专利名称：一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能热利用技术领域，具体涉及一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄 热装置。
背景技术：
随着我国经济的快速发展，能源紧缺问题日益明显。同时随着人民生活水平的提高，生 活热水的使用量也在快速增加。如何在保证人们生活质量不受影响的前提下减少不可再生能 源的消耗成为社会关注的问题。太阳能作为一种绿色可再生能源，其在生活热水供应方面得 到了广泛的应用。由于太阳辐射的日夜变化以及受天气状况影响很大，蓄热水箱和辅助热源 几乎是必备的部件。目前许多太阳能热水系统采用电加热作为辅助热源，不但会消耗大量的 电能，而且对电网的高峰负荷也形成很大压力。由于热泵的性能系数(COP)大于l， 一般在 2 6之间，因此用热泵作为辅助热源会大幅减少电力的消耗。现有技术热泵与太阳能复合之 后，由于热泵加热、太阳能加热以及蓄热水箱之间难以匹配协调好，常常导致太阳能集热器 的效率大幅降低，收集的有效热量很少，致使系统主要依赖热泵加热。因此研究出一种太阳 能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置，使之不但能够充分利用太阳能，保证集热器的高效运 行，节约电力，而且能够充分利用夜间的廉价的低谷电，节约运行费用，同时也减轻公共电 网的高峰负荷压力，是当前十分紧迫和有意义的工作。
实用新型内容
本实用新型公开了一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置，其目的在于克服现有 技术热泵与太阳能复合之后，太阳能加热与热泵加热难以匹配协调好，经常使得太阳能集热 器的效率大幅降低，难以充分利用夜间低谷电等弊端，本实用新型利用太阳能、热泵联合起 来制备热水，使装置尽可能多的利用太阳能和夜间的低谷电进行加热，节约电力并保证集热 器的高效运行，极大地减轻了公共电网的高峰负荷压力。
一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置，其特征在于在太阳能集热器与热泵之 间的环路上依次并联2 5个蓄热水箱，每个蓄热水箱供水或者回水主管上设有电磁阀，进水 或者出水支管上也设有电磁阀，各个蓄热水箱的底部设置温度传感器；热水连接管从蓄热水 箱的底部进入，上部出来，并把各个蓄热水箱串联连接；太阳能集热器的供回水管在靠近冷 水进水一端与并联蓄热水箱的供冋水主管相接，热泵的供冋水管在另一端与并联蓄热水箱的 供回水主管相接。
所述的各蓄热水箱，其体积可以相等或者不等。基础荷载能够满足要求而且空间也允许 时，多个蓄热水箱并排放置，这样可以减小水箱的散热损失。 所述的热泵可以为空气源热泵、地源热泵或水源热泵。 本实用新型可采用三种模式充热
1) 热泵单独充热
当从天气预报得知第二天太阳辐射很低(阴雨天)时，在当日晚上即开始启动热泵利用低 谷电对各个水箱充热；
2) 太阳能单独充热
当太阳能集热器在晴天能够把足量的冷水加热到所需温度(这种情况一般出现在夏天、秋 天、春天)，而且气象台预报次日为晴天时，热泵基本不工作，在次日的白天使用太阳能集热 器对各水箱充热。
3) 太阳能与热泵联合充热
如果太阳能集热器即使在晴天也无法把足量的热水加热到所需温度(出现这种情况原因 很多，比如太阳能集热器面积较少、冬天太阳辐射不足或者室外气温较低)，则在当日晚上即 启动热泵，开始利用低谷电对靠近用热负荷端的1 2个水箱进行充热，次日白天先利用太阳 能对其余的蓄热水箱进行加热，如果温度达不到要求，然后用热泵加热到要求的温度。
当水箱底部的温度与充热的进水温度接近或者达到预定温度时即视为充满。
太阳能集热器或者热泵对蓄热水箱充热的先后顺序为从装有供热水管的水箱依次到装有 冷水进水管的水箱。
本实用新型的优点和积极效果是
1) 能结合太阳能与热泵的优点，在各种天气条件下最大程度地利用太阳能和低谷电，节 约电能，降低运行费用，减小了电网的高峰电力负荷。
2) 采用多水箱并联蓄热的方式，可以将水箱的集中荷载以及占用的空间分散开来，使得 水箱的布置有更多的选择和灵活性。
3) 水箱间温度分层，有利于提高太阳能集热器和热泵的运行效率。
图1为本实用新型应用实施例之一的系统结构示意图； 图2为本实用新型应用实施例之二的系统结构示意图。
1:太阳能集热器，2:热泵，3:集热水泵，4:热泵环路循环泵，5:膨胀罐，6:热水
连接管；VI、 V2、 V3水箱支管电磁阀，V4、 V5水箱主管电磁阀，V6、 V7预设开启压差的止 回阀，V8、 V9止回阀；Sl、 S2、 S3蓄热水箱，Tl、 T2、 T3、 T4、 T5温度传感器。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。 实施例1-
本实用新型各蓄热水箱，其体积相等；热泵采用空气源热泵。
多水箱太阳能-热泵复合热水系统结构如图l所示。整个系统主要包括三部分太阳能集 热环路、蓄热水箱组、热泵加热环路。太阳能集热环路包括太阳能集热器l、温度传感器T4、 集热水泵3、止回阀V8;热泵加热环路，包括热泵2、温度传感器T5、止回阀V9、热泵环路 循环泵4;蓄热水箱组中，蓄热水箱的数量至少为2个，不宜多于5个，本实施例中采用3个， 分别为蓄热水箱S1，蓄热水箱S2，蓄热水箱S3。相邻的蓄热水箱之间的回水主管上设有电磁 阔V4和电磁阀V5，每个蓄热水箱的回水支管上也设有电磁阀VI、 V2、 V3，各个蓄热水箱的 底部设置温度传感器分别为T1、 T2、 T3;热水连接管6从每个蓄热水箱的底部进入，上部出 来，把三个蓄热水箱串联连接；两个蓄热水箱之间的热水连接管还分别连接有预设开启压差 的止回阀V6、 V7，太阳能集热环路的供回水管在靠近冷水进水一端与并联蓄热水箱S1的供回 水主管相接，热泵加热环路的供回水管在另一端与并联蓄热水箱S3的供回水主管相接。膨胀 罐5用来容纳太阳能集热环路、蓄热水箱组、热泵加热环路内的水由于温度变化而产生的体 积变化。
本实用新型中蓄热水箱的充热分为三种方式。
第一种模式为太阳能单独加热方式，依次对蓄热水箱S3、 S2、 Sl进行充热。其具体方法 为(1)打开电磁阀V3、 V4、 V5，关闭电磁阀V1、 V2，启动太阳能集热泵3，用太阳能集热器 对蓄热水箱S3进行充热。(2)经一段时间，当S3内的温度T3达到要求时，S3蓄热完成；关 闭电磁阀V5、 V3，打开电磁阀V2，对蓄热水箱S2进行充热。(3)经一段时间当S2内的温度 T2达到要求时S2充热完毕。(4)关闭电磁阀V2、 V4，打开电磁阀V1，对蓄热水箱Sl进行充 热，当Sl温度达到要求时充热完成。这种模式适用于晴天而且集热器能够将足量的冷水加热 到所要求的温度的情形，比如夏季、春季、秋季的晴天。
第二种模式为热泵单独加热方式，依次对S3、 S2、 Sl进行充热。当从天气预报得知次日
太阳辐照度很低(阴雨天)时采用此模式。其具体方法为(1)打开电磁阀V3，关闭其余电磁 阀，用热泵对S3进行充热。(2)经一段时间当S3内的温度达到要求时，关闭电磁阀V3，打开 电磁阀V2，对S2进行充热。(3)经一段时间当S2内的温度达到要求时，关闭电磁阀V2，打 开电磁阀Vl,对S1进行充热。(4)当Sl温度达到要求充热完成。这种模式适用于阴雨天。
第三种模式为太阳能与热泵联合充热模式，其具体方法为(1)当天晚上，用热高峰过 后(一般为22点以后)，打开电磁阀V3，关闭其余电磁阀。开启热泵利用低谷电对水箱S3进 行充热。(2)白天首先关闭热泵及电磁阀V3、 V5打开电磁阀V2、 V4，用太阳能对S2充热。 (3)因为太阳辐照度较低，水箱温度达不到用热要求，因此在太阳能对S2充热结束后，打开 电磁阀V5、 V2，关闭电磁阀V3、 V4，用热泵对S2再加热使其达到要求。(4)在热泵对S2充 热的同时，打开电磁阀V1，用太阳能对S1充热。在太阳能对S1充热结束后，打开电磁阀V4， 关闭电磁阀V2、 V3，用热泵对S1再加热使其达到耍求。当系统中集热面积不足，即使晴天也 不能将全部冷水加热到所需温度，或者从天气预报得知第二天太阳辐照度较低，太阳能单独 加热不能完全满足加热要求时采用此模式。
实施例2 :
图2所示是本实用新型应用实施例之二的系统示意，它与实施例一相比，区别在于其在 水箱中增加了换热器，取热时水通过换热器从水箱中取热，这样生活热水与蓄热水箱的水分 开了，生活热水的水质更加有保证，这时热水连接管上就不需装设预设开启压差的止回阀了。
权利要求1. 一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置，其特征在于在太阳能集热器与热泵之间的环路上依次并联2～5个蓄热水箱，每个蓄热水箱供水或者回水主管上设有电磁阀，进水或者出水支管上也设有电磁阀，各个蓄热水箱的底部设置温度传感器；热水连接管从蓄热水箱的底部进入，上部出来，并把各个蓄热水箱串联连接；太阳能集热器的供回水管在靠近冷水进水一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接，热泵的供回水管在另一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接。
2. 根据权利要求l所述的一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置，其特征在于各蓄 热水箱，其体积可以相等或者不等。
3. 根据权利要求l所述的一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置，其特征在于所述 的热泵可以为空气源热泵、地源热泵或水源热泵。
专利摘要一种太阳能与热泵联合供热的多水箱蓄热装置，系统中设有2～5个并联的蓄热水箱，每个蓄热水箱供水或者回水主管上设有电磁阀，进水或者出水支管上也设有电磁阀，各个蓄热水箱的底部设置温度传感器；热水连接管从蓄热水箱的底部进入，上部出来，并把各个蓄热水箱串联连接；太阳能集热器的供回水管在靠近冷水进水一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接，热泵的供回水管在另一端与并联蓄热水箱的供回水主管相接。系统设有热泵充热、太阳能充热、太阳能与热泵联合充热；根据天气情况任意选择加热模式，充分利用太阳能和低谷电，具有控制灵活、运行费用低等优点。
文档编号F24J2/04GK201203206SQ20082005783
公开日2009年3月4日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者于国清, 静 吕, 吕宗虎, 季 羌 申请人:上海理工大学