CN101178189A - 一种热泵热水器与太阳能热水器相结合的方法及其热水系统 - Google Patents

Abstract

一种热泵热水器与太阳能热水器相结合的方法及其热水系统，能够充分利用太阳能、并在阳光不足时利用热泵制热的方法及其系统，其目的是大幅度降低电能消耗，其原理是根据太阳能集热板上的温度信号来确定本热水系统的工作模式：即太阳能加热模式或热泵加热模式。冷水经过集热板后进入加热水箱，阳光充沛时，冷水在集热板加热到某一温度，直至加热水箱水位达到某一设定水位，如果水温未达到设定温度时，再启动热泵模式加热至设定温度；热泵工作模式时，集热板成为系统的间接蒸发器，降低了温度的集热器，从外界吸收阳光、空气和雨水等介质的热能，为热泵系统提供热源，高效的制备热水；由于本热水系统在太阳能模式时，能效比几乎无限大，而在热泵工作模式时，其效率也较普通风源热泵更高，所以本系统的年均综合制热效率，远高于风源热泵热水系统；用本方法所构成的系统，能耗仅为燃气热水器或电热水器的20％以下，运行成本低；同时具有设计合理、结构简单、高效节能、成本低，安全可靠等优点，因而具有很好的推广使用价值。

Description

一种热泵热水器与太阳能热水器相结合的方法及其热水系统

所属技术领域  本发明涉及一种充分利用太阳能热辐射以及空气和雨水等热能，以更低的成本制备热水的方法及其热水系统，特别是涉及一种带太阳能集热板和水源热泵热水器的热泵-太阳能复合加热热水装置。

背景技术

目前，热水器产品主要有燃气热水器、电热水器、太阳能热水器、热泵热水器。它们既有自己的优点又有自己的缺点。燃气热水器使用最方便，即开即用，但安全性能差，安装使用不当会引起一氧化碳中毒，有爆炸和着火的危险，污染严重，因此在市场上，造成一部分消费者对其不敢问津，香港地区已经禁止销售；电热水器，初期投入不大，使用安全性也能接受，但使用成本较高，耗电量太大；

目前节能型的热水装置为太阳能和热泵两大类，随着能源供应紧张，越来越受到用户的欢迎：但太阳能热水器虽然使用成本低廉，得到政府倡导，但初期投入成本大，受到气候影响较大，热源单一，可靠性较差，又不能全天候使用，造成用户的许多不便；近年来，直接利用热泵原理来制造的热水器，虽然年均致热效率一般可达到300％以上，但是又不能够直接利用宝贵的太阳能，使用成本还是比较高。针对以上问题，能否将太阳能和热泵两大类产品有机的结合起来，设计出一种制热效率更高，安全可靠，又能够确保用户使用的新型热水器已成为迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供更低成本制备热水的方法和系统，将太阳能和热泵有机的结合起来，不但能够直接利用太阳能，同时也能够在夜晚和阴雨天生产热水，从而大大降低热水生产的耗电量，使其每吨热水消耗的电能降低到6千瓦时左右甚至更低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：冷水在进入加热水箱时，必须先经过太阳能集热板，此时如果太阳能的热辐射有利用价值，集热板和自来水的温差达到了我们设定某一值，则系统开始以太阳能模式工作：补水阀(或泵)会通过开和关来控制进入加热水箱的水温，从而吸收太阳能，当加热水箱的水位达到高水位时，系统将根据此时加热水箱的水温是否达到设定温度来确定是否需要启动热泵模式，如果已经达到或者超过设定温度，则系统停机，开始将加热水箱的输送到蓄热水箱备用；如果未达到设定温度，则系统自动进入热泵工作模式，此时，压缩机开动，循环集热水泵和循环加热泵开动，补水阀(或泵)和输水泵(或阀)等关闭，直至将水加热至设定温度后停机，开始将加热水箱的输送到蓄热水箱备用；加热水箱的水输送至低水位时，输水泵(或阀)关闭，进水阀开始重新补水，系统重复上一工作过程，不断制备热水。

冷水在进入加热水箱时，先经过太阳能集热板，此时如果太阳能的热辐射没有利用价值，集热板和自来水的温差达不到了我们设定某一值，则系统开始以热泵模式工作：补水阀(或泵)打开，冷水直接通过集热板进入加热水箱，当其达到高水位时，热泵启动，此时，压缩机开动，循环集热水泵和循环加热水泵开动，补水阀(或泵)和输水泵(或阀)等关闭，直至将水加热至设定温度后停机，开始将加热水箱的输送到蓄热水箱备用；

实现这一目的的装置是由一种高效的水源热泵系统，以及太阳能集热板和管路、阀、泵等部件组成，水源热泵类似于公知的制冷系统，由制冷压缩机、冷凝器、节流管、蒸发器和循环水泵等主要部分组成，按照公知的制冷系统的同样方法将以上各部分用管道依次连通成封闭系统，系统内充以适当的工质(制冷剂)，另有电控器用以控制压缩机、水泵等部件的工作。太阳能集热板与目前市售的集热板芯类似，但是不进行保温。

系统工作时，来自自来水管的冷水先在太阳能集热板内吸收太阳的辐射热量升温，然后进入加热水箱，当水温未达到设定温度时，系统开始以热泵模式工作，加热水箱内的水由循环加热水泵驱动，不断经过冷凝器获得热量，直至达到设定温度。从而实现了有太阳则吸收太阳能，没有太阳也能够利用空气和雨水等介质的热能来加热冷水的目的。

本发明的有益效果是，由于水源热泵的效能比(产热量与消耗功率之比)本身可达3～4倍以上，再加上采用太阳能预热进水。因此这种高效热水器系统可比现有电热水器节能80％以上。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构原理图。

图中1.压缩机，2.冷凝器，3.节流机构，4.蒸发器，5.循环集热水泵，6.太阳能集热板，7.补水阀(或泵)，8.输水泵(或阀)，9.加热水箱，10.循环加热水泵。

具体实施方式

在图1中的高效热泵太阳能热水器系统，它由水源热泵、太阳能集热板和水管部件构成，水源热泵类似公知的制冷系统，由压缩机(1)、冷凝器(2)、节流机构(3)、蒸发器(4)、循环集热水泵(5)和循环加热水泵(10)等主要部分组成，按照公知的制冷系统的同样方法将以上各部分用管道依次连通成封闭系统，系统内充以公知的工质。集热板与水源热泵按图示方式联结起来，在集热板和加热水箱之间由水管和电磁阀相联结。

水管部件包括自来水管、补水阀(或泵)(7)、输水泵(或阀)(8)、循环集热水泵(5)和循环加热水泵(10)、太阳能集热板(6)和蒸发器(4)等构成。加热水箱(9)进水时，冷水经过集热板(6)，控制系统根据集热板的集热温度决定补水阀(或泵)(7)的开启与关闭，当加热水箱水位升至高水位时，补水阀(或泵)(7)关闭，控制系统根据此时加热水箱的水温是否达到设定温度这一条件来确定系统是否开始进入热泵加热模式，如此时水温已经达到或超过设定温度，则不开动热泵系统工作，输水泵(或阀)(8)开启，将热水输出待用；如此时水温未达到设定温度时，系统将以热泵加热模式工作，此时压缩机(1)、循环集热水泵(5)和循环加热水泵(10)启动，补水阀(或泵)(7)关闭，直至加热水箱(9)的水温提高至设定温度时，压缩机(1)、循环集热水泵(5)、循环加热水泵(10)和补水阀(或泵)(7)关闭，输水泵(或阀)(8)开启，将热水输出待用。

Claims (3)

1.一种热泵热水器与太阳能热水器相结合的方法及其热水系统，其特征是冷水在进入加热水箱前经过太阳能集热板，在集热板辐照温度T1高于入水温度T2达到某一设定程度时，控制器使得系统开始以太阳能模式工作，通过控制补水阀(或泵)，使得冷水可以在集热板内充分吸收太阳的热辐射，当集热板末端的温度探头T3探测到进水温度已经上升到某一温度时，补水阀(或泵)打开，将已经获得太阳能而升温的水放入加热水箱，直到该点的温度下降到某一温差时，其与集热板辐照温度T1的温差增大，补水阀(或泵)关闭，如此循环进行，直至加热水箱至高水位，如果此时的水箱温度T4未能达到设定温度，则系统开始以热泵模式工作，进水关闭，直至将加热水箱内的水加热到设定温度。而当系统不能达到太阳能模式时，进水阀打开，冷水通过集热板进入加热水箱直至达到高水位时，系统开始以热泵模式工作，进水关闭，直至将加热水箱内的水加热到设定温度。

2.一种热泵热水器与太阳能热水器相结合的方法及其热水系统，包括由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流装置、太阳能集热板以及相应的管路、阀件和控制元件所组成，其特征是：加热水箱内的冷水加热，由两个阶段组成，即首先为太阳能加热段，其次由热泵加热段补充加热至设定温度，最后供用户使用。

3.根据权利要求2所述的高效热泵太阳能热水系统，其特征是：在冷水进入时，系统是否以太阳能模式工作，取决于太阳能集热板的集热温度与冷水之间的温差，即该温差确定系统的工作模式，该温差达到某一设定值时，系统则开始以太阳能模式工作；当该温差低于设定值时，系统即直接开通补水阀(或泵)。