CN110243082A - 太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置及方法包括第一级水箱、第二级水箱、第三级水箱、第四级大水箱、空气能加热器和控制电路；所述第一级水箱以及所述第二级水箱与太阳能集热管连通；所述第三级水箱内分布有所述空气能加热器的泠凝器；采用本发明可解决现有太阳能热水器或太阳能结合空气能的热水器存在的热利用率低、热储存量少、耗电多、耗时长、浪费多的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种热储存和热利用的技术领域，尤其涉及太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置及方法。
背景技术
目前市面上的太阳能和空气能的产品很多，有单纯太阳能热水器，有单纯空气能热水器，也有太阳能结合空气能的热水器；单纯太阳能热水器有分箱和不分箱的，不分箱太阳能的在天晴时水箱里的水用完后集热管内还有大量的热水无法导出来用，若是再次加入冷水进去让它形成对流后，水又不够热了，热利用率低；在阴雨天晴里，需要大半箱以上的水才能启动电加热，耗时长、耗电多，加热后的水有时用不了一半，第二天又出太阳了，这就形成了浪费；分箱的太阳能在晴天时，加热箱的水温太高，甚至沸腾了，前级水箱的却还很低，大量的热量被水蒸气从排气口带走，形成了热量浪费，又降低了热储存量；普通的太阳能与空气能结合的也是上面所述的水箱结构，也存在以上所述的弊端。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明针对上述技术问题提供一种太阳能与空气能组合水箱的高效热储存和热利用装置及方法。采用本发明可解决现有太阳能热水器或太阳能结合空气能的热水器存在的热利用率低、热储存量少、耗电多、耗时长、浪费多的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，包括第一级水箱、第二级水箱、第三级水箱、第四级大水箱、空气能加热器和控制电路；所述第一级水箱以及所述第二级水箱与太阳能集热管连通；所述第三级水箱内分布有所述空气能加热器的泠凝器；所述第一级水箱的下部设有第一冷水入口；所述第一级水箱、所述第二级水箱、所述第三级水箱依次相连通；所述第一级水箱的顶部设有与所述第四级大水箱连通的第一对流管；所述第二级水箱的顶部开设有与所述第四级大水箱连通的第二对流管；所述第三级水箱的顶部开设有与所述第四级大水箱连通的第三对流管；所述第一对流管的高度高于所述第二对流管的高度；所述第二对流管的高度高于所述第三对流管的高度；所述第三级水箱下部还开设有热水出口，其内部还设有第一水位水温探头；所述第四级大水箱的顶部还开设有第二冷水入口，其内部还设有第二水位水温探头；所述控制电路与所述第一水位水温探头、所述第二水位水温探头以及所述空气能加热器连接。
进一步的，所述第二对流管和所述第三对流管上都各设有浮球限位器；所述浮球限位器包括浮球和浮球罩；所述浮球罩结合在所述第二对流管和所述第三对流管的顶部；所述浮球分布在所述浮球罩内。
进一步的，所述第二级水箱内还分布有所述泠凝器的后段。
进一步的，还包括溢流管，所述溢流管的顶部分布在所述第四级大水箱的内腔顶部，其下端与外部相通。
进一步的，所述第一级水箱与所述第二级水箱通过直角导水管相连通；所述直角导水管的进水端分布在所述第一级水箱的上部，其出水端分布在所述第二级水箱的下部；所述第二级水箱与所述第三级水箱也采用上述结构相连通。
进一步的，所述第一冷水入口和所述第二冷水入口处都各设有电磁阀，所述电磁阀与所述控制电路连接。
进一步的，所述第一级水箱、所述第二级水箱和所述第三级水箱的底部都各开设有排污口。
进一步的，还包括直角排气管，所述直角排气管分布在所述第四级大水箱的上部。
进一步的，所述第四级大水箱分布在所述第一级水箱以及所述第二级水箱和所述第三级水箱的上部。
采用如上所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置进行高效热储存、利用的方法，包括：
(1)当所述第三级水箱的水温低于55℃时，则所述控制电路启动所述空气能加热器进行加热；待所述第三级水箱的水温达到60℃时，则关闭所述空气能加热器，根据对所述第三级水箱的水温监控，重复上述加热步骤；通过所述第一水位水温探头对所述第三级水箱的水位进行监控，若所述第三级水箱的水位低于设定水位时，则打开所述第一冷水入口处的电磁阀进行补水，直至所述第三级水箱的水加至所述设定水位时，则关闭所述第一冷水入口处的电磁阀，停止加水，并通过对所述第三级水箱的水温、水位及时监控重复上述加热步骤及补水步骤；
(2)在太阳能集热管发挥加热作用下，所述第三级水箱的水温超过65℃时，所述控制电路打开所述第一冷水入口处的电磁阀进行补水，加满所述第三级水箱后，热水率先自所述第三对流管流入所述第四级大水箱内，待所述第三级水箱的水温降至60℃时，则关闭所述第一冷水入口处的电磁阀，根据对所述第三级水箱的水温监控，重复上述步骤；
(3)待所述第四级大水箱的水位达到一半及以上且所述第四级大水箱内的水温超过70℃时，则所述第一冷水入口处的电磁阀关闭，所述第二冷水入口处的电磁阀打开，对所述第四级大水箱补充冷水，待所述第四级大水箱的水温低至65℃时，则关闭所述第二冷水入口处的电磁阀；根据对所述第四级大水箱的水温监控，重复上述步骤，直至所述第四级大水箱加满水；
(4)待监测到所述第四级大水箱的水位下降且所述第四级大水箱内的水温高于70℃时，则打开所述第二冷水入口处的电磁阀，对所述第四级大水箱补充冷水至所述第四级大水箱内的水温低至65℃或所述第四级大水箱加满水。
本发明与现有技术相比的有益效果：
(1)本发明的装置通过设有3+1水箱结构，其中3个水箱结合有太阳能跟空气能加热部件，都作为加热水箱；而第一级水箱、第二级水箱、第三级水箱连通太阳能集热管，第二级水箱和第三级水箱设有冷凝器，第三级水箱内的冷凝器为冷凝器的前段，第二级水箱内的冷凝器为冷凝器的末段，且将第三级水箱设为终端热水出水箱，这种设计方案有效提高太阳能及空气能的热利用效率以及显著提高热水出水的恒温性。而另外设有1个第四级大水箱，主要用于在确保上述技术效果下将天晴时的“多余”热水进行贮藏，热储存量大。
(2)在阴雨天气，太阳能加热效率不高时，使用空气能加热可以实现只需确保第三级水箱的水温，第四级大水箱可以空置，用多少热水就从第一级补进冷水，边用边加水，边用边加热，所需加热的水量更少，用电更少、用时也更少，且剩余热水量更少，浪费少，相比传统更加节能高效。
(3)采用本发明的装置以及方法能够确保全天24小时时时有恒温热水。
(4)采用本发明在第四级大水箱的高温热水被使用了一部分后，通过补入冷水，使高温热水降低到合适温度，可减水箱内与水箱外的温度差，降低热损耗。
(5)空气能加热器喷出的高温冷媒进入第三级水箱被放热后，再次进入较低温的第二级水箱进行二次放热，既一个工作周期可提取两次热量，提高热利用率，节约电能。
附图说明
图1是本发明太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，包括第一级水箱1、第二级水箱2、第三级水箱3、第四级大水箱4、空气能加热器23和控制电路24；所述第一级水箱1以及所述第二级水箱2与太阳能集热管连通，即所述第一级水箱1和所述第二级水箱2都为所述太阳能集热管的水箱；所述第三级水箱3内分布有所述空气能加热器23的泠凝器14，所述第二级水箱2内也分布有泠凝器15；但所述泠凝器15的前端是结合在所述泠凝器14的末端，即泠凝器14为泠凝器的前半段，所述泠凝器15为后半段，在进行空气能加热时，能够确保冷凝器的热量先传递给所述第三级水箱3，而冷凝器的后半段剩余热量继续传递给所述第二级水箱2，以提高空气能热水器的热利用效率。所述第一级水箱1的下部设有第一冷水入口16；所述第一级水箱1与所述第二级水箱2通过直角导水管5相连通；所述直角导水管5的进水端分布在所述第一级水箱1的上部，其出水端分布在所述第二级水箱2的下部；所述第二级水箱2与所述第三级水箱3也采用直角导水管6以及上述方式相连通。所述第四级大水箱4分布在所述第一级水箱1、第二级水箱2、第三级水箱3的上部，利于热水的上升；所述第一级水箱1的顶部设有与所述第四级大水箱4连通的第一对流管9；所述第二级水箱2的顶部开设有与所述第四级大水箱4连通的第二对流管8；所述第三级水箱3的顶部开设有与所述第四级大水箱4连通的第三对流管7；所述第一对流管9的高度高于所述第二对流管8的高度；所述第二对流管8的高度高于所述第三对流管7的高度；在本实施例中所述第一对流管9的高度为所述第四级大水箱4内腔的一半；所述第二对流管8和所述第三对流管7上都各设有浮球限位器；所述浮球限位器包括浮球10/11和浮球罩12/13；所述浮球罩12、所述浮球罩12分别结合在所述第三对流管7和所述第二对流管8的顶部；所述浮球分布在所述浮球罩内，所述浮球罩主要是用于对浮球的限位作用，实现对所述对流管的开关作用，当然所述浮球罩上肯定开设有镂空孔，促使所述第二级水箱2和所述第三级水箱3的水满时，能够通过将浮球浮起促使热水能流至所述第四级大水箱4内，待第四级大水箱4内热水用完且不需要第四级大水箱4进行贮水时，浮球自然落下堵住对流管，防止第二级水箱2和所述第三级水箱3内热量的流失。本实施例还包括溢流管30，所述溢流管30的顶部分布在所述第四级大水箱4的内腔顶部，其下端26与外部相通。所述第三级水箱3下部还开设有热水出口20，其内部还设有第一水位水温探头21；所述第四级大水箱4的顶部还开设有第二冷水入口17，其内部还设有第二水位水温探头22；当然，所述第一冷水入口16和所述第二冷水入口17处都分别设有电磁阀18和电磁阀19。所述控制电路24与所述第一水位水温探头21、所述第二水位水温探头22、空气能加热器23、电磁阀18和电磁阀19连接。当然所述第一级水箱1、所述第二级水箱2和所述第三级水箱3的底部都各开设有排污口27、排污口28、排污口29。本实施例还包括直角排气管25，所述直角排气管25分布在所述第四级大水箱4的上部一侧。
采用如上所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置进行高效热储存、利用的方法，包括：
(1)当所述第三级水箱3的水温低于55℃时，则所述控制电路24启动所述空气能加热器23进行加热；待所述第三级水箱3的水温达到60℃时，则关闭所述空气能加热器23，根据对所述第三级水箱3的水温监控，重复上述加热步骤；通过所述第一水位水温探头21对所述第三级水箱3的水位进行监控，若所述第三级水箱3的水位低于设定水位时(在本实施例中因为第一级水箱、第二级水箱和第三级水箱都为30L以下的小水箱，因此，所设定的这一水位可以采用水箱的最高水位即满水状态进行控制，而如果在实际设计中上述三个水箱为30L以上较大的水箱，可以结合实际进行设定合适水位，以便不同用户能够时刻用到所需的最低热水量且确保最佳的节能效果)，则打开所述第一冷水入口处的电磁阀18进行补水，直至所述第三级水箱3的水加至所述设定水位时，则关闭所述第一冷水入口处的电磁阀18，停止加水，并通过对所述第三级水箱3的水温、水位及时监控重复上述加热步骤及补水步骤；
(2)在太阳能集热管发挥加热作用下，所述第三级水箱3的水温超过65℃时，所述控制电路打开所述第一冷水入口处的电磁阀18进行补水，加满所述第三级水箱3后，热水率先自所述第三对流管7流入所述第四级大水箱4内，待所述第三级水箱3的水温降至60℃时，则关闭所述第一冷水入口处的电磁阀18，根据对所述第三级水箱3的水温监控，重复上述步骤；
(3)待所述第四级大水箱4的水位达到一半及以上且所述第四级大水箱4内的水温超过70℃时，则所述第一冷水入口处的电磁阀18关闭，所述第二冷水入口处的电磁阀19打开，对所述第四级大水箱4补充冷水，待所述第四级大水箱4的水温低于65℃时，则关闭所述第二冷水入口处的电磁阀19；根据对所述第四级大水箱4的水温监控，重复上述步骤，直至所述第四级大水箱4加满水；采用该加水方式在进行热贮藏下有效保持所述第三级水箱3的出水恒温性，提高使用效果。
(4)待监测到所述第四级大水箱4的水位下降且所述第四级大水箱4内的水温高于70℃时，则打开所述第二冷水入口处的电磁阀19，对所述第四级大水箱4补充冷水至所述第四级大水箱4内的水温低于65℃或所述第四级大水箱4加满水。
Claims (10)
1.太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：包括第一级水箱、第二级水箱、第三级水箱、第四级大水箱、空气能加热器和控制电路；所述第一级水箱以及所述第二级水箱与太阳能集热管连通；所述第三级水箱内分布有所述空气能加热器的泠凝器；所述第一级水箱的下部设有第一冷水入口；所述第一级水箱、所述第二级水箱、所述第三级水箱依次相连通；所述第一级水箱的顶部设有与所述第四级大水箱连通的第一对流管；所述第二级水箱的顶部开设有与所述第四级大水箱连通的第二对流管；所述第三级水箱的顶部开设有与所述第四级大水箱连通的第三对流管；所述第一对流管的高度高于所述第二对流管的高度；所述第二对流管的高度高于所述第三对流管的高度；所述第三级水箱下部还开设有热水出口，其内部还设有第一水位水温探头；所述第四级大水箱的顶部还开设有第二冷水入口，其内部还设有第二水位水温探头；所述控制电路与所述第一水位水温探头、所述第二水位水温探头以及所述空气能加热器连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：所述第二对流管和所述第三对流管上都各设有浮球限位器；所述浮球限位器包括浮球和浮球罩；所述浮球罩结合在所述第二对流管和所述第三对流管的顶部；所述浮球分布在所述浮球罩内。
3.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：所述第二级水箱内还分布有所述泠凝器的后段。
4.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：还包括溢流管，所述溢流管的顶部分布在所述第四级大水箱的内腔顶部，其下端与外部相通。
5.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：所述第一级水箱与所述第二级水箱通过直角导水管相连通；所述直角导水管的进水端分布在所述第一级水箱的上部，其出水端分布在所述第二级水箱的下部；所述第二级水箱与所述第三级水箱也采用上述结构相连通。
6.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：所述第一冷水入口和所述第二冷水入口处都各设有电磁阀，所述电磁阀与所述控制电路连接。
7.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：所述第一级水箱、所述第二级水箱和所述第三级水箱的底部都各开设有排污口。
8.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：还包括直角排气管，所述直角排气管分布在所述第四级大水箱的上部。
9.根据权利要求1所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置，其特征在于：所述第四级大水箱分布在所述第一级水箱以及所述第二级水箱和所述第三级水箱的上部。
10.采用如权利要求1～9任一所述的太阳能与空气能组合水箱高效热储存、利用装置进行高效热储存、利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)当所述第三级水箱的水温低于55℃时，则所述控制电路启动所述空气能加热器进行加热；待所述第三级水箱的水温达到60℃时，则关闭所述空气能加热器，根据对所述第三级水箱的水温监控，重复上述加热步骤；通过所述第一水位水温探头对所述第三级水箱的水位进行监控，若所述第三级水箱的水位低于设定水位时，则打开所述第一冷水入口处的电磁阀进行补水，直至所述第三级水箱的水加至所述设定水位时，则关闭所述第一冷水入口处的电磁阀，停止加水，并通过对所述第三级水箱的水温、水位及时监控重复上述加热步骤及补水步骤；
(2)在太阳能集热管发挥加热作用下，所述第三级水箱的水温超过65℃时，所述控制电路打开所述第一冷水入口处的电磁阀进行补水，加满所述第三级水箱后，热水率先自所述第三对流管流入所述第四级大水箱内，待所述第三级水箱的水温降至60℃时，则关闭所述第一冷水入口处的电磁阀，根据对所述第三级水箱的水温监控，重复上述步骤；
(3)待所述第四级大水箱的水位达到一半及以上且所述第四级大水箱内的水温超过70℃时，则所述第一冷水入口处的电磁阀关闭，所述第二冷水入口处的电磁阀打开，对所述第四级大水箱补充冷水，待所述第四级大水箱的水温低于65℃时，则关闭所述第二冷水入口处的电磁阀；根据对所述第四级大水箱的水温监控，重复上述步骤，直至所述第四级大水箱加满水；
(4)待监测到所述第四级大水箱的水位下降且所述第四级大水箱内的水温高于70℃时，则打开所述第二冷水入口处的电磁阀，对所述第四级大水箱补充冷水至所述第四级大水箱内的水温低于65℃或所述第四级大水箱加满水。
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2019
- 2019-06-05 CN CN201910484098.5A patent/CN110243082A/zh active Pending
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