太阳能热水器及加热控制方法 【技术领域】
本发明涉及太阳能热水器技术领域，特别是指一种集中式供暖的太阳能热水器及加热控制方法。
背景技术
目前，对于集中式供暖的太阳能热水器，通常采用一个较大的公共水箱集中存储被加热的水，各个用户的小水箱与公共水箱连接，由公共水箱将热水供给各个小水箱，用户用热水时由该小水箱供水。由于采用公共水箱占用比较大的空间，因此专利号200420062061.2的中国专利公开了一种太阳能集中采热分户供热设施，免去了使用公共水箱，其在各个住户家中设置热水箱，热水箱内设置热交换器，热交换器通过管路连接到太阳能集热器上，管路内有导热介质，通过太阳能集热器加热后的导热介质与各个住户家中的水箱内的水进行热交换的方式加热水箱内的水。
但是在上述专利申请说明书所述技术方案中，由于各个热水箱内的热交换器直接与太阳能集热器连通，这样的结构存在下面问题：对于水箱内温度高些的用户，系统温差循环可能会把水箱内的热量带走。
现有技术的技术方案在于，只有在太阳能集热器超过某一值时才使导热介质在回路中循环。可是该结构的缺点在于，若太阳能集热器温度设置偏高，太阳能集热器内就会一直处于高温段循环，这样作会使系统综合效率降低。如果天气不太好，则太阳能集热器出口温度可能达不到温差循环条件，这时，就不能启动导热介质的循环，则需要加热的水箱(低温水)就得不到热量补充。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种集中式供暖的太阳能热水器及加热控制方法，能够高效率的利用太阳能热量。
本发明提供如下一种太阳能热水器，其包括太阳能集热器和至少两个水箱，每个水箱内设置有热交换器，各个热交换器入口和出口分别与太阳能集热器的出口和入口连通构成回路，所述回路内具有导热介质，在太阳能集热器与各热交换器连接的管路中设置有使导热介质流动的泵，其特征在于，各个热交换器入口或出口处设置有阀门。
通过在各个水箱内的热交换器上设置阀门，这样可以对各水箱的热交换器进行单独控制，由此，能够单独控制对每个水箱的加热。
本发明还可以进一步在每个水箱内设置有用于检测水温的第1温度传感器，并由控制单元根据该第1温度传感器的检测温度来控制所述阀门。
这样，可以实现每个水箱加热的自动控制。
本发明还可以进一步在每个水箱内设置有用于检测水温的第1温度传感器，在太阳能集热器出口处设置有用于检测导热介质温度的第2温度传感器，由控制单元根据该第1、第2温度传感器的温度信息来控制所述阀门和泵的动作。
这样，可以实现每个水箱加热、以及导热介质在太阳能集热器内流动的自动控制。
所述水箱包括：出水口、位于水箱底部或靠近底部侧壁上的进水口；所述热交换器位于水箱内中下部。
所述进水口设在水箱下部，可在使用热水时，停止向水箱上水，这时，能够利用水箱内水的自身重力，向外放水。另外，热交换器位于水箱中下部，这样，即便水箱不满时，也能进行水箱的加热。
所述热交换器为螺旋状管状体，且外表面设置一个以上突出的翅片。
这样，热交换器的占用空间很小。设置翅片能够提高热交换效率。
本发明还提供一种用于上述太阳能热水器的加热方法，该方法包括：A、控制设置在回路中的泵，使导热介质在回路中循环流动；B、控制设置在各个热交换器入口或出口处的阀门的状态来控制各个水箱内的水温。
采用这样的方法，能够实现各水箱的单独加热。
步骤A包括：在太阳能集热器出口处导热介质的温度和任一水箱内的水温大于或等于温差启动设置值时，启动回路中的泵，使导热介质在回路中循环流动，步骤B包括：在泵启动的同时，打开水箱内的阀门，对水箱内的水进行加热。
根据该方法，可以仅在太阳能集热器导热介质温度比水箱水温高出一定数值时，才对该水箱进行加热。
步骤B包括：在泵启动的同时，打开对应水箱内的阀门，在对该水箱内的水进行加热时，关闭其他水箱内的阀门。
这样，可以仅对满足太阳能集热器导热介质温度比水箱水温高出一定数值这一条件的水箱进行加热。
步骤B包括：根据太阳能集热器出口处导热介质的温度与设定温度的差值或水箱内的水温与设定温度的差值来控制所述阀门的状态。
可以根据用户的设置温度来控制，或是根据太阳能集热器出口处导热介质的温度，自动控制是否对水箱进行加热。
上述方法进一步包括：检测到任一阀门开启时，启动所述泵；检测到所有阀门关闭时，关闭所述泵。
这样可以减少泵的无效泵送。
【附图说明】
图1为太阳能热水器地示意图；
图2为太阳能热水器加热控制的流程图。
【具体实施方式】
如图1示出了本发明太阳能热水器的示意图，下面参见图1对本发明进行详细说明：
本发明太阳能热水器包括太阳能集热器1、分配给各个用户的水箱2。太阳能集热器1安装在阳光可照射的地方，如屋顶、户外墙体处，以吸收阳光热量。水箱2安装在各个用户的家里，如浴室，用来向用户提供热水。
每个水箱2的进水口22与自来水管相连，用于向水箱2进水；水箱2的出水口21与淋浴喷头或热水管相连，直接向用户提供水箱2内的热水。此外，水箱2外围还设置有保温层。
由于每个水箱2的结构和功能都是一样的，因此，在此仅以图中最上侧的水箱2为例进行说明，并省略对于其它水箱2的说明。
水箱2的进水口22位于水箱2箱体底部或靠近箱体底部的侧壁上，出水口21位于水箱2箱体上部，这样，当用户使用水箱2内的热水时，可以停止向水箱2内上水，仅依靠水箱2内热水的自身重力从水箱2向外放热水。由此，可以保证在取用热水时，热水的水温不会下降。
水箱2内的下半部分设置有热交换器24，热交换器24的入口和出口分别通过管路与太阳能集热器1的出口和入口连通，从而，使得每个水箱2的热交换器24均可与太阳能集热器1构成一个回路。因此，各水箱2内的热交换器24之间呈并联结构。热交换器24可以采用螺旋状的管状体，以使每个热交换器24在水箱2内虽然占用很小的空间，但热交换器24可以与水箱2内的水充分接触。此外，将热交换器24设置在水箱2下部，这样，即便水箱不满时，也能进行水箱的加热。
并且，由于进水口22设在水箱2的下部，出水口21设于水箱2箱体上部，热交换器24设置在水箱2下部，因此可将水箱2顶部作成封闭的承压顶水式运行方式，这时可使进水口22始终处于打开状态，而且水箱的出水压力与供水的当地自来水的压力相当，使用更方便。
此外，也可以在螺旋状管状体外表面设置若干个突出的翅状片，以增加热交换器24与水的接触面积，增加热交换效率。
另外，如图所示，太阳能集热器1的出口和入口之间还通过一根管路连通，并且在该管路上还设置有阀门16。设置该阀门16的目的在于，当太阳能集热器1内的导热介质温度高于一定值(例如90℃)时，打开阀门16和泵3，在太阳能集热器1和管路之间的回路中形成一个闭环循环，来降低太阳能集热器1的温度，以保护泵3和太阳能集热器1。
在太阳能集热器1、热交换器24所构成的回路中具有可流动的导热介质。在太阳能集热器1与热交换器24的连接管路中还设置有泵3，导热介质在泵3的带动下，在太阳能集热器1和各个热交换器24构成的回路内循环流动。此时，在泵3的作用下，导热介质在太阳能集热器1处吸收阳光的热量，随后流动到水箱2内的热交换器24处，与水箱2内的水进行热交换，以加热水箱2内的水。
此外，如图所示，在泵3的附近设置有膨胀罐31、压力表32以及未图示的泄压阀。通过设置膨胀罐31和泄压阀，可以确保整个管路运行在合适的压力范围内。当管路内压力过大时，可通过膨胀罐31和泄压阀泄压。另外，设置压力表32，不仅可以目测管路内压力状况，如果该压力表32是可以与后述的控制单元(未图示)相连的电子式压力表，还可以实现整个管路中压力的自动调节。
在热交换器24入口处设置有阀门25，设置阀门25，可以控制是否向热交换器24供给导热介质。另外，也可以通过该阀门25改变流经热交换器24的导热介质的流速，从而改变由热交换器24进行的加热速度。不过，该阀门25也可以设置在热交换器24的出口处。
阀门25优选使用电磁阀，此时，可根据导热介质的温度，由温控电路对阀门25的开度进行控制。温控电路包括：设置在水箱2内的第1温度传感器26、接收第1温度传感器26的信息并控制电磁阀动作的控制单元。由用户设定的水温信息存储在控制单元中，当水箱2内的水温信息达到用户设定温度时，关闭阀门25，停止加热水箱2内水；反之，如果水箱2内水温没有达到用户设定温度，则保持阀门25为打开状态，以使在太阳能集热器1中加热过了的导热介质流入热交换器24，加热水箱2中的水。不难理解，控制单元也可以集成在温度传感器中。
另外，除了在各个水箱2内设置第1温度传感器26测量水箱2的温度，还可以在太阳能集热器1出口处设置一第2温度传感器4，该第2温度传感器4用于检测太阳能集热器1出口处的导热介质的温度。此外，该第2温度传感器4也与上述控制单元相连，此时，控制单元可以接收两个温度传感器所测得的温度信息。当本控制单元得知太阳能集热器1出口处导热介质温度高比某水箱2的水温高出一定数值时(例如25℃)，该控制单元才打开该水箱2的阀门25，并启动泵3，向该水箱2内的热交换器24泵送导热介质。这样，可以仅在太阳能集热器1内导热介质温度比水箱2内的水高出一定温度时，才对该水箱2内的水进行加热。不过，如果控制单元通过第1温度传感器26得知，水箱2内的水高于85℃时，即便导热介质的温度高于水箱2的水温25℃，控制单元也不会开启阀门25。另外，本发明不限于设置一个控制单元，也可以设置两个控制单元分别检测第1温度传感器26和第2温度传感器4，此时，如果需要同时控制两温度传感器26、4时，仅需使两个控制单元协同工作即可。
这种控制方法尤其适用于各水箱2间温度不同的情况。例如，某用户水箱2内被注入了冷水，水温下降。此时，如果没有设置阀门25，则导热介质会在泵3的带动下在各水箱2的热交换器24内流动，这必然导致各水箱2间通过彼此并联的热交换器24进行热交换，使得部分本身很热的水箱2向其它水温较低的水箱2放热。
本发明通过设置阀门25，阻隔了各并联的热交换器24间的热交换。这样，即便某个水箱2被注入冷水，水温下降，由于高温水箱2的阀门25始终处于关闭状态，并不会与太阳能集热器1间进行热交换，因而，此时，导热介质仅与水温较低的水箱2间进行热交换。这样就避免了高温水箱2会被导热介质带走热量，防止了原本高温的水箱2水温下降。
另一方面，即便各水箱2内设置了电加热体时，也可以在控制单元的控制下，在任一个用户水箱2内阀门25打开时启动，打开泵3；当所有用户水箱2内阀门25时则关闭所述泵3，这样，还可以节约电能。
另外，控制单元还可以实时监控温度传感器4的测量结果，一旦太阳能集热器1内的导热介质温度高于一定温度(例如85℃)时，打开泵3，使导热介质在直接连通太阳能集热器1的进出口而形成的闭环系统内循环，以防止过热的导热介质损坏太阳能集热器1。
由上面的实施例可以看出，本发明的太阳能热水器的加热方法为如图2示出的太阳能热水器加热控制的流程图，具体包括以下步骤：
步骤21：控制设置在管路中的泵3，使导热介质在回路中循环流动；
其中，所述控制方式可以为：检测在太阳能集热器1出口处导热介质的温度和任一水箱2内的水温大于或等于温差启动设置值时，启动回路中的泵3，使导热介质在回路中循环流动，当检测所述温差小于启动设置值时，则关闭回路的泵3。
其中，也可以是在检测到任一阀门25开启时，启动所述泵3；检测到所有阀门25关闭时，关闭所述泵3。
步骤22：控制设置在各个热交换器24入口或出口处的阀门25的开关状态、或阀门开启的幅度来控制对各个水箱内的水温进行加热。
其中，可以对各个阀门25进行分别控制，例如当某水箱水温低时，仅打开该水箱2内的阀门25，在对该水箱2内的水进行加热时，而关闭其他水箱2内的阀门25。其中，判断控制哪个水箱阀门的方式可以为：根据太阳能集热器1出口处导热介质的温度与设定温度的差值或水箱2内的水温与设定温度的差值来控制所述阀门25的状态。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡是在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。如在实施方式中对水箱2为顶部封闭的承压顶水式运行方式进行了说明，但在水箱2顶部设置溢流管的运行方式也是可行的，这时水箱2为开放形式，因此出水口21最好与进水口22一样设在水箱2的下部。