专利名称：太阳能空气双热源热水器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用水加热装置，特别涉及一种利用感光元件控制的太阳能空气双 热源热水器。
技术背景热水器在住宅、别墅、宾馆、酒店、办公楼、医院、温水游泳池、疗养院、学校、研究 所、工厂等需要用热水的地方起着重要的作用。随着国民经济迅速发展和人民生活水平的 提高，对采暖、空调、生活热水等方面的能源需求是一般民用建筑物能源消耗的主要部分， 在发达城市中，夏季空调、冬季采暖与供热所消耗的能量已达到建筑物总能耗的40-50%。 然而，燃煤锅炉、燃油锅炉、电炉的大量使用，不仅给大气环境造成了极大的污染，而且也面 临着能源枯竭的困境。本着节约能耗的原则，最大化地利用取之不尽用之不竭的太阳能和 空气低品位热源，减少高品位燃料化工能源的消耗，是每一个工程设计人员追求的目标。因 此，几十年来各种节能热水器的开发与研究是一个始终倍受关注的课题。当前已出现了各类不同的节能热水器，如太阳能热水器、空气源热泵热水器等，根 据热水器消耗能源的不同，其节能的侧重点和效果也有所不同，对环境污染的程度也不同。 上述太阳能热水器和空气源热泵热水器都有各自的优缺点。空气源热泵热水器的工作原理是，通过压缩机对工作介质进行压缩并使之在整个 系统中不断交替蒸发和冷凝以完成气、液态物相的循环，在蒸发器中低温的液态介质吸取 空气环境中的热量，在冷凝器中高温高压的气态介质放出热量对水加热，从而将环境里的 热量转移到水中。除了与其他的节能热水器一样具有节能、环保的优点之外，空气源热泵热 水器的最大的优点是能够全天候工作而不受天气影响。但是它的缺点之一是仍要消耗一部 分常规能源(电能)。太阳能热水器通过集热器面对太阳照射直接对水管中的水进行加热，其仅吸收太 阳能，几乎不消耗其他能源，因此节能效果远远超过空气源热泵热水器，但是它最大的缺点 是只能在阳光普照的好天气条件下工作，阴雨天时就无法工作，就是说太阳能热水器无法 全天候工作，于是有的太阳能热水器在阴雨天时就不得不用电加热水，这就又回到了高耗 能的工作模式。由于全国各地全年一般只有70%左右的天气情况能够满足太阳能热水器的 运行条件，因此太阳能热水器的应用具有较大的局限性。综观上述，已有的太阳能热水器和空气源热泵热水器，虽然都具有使用清洁能源 的能力，然而单独使用太阳能热水器或者空气源热泵热水器显然都不是最佳的节能运行模 式
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有太阳能热水器无法全天候工作的缺 陷，提供一种太阳能空气双热源热水器，其在太阳能热水器结构的基础上，集空气源热泵热 水器的结构为一体，利用感光元件进行智能化控制，使所述热水器在日照强度足够时以太
3阳能热水器模式运行，在日照强度不足时以空气源热泵热水器模式运行，从而实现整个系 统始终以最节能的模式全天候运行。本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案如下一种太阳能空气双热源热水器，包括设置有进水管和出水管的保温水箱，该出水 管上连接有循环泵，其特征在于所述双热源热水器还包括有太阳能集热器、空气源热泵机 组、感光元件、感温元件和控制系统，所述太阳能集热器通过两设有电磁阀的水管分别与保 温水箱的进水管和循环泵相接，所述空气源热泵机组同样通过两设有电磁阀的水管分别与 保温水箱的进水管和循环泵相接，所述感光元件和感温元件与所述控制系统相连接，该控 制系统首先根据感光元件感测到的太阳光照强弱输出是否开启太阳能集热器同时关闭空 气源热泵机组的控制信号，然后根据感温元件感测到的保温水箱内水温的高低输出是否开 启空气源热泵机组的控制信号。本实用新型所述太阳能空气双热源热水器的控制系统内预先设置有设定温度值， 当感温元件感测到的保温水箱内的水温低于该设定温度值时，所述控制系统输出开启空气 源热泵机组的控制信号；该控制系统包括有光照控制电路，所述感光元件连接于该光照控 制电路中，该光照控制电路根据所述感光元件的阻值大小控制所述电磁阀的通断以使所述 双热源热水器在太阳能运行模式与空气源热泵运行模式之间切换，所述光照控制电路包括 有三极管和继电器，所述感光元件连接于该三极管的基极，所述继电器的原边连接于该三 极管的发射极，所述继电器的副边连接于所述电磁阀。与现有的太阳能热水器相比较，本实用新型在太阳能热水器结构的基础上增加了 空气源热泵机组和控制系统，该控制系统连接有感测太阳光照强弱的感光元件和感测保温 水箱内水温高低的感温元件；在太阳日照强度足够的晴好天气时，控制系统输出开启太阳 能集热器同时关闭空气源热泵机组的控制信号，使所述热水器首先以太阳能热水器的模式 工作，在日照强度不足无法使控制系统启动太阳能工作模式时，控制系统就根据感温元件 感测的水温高低输出是否开启空气源热泵机组的控制信号即当水箱中的水温低于设定温 度值时，控制系统使所述热水器以空气源热泵的模式工作。因此，本实用新型并非仅仅是空 气源热泵热水器与太阳能热水器简单的叠加，而是采用传感元件对天气和水温作出感应， 通过控制系统对所述热水器在太阳能工作模式与空气源热泵工作模式之间作切换，从而实 现智能化控制，使整个系统始终以最节能的模式全天候运行。总之，本实用新型所述太阳能空气双热源热水器是一种将太阳能热水器与空气源 热泵热水器有机地集为一个整体的新型热水器，它通过智能化控制手段，根据天气和水温 的状况，使系统能够在太阳能与空气源热泵两种工作模式之间作切换，实现了全天候工作， 从而达到了系统始终以最节能的模式运行的有益效果，本实用新型具有节能低耗、能源清 洁、绿色环保的优点。
图1是本实用新型的结构简图。图2是本实用新型的光照控制电路简图。图3是本实用新型的系统控制逻辑框图。
具体实施方式
现结合具体实施例和附图对本实用新型作一详细说明。请结合参阅图1本实用新型的结构简图，图示太阳能空气双热源热水器包括有保 温水箱5、太阳能集热器1、空气源热泵机组8、感光元件2、感温元件4和控制系统3。所述 保温水箱5是储存热水的容器，其设置有进水管和出水管，该出水管上连接有循环泵6。所 述太阳能集热器1 一般设置于建筑物的顶层，用于采集阳光以加热水管中的水，其通过一 设有电磁阀71的水管与保温水箱5的进水管相接，通过另一设有电磁阀74的水管与保温 水箱5出水管上的循环泵6相接，从而形成太阳能热水器工作模式的水循环系统。同样地， 所述空气源热泵机组8通过一设有电磁阀72的水管与保温水箱5的进水管相接，通过另一 设有电磁阀73的水管与保温水箱5出水管上的循环泵6相接，从而形成空气源热泵热水器 工作模式的水循环系统。该空气源热泵机组8与一般的空气源热泵热水器相同，由蒸发器、 压缩机、冷凝器和膨胀阀等部件构成。所述感光元件2直接面对太阳，用于感测太阳光照的强弱，它可以是光敏电阻或 其他光电传感器，该感光元件2与所述控制系统3相连接。所述感温元件4设置于保温水 箱5内的水中，用于感测保温水箱5内水温的高低，其也与所述控制系统3相连接。所述控制系统3为一用于自动控制整个热水器系统的电子器件，其接受来自感光 元件2和感温元件4的检测信号，然后发出对电磁阀71、72、73、74和循环泵6的控制信号 S (见图1)，该控制系统3首先根据感光元件2感测到的太阳光照强弱输出是否开启太阳能 集热器1同时关闭空气源热泵机组8的控制信号，然后根据感温元件4感测到的保温水箱 5内水温的高低输出是否开启空气源热泵机组8的控制信号。再请参阅图2所示本实用新 型的光照控制电路简图，所述控制系统3包括有光照控制电路，该光照控制电路包括有三 极管TRl和继电器J，所述感光元件2 (LDR)连接于该光照控制电路中三极管TRl的基极，所 述继电器J的原边连接于该三极管TRl的发射极，所述继电器J的副边连接于所述电磁阀 71、72、73、74。该光照控制电路能够根据所述感光元件2的阻值大小控制所述电磁阀J的 通断以使所述双热源热水器在太阳能运行模式与空气源热泵运行模式之间切换。当所述控 制系统3将系统切换到空气源热泵热水器的工作模式下，该控制系统3内预先设置有设定 温度值，当感温元件4感测到的保温水箱5内的水温低于该设定温度值时，所述控制系统3 输出开启空气源热泵机组8的控制信号。综上所述，本实用新型所述太阳能空气双热源热水器在结构上将太阳能热水器与 空气源热泵热水器集为一体，采用智能化控制系统3根据天气和水温的状况，使系统在太 阳能与空气源热泵两种工作模式之间作切换当太阳光照强度足够时，所述太阳能空气双 热源热水器直接利用太阳能工作，而关闭空气源热泵机组8 ；当太阳光照强度不足以致太 阳能热水器模式无法运行，从而导致保温水箱5中水温很低时，系统开启空气源热泵机组 8，使太阳能空气双热源热水器以空气为热源进行工作。本实用新型所述太阳能空气双热源热水器的工作过程如下。请结合参阅图1、图2和图3，所述双热源热水器开始工作时，所述控制系统3的光 照控制电路中的感光元件2首先对太阳光进行检测。当天气晴好光照达到一定强度时，感 光元件2(LDR)的光敏电阻阻值减小(见图2)，三极管TRl导通，继电器J原边通电，则控制 系统3输出开启太阳能集热器1同时关闭空气源热泵机组8的控制信号，即继电器J副边导通电磁阀71和74、关闭电磁阀72和73并启动循环水泵6 (见图1)，于是太阳能集热器 1工作同时空气源热泵机组8关闭，系统切换至太阳能运行模式工作，水管中的水W被循环 水泵6驱动，循环地在太阳能集热器1中被太阳能加热而进入保温水箱5以供使用。当天 气阴郁光照强度小于一定强度时，感光元件2 (LDR)的光敏电阻阻值变大，三极管TRl不导 通，继电器J原边截断，则控制系统3输出关闭太阳能集热器1同时开启空气源热泵机组8 的控制信号，即继电器J副边导通电磁阀72和73、关闭电磁阀71和74，于是所述空气源热 泵机组8处于待机状态同时太阳能集热器1关闭，系统切换到空气源热泵热水器的工作模 式。此时，所述感温元件4检测保温水箱5内水温的高低，所述控制系统3将感温元件4感 测到的水温与控制系统3中预先设置的设定温度值进行比较，若水温高于该设定温度值， 则空气源热泵机组8继续待机，若保温水箱5内的水温低于该设定温度值，则所述控制系统 3输出开启空气源热泵机组8的控制信号并启动循环水泵6，于是水管中的水W被循环水泵 6驱动，循环地在空气源热泵机组8的冷凝器中通过热交换被加热而进入保温水箱5以供使 用。 综上所述，本实用新型所述的太阳能空气双热源热水器依靠智能化的控制系统3， 通过感测天气状况，当太阳光照足够时首先运行太阳能工作模式，以充分利用最清洁最低 廉的太阳能，当太阳光照不足够无法运行太阳能工作模式时，再启动空气源热泵工作模式， 以利用环境空气的低品位能源，从而达到了使系统始终以最节能的模式运行，同时能够全 天候工作的有益效果。本实用新型具有节能低耗、能源清洁、绿色环保的优点，可广泛使用 于生活、商业和服务等各领域中需要热水的场合。
权利要求1.一种太阳能空气双热源热水器，包括设置有进水管和出水管的保温水箱，该出水管 上连接有循环泵，其特征在于所述双热源热水器还包括有太阳能集热器、空气源热泵机 组、感光元件、感温元件和控制系统，所述太阳能集热器通过两设有电磁阀的水管分别与保 温水箱的进水管和循环泵相接，所述空气源热泵机组同样通过两设有电磁阀的水管分别与 保温水箱的进水管和循环泵相接，所述感光元件和感温元件与所述控制系统相连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能空气双热源热水器，其特征在于所述控制系统包括 有光照控制电路，所述感光元件连接于该光照控制电路中。
3.根据权利要求2所述的太阳能空气双热源热水器，其特征在于所述光照控制电路 包括有三极管和继电器，所述感光元件连接于该三极管的基极，所述继电器的原边连接于 该三极管的发射极，所述继电器的副边连接于所述电磁阀。
专利摘要一种太阳能空气双热源热水器，包括保温水箱、太阳能集热器、空气源热泵机组、感光元件、感温元件和控制系统，保温水箱设有进水管和出水管，该出水管上连接有循环泵，太阳能集热器和空气源热泵机组各自通过两设有电磁阀的水管分别与保温水箱的进水管和循环泵相接，感光元件和感温元件与控制系统相连接，该控制系统首先根据感光元件感测到的太阳光照强弱输出是否开启太阳能集热器同时关闭空气源热泵机组的控制信号，然后根据感温元件感测到的保温水箱内水温的高低输出是否开启空气源热泵机组的控制信号。本实用新型实现了全天候工作，达到了始终以最节能的模式运行的有益效果，具有节能低耗、能源清洁、绿色环保的优点，广泛用于生活、商业和服务等需要用热水的领域。
文档编号F24J2/40GK201819409SQ20102023518
公开日2011年5月4日 申请日期2010年6月23日 优先权日2010年6月23日
发明者吴辉, 康张阳, 张云鹏, 张银潇, 李科群, 汤盛, 胡晓婷, 赵超 申请人:上海理工大学