太阳能热水系统的制作方法

专利名称：太阳能热水系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种加热系统，例如包括通过上游流体路径和下游流体路径连接的太阳能集热器和水罐的系统，本发明还涉及一种用太阳能加热生活用水的方法。此外，该系统可包括连接到一个或多个辅助加热源的连接部分。因此该系统能够在或大或小的程度上替换现有加热系统的部件，或 者其可以与现有加热系统组合使用。
背景技术：
在现有的太阳能热水系统中，太阳能热水器通常用于加热诸如水之 类的集热器液体，集热器液体随后被转移到储存罐以便通过内置的热交 换器加热生活用水，也就是说，要在家庭中消耗的生活用水_—例如饮 用、烹饪、洗澡等消耗的水没有循环通过太阳能集热器。储存罐也可以 包括辅助加热器，用于在太阳能热不足以确保所需的生活用水温度的例 如冬天、黑夜以及没有阳光的白天时对生活用水进行辅助性加热。为了 优化对太阳能热的利用，太阳能集热器优选地定位在屋顶的面向南的部 分(在北半球时)。由于处于暴露位置，所以集热器液体经常含有乙二 醇或类似的防冻溶液以便确保太阳能集热器不会冻裂。
由于已经证实，完全避免集热器液体泄漏从而避免污染性防冻溶液 从系统泄漏是非常困难的，所以已经有人提出了没有这种污染性溶液的 对环境无害的系统。在某些现有系统中，生活用水在太阳能集热器中直 接被加热。由于在系统内使用生活用水，所以可避免在系统中使用污染
性防冻溶液。然而，其容量通常相对较低。在例如美国专利第4,135,491 号所公开的增加容量的一种尝试中，住宅配置有用于加热房间的热空气 型太阳能集热器以及用于供应热水的热水型太阳能集热器。当在传热管 道中行进时，水由太阳能热加热而变热。热水存储在热水罐中。为了增 加热水的温度，热水罐的热水被反复地输送给太阳能集热器，且阀保持 关闭而切断来自给水器的水供应。在所公开的系统中，通过供应来自给 水器的冷水同时排放用于浴室、洗衣机或厨房的热水来维持水量。
尽管可以增加容量，但是往往难于获得令人满意的容量，特别是在
太阳能集热器的有效面积较小的小型系统中尤为如此。

发明内容
本发明实施方式的目的是提供一种改进的加热系统以及一种改进的加 热水的方法。
在第一方面，本发明提供一种用于提供经加热的生活用水的系统，所
述系统包括加热结构，例如太阳能集热器形式的加热结构；水罐；进水 口，用于从水源供水；上游流体路径，其使7jC从所述7jC罐通流到所述太阳
能集热器；下游流体路径，其使7jc从所述太阳能集热器通流到所述7jc罐； 出水口，用于向接收者输送生活用水；以及控制系统，其适于控制从水 源的供水；其中，所述控制系统适于在向接收者输送生活用水时中断从 所述水源的供水。
由于在向接收者输送生活用水时中断了从水源的供水，所以避免了 热水和冷水在水罐中混合，从而增加了系统的容量。
下列描述所依据的前提是加热结构包括太阳能集热器。当与太阳能 加热系统以及其他能量输入相对有限的系统或者与能量输入取决于难 于或不能控制的物理实体的系统结合使用时，本发明是非常有用的。例 如，加热结构可包括加热泵、地热系统等，或者其可以总体上包括任何 种类的公知加热系统。在与太阳能集热器结合使用的情况下，本发明一 个重要的方面是，导过太阳能集热器并在其中被加热的水是由接收者消 耗的生活用水，也就是说，优选地，太阳能集热器和所消耗的水之间没 有例如通过热交换器分离。
控制系统可以包括能够在关闭构造和相反的打开构造之间移动的阀， 在关闭构造中所述阀中断水的供给，在打开构造中所述阀使得能够进行水 的供给，从而确保当向接收者输送生活用水时从水源的供水被中断。所 述阀可以设置成打开和关闭进水口。在本发明的一种特定实施方式中， 冷水可以从外部供给，用于与来自水罐的温水混合，以便避免烫伤或其 他与供给温度过高的水相关的现象。
所述7JC罐可以包括适于测量所述7jc罐的储水量的水测量装置。水测量
装置可以是浮标或其他机械装置的形式，或者其可以是例如设置在7jC罐内
的电子传感器。如果水测量装置连接到控制系统，则当水罐满载或者达到
预定的水罐水位时，该装置可以向控制系统发送信号。在本发明的某些实 施方式中，该装置可以向控制系统连续发送信号，以便能够连续监控水罐 中的储水量。控制系统可以适于在水罐满载或者当达到预定的水罐水位时 中断从水源的供水，从而确保系统不会满溢或者确保水罐中存在自由空 间。该自由空间可以例如用于在例如温度过高或过低的情况下的太阳能集 热器的排水。
为了加热来自水源的水，水罐中的水可以通过上游流体路径和下游流 体路径连续地或间断地循环到太阳能集热器，这些路径共同形成了回路。 因此，该系统可以包括适于使水在由所述流体路径形成的回路中循环的系 统泵。控制系统可以适于在向接收者输送生活用水时停止该系统泵。
在本发明的一些实施方式中，系统泵可以适于将生活用7JC输送给接收 者。通过关闭回路内的至少一个阀，系统泵能够在不使7jC在由所述流体路 径形成的回路中循环的情况下将7JC输送给接收者。
该系统可进一步包括温度测量装置，温度测量装置适于测量太阳能 集热器中的水温与水罐中的水温之间的温度差△ T。当太阳能集热器中 的水温高于水罐中的水温时(即，△ T是正值)，水可以循环以利用 太阳能热对水进行加热。是否使水循环取决于系统的布置、温度差△ T的大小、以及水罐和太阳能集热器中的水温。已经发现，在较高的水温下需要较大的温度差△ T，以便获取充足的用于加热循环水的太阳能热。 此外，使用电能来通过系统泵使水循环，因此可以优选地确保的是，如 果水循环通过太阳能集热器，则通过太阳能加热获取的能量比消耗电能 损失的能量多。
控制系统可以适于基于所述温度差AT控制由系统泵的储水量产生的 流速，从而确保只有在能够获取充足量的太阳能热的情况下水才会循环。 当温度差是负值时，可以停止系统泵，当温度差是正值时，可以根据温度 差的水平来停止、降低或升高流速。
此外，温度测量装置可以适于测量水罐中的水温Ttank，并且控制系统 可以适于基于该温度Ttank控制由系统泵的储水量产生的流速。
水罐中的要被输送给接收者的水可能过热，为了避免发生烫伤事故， 来自水源的冷水可以和来自7JC罐的水混合，从而降低输送给接收者的生活 用水的温度。为此目的，该系统可进一步包括混合腔，混合腔与水罐分开 并,皮供给来自水源的冷水和来自水罐的热水。
此外，该系统可以包括恒温器、温度传感器等，所述恒温器、温度传 感器等适于控制来自水源的水和来自水罐的水的混合，从而控制输送给接 收者的生活用水的温度。恒温器、温度传感器等可以被预先调整到一定温 度水平，这确保输送给接收者的生活用水不会太热，从而根据水罐中的水 温控制来自水源的冷水量。
恒温器可以进一步适于接收来自接收者的温度控制输入并可适于根据 所述温度控制输入改变生活用水的温度。如果接收者希望所输送的生活用 水为另一温度，则因此可以调节温度。
在黑夜、没有阳光的白天、或者在热水消耗量才艮大的情况下。太阳能 可能是不充足的。因此，水罐可以包括能够对水罐中的水进行加热的辅助 加热器。为了确保当水罐中的水量过低时辅助加热器处于非使用状态，从 而确保7JC罐不会因为在空置或几乎空置的状态下,皮加热而受到损坏，如果 水量低于预定值，则辅助加热器可以适于被停用。
为了保护水罐不会过热，控制系统可以进一步适于在水罐中的水温 Ttank超过预定的最大值Ttank,max，，时停止辅助加热器。当Ttank超过Tank，max 时，控制系统可进一步停止系统泵，以l更停止水向太阳能集热器的循环， 从而停止通过太阳热能对水进行加热。
此外，该系统可以进一步包括例如双金属开关形式的安全装置，安全 装置适于在水罐中的水温T一超过预定的安全值Tsecu浙时中断向所述系 统的供电，其中安全值Tseeurity高于最大值TtanMiax。因此，安全装置可以 在例如导致水罐过热的系统故障的情况下被致动。为了能够返回到正常操 作状况，安全装置可以适于在水罐中的水温T^k低于预定的最大值 Ttank,max时将电力连接到该系统。
由于系统中缺少例如乙二醇的防冻溶液，所以在冬天时必须排空太阳 能集热器，以便保护太阳能集热器不会因为霜冻天气而受到损坏。因此， 该系统可以包括排水装置，排水装置适于在接收到排7jC信号时排空太阳能 集热器中的水。排7K信号可以是来自使用者的例如通过按压控制面板上的 M发出的手动信号。可替代地或附加地，排水信号可以是基于来自测量室外温度的温度传感器的读数的自动化信号。如果太阳能集热器中的水温、太阳能集热器自身温度或外界环境的温度非常高时，例如为了避免 沸腾以及太阳能集热器中压力过高，可以采用对应的方式将太阳能集热 器中的水被排出。
控制系统可以适于控制向水罐的供水，使水罐不会装得太满。当太 阳能集热器中的水被排出从而太阳能集热器中的水经由上游流体路径 和下游流体路径进入水罐中时，可以利用水罐中剩余的自由空间。可替 代地，可以根据能量供给情况将水罐填充到特定程度。例如，在太阳能 集热器上的太阳辐射给定的情况下，系统可以确定在每单位时间的特定 温升下能够加热多少水，并以此量来填充水罐。那样一来，有利的是， 即便太阳辐射(或其他能量源)发生变化，在水罐中将水加热到特定温 度也可花费大致相等的时间量。对水罐的填充可以基于例如由整体式称 重结构所确定的水罐重量来控制。
冬天时即便太阳能集热器被排空，也仍然可以使用该系统。为此目的， 当太阳能集热器中的7jC^皮排出时，进水口可以经由7jC罐与出水口连通。因 此，冬天时可以单独基于辅助加热器对来自水源的水进行加热。在本发明 的优选实施方式中，在排水程序之后，通过阻塞上游流体路径以主动方式 将太阳能集热器从流体回路断开。
为了便于复合加热，该系统可包括使7K在该系统和例如常规中央加热 系统的辅助加热系统之间通流水的辅助性上游流体路径和下游流体路径。 如果太阳能集热器能够输送比生活用水所消耗的能量更多的能量，则多 余的能量可以被转移到中央加热系统，在相反的情况中，即，当太阳能 集热器不能输送足够的能量时，或者当太阳能集热器被排空以及可选地 从流体回路断开时，水罐可以从中央加热系统接收能量。
在第二方面，本发明提供一种用于提供经加热的生活用水的系统，所述系统包括
加热结构；
进水口，用于从水源供水；
上游流体路径，其使水从水罐通流到加热结构；
下游流体路径，其使水从加热结构通流到水罐；
出水口，用于向接收者输送生活用水；
以及 控制系统，适于控制从水源供水；
其中，控制系统适于用7JC填充水维的主要部分并保留水耀的辅助部分
作为7K罐中的自由空间。该系统可以适于将容置在加热结构中的水释放到 水罐中的自由空间内。例如当加热结构是太阳能集热器并且该太阳能集热 器由于温度过高或过低而被排空时，可以釆用这种特征。流过加热结构的 水和接收者所消耗的7jc是相同的水，即生活用水。7jC罐中的储水量可以例 如通过确定7jc罐重量的内置称重结构来确定。
在第三方面，本发明提供一种用于提供经加热的生活用水的系统，所 述系统包括
加热结构，其包括用于储存水的加热空间；
水耀，其具有用于储存水的储存空间；
进水口，用于从水源供水；
上游流体路径，其使7jC从所述7jC罐通流到所述加热结构；
下游流体路径，其^吏水从所述加热结构通流到所述7jc罐；
出水口，用于向接收者输送生活用水；以及
释放结构，其适于在检测到用于释放的前置条件时从所述加热空间释 放水。
在一种实施方式中，加热结构是太阳能集热器，在检测到温度过高 或过低时，将水从太阳能集热器中排出。流过加热结构的水和接收者所 消耗的水是相同的水，即生活用水。参照本发明第一方面描述的特征可 以相应地应用于第二和第三方面，例如，采用在两种状态之间切换的单
个泵，其中，在一种状态下该泵使水在7jC罐和太阳能集热器之间循环，
在另一种状态下该泵将水输送给接收者。
在第四方面，本发明提供一种用于从包括流体储存器的系统提供经加 热的生活用水的系统，所述储存器包括通过上游流体路径和下游流体路径连接的加热结构和7jc耀，所述方法包括下列步骤从水源向储存器供水； 使水在加热结构和水罐之间循环；以及当向接收者输送生活用水时中断从 所述水源的供水。所述方法可以包括与第一方面相关的任何步骤。


现在将参照附图进一步描述本发明的实施方式，图中
图l是示出该系统的实施方式的特征的线路图，
图2是控制面板的视图，
图3是主板线路图，
图4是示出用于该系统的控制面板的线路图，
图5是示出控制面板的第二线路图，
图6是水罐的视图，
图7是连接到控制面板和系统部件的水罐的视图，
图8是7jc罐顶部的细节视图，
图9是太阳能集热器的视图，
图10是太阳能集热器的背部和用于太阳能集热器的安装系统的视图，
图11是用于该系统的脱钙装置的视图，
图12是该系统的总体设计的视图，
图13是该系统的主要线路图，
图14是示出该系统的另一实施方式的特征的线路图，
图15是示出该系统的另一实施方式的特征的线路图，
图16是示出该系统的另一实施方式的特征的线路图，并且
图17是示出该系统的另一实施方式的特征的可能性。
具体实施例方式
下面将更详细地描述本发明的两种不同的实施方式。第一实施方式 公开在图1-13以及相应的描述中。第二实施方式公开在图14-17以 及相应的描述中。
如图1所示，该系统包括太阳能集热器1和水罐2，太阳能集热器 1和水罐2通过由上游流体路径3a和下游流体路径3b形成的回路连接。 水从水源4经由淡水阀5供应到下游流体路径3b。水在系统泵6的作 用下在回路3a、 3b内循环。浮标7测量水罐2中的储水量。当水罐2 装满时，浮标7向控制系统8发送信号，控制系统8响应于该信号通过 关闭淡水阀5来中断供水。为了防止发生事故，水罐2设置有溢流管道 9。
当从系统向接收者IO(在此实施方式中是淋浴者)输送生活用水时， 来自水源4的水和来自水罐2的经太阳能加热的水基于来自温度传感器 12的输入在混合腔11中混合。因而系统负责混合水的预调节以便确保 输送给接收者的生活用水不会太热。这是为了避免发生烫伤事故。通过 使用控制面板13(参见图2中的细节)，允许接收者IO控制所输送的生 活用水的温度。当按压控制面板13上的按钮时，控制系统8接收到温 度控制输入，从而根据该温度控制输入对来自水源4的水和来自水罐2 的水进行混合。
如果对生活用水的流出在例如淋浴的过程中暂时中断，则来自水源 4的冷水会在从7JC耀2到混合腔11的水罐管道14中发生回流。如果水 罐2中的水温Ttank很高的话，这样做是很重要的。如果不这样做的话， 来自水罐2的非常热的水将会出现在将生活用水输送给接收者10的输 送管道15中，当接收者IO再次淋浴时将会有被烫伤的危险。
此外，水罐2包括7jC罐温度测量装置16，水罐温度测量装置16连 续测量水罐2中的水温Ttank。 Ttank被连续传送到控制系统8。如果Ttank 超过预定的最大值Ttank,max——在该实施方式中是75°，则控制系统8向 循环泵6发送停止信号，以便停止水向太阳能集热器l的循环。在该温 度下，避免了水中存在细菌进而避免了像军团病之类的疾病。当Ttank
下降到低于Ttank，max时，如果水罐2中的水和太阳能集热器1中的水的 温度差非常高的话，控制系统8将再次启动循环泵6 (关于进一步的细 节请参见下文)。
水罐2还配置有辅助加热器17，当太阳能热不足以确保所需的生活 用水温度时一一例如在冬天、黑夜以及没有阳光的白天等，辅助加热器 17能够对水进行额外加热。当水罐2中的水温Ttank超过预定的最大值 Ttank，咖x时，控制系统8向辅助加热器17发送不加热信号。辅助加热器 17适于在接收到这种不加热信号时停止对水的加热。只有当含水量高于
预定的最低水位时辅助加热器17才可能被致动，以便确保水罐2不会 由于加热空水罐2而被损坏。
太阳能集热器1还包括集热器温度测量装置18，集热器温度测量装
置18连续测量太阳能集热器1中的水温Tc。llect。r。所测量出的集热器1 中的水温Tc。uect。r被连续地传送到控制系统8。如果水罐2中的水温Ttank 与太阳能集热器1中的水温Te。ueet。r之间的温度差AT高于预定的循环
值△ TdlxuIation时，控制系统8向循环泵6发送循环信号，当接收到这种 信号时循环泵6控制水的流速。然而，因为当向接收者10输送生活用 水时水的循环便被中断，因此，如果向接收者10输送生活用水，则不 会向循环泵6发送循环信号。为了优化该系统以及对太阳能热的利用，
需要一个所需的最小温度差AT,其产生了取决于水罐2中的水温Ttank 的△ Tcirculati。n。此外，预定的循环值△ TdlxuIation还取决于系统的布置。
电力通过集成压力开关19供应到循环泵6，从而确保循环泵6不会 因为集热器阀20产生故障时所导致的过压而损坏。在该实施方式中压 力开关19被调节到31 PSI。当接收者10打开水龙头一一即接收者阀 21进行淋浴时，供应淋浴的输送管道15中将产生压降。由于这种压降， 压力开关19将启动循环泵6以便将生活用水供应到接收者10。当启动 循环泵6以便将水供应到接收者10时，集热器阀20将会关闭以便确保 水不会在回路3a、 3b中循环。
如果没有向接收者10输送生活用水，并且如果水罐2中的水温Ttank 没有超过Ttank，max，则水在回路3a、 3b中循环，直到水罐2中的水温
Ttank与太阳能集热器1中的水温Tc。uect。r之间的温度差AT低于预定的 停止值ATst叩，该预定的停止值ATst。p取决于水罐2的水温Ttank。当达
到预定的温度差ATst。p时，控制系统8向循环泵6发送停止信号，当接收到这种信号时循环泵6控制水的流速。之所以采用预定的温度差A Tstop,是因为当温度过低时水的循环是无效的。
该系统还配置有温度安全开关22形式的安全装置，例如内置在控 制系统8中的双金属开关(见图3中的细节)。安全装置适于当水罐2中的水温Ttank在系统产生故障的情况下超过预定的安全值Tsecuity时切断系统的电源，在该实施方式中安全值Tsecurity设定成92°。安全装置还适于当水罐2中的水温Ttank下降到低于预定的最大值Ttank,max时将电源 连接到系统。切断电源的时间通常持续大约24小时。
由于该系统中不包含乙二醇或其他防冻溶液，如果在霜冻天气使用 该系统，可能发生由于太阳能集热器l内的水的冻结而导致的损坏。因 此，该系统中结合有排水系统。控制系统8适于接收使用者通过控制面 板13发出的排7jC信号，在接收到这种排水信号时，打开集热器阀20。 接下来，当冬天来临时，使用者可以通过打开水龙头(例如，接收者阀 21)排出太阳能集热器1中的水从而排空太阳能集热器1。在冬天，当 太阳能集热器l被断开连接并且其中的水被排放出时，该系统仍可以使 用。在这种情况下，在没有太阳能集热器1而仅仅依赖于水罐2中的辅 助加热器17的情况下使用该系统。
图2示出根据本发明的控制面板13的示例。在控制面板13的顶部 左侧处，控制太阳能集热器1的排水。当冬季安全开关23处于"正常 位置"时，太阳能热水系统以如上所述的方式运行。当冬季安全开关23 处于"排水位置"时，可以如上所述的方式对系统进行排水。在已经对 系统进行排水之后，冬季安全开关23可以被扳动到"安全位置"，从而 将集热器阀20锁定在关闭位置，以便确保水不会循环到太阳能集热器 1。因此，该系统是防冻的并且可以被使用。
在控制面板13上，还可以看到水罐2中的水温Ttank。该水温Ttank示出在显示器24上。如果接收者10发现水罐2中的水温Ttank太低，其可以按压"启动(Boost)"按钮25，从而致动辅助加热器17。
当接收者10准备淋浴时，按压"EE"按钮26，从而致动循环泵6。 如果循环泵6被致动，其将由泵二极管27来指示。此外，浮标7被停 用以便确保在淋浴时来自水源4的水不会进入水罐2。这是为了保证在 淋浴过程中水罐2中的水温Ttank不会下降。当为了放水淋浴时，来自
水源4的水和来自7jC罐2的经太阳能加热的水在混合腔11中根据预定 的洗浴温度进行混合。如上所述，基于来自温度传感器12的输入对水 的混合进行预调节，以便确保输送给接收者10的生活用水的温度不会 太高。接收者10可以通过按压控制面板13上的"Cold"或"Hot"按 钮28、 29来控制所输送的生活用水的温度。通过按压按钮28、 29之一， 每推压一下所输送的生活用水的温度将降低或升高0.5度。所输送的生 活用水的温度通过淋浴温度指示器30示出在控制面板13上。
通过打开混合供应阀31从而将来自水源4的水引入该系统来混合 来自水源4的水和来自7jC罐2的水。由于来自水源4的水比系统内的水 的压力水平高一一在该实施方式中是4巴，所以系统中内置有压力调节 器32以便将来自水源4的水的压力水平从4巴降低到1.5巴——该实施 方式中的系统压力是1.5巴。在该实施方式中以伺服阀形式出现的流量 控制阀33负责控制从水源4输送到混合腔11内的水量。流量控制阀33 通过控制系统8来控制，控制系统8接收来自温度传感器12的温度控 制输入并且可以借助控制面板13接收来自接收者10的信号。
当致动"EE"按钮26时，系统以最新选择的温度向接收者IO输送 生活用水。这通过内置在控制系统8中的记忆功能来实现。
当按压"EE"按钮26时，启动一个25分钟的周期。在该周期终止 时，打开淡水阀5以便再次填充水罐2。如果需要的话，致动辅助加热 器17。如果接收者10在按压"EE"按钮26之后决定不淋浴而没有放 水，5分钟之后系统返回到正常状态。也就是说，可以使水循环到太阳 能集热器1并可以致动辅助加热器17。可以根据太阳能热水系统的布置 来改变时间周期的长短。
图3示出用于该系统的主板线路图。温度安全开关22示出为与两 个供电线路相关，例如变压器34、 35、保险丝36、复式连接器37以及 系统电源开关38。此外，图中还示出了辅助加热器继电器39、功率二 极管40以及辅助加热器输出端41。
图4示出用于该系统的控制面板13的线路图。在该实施方式中， 控制面板13包括调压器42; A/D转换器43;分段译码器和驱动器 44;两个七段45、 46; PNP晶体管47;两个点显示驱动器48、 49;双 稳态多谐振荡器50;数字电位计51以及两个NPN晶体管52、 53。
图5示出用于该系统的控制面板13的第二种线路图。在该实施方 式中，控制面板13包括四个运算放大器54、 55、 56、 57;三个光耦 合隔离器58、 59、 60;两个复式连接器61、 62;六个NPN晶体管63、 64、 65、 66、 67、 68;调压器69;两个计时器70、 71以及保险丝72。 应当理解的是，用于控制面板13的线路图以及主板线路图仅用于说明 性目的。也可以采用其他类型的主板和控制面板。
图6示出根据本发明的7jc罐2的实施方式。能够看到溢流管道9位 于水罐2的顶部，并且浮标7示出为设置在水罐2中。此外，图中示出 了安装托架73、 74、辅助加热器凸缘75、水罐温度测量管76、水罐出 水口 77、 7jc耀进水口 78以及浮标托架79。
图7示出水罐2和设置在拒体81内的系统部件80。拒体81用绝热 材料82绝热。系统部件80连接到控制面板13以便能够控制太阳能热 水系统。
图8示出拒体81内的水罐2的实施方式的顶部细节。该图示出如 何通过浮标板凸缘83、浮标密封件84以及浮标板密封件85紧固浮标7。
图9示出根据本发明的太阳能集热器1的示例的前侧。太阳能集热 器1具有位于其顶部的集热器进水口 86和位于其底部的集热器出水口 87。此外，图中示出了集热器温度测量装置18。
图10示出根据本发明的太阳能集热器1的示例的后侧以及安装系 统。当安装在建筑物的屋顶时太阳能集热器1可以由8个橡胶元件88 支撑。只需要4个小孔以便使安装线89穿过屋顶。在屋顶的内侧，太 阳能集热器1可以通过屋顶安装托架卯、安装线锁91以及托架钉92 紧固。为了防止雨水穿过用于安装线89的孔，可以在孔中设置密封构 件93。
图11示出用于该太阳能热水系统的脱钓装置94的示例。脱钙装置 94包括具有手柄96的塑料容器95并包含脱钓剂97。脱钙装置94的顶 部设置有密封的空气入口 98，在脱钙装置94定位到水罐2的顶部之后 必须打破该密封的空气入口 98。为了使系统脱钧，移除保护插塞99并 且将脱钙装置94定位在溢流管道9的位置处，从而打破保护薄片100。 当脱钓剂97已经进入7K罐2之后，重新安装溢流管道9。在系统内的水
循环大约两个小时之后，排空水罐2直到所有的有色流体从系统中移除 并且再次填充水罐2。水循环两次或更多次，再次排空系统。然后系统 再次处于备用状态。在脱钓期间，可以在生活用水能够被输送给接收者 10的所有位置设置警示标，以便确保接收者10不会接收含有脱钙剂97 的水。通常，系统脱钙总共需要大约3个小时。
上述用于为系统脱钙的方法也可用于为系统消毒。如果系统用于例 如野战医院，则可能需要进行消毒。可以釆用与上述容器95类似的、 含有消毒流体而非脱钙剂的塑料容器。
图12是该系统的整体设计的视图，图中示出了太阳能集热器l、上 游管道3a、下游管道3b、系统单元101(水罐2、控制系统8以及系统 部件80)、输送管道15、接收者10、水源4、控制面板13以及控制面 板线缆102。
图13是该系统的主要线路图，图中示出了太阳能集热器l、上游管 道3a、下游管道3b、系统单元IOI、水源4、水源管道103、控制面板 13、控制面板线缆102、输送管道15、接收者阀21、 T形接头104、标 准接收者混合单元105、接收者管道106以及接收者10。
在上述附图中，示出了将生活用水输送给仅仅一个接收者(一个淋 浴器)的系统。该系统可以设置有具有一个以上水龙头的中枢，以便能 够同时或者根据需要交替地将生活用水输送到例如厨房、浴室、淋浴器 等。
如图14所示，该系统包括太阳能集热器201和7jC耀202，太阳能集 热器201和水罐202通过由上游流体路径203a和下游流体路径203b形 成的回路连接起来。来自水源204的水经由淡水阀205供应到下游流体 路径203b。水在系统泵206的作用下在回路203a、 203b内循环。浮标 207测量水罐202中的储水量。当水罐202装满时，浮标207向控制系 统208发送信号，控制系统208响应该信号通过关闭淡水阀205来中断 供水。第二浮标207b测量水罐202中的低水位。当水罐202几乎为空 时，浮标207a向控制系统208发送信号，控制系统208关闭系统泵26， 并且如果系统中配置有能量供给压力顺序阀(Energy Supply Priority Valve) 221的话则关闭该阀。然后，控制系统208将通过致动淡水阀 205对水罐202进行再次填充。此外，当从输送管道215汲取水时淡水阀205总是处于停用状态，也就是说，直到7jc罐202中的水位达到预定 水位并且生活用水的输送停止时淡水的供应才重新开始(系统泵206回 复到循环阶段)。为了防止发生事故，水罐202配置有溢流管道209a。如图14中所能看到的，溢流管道209a可以与元件209b成一体i史置以 防止受到外界污染源的污染。元件20外可以是HEPA过滤器(高效微 粒空气过滤器)的形式，或者是具有所需防污染性能的其他类型的过滤器。
当从系统向供给管线210b供应生活用水时，可以通过能量供给压 力顺序阀221进行供应。在安装有能量供给压力顺序阀221的情况下， 能量供给压力顺序阀221执行在主供应210a和通过输送管道215的太 阳能热水系统之间的切换，因此基于例如由水罐温度测量装置216测量 出的水罐202中的水温来执行在两个供应之间的切换。可以通过控制系 统208来改变控制能量供给压力顺序阀221的动作的参数。当水通过系 统泵206从水罐202供应到输送管道215时，供应混合阀222将致动并 将加压冷水供应到恒温混合阀223。恒温混合阀223能够以预定温度供 应水，因此限定了供给管线210b处能够供应的热水的最高温度。以这 种方式，对于使用者来说能够确保系统不会输送过热的水，因此避免了 例如烫伤的问题。在根据图14的系统中，如果没有装配能量供给压力 顺序阀221,则具有辅助加热源217的太阳能系统将是提供经加热的生 活用水的唯一系统。
从图14中还能够看到，水罐202包括水罐温度测量装置216,水罐温度测量装置216连续测量水罐202中的水温Ttank,Ttank被连续传送到控制系统208。如果Ttank超过能够由使用者调节的预定最大值Ttank,max, 则控制系统208向系统泵206发送停止信号以便停止水向太阳能集热器201的循环。应当指出的是，温度Ttank，max是温度的上限，表示对水罐202中的水的所有进一步加热都被停止的温度点。在通过辅助加热源217向系统输送能量的情况下，温度Ttank，max是停止从辅助加热源向系统提供能量的最高温度。尽管Ttank，max表示最高绝对温度，然而能量源之间的实际切换将由控制系统208基于来自例如水罐温度测量装置216的系统中的温度传感器的输入来确定，因此通过辅助开关213在辅助能量源之间的转换可以在低于Ttank，max的任何预定温度下进行。当Ttank减小到低于Ttank，max时，如果水罐202中的水温和太阳能集热器201中的水温之间的温度差足够高的话，控制系统208将重新启动系统泵206。下面将描述进一步的细节。
如图14中所能看到的，7水罐202还配置有辅助加热源217，从而当太阳能热不足以确保所需的生活用水温度时一一例如在冬天、黑夜以及 没有阳光的白天时对水进行额外加热。当水罐202中的水温Ttank超过预定的最大值Ttank，max时，控制系统208向辅助开关213发送不加热信号。辅助开关213确保辅助加热器217在接收到这种不加热信号时停止 对水的加热。辅助开关213通过控制系统进行控制，并使得控制系统208 能够基于诸如温度、太阳能吸热板中缺少环流、使用者输入等参数来致 动辅助加热源217。辅助加热器217只有在储水量高于预定最小水位时 才能被致动，以便确保水罐202不会因为例如加热空7jc罐202而被损坏。
如图14中所能看到的，太阳能集热器201还包括集热器温度测量 装置218，集热器温度测量装置218连续测量太阳能集热器201中的水 温Te。lleet。r。测量出的太阳能集热器201中的水温Tcollector 被连续传送到控制系统208。如果水罐202中的水温Ttank与太阳能集热器201中的水温Tcollector△之间的温度差AT高于预定的循环值△Tcirculation,则控制系统8向系统泵206发送循环信号，当接收到这种信号时循环泵206控制水 的流速。然而，如果生活用水输送到供给管线210b,则控制系统208 向集热器阀220发送"阀关闭"信号。当集热器阀220关闭时，系统泵 206便不再充当循环泵，而是起供给泵的作用。因此当生活用水输送给 输送管道215时，水在太阳能集热器201中的循环总是被中断的。该功 能由控制系统208基于压力开关219提供给控制系统208的信息来控制。 压力开关219连续监控止回阀212前方(靠近供给管线210b)的压力。 因此，能够得到的是，当压力开关219测量出的压力高时系统泵206将 用作循环泵，当压力开关219测量出的压力低时(例如当输送点被致动 时)系统泵206用作输送泵。因此，当系统泵206用作输送泵而将水供 应给恒温混合阀223时(接着通过能量供给压力顺序阀221供应给供给 管线210b)，太阳能加热板201中的循环将总是处于停止状态。为了优 化该系统以及对太阳能热的利用，需要一个所需的最小温度差AT,从而产生取决于水罐202中的水温Ttank的△Tcirculation。此外，预定的循环值△Tcirculation还取决于系统的布置。温度安全开关224是提供二级保护的双金属开关，以防水罐202中的水温由于例如水罐温度测量装置216 或控制系统208产生故障而超过温度Ttank，max。当水罐202的温度达到 温度Ttank，seeuritY时，温度安全开关224的功能是断开电源输入端214,
温度Ttank，匿urity高于通常限定的Ttank,max。 Ttank,seeurity的值在生产阶段便 已经确定，因此之后在不更换温度安全开关224的情况下不能改变。
电力经由控制系统208供应到系统泵206。为了保护系统泵206不 会因为例如集热器阀220产生故障或者其他错误所导致的过压而受到损 坏，控制系统208连续监控系统的各个部件中的压力以及系统泵206的 当前载荷。
由于该系统采用生活用水而因此不含有诸如乙二醇之类的防冻溶 液，所以当太阳能集热器201暴露于其工作温度范围之外的温度下时可 能引太阳能集热器201内的水的冻结或沸腾从而由此发生损坏。无论是 太阳能集热器201暴露于低于水点的温度下还是暴露于高于水的沸点的 温度下，都可能因膨胀而对太阳能集热器201造成损坏。此外，太阳 能集热器201中的水的沸腾可能导致的不利还在于碳酸钙沉积在太阳能 集热器201中，从而可能导致太阳能集热器201中的热交换能力下降或 流量减小。因此，该系统中结合有排水系统。可以作为对三种不同系统 状态的反应对太阳能集热器进行排水。如果太阳能集热器201中的温度 降低到低于预定温度T"n，^,则一直对太阳能集热器进行排水。同样 地，如果水罐202中的温度超过温度Ttank,max，则对太阳能集热器201 进行排水。最后，如果从系统中汲取生活用水并且太阳能集热器201中 的水温高于或等于水罐202中的水温，则对太阳能加热板201进行排水。 在所有情况下，太阳能集热器201都是响应于来自控制系统208的输入 通过防冻结和沸腾的阀211来排水。
根据图15的系统的另一实施方式包括太阳能集热器300，太阳能集 热器300通过上游管道302和下游管道301连接到太阳能热水系统306。 太阳能热水系统306包括溢流管道305和连接到淡水源303的连接部分。 太阳能热水系统306通过输送管道304向用水点319供水。在图15所 示实施方式中，太阳能热水系统306是唯一的热水来源。应当理解的是， 太阳能热水系统306可以包括图14所示的任何特征。
根据图16的系统的另一实施方式包括太阳能集热器300，太阳能集 热器300通过上游管道302和下游管道301连接到太阳能热水系统306。 太阳能热水系统306包括溢流管道305和连接到淡水源303的连接部分。 太阳能热水系统306通过输送管道304对能量供给压力顺序阀313进行 供应。能量供给压力顺序阀313由太阳能热水系统306通过控制信号311
来控制。能量供给压力顺序阀313执行在不同热源之间的切换，在该实 施方式中是通过供给管线312从包括储热器的外部辅助加热源307切 换。外部辅助加热源307通过以如上所述的方式供应经加热的生活用水 以及为居室加热装置310供给能量而执行双重功能。在某些实施方式中， 外部辅助加热源307通过居室热水进水管道308以及居室热水回水管道 309连接到居室加热装置。通过供应管线314从能量供给压力顺序阀313 向用水点319供水。在图16所示实施方式中，太阳能热水系统306与 辅助加热源结合使用。应当理解的是，太阳能热水系统306可以包括图 14所示的任何特征。
根据图17的系统的另一实施方式包括太阳能集热器300，太阳能集 热器300通过上游管道302和下游管道301连接到太阳能热水系统306。 太阳能热水系统306包括溢流管道305和连接到淡水源303的连接部分。 通过输送管道314从太阳能加热系统306直接向用水点319供水。热水 或者以如上所述的方式通过太阳能集热器300供应到太阳能加热系统 306，或者由外部辅助热源320在没有储存器的情况下通过热交换器315 利用进水连接线路317和回水连接线路316 (由此形成回路)供应到太 阳能加热系统306。由于太阳能加热系统306仅包括用于经加热的生活 用水的储水器，所以该系统利用热源选择阀318以在太阳能集热器300 和经由热交换器315的外部辅助热源320之间进行切换。热源选择阀318 由太阳能加热系统306通过控制信号311进行控制。为了防止水回流到 太阳能集热器300内，该系统包括止回阀301a。在某些实施方式中，外 部辅助加热源307通过居室热水进水管道308以及居室热水回水管道 309连接到居室加热装置。
权利要求
1.一种用于提供经加热的生活用水的系统，所述系统包括加热结构；水罐；进水口，用于从水源供水；上游流体路径，其使水从所述水罐通流到所述加热结构；下游流体路径，其使水从所述加热结构通流到所述水罐；出水口，用于向接收者输送生活用水；以及控制系统，其适于控制从所述水源的供水；其中，所述控制系统适于在向接收者输送生活用水时中断从所述水源的供水。
2. 根据权利要求l所述的系统，其中，所述控制系统包括能够在 关闭构造和相反的打开构造之间移动的阀，在所述关闭构造中所述阀中 断供水，在所述打开构造中所述阀使得能够供水。
3. 根据权利要求2所述的系统，其中，所述阀设置成打开和关闭 所述进水口。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述7jc罐包括 适于测量所述水罐的储水量的水测量装置。
5. 根据权利要求4所述的系统，其中，所述控制系统适于在所填 充的水达到所述水罐的特定百分比时中断从所述水源的供水。
6. 根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制系统适于将所述 水罐分配成用于存水的占用部分和用于辅助用途的自由部分。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中，所述分配基于从所述加热 结构接收的能量的水平进行。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括适于使水 在由所述流体路径形成的回路中循环的循环泵。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制系统适于在向所 述接收者输送所述生活用水时停止所述循环泵。
10. 根据权利要求8所述的系统，其中，所述循环泵将所述生活用 水输送到所述接收者。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括温度测量 装置，所述温度测量装置适于测量容纳在所述加热结构中的水温和所述 水罐中的水温之间的温度差△ T。
12. 根据权利要求8-11中任一项所述的系统，其中，所述控制系 统适于基于所述温度差AT控制由所述循环泵的抽吸产生的流速。
13. 根据权利要求8-12中任一项所述的系统，其中，所述温度测 量装置适于测量所述水罐中的水温Ttank,所述控制系统适于基于所述温 度Ttank控制由所述循环泵的储水量产生的流速。
14. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括混合腔， 所述混合腔适于在向接收者输送生活用水时打开以便从所述水源供水， 在将生活用水输送到接收者之前将来自所述水源的水与来自所述水罐 的水相混合。
15. 根据权利要求14所述的系统，进一步包括恒温器，所述恒温 器适于控制来自所述水源的水与来自所述7JC罐的水的混合从而控制输 送到所述接收者的生活用水的温度。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中，所述恒温器适于接收来 述生活用水的温度。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述7jc罐包括 辅助加热器。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述辅助加热器适于在 储水量低于预定值时停用。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述控制系统适于在所述水罐中的水温T加k超过预定的最大值Tt肌k，鹏x时停止所述辅助加热 器。
20. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括安全装置，所述安全装置适于在所述水罐中的水温Tt犯k超过预定的安全值Tsecurity 时中断向所述系统的供电。
21. 根据权利要求20所述的系统，其中，所述安全装置适于在所述水罐中的水温Tt滅低于所述预定的最大值Ttank，max时将电力连接到所 述系统。
22. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述加热结构 包括太阳能集热器。
23. 根据权利要求22所述的系统，其中，所述太阳能集热器包括 储水器，所述系统进一步包括排水装置，所述排水装置适于在收到排水 信号时排空所述太阳能集热器。
24. 根据权利要求23所述的系统，其中，当所述太阳能集热器中 的水被排出时，所述进水口与所述出水口经由所述7jc罐流体连通。
25. 根据权利要求23-24所述的系统，其中，从所述太阳能集热器 排出的水被导入所述水罐的自由空间内。
26. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括使水在所 述系统和辅助加热系统之间通流的辅助性上游流体路径和下游流体路 径。
27. 根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括用于确定 所述水罐的重量的称重结构。
28. 根据权利要求27所述的系统，其中，确定所述重量以便控制 所述水罐的储水量。
29. —种用于提供经加热的生活用水的系统，所述系统包括 加热结构；进水口，用于从水源供水；上游流体路径，其使水从所述7jc罐通流到所述加热结构； 下游流体路径，其使水从所述加热结构通流到所述7jc罐； 出水口，用于向接收者输送生活用水；以及 控制系统，其适于控制从所述水源的供水； 其中，所述控制系统适于用水填充所述水罐的主要部分并保留所述 水罐的辅助部分作为所述水罐中的自由空间。
30. 根据权利要求29所述的系统，其中，所述控制系统适于在检 测到用于释放的前置条件时释放容纳在所述加热结构中的水。
31. 根据权利要求30所述的系统，其中，所述前置条件包括所述达到特定温度。
32. 根据权利要求30-31所述的系统，其中，所释放的水经由所述 下游流体路径被导至所述7jc罐。
33. 根据权利要求32所述的系统，其中，当释放到所述水罐内时 所释放的水占据所述7jc罐的自由空间。
34. 根据权利要求29-33中任一项所述的系统，包括用于提供所述 7JC罐的重量的称重结构。
35. 根据权利要求34所述的系统，其中，所述水罐的储水量基于所述7JC罐的重量来确定。
36. —种用于提供经加热的生活用水的系统，所述系统包括 加热结构，其包括用于储存水的加热空间； 水罐，其具有用于储存水的储存空间； 进水口，用于从水源供水；上游流体路径，其使水从所述7jc罐通流到所述加热结构；下游流体路径，其使水从所述加热结构通流到所述7jC罐；出水口，用于向接收者输送生活用水；以及 释放结构，其适于在检测到用于释放的前置条件时从所述加热空间 释放水。
37. —种用于从包括流体储存器的系统提供经加热的生活用水的方 法，所述储存器包括通过上游流体路径和下游流体路径连接的加热结构 和7jc罐，所述方法包括下列步骤从水源向所述储存器供水；使水在所述加热结构和所述水罐之间循环；以及当向接收者输送生活用水时，中断从所述水源的供水。
全文摘要
本发明提供一种用于提供经加热的生活用水的系统。该系统包括诸如太阳能集热器的加热结构和水罐，加热结构和水罐通过上游流体路径和下游流体路径连接。控制系统适于在向接收者输送生活用水时中断从水源的供水，本发明还提供一种具有水罐的加热系统，该水罐被填充到特定限度，剩下特定量的自由空间，以便例如将能量的吸收调节到能量的供给量或者用于为太阳能集热器排出的水保留空间。本发明还涉及一种不会因温度过高而损坏的太阳能集热器。此外，本发明提供一种用于提供经加热的生活用水的方法。
文档编号F24D19/10GK101203715SQ200680022009
公开日2008年6月18日 申请日期2006年6月20日 优先权日2005年6月20日
发明者克劳斯·维斯特斯科夫·尼耳森 申请人:Cn能源发展公司