一種熱泵熱水器與太陽能熱水器相結合的方法及其熱水系統的製作方法

2023-05-03 22:46:51

專利名稱：一種熱泵熱水器與太陽能熱水器相結合的方法及其熱水系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種充分利用太陽能熱輻射以及空氣和雨水等熱能，以更低 的成本製備熱水的方法及其熱水系統，特別是涉及一種帶太陽能集熱板和水源熱泵熱水器的 熱泵-太陽能複合加熱熱水裝置。
背景技術：
目前，熱水器產品主要有燃氣熱水器、電熱水器、太陽能熱水器、熱泵熱水 器。它們既有自己的優點又有自己的缺點。燃氣熱水器使用最方便，即開即用，但安全性能 差，安裝使用不當會引起一氧化碳中毒，有爆炸和著火的危險，汙染嚴重，因此在市場上， 造成一部分消費者對其不敢問津，香港地區已經禁止銷售；電熱水器，初期投入不大，使用 安全性也能接受，但使用成本較高，耗電量太大；
目前節能型的熱水裝置為太陽能和熱泵兩大類，隨著能源供應緊張，越來越受到用戶的 歡迎但太陽能熱水器雖然使用成本低廉，得到政府倡導，但初期投入成本大，受到氣候影 響較大，熱源單一，可靠性較差，又不能全天候使用，造成用戶的許多不便；近年來，直接 利用熱泵原理來製造的熱水器，雖然年均致熱效率一般可達到300%以上，但是又不能夠直 接利用寶貴的太陽能，使用成本還是比較高。針對以上問題，能否將太陽能和熱泵兩大類產 品有機的結合起來，設計出一種制熱效率更高，安全可靠，又能夠確保用戶使用的新型熱水 器已成為迫切需要解決的問題
發明內容
本發明的目的是提供更低承本製備熱水的方法和系統，將太陽能和熱泵有機 的結合起來，不但能夠直接利用太陽能，同時也能夠在夜晚和陰雨天生產熱水，從而大大降 低熱水生產的耗電量，使其每噸熱水消耗的電能降低到6千瓦時左右甚至更低。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是冷水在進入加熱水箱時，必須先經過太陽 能集熱板，此時如果太陽能的熱輻射有利用價值，集熱板和自來水的溫差達到了我們設定某 一值，則系統開始以太陽能模式工作補水閥(或泵)會通過開和關來控制進入加熱水箱的 水溫，從而吸收太陽能，當加熱水箱的水位達到高水位時，系統將根據此時加熱水箱的水溫 是否達到設定溫度來確定是否需要啟動熱泵模式，如果己經達到或者超過設定溫度，則系統 停機，開始將加熱水箱的輸送到蓄熱水箱備用；如果未達到設定溫度，則系統自動進入熱泵 工作模式，此時，壓縮機開動，循環集熱水泵和循環加熱泵開動，補水閥(或泵)和輸水泵 (或闊)等關閉，直至將水加熱至設定溫度後停機，開始將加熱水箱的輸送到蓄熱水箱備用； 加熱水箱的水輸送至低水位時，輸水泵(或閥)關閉，進水閥開始重新補水，系統重複上一 工作過程，不斷製備熱水。
冷水在進入加熱水箱時，先經過太陽能集熱板，此時如果太陽能的熱輻射沒有利用價值， 集熱板和自來水的溫差達不到了我們設定某一值，則系統開始以熱泵模式工作補水閥(或 泵)打開，冷水直接通過集熱板進入加熱水箱，當其達到高水位時，熱泵啟動，此時，壓縮 機開動，循環集熱水泵和循環加熱水泵開動，補水閥(或泵)和輸水泵(或閥)等關閉，直 至將水加熱至設定溫度後停機，開始將加熱水箱的輸送到蓄熱水箱備用；
實現這一目的的裝置是由一種高效的水源熱泵系統，以及太陽能集熱板和管路、闊、泵 等部件組成，水源熱泵類似於公知的製冷系統，由製冷壓縮機、冷凝器、節流管、蒸發器和
循環水泵等主要部分組成，按照公知的製冷系統的同樣方法將以上各部分用管道依次連通成 封閉系統，系統內充以適當的工質(製冷劑)，另有電控器用以控制壓縮機、水泵等部件的 工作。太陽能集熱板與目前市售的集熱板芯類似，但是不進行保溫。
系統工作時，來自自來水管的冷水先在太陽能集熱板內吸收太陽的輻射熱量升溫，然後 進入加熱水箱，當水溫未達到設定溫度時，系統開始以熱泵模式工作，加熱水箱內的水由循 環加熱水泵驅動，不斷經過冷凝器獲得熱量，直至達到設定溫度。從而實現了有太陽則吸收 太陽能，沒有太陽也能夠利用空氣和雨水等介質的熱能來加熱冷水的目的。
本發明的有益效果是，由於水源熱泵的效能比(產熱量與消耗功率之比)本身可達3 4倍以上，再加上採用太陽能預熱進水。因此這種高效熱水器系統可比現有電熱水器節能80 %以上。


下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。 圖l是本發明的結構原理圖。
圖中l.壓縮機，2.冷凝器，3.節流機構，4.蒸發器，5.循環集熱水泵，6.太陽能集熱板， 7.補水閥(或泵)，8.輸水泵(或閥)，9.加熱水箱，10.循環加熱水泵。
具體實施方式
在圖1中的高效熱泵太陽能熱水器系統，它由水源熱泵、太陽能集熱板 和水管部件構成，水源熱泵類似公知的製冷系統，由壓縮機(l)、冷凝器(2)、節流機構(3)、 蒸發器(4)、循環集熱水泵(5)和循環加熱水泵(10)等主要部分組成，按照公知的製冷 系統的同樣方法將以上各部分用管道依次連通成封閉系統，系統內充以公知的工質。集熱板 與水源熱泵按圖示方式聯結起來，在集熱板和加熱水箱之間由水管和電磁閥相聯結。
水管部件包括自來水管、補水閥(或泵)(7)、輸水泵(或閥)(8)、循環集熱水泵(5) 和循環加熱水泵(10)、太陽能集熱板(6)和蒸發器(4)等構成。加熱水箱(9)進水時， 冷水經過集熱板(6)，控制系統根據集熱板的集熱溫度決定補水閥(或泵)(7)的開啟與關 閉，當加熱水箱水位升至高水位時，補水閥(或泵)(7)關閉，控制系統根據此時加熱水箱 的水溫是否達到設定溫度這一條件來確定系統是否開始進入熱泵加熱模式，如此時水溫已經 達到或超過設定溫度，則不開動熱泵系統工作，輸水泵(或閥)(8)開啟，將熱水輸出待用； 如此時水溫未達到設定溫度時，系統將以熱泵加熱模式工作，此時壓縮機(1)、循環集熱水 泵(5)和循環加熱水泵(10)啟動，補水閥(或泵)(7)關閉，直至加熱水箱(9)的水溫 提高至設定溫度時，壓縮機(1)、循環集熱水泵(5)、循環加熱水泵(10)和補水閥(或泵) (7)關閉，輸水泵(或閥)(8)開啟，將熱水輸出待用。
權利要求
1、一種熱泵熱水器與太陽能熱水器相結合的方法及其熱水系統，其特徵是冷水在進入加熱水箱前經過太陽能集熱板，在集熱板輻照溫度T1高於入水溫度T2達到某一設定程度時，控制器使得系統開始以太陽能模式工作，通過控制補水閥(或泵)，使得冷水可以在集熱板內充分吸收太陽的熱輻射，當集熱板末端的溫度探頭T3探測到進水溫度已經上升到某一溫度時，補水閥(或泵)打開，將已經獲得太陽能而升溫的水放入加熱水箱，直到該點的溫度下降到某一溫差時，其與集熱板輻照溫度T1的溫差增大，補水閥(或泵)關閉，如此循環進行，直至加熱水箱至高水位，如果此時的水箱溫度T4未能達到設定溫度，則系統開始以熱泵模式工作，進水關閉，直至將加熱水箱內的水加熱到設定溫度。而當系統不能達到太陽能模式時，進水閥打開，冷水通過集熱板進入加熱水箱直至達到高水位時，系統開始以熱泵模式工作，進水關閉，直至將加熱水箱內的水加熱到設定溫度。
2、 一種熱泵熱水器與太陽能熱水器相結合的方法及其熱水系統，包括由壓縮機、冷凝器、 蒸發器、節流裝置、太陽能集熱板以及相應的管路、閥件和控制元件所組成，其特徵是加 熱水箱內的冷水加熱，由兩個階段組成，即首先為太陽能加熱段，其次由熱泵加熱段補充加 熱至設定溫度，最後供用戶使用。
3、 根據權利要求2所述的高效熱泵太陽能熱水系統，其特徵是在冷水進入時，系統是否以太陽能模式工作，取決於太陽能集熱板的集熱溫度與冷水之間的溫差，即該溫差確定系統的工作模式，該溫差達到某一設定值時，系統則開始以太陽能模式工作；當該溫差低於設定 值時，系統即直接開通補水閥(或泵)。
全文摘要
一種熱泵熱水器與太陽能熱水器相結合的方法及其熱水系統，能夠充分利用太陽能、並在陽光不足時利用熱泵制熱的方法及其系統，其目的是大幅度降低電能消耗，其原理是根據太陽能集熱板上的溫度信號來確定本熱水系統的工作模式即太陽能加熱模式或熱泵加熱模式。冷水經過集熱板後進入加熱水箱，陽光充沛時，冷水在集熱板加熱到某一溫度，直至加熱水箱水位達到某一設定水位，如果水溫未達到設定溫度時，再啟動熱泵模式加熱至設定溫度；熱泵工作模式時，集熱板成為系統的間接蒸發器，降低了溫度的集熱器，從外界吸收陽光、空氣和雨水等介質的熱能，為熱泵系統提供熱源，高效的製備熱水；由於本熱水系統在太陽能模式時，能效比幾乎無限大，而在熱泵工作模式時，其效率也較普通風源熱泵更高，所以本系統的年均綜合制熱效率，遠高於風源熱泵熱水系統；用本方法所構成的系統，能耗僅為燃氣熱水器或電熱水器的20％以下，運行成本低；同時具有設計合理、結構簡單、高效節能、成本低，安全可靠等優點，因而具有很好的推廣使用價值。
文檔編號F24D17/00GK101178189SQ200610123439
公開日2008年5月14日 申請日期2006年11月10日 優先權日2006年11月10日
發明者林宏璋, 龍 胡 申請人:廣州科力新能源有限公司