[发明专利]太阳能热水系统和操作太阳能热水系统的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水系统、一种操作太阳能热水系统的方法和用于在太阳能热水系统中使用的阀。

本发明主要为了用于防止家用太阳能热水系统中的太阳能面板损坏而开发并且下文将参照该应用进行描述。然而，本发明不局限于该具体用途，并且还可应用于通常使用大量太阳能面板的商业设施。

背景技术

与太阳能热水系统相关的问题是，如果环境温度下降到约6℃以下，则太阳能面板中的液体会膨胀并因此损坏面板。

为了防止该现象发生，一种已知装置涉及使用在其内部具有附加储罐的加热水储罐，该内储罐容纳水、乙二醇或另一种液体防冻剂。内储罐与加热水储罐成热交换关系。使用泵来将液体驱动到一个或多个太阳能面板中，液体在其中被加热，并且然后回到内储罐以加热储水罐中的水。如果环境温度下降到约6℃，则太阳能面板中的流体排放到内储罐中。这称为“回排”方法并且具有几个缺点。首先，这是制造和安装复杂而且昂贵的装置，尤其是需要在储水罐内的独立内罐。此外，当使用非饮用水的液体或(比较昂贵的)食品级防冻剂时，则内罐必须具有双壁结构。这增加了复杂性和成本。其次，从流体到水的传热经由罐壁，这效率较低。第三，内罐必须大于对于正常操作所需，以能够储存清空的太阳能面板的容积，这增加了储水罐的尺寸，并因此增加了系统的整体尺寸。第四，所需的泵比较昂贵，因为它必须能够克服压头提升流体以重新充填太阳能面板。

另一种已知装置涉及将乙二醇或另一种液体防冻剂从一个或多个太阳能面板循环到热交换器的一侧。热交换器的另一侧与从热水储罐循环的水相连。当温度下降到约6℃以下时乙二醇防止面板损坏。虽然此装置避免了回排方法所需的复杂的双罐装置，但它也是不无缺点的。首先，其制造和安装也比较复杂和昂贵。例如，整个系统必须被排出任何空气、加压并且然后在操作前密封。其次，乙二醇与水循环之间经热交换器进行的传热效率较低。

第三种已知装置，称为再循环系统，使用串接的太阳能面板和加热水储罐。在此装置中，当温度下降到约6℃时，泵被激活以经面板从加热水储罐再循环加热水，从而将面板保持在将出现损坏的温度以上。此装置的一个缺点是当使用该加热水来使面板升温时一部分从太阳传递到水的能量被损耗，这降低了能量效率。此装置还可利用当环境温度达到约6℃时打开以从太阳能面板回排水的温度敏感型防冻阀。排放的水也使阀升温，阀然后关闭。此装置的缺点首先是阀的额外成本和增加的安装复杂性。其次，阀还倾向于堵塞和其他故障，并具有在突然冰冻期间不可能防止损坏的缓慢反应时间。第三，成功的操作依赖于太阳能面板和相关的管道系统中的未受阻的流动。

发明内容

本发明的目的是基本上克服或至少改进上述缺点中的一者或多者。

相应地，在第一方面，本发明提供一种太阳能热水系统，包括：

环境温度传感器；

控制器；

阀；

储水罐，其具有进口和出口；以及

至少第一太阳能面板，其具有与储水罐出口流体连通的进口和与储水罐进口流体连通的出口，

其中，当温度传感器指示控制器环境温度在预定水平以上时，控制器控制阀以将流动从储水罐出口引导到太阳能面板进口并从太阳能面板出口引导到储水罐进口，并且

当温度传感器指示控制器环境温度低于预定水平时，控制器控制阀以将流动从太阳能面板进口引导到阀并从而引导到大气。

该系统优选地包括：适于在罐与太阳能面板之间循环流体的泵，最优选具有与储水罐出口流体连通的进口和与阀流体连通的出口的泵。

该阀优选地低于太阳能面板进口并且从太阳能面板进口到阀并因此到大气的流动优选地处于重力的影响之下。

该系统优选地包括第二太阳能面板，其具有与第一太阳能面板出口流体连通的进口和与储水罐进口流体连通的出口。

该阀优选地包括第一端口、第二端口和第三端口并且能够控制成将流动从第一端口分流到第二端口或将流动从第二端口分流到第三端口。

当温度传感器指示控制器环境温度在预定水平以上时，控制器控制阀以将流动从阀第一端口引导到阀第二端口，从而引导水从储水罐出口流动到太阳能面板进口并从太阳能面板出口流动到储水罐进口，并且

当温度传感器指示控制器环境温度低于预定水平时，控制器优选地控制阀以将流动从阀第二端口引导到阀第三端口，从而引导水从太阳能面板进口排放到阀第三端口。

在第二方面，本发明提供一种操作太阳能热水系统的方法，

该系统包括：

储水罐，其具有出口和进口；以及

至少第一太阳能面板，其具有与储水罐出口流体连通的进口和

与储水罐进口流体连通的出口，