專利名稱：太陽能空氣雙熱源熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及用水加熱裝置，特別涉及一種利用感光元件控制的太陽能空氣雙 熱源熱水器。
技術(shù)背景熱水器在住宅、別墅、賓館、酒店、辦公樓、醫(yī)院、溫水游泳池、療養(yǎng)院、學校、研究 所、工廠等需要用熱水的地方起著重要的作用。隨著國民經(jīng)濟迅速發(fā)展和人民生活水平的 提高，對采暖、空調(diào)、生活熱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， 在發(fā)達城市中，夏季空調(diào)、冬季采暖與供熱所消耗的能量已達到建筑物總能耗的40-50%。 然而，燃煤鍋爐、燃油鍋爐、電爐的大量使用，不僅給大氣環(huán)境造成了極大的污染，而且也面 臨著能源枯竭的困境。本著節(jié)約能耗的原則，最大化地利用取之不盡用之不竭的太陽能和 空氣低品位熱源，減少高品位燃料化工能源的消耗，是每一個工程設(shè)計人員追求的目標。因 此，幾十年來各種節(jié)能熱水器的開發(fā)與研究是一個始終倍受關(guān)注的課題。當前已出現(xiàn)了各類不同的節(jié)能熱水器，如太陽能熱水器、空氣源熱泵熱水器等，根 據(jù)熱水器消耗能源的不同，其節(jié)能的側(cè)重點和效果也有所不同，對環(huán)境污染的程度也不同。 上述太陽能熱水器和空氣源熱泵熱水器都有各自的優(yōu)缺點。空氣源熱泵熱水器的工作原理是，通過壓縮機對工作介質(zhì)進行壓縮并使之在整個 系統(tǒng)中不斷交替蒸發(fā)和冷凝以完成氣、液態(tài)物相的循環(huán)，在蒸發(fā)器中低溫的液態(tài)介質(zhì)吸取 空氣環(huán)境中的熱量，在冷凝器中高溫高壓的氣態(tài)介質(zhì)放出熱量對水加熱，從而將環(huán)境里的 熱量轉(zhuǎn)移到水中。除了與其他的節(jié)能熱水器一樣具有節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點之外，空氣源熱泵熱 水器的最大的優(yōu)點是能夠全天候工作而不受天氣影響。但是它的缺點之一是仍要消耗一部 分常規(guī)能源(電能)。太陽能熱水器通過集熱器面對太陽照射直接對水管中的水進行加熱，其僅吸收太 陽能，幾乎不消耗其他能源，因此節(jié)能效果遠遠超過空氣源熱泵熱水器，但是它最大的缺點 是只能在陽光普照的好天氣條件下工作，陰雨天時就無法工作，就是說太陽能熱水器無法 全天候工作，于是有的太陽能熱水器在陰雨天時就不得不用電加熱水，這就又回到了高耗 能的工作模式。由于全國各地全年一般只有70%左右的天氣情況能夠滿足太陽能熱水器的 運行條件，因此太陽能熱水器的應(yīng)用具有較大的局限性。綜觀上述，已有的太陽能熱水器和空氣源熱泵熱水器，雖然都具有使用清潔能源 的能力，然而單獨使用太陽能熱水器或者空氣源熱泵熱水器顯然都不是最佳的節(jié)能運行模 式
實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有太陽能熱水器無法全天候工作的缺 陷，提供一種太陽能空氣雙熱源熱水器，其在太陽能熱水器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，集空氣源熱泵熱 水器的結(jié)構(gòu)為一體，利用感光元件進行智能化控制，使所述熱水器在日照強度足夠時以太
3陽能熱水器模式運行，在日照強度不足時以空氣源熱泵熱水器模式運行，從而實現(xiàn)整個系 統(tǒng)始終以最節(jié)能的模式全天候運行。本實用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種太陽能空氣雙熱源熱水器，包括設(shè)置有進水管和出水管的保溫水箱，該出水 管上連接有循環(huán)泵，其特征在于所述雙熱源熱水器還包括有太陽能集熱器、空氣源熱泵機 組、感光元件、感溫元件和控制系統(tǒng)，所述太陽能集熱器通過兩設(shè)有電磁閥的水管分別與保 溫水箱的進水管和循環(huán)泵相接，所述空氣源熱泵機組同樣通過兩設(shè)有電磁閥的水管分別與 保溫水箱的進水管和循環(huán)泵相接，所述感光元件和感溫元件與所述控制系統(tǒng)相連接，該控 制系統(tǒng)首先根據(jù)感光元件感測到的太陽光照強弱輸出是否開啟太陽能集熱器同時關(guān)閉空 氣源熱泵機組的控制信號，然后根據(jù)感溫元件感測到的保溫水箱內(nèi)水溫的高低輸出是否開 啟空氣源熱泵機組的控制信號。本實用新型所述太陽能空氣雙熱源熱水器的控制系統(tǒng)內(nèi)預先設(shè)置有設(shè)定溫度值， 當感溫元件感測到的保溫水箱內(nèi)的水溫低于該設(shè)定溫度值時，所述控制系統(tǒng)輸出開啟空氣 源熱泵機組的控制信號；該控制系統(tǒng)包括有光照控制電路，所述感光元件連接于該光照控 制電路中，該光照控制電路根據(jù)所述感光元件的阻值大小控制所述電磁閥的通斷以使所述 雙熱源熱水器在太陽能運行模式與空氣源熱泵運行模式之間切換，所述光照控制電路包括 有三極管和繼電器，所述感光元件連接于該三極管的基極，所述繼電器的原邊連接于該三 極管的發(fā)射極，所述繼電器的副邊連接于所述電磁閥。與現(xiàn)有的太陽能熱水器相比較，本實用新型在太陽能熱水器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了 空氣源熱泵機組和控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)連接有感測太陽光照強弱的感光元件和感測保溫 水箱內(nèi)水溫高低的感溫元件；在太陽日照強度足夠的晴好天氣時，控制系統(tǒng)輸出開啟太陽 能集熱器同時關(guān)閉空氣源熱泵機組的控制信號，使所述熱水器首先以太陽能熱水器的模式 工作，在日照強度不足無法使控制系統(tǒng)啟動太陽能工作模式時，控制系統(tǒng)就根據(jù)感溫元件 感測的水溫高低輸出是否開啟空氣源熱泵機組的控制信號即當水箱中的水溫低于設(shè)定溫 度值時，控制系統(tǒng)使所述熱水器以空氣源熱泵的模式工作。因此，本實用新型并非僅僅是空 氣源熱泵熱水器與太陽能熱水器簡單的疊加，而是采用傳感元件對天氣和水溫作出感應(yīng)， 通過控制系統(tǒng)對所述熱水器在太陽能工作模式與空氣源熱泵工作模式之間作切換，從而實 現(xiàn)智能化控制，使整個系統(tǒng)始終以最節(jié)能的模式全天候運行?？傊?，本實用新型所述太陽能空氣雙熱源熱水器是一種將太陽能熱水器與空氣源 熱泵熱水器有機地集為一個整體的新型熱水器，它通過智能化控制手段，根據(jù)天氣和水溫 的狀況，使系統(tǒng)能夠在太陽能與空氣源熱泵兩種工作模式之間作切換，實現(xiàn)了全天候工作， 從而達到了系統(tǒng)始終以最節(jié)能的模式運行的有益效果，本實用新型具有節(jié)能低耗、能源清 潔、綠色環(huán)保的優(yōu)點。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖。圖2是本實用新型的光照控制電路簡圖。圖3是本實用新型的系統(tǒng)控制邏輯框圖。
具體實施方式
現(xiàn)結(jié)合具體實施例和附圖對本實用新型作一詳細說明。請結(jié)合參閱圖1本實用新型的結(jié)構(gòu)簡圖，圖示太陽能空氣雙熱源熱水器包括有保 溫水箱5、太陽能集熱器1、空氣源熱泵機組8、感光元件2、感溫元件4和控制系統(tǒng)3。所述 保溫水箱5是儲存熱水的容器，其設(shè)置有進水管和出水管，該出水管上連接有循環(huán)泵6。所 述太陽能集熱器1 一般設(shè)置于建筑物的頂層，用于采集陽光以加熱水管中的水，其通過一 設(shè)有電磁閥71的水管與保溫水箱5的進水管相接，通過另一設(shè)有電磁閥74的水管與保溫 水箱5出水管上的循環(huán)泵6相接，從而形成太陽能熱水器工作模式的水循環(huán)系統(tǒng)。同樣地， 所述空氣源熱泵機組8通過一設(shè)有電磁閥72的水管與保溫水箱5的進水管相接，通過另一 設(shè)有電磁閥73的水管與保溫水箱5出水管上的循環(huán)泵6相接，從而形成空氣源熱泵熱水器 工作模式的水循環(huán)系統(tǒng)。該空氣源熱泵機組8與一般的空氣源熱泵熱水器相同，由蒸發(fā)器、 壓縮機、冷凝器和膨脹閥等部件構(gòu)成。所述感光元件2直接面對太陽，用于感測太陽光照的強弱，它可以是光敏電阻或 其他光電傳感器，該感光元件2與所述控制系統(tǒng)3相連接。所述感溫元件4設(shè)置于保溫水 箱5內(nèi)的水中，用于感測保溫水箱5內(nèi)水溫的高低，其也與所述控制系統(tǒng)3相連接。所述控制系統(tǒng)3為一用于自動控制整個熱水器系統(tǒng)的電子器件，其接受來自感光 元件2和感溫元件4的檢測信號，然后發(fā)出對電磁閥71、72、73、74和循環(huán)泵6的控制信號 S (見圖1)，該控制系統(tǒng)3首先根據(jù)感光元件2感測到的太陽光照強弱輸出是否開啟太陽能 集熱器1同時關(guān)閉空氣源熱泵機組8的控制信號，然后根據(jù)感溫元件4感測到的保溫水箱 5內(nèi)水溫的高低輸出是否開啟空氣源熱泵機組8的控制信號。再請參閱圖2所示本實用新 型的光照控制電路簡圖，所述控制系統(tǒng)3包括有光照控制電路，該光照控制電路包括有三 極管TRl和繼電器J，所述感光元件2 (LDR)連接于該光照控制電路中三極管TRl的基極，所 述繼電器J的原邊連接于該三極管TRl的發(fā)射極，所述繼電器J的副邊連接于所述電磁閥 71、72、73、74。該光照控制電路能夠根據(jù)所述感光元件2的阻值大小控制所述電磁閥J的 通斷以使所述雙熱源熱水器在太陽能運行模式與空氣源熱泵運行模式之間切換。當所述控 制系統(tǒng)3將系統(tǒng)切換到空氣源熱泵熱水器的工作模式下，該控制系統(tǒng)3內(nèi)預先設(shè)置有設(shè)定 溫度值，當感溫元件4感測到的保溫水箱5內(nèi)的水溫低于該設(shè)定溫度值時，所述控制系統(tǒng)3 輸出開啟空氣源熱泵機組8的控制信號。綜上所述，本實用新型所述太陽能空氣雙熱源熱水器在結(jié)構(gòu)上將太陽能熱水器與 空氣源熱泵熱水器集為一體，采用智能化控制系統(tǒng)3根據(jù)天氣和水溫的狀況，使系統(tǒng)在太 陽能與空氣源熱泵兩種工作模式之間作切換當太陽光照強度足夠時，所述太陽能空氣雙 熱源熱水器直接利用太陽能工作，而關(guān)閉空氣源熱泵機組8 ；當太陽光照強度不足以致太 陽能熱水器模式無法運行，從而導致保溫水箱5中水溫很低時，系統(tǒng)開啟空氣源熱泵機組 8，使太陽能空氣雙熱源熱水器以空氣為熱源進行工作。本實用新型所述太陽能空氣雙熱源熱水器的工作過程如下。請結(jié)合參閱圖1、圖2和圖3，所述雙熱源熱水器開始工作時，所述控制系統(tǒng)3的光 照控制電路中的感光元件2首先對太陽光進行檢測。當天氣晴好光照達到一定強度時，感 光元件2(LDR)的光敏電阻阻值減小(見圖2)，三極管TRl導通，繼電器J原邊通電，則控制 系統(tǒng)3輸出開啟太陽能集熱器1同時關(guān)閉空氣源熱泵機組8的控制信號，即繼電器J副邊導通電磁閥71和74、關(guān)閉電磁閥72和73并啟動循環(huán)水泵6 (見圖1)，于是太陽能集熱器 1工作同時空氣源熱泵機組8關(guān)閉，系統(tǒng)切換至太陽能運行模式工作，水管中的水W被循環(huán) 水泵6驅(qū)動，循環(huán)地在太陽能集熱器1中被太陽能加熱而進入保溫水箱5以供使用。當天 氣陰郁光照強度小于一定強度時，感光元件2 (LDR)的光敏電阻阻值變大，三極管TRl不導 通，繼電器J原邊截斷，則控制系統(tǒng)3輸出關(guān)閉太陽能集熱器1同時開啟空氣源熱泵機組8 的控制信號，即繼電器J副邊導通電磁閥72和73、關(guān)閉電磁閥71和74，于是所述空氣源熱 泵機組8處于待機狀態(tài)同時太陽能集熱器1關(guān)閉，系統(tǒng)切換到空氣源熱泵熱水器的工作模 式。此時，所述感溫元件4檢測保溫水箱5內(nèi)水溫的高低，所述控制系統(tǒng)3將感溫元件4感 測到的水溫與控制系統(tǒng)3中預先設(shè)置的設(shè)定溫度值進行比較，若水溫高于該設(shè)定溫度值， 則空氣源熱泵機組8繼續(xù)待機，若保溫水箱5內(nèi)的水溫低于該設(shè)定溫度值，則所述控制系統(tǒng) 3輸出開啟空氣源熱泵機組8的控制信號并啟動循環(huán)水泵6，于是水管中的水W被循環(huán)水泵 6驅(qū)動，循環(huán)地在空氣源熱泵機組8的冷凝器中通過熱交換被加熱而進入保溫水箱5以供使 用。 綜上所述，本實用新型所述的太陽能空氣雙熱源熱水器依靠智能化的控制系統(tǒng)3， 通過感測天氣狀況，當太陽光照足夠時首先運行太陽能工作模式，以充分利用最清潔最低 廉的太陽能，當太陽光照不足夠無法運行太陽能工作模式時，再啟動空氣源熱泵工作模式， 以利用環(huán)境空氣的低品位能源，從而達到了使系統(tǒng)始終以最節(jié)能的模式運行，同時能夠全 天候工作的有益效果。本實用新型具有節(jié)能低耗、能源清潔、綠色環(huán)保的優(yōu)點，可廣泛使用 于生活、商業(yè)和服務(wù)等各領(lǐng)域中需要熱水的場合。
權(quán)利要求1.一種太陽能空氣雙熱源熱水器，包括設(shè)置有進水管和出水管的保溫水箱，該出水管 上連接有循環(huán)泵，其特征在于所述雙熱源熱水器還包括有太陽能集熱器、空氣源熱泵機 組、感光元件、感溫元件和控制系統(tǒng)，所述太陽能集熱器通過兩設(shè)有電磁閥的水管分別與保 溫水箱的進水管和循環(huán)泵相接，所述空氣源熱泵機組同樣通過兩設(shè)有電磁閥的水管分別與 保溫水箱的進水管和循環(huán)泵相接，所述感光元件和感溫元件與所述控制系統(tǒng)相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能空氣雙熱源熱水器，其特征在于所述控制系統(tǒng)包括 有光照控制電路，所述感光元件連接于該光照控制電路中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能空氣雙熱源熱水器，其特征在于所述光照控制電路 包括有三極管和繼電器，所述感光元件連接于該三極管的基極，所述繼電器的原邊連接于 該三極管的發(fā)射極，所述繼電器的副邊連接于所述電磁閥。
專利摘要一種太陽能空氣雙熱源熱水器，包括保溫水箱、太陽能集熱器、空氣源熱泵機組、感光元件、感溫元件和控制系統(tǒng)，保溫水箱設(shè)有進水管和出水管，該出水管上連接有循環(huán)泵，太陽能集熱器和空氣源熱泵機組各自通過兩設(shè)有電磁閥的水管分別與保溫水箱的進水管和循環(huán)泵相接，感光元件和感溫元件與控制系統(tǒng)相連接，該控制系統(tǒng)首先根據(jù)感光元件感測到的太陽光照強弱輸出是否開啟太陽能集熱器同時關(guān)閉空氣源熱泵機組的控制信號，然后根據(jù)感溫元件感測到的保溫水箱內(nèi)水溫的高低輸出是否開啟空氣源熱泵機組的控制信號。本實用新型實現(xiàn)了全天候工作，達到了始終以最節(jié)能的模式運行的有益效果，具有節(jié)能低耗、能源清潔、綠色環(huán)保的優(yōu)點，廣泛用于生活、商業(yè)和服務(wù)等需要用熱水的領(lǐng)域。
文檔編號F24J2/40GK201819409SQ20102023518
公開日2011年5月4日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月23日
發(fā)明者吳輝, 康張陽, 張云鵬, 張銀瀟, 李科群, 湯盛, 胡曉婷, 趙超 申請人:上海理工大學