具有自动防冻功能的太阳能集热装置和集热防冻方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有自动防冻功能的太阳能集热装置和集热防冻方法，属于太阳能集热装置技术领域。本发明专利技术包括储水单元、集热板单元、电控单元和循环单元：储水单元包括进水阀、储水罐、出水阀、通气管；所述循环单元包括电机、由水泵、二位三通阀、单向阀、以及连接各部件的管路组成；所述的集热板单元包括集热板和集水罐。所述的电控单元包括控制器、压力传感器，集热板温度传感器，水罐温度传感器等。本发明专利技术装置中无防冻介质，安全高效，本发明专利技术装置中室外集热板采用的是抽空防冻，能彻底的根除上冻问题；而且所采用的元件种类和数量较少，系统简单、可靠。

Solar energy collector with automatic anti-freezing function and its anti-freezing method

The invention discloses a solar energy collector with automatic anti-freezing function and a heat collection and anti-freezing method, belonging to the technical field of solar energy collector. The invention comprises a water storage unit, a heat collecting plate unit, an electronic control unit and a circulating unit: the water storage unit comprises a water inlet valve, a water storage tank, a water outlet valve and a ventilation pipe; the circulating unit comprises a motor, a water pump, a two-way three-way valve, a one-way valve and a pipeline connecting various components; the heat collecting plate unit comprises a heat collecting plate and a water collecting tank. The electronic control unit includes a controller, a pressure sensor, a collector temperature sensor, a water tank temperature sensor, etc. The device of the invention has no anti-freezing medium and is safe and efficient. The outdoor heat collector plate of the device of the invention adopts vacuum anti-freezing, which can thoroughly eliminate the freezing problem; moreover, the type and number of components used are less, and the system is simple and reliable.

【技术实现步骤摘要】
具有自动防冻功能的太阳能集热装置和集热防冻方法
本专利技术涉及一种具有防冻功能的太阳能集热装置和防冻方法，属于太阳能集热装置

技术介绍
现有的阳台分体式太阳能集热板在室外，储水和控制系统在室内，安装方便、不受楼房高度的限制，其应用的日趋广泛。在冬季室外温度低于0℃的区域，分体式太阳能热水系统面临的最大问题是室外集热板的防冻。目前，常见的防冻热水系统如图1所示。采用防冻液作为热交换介质，当集热板内防冻液温度高于储水罐内水的温度时，控制单元启动水泵，防冻液在集热板和换热管内循环流动，将换热管内的热量带到储水罐，达到加热的效果。这种方案的缺点有：一、需要使用防冻液作为热交换介质，间接加热水，多一次换热过程，效率低。二、防冻液为有毒介质，使用过程中易挥发，对健康不利且日常使用中需要保养维护补充防冻液。三、防冻液的仍然有冰点，若出现极端低温天气，温度低于防冻液冰点时，仍然会冰冻。中国授权专利技术专利CN102589165B公开了一种串联置换定温防冻太阳能热水器系统，集热器与非承压存储式保温水箱采取串行连接方式，系统架构简单两者安装的相对位置可高可低灵活方便；整个系统不采用任何其它介质，通过机械阀的配合和利用自来水本身的能量实现零功耗防冻，采用全新的置换换热方法实现高速度高效率换热；水箱中的水温可控可预定，热水的利用率达到百分百。相比传统太阳能热水器不仅成本有优势而且具有更大的性价比。但是其防冻功能是通过水路切换阀来实现防冻模式完成的，不能自动切换，且存在集热板内水无法完全排净的风险，仍然有冻裂的可能。排出的水无法利用，存在浪费。中国授权专利技术专利CN104764230B公开了一种防冻太阳能供水装置，包括太阳能集热箱、水箱以及混水阀，所述太阳能集热箱的出水口和水箱的出水口分别通过套管连接在混水阀的热水入口和冷水入口上，在所述套管上还安装有一吸热放热管，在该吸热放热管内充注相变介质；在所述太阳能集热箱的上端和水箱的上端还连接有一压差调节管，在该压差调节管上设置有一延所述压差调节管长度方向滑动的绝热调整片。本专利技术供水装置增加了吸热放热管和压差调节管，通过滑动绝热调整片在压差调节管的位置，从而平衡冷热水箱的压差，使冷水箱内冷水流入套管内，增大循环温差，促进管内水流动，起到防止水管冻住无法流动的目的。该装置仅仅对管道实现了防冻，未对室外的集热箱增加防冻功能。且防冻的热量均来自吸收的太阳辐射能量，若在零下的温度和多日无光照的环境下，则会造成集热箱内的热量消失殆尽，集热箱和管道都会冰冻。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足之处，本专利技术提供一种具有自动防冻功能的太阳能集热装置和集热防冻方法，装置中无防冻介质，安全高效，无毒无害，且能自动实现防冻功能。本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种具有自动防冻功能的太阳能集热装置，包括储水单元、集热板单元、电控单元和循环单元：所述的储水单元，用于储存热水，包括储水罐，储水罐具有进水口A、出水口B、循环进水口C、循环出水口D，进水口A连接进水阀，进水阀连接水源，出水口B连接出水阀，储水罐上部装有将储水罐内部与大气连通的通气管，储水罐内部装有内管道，内管道的上口高于液面，内管道的下口连接所述循环进水口C；所述的集热板单元包括集热板和集水罐，集热板具有进口E和出口F，出口F通过管路与集水罐连通；所述的电控单元包括控制器、安装在所述集水罐上的压力传感器、安装在所述集热板上的集热板温度传感器、安装在所述储水罐上的水罐温度传感器；所述的循环单元，用于所述储水单元与集热板单元的热交换，包括水泵，用于驱动水泵的电机、二位三通阀、单向阀，所述储水罐的循环出水口D和单向阀通过所述二位三通阀和管路与集热板的进口E相联，所述集水罐通过管路和水泵与所述储水罐的循环进水口C相联。进一步地，所述水罐温度传感器与所述控制器的输入端相连，用于将检测到的水罐温度信号T14输入至控制器；所述集热板温度传感器与所述控制器的输入端相连，用于将检测到的集热板温度信号T9输入至控制器；所述压力传感器与所述控制器的输入端相连，用于将检测到的集水罐内的压力信号P6输入至控制器；所述二位三通阀与控制器的输出端相连，所述电机与控制器的输出端相连；当所述控制器探测到T9＞T14时，控制器将二位三通阀通电，阀芯移动将所述储水罐的循环出水口D和集热板进口E接通，二位三通阀与单向阀的接口关闭，然后控制器控制电机启动；当控制器探测到T9≤T14时，控制器将二位三通阀电磁阀断电，阀芯复位，单向阀和集热板进口E接通，二位三通阀与储水罐的循环出水口D的接口关闭，控制器保持电机通电；控制器探测到压力P6＞0，则继续保持电机通电，当P6＝0时，控制器将电机断电。进一步地，所述水罐温度传感器与所述控制器的输入端相连，用于将检测到的水罐温度信号T14输入至控制器；所述集热板温度传感器与所述控制器的输入端相连，用于将检测到的集热板温度信号T9输入至控制器；所述压力传感器与所述控制器的输入端相连，用于将检测到的集水罐内的压力信号P6输入至控制器；所述二位三通阀与控制器的输出端相连，所述电机与控制器的输出端相连；当所述控制器探测到T9＞T14时，控制器将二位三通阀通电，阀芯移动将所述储水罐的循环出水口D和集热板进口E接通，二位三通阀与单向阀的接口关闭，然后控制器控制电机启动；当控制器探测到T9≤T14时，控制器将二位三通阀断电，阀芯复位，单向阀和集热板进口E接通，二位三通阀与储水罐的循环出水口D的接口关闭，此时控制器将电机断电；当控制器探测到T9≤5℃时，控制器将电机4通电，控制器探测到压力P6＝0时，将电机断电。作为可选的方案，所述进水阀是手动阀或自动控制阀。作为一种可选的实施例，所述集热板温度传感器埋设在所述集热板内部的固体壳体中。作为一种可选的实施例，所述集热板温度传感器悬空设置在所述集热板内部中空的流体通道中。进一步地，所述集水罐的位置低于所述集热板的位置。进一步地，所述水泵选用具备自吸能力的水泵。一种采用所述具有自动防冻功能的太阳能集热装置的太阳能集热和防冻方法，集热方法：当所述控制器探测到T9＞T14时，启动集热程序，控制器将所述二位三通阀通电，阀芯右移，将所述储水罐的循环出水口D和集热板进口E接通，二位三通阀与单向阀的接口关闭；然后控制器控制电机启动，带动水泵进行集热循环；低温水从储水罐的循环出水口D流经二位三通阀，再到集热板的进口E，水流在集热板内部吸收热量后，高温水从集热板的出口F流出到集水罐，再流向水泵后泵送回到储水罐的循环进水口C，通过内管道回到液面以上位置；防冻方法：当控制器探测到T9≤T14时，停止集热过程，控制器将二位三通阀电磁阀断电，阀芯左移复位，连通大气的单向阀和集热板进口E接通，二位三通阀与所述储水罐的循环出水口D的接口关闭；此时控制器保持电机通电，在水泵的吸力作用下，空气从单向阀进入，通过二位三通阀后进入集热板，将集热板内的水抽回到储水罐；所述集水罐低于集热板，因而优先保证集热板内存留空气不存留水；所述控制器通过压力传感器探测到压力P6＞0，判定集水罐内有水存留，则继续保持电机通电，水泵持续将管路中的水抽回储水罐；当P6＝0时，控制器将电机断电，停止抽水。作为一种可选的方案，所述防冻方法替换为：当控制器探测到T9≤T14本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有自动防冻功能的太阳能集热装置，其特征在于：包括储水单元、集热板单元、电控单元和循环单元：所述的储水单元，用于储存热水，包括储水罐（2），储水罐（2）具有进水口A、出水口B、循环进水口C、循环出水口D，进水口A连接进水阀（1），进水阀（1）连接水源，出水口B连接出水阀（12），储水罐（2）上部装有将储水罐（2）内部与大气连通的通气管（13），储水罐（2）内部装有内管道（16），内管道（16）的上口高于液面，内管道（16）的下口连接所述循环进水口C；所述的集热板单元包括集热板（8）和集水罐（7），集热板（8）具有进口E和出口F，出口F通过管路与集水罐（7）连通；所述的电控单元包括控制器（3）、安装在所述集水罐（7）上的压力传感器（6）、安装在所述集热板（8）上的集热板温度传感器（9）、安装在所述储水罐（2）上的水罐温度传感器（14）；所述的循环单元，用于所述储水单元与集热板单元的热交换，包括水泵（5），用于驱动水泵（5）的电机（4）、二位三通阀（10）、单向阀（11），所述储水罐（2）的循环出水口D和单向阀（11）通过所述二位三通阀（10）和管路与集热板（8）的进口E相联，所述集水罐（7）通过管路和水泵（5）与所述储水罐（2）的循环进水口C相联。...

【技术特征摘要】
1.一种具有自动防冻功能的太阳能集热装置，其特征在于：包括储水单元、集热板单元、电控单元和循环单元：所述的储水单元，用于储存热水，包括储水罐（2），储水罐（2）具有进水口A、出水口B、循环进水口C、循环出水口D，进水口A连接进水阀（1），进水阀（1）连接水源，出水口B连接出水阀（12），储水罐（2）上部装有将储水罐（2）内部与大气连通的通气管（13），储水罐（2）内部装有内管道（16），内管道（16）的上口高于液面，内管道（16）的下口连接所述循环进水口C；所述的集热板单元包括集热板（8）和集水罐（7），集热板（8）具有进口E和出口F，出口F通过管路与集水罐（7）连通；所述的电控单元包括控制器（3）、安装在所述集水罐（7）上的压力传感器（6）、安装在所述集热板（8）上的集热板温度传感器（9）、安装在所述储水罐（2）上的水罐温度传感器（14）；所述的循环单元，用于所述储水单元与集热板单元的热交换，包括水泵（5），用于驱动水泵（5）的电机（4）、二位三通阀（10）、单向阀（11），所述储水罐（2）的循环出水口D和单向阀（11）通过所述二位三通阀（10）和管路与集热板（8）的进口E相联，所述集水罐（7）通过管路和水泵（5）与所述储水罐（2）的循环进水口C相联。2.根据权利要求1所述的具有自动防冻功能的太阳能集热装置，其特征在于：所述水罐温度传感器（14）与所述控制器（3）的输入端相连，用于将检测到的水罐温度信号T14输入至控制器（3）；所述集热板温度传感器（9）与所述控制器（3）的输入端相连，用于将检测到的集热板温度信号T9输入至控制器（3）；所述压力传感器（6）与所述控制器（3）的输入端相连，用于将检测到的集水罐（7）内的压力信号P6输入至控制器（3）；所述二位三通阀（10）与控制器（3）的输出端相连，所述电机（4）与控制器（3）的输出端相连；当所述控制器（3）探测到T9＞T14时，控制器（3）将二位三通阀（10）通电，阀芯移动将所述储水罐（2）的循环出水口D和集热板进口E接通，二位三通阀（10）与单向阀（11）的接口关闭，然后控制器（3）控制电机（4）启动；当控制器（3）探测到T9≤T14时，控制器（3）将二位三通阀（10）电磁阀断电，阀芯复位，单向阀（11）和集热板进口E接通，二位三通阀（10）与储水罐（2）的循环出水口D的接口关闭，控制器（3）保持电机（4）通电；控制器（3）探测到压力P6＞0，则继续保持电机（4）通电，当P6＝0时，控制器（3）将电机（4）断电。3.根据权利要求1所述的具有自动防冻功能的太阳能集热装置，其特征在于：所述水罐温度传感器（14）与所述控制器（3）的输入端相连，用于将检测到的水罐温度信号T14输入至控制器（3）；所述集热板温度传感器（9）与所述控制器（3）的输入端相连，用于将检测到的集热板温度信号T9输入至控制器（3）；所述压力传感器（6）与所述控制器（3）的输入端相连，用于将检测到的集水罐（7）内的压力信号P6输入至控制器（3）；所述二位三通阀（10）与控制器（3）的输出端相连，所述电机（4）与控制器（3）的输出端相连；当所述控制器（3）探测到T9＞T14时，控制器（3）将二位三通阀（10）通电，阀芯移动将所述储水罐（2）的循环出水口D和集热板进口E接通，二位三通阀（10）与单向阀（11）的接口关闭，然后控制器（3）控制电机（4）启动；当控制器（3）探测到T9≤T14时，控制器（3）将二位三通阀（10）断电...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩百萍，
申请(专利权)人：徐州工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32