CN102901230A - 多功能太阳能热水系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于新能源利用技术领域，涉及一种多功能太阳能热水系统。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。本系统包括太阳能集热模块、淋浴水箱、换热开水箱和饮用水箱，换热开水箱和淋浴水箱之间设有能使换热开水箱中的热量传递至淋浴水箱的换热器，换热开水箱和淋浴水箱分别通过第四控制管路和第五控制管路与换热器相连。其优点在于：既能利用太阳能制取洗浴用热水，又能利用太阳能制取开水并保证开水系统水质，集制取太阳能热水、饮用开水和热回收冷却多种功能于一体，以解决太阳能热水系统中夏天太阳能产生的洗浴用热水过多而产生浪费，可以通过用太阳能烧制开水，提高太阳能及辅助能源利用率，使太阳能热利用系统投资回收期大大减少。

Description

多功能太阳能热水系统

技术领域

本发明属于新能源利用技术领域，涉及太阳能，尤其是涉及一种多功能太阳能热水系统。

背景技术

太阳能具有永久性、清洁性和灵活性三大优点，太阳能利用设备能够实现一次投资而长期使用，大大降低使用的成本，节约大量能源。目前，太阳能热水系统广泛应用于工业、农业和生产生活等各个领域。公开文献中有各种各样的太阳能热水系统和太阳能开水系统。

例如中国专利文献了一种夹套分体阳台式太阳能热水系统[申请号：201010542331.X],该装置具有结构简单、运行稳定可靠、集热管不易炸管、清洗方便的优点。中国专利文献[申请号：ZL201010523903.X]提供了一种二次反射抛物柱面聚光圆柱面采光太阳能热水器，该发明通过大平面反光镜和抛物柱面反光镜的反光聚焦作用接收太阳能，可提高太阳能的接收效率，可用来实现在强光和弱光的环境下太阳能的采集和接收。中国专利文献[申请号：ZL93117799.5]提供了一种梯级升温太阳能开水炉，采用太阳能加热的方法直接得到开水，不用使用任何燃料燃烧，因此可以绝对避免产生污染。使用多个真空吸热管串联的方法来达到使冷水加热成开水，热损失少。中国专利文献[申请号：ZL201010234061.6]提出了一种太阳能开水炉一体机，它可解决现有技术存在的问题，既节能环保，又可确保饮用水的品质等等。

上述技术方案都是单一的太阳能热水系统和单一的太阳能开水系统，不是多功能系统，从而增加了投资成本和投资回收期。另一方面，能源利用率较低，工作稳定性较差，难以满足使用所需。因此有必要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，结构简单，能源利用率高，功能多样的多功能太阳能热水系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本多功能太阳能热水系统，其特征在于，本系统包括太阳能集热模块、淋浴水箱、换热开水箱和饮用水箱，所述的淋浴水箱和换热开水箱分别通过第一控制管路和第二控制管路并联在太阳能集热模块上，所述的饮用水箱通过第三控制管路连接在换热开水箱上，在换热开水箱和淋浴水箱之间设有能使换热开水箱中的热量传递至淋浴水箱的换热器，所述的换热开水箱和淋浴水箱分别通过第四控制管路和第五控制管路与换热器相连。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的换热开水箱通过第六控制管路与空冷换热器相连；所述的淋浴水箱通过第七控制管路连接有辅助热源空气源热泵热水器。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的换热开水箱中设置与第一控制管路相连的开水换热器；所述的换热开水箱上还设有辅助电加热装置。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的太阳能集热模块的出水端和进水端分别设有第一温度传感器和第二温度传感器，所述的换热开水箱、淋浴水箱和饮用水箱上分别设有第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的第一控制管路包括连接在太阳能集热模块和淋浴水箱之间的管路上的第一电磁阀、第一循环泵和第二电磁阀；所述的第二控制管路包括连接在太阳能集热模块和换热开水箱之间的管路上的第三电磁阀和第二循环泵；所述的第三控制管路包括连接在换热开水箱和饮用水箱之间的管路上的第四电磁阀和增压泵；所述的第四控制管路包括连接在换热开水箱和换热器之间的管路上的第三循环泵；所述的第五控制管路包括连接在淋浴水箱和换热器之间的管路上的第四循环泵；所述的第六控制管路包括连接在空冷换热器和换热开水箱之间的管路上的第五循环泵；所述的第七控制管路包括连接在淋浴水箱和辅助热源空气源热泵热水器之间的管路上的第六循环泵。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、第四温度传感器、第五温度传感器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第一循环泵、第二循环泵、第三循环泵、第四循环泵、第五循环泵、第六循环泵、增压泵和辅助电加热装置均与控制电路相连。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的控制电路上连接有用于输入设置参数的设置输入装置。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的淋浴水箱为开式水箱且通过排气孔与外界空气相通；所述的换热开水箱和饮用水箱为闭式水箱且通过泄压排气阀与外界空气相通。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器分别设置在换热开水箱、淋浴水箱和饮用水箱的底部。由于换热开水箱、淋浴水箱和饮用水箱的出水口均设置在底部，因此将第三温度传感器、第四温度传感器和第五温度传感器分别设置在换热开水箱、淋浴水箱和饮用水箱的底部能够有效提高温度测量的准确度。

在上述的多功能太阳能热水系统中，所述的淋浴水箱、换热开水箱和饮用水箱均为食品级保温水箱；所述的第一循环泵和第二循环泵至少能承受不低于180℃的高温；所述的第五循环泵、第三循环泵和第四循环泵至少能承受不低于120℃的高温；所述的太阳能集热模块为普通真空管集热模块、热管真空管集热模块、平板集热模块和聚光型集热模块中的任意一种；所述的开水换热器为沉浸式盘管换热器、板式换热器中的任意一种；所述的换热器为板式换热器。

与现有的技术相比，本多功能太阳能热水系统的优点在于：既能利用太阳能制取洗浴用热水，又能利用太阳能制取开水并保证开水系统水质，集制取太阳能热水、饮用开水和热回收冷却多种功能于一体，以解决太阳能热水系统中夏天太阳能产生的洗浴用热水过多而产生浪费，可以通过用太阳能烧制开水，提高太阳能及辅助能源利用率，从而使太阳能热利用系统投资回收期大大减少。

附图说明

图1是本发明提供的结构示意图。

图中，太阳能集热模块1、淋浴水箱2、换热开水箱3、饮用水箱4、第一控制管路5、第二控制管路6、第三控制管路7、换热器8、第四控制管路9、第五控制管路10、第六控制管路11、空冷换热器12、第七控制管路13、辅助热源空气源热泵热水器14、辅助电加热装置15、控制电路16、输入装置17、沉浸式盘管换热器18、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、第五温度传感器T5、第一电磁阀M1、第二电磁阀M2、第三电磁阀M3、第四电磁阀M4、第一循环泵P1、第二循环泵P2、增压泵P3、第三循环泵P4、第四循环泵P5、第五循环泵P6、第六循环泵P7。

具体实施方式

如图1所示，本多功能太阳能热水系统包括太阳能集热模块1、淋浴水箱2、换热开水箱3和饮用水箱4。淋浴水箱2和换热开水箱3分别通过第一控制管路5和第二控制管路6并联在太阳能集热模块1上，饮用水箱4通过第三控制管路7连接在换热开水箱3上，在换热开水箱3和淋浴水箱2之间设有能使换热开水箱3中的热量传递至淋浴水箱2的换热器8，换热开水箱3和淋浴水箱2分别通过第四控制管路9和第五控制管路10与换热器8相连。换热开水箱3通过第六控制管路11与空冷换热器12相连；淋浴水箱2通过第七控制管路13连接有辅助热源空气源热泵热水器14。换热开水箱3中设置与第一控制管路5相连的开水换热器；换热开水箱3上还设有辅助电加热装置15。淋浴水箱2为开式水箱且通过排气孔与外界空气相通；所述的换热开水箱3和饮用水箱4为闭式水箱且通过泄压排气阀与外界空气相通。

本发明可以划分为三大部分：第一部分为太阳能热水集热系统、第二部分为间接加热式开水系统、第三部分为开水散热回收饮用水系统。本发明太阳能集热模块1根据用户初投资和集热性能要求不同可以用普通真空管集热模块、热管真空管集热模块、平板集热模块或其他聚光型集热模块。本发明中，根据用户所需换热开水箱3容量和换热开水箱3中最终冷却温度不同、以及淋浴水箱2容量进行综合优化选取太阳能集热模块1面积大小。本发明中第二部分间接加热式开水系统为闭式循环系统，由于系统要承受至少1.5倍大气压压力，因此连接水管均为铜管或不锈钢管，以保证系统安全及水质安全。

太阳能集热模块1的出水端和进水端分别设有第一温度传感器T1和第二温度传感器T2。换热开水箱3、淋浴水箱2和饮用水箱4上分别设有第三温度传感器T3、第四温度传感器T4和第五温度传感器T5。第三温度传感器T3、第四温度传感器T4和第五温度传感器T5分别设置在换热开水箱3、淋浴水箱2和饮用水箱4的底部。

第一控制管路5包括连接在太阳能集热模块1和淋浴水箱2之间的管路上的第一电磁阀M1、第一循环泵P1和第二电磁阀M2；所述的第二控制管路6包括连接在太阳能集热模块1和换热开水箱3之间的管路上的第三电磁阀M3和第二循环泵P2；所述的第三控制管路7包括连接在换热开水箱3和饮用水箱4之间的管路上的第四电磁阀M4和增压泵P3；所述的第四控制管路9包括连接在换热开水箱3和换热器8之间的管路上的第三循环泵P4；所述的第五控制管路10包括连接在淋浴水箱2和换热器8之间的管路上的第四循环泵P5；所述的第六控制管路11包括连接在空冷换热器12和换热开水箱3之间的管路上的第五循环泵P6；所述的第七控制管路13包括连接在淋浴水箱2和辅助热源空气源热泵热水器14之间的管路上的第六循环泵P7。

第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、第五温度传感器T5、第一电磁阀M1、第二电磁阀M2、第三电磁阀M3、第四电磁阀M4、第一循环泵P1、第二循环泵P2、第三循环泵P4、第四循环泵P5、第五循环泵P6、第六循环泵P7、增压泵P3和辅助电加热装置15均与控制电路16相连。控制电路16上连接有用于输入设置参数的设置输入装置17。

本实施例中，淋浴水箱2、换热开水箱3和饮用水箱4均为食品级保温水箱；第一循环泵P1和第二循环泵P2至少能承受不低于180℃的高温；第五循环泵P6、第三循环泵P4和第四循环泵P5至少能承受不低于120℃的高温；太阳能集热模块1为普通真空管集热模块、热管真空管集热模块、平板集热模块和聚光型集热模块中的任意一种；开水换热器为沉浸式盘管换热器18、板式换热器中的任意一种；换热器8为板式换热器。

本发明着重解决太阳能热水系统中夏天太阳能产生的洗浴用热水过多而产生浪费，可以用太阳能烧制开水，提高太阳能及辅助能源利用率，从而使太阳能热利用系统投资回收期大大减少。本发明主要用于学校、宾馆、饭店、洗浴中心、办公建筑等太阳能热水系统工程中，也可用于民用建筑的太阳能热水系统工程中。本发明将太阳能热水系统、饮用开水系统和热回收冷却系统耦合成一体，拓宽太阳能热利用范围，可以解决太阳能热水系统中夏天太阳能产生的洗浴用热水过多而产生浪费，利用太阳能烧制饮用开水，可以减少太阳能热利用系统投资回收期；本系统不是将饮用开水通过自然冷却散发到空气中,而是利用热回收系统冷却回收饮用开水中的热量用于洗浴用热水系统,从而大大提高太阳能及辅助能源利用率，达到节约有限能源的作用。

更具体地说，第一部分为太阳能热水集热系统，该部分由太阳能集热模块1、淋浴水箱2、第一电磁阀M1、第二电磁阀M2、第一循环泵P1、辅助热源空气源热泵热水器14、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第六循环泵P7及各种连接水管组成；第二部分为间接加热式开水系统，该部分由太阳能集热器模块1、沉浸式盘管换热器18、换热开水箱3、第二循环泵P2、辅助电加热装置15和连接水管组成；第三部分为开水散热回收饮用水系统，该部分由换热器8和空冷换热器12、饮用水箱4、第五循环泵P6、第三循环泵P4、第四循环泵P5、增压泵P3、第四电磁阀M4和连接水管组成。

本发明换热器8、空冷换热器12、第五循环泵P6、第三循环泵P4、第四循环泵P5和增压泵P3均应对水质没有污染；本发明换热器8主要用来回收换热开水箱3中的热能，将换热开水箱3中的开水冷却到合适的温度，再通过空冷换热器12将换热开水箱3中的开水冷却到更低的温度，如果换热开水箱3中的水不需要冷却到更低的温度，或对换热开水箱3中饮用水进一步冷却没有时间要求时，则空冷换热器12不开启。

本发明工作模式一，即用户只要求洗浴用热水情况下工作模式。在该工作模式下，本发明系统中第三电磁阀M3、第四电磁阀M4关闭，第一电磁阀M1、第二电磁阀M2开启，第二循环泵P2、第六循环泵P7、第三循环泵P4、第四循环泵P5不运行，增压泵P3不运行。当太阳能集热模块1出口第一温度传感器T1温度与淋浴水箱2内底部第四温度传感器T4温度差值超过设定值时（根据不同季节选取），第一循环泵P1运行，当太阳能集热模块1出口第一温度传感器T1温度与淋浴水箱2底部第四温度传感器T4温度差值低于设定值时（根据不同季节选取），第一循环泵P1停止运行；直到淋浴水箱2内底部第四温度传感器T4水温等于设定水温时，第一循环泵P1不再启动；如果到下午16:00时，淋浴水箱2底部第四温度传感器T4温度还小于设定温度时，则启动辅助热源空气源热泵热水器14和第六循环泵P7，继续对淋浴水箱2内水温进行加热，直到淋浴水箱2内底部水温第四温度传感器T4温度等于设定水温为止。

本发明工作模式二：即用户不仅要求洗浴用热水，而且要求饮用开水，但饮用开水温度要求100度情况下工作模式：

在该工作模式下，本发明系统中，首先第三电磁阀M3开启，第一电磁阀M1、第二电磁阀M2关闭，第一循环泵P1不运行，当太阳能集热模块1出口第一温度传感器T1温度与换热开水箱3内底部第三温度传感器T3温度差值超过设定值时（根据不同季节选取），第二循环泵P2运行，当太阳能集热模块1出口第一温度传感器T1温度与换热开水箱3底部第三温度传感器T3温度差值低于设定值时（根据不同季节选取），第二循环泵P2停止运行；直到换热开水箱3内底部水温第三温度传感器T3温度等于100时，第二循环泵P2不再启动。此时如果还没到下午16:00，第三电磁阀M3关闭，第一电磁阀M1、第二电磁阀M2开启，第一部分太阳能热水系统按照工作模式一运行；此时如果已是下午16:00，如果淋浴水箱2内水温第四温度传感器T4温度还没达到设定值，则启动辅助热源空气源热泵热水器14和第六循环泵P7，继续对淋浴水箱2内水温进行加热，直到淋浴水箱2内底部水温第四温度传感器T4温度等于设定水温为止，同时开启第四电磁阀M4，增压泵P3将换热开水箱3内饮用开水泵入到饮用水箱内供饮用。

本发明工作模式三：用户不仅要求洗浴用热水，而且要求饮用开水，但饮用开水温度要求超过设定的淋浴水温3-5度情况下工作模式：

在该工作模式下，本发明系统中，首先第三电磁阀M3开启，第一电磁阀M1、第二电磁阀M2关闭，第一循环泵P1不运行，当太阳能集热模块1出口第一温度传感器T1温度与换热开水箱3内底部第三温度传感器T3温度差值超过设定值时（根据不同季节选取），第二循环泵P2运行，当太阳能集热模块1出口第一温度传感器T1温度与换热开水箱3底部第三温度传感器T3温度差值低于设定值时（根据不同季节选取），第二循环泵P2停止运行；直到换热开水箱3内底部水温第三温度传感器T3温度等于100时，第二循环泵P2不再启动。此时如果还没到下午16:00，第三电磁阀M3关闭，第一电磁阀M1、第二电磁阀M2开启，第一部分太阳能热水系统按照工作模式一运行；同时第三循环泵P4、第四循环泵P5开启，直到换热开水箱3水温达到设定水温为止；此时如果已是下午16:00，则只开启第三循环泵P4、第四循环泵P5，直到换热开水箱3水温达到设定水温为止；当换热开水箱3中第三温度传感器T3温度冷却到设定水温时，如果淋浴水箱2内水温第四温度传感器T4温度还没达到设定值，则启动辅助热源空气源热泵热水器14和第六循环泵P7，继续对淋浴水箱2内水温进行加热，直到淋浴水箱2内底部水温第四温度传感器T4温度等于设定水温为止，同时开启第四电磁阀M4，通过增压泵P3将换热开水箱3内冷却的饮用开水泵入到饮用水箱内供饮用。

本发明工作模式四：即用户不仅要求洗浴用热水，而且要求饮用开水，但开水饮用温度低于设定淋浴水温度情况下工作模式：

该工作模式下，首先按工作模式二运行，当换热开水箱3中第三温度传感器T3温度还高于要求水温时，开启、第五循环泵P6，同时是空冷换热器12运行，使换热开水箱3内热水继续与空冷换热器周围空气进行换热，直到换热开水箱3内水温第三温度传感器T3温度达到设定值；当换热开水箱3内水温第三温度传感器T3温度达到设定值时，关闭第五循环泵P6，同时是停止空冷换热器12运行，同时开启第四电磁阀M4，通过增压泵P3将换热开水箱3内冷却的饮用开水泵入到饮用水箱内供饮用。

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。

尽管本文较多地使用了太阳能集热模块1、淋浴水箱2、换热开水箱3、饮用水箱4、第一控制管路5、第二控制管路6、第三控制管路7、换热器8、第四控制管路9、第五控制管路10、第六控制管路11、空冷换热器12、第七控制管路13、辅助热源空气源热泵热水器14、辅助电加热装置15、控制电路16、输入装置17、沉浸式盘管换热器18、第一温度传感器T1、第二温度传感器T2、第三温度传感器T3、第四温度传感器T4、第五温度传感器T5、第一电磁阀M1、第二电磁阀M2、第三电磁阀M3、第四电磁阀M4、第一循环泵P1、第二循环泵P2、增压泵P3、第三循环泵P4、第四循环泵P5、第五循环泵P6、第六循环泵P7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种多功能太阳能热水系统，其特征在于，本系统包括太阳能集热模块（1）、淋浴水箱（2）、换热开水箱（3）和饮用水箱（4），所述的淋浴水箱（2）和换热开水箱（3）分别通过第一控制管路（5）和第二控制管路（6）并联在太阳能集热模块（1）上，所述的饮用水箱（4）通过第三控制管路（7）连接在换热开水箱（3）上，在换热开水箱（3）和淋浴水箱（2）之间设有能使换热开水箱（3）中的热量传递至淋浴水箱（2）的换热器（8），所述的换热开水箱（3）和淋浴水箱（2）分别通过第四控制管路（9）和第五控制管路（10）与换热器（8）相连。

2.根据权利要求1所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的换热开水箱（3）通过第六控制管路（11）与空冷换热器（12）相连；所述的淋浴水箱（2）通过第七控制管路（13）连接有辅助热源空气源热泵热水器（14）。

3.根据权利要求2所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的换热开水箱（3）中设置与第一控制管路（5）相连的开水换热器；所述的换热开水箱（3）上还设有辅助电加热装置（15）。

4.根据权利要求3所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的太阳能集热模块（1）的出水端和进水端分别设有第一温度传感器（T1）和第二温度传感器（T2），所述的换热开水箱（3）、淋浴水箱（2）和饮用水箱（4）上分别设有第三温度传感器（T3）、第四温度传感器（T4）和第五温度传感器（T5）。

5.根据权利要求4所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的第一控制管路（5）包括连接在太阳能集热模块（1）和淋浴水箱（2）之间的管路上的第一电磁阀（M1）、第一循环泵（P1）和第二电磁阀（M2）；所述的第二控制管路（6）包括连接在太阳能集热模块（1）和换热开水箱（3）之间的管路上的第三电磁阀（M3）和第二循环泵（P2）；所述的第三控制管路（7）包括连接在换热开水箱（3）和饮用水箱（4）之间的管路上的第四电磁阀（M4）和增压泵（P3）；所述的第四控制管路（9）包括连接在换热开水箱（3）和换热器（8）之间的管路上的第三循环泵（P4）；所述的第五控制管路（10）包括连接在淋浴水箱（2）和换热器（8）之间的管路上的第四循环泵（P5）；所述的第六控制管路（11）包括连接在空冷换热器（12）和换热开水箱（3）之间的管路上的第五循环泵（P6）；所述的第七控制管路（13）包括连接在淋浴水箱（2）和辅助热源空气源热泵热水器（14）之间的管路上的第六循环泵（P7）。

6.根据权利要求5所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的第一温度传感器（T1）、第二温度传感器（T2）、第三温度传感器（T3）、第四温度传感器（T4）、第五温度传感器（T5）、第一电磁阀（M1）、第二电磁阀（M2）、第三电磁阀（M3）、第四电磁阀（M4）、第一循环泵（P1）、第二循环泵（P2）、第三循环泵（P4）、第四循环泵（P5）、第五循环泵（P6）、第六循环泵（P7）、增压泵（P3）和辅助电加热装置（15）均与控制电路（16）相连。

7.根据权利要求6所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的控制电路（16）上连接有用于输入设置参数的设置输入装置（17）。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的淋浴水箱（2）为开式水箱且通过排气孔与外界空气相通；所述的换热开水箱（3）和饮用水箱（4）为闭式水箱且通过泄压排气阀与外界空气相通。

9.根据权利要求4或5或6或7所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的第三温度传感器（T3）、第四温度传感器（T4）和第五温度传感器（T5）分别设置在换热开水箱（3）、淋浴水箱（2）和饮用水箱（4）的底部。

10.根据权利要求9所述的多功能太阳能热水系统，其特征在于，所述的淋浴水箱（2）、换热开水箱（3）和饮用水箱（4）均为食品级保温水箱；所述的第一循环泵（P1）和第二循环泵（P2）至少能承受不低于180℃的高温；所述的第五循环泵（P6）、第三循环泵（P4）和第四循环泵（P5）至少能承受不低于120℃的高温；所述的太阳能集热模块（1）为普通真空管集热模块、热管真空管集热模块、平板集热模块和聚光型集热模块中的任意一种；所述的开水换热器为沉浸式盘管换热器（18）、板式换热器中的任意一种；所述的换热器（8）为板式换热器。

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