太陽能熱水供應系統的製作方法

2023-12-10 08:32:07

專利名稱：太陽能熱水供應系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及提供熱水的系統，特別涉及利用太陽能將水加熱後提供熱 水的系統。
背景技術：
為了滿足社會可持續發展的需要，必須開發新的能夠持續利用的能源，例如風能、水能、太陽能等。其中太陽能的利用已經開始在廣大民眾中普及， 太陽能熱水器就是普及利用的設備。現在大部分太陽能熱水器一般採用 一個貯熱水箱或多個相連的貯熱水箱， 在使用過程中，通常情況是，貯熱水箱雖設有溫度計，但對熱水的供應溫度並 無限定，只要有熱水需求，貯熱水箱就向外供水，同時隨著貯熱水箱內熱水的 減少，隨時補入冷水，貯熱水箱內的水溫一直處於變化之中。這樣，無論太陽 熱能是否充足，在使用過程中，都很難獲得水溫相對恆定的熱水，特別是當太 陽熱能不足時，往往在需熱量不大的情況下，仍需消耗輔助熱能將水溫提升到 所需的溫度。因為太陽能集熱器面積、貯熱水箱容積等的設置是根據有關規範、標準， 在某一特定條件下，通過計算確定出來的，雖然在理論上可滿足多數的使用情 況，但在運行過程中，這樣簡單的系統設置與熱水的實際需求情況很難達到良 好的契合。 一方面，隨著貯熱水箱的出水，冷水不斷補入，即使設有導流裝置， 也難以良好的保證貯熱水箱的出水溫度不變化，且貯熱水箱的有效容積也受到 很大影響。另一方面，當太陽熱能不充裕，而用戶對熱水的需求也並不充分時， 雖然太陽熱能可提供用戶所要求的熱量，但傳統的系統因是對全部熱貯水箱內 的水加熱，在這種情況下，由於太陽熱能不可能將全部的熱水加熱到所要求的 溫度，為了保證用戶對熱水的需求，只有利用輔助熱能二次加熱，因此既無法 充分利用太陽熱能，又消耗了本可以節省的輔助熱能。一般常用的太陽能熱水系統如圖1所示，貯熱水箱一般根據建築平面、設 備加工情況設為一個或多個，當多個設置時，通常也是通過管道相連通的。常見的運行方式為當有可供利用的太陽熱能時(一般設定條件為太陽能集熱器 處的水溫高於JJ&熱水箱內的水溫2~5°C )，循環加熱泵7開始工作，通過太陽能 集熱器循環加熱貯熱水箱內的熱水，直至太陽能集熱器處的水溫與貯熱水箱內 的水溫的溫差小於某一設定值(如2 5°C )，循環水泵7停止運行。貯熱水箱的 循環進水閥3和循環回水閥6處於常開狀態，冷水供水管路1上的閥門2 —般 採用的是具有水位控制功能的補水閥，當貯熱水箱的水位降低時，閥門2就自 動開啟，向貯熱水箱補水。熱水供水管路4上的閥門5 —般處於常開狀態，隨 時提供熱水。圖1所示的太陽能熱水系統， 一般需要將水箱設計的比較大，當太陽能不 足時，就無法將水箱內的水加熱到設定溫度，這樣就需要通過輔助熱源加熱水 箱內的水，例如利用電熱水器來加熱。但是可能此時需要的熱水量並不大， 若將所能聚集到的太陽能用來加熱較小一部分的水，即可使得水溫達到設定溫 度，所以，上述太陽能熱水系統不能充分利用太陽能提供熱水，浪費了較多的 輔助能源。實用新型內容本實用新型提供一種太陽能熱水供應系統，以節約輔助能源。為達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案該太陽能熱水供應系統 包括太陽能集熱器和循環水泵，還包括至少兩個水箱，所述每個水箱的循環出 水口通過管道連接到循環水泵的入口 ，所述循環水泵的出口通過管道連接到太 陽能集熱器的入口，所述太陽能集熱器的出口通過管道連接到每個水箱的循環 回水口；所述每個水箱的循環出水口和循環回水口i殳有閥門，所述每個水箱還 設有冷水入口和熱水出口 ，所述冷水入口和熱水出口處i殳有閥門。所述的太陽能熱水供應系統還包括自控恆溫裝置；所述自控恆溫裝置的一 個入口通過管道連接到所述每個水箱的熱水出口，另一個入口引入冷水，所述 自控恆溫裝置的出口通過管道連接到主熱水管。所述的太陽能熱水供應系統，還包括至少一個輔助加熱設備；所述輔助加 熱設備的入口通過管道連接主熱水管，所述輔助加熱設備的出口連接有熱水供 應管。所述輔助加熱設備和熱水供應管之間連接有貯熱水罐。所述的太陽能熱水供應系統還包括維溫水泵，所述維溫水泵的入口連"t妄回 水管，所述維溫水泵的出口通過管道連接到輔助加熱設備的進口處，或者連接 到太陽能集熱器的入口。所述的太陽能熱7K供應系統各管路中所需的冷水均由同 一冷水系統供給。可選的，所述的太陽能熱水供應系統，還包括冷水箱，所述冷水箱的入口 引入冷水，所述冷水箱的出口連接到冷水供應管，所述太陽能熱水供應系統中 的膨脹管和洩壓口通過管道連接到所述冷水箱的頂部。所述太陽能集熱系統設有可使屋面太陽能集熱器及管路內的水全部洩空的 洩空口。所述的循環水泵和閥門通過手動、全自動或手動與自動相結合的方式來控制。由上述技術方案所描述的太陽能熱水供應系統設置了至少兩個水箱，且水 箱中的水互不混合，這樣就可以先加熱其中一個水箱中的水，當水溫達到設定 溫度後，再加熱另一個水箱中的水，依次循環對水箱中的水加熱。如此一來， 當太陽能並不是特別充裕時，可以利用有限的太陽能加熱其中一個水箱中的水， 使其達到預定的溫度，這樣還是可以用到合適溫度的熱水，並且可以不用輔助 加熱設備來加熱水，相對於現有太陽能熱水器而言，減少了使用輔助加熱設備 的機率，節約了輔助熱源。


圖l為現有技術中太陽能熱水供應系統的原理圖； 圖2為本實用新型太陽能熱水供應系統的原理圖。
具體實施方式
本實用新型將太陽能熱水器中的大水箱用多個相對獨立的、較小的水箱代 替，並且依次加熱每個水箱中的水，使得每個水箱中的水能夠較快地升溫，並 且在太陽能不夠充裕時能夠將其中部分水箱的水加熱到設定溫度，在不用輔助 熱源加熱的情況下，為使用者提供合適溫度的用水，從而實現節約輔助熱源的 目的。
以下結合附圖對本實用新型太陽能熱水供應系統及其加熱方法進行詳細描述。如圖2所示，本實用新型太陽能熱水供應系統包括太陽能集熱器IO和循環 水泵19，還包括至少兩個儲熱水箱11 (本實施例中採用三個儲熱水箱)，所述 每個儲熱水箱11設有冷水入口和熱水出口，所述每個儲熱水箱11的冷水入口 和熱水出口處i殳有閥門(冷水入口閥門為V41、 V42和V43,熱水出口閥門為 V31、 V32和V33)。所述每個儲熱水箱的循環出水口通過管道連接到循環水泵19 的入口，所述循環水泵19的出口通過管道連接到太陽能集熱器的入口，所述太 陽能集熱器10的出口通過管道連接到每個儲熱水箱的循環回水口；所述循環出 水口和循環回水口處設有閥門(循環出水口閥門為Vll、 V12和V13,循環回 水口閥門為V21、 V22和V23)。依次打開冷水入口的閥門V43、 V42和V41,依次往-賭熱水箱中注滿冷水， 然後關閉冷水入口的閥門，依次打開第一個儲熱水箱中循環出水口的閥門Vll 和循環回水口的閥門V21,通過循環水泵19將儲熱水箱中的水抽到太陽能集熱 器10中，然後由太陽能集熱器10吸收太陽能，並將吸收的太陽能轉化為水的 熱能，使水溫上升；水升溫後由循環回水口回流到儲熱水箱中。隨著循環水泵 19的持續工作，使得儲熱水箱內的水溫不斷上升，直到達到設定溫度，即可停 止對該儲熱水箱的水加熱，並關閉第一個儲熱水箱中循環出水口的閥門Vll和 循環回水口的閥門V21;然後打開第二個儲熱水箱中循環出水口的閥門V12和循 環回水口的閥門V22,對第二個^f諸熱水箱中的水加熱，完成後關閉第二個^f諸熱水 箱中循環出水口的閥門V12和循環回水口的閥門V22;然後打開第三個^ft熱水箱 中循環出水口的閥門V13和循環回水口的閥門V23，對第三個儲熱水箱中的水加 熱，完成後關閉第三個儲熱水箱中循環出水口的閥門V13和循環回水口的閥門 V23。通過太陽能集熱器依次加熱儲熱水箱中的水達到設定溫度後，關閉循環出 水口和循環回水口處i殳有閥門，可以打開熱水出口的閥門V31、 V32或V33,以獲取儲熱水箱內的熱水。本實用新型太陽能熱水供應系統設置了至少兩個儲熱水箱，且儲熱水箱中 的水互不混合，當需要相同儲水量時，本實用新型太陽能熱水供應裝置的儲熱水箱可以比現有儲熱水箱小很多。這樣就可以先加熱其中一個儲熱水箱中的水， 當水溫達到設定溫度後，再加熱另一個儲熱水箱中的水，依次循環對儲熱水箱 中的水加熱。如此一來，當太陽能不足時，可以利用有限的太陽能加熱其中一 個儲熱水箱中的水，使其達到預定的溫度，這樣還是可以用到合適溫度的熱水， 並且可以不用輔助加熱i殳備來加熱水，相對於現有太陽能熱水器而言，減少了 使用輔助加熱設備的機率，節約了輔助熱源。本實用新型太陽能熱水供應系統還包括自控恆溫裝置14 (本實施例採用壓 力式自控恆溫裝置)，所述每個儲熱水箱的冷水入口通過管道連接到主冷水管12,通過主冷水管12將冷水注入儲熱水箱11。所述壓力式自控恆溫裝置14的 一個入口通過管道連接到所述每個儲熱水箱11的熱水出口，另一個入口通過管 道連接到主冷水管12,出口通過管道連接到主熱水管13,這樣在壓力式自控恆 溫裝置中將會混合熱水和冷水，該壓力式自控恆溫裝置可以通過控制冷水和熱 水按照不同比例混合，從而調整壓力式自控恆溫裝置輸出水的溫度，保證輸出 到主熱水管的熱水處於比較適宜人使用的溫度，例如4(TC。當太陽能不足時，或者雨天沒有太陽能時，這時由於熱水的溫度也達不到 適宜人使用的溫度，為了保證最後輸出的水能夠達到適宜人使用的溫度，本實 用新型太陽能熱水供應系統還包括貯熱水罐16和至少一個輔助加熱設備15;所 述輔助加熱設備15的入口通過管道連^t妄到主熱水管13，所述輔助加熱i殳備15 的出口通過管道連接到貯熱水罐16的入口 ，所述貯熱水罐的出口連接有熱水供 應管。通過上述的輔助加熱設備15可以對壓力式自控恆溫裝置14輸出到主熱 水管13的水再次加熱，使其達到適宜人使用的溫度，並存儲在l!i熱水罐16中， 並輸送到熱水供應管中。當陽光充足，壓力式自控恆溫裝置14輸出的水已經達 到適宜人使用的溫度，那麼熱水將通過輔助加熱設備15，但輔助加熱設備15並 不對其進行加熱，只是輸送到貯熱水罐中。當太陽能不足時，還可以將輔助加 熱i殳備直4妻和主熱水管連4妻，以4更對熱水再次加熱。當然，在本系統中，當陽 光充足時，壓力式自控恆溫裝置14輸出的水已經達到適宜人使用的溫度，熱水 也可不通過輔助加熱設備15，直接輸送到5&熱水罐中以供使用。所述輔助加熱設備15為輔助熱媒熱水器、可以是電熱水器、燃氣熱水器、 容積式換熱器、半容積式換熱器、即熱式換熱器等等。如果直接供給用戶使用的熱水供應管中的熱水長時間不流動溫度就會逐漸 下降，變成涼水，這樣會使得每次用水的前一段時間流出的是涼水，而用戶一 般不用這種低溫的水，只是等到將熱水供應管中的涼水放完後，再使用後面流 出的熱水，造成水資源浪費。為了防止上述現象發生，本實用新型太陽能熱水供應系統還包括維溫水泵17,所述維溫水泵17的入口通過回水管連接到熱水供 應系統的末端，所述維溫水泵17的出口通過管道連接到輔助加熱設備的進口處， 或者連接到太陽能集熱器10的入口。通過上述的維溫水泵17可以將熱水供應管中的涼水抽到主熱水管13中， 這樣輔助加熱設備15或者太陽能集熱器10可以對抽回的涼水再次加熱，並存 儲在^熱水罐16中，由貝i熱水罐16將再次加熱後的水輸送到熱水供應管中， 以保證熱水供應管中的水維持在適宜人使用的溫度上，這樣可以保證每時每刻 流出的水都是熱水，避免了用戶浪費水資源。本實用新型太陽能熱水供應系統還包括冷水箱18,所述冷水箱18的入口引 入冷水，出口連接到洗浴冷水供水管12,其中冷水箱還具有如下作用1、 使洗浴供水系統中，熱水與冷水的供水壓力及其壓力變化儘可能的平衡。 從而保證用水點對熱水使用舒適性的要求。2、 使本系統對於單管供水或雙管供水這兩種熱水供應方式都能良好適用。3、 儘可能的減少熱水系統運行過程中對水的非生活使用消耗，減少設備投 資，設置冷水箱後，可考慮不設置膨脹罐，通過太陽能熱水供應系統中的膨脹 管路、洩壓閥將膨脹的水量洩至冷水箱。需要說明的是，根據具體情況的不同，本太陽能熱水集中供給系統可有閉 式系統和開式系統這兩種基本的應用情況。對於開式系統，冷水箱的設置要求 要與熱水箱設置高度基本一致；對於閉式系統， 一般情況下只有閉式熱水箱(或稱為壓力式熱貯水罐)，為實現熱水與冷水的供水壓力及其壓力變化儘可能相平 衡的目的，正常情況下要求冷水與熱水均由同一個供水系統供水。無論開式系 統還是閉式系統，洗浴系統冷水供水管路與熱水供水管路的布置應儘可能的採 用相同的敷設原則。在冬天使用本實用新型太陽能熱水供應系統，由於太陽能集熱器是處於室 夕卜，在晚上氣溫較低時，太陽能集熱器內的水容易被凍住，這樣在第二天就會影響系統的正常運行。為了防止太陽能集熱器內的水被凍住，在冬天時，可以 將多個水箱中的其中一個水箱作為洩空箱，也就是在晚上時，將太陽能集熱器 中的水全都排到該水箱中，在夜間太陽能集熱器中就不會有水，處於室外的太 陽能集熱器就不會被凍壞。為了防止太陽能集熱器IO被壞，還可以釆用如下方案所述太陽能集熱器 IO的入口處設有洩空口 20，該洩空口 20可以通過管道連接到排水系統。如此 一來，就可以通過該洩空口 20將太陽能集熱器10中的水全部排放到排水系統 中，以防止太陽能集熱器IO在夜間被凍住。當然，在遇到太陽能集熱器故障時， 例如由於長時間積累，使得太陽能集熱器的集熱管中水垢太多，造成加熱效 果低，這時就需要對太陽能集熱器中的集熱管進行維護，在維護前，可以通過 該洩空口 20排空太陽能集熱器中的水。當然，將太陽能集熱器改成採用防凍液換熱的集熱器，也可以達到防凍效 果。具體實現時，需要增加設置熱交換器，太陽能集熱器只加熱防凍液，然後 通過循環水泵、熱交換器、相應管路，以閉式循環換熱的方式加熱儲熱水箱中 的貯水。所述系統的控制可通過手動、全自動、手動與自動相結合的方式實現。 本實用新型太陽能熱水供應系統的加熱方法包括如下步驟 首先，要將每個水箱灌滿冷水，打開其中一個水箱的冷水入口的閥門即可 將冷水注入水箱，當水箱內的水位達到最高水位時，即可將冷水入口的閥門關 閉，並按同樣操作往另一個水箱中注水。其次，通過太陽能集熱器依次加熱每個水箱中的水，由水泵將水箱內的水 抽到太陽能集熱器中加熱，然後引回水箱，通過這種不斷的水循環可以使得水 箱內的水溫升高，在其中一個水箱的水溫達到設定溫度後，對下一個水箱中的 水加熱，依次類推，直到所有水箱中的水溫都達到設定溫度。本實用新型由於有多個水箱，可以將每個水箱的容積減小，這樣每個水箱 中的水升溫速度快。現有技術由於水箱太大或多個水箱連通，太陽能不是特別 充裕時不能將水箱中的水加熱到設定溫度，需要通過輔助熱源將水加熱到設定 溫度。所以，本實用新型在太陽能不是特別充裕的時候，可以利用太陽能將部 分水箱的水加熱到設定溫度，以供使用者使用合適溫度的水，從而節約了輔助熱源。為了保證每個水箱中的水溫較為恆定， 一般需要設定每個水箱中加熱的設 定溫度，這個溫度可以根據當天陽光狀況和使用需求來確定，正常情況設定在 60°C,當陽光比較充裕時可以設定的高一些，以充分利用太陽能。為了充分利用太陽能， 一般可以將水箱的目標水溫設定的較高，但實際使 用時，不需要那麼高的水溫，所以為了提供一個適宜人使用的水溫，本實用新型太陽能熱水供應裝置的加熱方法還包括如下步驟設置壓力式自控恆溫裝置 內的設定溫度；將冷水和水箱中的熱水都輸送到壓力式自控恆溫裝置中，在壓 力式自控恆溫裝置中將冷水和任意一個水箱流出的熱水混合，混合到設定溫度 後，輸出設定溫度的熱水。當太陽能不充裕時，水箱內的水溫本來就達不到需求的溫度，所以，本實 用新型還可以將壓力式自控恆溫裝置輸出的熱水，可以通過輔助加熱設備加熱 到設定溫度後，再輸出熱水。有了上述的步驟可以保證供給用戶使用的水一定是達到設定溫度要求的熱水。當然，通過壓力式自控恆溫裝置輸出的熱水的水溫是固定的，但是每個人 所需要使用的水溫是不同的，為了能夠適應多數人對水溫的要求，所以本實用 新型在最終的用水出水口還設置了冷水供應管，使用者可以手動調節熱水和冷 水的混合比例，來調節適宜自己的水溫。由於直接供給用戶使用的熱水供應管中的熱水在長時間不用時，若不考慮 循環加熱，溫度就會逐漸下降，變為涼水，這樣會使得每次用水的前一段時間 流出的是涼水，而用戶一般不用這種低溫的水，只是等到將熱水供應管中的涼 水放完後，再使用後面流出的熱水，造成水資源浪費。為了防止上述現象發生， 本實用新型太陽能熱水供應系統的加熱方法還包括設定熱水供應管的最低水 溫；當熱水供應管中的水溫低於最低水溫時，將熱水供應管中的水引回系統的 加熱設備加熱，並輸送到熱水供應管中，以保證熱水供應管中的水維持在適宜 人使用的溫度上，這樣可以保證每時每刻流出的水都是熱水，避免了用戶浪費 水資源。對於一般4交小的太陽能熱水供應系統可以將冷水引回到輔助加熱i殳備， 而對於較大的太陽能熱水供應系統則可以考慮才將冷水引回到太陽能集熱器，以充分利用太陽能。本實用新型太陽能熱水供應系統及加熱方法可以用在各種場館、寫字樓、 辦公樓、教學樓等的供水系統中，也可以用在家庭中提供生活用水。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並 不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內， 可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實 用新型的保護範圍應該以權利要求所界定的保護範圍為準。
權利要求1、一種太陽能熱水供應系統，包括太陽能集熱器和循環水泵，其特徵在於，還包括至少兩個儲熱水箱，所述每個儲熱水箱的循環出水口通過管道連接到循環水泵的入口，所述循環水泵的出口通過管道連接到太陽能集熱器的入口，所述太陽能集熱器的出口通過管道連接到每個儲熱水箱的循環回水口；所述每個儲熱水箱的循環出水口和循環回水口設有閥門，所述每個儲熱水箱還設有冷水入口和熱水出口，所述冷水入口和熱水出口處設有閥門。
2、 根據權利要求l所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，還包括自控 恆溫裝置；所述自控恆溫裝置的一個入口通過管道連接到所述每個儲熱水箱的 熱水出口，另一個入口引入冷水，所述自控恆溫裝置的出口通過管道連接到主 熱水管。
3、 根據權利要求2所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，還包括至少 一個輔助加熱設備；所述輔助加熱設備的入口通過管道連接主熱水管，所述輔 助加熱設備的出口連接有熱水供應管。
4、 根據權利要求3所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，所述輔助加 熱設備和熱水供應管之間連接有貯熱水罐。
5、 根據權利要求4所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，還包括維溫 水泵，所述維溫水泵的入口連接回水管，所述維溫水泵的出口通過管道連接到 輔助加熱設備的進口處，或者連接到太陽能集熱器的入口 。
6、 根據權利要求4所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，各管路中所 需的冷水均由同 一冷水系統供給。
7、 根據權利要求4所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，還包括冷水 箱，所述冷水箱的入口引入冷水，所述冷水箱的出口連接到冷水供應管，所述 太陽能熱水供應系統中的膨脹管和洩壓口通過管道連接到所述冷水箱的頂部。
8、 根據權利要求6或7所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，所述太 陽能集熱系統設有可使屋面太陽能集熱器及管路內的水全部洩空的洩空口 。
9、 根據權利要求l所述的太陽能熱水供應系統，其特徵在於，所述的循環 水泵和閥門通過手動、全自動或手動與自動相結合的方式來控制。
專利摘要本實用新型公開了一種太陽能熱水供應系統，解決了現有太陽能熱水器使用輔助熱源較多的問題。該太陽能熱水供應系統包括太陽能集熱器和水泵，還包括至少兩個水箱，所述每個水箱的循環出水口連接到水泵的入口，所述水泵的出口連接到太陽能集熱器的入口，所述太陽能集熱器的出口連接到每個水箱的循環回水口。由於設置了多個水箱，在太陽能不充裕的時候，可以利用太陽能將部分水箱的水加熱到目標溫度，以提供合適溫度的水，節約了輔助熱源。本實用新型可以用在各種公共建築的熱水集中供應系統中，也可以用在家庭中提供生活用水。
文檔編號F24J2/04GK201122001SQ20072019485
公開日2008年9月24日 申請日期2007年10月26日 優先權日2007年10月26日
發明者張海宇 申請人:中建國際(深圳)設計顧問有限公司