專利名稱：太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及太陽能利用領(lǐng)域，尤其是涉及一種太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置。
發(fā)明背景太陽能數(shù)量巨大，每年到達(dá)地球表面的太陽輻射能約為130萬億噸標(biāo)煤，但其特點(diǎn)是具有分散性、間斷性和不穩(wěn)定性。盡管到達(dá)地球表面的太陽輻射能的總量很大，但是能流密度卻很低，因此想要得到一定的輻射功率，就需要較大的接受輻射面積。所謂間斷性和不穩(wěn)定性是指太陽輻射能受晝夜、季節(jié)、地理緯度、海拔高度等自然條件限制，以及晴、陰、云、雨等隨機(jī)因素的影響。為了消除這些缺點(diǎn)，就需要解決采用熱水制作與熱水使用分時(shí)工作制時(shí)的儲(chǔ)能問題、或借助于其它能源的輔助才能達(dá)到全天候使用。熱水制作等建筑用能耗完全可以用低位的可再生能源為主來完成，若采用高位的電能來完成是對(duì)能源資源的一種浪費(fèi)。
熱泵技術(shù)的特點(diǎn)是節(jié)能，同樣熱電效率下耗電是一般電加熱元件的三分之一或以下，但熱泵工作的效率受要求加熱溫度與熱源溫度范圍的限制，低于臨界溫度時(shí)會(huì)結(jié)霜，加熱溫差過大時(shí)設(shè)備易損壞，為了消除這些缺點(diǎn)，就需要設(shè)置低溫工作時(shí)的其他加熱方法替代與合適的加熱溫差。
電加熱方式的能耗較高，這種高位的能源在熱水制作等建筑用能方面應(yīng)盡量減少使用。如果可能，則應(yīng)盡可能采用低谷時(shí)段的電能完成熱水制作等建筑用能工作。
發(fā)展太陽能與熱泵復(fù)合式的熱水裝置的關(guān)鍵除了要求在與建筑的結(jié)合上實(shí)現(xiàn)突破，即使住宅用戶都能安全方便地使用，還要求產(chǎn)品能最大程度地節(jié)省常規(guī)能源，取代電加熱或燃?xì)鉄崴b置。為了取得環(huán)保節(jié)能與經(jīng)濟(jì)性，這種熱水裝置設(shè)計(jì)的基本要求是保證熱水輸出溫度按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求滿足保持在45℃以上，能全年全天侯使用，即至少能保證能一年365天24小時(shí)供應(yīng)45℃以上熱水，可能的條件下還應(yīng)能按365天24小時(shí)供應(yīng)次級(jí)溫度如35℃-40℃的熱水；其次，應(yīng)使裝置能選擇最大程度地利用太陽能和充分使用谷電時(shí)段的電能，對(duì)于非峰谷電時(shí)段的熱泵熱水制作，應(yīng)根據(jù)定量的熱水儲(chǔ)量選擇采用熱泵進(jìn)行加熱和水箱儲(chǔ)能，如此可以保障裝置的運(yùn)行費(fèi)用最低；此外，應(yīng)能降低裝置設(shè)置成本，并同時(shí)取得最大的安裝使用適應(yīng)性。
本人在申請(qǐng)?zhí)?00510025652.1的發(fā)明專利申請(qǐng)中據(jù)出了一種太陽能集熱與電加熱的熱水裝置，采用太陽能集熱器，熱泵，電加熱元件等組成，經(jīng)太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱元件分別所制的定量的熱水儲(chǔ)存于水箱中，以使得所制的熱水可以通過分時(shí)工作方式實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存供應(yīng)，保證裝置的熱水輸出能達(dá)到45℃以上365天24小時(shí)的供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，并使裝置可以選擇最大程度地利用太陽能和僅使用谷電時(shí)段的電能。采用這種技術(shù)方案的熱水裝置在實(shí)際應(yīng)用中遇到了一些問題，如當(dāng)屋面太陽能集熱器安裝面積受到限制的情況下，難以保證最大程度地利用太陽能，同時(shí)，太陽能利用能量不足的部分則勢(shì)比要采用熱泵來做補(bǔ)充，因此，就需要有足夠的低谷電供應(yīng)來作保證，這對(duì)于家庭用戶進(jìn)線電流容量固定的情況下，則夜間難以取得足夠的低谷電供應(yīng)；同時(shí)，為了取得儲(chǔ)能效果，水箱的體積會(huì)需要做得較大，這樣便增加了熱水裝設(shè)置成本；對(duì)于大型的集中熱水裝置，增加水箱的體積除了會(huì)增加設(shè)置成本，還會(huì)產(chǎn)生屋頂安裝和安裝面承載能力的問題，并使太陽能集熱器安裝面積減少，因而使其應(yīng)用的安裝適應(yīng)性受到影響。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，利用太陽能集熱器、熱泵、電加熱元件、水箱和控制單元等組成分時(shí)工作下的加熱結(jié)構(gòu)組合，通過分時(shí)工作與分級(jí)加熱的方式所制成的熱水可以實(shí)現(xiàn)按不同溫度等級(jí)熱水的儲(chǔ)存供應(yīng)，非峰谷電時(shí)段可根據(jù)定量的熱水儲(chǔ)量選擇采用熱泵加熱，在滿足裝置能按365天24小時(shí)供應(yīng)45℃以上熱水的標(biāo)準(zhǔn)下，還能按365天24小時(shí)供應(yīng)次級(jí)溫度如30℃-40℃的熱水，在集熱器安裝面積不足時(shí)，可按次級(jí)溫度設(shè)置集熱器輸出水溫，使裝置盡可能多地利用太陽能與峰谷電能源加熱，能使儲(chǔ)水箱分離設(shè)置，降低裝置設(shè)置成本與擴(kuò)大裝置的安裝適應(yīng)性。
本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)采用太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，由太陽能集熱器，熱泵，電加熱元件、水箱和控制單元等組成，其特征在于，還包括分級(jí)加熱式水箱，太陽能集熱器可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，或太陽能集熱器與熱泵可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，太陽能集熱器分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的2個(gè)或以上的分級(jí)加熱輸出、或者太陽能集熱器與熱泵分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱經(jīng)管路連接，所述的分級(jí)加熱式水箱中可設(shè)有電加熱元件，太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱元件分別與控制單元電控制連接，所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于水箱中。所述的定量的熱水是指第二天早、晚兩個(gè)峰谷電時(shí)段之間所需保證分時(shí)供應(yīng)的定溫?zé)崴?。所述的水箱由加熱水箱和?chǔ)熱水箱所組成，加熱水箱是分級(jí)加熱式水箱。所述的分級(jí)加熱式水箱由2個(gè)或以上的分級(jí)加熱式熱水箱所組成，各分級(jí)加熱式熱水箱間按分級(jí)加熱溫度順序經(jīng)管路連接。所述的分級(jí)加熱式熱水箱可包括分級(jí)加熱式分熱水箱和分級(jí)加熱式匯流熱水箱。所述的熱泵包括1個(gè)或以上的分級(jí)加熱熱泵，1個(gè)以上的分級(jí)加熱熱泵設(shè)置在分級(jí)加熱式熱水箱與終溫儲(chǔ)水箱之間，且分級(jí)加熱熱泵之間形成直接或間接的串聯(lián)連接。所述的太陽能集熱器是二維太陽能集熱器或三維太陽能集熱器，三維太陽集熱器可是豎置安裝、或是斜置安裝、或是水平安裝、或是其組合。所述的水箱可是帶或不帶儲(chǔ)能材料的容積式熱水器并聯(lián)式水箱。所述的熱泵是空氣源熱泵或是水源熱泵，其供熱熱源是空氣熱源、或水源、或地源熱源、或是其組合。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是由于采用了分級(jí)加熱式水箱和分級(jí)加熱設(shè)置，且分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱經(jīng)管路連接，使得裝置可將分時(shí)工作制得熱水經(jīng)由分級(jí)加熱方式實(shí)現(xiàn)按不同溫度等級(jí)熱水的分時(shí)儲(chǔ)存供應(yīng)，分時(shí)工作時(shí)可以選擇采用白天以太陽能集熱器進(jìn)行加熱；夜間以峰谷電時(shí)段采用熱泵進(jìn)行加熱；冬季夜間因環(huán)境溫度過低熱泵不能正常工作時(shí)，可采用在峰谷電時(shí)段用電加熱元件進(jìn)行替代加熱；非峰谷電時(shí)段可根據(jù)定量的熱水儲(chǔ)量選擇采用熱泵進(jìn)行加熱和儲(chǔ)能，從而保證了裝置的熱水輸出能達(dá)到45℃以上365天24小時(shí)的供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，并能按365天24小時(shí)供應(yīng)次級(jí)溫度如30℃-40℃的熱水，并由于所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于分級(jí)加熱式水箱中，可使儲(chǔ)水箱的體積大幅度減小，并使儲(chǔ)水箱能與屋頂分離設(shè)置，還能增加集熱器可安裝面積，且當(dāng)太陽能集熱器安裝面積不足時(shí)，可將集熱器設(shè)置為次級(jí)輸出溫度，與對(duì)比技術(shù)相比，可達(dá)到相近的太陽能利用率和低谷電輔助加熱利用率，還能顯著降低裝置設(shè)置成本與擴(kuò)大熱水裝置的安裝適應(yīng)性。


圖1是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之一的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之二的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之三的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之四的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，可通過以下實(shí)施例作進(jìn)一步說明參見圖1所示是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之一的裝置結(jié)構(gòu)示意，由太陽能集熱器1、控制單元2、熱泵3、儲(chǔ)水箱4、增壓泵5、加熱水箱6、電加熱元件7等組成。其中，太陽能集熱器1與熱泵3可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，太陽能集熱器1與熱泵3分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱6經(jīng)管路連接，分級(jí)加熱式水箱中可設(shè)有電加熱元件7，太陽能集熱器、儲(chǔ)水箱、水泵、加熱水箱、熱泵及電加熱元件等分別與控制單元2電控制連接，所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于分級(jí)加熱式水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4中。
水箱還可以采用由CN2544229Y所公布的加熱水箱和儲(chǔ)熱水箱所組成的儲(chǔ)能加熱的復(fù)合式水箱，其中，加熱水箱6是分級(jí)加熱式水箱，分級(jí)加熱式水箱由2個(gè)或以上的分級(jí)加熱式熱水箱611與612所組成，分級(jí)加熱式熱水箱611和612設(shè)置在終溫儲(chǔ)水箱4前，相互間按分級(jí)加熱溫度順序即加熱溫度稍低的分級(jí)加熱式熱水箱611在前、加熱溫度略高的分級(jí)加熱式熱水箱612在后，分級(jí)加熱式熱水箱611和612與終溫儲(chǔ)水箱間經(jīng)管路連接。
所述的分級(jí)加熱式熱水箱可包括分級(jí)加熱式分熱水箱611和分級(jí)加熱式匯流熱水箱621，經(jīng)太陽能集熱器加熱后的次級(jí)熱水經(jīng)若干個(gè)分級(jí)加熱式分熱水箱611后進(jìn)入分級(jí)加熱式匯流熱水箱621，成為45℃終溫?zé)崴畷r(shí)供入終溫儲(chǔ)水箱儲(chǔ)存，或當(dāng)終溫儲(chǔ)水箱4水滿時(shí)，設(shè)置成終溫或次級(jí)熱水溫度進(jìn)入分級(jí)加熱式分熱水箱612儲(chǔ)存?zhèn)溆?，并可隨時(shí)供熱泵作進(jìn)一步加熱升溫后輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存。當(dāng)太陽能不足時(shí)或太陽能集熱器安裝面積不足時(shí)，從集熱器輸出的熱水溫度可設(shè)置在30℃-40℃左右，再進(jìn)入作為次級(jí)熱水輸出的分級(jí)加熱式分熱水箱612中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，并可供熱泵作進(jìn)一步加熱升溫后輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存，為此，分級(jí)加熱式熱水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4均可帶有熱水輸出的增壓泵5，分級(jí)加熱式熱水箱612的熱水經(jīng)單向閥配合向終溫儲(chǔ)水箱補(bǔ)充，或經(jīng)后置熱泵加熱后向終溫儲(chǔ)水箱供應(yīng)終溫?zé)崴?br> 所述的熱泵3是空氣源熱泵，其供熱熱源是空氣中的熱源，除此之外也可是水源熱泵、或地源熱泵、或是其組合，如采用利用建筑生活廢水為供熱熱源的水源熱泵與空氣源熱泵組合。所述的熱泵3包括1個(gè)或以上的分級(jí)加熱熱泵，在此，采用了2個(gè)分級(jí)加熱熱泵311與312，均設(shè)置在分級(jí)加熱式熱水箱與終溫儲(chǔ)水箱之間，其中，前置分級(jí)加熱熱泵311與分級(jí)加熱式匯流熱水箱621相連，后置分級(jí)加熱熱泵312經(jīng)分級(jí)加熱式熱水箱612與終溫儲(chǔ)水箱相連，2個(gè)分級(jí)加熱熱泵之間形成如圖1所示的間接串聯(lián)連接，除此之外，熱泵也可以形成直接或間接的并聯(lián)連接。設(shè)計(jì)確定的定量的熱水部分占到次級(jí)輸出加熱式熱水箱或終溫儲(chǔ)熱水箱容積的80％-90％左右。分級(jí)加熱式水箱間還可經(jīng)換熱器連接采暖或空調(diào)制冷用熱水的輸出循環(huán)管路。
由太陽能集熱器等組成的太陽能熱水裝置包括換熱循環(huán)管路等，其管路連接包括直流式、循環(huán)回流式或是其組合的管路連接，在此，可采用自然循環(huán)回流式管路連接。熱水制作過程是經(jīng)太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱元件分別進(jìn)行分級(jí)加熱的組合，包括了采用太陽能集熱器進(jìn)行加熱的方法、熱泵加熱的方法和電加熱元件加熱的方法，其中，白天采用太陽能集熱器進(jìn)行加熱，夜間峰谷電時(shí)段采用熱泵進(jìn)行加熱，非峰谷電時(shí)段可根據(jù)定量的熱水儲(chǔ)量選擇采用熱泵進(jìn)行加熱和儲(chǔ)能，冬季夜間峰谷電時(shí)段因受環(huán)境溫度過低影響使熱泵不能正常工作時(shí)，采用電加熱元件進(jìn)行加熱。除此之外，無電供應(yīng)時(shí)還可另加燃?xì)饧訜崽娲娂訜嵝纬山M合。
定量的熱水預(yù)先制作后儲(chǔ)存在水箱中用作分時(shí)熱水供應(yīng)。所述的定量的熱水是指第二天早、晚兩個(gè)峰谷電時(shí)段之間所需保證分時(shí)供應(yīng)的定溫?zé)崴?。所述的定溫是指本?shí)用新型適用地太陽能熱水裝置技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的輸出熱水溫度。在適用地中國(guó)，根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)新標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)采用熱水輸出溫度為45℃，除此之外，熱水裝置經(jīng)分級(jí)加熱式熱水箱612還能按365天24小時(shí)供應(yīng)次級(jí)溫度如30℃-40℃的一般生活洗滌用熱水，儲(chǔ)存定量熱水的兩個(gè)水箱中均帶有溫度與水位傳感器，經(jīng)控制單元2的控制程序進(jìn)行儲(chǔ)存水的管理。
太陽能集熱器1是可墻面安裝使用的三維太陽集熱器，如采用CN2558931Y所公布的技術(shù)方案，這樣可以避免對(duì)建筑的外觀形象產(chǎn)生破壞，同時(shí)可豎置安裝的集熱裝置能滿足墻面豎置安裝下長(zhǎng)期穩(wěn)定的高熱效率輸出，也是墻面豎置安裝方面的一個(gè)關(guān)鍵，三維太陽集熱器可是豎置安裝、或是斜置安裝、或是水平安裝、或是其組合，在此，采用了豎置安裝和斜置安裝的組合。
所述的加熱水箱和儲(chǔ)熱水箱可帶或不帶儲(chǔ)能材料，除了采用普通單一式的容積式水箱外，還可采用容積式熱水器并聯(lián)式水箱，詳細(xì)內(nèi)容可參見CN2656881Y所公布的“一種容積式熱水器并聯(lián)式水箱”。
參見圖2所示是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之二的裝置結(jié)構(gòu)示意，由太陽能集熱器1、控制單元2、熱泵3、儲(chǔ)水箱4、增壓泵5、加熱水箱6、電加熱元件7等組成。其中，太陽能集熱器1之間及與熱泵3間組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，太陽能集熱器分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的2個(gè)分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱610與611經(jīng)管路連接，分級(jí)加熱式水箱中可設(shè)有電加熱元件7，太陽能集熱器與熱泵間所組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱6經(jīng)管路連接。
所述的分級(jí)加熱輸出是包括了對(duì)分級(jí)加熱式水箱的循環(huán)加熱式的輸出和對(duì)分級(jí)加熱式水箱的輸出作直接加熱式的輸出。太陽能集熱器、儲(chǔ)水箱、水泵、加熱水箱、熱泵及電加熱元件等分別與控制單元2電控制連接，所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于分級(jí)加熱式水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4中。
水箱是采用加熱水箱和儲(chǔ)熱水箱所組成的儲(chǔ)能加熱的復(fù)合式水箱，其中，加熱水箱6是分級(jí)加熱式水箱，分級(jí)加熱式水箱由3個(gè)分級(jí)加熱式分熱水箱610、611與612所組成，分級(jí)加熱式熱水箱設(shè)置在終溫儲(chǔ)熱水箱或儲(chǔ)水箱4前，其中，分級(jí)加熱式分熱水箱610與611相互間構(gòu)成太陽能集熱器間的分級(jí)加熱設(shè)置，并與熱泵3間又組成分級(jí)加熱設(shè)置，相互間按分級(jí)加熱溫度順序即加熱溫度稍低的在前、加熱溫度略高的在后，分級(jí)加熱式熱水箱611和612分別與終溫儲(chǔ)水箱間經(jīng)管路連接。
太陽能集熱器加熱后的初級(jí)熱水經(jīng)分級(jí)加熱式分熱水箱610進(jìn)入分級(jí)加熱式分熱水箱611再升溫，成為終溫?zé)崴蠊┤虢K溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存，或當(dāng)終溫儲(chǔ)水箱4水滿時(shí)，設(shè)置成終溫或次級(jí)熱水溫度進(jìn)入分級(jí)加熱式分熱水箱612儲(chǔ)存?zhèn)溆茫⒖呻S時(shí)供熱泵作進(jìn)一步加熱升溫后輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存，為此，分級(jí)加熱式熱水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4均可帶有熱水輸出的增壓泵5，分級(jí)加熱式熱水箱612的熱水經(jīng)單向閥配合可向終溫儲(chǔ)水箱補(bǔ)充，或經(jīng)后置熱泵加熱后向終溫儲(chǔ)水箱供應(yīng)終溫?zé)崴?br> 熱泵3包括1個(gè)或以上的分級(jí)加熱熱泵，在此，采用了2個(gè)分級(jí)加熱熱泵311與312構(gòu)成直接串聯(lián)連接，也可采用一個(gè)雙級(jí)熱泵作等效替代，這樣便能適應(yīng)在冬季低溫狀況下利用低谷電直接分級(jí)加熱制作終溫?zé)崴敵?，此外，?dāng)冬季熱泵因低溫不能正常工作時(shí)，便由分級(jí)加熱式熱水箱中的電加熱元件進(jìn)行分級(jí)加熱替代，分級(jí)加熱熱泵均設(shè)置在分級(jí)加熱式分熱水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4之間。
太陽能集熱器1的安裝是采用豎置安裝與斜置安裝的組合，如大部分取墻面豎置安裝、小部分取屋面斜置安裝的組合，由太陽能集熱器等組成的太陽能熱水裝置包括換熱循環(huán)管路等，其管路連接是強(qiáng)迫循環(huán)回流式的管路連接，其中，太陽能集熱器1可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，如2個(gè)不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，相互間形成如圖2所示的串聯(lián)連接，較低溫度輸出的集熱器在前、較高溫度輸出的集熱器在后，經(jīng)此分級(jí)加熱后的熱水直接送入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存，當(dāng)太陽能不足時(shí)，可送入分級(jí)加熱式熱水箱612中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，并可供熱泵作進(jìn)一步加熱升溫后輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存。
參見圖3所示是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之三的裝置結(jié)構(gòu)示意，由太陽能集熱器1、控制單元2、熱泵3、儲(chǔ)水箱4、增壓泵5、加熱水箱6、電加熱元件7等組成。其中，太陽能集熱器1與熱泵3可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，太陽能集熱器與熱泵分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱6經(jīng)管路連接，分級(jí)加熱式水箱中可設(shè)有電加熱元件7，太陽能集熱器、儲(chǔ)水箱、水泵、加熱水箱、熱泵及電加熱元件等分別與控制單元2電控制連接，所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于分級(jí)加熱式水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4中。
水箱采用加熱水箱和儲(chǔ)熱水箱所組成，其中，加熱水箱6是分級(jí)加熱式水箱，分級(jí)加熱式水箱由2個(gè)分級(jí)加熱式熱水箱611與612所組成，均設(shè)置在終溫儲(chǔ)水箱4前，加熱溫度稍低的分級(jí)加熱式熱水箱611在前、加熱溫度略高的612在后，分級(jí)加熱式熱水箱611和612與終溫儲(chǔ)水箱間經(jīng)管路連接。
太陽能集熱器加熱后的終溫?zé)崴疅崴?jīng)控制單元2控制直接輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存，當(dāng)太陽能不足時(shí)或太陽能集熱器安裝面積不足時(shí)，制作的次級(jí)熱水輸入到分級(jí)加熱式分熱水箱612中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，并可供熱泵作進(jìn)一步加熱升溫后輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存。
熱泵3包括2個(gè)分級(jí)加熱的空氣源熱泵，均串聯(lián)設(shè)置在分級(jí)加熱式熱水箱與終溫儲(chǔ)水箱之間，其中，前置分級(jí)加熱熱泵311與分級(jí)加熱式分熱水箱611相連，后置分級(jí)加熱熱泵312與終溫儲(chǔ)水箱相連。
太陽能集熱器1是墻面豎置安裝使用的三維太陽集熱器，這樣可以避免對(duì)建筑的外觀形象產(chǎn)生破壞，由太陽能集熱器等組成的太陽能熱水裝置包括換熱循環(huán)管路等，其管路連接采用自然循環(huán)回流式的管路連接。定量的熱水預(yù)先制作后儲(chǔ)存在水箱中用作分時(shí)熱水供應(yīng)，儲(chǔ)存定量熱水的兩個(gè)水箱中均帶有溫度與水位傳感器，經(jīng)控制單元2的控制程序進(jìn)行儲(chǔ)存水的管理，此外，儲(chǔ)存定量熱水的兩個(gè)水箱除了采用普通的單一式的容積式水箱，還均可采用容積式熱水器的并聯(lián)式水箱，因而可以選用有利的尺寸形狀減少水箱的占地面積。
參見圖4所示是本實(shí)用新型應(yīng)用實(shí)施例之四的裝置結(jié)構(gòu)示意，由太陽能集熱器1、控制單元2、熱泵3、儲(chǔ)水箱4、增壓泵5、加熱水箱6、電加熱元件7等組成。其中，太陽能集熱器1組成分級(jí)加熱設(shè)置，同時(shí)，太陽能集熱器1還與熱泵3組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，太陽能集熱器分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出、及太陽能集熱器與熱泵分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出分別與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱6經(jīng)管路連接，分級(jí)加熱式水箱中可設(shè)有電加熱元件7，太陽能集熱器、儲(chǔ)水箱、水泵、加熱水箱、熱泵及電加熱元件等分別與控制單元2電控制連接，所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于分級(jí)加熱式水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4中。
太陽能集熱器1是斜置安裝使用的二維太陽集熱器，由太陽能集熱器等組成的太陽能熱水裝置包括換熱循環(huán)管路等，其管路連接包括直流式、循環(huán)回流式或是其組合的管路連接，在此，可采用強(qiáng)迫循環(huán)回流式管路連接。
水箱采用加熱水箱和儲(chǔ)熱水箱所組成的儲(chǔ)能加熱的復(fù)合式水箱，其中，加熱水箱6是分級(jí)加熱式水箱，分級(jí)加熱式水箱由3個(gè)分級(jí)加熱式熱水箱610、611與612所組成，分級(jí)加熱式熱水箱設(shè)置在終溫儲(chǔ)水箱4前，相互間按分級(jí)加熱溫度順序設(shè)置，與終溫儲(chǔ)水箱間經(jīng)管路連接，分級(jí)加熱式熱水箱612與終溫儲(chǔ)水箱4均可帶有熱水輸出的增壓泵5。
所述的分級(jí)加熱式熱水箱可包括分級(jí)加熱式分熱水箱610與611，經(jīng)太陽能集熱器加熱后的初級(jí)熱水經(jīng)分級(jí)加熱式分熱水箱610后送入分級(jí)加熱式分熱水箱611，加熱后的終溫?zé)崴疅崴?jīng)控制單元2控制直接輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存，當(dāng)太陽能不足時(shí)或太陽能集熱器安裝面積不足時(shí)制作的次級(jí)熱水輸入到分級(jí)加熱式分熱水箱612中儲(chǔ)存?zhèn)溆?，并可供熱泵作進(jìn)一步加熱升溫后輸入終溫儲(chǔ)水箱4儲(chǔ)存。定量的熱水預(yù)先制作后儲(chǔ)存在水箱中用作分時(shí)熱水供應(yīng)，儲(chǔ)存定量熱水的兩個(gè)水箱中均帶有溫度與水位傳感器，經(jīng)控制單元2的控制程序進(jìn)行儲(chǔ)存水的管理。
熱泵3采用了2個(gè)分級(jí)加熱熱泵311與312，均設(shè)置在分級(jí)加熱式熱水箱與終溫儲(chǔ)水箱之間，其中，前置分級(jí)加熱熱泵311與分級(jí)加熱式分熱水箱611相連，后置分級(jí)加熱熱泵312設(shè)置在分級(jí)加熱式熱水箱612與終溫儲(chǔ)水箱間，2個(gè)分級(jí)加熱熱泵之間形成如圖4所示的間接串聯(lián)連接，其余設(shè)置可與實(shí)施例之三相同。
本實(shí)用新型的裝置的使用過程與工作原理如下在太陽照射下，采用太陽能集熱器對(duì)分級(jí)加熱水箱中的水進(jìn)行加熱，在夜間谷電時(shí)段優(yōu)先采用熱泵對(duì)分級(jí)加熱水箱的水進(jìn)行加熱，在冬季環(huán)境溫度過低熱泵不能正常工作時(shí)，采用電加熱元件替代熱泵進(jìn)行加熱，定量的熱水預(yù)先制作后儲(chǔ)存在水箱中用作分時(shí)熱水供應(yīng)，僅供第二天早、晚兩個(gè)峰谷電時(shí)段之間所需保證分時(shí)供應(yīng)的定溫?zé)崴俊?br> 太陽能熱水裝置的集熱器吸收太陽能后，經(jīng)其循環(huán)換熱管路與分級(jí)加熱水箱換熱，加熱水箱中的水；當(dāng)陰雨天時(shí)或冬季，太陽能集熱器集熱效率降低，儲(chǔ)水箱4中定量的熱水儲(chǔ)量不足，此時(shí)，可在夜晚谷電時(shí)段經(jīng)熱泵繼續(xù)對(duì)水箱中的水進(jìn)得加熱，冬天環(huán)境溫度較低熱泵不能正常工作時(shí)，則采用熱水箱中的電加熱元件替代熱泵加熱，峰谷電時(shí)段結(jié)束時(shí)所完成的加熱預(yù)制的定量的熱水量?jī)H是第二天早、晚兩個(gè)峰谷電時(shí)段之間所需保證分時(shí)供應(yīng)的定溫?zé)崴?，這個(gè)水量只占水箱或儲(chǔ)熱水箱容積的80％-90％，因此不會(huì)影響第二天太陽能集熱器繼續(xù)分級(jí)加熱的效率，當(dāng)終溫儲(chǔ)水箱水滿時(shí)，前置分級(jí)熱水輸出轉(zhuǎn)為向分級(jí)加熱式分熱水箱612輸送終溫?zé)崴畠?chǔ)存，需要時(shí)經(jīng)輸送泵向終溫儲(chǔ)水箱補(bǔ)充，或當(dāng)太陽不足或太陽能集熱器安裝面積不足時(shí)，則先向分級(jí)加熱式熱水箱612輸送次級(jí)熱水儲(chǔ)存?zhèn)溆茫⒖呻S時(shí)或等到低谷電時(shí)段供熱泵作進(jìn)一步加熱升溫后輸入終溫儲(chǔ)水箱儲(chǔ)存。由于設(shè)置了前置分級(jí)加熱式熱水箱，使得后置分級(jí)加熱式熱水箱612及終溫儲(chǔ)水箱4可以設(shè)置在室內(nèi)或不影響安裝承載的建筑層面，避免了屋頂安裝不利因素和承載能力限制，為太陽能集熱器的安裝節(jié)省出了更多的面積，并使得水箱屋頂安裝的工作量與難度大大減小，同時(shí)，對(duì)建筑的外觀影響也大為減小，因此，使這種熱水裝置的應(yīng)用與安裝適應(yīng)性得到擴(kuò)展。
當(dāng)白天儲(chǔ)水箱中的熱水儲(chǔ)備不足，如低于某個(gè)時(shí)段設(shè)定的對(duì)應(yīng)最低水位時(shí)，且分級(jí)加熱式分熱水箱612中儲(chǔ)水溫度也達(dá)不到45℃時(shí)，控制單元才啟動(dòng)后置熱泵進(jìn)行應(yīng)急加熱儲(chǔ)水，這樣就能保證365天24小時(shí)經(jīng)終溫儲(chǔ)水箱分時(shí)供應(yīng)45℃以上的熱水，此外，熱水裝置經(jīng)分級(jí)加熱式熱水箱612還能按365天24小時(shí)供應(yīng)次級(jí)溫度如35℃-40℃的熱水，在最大程度地利用太陽能為主的條件下，可使用夜間谷電時(shí)段的電能供熱泵或電加熱元件加熱從而減少現(xiàn)有電網(wǎng)中峰、谷時(shí)段間負(fù)荷差。
此外，裝置采用的分級(jí)加熱設(shè)置，可使得太陽能集熱器安裝面積不足時(shí)，采用將集熱器工作溫度設(shè)置為次級(jí)輸出溫度，這樣，可以更大程度地提高集熱器效率，補(bǔ)償集熱器安裝面積不足；設(shè)有分級(jí)加熱式熱水箱使裝置可儲(chǔ)存次級(jí)或終級(jí)熱水，能使儲(chǔ)水箱尺寸減小，并使儲(chǔ)水箱能與屋頂分離設(shè)置，避免屋頂安裝的承載能力與外觀影響等問題，還能增加集熱器可安裝面積，降低了裝置設(shè)置成本與擴(kuò)大了熱水裝置的安裝適應(yīng)性。
權(quán)利要求1.太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，由太陽能集熱器，熱泵，電加熱元件、水箱和控制單元等組成，其特征在于，還包括分級(jí)加熱式水箱，太陽能集熱器可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，或太陽能集熱器與熱泵可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，太陽能集熱器分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的2個(gè)或以上的分級(jí)加熱輸出、或者太陽能集熱器與熱泵分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱經(jīng)管路連接，所述的分級(jí)加熱式水箱中可設(shè)有電加熱元件，太陽能集熱器、或熱泵、或電加熱元件分別與控制單元電控制連接，所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于水箱中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的定量的熱水是指第二天早、晚兩個(gè)峰谷電時(shí)段之間所需保證分時(shí)供應(yīng)的定溫?zé)崴俊?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的水箱由加熱水箱和儲(chǔ)熱水箱所組成，加熱水箱是分級(jí)加熱式水箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的分級(jí)加熱式水箱由2個(gè)或以上的分級(jí)加熱式熱水箱所組成，各分級(jí)加熱式熱水箱間按分級(jí)加熱溫度順序經(jīng)管路連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的分級(jí)加熱式熱水箱可包括分級(jí)加熱式分熱水箱和分級(jí)加熱式匯流熱水箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的熱泵包括1個(gè)或以上的分級(jí)加熱熱泵，1個(gè)以上的分級(jí)加熱熱泵設(shè)置在分級(jí)加熱式熱水箱與終溫儲(chǔ)水箱之間，且分級(jí)加熱熱泵之間形成直接或間接的串聯(lián)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的太陽能集熱器是二維太陽能集熱器或三維太陽能集熱器，三維太陽集熱器可是豎置安裝、或是斜置安裝、或是水平安裝、或是其組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的水箱可是帶或不帶儲(chǔ)能材料的容積式熱水器并聯(lián)式水箱。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的熱泵是空氣源熱泵或是水源熱泵，其供熱熱源是空氣熱源、或水源、或地源熱源、或是其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，其特征在于，所述的分級(jí)加熱式水箱間還可連有采暖熱水的輸出循環(huán)管路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種太陽集熱器與熱泵復(fù)合加熱式儲(chǔ)能熱水裝置，由太陽能集熱器，熱泵，電加熱元件、水箱和控制單元等組成，其特征在于，還包括分級(jí)加熱式水箱，太陽能集熱器可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，或太陽能集熱器與熱泵可組成不同溫度的分級(jí)加熱設(shè)置，太陽能集熱器分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的2個(gè)或以上的分級(jí)加熱輸出、或者太陽能集熱器與熱泵分級(jí)加熱設(shè)置所構(gòu)成的分級(jí)加熱輸出與對(duì)應(yīng)的分級(jí)加熱式水箱經(jīng)管路連接，所制定量的熱水經(jīng)分級(jí)加熱后分別儲(chǔ)存于分級(jí)加熱式水箱中。與對(duì)比技術(shù)相比較可達(dá)到相近的太陽能利用率和低谷電輔助加熱利用率，并能顯著降低裝置設(shè)置成本與擴(kuò)大熱水裝置的安裝適應(yīng)性。
文檔編號(hào)F24H4/00GK2802345SQ20052004294
公開日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2005年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月28日
發(fā)明者潘戈 申請(qǐng)人:潘戈