CN110513760B - 一种太阳能和热泵复合节能热水系统 - Google Patents

Abstract

一种太阳能和热泵复合节能热水系统，包括太阳能集热器，太阳能集热器通过水管与水源连接，太阳能集热器通过水管分别与保温箱和集水箱连接，保温箱通过水管与蒸气收集器连接，保温箱与加热设备连接，加热设备与集水箱连接，集水箱通过水管与保温箱连接，集水箱通过水管与用户供水系统连接。该装置在冬天使用时，通过保温箱将太阳能集热器中的热水与冷水在保温箱中初步加热混合，再将水输送至集水箱中进行再次加热，同一个加热设备可以实现同时对保温箱与集水箱中的水进行加热，加热效率高，可以实现快速加热从而满足大批量工业用水的需求，在夏天可以仅仅使用太阳能集热器对水进行加热后直接使用，节约了能源。

Description

一种太阳能和热泵复合节能热水系统

技术领域

本发明涉及节能热水系统领域，具体涉及一种太阳能和热泵复合节能热 水系统。

背景技术

太阳能热水系统是利用太阳能集热器，收集太阳辐射能把水加热的一种 装置，是目前太阳热能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已商业化的 一项应用产品。太阳能热水系统的分类以加热循环方式可分为：自然循环式 太阳能热水器、强制循环式太阳能热水系统、储置式太阳能热水器等三种。 但是现有的太阳能热水系统在冬天时由于太阳光辐射能量的减弱，太阳能热 水系统无法提供需要温度的热水，往往需要另外采用电加热进行供水，但是 传统的电加热系统供应水时，加热慢，无法满足大批量的供应热水的需求， 从而带来热水供不应求，给生活和生产带来很大的困扰，此外，现有的供水 系统在冬天供应热水时需要耗费大量的电能加热冷水，造成电能的大量耗费， 无法满足节能环保的需求，基于上述现有技术中存在的技术问题，亟需研发 一种太阳能和热泵复合节能热水系统。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种太 阳能和热泵复合节能热水系统。

本发明采用的技术方案为：一种太阳能和热泵复合节能热水系统，包括 太阳能集热器，太阳能集热器通过水管与水源连接，太阳能集热器通过水管 分别与保温箱和集水箱连接，保温箱通过水管与蒸气收集器连接，保温箱与 加热设备连接，加热设备与集水箱连接，集水箱通过水管与保温箱连接，集 水箱通过水管与用户供水系统连接。

所述的加热设备包括压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器及换热盘管，所 述的冷凝器设在集水箱内，冷凝器通过管道与压缩机连接，压缩机通过管道 与蒸发器连接，蒸发器通过管道与膨胀阀连接，膨胀阀通过管道与换热盘管 连接，换热盘管设在保温箱内，换热盘管通过管道与冷凝器连接。

所述的保温箱内设有搅拌机构。

所述的搅拌机构包括电动机A、蜗轮、蜗杆、连接杆及搅拌桨，所述的 电动机A通过电机固定架固定在保温箱的外壁上，电动机A的输出轴与蜗杆 的一端固定连接，蜗杆的另一端固定在保温箱外壁上，蜗杆与蜗轮啮合，蜗 轮与连接杆的一端固定连接，连接杆的另一端插入保温箱内与搅拌桨固定连 接，连接杆与保温箱通过轴承连接。

本发明的有益效果是：该系统在冬天使用时，通过保温箱将太阳能集热 器中的热水与冷水在保温箱中初步加热混合，再将水输送至集水箱中进行再 次加热，同一个加热设备可以实现同时对保温箱与集水箱中的水进行加热， 加热效率高，初步加热后再进行二次加热，加热效率快，与一次加热相比二 次加热可节约电能，实现快速加热从而满足大批量工业用水的需求，在夏天 可以仅仅使用太阳能集热器对水进行加热后直接使用，通过利用太阳能而节 约能源。此外，通过该系统中多个装置相互配合，可以起到节约电能及水能，满足节能环保的需求。

附图说明：

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明保温箱结构示意图。

图3是本发明集水箱结构示意图。

图4是本发明图3中A处的局部放大图。

具体实施方式：

参照各图，一种太阳能和热泵复合节能热水系统，包括太阳能集热器2， 太阳能集热器2通过水管与水源连接，太阳能集热器2与水源连接的水管上 设有第一单向阀1，太阳能集热器2通过水管分别与保温箱5和集水箱11连 接，保温箱5上设有第一进水口A4、第一进水口B6及第一出水口8，保温箱 5的第一进水口A4通过水管与太阳能集热器2连接，保温箱5的第一进水口 B6通过水管与水源连接，太阳能集热器2与保温箱5和集水箱11连接的水管上设有三通阀3，通过控制三通阀3的启闭实现控制太阳能集热器2是向 保温箱5通水还是向集水箱11通水，集水箱11上设有第二进水口B12、第 二出水口13及第二进水口A10，集水箱11上的第二进水口A10通过水管与 保温箱5的第一出水口8通过水管连接，集水箱11上的第二进水口B12通过 水管与太阳能集热器2连接，集水箱11上的第二出水口13通过水管与用户 供水系统连接，保温箱5与蒸气收集器15连接，保温箱5与蒸气收集器15 连接的水管上设有双向阀24，保温箱5与加热设备连接，加热设备与集水箱 11连接。

所述的加热设备包括压缩机20、蒸发器19、膨胀阀18、冷凝器16及换 热盘管17，所述的冷凝器16设在集水箱11内，冷凝器16通过管道与压缩 机20连接，压缩机20通过管道与蒸发器19连接，蒸发器19通过管道与膨 胀阀18连接，膨胀阀18通过管道与换热盘管17连接，换热盘管17设在保 温箱5内，换热盘管17通过管道与冷凝器16连接。

所述的保温箱内设有搅拌机构。

所述的搅拌机构包括电动机A101、蜗轮103、蜗杆102、连接杆104及 搅拌桨105，所述的电动机A101通过电机固定架固定在保温箱5的外壁上， 电动机A101的输出轴与蜗杆102的一端固定连接，蜗杆102的另一端固定在 保温箱5外壁上，蜗杆102与蜗轮103啮合，蜗轮103与连接杆104的一端 固定连接，连接杆104的另一端插入保温箱5内与搅拌桨105固定连接，连 接杆104与保温箱5壁通过轴承连接。搅拌机构在使用时，首先电动机A101 带动蜗杆102转动，蜗杆102转动时带动涡轮转动，涡轮转动时带动搅拌桨 105转动对保温箱中的水进行搅拌混合，使保温箱中的水的温度均一，冷水 与热水可以快速的在保温箱中混合。

所述的集水箱11内设有冷凝装置，所述的冷凝装置包括驱动箱21、电 动机B201、传送带202、从动轮203、主动轮204、半齿轮A301、从动齿轮 A302、冷凝板A303、半齿轮B401、从动齿轮B402、滑块A、滑块B、滑槽A22、 滑槽B23及冷凝板B403，滑块A、滑块B图中未示出，采用现有技术中常用 的滑块即可。所述的驱动箱21设在集水箱11外壁上，驱动箱21内通过电机 固定架固定设有电动机B201，电动机B201的输出轴与主动轮204连接，主 动轮204与传送带202的一端连接，传动带的另一端与从动轮203连接，从 动轮203的输出轴与半齿轮A301连接，半齿轮A301与从动齿轮A302啮合， 从动齿轮A302的输出轴插入集水箱11内与冷凝板A303固定连接，冷凝板 A303上设有滑块A，滑块A与滑槽A22连接且两者为滑动连接，滑槽A22为 圆形滑槽，所述的主动轮204的输出轴与半齿轮B401的输入端固定连接，半 齿轮B401与从动齿轮B402啮合，从动齿轮B402的输出端插入集水箱11内 与冷凝板B403固定连接，冷凝板B403上设有滑块B，滑块B与滑槽B23连 接且两者为滑动连接，滑槽B23为圆环形滑槽，滑块B与滑槽B23相适配， 滑块A与滑槽A22相适配。冷凝装置工作时的原理是首先启动电动机B201， 电动机B201带动主动轮204转动，主动轮204通过传动带带动从动轮203 转动，从动轮203与主动轮204转动时分别带动半齿轮A301与半齿轮B401 分别转动，半齿轮A301转动时带动从动齿轮A302间歇性的转动，从动齿轮 A302转动时带动冷凝板A303转动，冷凝板A303转动时带动滑块A沿滑槽A22 滑动对冷凝板A303的转动进行导向。半齿轮B401转动时带动从动齿轮B402 间歇性的转动，从动齿轮B402转动时带动冷凝板B403转动，冷凝板B403 转动时带动滑块B沿滑槽B23滑动对冷凝板B403的转动进行导向。冷凝板 B403可以采用常用的冷凝材料制成，冷凝板也可以采用在板材上固定盘管， 通过向盘管内通冷凝水的方式进行冷却。该冷凝装置在使用时，冷凝板A303 和冷凝板B403为间歇性转动，冷凝板A303和冷凝板B403可以往复转动一定 角度，也可以沿一个方向间歇性转动，当冷凝板A303和冷凝板B403转动时， 可以对集水箱11中的水进行搅拌混合，当冷凝板A303和冷凝板B403静止时， 冷凝板A303和冷凝板B403处于与水平面平行，冷凝板A303和冷凝板B403 此时与集水箱11中的蒸气的接触面积最大，集水箱11中的蒸气与冷凝板 A303和冷凝板B403接触，并在冷凝板A303与冷凝板B403上凝结水珠，当 冷凝板A303和冷凝板B403转动时，可以将冷凝板A303与冷凝板B403上的 水珠摔落，当冷凝板A303和冷凝板B403重新处于水平时，冷凝板A303与冷 凝板B403的表面又与蒸气接触，冷凝效率高，避免由于冷凝板A303和冷凝 板B403上凝结有水珠，水珠粘附在冷凝板A303和冷凝板B403上不掉落而造 成的冷凝效果差等问题。此外，该冷凝装置将冷却与混合集中于一体，可以 实现混合，并避免集水箱11中蒸气压过大的现象。

该系统在炎热的夏天使用时，打开第一单向阀1，向太阳能集热器2中 通入冷水，经过太阳能集热器2集加热后的水流通过三通阀3流入保温箱中， 由于太阳能集热器2加热的水温过高，水流中携带蒸气，为避免保温箱由于 蒸气过多而造成保温箱压力较大，打开双向阀24，保温箱中的蒸气通过双向 阀24流入蒸气收集器15，蒸气收集器15中收集的蒸气冷凝后再通过双向阀 24流入保温箱中，避免直接将蒸气排入空气中而造成周围空气潮湿且水能的 浪费，或者蒸气残留在保温箱中，造成保温箱中压力超过限度而发生危险， 此外，水泵抽冷水并经过第二单向阀7而流入保温箱中，冷水与热水在恒温 箱中发生换热交换，并通过搅拌机构进行搅拌，搅拌机构搅拌后使换热水充 分接触进行热交换，使水温达到需要的温度，再将保温箱中的水通过第三单 向阀9而通入集水箱11中，集水箱11中的热水从第二出水口13流出并通过 第四单向阀14输送至用户供水系统，为用户提供充足的热水。集水箱11可 以用于储存热水，用于热水的储备和缓冲，避免集热器中的水持续加热或者 保温箱中水满等现象。

该系统在寒冷的冬天使用时，打开第一单向阀1，向太阳能集热器2中 通入冷水，经过太阳能集热器2加热后的水流通过三通阀3流入集水箱11 中，并向保温箱中通入冷水，启动加热设备，加热设备中的制冷剂通过蒸发 器19蒸发吸热后，由压缩机20压缩变成高温高压的气体，进入冷凝器16 的管路部分并初步冷凝放热，从而使集水箱11中的水被加热，冷凝器16中 的制冷剂再通过管道输送至换热盘管中进一步冷凝并冷凝成液态的制冷剂，换热盘管中的制冷剂冷凝时放热对保温箱中的水进行加热，冷凝后的制冷剂 通过管道输送至膨胀阀18中并在此进入蒸发器19中循环使用。保温箱中的 水对水泵提供的冷水进行初步加热后再通过第三单向阀9输送至集水箱11 中，保温箱中输入至集水箱11中的水与太阳能集热器2输送至集水箱11中 的水经过冷凝器16进行再次加热后输送至用户供水系统。同时通过冷凝装置 对集水箱11中的水进行搅拌混合和冷凝。该系统未采用现有技术中常用的做 法：即将冷水及太阳能集热器2中的水均通入集水箱11中，而是将水泵提供 的冷水先预加热再通入集水箱11中，保温箱中的水的水温与太阳能集热器2 中的水的水温相差较小，可以减少加热设备工作时消耗的能量，并减小压缩 机20做功，节约能量。此外，通过保温箱预加热，集水箱11再次加热，加 热效率快，可以实现快速加热以满足大量用水的需求。

该装置在冬天使用时，通过保温箱将太阳能集热器2中的热水与冷水在 保温箱中初步加热混合，再将水输送至集水箱11中进行再次加热，同一个加 热设备可以实现同时对保温箱与集水箱11中的水进行加热，加热效率高，初 步加热后再进行二次加热，加热效率快，与一次加热相比二次加热可节约电 能，可以实现快速加热从而满足大批量工业用水的需求，在夏天可以仅仅使 用太阳能集热器2对水进行加热后直接使用，节约了能源。

Claims (4)

1.一种太阳能和热泵复合节能热水系统，包括太阳能集热器，其特征在于：太阳能集热器通过水管与水源连接，太阳能集热器通过水管分别与保温箱和集水箱连接，保温箱通过水管与蒸气收集器连接，保温箱与加热设备连接，加热设备与集水箱连接，集水箱通过水管与保温箱连接，集水箱通过水管与用户供水系统连接；集水箱内设有冷凝装置，所述的冷凝装置包括驱动箱、电动机B、传送带、从动轮、主动轮、半齿轮A、从动齿轮 A、冷凝板A、半齿轮B、从动齿轮B、滑块A、滑块B、滑槽A、滑槽B及冷凝板B，驱动箱内通过电机固定架固定设有电动机B，电动机B的输出轴与主动轮连接，主动轮与传送带的一端连接，传动带的另一端与从动轮连接，从动轮的输出轴与半齿轮A连接，半齿轮A与从动齿轮A啮合，从动齿轮A的输出轴插入集水箱内与冷凝板A固定连接，所述的主动轮的输出轴与半齿轮B的输入端固定连接，半齿轮B与从动齿轮B啮合，从动齿轮B的输出端插入集水箱内与冷凝板B固定连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能和热泵复合节能热水系统，其特征在于：所述的加热设备包括压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器及换热盘管，所述的冷凝器设在集水箱内，冷凝器通过管道与压缩机连接，压缩机通过管道与蒸发器连接，蒸发器通过管道与膨胀阀连接，膨胀阀通过管道与换热盘管连接，换热盘管设在保温箱内，换热盘管通过管道与冷凝器连接。

3.根据权利要求1所述的太阳能和热泵复合节能热水系统，其特征在于：所述的保温箱内设有搅拌机构。

4.根据权利要求3所述的太阳能和热泵复合节能热水系统，其特征在于：所述的搅拌机构包括电动机A、蜗轮、蜗杆、连接杆及搅拌桨，所述的电动机A通过电机固定架固定在保温箱的外壁上，电动机A的输出轴与蜗杆的一端固定连接，蜗杆的另一端固定在保温箱外壁上，蜗杆与蜗轮啮合，蜗轮与连接杆的一端固定连接，连接杆的另一端插入保温箱内与搅拌桨固定连接，连接杆与保温箱通过轴承连接。

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