CN102242950A - 一种家庭能源一体机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种家庭能源一体机，属于太阳能技术领域。它解决了现有的太阳能热水器加热方式单一、操作麻烦以及能源利用率低的问题。本家庭能源一体机，包括储能箱、设置于储能箱内的电加热器、太阳能集热器、第一循环泵、热能输出端以及第二循环泵，太阳能集热器、储能箱以及第一循环泵通过管路依次连接并形成第一回路，能源一体机还包括一燃气炉与控制单元，燃气炉、储能箱以及第一循环泵通过管路依次连接并形成第二回路，控制单元能控制第一回路与第二回路的连通与截断以及电加热器、第一循环泵和第二循环泵的工作状态。本家庭能源一体机具有可靠性高、经济性好、操作方便以及能源利用率高的优点。

Description

一种家庭能源一体机

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，涉及一种家庭能源一体机。

背景技术

目前，针对能源稀缺与环境污染的问题，各个领域的技术人员陆续地开始将能源应用的重心向无污染的可再生能源转变。太阳能就是一种洁净的可再生能源，常见的太阳能利用有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳能热发电聚光集热装置等。其中，太阳能热水器的应用普及较为广泛。但是，现有的太阳能热水器中所加热的水仅被用于淋浴，功能单一，且当热水器中的水温较高时，会出现能源浪费的问题。

针对以上问题，人们设计了一种太阳能取暖装置，并申请了中国专利，(其申请号为：200920042807.6；其公开号为：CN201448920U)，该太阳能取暖装置包括太阳能集热器、淋浴装置、管道、阀门、设置于水箱中的电加热器以及与电加热器相联接的水温控制器。太阳能热水器与淋浴装置通过管路与阀门连接，管路中还连接有热交换器和循环水泵。当热水器中的水温过高时，可通过操作阀门与开启循环泵，使得热水器中的水流至热交换器处为用户供暖；当热水器中的水温过低时，可通过操作水温控制器来控制电加热器对水箱中的水进行电加热。该太阳能取暖装置将热水器中的水的用途分成淋浴与取暖两种，且增加了热水器的功能，同时，也提高了太阳能的利用率。

但是，该太阳能取暖装置仍存在一些不足：1、当水箱中的水温不足且用户家中停电时，该太阳能取暖装置无法为水箱中的水进行加热，使用户的用水受阻；2、该太阳能取暖装置在功能切换使用时需要操作多个开关或按钮，且各个开关相距较远，操作不便；3、当水箱中水温过高且用户无需供暖时，该太阳能取暖装置仍无法充分利用太阳能；4、该太阳能取暖装置中水箱的保温效果不佳，无法做到有效地对其中的热能进行储存，容易造成能源浪费。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种具有多种加热途径以及能源利用率高的家庭能源一体机。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种家庭能源一体机，包括储能箱、设置于储能箱内的电加热器、用于吸收太阳能的太阳能集热器、第一循环泵、热能输出端以及为热能输出端的导热介质提供循环动力的第二循环泵，所述的太阳能集热器、储能箱以及第一循环泵通过管路依次连接并形成第一回路，其特征在于，所述的能源一体机还包括一燃气炉与控制单元，所述的燃气炉、储能箱以及第一循环泵通过管路依次连接并形成第二回路，所述的控制单元能控制第一回路与第二回路的连通与截断以及电加热器、第一循环泵和第二循环泵的工作状态。

当太阳光充足时，用户可通过控制单元连通第一回路，由太阳能集热器吸收太阳光的热能并对集热器中的导热介质进行加温，加温后的导热介质可通过热传递或对流的方式来实现第一回路中的导热介质整体被动加温，也可通过启动第一循环泵来带动第一回路内的导热介质作主动循环的方式来实现。加热后的导热介质可以热传递的方式将热能通过储能箱传递到热能输出端，即用户的用水端。当太阳光不充足时，用户可根据实际情况选择通过电加热器进行电加热或通过开通第二回路来进行燃气加热。如用户家中停电或燃气价格较低时，可选择开通第二回路来进行燃气加热；反之，则可选择电加热。当用户需要用热水进行淋浴或通过地暖供暖时，可开启第二循环泵来将热能输出端的热水或导热介质输送到用户处。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的第一回路与第二回路上设置有与上述控制单元相联接的切换件，所述的切换件能受控制单元控制而连通或截断第一回路或第二回路。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的切换件包括分别连接于太阳能集热器与第一循环泵之间以及燃气炉与第一循环泵之间的第一电磁阀以及第二电磁阀，所述的第一电磁阀、第二电磁阀、电加热器、第一循环泵以及第二循环泵均与上述控制单元相联接。本家庭能源一体机将各个操作集中控制，方便了用户的操作。当太阳光充足时，用户操作控制单元控制第一电磁阀开启，第二电磁阀关闭，第一回路中的导热介质由集热器吸收太阳光进行被动加热。当太阳光不充足时，可关闭第一电磁阀，如选择使用电加热，则无需开启第二电磁阀，直接控制电加热器进行加热；如选择进行燃气加热，则控制第二电磁阀打开，启动第一循环泵，开始进行燃气加热。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的切换件包括连接于上述第一回路与第二回路连接处的三通电磁阀，所述的三通电磁阀、电加热器、第一循环泵以及第二循环泵均与上述控制单元相联接。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的控制单元包括相互联接的控制器以及具有显示屏的控制面板，所述的第一电磁阀、第二电磁阀、电加热器、第一循环泵以及第二循环泵均与上述控制器相联接。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的能源一体机还包括分别用于检测能源一体机中各个部件内导热介质温度与压力的水温检测模块与水压检测模块以及用于检测太阳能集热器处加热强度的加热强度检测器，所述的水温检测模块、水压检测模块与加热强度检测器均与上述控制单元相联接。用户可根据这三个检测模块发送到控制单元处的信息来判断能源一体机内导热介质的温度、压力情况以及太阳光的强度情况，进而进行相应的操作。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的热能输出端包括若干个与上述储能箱相连接的热能输出支路，所述的第二循环泵的数量与上述热能输出支路相同且分别设置于各个热能输出支路中，所述的热能输出支路中还分别设置有地暖装置或淋浴装置。当用户需要进行地暖取暖或淋浴时，可控制相应的第二循环泵启动，将通过储能箱加热后的导热介质通过管路输送到相应的地暖装置或淋浴装置中，满足用户的使用。此外，本家庭能源一体机将多个热能输出支路连接到同一储能箱中，可方便多个房间的多个用户的使用。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的储能箱处还连接有一能将储能箱内热能转换成电能并储存的温差发电装置。温差发电装置可将多余的热能转换为电能并进行储存，达到充分利用太阳能的目的。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的温差发电装置包括内部为空腔的壳体、穿过所述的壳体的热循环管路和冷循环管路，在壳体内固连有若干块半导体发电模板，在每一块半导体发电模板的两侧分别有上述的热循环管路和冷循环管路通过，在所述的壳体外侧还设有蓄电池，上述的每块半导体发电模板的输出端均接于该蓄电池上。半导体发电模板两端产生温差会自行发电并将电能输送到蓄电池中进行储存。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的热循环管路与上述储能箱相通，所述的冷循环管路内流通有设定温度的液体。当储能箱内的导热介质的温度高过冷循环管路中的设定水温时，半导体发电模板两侧的温度形成温差，进而促使半导体发电模板发电并将电能输送到蓄电池中进行储存。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的壳体内具有传导液。热循环管路处的热量通过传导液传递至半导体发电模板的一侧，冷循环管路通过传导液将半导体发电模板另一侧的热量带走，使得半导体发电模板的两侧形成温差。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的壳体中部具有隔板，隔板将壳体分隔为上下相邻的发电腔和储存腔，上述的半导体发电模板、冷循环管路、热循环管路均位于发电腔中，上述的蓄电池位于储存腔中。这样的结构使得半导体发电模板发电过程中，发电腔中的液体或其它物质不能进入蓄电池处，保证蓄电池在稳定的环境中蓄电。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的控制单元处还联接有一能与控制单元之间进行信息交换的信息传输模块，所述的信息传输模块包括蜂鸣器以及信号传输器，所述的信号传输器能与用户设定的指定终端进行信息交换。当控制单元接收到的信息表示系统失常时(如温度与压力过高时)，发送信号控制蜂鸣器报警并通过信息传输器发送相应的报警信息给用户设定的指定终端，当用户发现时，可通过指定终端发送控制信号给信号传输器，进而通过控制单元进行相应的安全处理。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的控制单元处还联接有一缺水保护模块。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的缺水保护模块包括缺水指示灯以及设置于储能箱内相应位置的缺水传感器。当缺水传感器检测到储能箱中水位过低时，发送缺水信号给控制单元，由控制单元控制各个设备停止工作并点亮缺水指示灯。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的控制单元处还联接有一漏电保护模块。当系统中漏电电流≥10mA，电加热器关闭，整个动作时间≤100ms。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的储能箱外侧还具有保温层。保温层可增强储能箱对热能的储存效果。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的储能箱处还具有能释放储能箱中高压的排放件。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的排放件为膨胀罐且该膨胀罐与上述储能箱相通。

膨胀罐由罐体、气囊、进/出水口及补气口四部份组成。罐体一般为碳钢材质，气囊为EPDM环保橡胶，当外界有压力的导热介质进入膨胀罐气囊内时，密封在罐内的氮气被压缩，根据波义耳气体定律，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到膨胀罐内气体压力与导热介质的压力达到一致时停止进水。当导热介质流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于导热介质的压力，此时气体膨胀将气囊内的导热介质挤出补充到能源一体机中，直到气体压力与导热介质的压力再次达到一致时停止。显然，当储能箱内的导热介质的温度发生变化引起压力变化时，膨胀罐可起到缓冲压力波动的效果。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的加热强度检测器为设置于太阳能集热器处的光照传感器。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的水温检测模块与水压检测模块分别为设置于能源一体机中各个部件处的温度传感器与水压传感器。

在上述的一种家庭能源一体机中，所述的储存腔处还具有能释放发电腔中高压的膨胀罐。

与现有技术相比，本家庭能源一体机具有以下优点：

1、本家庭能源一体机除了利用太阳能进行被动的导热介质的温度加热外，还设有电加热与燃气加热两种加热状态，方便用户根据不同的情况选用不同的加热方式，增加了家庭能源一体机对导热介质进行加热的可靠性与经济性，且多处的地暖供应以及生活用水的热能输出支路都统一连接到储能箱处，由一套家庭能源一体机即实现多种取暖设备以及加热设备的功能，方便了用户的使用与管理。

2、本家庭能源一体机将水泵以及阀的控制都集中到具有显示屏的控制面板处，方便了用户的观察与操作。

3、本家庭能源一体机在储能箱处还设置有温差发电装置，当用户不用水时，可将多余的热能转换为电能进行储存，充分地利用了太阳能。

附图说明

图1是本家庭能源一体机的结构示意图。

图中，1、储能箱；2、电加热器；3、太阳能集热器；4、第一循环泵；5、第二循环泵；6、燃气炉；7、第一电磁阀；8、第二电磁阀；9、加热强度检测器；10、温度传感器；11、温差发电装置。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本家庭能源一体机包括储能箱1、设置于储能箱1中的电加热器2、与储能箱1相连接的温差发电装置11、太阳能集热器3、燃气炉6、第一循环泵4、若干个热能输出支路以及用于为用户用水或取暖时的导热介质循环提供动力的第二循环泵5。其中，储能箱外侧具有一保温层；太阳能集热器3、第一循环泵4以及储能箱1依次通过管路连接并形成第一回路；燃气炉6、第一循环泵4以及储能箱1依次通过管路连接并形成第二回路；第二循环泵的数量与热能输出支路相同且分别设置于各个热能输出支路中，而热能输出支路中还分别设置有地暖装置、淋浴装置或其他用水装置。在本实施例中，第一回路、第二回路以及热能输出支路均自成密封回路，三者以及储能箱均为单独个体，其内部并不连通，而第一回路、第二回路以及热能输出支路的部分管路设置于储能箱内，用于进行热交换，即本家庭一体机中的储能箱内导热介质的作用为储存热能与中转热能，并非供水源。而为提高热传递效率，除用于淋浴或涮洗等生活用水的热能输出端内的导热介质为水外，其他管路(如地暖供热)与储能箱中的导热介质均为导热性能比水高的液体介质。

为方便用户的操作与控制，本家庭能源一体机还包括相互联接的控制器以及具有显示屏的控制面板。太阳能集热器3与第一循环泵4之间连接有第一电磁阀7，燃气炉6与第一循环泵4之间连接有第二电磁阀8。第一电磁阀7、第二电磁阀8、电加热器2、第一循环泵4以及第二循环泵5均与控制器相联接并能受其控制而工作。在本实施例中，控制面板为触摸式液晶显示屏。

此外，太阳能集热器3处还设置有用于检测该集热器处的加热强度的加热强度检测器9，该太阳能集热器3、储能箱1的上部与下部以及第二循环泵5处均设置有一用于检测导热介质温度的温度传感器10。加热强度检测器9以及温度传感器10分别检测能源一体机的相应参数并能将检测到的参数发送到控制面板的显示屏上进行显示以方便用户了解整个能源一体机的工作情况。在本实施例中，加热强度检测器9为用于检测太阳光光照强度的光照传感器。

本家庭能源一体机开始工作时，由光照传感器检测太阳能集热器3处的光照强度，温度传感器10检测太阳能集热器3以及储能箱1中导热介质的温度，并将检测到的相应信息发送给控制器，进而通过控制面板上的显示屏进行显示。

当显示屏上显示太阳光强度足够，且太阳能集热器3处的介质温度高于储能箱1中导热介质的温度时，用户可通过操作控制面板使得第一电磁阀7打开，第二电磁阀8关闭，从而连通第一回路，并适时地控制第一循环泵4工作，为第一回路中的导热介质提供循环动力。此时，太阳能集热器3不断地吸收太阳光的热能并对其内部的导热介质进行加热，同时，将加热后的导热介质通过水循环输送到储能箱1处进行热交换并储存。而当太阳光强度不足，且太阳能集热器3处的介质温度低于储能箱1中导热介质的温度时，用户可控制第一循环泵4停止工作，保证储能箱1中的热能不会流失。

当太阳能强度不足且储能箱1内的介质温度无法满足用户使用的需求(如储能箱1中的介质温度低于45度)时，用户可根据实际情况选择相应的加热方式。如燃气的价格较低或家中停电时，可选择燃气加热方式，通过控制面板关闭第一电磁阀7，开启第二电磁阀8并启动第一循环泵4。此时，第二回路导通，燃气炉6开始对第二回路中的导热介质进行加热，而导热介质的热能则通过热交换的方式传递到储能箱1中进行储存。反之，用户可选择电加热方式，无需开启第二电磁阀8，直接通过操作控制面板控制电加热器2工作，对储能箱1中的导热介质进行加热。当储能箱1中的介质温度达到用户使用的标准(如储能箱1中的介质温度达到60度)时，即可停止加热。

当用户需要用水，如正常的生活用水、淋浴或通过地暖进行取暖时，可通过控制面板控制若干个中相应的第二循环泵5工作，带动相应热能输出支路中的导热介质循环，将流经储能箱1的温度较高的导热介质通过热能输出支路输送到用户需要使用的用水装置处，满足用户的用水需求。

当太阳光充足，储能箱1中的温度过高而用户却不需要用水时，为避免能源浪费，可通过与储能箱1相连接的温差发电装置11将储能箱1中导热介质的热能转换为电能并进行存储。

其中，温差发电装置11包括内部为空腔的壳体、穿过壳体的热循环管路、冷循环管路、固连于壳体内的数块半导体发电模板以及与半导体发电模板的输出端相联接的蓄电池。壳体中部具有隔板，隔板将壳体分隔为上下相邻的发电腔和储存腔，发电腔内具有传导液，半导体发电模板、冷循环管路以及热循环管路均位于发电腔中，蓄电池则位于储存腔中。

这里热循环管路与储能箱相通，冷循环管路内则流通设定温度的液体，两者伸入壳体内的管壁导热性能良好，且分别经过每一块半导体发电模板的两侧

当储能箱1内的介质温度高过冷循环管路中的设定水温时，半导体发电模板两端的温度形成温差，进而促使半导体发电模板发电并将电能输送到蓄电池中进行储存。在本实施例中，将第一循环泵4、第二循环泵5等设备通过开关联接至蓄电池处，当用户家中断电时，可由蓄电池作为整个能源一体机的临时电源，满足用户的临时用水需求。

此外，为保证本家庭能源一体机的使用安全性，在控制单元上还联接有漏电保护模块、缺水保护模块以及信息传输模块。其中，信息传输模块又包括设置于控制面板处的蜂鸣器以及信息传输器，该信息传输器能在接收到控制单元发送的水温或水压过高的报警信号后将该报警信息通过无线方式发送到用户设定的指定终端上，如用户的手机、邮箱等等，当用户发现能源一体机出现异常，同样可通过指定终端发送相应的控制信号给信息传输器，通过信息交换使得控制单元进行相应的安全操作；缺水保护模块包括设置于储能箱1中相应位置的缺水传感器以及缺水指示灯，当缺水传感器检测到储能箱1中的水位过低时，由控制单元控制其他设备停止工作并点亮缺水指示灯。在储能箱1以及温差发电装置11的壳体中设置用于释放高压的膨胀罐。膨胀罐由罐体、气囊、进/出水口及补气口四部份组成。罐体一般为碳钢材质，气囊为EPDM环保橡胶，当外界有压力的导热介质进入膨胀罐气囊内时，密封在罐内的氮气被压缩，根据波义耳气体定律，气体受到压缩后体积变小压力升高，直到膨胀罐内气体压力与导热介质的压力达到一致时停止进水。当导热介质流失压力减低时膨胀罐内气体压力大于导热介质的压力，此时气体膨胀将气囊内的导热介质挤出补到能源一体机中，直到气体压力与导热介质的压力再次达到一致时停止排水。显然，当储能箱1内的介质温度发生变化引起水压变化时，膨胀罐可起到缓冲压力波动的效果。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种家庭能源一体机，包括储能箱(1)、设置于储能箱(1)内的电加热器(2)、用于吸收太阳能的太阳能集热器(3)、第一循环泵(4)、热能输出端以及为热能输出端的导热介质提供循环动力的第二循环泵(5)，所述的太阳能集热器(3)、储能箱(1)以及第一循环泵(4)通过管路依次连接并形成第一回路，其特征在于，所述的能源一体机还包括一燃气炉(6)与控制单元，所述的燃气炉(6)、储能箱(1)以及第一循环泵(4)通过管路依次连接并形成第二回路，所述的控制单元能控制第一回路与第二回路的连通与截断以及电加热器(2)、第一循环泵(4)和第二循环泵(5)的工作状态。

2.根据权利要求1所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的第一回路与第二回路上设置有与上述控制单元相联接的切换件，所述的切换件能受控制单元控制而连通或截断第一回路或第二回路。

3.根据权利要求2所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的切换件包括分别连接于太阳能集热器(3)与第一循环泵(4)之间以及燃气炉(6)与第一循环泵(4)之间的第一电磁阀(7)以及第二电磁阀(8)，所述的第一电磁阀(7)、第二电磁阀(8)、电加热器(2)、第一循环泵(4)以及第二循环泵(5)均与上述控制单元相联接。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的能源一体机还包括分别用于检测能源一体机中各个部件内导热介质温度与压力的水温检测模块与水压检测模块以及用于检测太阳能集热器(3)处加热强度的加热强度检测器(9)，所述的水温检测模块、水压检测模块与加热强度检测器(9)均与上述控制单元相联接。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的热能输出端包括若干个与上述储能箱(1)相连接的热能输出支路，所述的第二循环泵(5)的数量与上述热能输出支路相同且分别设置于各个热能输出支路中，所述的热能输出支路中还分别设置有地暖装置或淋浴装置。

6.根据权利要求1或2或3所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的储能箱(1)处还连接有一能将储能箱(1)内热能转换成电能并储存的温差发电装置(11)。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的控制单元处还联接有一能与控制单元之间进行信息交换的信息传输模块，所述的信息传输模块包括蜂鸣器以及信号传输器，所述的信号传输器能与用户设定的指定终端进行信息交换。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的控制单元处还联接有一缺水保护模块，所述的缺水保护模块包括缺水指示灯以及设置于储能箱(1)内相应位置的缺水传感器。

9.根据权利要求1所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的储能箱(1)外侧还具有保温层。

10.根据权利要求1所述的一种家庭能源一体机，其特征在于，所述的储能箱(1)处还具有能释放储能箱(1)中高压的排放件。

Images