CN102269477A - 热泵辅助直接式太阳能热水机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热泵辅助直接式太阳能热水机，包括太阳能集热器、保温水箱、水泵、热泵、温度传感器、第一电动三通阀、第二电动三通阀、第三电动三通阀和控制器，构成整箱水的热泵辅助加热回路、水箱上部水的热泵辅助加热回路和太阳能集热循环回路。与现有技术相比，所述水箱上部水的热泵辅助加热回路，热泵给保温水箱的上部加热，保证随时少量用水；整箱水的热泵辅助加热回路的加热位置由保温水箱的中部移至下部，即更靠近保温水箱底部，可以挖掘保温水箱下部的储水空间。本发明满足现代家庭对热水使用的需要：随时能满足厨房、洗刷等少量热水需要，晚上或早晨洗浴时大量热水需要，而且太阳能利用率高、节能效果好。

Description

热泵辅助直接式太阳能热水机
技术领域
本发明涉及太阳能热水器，尤其是一种热泵辅助直接式太阳能热水机。
背景技术
现有的具有辅助加热功能的太阳能热水器，是由太阳能集热器、保温水箱、辅助加热器、水泵、温度传感器和控制器等构成，分直接式和间接式2类。辅助加热器为1个，设在承压保温水箱的中部位置，辅助加热器的启闭分两种情况：定时启动——在设定的启动时间，如果保温水箱内的自来水温度低于预设温度时，温度传感器将信号传送给控制器，控制器启动辅助加热器加热，直到保温水箱内的自来水温度达到预设温度，控制器自动关闭辅助加热器；如果保温水箱内的自来水温度高于预设温度时，温度传感器将信号传送给控制器，控制器不启动辅助加热器。这种结构的太阳能热水器，存在以下缺陷：一是太阳能热水器正常仅用于洗澡（定时用热水）时，如果太阳能能量不足，辅助加热只能加热中部以上保温水箱中的水，热水供应能力只有太阳能加热时的一半，出现供热水量不足；二是如果热水器需随时供应热水，辅助加热器常开，只有保温水箱下部能储存太阳能，降低了太阳能热水器的效率；三是在定时供应热水工况下，需要临时用热水时，加热时间长。保温水箱容积越大，上述缺陷越突出。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种热泵辅助直接式太阳能热水机，满足现代家庭对热水使用的需要：随时能满足厨房、洗刷等少量热水需要，晚上或早晨洗浴时大量热水需要，而且太阳能利用率高、节能效果好。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明一种热泵辅助直接式太阳能热水机，包括太阳能集热器、保温水箱、水泵、辅助加热器、温度传感器和控制器，所述保温水箱的下部和上部分别设有自来水入口和热水出口，所述辅助加热器为热泵，该热泵的热水出口依次经第一电动三通阀的入口、及该第一电动三通阀的第一出口与保温水箱下部的热水入口连通，保温水箱下部的冷水出口依次经第二电动三通阀的第一入口、该第二电动三通阀的出口、所述水泵、第三电动三通阀的入口、及该第三电动三通阀的第一出口与热泵的冷水入口连通，构成整箱水的热泵辅助加热回路；热泵的热水出口依次经第一电动三通阀的入口、及该第一电动三通阀的第二出口与保温水箱上部的热水入口连通，保温水箱上部的冷水出口依次经第二电动三通阀的第二入口、该第二电动三通阀的出口、水泵、第三电动三通阀的入口、及该第三电动三通阀的第一出口与热泵的冷水入口连通，构成水箱上部水的热泵辅助加热回路；所述太阳能集热器上部的热水流出口通过管路与所述保温水箱中上部的热水入口连通，所述保温水箱下部的冷水出口依次经第二电动三通阀的第一入口、该第二电动三通阀的出口、水泵、第三电动三通阀的入口、及该第三电动三通阀的第二出口与太阳能集热器下部的冷水入口连通，构成太阳能集热循环回路；所述温度传感器有三个，其为分别在保温水箱内的上部、下部及太阳能集热器上部的热水流出口处设置的第一、第二及第三温度传感器。
所述控制器分别与所述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、热泵、水泵、第一电动三通阀、第二电动三通阀和第三电动三通阀电连接，用于依据温度变化以控制热泵、水泵、第一电动三通阀、第二电动三通阀和第三电动三通阀的启动与关闭。
保温水箱上部的热水入口以上的水箱容量为10-50升。
本发明的有益效果是：由于采用了上述技术方案，选择热泵为辅助加热器，所述整箱水的热泵辅助加热回路给保温水箱的下部加热，所述水箱上部水的热泵辅助加热回路给保温水箱的上部加热，与只将一个辅助加热回路设置在保温水箱中部的现有技术相比，一是在保障随时可以使用热水的工况下，提高了保温水箱储存太阳能的能力，同时也增加了太阳能集热系统效率。现在家庭的热水需求，除洗浴时需求大量的热水外，平时厨房（洗碗等）、洗刷（刷牙、洗脸、洗手等）等需要少量的热水，当太阳能不足保温水箱上部的自来水温度低于预设温度（40-55度）时，所述水箱上部水的热泵辅助加热回路启动，只将保温水箱上部的自来水加热到预设温度，根据液体热传递原理和温度分层原理，液体上面的热量向下传递非常微小和缓慢，这就在保温水箱上部形成了一个可供使用的较小容积的热水区；而下部大量的容积用于储存太阳能集热系统传输来的能量，储热容积越大，储热量就越多；储热容积增加后，储存相同能量的温度降低，这样就会提高集热系统的效率。二是增加了在辅助加热工况下的热水输出量。由于整箱水的热泵辅助加热回路与保温水箱下部连接，太阳能不足且热水用量较大时，自动定时启动整箱水的热泵辅助加热回路，可以将整个保温水箱的水加热，这样就不会减少在辅助加热工况下减少热水输出，能较好的满足热水需求；与现有技术相比，整箱水的热泵辅助加热回路的加热位置由保温水箱的中部移至下部，即更靠近保温水箱底部，可以挖掘保温水箱下部的储水空间。上述有益效果，随保温水箱容积的增大，愈加显著。
附图说明
图1是本发明热泵辅助直接式太阳能热水机的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种热泵辅助直接式太阳能热水机，包括太阳能集热器1、保温水箱2、水泵10、用作辅助加热器的热泵4和控制器，所述保温水箱2的下部和上部分别设有自来水入口和热水出口，所述热泵4的热水出口依次经第一电动三通阀12的入口、及该第一电动三通阀12的第一出口与保温水箱2下部的热水入口连通，保温水箱2下部的冷水出口依次经第二电动三通阀13的第一入口、该第二电动三通阀13的出口、所述水泵10、第三电动三通阀11的入口、及该第三电动三通阀11的第一出口与热泵4的冷水入口连通，构成整箱水的热泵辅助加热回路；热泵4的热水出口依次经第一电动三通阀12的入口、及该第一电动三通阀12的第二出口与保温水箱2上部的热水入口连通，保温水箱2上部的冷水出口依次经第二电动三通阀13的第二入口、该第二电动三通阀13的出口、水泵10、第三电动三通阀11的入口、及该第三电动三通阀11的第一出口与热泵4的冷水入口连通，构成水箱上部水的热泵辅助加热回路。所述太阳能集热器1上部的热水流出口通过管路与所述保温水箱2中上部的热水入口连通，所述保温水箱2下部的冷水出口依次经第二电动三通阀13的第一入口、该第二电动三通阀13的出口、水泵10、第三电动三通阀11的入口、及该第三电动三通阀11的第二出口与太阳能集热器1下部的冷水入口连通，构成太阳能集热循环回路。所述温度传感器有三个，其为分别在保温水箱2内的上部、下部及太阳能集热器1上部的热水流出口处设置的第一、第二及第三温度传感器6、7、8。
所述控制器分别与所述第一温度传感器6、第二温度传感器7、第三温度传感器8、热泵4、水泵10、第一电动三通阀12、第二电动三通阀13和第三电动三通阀11电连接，用于依据温度变化以控制热泵4、水泵10、第一电动三通阀12、第二电动三通阀13和第三电动三通阀11的启动与关闭。作为优选，将保温水箱2上部的热水入口以上的水箱容量设计为10-50升。

Claims (3)

1.一种热泵辅助直接式太阳能热水机，包括太阳能集热器（1）、保温水箱（2）、水泵（10）、辅助加热器（4）、温度传感器和控制器，所述保温水箱（2）的下部和上部分别设有自来水入口和热水出口，其特征在于：
所述辅助加热器为热泵（4），该热泵（4）的热水出口依次经第一电动三通阀（12）的入口、及该第一电动三通阀（12）的第一出口与保温水箱（2）下部的热水入口连通，保温水箱（2）下部的冷水出口依次经第二电动三通阀（13）的第一入口、该第二电动三通阀（13）的出口、所述水泵（10）、第三电动三通阀（11）的入口、及该第三电动三通阀（11）的第一出口与热泵（4）的冷水入口连通，构成整箱水的热泵辅助加热回路；
热泵（4）的热水出口依次经第一电动三通阀（12）的入口、及该第一电动三通阀（12）的第二出口与保温水箱（2）上部的热水入口连通，保温水箱（2）上部的冷水出口依次经第二电动三通阀（13）的第二入口、该第二电动三通阀（13）的出口、水泵（10）、第三电动三通阀（11）的入口、及该第三电动三通阀（11）的第一出口与热泵（4）的冷水入口连通，构成水箱上部水的热泵辅助加热回路；
所述太阳能集热器（1）上部的热水流出口通过管路与所述保温水箱（2）中上部的热水入口连通，所述保温水箱（2）下部的冷水出口依次经第二电动三通阀（13）的第一入口、该第二电动三通阀（13）的出口、水泵（10）、第三电动三通阀（11）的入口、及该第三电动三通阀（11）的第二出口与太阳能集热器（1）下部的冷水入口连通，构成太阳能集热循环回路；
所述温度传感器有三个，其为分别在保温水箱（2）内的上部、下部及太阳能集热器（1）上部的热水流出口处设置的第一、第二及第三温度传感器（6、7、8）。
2.根据权利要求1所述的热泵辅助直接式太阳能热水机，其特征在于：所述控制器分别与所述第一温度传感器（6）、第二温度传感器（7）、第三温度传感器（8）、热泵（4）、水泵（10）、第一电动三通阀（12）、第二电动三通阀（13）和第三电动三通阀（11）电连接，用于依据温度变化以控制热泵（4）、水泵（10）、第一电动三通阀（12）、第二电动三通阀（13）和第三电动三通阀（11）的启动与关闭。
3.根据权利要求1或2所述的热泵辅助直接式太阳能热水机，其特征在于：保温水箱（2）上部的热水入口以上的水箱容量为10-50升。
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