CN103344053B - 一种带热量平衡装置的太阳能热水器 - Google Patents

一种带热量平衡装置的太阳能热水器 Download PDF

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Abstract

一种带热量平衡装置的太阳能热水器,所述带热量平衡装置的太阳能热水器包括串联的相变储热太阳能热水器、循环水泵和热平衡箱,热平衡箱内设有加热装置。在夏季太阳辐照较强时,热水器内储热材料温度达到一定值后,开启循环泵,通过水的循环把热量从热水器输送到热平衡箱,可防止热水器温度过高,也不浪费热量。在冬季太阳辐照不足时,开启热平衡箱中的加热装置和循环泵,电能转换为热能,分别储存在热平衡箱和热水器中,保证系统内部热量充足,满足用户洗浴要求。同时,当系统室外管路温度较低时,启动循环泵,向管路中输送热水,可防止管路冻堵。

Description

一种带热量平衡装置的太阳能热水器
技术领域
[0001]本发明涉及一种带热量平衡装置的太阳能热水器,特别涉及一种带热量平衡装置的相变储热太阳能热水器,属于太阳能光热技术领域。
背景技术
[0002]随着中国经济快速发展,人民生活水平不断提高,对能源的需求亦随之递增。目前能源消耗主要为煤、石油和天然气等化石燃料。由于我国石油储量有限,目前将近50%的原油依靠进口,煤依然是我国主要的燃料动力来源,燃煤引起的环境问题已成为我国可持续发展战略中必须认真对待的问题。太阳能是一种巨大的对环境无污染的能源,地球每秒获得的太阳能量相当于燃烧500万吨优质煤发出的能量。
[0003] 我国是世界上太阳能最丰富的国家之一,我国太阳能辐照总量大于502万千焦平方米,年日照时数2200小时的地区约占我国国土面积2/3以上,特别是西部地区,年日照时间达3000小时以上。我国利用太阳能取得了举世瞩目的成绩,其中太阳能热水器行业发展尤为迅速,正成为一个新兴产业。
[0004]近几年来,太阳能热水器以每年递增20%至30%的速度增长。我国太阳能产业起步较晚,尚处于发展初期,与国外同行差距较大,目前太阳能的应用主要集中在低品质太阳能利用方面,国内使用的太阳能热水器主要有:闷晒式太阳热水器、平板太阳热水器、玻璃真空管太阳能热水器和热管玻璃真空管太阳能热水器等。近年来也有采用塑料-水管的低端太阳能集热器的。这些低端的、以真空玻璃板/管直接走水的太阳能热水器,其缺点是保温性能差,接口多易漏水,抵抗低温能力差,易碎易爆裂,体积大,重量重,热效率较低。
[0005]相变储能及技术能将能量以相变潜热的形式储藏于相变材料(Phase ChangeMaterials,PCMs)中,实现能量在不同时空之间的转换。利用相变材料的相变潜热实现能量的储存和利用,有助于提高能源利用效率和开发可再生能源,是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。与显热储能技术相比,相变储能技术具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点,在航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、医学工程、军事工程、蓄热建筑和极端环境服装等众多领域具有广阔的前景。
[0006]现有相变储热式太阳能因储热材料的储热能力恒定,在夏季辐照较强时,热水器的吸热能力大于储热能力,会导致热水器储热材料温度过高;在冬季辐照不足时,热水器吸热能力小于储热能力,热水器热量不足,不能满足洗浴要求。
发明内容
[0007]本发明目的是提供一种带热量平衡装置的太阳能热水器。
[0008]为达到上述目的,本发明采用的技术方案是:一种带热量平衡装置的太阳能热水器,所述带热量平衡装置的太阳能热水器包括相变储热太阳能热水器和热平衡箱;所述相变储热太阳能热水器具有一进水口和一出水口;所述相变储热太阳能热水器的出水口通过一管路与所述热平衡箱的腔体连通;所述热平衡箱设有出水管,该出水管的进水端伸入所述热平衡箱的腔体内,所述出水管的出水端有两个支路,其中一个支路通过管路与一水栗的进水口连接,所述水栗的出水口通过管路与所述相变储热太阳能热水器的进水口连通,所述出水端的另一个支路设有出水阀门;所述热平衡箱内设有加热装置。
[0009]优选的技术方案为:所述进水端设有花篮。
[0010]优选的技术方案为:所述热平衡箱的腔体外包覆有保温隔热材料层。
[0011 ]优选的技术方案为:所述水栗的出水口与相变储热太阳能热水器的进水口之间的管路上设有单向阀。
[0012]优选的技术方案为:所述出水管的出水端靠近所述热平衡箱的腔体的底部设置。
[0013]优选的技术方案为:所述出水阀门为水龙头。
[0014]优选的技术方案为:还包括一控制装置和一温度传感器,所述温度传感器设于所述相变储热太阳能热水器上;所述温度传感器的信号输出端与所述控制装置的信号输入端连接;所述控制装置与所述水栗和加热装置信号连接。
[0015]由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点和效果:
[0016]本发明由于在相变储热太阳能热水器上串联一个热平衡箱,并在热平衡箱内设加热装置,因此当辐照较强时可储存多余的热量,并防止太阳能热水器过热;辐照较弱时可对太阳能热水器及热平衡箱补充热量,保证热水充足;冬季,可防止管路冻堵,保证系统正常运行。
附图说明
[0017]附图1为本发明示意图。
[0018]以上附图中,1、出水阀门;2、出水管;3、热平衡箱;4、保温隔热材料层;5、加热装置;6、花篮;7、水栗;8、单向阀;9、进水阀门;1、进水口; 11、热平衡箱进水管;12、出水口。
具体实施方式
[0019]下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述:
[0020]须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
[0021]实施例:一种带热量平衡装置的太阳能热水器
[0022]参见附图1所示,一种带热量平衡装置的太阳能热水器,所述带热量平衡装置的太阳能热水器包括相变储热太阳能热水器和热平衡箱3;所述相变储热太阳能热水器具有一进水口 10和一出水口 12,进水口 10的前端设有进水阀门9 ;所述相变储热太阳能热水器的出水口 12通过热平衡箱进水管11与所述热平衡箱3的腔体连通;所述热平衡箱3设有出水管2,该出水管2的进水端伸入所述热平衡箱3的腔体内,所述出水管2的出水端有两个支路,其中一个支路通过管路与一水栗7的进水口连接,所述水栗7的出水口通过管路与所述相变储热太阳能热水器的进水口 10连通,所述出水端的另一个支路设有出水阀门I;所述热平衡箱3内设有加热装置5,具体可以为电加热器。
[0023]优选的实施方式为:所述进水端设有花篮6以滤除热平衡箱3在长期使用过程中进入热平衡箱腔体内的垃圾。
[0024]优选的实施方式为:所述热平衡箱3的腔体外包覆有保温隔热材料层4以增强热平衡箱的保温功能。
[0025]优选的实施方式为:所述水栗7的出水口与相变储热太阳能热水器的进水口之间的管路上设有单向阀8,这样水只能从水栗7向相变储热太阳能热水器流动而不会发生相反方向的流动。
[0026]优选的实施方式为:所述出水管的出水端靠近所述热平衡箱3的腔体的底部设置,这样设置便于将腔体内的水全部排出。
[0027]优选的实施方式为:所述出水阀门I为水龙头。
[0028]优选的实施方式为:还包括一控制装置和一温度传感器,所述温度传感器设于所述相变储热太阳能热水器上;所述温度传感器的信号输出端与所述控制装置的信号输入端连接;所述控制装置与所述水栗和加热装置信号连接。
[0029] 水栗7和加热装置5的打开和关闭状态,可以通过一个控制装置进行控制,何时打开和关闭水栗7和加热装置5可以通过在相变储热太阳能热水器上设一个温度传感器,当温度传感器测得的温度信号传给控制装置(一般控制装置会设定一个低温和一个高温,也可以设置成两个低温和一个高温)时,当比控制装置预先设定的低温还低或者相等时启动加热装置5和水栗7,当比控制装置预先设定的高温还高或相等时启动水栗7。
[0030]在夏季太阳辐照较强时,打开进水阀门9,冷水从相变储热太阳能热水器的进水口10进入相变储热太阳能热水器,然后与相变储热太阳能热水器内的相变储热材料进行热交换形成热水后从出水口 12离开相变储热太阳能热水器,通过热平衡箱进水管11进入至热平衡箱3的腔体内,这时水栗7也开启,即通过进水阀门9向相变储热太阳能热水器供水的同时,也通过水栗7向相变储热太阳能热水器供水,这时,通过进水阀门9向相变储热太阳能热水器供水的量要根据热平衡箱3腔体的容积决定,不能超过热平衡箱3腔体的容积。或者是先不打开水栗7,而是通过进水阀门9向相变储热太阳能热水器供水,当热平衡箱3腔体内储水达到一定量时,关闭进水阀门9,然后再打开水栗7进行循环,当热平衡箱3腔体内的水温与相变储热材料的温度一致时关闭水栗7。总而言之,在夏季太阳辐照较强时,可以获得相变储热材料储存的热能外还获得了热平衡箱3内储存的热能。
[0031]在冬季太阳辐照较弱时,打开进水阀门9,冷水从相变储热太阳能热水器的进水口10进入相变储热太阳能热水器,然后与相变储热太阳能热水器内的相变储热材料进行热交换形成热水后从出水口 12离开相变储热太阳能热水器,通过热平衡箱进水管11进入至热平衡箱3的腔体内,此时水的温度由于温度低不能直接使用,这时水栗7和加热装置5也开启,即通过进水阀门9向相变储热太阳能热水器供水的同时,也通过水栗7向相变储热太阳能热水器供水,这时,通过进水阀门9向相变储热太阳能热水器供水的量要根据热平衡箱3腔体的容积决定,不能超过热平衡箱3腔体的容积。或者是先不打开水栗7和加热装置5,而是通过进水阀门9向相变储热太阳能热水器供水,当热平衡箱3腔体内储水达到一定量时,关闭进水阀门9,然后再打开水栗7和加热装置5进行循环,当热平衡箱3腔体内的水温适宜使用时在关闭水栗7和加热装置5。或者当气温过冷时,可以向相变储热太阳能热水器供水,并打开水栗7和加热装置5进行循环,防治水管发生冻堵。
[0032]本发明采用热平衡箱、相变储热太阳能热水器、控制器和循环水栗等组成太阳能热水系统。在夏季太阳辐照较强时,太阳能热水器内储热材料温度达到一定值后,控制器会自动开启循环栗,通过水的循环把热量从热水器输送到热平衡箱,可防止热水器温度过高,也不浪费热量;在冬季太阳辐照不足时,控制器会自动开启热平衡箱中的加热装置和循环栗,电能转换为热能,分别储存在热平衡箱和热水器中,保证系统内部热量充足,满足用户洗浴要求。同时,当系统室外管路温度较低时,控制器自动启动循环栗,向管路中输送热水,可防止管路冻堵。
[0033]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点,其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施,并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带热量平衡装置的太阳能热水器,其特征在于:所述带热量平衡装置的太阳能热水器包括相变储热太阳能热水器和热平衡箱;所述相变储热太阳能热水器具有一进水口和一出水口;所述相变储热太阳能热水器的出水口通过一管路与所述热平衡箱的腔体连通;所述热平衡箱设有出水管,该出水管的进水端伸入所述热平衡箱的腔体内,所述出水管的出水端有两个支路,其中一个支路通过管路与一水栗的进水口连接,所述水栗的出水口通过管路与所述相变储热太阳能热水器的进水口连通,所述出水端的另一个支路设有出水阀门;所述热平衡箱内设有加热装置。
2.根据权利要求1所述的带热量平衡装置的太阳能热水器,其特征在于:所述进水端设有花篮。
3.根据权利要求1所述的带热量平衡装置的太阳能热水器,其特征在于:所述热平衡箱的腔体外包覆有保温隔热材料层。
4.根据权利要求1所述的带热量平衡装置的太阳能热水器,其特征在于:所述水栗的出水口与相变储热太阳能热水器的进水口之间的管路上设有单向阀。
5.根据权利要求1所述的带热量平衡装置的太阳能热水器,其特征在于:所述出水管的出水端靠近所述热平衡箱的腔体的底部设置。
6.根据权利要求1所述的带热量平衡装置的太阳能热水器,其特征在于:所述出水阀门为水龙头。
7.根据权利要求1所述的带热量平衡装置的太阳能热水器,其特征在于:还包括一控制装置和一温度传感器,所述温度传感器设于所述相变储热太阳能热水器上;所述温度传感器的信号输出端与所述控制装置的信号输入端连接;所述控制装置与所述水栗和加热装置信号连接。
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