2、图3、图4、图5、图6中，循环上水管路6上关闭的循环管路控制阀7切断上水管路3与循环上水管路6的连通；循环下水管路13上止回阀14切断止回阀14上端的循环下水管路13被逆止的管路段；而在(图3、图4、图5)中，在循环水泵8进水口端的循环上水管路6上和上水管路3之间连有排空管路15；在排空管路15上的排空管路止回阀16切断止回阀16右侧上端与其连接的循环上水管路6被逆止的管路段；致使图1、图2、图3、图4、图5、图6中，该发明装置系统中在上水和使用热水上水时，带压水或带压自来水只能通过上水管路进入室内水箱，而不能进入循环上水管路和循环下水管路。
二、换热循环、热水使用模式
1、自动温差换热、循环、排空模式：当集热器12上的真空集热管25吸收太阳光能，将其中金属换热管33中的水进行焖晒加热，产生热水与集热器水箱20内的低温水进行重力式冷热交换，使其温度上升，当升至与室内水箱1中的水温温差设定值时，智能控制仪28接受集热器水箱温度传感器24和水箱温度传感器27发出的信号指挥系统各组件动作，自动启动温差循环换热程序(如手动强制循环时：按智能控制仪28上循环键)：如图2、图3所示，循环管路控制阀7开启、循环水泵8起动，上水管路3上关闭的上水控制阀4切断上水管路3，上水管路3中的带压水或带压自来水无法进入室内水箱；室内水箱1通过上端的止水呼吸阀2吸气，室内水箱1中的水通过上次循环后已被排空的循环上水管路6进入集热器水箱20内，将集热器水箱20中高温水顶出，经上次循环后已被排空的循环下水管路13，经止回阀14通过室内水箱1的下水管路连接口45流入室内水箱1中；如图4、图5所示，积水管路控制阀18关闭，切断积水排放管路17，循环管路控制阀7开启、循环水泵8起动，上水管路3上关闭的上水控制阀4切断上水管路3，上水管路3中的带压水或带压自来水无法进入室内水箱；下水积水排放管路41上的逆止阀42左侧的下水积水排放管路41路段被逆止阀42单向逆止，切断循环上水管路6至循环下水管路13方向的连通；室内水箱1通过上端的止水呼吸阀2吸气，室内水箱1中的水通过上次循环后已被排空的循环上水管路6时不能进入积水排放管路17和也不能通过下水积水排放管路41进入循环下水管路13；只能进入集热器水箱20内，将集热器水箱20中高温水顶出经上次循环后已被排空的循环下水管路13，经止回阀14通过室内水箱1的下水管路连接口45流入室内水箱1中，在该装置系统循环换热和循环管路排空后，积水管路控制阀18开启，开通积水排放管路17；如图6所示，循环管路控制阀7开启、循环水泵8起动，上水管路3上关闭的上水控制阀4切断上水管路3，上水管路3中的带压水或带压自来水无法进入室内水箱；室内水箱1通过上端的止水呼吸阀2吸气，室内水箱1中的水通过上次循环后已被排空的循环上水管路6进入集热器水箱20内，将集热器水箱20中高温水顶出，经上次循环后已被排空的循环下水管路13经止回阀14通过室内水箱1的出水口35流入室内水箱1中。
通过上述循环换热，当集热器水箱20与室内水箱1中的水经过循环换热后温差降到设定值时，或者到预设的循环换热结束时间时，智能控制仪28发出信号，指挥系统各组件自动动作(或手动再按智能控制仪28上循环键)，循环水泵8停止。如图2、图3、图4、图5所示，此时循环下水管路13中的水依靠自然落差经止回阀14，通过室内水箱1上的下水管路连接口45流入室内水箱1中；如图6所示，此时循环下水管路13水依靠自然落差经止回阀14通过室内水箱1的出水口35流进室内水箱1中。
如图2、图6所示，循环水泵8停止、循环管路控制阀7延时关闭(一般延时0.3-2分钟)，循环上水管路6中的水依靠自然落差经循环水泵8、循环管路控制阀7，通过上水管路3进入室内水箱1中，室内水箱1又通过上端的止水呼吸阀2将循环换热过程中吸进的气体排出；循环上水管路6中的水排空后，循环管路控制阀7延时关闭结束(一般延时0.3-2分钟)，关闭；如图3所示，循环水泵8停止、循环管路控制阀7关闭；如图4、图5所示，积水排放管路17上的积水管路控制阀18开启被延时，仍然处于关闭状态，切断积水排放管路17，循环水泵8停止、循环管路控制阀7关闭；如图3、图4、图5所示，循环上水管路6中的水依靠自然落差只能经排空管路15、排空管路止回阀16、上水管路3，通过室内水箱进水口34流进室内水箱1中；室内水箱1又通过上端的止水呼吸阀2将循环换热过程中吸进的气体排出；循环上水管路6中的水排空后，图4、图5所示，积水管路控制阀18延时开启被结束(一般延时0.3-2分钟)，开通积水排放管路17。
在系统循环换热及换热管路排空后，集热器水箱20和室内水箱1中的水仍保持换热循环前的注满状态；室内水箱1在此循环换热及换热管路排空过程中处于常压状态；系统按上述情况动作，依次反复自动完成该装置换热循环和换热循环后循环管路排空过程，将室内水箱1中水升温，完成太阳能制热水过程。
2、热水使用过程及膨胀水的排放方法：在该装置循环换热及循环管路排空后，虽然集热器水箱20和室内水箱1中的水仍保持换热循环前的注满状态，但将循环换热前承压状态的室内水箱1切换为换热循环后常压状态的室内水箱1，在此过程中会产生的少量膨胀水(图1-图6中A表示本发明系统中膨胀水存放区)，如不当即排放，该装置经多次循环换热及循环管路排空后，会在循环管路中蓄积，使室内水箱1上端的循环管路中的水不能实现彻底排空。
如图2、图6所示，循环下水管路13上选用小于循环上水管路6的过流通径的止回阀14；或者，在循环下水管路上安装流速控制阀，循环上水管路6、循环下水管路13中的水排空时，在循环管路控制阀7延时关闭前(一般延时0.5-2分钟)，让循环上水管路6中的水比循环下水管路13中的水先排入室内水箱1，致使室内水箱1因为承压状态与常压状态的切换而产生的膨胀水只被存在循环下水管路13中；如图3、图4、图5所示，循环换热结束，循环水泵8停止，循环管路控制阀7关闭，此时循环下水管路13中的水依靠自然落差经止回阀14通过室内水箱的下水管路连接口45流进室内水箱1中，循环上水管路6中的水依靠自然落差经排空管路15、排空管路止回阀16、上水管路3，通过室内水箱进水口34流进室内水箱1中；致使室内水箱1因为承压状态与常压状态的切换而产生的膨胀水被存在循环下水管路13和循环上水管路6中；图4、图5所示循环上水管路6中的水排空后，积水管路控制阀18开启延时结束(一般延时0.3-2分钟)，开通积水排放管路17。
如图2、图3、图4、图5所示，热水使用时打开混水阀31转至热水端，如果循环下水管路13、循环上水管路6中存有膨胀水，那么水位高于室内水箱1内胆顶端的出水口35位置，打开混水阀31，室内水箱1的出水口35上端的热水及热水出水管32中的水依靠自然落差重力流出混水阀31，使原来注满水的室内水箱1中有了一定空间，此时传感器10(一般可为水流传感器)或控制开关9(一般可为接近开关式传感器)虽然动作，但指挥系统指令上水控制阀4开启时间被延时(延时时间一般可为1-3秒)，循环管路中高于室内水箱顶端的出水口35位置的膨胀水量先经室内水箱1的下水管路连接口45流入室内水箱1中，或者(如图6所示)循环下水管路13中存有的膨胀水量直接通过热水出水管路32流出混水阀31；如图2--图6所示，当循环管路中的水位约降至室内水箱的出水口35位置左右，即混水阀31放出膨胀水的水量后，上水控制阀4延时开启结束(延时时间一般可为1-3秒)，开通上水管路3，上水管路3中的带压水或带压自来水顶进室内水箱1，经室内水箱1的出水口35将热水通过热水出水管路32顶出混水阀31；如图5所示，热水使用时打开混水阀31转至热水端，上水控制阀4延时开启结束(延时时间一般可为1-3秒)，开通上水管路3，上水管路3中的带压水或带压自来水顶进室内水箱1，经室内水箱1的出水口35将热水通过热水出水管路32顶出混水阀31，由于热水出水管路32与循环上水管路6连接的出水管路49上装有管路止回阀48，管路止回阀48将循环上水管路6方向的出水管路49的路段逆止切断，所以此时室内水箱1顶出的带压水不能进入循环上水管路6中。
停止使用热水：关闭混水阀31，传感器10(一般可为水流传感器)或控制开关9(一般可为接近开关式传感器)动作，智能控制仪接受信号指挥上水控制阀4关闭，切断上水管路3，完成使用热水过程；此过程中室内水箱1处于承压状态；由于在此过程中，在循环管路中的膨胀水得以优先排放，避免了循环管路中因为膨胀水蓄积的现象而不能实现循环管路正常排空问题的发生；
在该装置循环换热、循环管路排空时的热水使用：如图2、图3、图4所示，本系统循环换热时，循环水泵8启动将室内水箱1中的水抽出经上次循环换热已排空的循环上水管路进入集热器水箱20，将集热器水箱20中的高温水顶出经循环下水管路通过室内水箱1的下水管路连接口45进入室内水箱1，此过程中室内水箱1水位低于室内水箱的出水口35，使用热水打开混水阀31时，混水阀31只流出热水出水管路32中的水，热水出水管路32上的传感器10虽然动作但上水控制阀4在系统循环换热、循环管路排空结束前受系统控制无法开启，不能开通上水管路3，带压水不能进入室内水箱1将热水顶出，故此此过程中热水不能使用；如图6所示，本系统循环换热时，循环水泵8启动，将室内水箱1中的水抽出经上次循环换热已排空的循环上水管路6进入集热器水箱20，将集热器水箱20中的高温水顶出，经循环下水管路13通过热水出水管路32、室内水箱的出水口35进入室内水箱1，此时使用热水，打开混水阀31，集热器水箱20中的高温水经循环下水管路13通过热水出水管路32直接流出混水阀31，热水出水管路32上的传感器10虽然动作但上水控制阀4在系统循环换热、循环管路排空结束前受系统控制无法开启，不能开通上水管路3，带压水不能进入室内水箱1，系统循环换热、排空结束后，上水控制阀4接受系统指令延时开启，开通上水管路3，带压水进入室内水箱1将室内水箱1注满水，上水控制阀4延时开启结束关闭，切断上水管路3，此过程中虽然有热水的连续使用，但存在集热器水箱20中高温水直接通过循环下水管路13经热水出水管路32流出混水阀31烫伤人的问题发生；如图5所示，本系统循环换热时，循环水泵8启动将室内水箱1中的水抽出，经上次循环换热已排空的循环上水管路6进入集热器水箱20，将集热器水箱20中的高温水顶出，经循环下水管路13通过室内水箱1的下水管路连接口45进入室内水箱1，此过程中使用热水，打开混水阀，启动的循环水泵8，由于与循环上水管路6连接的出水管路49和热水出水管路32连接处向室内水箱方向的热水出水管路32上有一热水管路止回阀47，热水管路止回阀47将热水出水管路32向室内水箱1方向的管路段逆止切断，故此被循环水泵8抽出的室内水箱1中的热水只能经与循环上水管路6连接的出水管路49、热水出水管路32流出混水阀31，由于流出混水阀31仍是室内水箱1中的热水，使用热水时，在保证热水的连续使用的同时，避免了循环换热时，集热器水箱20中高温水直接通过循环下水管路13经热水出水管路32流出混水阀烫伤人问题的发生。
如图2、图3、图6所示，循环管路控制阀7与上水控制阀4有互锁功能，即在该装置循环换热、循环管路排空开启循环管路控制阀7时，上水控制阀4不能被开启；而在使用热水上水控制阀4开启时，循环管路控制阀7不能被开启。
在图4、图5中，只有积水管路控制阀18处于关闭状态循环管路控制阀7才能被开启，循环水泵8才能被起动，并且积水管路控制阀18与上水控制阀4有互锁功能，即在该装置循环换热、循环管路排空，关闭积水管路控制阀18时，上水控制阀4不能被开启；而在使用热水，上水控制阀4开启时，积水管路控制阀18不能被关闭。
在图4、图5中，安全、报警功能：循环下水管路13上的止回阀14损坏时，在使用热水时，上水管路3中的带压水或带压自来水顶进室内水箱1，经室内水箱的出水口35将热水通过热水出水管路32，一部分水经混水阀31流出；一部分水经室内水箱的下水管路连接口45、循环下水管路13和循环下水管路上损坏的止回阀14、下水积水排放管路41、逆止阀42、积水排放管路17排放至地漏46；而当上水管路3与循环上水管路6之间的管路上或热水出水管路32与循环上水管路6连接的出水管路49上的控制阀，如循环管路控制阀7或排空管路止回阀16或管路止回阀48损坏时，在使用热水或室内水箱1上水时，上水管路3中的带压水或带压自来水一部分顶进室内水箱1中，一部分水会经损坏控制阀经循环上水管路6通过积水排放管路17排放出去至地漏46；顶进室内水箱1的带压水经室内水箱1的出水口35及下端的热水出水管路32、出水管路49、损坏的管路止回阀48经循环上水管路6通过积水排放管路17排放出去至地漏46；上水控制阀4损坏时，系统循环换热、排空程序结束前带压水或带压自来水通过上水管路3进入室内水箱1也进入循环上水管路6和循环下水管路13，当系统循环换热、排空程序结束后，这部分水会通过积水排放管路17排放出去至地漏46；积水管路控制阀18损坏时，系统循环换热时，循环换热水会经循环上水管路6通过积水排放管路17排放出去；因此，下水积水排放管路41和积水排放管路17的设计避免了因系统各种控制阀件的损坏而造成的循环下水管路13、循环上水管路6中充满水不能实现正常排空，致使冬季循环管路冻堵问题的发生；并且，太阳能集热器12如果产生高温膨胀气体和微量的高温膨胀水通过已排空的循环下水管路13、下水积水排放管路41、循环上水管路6和积水排放管路17顺畅的释放和排出，改变了过去太阳能集热器12只能通过呼吸阀呼吸的历史，避免了太阳能集热器在冬季呼吸阀因汽馏冻堵而产生汽胀爆管、裂胆等事故的发生。在该装置系统积水排放管路17上装有故障报警器19(一般可为水流传感器)，当系统某个控制阀件的损坏产生不正常水流通过时及时报警，使损坏的控制阀件尽快得以维护。
如图2、图3、图4、图5所示，当该装置使用一定时间后，室内水箱1底部如有沉淀的杂质可将常闭手动阀26打开，打开混水阀31转至热水端，传感器10(一般可为水流传感器)或控制开关9(一般可为接近开关式传感器)动作，指挥系统指令上水控制阀4延时开启，上水管路3中的带压水或带压自来水顶进室内水箱1，经室内水箱的出水口35和下水管路连接口45一起将热水通过热水出水管路32顶出混水阀31，室内水箱中的沉淀的杂质会随之流出。关闭常闭手动阀26、混水阀31，完成室内水箱的排污过程。