CN104764214A - 空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，包括集热管、储水箱、控制器和热泵，储水箱和集热管连接，储水箱的循环水出口和循环水进口都通过水管和热泵连接，所述的储水箱的采用双格内胆水箱，所述的双格内胆水箱结构包括被包裹在保温层内的大水箱和小水箱，小水箱设有小水箱接口管、传感器、出水口、温探备用孔、循环水进口和满溢或排气孔，大水箱设有补水管、循环水出口、大水箱接口管、排污口和满溢或排气管，小水箱接口管和大水箱接口管之间通过外通连接管连接，所述的补水管上设有电磁阀和水泵，控制器控制电磁阀、水泵和热泵的开启和关闭。本发明结构简单，换热效率高，易清洗，使用寿命长。

Description

空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置

技术领域

本发明属于空气能热泵和太阳能联合利用技术领域，具体是一种空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置。

技术背景

随着我们赖以生存的传统能源燃料的一天天减少甚至不断趋于枯竭，而且煤炭、石油等非可再生的传统燃料的燃烧对我们生存环境造成的日益严重的危害，当能源问题日益成为制约国际社会经济可持续发展的瓶颈时，太阳能作为一种自然界常见、清洁性、高效性、并且储量丰富而又取之不尽的资源，成为人们改变能源结构、维持长远发展所关注的焦点。 

目前，热水器行业里最节能的属太阳能热水器。太阳能热水器的好处是只要有太阳，就会免费产生热水，太阳能热水器的制热原理是通过镀膜玻璃真空管吸入太阳光而转换成热水。然而，太阳能热水器的不足是阴雨天不能产热水，这样，满足不了百姓每天对热水的需求。有些厂家为弥补这一缺陷，在太阳能热水器的水箱里面加了电热棒，这样，大大降低了太阳能热水器的节能效果，提高了维修成本高，影响机组除霜的效果。太阳能采暖是一项环保工程，是将分散的太阳能通过集热器把太阳能转换为方便使用的热水，通过热水输送到发热末端提供房间内热水供应的系统。

近年来高温空气源热泵技术由于其吸收的能量来自温度不高的水或空气中，热泵技术及其应用得到迅速发展。将热泵技术与太阳能结合，形成互补供热，将有效解决太阳能较少时热水供应不足的问题。目前一般的热水器都是采用一次性加热整箱水后恒温保温，加热后又经常用不完，时间长了，热水又变冷了，电加热又在恒温加热，不断循环加热，所以耗电非常大。公开文献也报道了一些热泵技术与太阳能结合，形成互补供热的热水供应系统或装置，例如：

1、中国专利：太阳能空气能组合热水器，申请号：201210175689.2 ，申请日：2012.05.26，申请人：彭瑞良，地址：广西壮族自治区南宁市青秀区星湖路26 号，申请人：彭广，发明人：彭瑞良、彭广,摘要:一种能高效将太阳能和空气能同时转化成热能的热水器。此热水器太阳能吸热部分：由高透光玻璃板、高吸光粉层、不锈钢吸热板、导流板等部件组成；空气能吸热部分：由多根不锈钢管吸热管、一台自动温度控制换气电风扇、及蓄水箱组成。此热水器的最大优点是：实现太阳能和空气能同时受热，受热效率高；主体器件无老化因素，  使用寿命长；适用条件低，使用范围广，便于广大农村地区推广使用；维护简单，使用方便，适用于广大南方高温地区。

2、中国专利：与太阳能复合的空气能热泵热水器,申请号：201410134945.2，申请日：2014.04.04，申请人：广东日出东方空气能有限公司，地址：528300 广东省佛山市顺德区大良五沙工业园新悦路5-6 号，发明人：秦鹏举、曹明修，摘要：该发明涉及一种与太阳能复合的空气能热泵热水器，特点是包括贮水箱、换热盘管、室外机及太阳能集热器；在贮水箱的上部分别设有热水出水口及热水入水口，在贮水箱的下部设有分别设有冷水入水口及冷水出水口；所述换热盘管设在贮水箱内；太阳能集热器的热水出水口通过第一水管与贮水箱的热水入水口连通，太阳能集热器的冷水入水口通过第二水管与贮水箱的冷水出水口连通，太阳能集热器的入风口与外界相通，太阳能集热器的出风口通过风管与室外机的风侧换热器连通。其优点为：在环境温度较低及太阳能辐照不是很好的情况下，能使进入室外机的风侧换热器的空气得到加热，使室外机的蒸发器能可靠获得空气中的能量，保证可靠的cop，而在环境温度好及太阳能辐照好的情况下，不开启室外机，节能及环保。

3、中国专利：一种空气能热泵与太阳能互补式热水装置，申请号：201210020851.3，申请日：2012.01.30，申请人：张斌，地址：650225 云南省昆明市北京路SOHO 俊园11栋1单元706 室，发明人：张斌，摘要：该发明公开了一种空气能热泵与太阳能互补式热水装置，包括空气能热泵、蓄热交换器、热泵换热器、输出热水换热器、太阳能热水换热器、太阳能热水循环管、太阳能集热器、膨胀水箱，所述的空气能热泵之制热机组联结蓄热交换器，所述的蓄热交换器设置太阳能热水换热器和输出热水换热器，太阳能热水换热器通过太阳能热水循环管连接太阳能集热器，太阳能下循环管路连接膨胀水箱。该发明利用空气能热泵和太阳能热水系统构成双能源热水系统，既充分利用了空气热能，又变直接利用太阳能热水为间接利用太阳能热水，在提高空气热能利用率的同时使室内空气及时交换，保持空气清新，更保证了太阳能热水品质，即用即热，避免细菌滋生，保持热水卫生达标使用。 

4、中国专利：一种太阳能与空气能热泵互补的冬季取暖系统，申请号：201210467060.5，申请日：2012.11.17，申请人：陕西科林能源发展股份有限公司：地址：710075 陕西省西安市高新一路25 号创新大厦S216 室，发明人：杨向民，摘要：该发明公开了一种太阳能与空气能热泵互补的冬季取暖系统，包括冷水水源、热水水箱、与热水水箱相连的暖气管道、太阳能取暖回路和空气能热泵取暖回路，太阳能取暖回路包括第一太阳能取暖管道、太阳能集热板、第二太阳能取暖管道和第三太阳能取暖管道，第二太阳能取暖管道上连接有第一循环泵和第三阀门、第三太阳能取暖管道上连接有第二循环泵和第四阀门；空气能热泵取暖回路包括空气能热泵、第一空气能热泵取暖管道和第二空气能热泵取暖管道，第一空气能热泵取暖管道上连接有第二阀门，第二空气能热泵取暖管道上连接有第一阀门。该发明设计新颖合理，使用操作便捷，充分利用了太阳能，家庭节能减排效果好，实用性强，便于推广使用。

5、中国专利：一种新型的太阳能空气能热水器装置，申请号：201210213749.5，申请日：2012.06.27，申请人：曹立刚，地址：311400 浙江省杭州市富阳市场口镇上村村幸福路62 号，申请人：曹少疑，发明人：曹立刚、曹少疑，摘要：该发明公开了一种新型的太阳能空气能热水器装置，包括太阳能集热器、空气能主机、保温水箱，所述的太阳能集热器通过两根管道与保温水箱连接，保温水箱通过两根管道连接有空气能主机，空气能主机通过一根管道与保温水箱连接固定，所述的保温水箱一端设置有若干个喷头。该发明一种新型的太阳能空气能热水器装置在太阳能集热器上通过两根水管管道连接有保温水箱，保温水箱另一端设置有两根管道与空气能主机连接固定，空气能主机连接有电源，当保温水箱里的水温低于55℃时，空气能主机将自动切换为空气源热泵进行辅助加热。空气能主机辅助加热达到除霜效果，大大降低了维修或更换成本，是目前太阳能热水器中最节能、环保、安全、方便的热水器。

6、中国专利：太阳能与空气能热泵互补的家庭热水供给系统，申请号：201210466825.3 ，申请日：2012.11.17，申请人：陕西科林能源发展股份有限公司，地址：710075 陕西省西安市高新一路25 号创新大厦S216 室，发明人：杨向民，摘要：该发明公开了一种太阳能与空气能热泵互补的家庭热水供给系统，包括太阳能集热板、空气能热泵、高温水箱和用户热水使用设备，太阳能集热板的一端与高温水箱的第一进水口相连，高温水箱的出水口与用户热水使用设备相连，高温水箱的回水口与空气能热泵内蒸发器的第一端口相连，空气能热泵内蒸发器的第二端口与太阳能集热板的另一端相连；空气能热泵内蒸发器的第二端口上连接有压缩空气储罐，空气能热泵内冷凝器的第一端口与高温水箱的第二进水口相连，高温水箱的回水口与空气能热泵内冷凝器的第二端口相连；高温水箱的顶部连接有补水管路。该发明设计新颖合理，安装布设方便，充分利用了太阳能，家庭节能减排效果好，便于推广使用。

而上述公开文献中未报道过空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种结构简单，换热效率高，易清洗，且使用寿命长的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，其特征在于：包括集热管、储水箱、控制器和热泵，储水箱和集热管连接，储水箱的循环水出口和循环水进口都通过水管和热泵连接，所述的储水箱的采用双格内胆水箱，所述的双格内胆水箱结构包括大水箱和小水箱, 大水箱和小水箱都被包裹在保温层内；小水箱设有小水箱接口管、传感器、出水口、温探备用孔、循环水进口和满溢或排气孔，大水箱设有补水管、循环水出口、大水箱接口管、排污口和满溢或排气管，小水箱接口管和大水箱接口管之间通过外通连接管连接，所述的补水管上设有电磁阀和水泵，控制器根据传感器提供的信号通过程序控制电磁阀、水泵和热泵的开启和关闭；出水口流出的热水通过管路输送至需要的地方。

所述的大水箱接口管的上端管口比小水箱接口管的上端管口高，根据热水比重比冷水比得轻的原理，优先出上部较热的热水，以利于热水的挤出。

所述的满溢或排气管的上端管口接近大水箱内上壁，更好的实现其溢满和排气的功能。

所述的保温层外部设有铝合金或不锈钢，其保温材料包括以下重量份数的组分：

水溶性聚醚                               50～65份；

聚苯乙烯                                  8～12份；

蛭石                                      8～12份；

聚乙烯醇                                  5～8份；

云母                                      2～5份；

氯甲基硅烷                                2～4份；

三氧化二锑                                2～3份；

所述的水溶性聚醚由以下重量份数的主要原料混合制成：

甘油聚醚树脂5～7份、乙二醇醚树脂3～5份、棕榈油0.2～0.3份、催化剂N，N—二甲基环已胺0.2 ～0.4 份、固化剂二月桂酸二丁基锡0.1～0.3份、去离子水水0.2 ～0.4 份。

上述保温材料是通过喷枪将熔融的材料喷到水箱的夹层内。

同现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用的储水箱内胆分为大水箱、小水箱两个区域：采用自动补水器补水法，内胆之间采用外置连接管连接，比较简单易接，并将水箱的内胆直径增大，太阳能真空管增长的方法，这样，在总体成本没有多大变化的情况下，实现了太阳能热水器各功能优化大大提高，解决了现市场上常规太阳能热水器很多的缺点。特别是新型单箱外置连接式双内胆太阳能热水器在烈日暴晒时水温也不会很高，避免热水太热使用不当时烫伤人，其水箱储水量大。

2、目前一般的太阳能热水器在日照较充足时，热水充足，夏季不用热水时，它很热，但到了冬天，一年中三到四个月时间都是靠电来加热，而且基本是都是采用一次性加热整箱水后恒温保温，加热后又经常用不完，时间长了，热水又变冷了，电加热又在恒温加热，不断循环加热，所以耗电非常大。而本发明的太阳能热水器要靠电加热时，采用热泵只对小水箱采用速热式节电加热法，而不需要对大水箱进行加热，不需要关闭任何阀门就可实现，加热后的小水箱内的热水也不会串到大水箱内，主要是大水箱和小水箱是靠外置连接管连接的，加热时小水箱内的水靠热对流热水，热水是不能通过外置连接管向下反串到大水箱内的，这样就算一人用少量的热水时，加热小水箱的水也很快，不用长时间的等待，耗电少，用多少加热多少，避免了不必要的浪费，大大缩短了加热时间及节省了用电量。

3、传感器时刻将水温水位信号专递给控制器，控制器根据信号电磁阀、水泵和热泵的工作，实现热水无限量供应，有效地解决了太阳能较少时热水供应不足的问题，有助于缓解能源危机，使用效果好，便于推广使用。

4、保温层采用特制的保温材料，保温效果比传统的保温材料高10%-20%。

附图说明

图1是本发明空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置的结构示意图；

图2是本发明采用的太阳能热水器的外形结构示意简图；

图3是本发明采用的太阳能热水器的剖面结构示意简图；

图中部件名称及序号为：

集热管1、储水箱2、电磁阀3、水泵4、补水管5、循环水出口6、大水箱接口管7、外通连接管8、小水箱接口管9、控制器10、传感器11、出水口12、温探备用孔13、循环水进口14、满溢或排气孔15、水管16、热泵17、小水箱18、保温层19、大水箱20、排污口21、满溢或排气管22。

具体实施方式

为了更加详细的介绍本发明，下面结合附图，对本发明做进一步说明。

如图所示：本发明的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，包括集热管1、储水箱2、控制器10和热泵17，储水箱2和集热管1连接，储水箱2的循环水出口6和循环水进口14都通过水管16和热泵17连接，所述的储水箱2的采用双格内胆水箱，所述的双格内胆水箱结构包括大水箱18和小水箱20, 大水箱18和小水箱20都被包裹在保温层19内；小水箱18设有小水箱接口管9、传感器11、出水口12、温探备用孔13、循环水进口14和满溢或排气孔15，大水箱20设有补水管5循环水出口6、大水箱接口管7、排污口21和满溢或排气管22,水箱接口管9和大水箱接口管7之间通过外通连接管8连接，所述的补水管5上设有电磁阀3和水泵4，控制器10根据传感器11提供的信号通过程序控制电磁阀3、水泵4和热泵17的开启和关闭。

所述的大水箱接口管20的上端管口比小水箱接口管18的上端管口高。

所述的满溢或排气管22的上端管口接近大水箱20内上壁。

所述的保温层19外部设有铝合金或不锈钢，其保温材料包括以下重量份数的组分：

水溶性聚醚                               50～65份；

聚苯乙烯                                  8～12份；

蛭石                                      8～12份；

聚乙烯醇                                  5～8份；

云母                                      2～5份；

氯甲基硅烷                                2～4份；

三氧化二锑                                2～3份；

所述的水溶性聚醚由以下重量份数的主要原料混合制成：

甘油聚醚树脂5～7份、乙二醇醚树脂3～5份、棕榈油0.2～0.3份、催化剂N，N—二甲基环已胺0.2 ～0.4 份、固化剂二月桂酸二丁基锡0.1～0.3份、去离子水水0.2 ～0.4 份。

上述保温材料是通过喷枪将熔融的材料喷到水箱的夹层内。

本发明的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置的工作原理：

本发明的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，根据利用热水比重轻，热水上浮冷水下沉的原理，将大水箱接口管7的上端管口设计得比小水箱接口管9的上端管口高，使水产生微循环时，较热的水先由大水箱接口管7而流出到达用户所需热水的位置。经过了这样的进出水管路的设计优化，补水时冷水只能补至大水箱20冷水区，即大水箱20的最底部，若用户在用水时，大水箱20及小水箱18之间因用户用水需产生落差，大水箱20的水就会动流到小水箱18内。传感器11时刻将水温水位信号专递给控制器10，当水位低于预定值时，控制器10发出上水指令，电磁阀3打开，自来水通过电磁阀3和补水管5进入大水箱20内，直到小水箱18水位达到预定值为止，当水压低或水压不稳时，通过设定控制器10，启动电磁阀3的同时启动水泵4为储水箱加压。在阴雨雪天气情况下，当小水箱18水温低于预定值时，控制器10发出加热指令，启动热泵17，直到小水箱18水温达到预定值为止。补水过程中，热水因为比重比冷水轻，会浮在大水箱20的上部，通过落差的压力，又从大水箱20上部的大水箱接口管5流过小水箱18，所以始终保持大水箱20内最热的水优先使用。采用自动补水器缺水补水法，冷水直接补在大水箱20内，由于冷水的比重大，新补的冷水又下沉到大阳能真空管内，把真空管内储存的热水又挤压出来上浮到大水箱20的上部，通过外通连接管8流到小水箱18供用户使用，使真空管内储存的热水都得到充分使用，如此循环往复，实现热水无限量供应。在未启动热泵17前，本热水供给装置比现有技术的热水供给装置出热水量多30%以上。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1. 一种空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，其特征在于：包括集热管（1）、储水箱（2）、控制器（10）和热泵（17），储水箱（2）和集热管（1）连接，储水箱（2）的循环水出口（6）和循环水进口（14）都通过水管（16）和热泵（17）连接，所述的储水箱（2）的采用双格内胆水箱，所述的双格内胆水箱结构包括被包裹在保温层（19）内的大水箱（18）和小水箱（20）,小水箱（18）设有小水箱接口管（9）、传感器(11)、出水口（12）、温探备用孔（13）、循环水进口（14）和满溢或排气孔（15），大水箱（20）设有补水管（5）、循环水出口（6）、大水箱接口管（7）、排污口（21）和满溢或排气管（22），小水箱接口管（9）和大水箱接口管（7）之间通过外通连接管（8）连接，所述的补水管（5）上设有电磁阀（3）和水泵（4），控制器（10）根据传感器（11）提供的信号通过程序控制电磁阀（3）、水泵（4）和热泵（17）的开启和关闭。

2.根据权利要求1所述的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，其特征在于：所述的大水箱接口管（20）的上端管口比小水箱接口管（18）的上端管口高。

3.根据权利要求1所述的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，其特征在于：所述的满溢或排气管（22）的上端管口接近大水箱（20）内上壁。

4.根据权利要求1所述的空气能及太阳能联用双水箱热水供给装置，其特征在于：所述的保温层（19）外部设有铝合金或不锈钢，其保温材料包括以下重量份数的组分：

水溶性聚醚                               50～65份；

聚苯乙烯                                  8～12份；

蛭石                                      8～12份；

聚乙烯醇                                  5～8份；

云母                                      2～5份；

氯甲基硅烷                                2～4份；

三氧化二锑                                2～3份；

所述的水溶性聚醚由以下重量份数的主要原料混合制成：

甘油聚醚树脂5～7份、乙二醇醚树脂3～5份、棕榈油0.2～0.3份、催化剂N，N—二甲基环已胺0.2 ～0.4 份、固化剂二月桂酸二丁基锡0.1～0.3份、去离子水水0.2 ～0.4 份；

上述保温材料通过喷枪将熔融的材料喷到水箱的夹层内。