CN205048747U - 太阳能热水供给装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能热水供给装置，其目的在于避免因保护功能而导致对存积于热水储存罐的罐装水进行加热的运转发生停止，并尽可能地持续进行利用了太阳能集热器的运转。太阳能热水供给装置(100)使与存积于热水储存罐(30)的罐装水(84)进行热交换而冷却的第一流体(82)的一部分不向太阳能集热器(42)流动而向合流装置(71)流动，并能够在合流装置(71)处与被太阳能集热器(42)加热的第一流体合流。太阳能热水供给装置(100)与向热水储存罐(30)的第一热交换器(31)供给的第一流体(82)的温度对应地控制合流装置(71)，从而控制在合流装置(71)处合流的第一流体中被太阳能集热器(42)加热的第一流体(82)的比例。

Description

太阳能热水供给装置

技术领域

本实用新型涉及作为与太阳能集热器连接的热水供给装置的太阳能热水供给装置。

背景技术

太阳能热水供给装置能够使用被太阳能集热器加热的水，对存积于热水储存罐的罐装水进行加热。但是，太阳能集热器存在因天气而无法使用的情况，此时利用热泵装置等其他的热源装置来对罐装水进行加热。

在太阳能热水供给装置等热水供给装置中，设置有防止罐装水温度变得过高的保护功能。太阳能集热器与其他的热源装置不同，无法任意地调整加热能力。因此，有时从太阳能集热器供给的水会超过90℃的高温。在该情况下，罐装水会局部变得高温。这样，尽管罐装水在整体上未达到目标温度，但也会因保护功能而使对罐装水进行加热的运转停止。

在专利文献1中记载有如下内容：若从太阳能集热器供给的水变为高温则减少流量。另外，在专利文献2中记载有如下内容：利用三通阀将太阳能集热器侧的水回路与热水供给装置侧的水回路切离。

专利文献1：日本特开2012－93061号公报

专利文献2：日本特开2010－175143号公报

在专利文献1、2所记载的技术中，在从太阳能集热器供给的水变为高温的情况下，无法利用太阳能集热器对罐装水进行加热，或者利用太阳能集热器对罐装水进行加热的速度会显著变慢。

实用新型内容

本实用新型的目的在于避免因保护功能而使对罐装水进行加热的运转停止，并尽可能地持续进行利用了太阳能集热器的运转。

本实用新型所涉及的太阳能热水供给装置具备：第一热交换器，其使被太阳能集热器加热的第一流体与存积于热水储存罐的罐装水进行热交换，从而对上述罐装水进行加热；输送配管，其供在上述第一热交换器中散热并朝向上述太阳能集热器的第一流体流动；分支配管，其供从上述输送配管分支，并流经上述输送配管的第一流体的一部分流动；回送配管，其供被上述太阳能集热器加热的第一流体流动；合流装置，其使流经上述回送配管的第一流体与流经上述分支配管的第一流体合流；回送合流配管，其供在上述合流装置处合流并朝向上述第一热交换器的第一流体流动；供给温度检测部，其检测流经上述回送合流配管的第一流体的温度，作为供给温度；以及比例控制部，其与由上述供给温度检测部检测出的供给温度对应地控制上述合流装置，从而调整比例，所述比例是流经上述回送合流配管的第一流体中，流经上述回送配管的第一流体与流经上述分支配管的第一流体的比例。

在上述供给温度处于第一阈值以上且不足第二阈值的情况下，上述控制装置以使上述供给温度越高则流经上述分支配管的第一流体的比例越多的方式，来控制上述合流装置。

在上述供给温度不足上述第一阈值的情况下，上述控制装置以使仅流经上述回送配管的第一流体流经上述回送合流配管的方式，来控制上述合流装置。

在上述供给温度处于上述第二阈值以上的情况下，上述控制装置以使仅流经上述分支配管的第一流体流经上述回送合流配管的方式，来控制上述合流装置。

上述太阳能热水供给装置还具备：热泵装置，其对第二流体进行加热；以及第二热交换器，其利用被上述热泵装置加热的上述第二流体，对上述罐装水进行加热。

上述太阳能热水供给装置还具备罐温度检测部，上述罐温度检测部对上述罐装水的温度进行检测，在上述罐温度检测部所检测出的罐装水的温度超过基准值的情况下，上述控制装置停止对上述罐装水进行加热的运转。

在本实用新型中，与供给温度对应地，调整合流后的第一流体中的流经回送配管的第一流体与流经分支配管的第一流体的比例。通过进行该比例的调整，能够防止流入第一热交换器的第一流体的温度变过高，由此能够防止罐装水局部成为高温。

其结果是，能够避免因保护功能而使对罐装水进行加热的运转停止。另外，由于向第一热交换器持续供给第一流体，所以能够持续进行利用了太阳能集热器的运转。

附图说明

图1是实施方式1所涉及的太阳能热水供给装置100的构成图。

图2是实施方式1所涉及的太阳能回路63的构成图。

图3是实施方式1所涉及的控制装置50的构成图。

图4是表示实施方式1所涉及的控制装置50的动作的流程图。

图5是表示实施方式1所涉及的混合比例的例子的图。

图6是表示实施方式1所涉及的混合比例的与图5不同的例子的图。

附图标记说明

100...太阳能热水供给装置；10...室外单元；11...压缩机；12...膨胀阀；13...外部空气－制冷剂热交换器；20...室内单元；21...制冷剂－流体热交换器；22...辅助加热器；23...泵；24...流量传感器；25...过滤器；26...泄压阀；27...排气阀；28...膨胀罐；30...热水储存罐；31...第一热交换器；32...第二热交换器；33...罐温度检测部；34、35...配管；36...排出口；40...太阳能系统；41...太阳能组件；42...太阳能集热器；43...三通阀；44...泵；45...供给温度检测部；46...回送温度检测部；50...控制装置；51...运转控制部；52...避免部；53...供给温度取得部；54...比例控制部；61...制冷剂回路；62...流体回路；63...太阳能回路；64...输送配管；65...分支配管；66...回送配管；67...回送合流配管；70...热泵装置；71...合流装置；81...制冷剂；82...第一流体；83...第二流体；84...罐装水。

具体实施方式

实施方式1.

***结构的说明***

图1是实施方式1所涉及的太阳能热水供给装置100的构成图。

太阳能热水供给装置100具备室外单元10、室内单元20、太阳能系统40、以及控制装置50。

室外单元10具备对制冷剂81进行压缩的压缩机11、使制冷剂81膨胀的膨胀阀12、以及使外部空气与制冷剂81进行热交换的外部空气－制冷剂热交换器13。

压缩机11、室内单元20所具备的制冷剂－流体热交换器21、膨胀阀12、以及外部空气－制冷剂热交换器13通过配管而依次连接，构成供制冷剂81循环的制冷剂回路61。即，由压缩机11、制冷剂－流体热交换器21、膨胀阀12、外部空气－制冷剂热交换器13，构成作为热源装置的热泵装置70。

室内单元20具备：使制冷剂81与水等第二流体83进行热交换的制冷剂－流体热交换器21；根据需要对第二流体83进行辅助加热的辅助加热器22；用于使第二流体83循环的泵23；以及存积水的热水储存罐30。以下，将存积于热水储存罐30的水称为罐装水84。

在热水储存罐30，设置有用于对罐装水84进行加热的第一热交换器31及第二热交换器32、以及作为用于检测罐装水84的温度的传感器等的罐温度检测部33。第一热交换器31使太阳能集热器42中被太阳能加热的第一流体82与存积于热水储存罐30的罐装水84进行热交换，从而对罐装水84进行加热。第二热交换器32使热泵装置70中被加热的第二流体83与存积于热水储存罐30的罐装水84进行热交换，从而对罐装水84进行加热。

泵23、制冷剂－流体热交换器21、辅助加热器22、以及第二热交换器32通过配管而依次连接，从而构成供第二流体83循环的流体回路62。

另外，室内单元20在流体回路62的第二热交换器32与泵23之间，具备对在流体回路62循环的第二流体83的流量进行检测的流量传感器24、以及用于排出在流体回路62流动的垃圾等的过滤器25。另外，室内单元20在从辅助加热器22的附近分支的配管，具备用于降低流体回路62的压力的泄压阀26、用于抽出流体回路62内的空气的排气阀27、以及用于暂时存积在流体回路62循环的水的多余量的膨胀罐28。

另外，在热水储存罐30的上部，连接有用于向淋浴器等卫生设备供给罐装水84的配管34，在热水储存罐30的下部，连接有用于从自来水管向热水储存罐30供给罐装水84的配管35。另外，在热水储存罐30的下部，设置有用于排出罐装水84的排出口36。

太阳能系统40具备太阳能组件41、作为太阳能面板的太阳能集热器42、以及作为合流装置71的三通阀43。太阳能组件41具备用于使水等第一流体82循环的泵44。

泵44、太阳能集热器42、三通阀43、第一热交换器31通过配管而依次连接，从而构成供第一流体82循环的太阳能回路63。

图2是实施方式1所涉及的太阳能回路63的构成图。

作为将泵44、太阳能集热器42、三通阀43、以及第一热交换器31连接起来的配管，太阳能回路63具备输送配管64、分支配管65、回送配管66、以及回送合流配管67。

输送配管64是将第一热交换器31与太阳能集热器42连接的配管，供在第一热交换器31中散热，并朝向太阳能集热器42的第一流体82流动。分支配管65从输送配管64中途的分支点68分支，与三通阀43连接，供在输送配管64流动第一流体82的一部分流动。回送配管66是将太阳能集热器42与三通阀43连接的配管，供在太阳能集热器42中被加热的第一流体82流动。流经分支配管65的第一流体82与流经回送配管66的第一流体82在三通阀43处合流。回送合流配管67是将三通阀43与第一热交换器31连接的配管，供在作为合流装置71的三通阀43处合流，朝向第一热交换器31的第一流体82流动。

另外，在太阳能回路63中，设置有检测在回送合流配管67流动的第一流体82的温度作为供给温度TS的供给温度检测部45、以及检测在回送配管66流动的第一流体82的温度作为回送温度TB的回送温度检测部46。

图3是实施方式1所涉及的控制装置50的构成图。

控制装置50具有：运转控制部51，其在罐装水84温度变得过高的情况下，停止对罐装水84进行加热的运转；以及避免部52，其用于避免仅因热水储存罐30内的一部分的罐装水84成为高温，而导致对罐装水84进行加热的运转被运转控制部51停止。

运转控制部51在罐温度检测部33所检测到的罐装水84的温度超过基准值的情况下，通过停止室外单元10的压缩机11的运转、太阳能组件41的泵44的运转等，从而停止对罐装水84进行加热的运转。

避免部52具有供给温度取得部53以及比例控制部54。供给温度取得部53取得由供给温度检测部45检测出的供给温度TS。比例控制部54基于供给温度取得部53所取得的供给温度TS，控制作为合流装置71的三通阀43，从而调整混合比例，混合比例是在回送合流配管67流动的第一流体82中，流经回送配管66的第一流体82与流经分支配管65的第一流体82的混合比例。比例控制部54通过调整混合比例，从而控制流入第一热交换器31的第一流体82的温度。

***动作的说明***

对实施方式1所涉及的太阳能热水供给装置100的基本动作进行说明。

如图1所示，在制冷剂回路61中，从压缩机11排出的高温高压的制冷剂81向制冷剂－流体热交换器21流入。这样，在制冷剂－流体热交换器21中，使制冷剂81与第二流体83进行热交换，从而对制冷剂81进行冷却，对第二流体83进行加热。冷却后的制冷剂81通过膨胀阀12并被减压而向外部空气－制冷剂热交换器13流入。这样，在外部空气－制冷剂热交换器13中使制冷剂81与外部空气进行热交换，从而对制冷剂81进行加热。加热后的制冷剂81被压缩机11压缩，并再次成为高温高压的制冷剂81。

根据需要利用辅助加热器22，进一步对在制冷剂－流体热交换器21中被加热的第二流体83进行加热。然后，第二流体83在第二热交换器32中与罐装水84进行热交换，从而第二流体83被冷却并且罐装水84被加热。冷却后的第二流体83经由泵23等而再次在制冷剂－流体热交换器21中被加热。

即，存积于热水储存罐30的罐装水84在第二热交换器32中，被在热泵装置70中加热的第二流体83加热。

另外，在能够利用太阳能系统40的情况下，泵44执行动作，从而第一流体82在太阳能回路63中循环。

在太阳能回路63中，在太阳能集热器42中被太阳能加热的第一流体82向第一热交换器31流入。这样，在第一热交换器31中使第一流体82与罐装水84进行热交换，从而对第一流体82进行冷却，并对罐装水84进行加热。冷却后的第一流体82经由泵44而再次向太阳能集热器42流入并被加热。

即，存积于热水储存罐30的罐装水84在第一热交换器31中，被在太阳能集热器42中由太阳能加热的第一流体82加热。

通过以上的动作，对罐装水84缓缓加热，直至由罐温度检测部33检测的罐装水84的温度达到预先设定的目标温度。然后，从配管34向卫生设备供给达到了目标温度的罐装水84。另外，若罐装水84减少，则从配管35供给罐装水84。

在能够利用太阳能系统40的情况下，并用热泵装置70与太阳能系统40来对罐装水84进行加热。但是，太阳能系统40存在因天气而无法利用的情况。在无法利用太阳能系统40的情况下，仅利用热泵装置70来对罐装水84进行加热。

如上所述，在罐温度检测部33所检测出的罐装水84的温度超过基准值的情况下，控制装置50的运转控制部51停止对罐装水84进行加热的运转。运转控制部51不只在仅利用室外单元10对罐装水84进行加热的情况，也在并用太阳能系统40对罐装水84进行加热的情况下执行动作。

在太阳能集热器42中被加热的第一流体82存在成为超过90℃等的高温的情况。在该情况下，在第二热交换器32中使第一流体82与罐装水84进行热交换，其结果是，罐装水84会局部成为高温。这样，存在运转控制部51会执行动作，从而停止太阳能热水供给装置100的运转之虞。即，即使热水储存罐30内的罐装水84整体上未必达到目标温度，也由于仅热水储存罐30内的一部分的罐装水84成为高温，从而会停止太阳能热水供给装置100的运转。

控制装置50的避免部52进行如下动作：在第一流体82成为高温的情况下，避免太阳能热水供给装置100的运转被运转控制部51停止。

对控制装置50的避免部52的动作进行说明。

如图2所示，在太阳能回路63中，在太阳能集热器42中被太阳能加热的第一流体82在回送配管66流动。而且，在三通阀43中，流经回送配管66的第一流体82与流经分支配管65的第一流体82合流，并在回送合流配管67流动，而向第一热交换器31流入。在第一热交换器31中使第一流体82与罐装水84进行热交换。然后，在第一热交换器31中与罐装水84进行了热交换的第一流体82在输送配管64流动。在输送配管64流动的第一流体82的一部分在分支点68向分支配管65分支并流动，其余的向太阳能集热器42流入并被加热。

避免部52的供给温度取得部53取得由供给温度检测部45检测出的供给温度TS。然后，比例控制部54与由供给温度取得部53取得的供给温度TS对应地，控制作为合流装置71的三通阀43的回送配管66侧的开度、与分支配管65侧的开度，从而调整混合比例，混合比例是在回送合流配管67流动的第一流体82中，流经回送配管66的第一流体82与流经分支配管65的第一流体82的混合比例。

流经分支配管65的第一流体82在第一热交换器31中散热而为低温。因此，通过调整混合比例，能够调节在回送合流配管67流动的第一流体82的温度。通过调节在回送合流配管67流动的第一流体82的温度，能够防止向第一热交换器31流入的第一流体82的温度成为高温。其结果是，能够避免因保护功能而使太阳能热水供给装置100的运转停止。

图4是表示实施方式1所涉及的避免部52的动作的流程图。

若泵44执行动作从而使第一流体82开始循环，则供给温度取得部53取得由供给温度检测部45检测出的供给温度TS(S1)。比例控制部54将S1中所取得的供给温度TS与第一阈值θ₁以及第二阈值θ₂进行比较(S2)。

在供给温度TS处于第一阈值θ₁以上且不足第二阈值θ₂的情况下，比例控制部54向S3推进处理。在供给温度TS不足第一阈值θ₁的情况下，比例控制部54向S4推进处理。在供给温度TS处于第二阈值θ₂以上的情况下，比例控制部54向S5推进处理。

在S2中供给温度TS处于第一阈值θ₁以上且不足第二阈值θ₂的情况下，比例控制部54以供给温度TS越高则流经分支配管65的第一流体82的比例越多、流经回送配管66的第一流体82的比例越少的方式，控制作为合流装置71的三通阀43(S3)。通过这样地控制，能够将在回送合流配管67流动的第一流体82的温度大体保持为恒定。

在S2中供给温度TS不足第一阈值θ₁的情况下，比例控制部54以使仅流经回送配管66的第一流体82在回送合流配管67流动的方式，控制作为合流装置71的三通阀43(S4)。即，比例控制部54关闭三通阀43的分支配管65侧的口。通过这样地控制，从而防止在回送合流配管67流动的第一流体82的温度不必要地降低。

在S2中供给温度TS处于第二阈值θ₂以上的情况下，比例控制部54以使仅流经分支配管65的第一流体82在回送合流配管67流动的方式，控制作为合流装置71的三通阀43(S5)。即，比例控制部54关闭三通阀43的回送配管66侧的口。通过这样地控制，从而防止在回送合流配管67流动的第一流体82的温度过度地升高。

在S5中关闭三通阀43的回送配管66侧的口的情况下，供给温度取得部53取得由回送温度检测部46检测出的回送温度TB(S6)。然后，比例控制部54对回送温度TB是否不足第三阈值θ₃进行判定(S7)，并在回送温度TB不足第三阈值θ₃的情况下，打开三通阀43的回送配管66侧的口，从而使流经回送配管66的第一流体82也向回送合流配管67流动(S8)。在回送温度TB处于第三阈值θ₃以上的情况下，在经过一定时间后再次执行S6的处理。

在S3、S4、以及S8的处理后，隔着一定程度的时间间隔地再次执行S1的处理。一定程度的时间间隔是指控制三通阀43从而使混合比例产生变化、供给温度TS变得稳定所花费的时间。

这里，能够如下地决定第一阈值θ₁以及第二阈值θ₂。

对于第一阈值θ₁，使用运转控制部51执行动作的罐装水84的温度亦即动作温度即可。即，若罐装水84变为90℃以上，则运转控制部51执行动作从而停止对罐装水84进行加热的运转，这样的话，第一阈值θ₁为90℃左右即可。这是因为，若供给温度TS比动作温度低，则不会在第一热交换器31中对罐装水84进行加热来使罐装水84的温度变为动作温度以上。

第二阈值θ₂受到室内单元20的配管长度、热水储存罐30的罐温度检测部33的位置、第一热交换器31的位置、由泵44控制的在太阳能回路63中循环的第一流体82的流量等的影响。因此，无法一概地决定。但是，第二阈值θ₂例如使用不足100℃的温度即可，并且使用即使供给温度TS上升至基准温度、由罐温度检测部33检测的罐装水84的温度也不上升至运转控制部51执行动作的温度的基准温度即可。

此外，第三阈值θ₃为比第二阈值θ₂稍高的温度即可。

图5是表示实施方式1所涉及的混合比例的例子的图。

图5中的混合比例是指在回送合流配管67流动的第一流体82中流经回送配管66的第一流体82的比例。即，混合比例为100％的情况是指在回送合流配管67流动的第一流体82中流经回送配管66的第一流体82的比例为100％。另外，混合比例为0％的情况是指在回送合流配管67流动的第一流体82中流经回送配管66的第一流体82的比例为0％。

在供给温度TS不足第一阈值θ₁的情况下，混合比例为100％。在供给温度TS处于第一阈值θ₁以上且不足第二阈值θ₂的情况下，随着供给温度TS从第一阈值θ₁向第二阈值θ₂趋近，混合比例以线形的方式减少。在供给温度TS处于第二阈值θ₂以上的情况下，混合比例为0％。

图6是表示实施方式1所涉及的混合比例的与图5不同的例子的图。

在图6中，与图5相同，混合比例是指在回送合流配管67流动的第一流体82中流经回送配管66的第一流体82的比例。

供给温度TS不足第一阈值θ₁的情况、以及供给温度TS处于第二阈值θ₂以上的情况与图5的情况相同。在供给温度TS处于第一阈值θ₁以上且不足第二阈值θ₂的情况下，随着供给温度TS从第一阈值θ₁向第二阈值θ₂趋近，混合比例阶梯式地减少。

***效果的说明***

以上，在实施方式1所涉及的太阳能热水供给装置100中，与供给温度TS对应地，调整合流的流体中流经回送配管66的流体与流经分支配管65的流体的比例。通过进行该比例的调整，能够防止流入第一热交换器31的流体的温度变得过高，从而防止罐装水84局部高温。

其结果是，能够避免如下情况：尽管罐装水84整体上未达到目标温度，但是对罐装水84进行加热的运转也会被运转控制部51停止。另外，由于持续向第一热交换器31供给第一流体82，所以能够持续进行利用了太阳能集热器42的运转。

另外，比例控制部54也可以代替图4的S2至S5的处理地，以使供给温度TS进入某一温度范围的方式，控制三通阀43。

具体而言，比例控制部54在供给温度TS处于温度范围内的情况下，保持原样地维持三通阀43的各口的开度。比例控制部54在供给温度TS比温度范围的上限高的情况下，以使流经回送配管66的第一流体82的比例变少的方式，控制三通阀43并使供给温度TS进入温度范围。另一方面，比例控制部54在供给温度TS比温度范围的下限低的情况下，以使流经回送配管66的第一流体82的比例变多的方式，控制三通阀43并使供给温度TS进入温度范围。

另外，在上述说明中，使用室内单元20这一名称。但是，室内单元20也可以不设置于室内而设置于室外。

另外，在上述说明中，使用三通阀43作为合流装置71。但是，合流装置71也可以不是三通阀43，而例如通过阀的组合等来构成。

Claims (6)

1.一种太阳能热水供给装置，其特征在于，具备：

第一热交换器，其使被太阳能集热器加热的第一流体与存积于热水储存罐的罐装水进行热交换，从而对所述罐装水进行加热；

输送配管，其供在所述第一热交换器中散热并朝向所述太阳能集热器的第一流体流动；

分支配管，其从所述输送配管分支，供流经所述输送配管的第一流体的一部分流动；

回送配管，其供被所述太阳能集热器加热的第一流体流动；

合流装置，其使流经所述回送配管的第一流体与流经所述分支配管的第一流体合流；

回送合流配管，其供在所述合流装置处合流并朝向所述第一热交换器的第一流体流动；

供给温度检测部，其检测流经所述回送合流配管的第一流体的温度，作为供给温度；以及

控制装置，其与由所述供给温度检测部检测出的供给温度对应地控制所述合流装置，从而调整混合比例，所述混合比例是在流经所述回送合流配管的第一流体中，流经所述回送配管的第一流体与流经所述分支配管的第一流体的混合比例。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水供给装置，其特征在于，

在所述供给温度处于第一阈值以上且不足第二阈值的情况下，所述控制装置以使所述供给温度越高则流经所述分支配管的第一流体的比例越大的方式，来控制所述合流装置。

3.根据权利要求2所述的太阳能热水供给装置，其特征在于，

在所述供给温度不足所述第一阈值的情况下，所述控制装置以使仅流经所述回送配管的第一流体流经所述回送合流配管的方式，来控制所述合流装置。

4.根据权利要求2所述的太阳能热水供给装置，其特征在于，

在所述供给温度处于所述第二阈值以上的情况下，所述控制装置以使仅流经所述分支配管的第一流体流经所述回送合流配管的方式，来控制所述合流装置。

5.根据权利要求1所述的太阳能热水供给装置，其特征在于，

所述太阳能热水供给装置还具备：

热泵装置，其对第二流体进行加热；以及

第二热交换器，其利用被所述热泵装置加热的所述第二流体，对所述罐装水进行加热。

6.根据权利要求1所述的太阳能热水供给装置，其特征在于，

所述太阳能热水供给装置还具备罐温度检测部，所述罐温度检测部检测所述罐装水的温度，

在所述罐温度检测部所检测出的罐装水的温度超过基准值的情况下，所述控制装置停止对所述罐装水进行加热的运转。