本发明公开了一种应用太阳能及热泵制热的开水炉及其制热方法。所述开水炉包括机箱、集能系统和控制系统，集能系统包括太阳能集热单元、低温制热单元、高温制热单元和换热箱。太阳能集热单元通过供热管、回流管与换热箱相连，低温热泵单元的冷凝器、高温热泵单元的蒸发器以及液态热载体封装于换热箱内。采用本发明的开水炉，在有阳光时，太阳能集热器吸收阳光的热量给换热箱提供热量；在无阳光时，低温制热单元吸收周围空气的热量给换热箱提供热量。换热箱获取的低位热量，经由高温制热单元提升为高位热量，对开水箱中的水进行加热。这种开水炉能大幅度减少能源消耗，降低污染排放，且易于保持炉体洁净，有利于维持室内外环境卫生。
1.一种应用太阳能及热泵制热的开水炉，包括机箱、集能系统和控制系统，所述机箱中设有开水箱、储水箱，储水箱的出口与开水箱的入口连接，开水箱设置有开水出水口，储水箱设置有自来水进水口，其特征在于：所述集能系统包括：
1）太阳能制热单元，包括太阳能集热器、换热箱以及在太阳能集热器和换热箱之间流动传递热量的液态热载体，所述太阳能集热器和换热箱通过太阳能供热管、太阳能回流管构成循环回路，在所述循环回路中设有液泵；
2）低温制热单元，包括通风系统、低温热泵集热器、低温热泵压缩机、低温热泵冷凝器以及低温热泵节流装置，所述低温热泵集热器、低温热泵压缩机、低温热泵冷凝器以及低温热泵节流装置依次串联连接并构成循环回路，所述低温热泵冷凝器设置在换热箱中；
3）高温制热单元，包括高温热泵蒸发器、高温热泵压缩机、开水箱加热器、高温热泵节流装置；所述高温热泵蒸发器、高温热泵压缩机、开水箱加热器、高温热泵节流装置依次串联连接并构成循环回路，所述高温热泵蒸发器设置在换热箱中。
2.根据权利要求 1 所述的应用太阳能及热泵制热的开水炉，其特征在于：所述太阳能集热器通过太阳能供热管、太阳能回流管与换热箱相连，低温热泵冷凝器、高温热泵蒸发器以及液态热载体封装于换热箱内。
3.根据权利要求 1 或 2 所述的应用太阳能及热泵制热的开水炉，其特征在于：所述换热箱内设有饮用水预热盘管，所述储水箱和开水箱通过所述饮用水预热盘管连接。
4.根据权利要求 3 所述的应用太阳能及热泵制热的开水炉，其特征在于：所述控制系统包括设置在机箱内的控制单元、设置在机箱正面的控制面板、设置在太阳能集热器上的太阳能温度传感器、设置在开水箱上的开水箱温度传感器，所述控制面板、太阳能温度传感器、开水箱温度传感器分别与控制单元连接，所述控制面板上设置有操作按键和工作状态显示装置。
5.一种应用太阳能及热泵制热的开水炉的制热方法，其特征在于，包括以下步骤：
储水箱的进水口与自来水管连接，储水箱的出水口通过管路连接至开水箱对开水箱进行补水，储水箱设置有水位控制装置；
2) 集热与低温制热：当天气晴好时，由太阳能集热器采集热能，液泵推动携带热能的液态热载体经由换热箱流过，将热能传递给换热箱；当阴天无阳光时，低温热泵单元启动，由低温热泵集热器从环境空气中采集热量并经低温热泵系统将温度提升后传送给换热箱；
换热箱设置有高温热泵蒸发器，所述高温热泵蒸发器中的制热工质吸收换热箱中的热能而蒸发，给高温热泵单元提供热源；
3) 高温制热：换热箱内高温热泵蒸发器中的制热工质吸收热量后蒸发为蒸汽，这些蒸汽通过高温热泵压缩机加压升温，加压升温后的制热工质蒸汽在开水箱的加热器内部流过，传递热量给开水箱中的水并加热至沸点，在开水箱加热器中释放热量后由气态转换为液态的制热工质，通过高温热泵节流装置回流至换热箱中的高温热泵蒸发器进行循环制热。
6.根据权利要求 5 所述的应用太阳能及热泵制热的开水炉的制热方法，其特征在于：
储水箱中的冷水经由饮用水预热盘管从换热箱中获取热量使其温度得到一定提升，然后进入开水箱，由高温热泵进一步加热。
7.根据权利要求 5 或 6 所述的应用太阳能及热泵制热的开水炉的制热方法，其特征在于：控制系统由控制单元、控制面板、太阳能温度传感器、开水箱温度传感器组成，控制单元通过太阳能温度传感器、开水箱温度传感器采集数据，控制低温热泵单元、高温热泵单元、太阳能回流管中的液泵协调运行。
应用太阳能及热泵制热的开水炉及其制热方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种开水炉具及其制热方法，具体涉及一种应用太阳能及热泵制热的开水炉具及其制热方法。
背景技术
[0002] 开水炉具是人类生活的必需品，而目前现有的各类开水炉具普遍具有以下缺点：1）消耗大量能源，包括柴、煤、燃油、燃气、电能等；2）以柴、煤、燃油、燃气为能源的开水炉具，产生明火，导致火灾危险产生的几率较大，同时使用时也会对环境产生污染，而使用电能的开水炉具，热效率低，耗电量大。
[0003] 太阳能集热器的应用越来越广泛，技术也越来越成熟，一般情况下太阳能热水器可将水温提升至60-80℃左右。然而，太阳能本身又存在利用时间不稳定的缺陷。 发明内容
[0004] 本发明的目的是解决上述现有技术中存在的问题，克服现有技术的缺陷，利用太阳能集热器及热泵技术提供一种环保节能的开水炉具及其制热方法。
[0005] 本发明的技术方案是：
[0006] 一种应用太阳能及热泵制热的开水炉，包括机箱、集能系统和控制系统。
[0007] 所述机箱中设有开水箱、储水箱，储水箱的出口与开水箱的入口连接，开水箱设置有开水出水口，储水箱设置有自来水进水口。
[0008] 所述集能系统包括：
[0009] 1）太阳能制热单元，包括太阳能集热器、换热箱以及在太阳能集热器和换热箱之间流动传递热量的液态热载体，所述太阳能集热器和换热箱通过太阳能供热管、太阳能回流管构成循环回路，在所述循环回路中设有液泵；
[0010] 2）低温制热单元，包括通风系统、低温热泵集热器、低温热泵压缩机、设置在换热箱中的低温热泵冷凝器以及低温热泵节流装置，所述低温热泵集热器、低温热泵压缩机、设置在换热箱中的低温热泵冷凝器以及低温热泵节流装置依次串联连接并构成循环回路；
[0011] 3）高温制热单元，包括设置在换热箱中的高温热泵蒸发器、高温热泵压缩机、开水箱加热器、高温热泵节流装置；所述高温热泵蒸发器、高温热泵压缩机、开水箱加热器、高温热泵节流装置依次串联连接并构成循环回路。
[0012] 前述的应用太阳能及热泵制热的开水炉，其特征在于：太阳能集热器通过太阳能供热管、太阳能回流管与换热箱相连，低温热泵冷凝器、高温热泵蒸发器设置在换热箱内。 [0013] 前述的应用太阳能及热泵制热的开水炉，其特征在于：所述换热箱内设有饮用水预热盘管，储水箱中的冷水经由饮用水预热盘管到达开水箱。储水箱中的冷水经由饮用水预热盘管时吸收换热箱中的热量使其温度得以提升。
[0014] 一种应用太阳能及热泵制热的开水炉的制热方法，其特征在于，包括以下步骤： [0015] 1）设置机箱内的开水箱、储水箱：
[0016] 储水箱的进水口与自来水管连接，储水箱的出水口通过管路连接至开水箱对开水箱进行补水，储水箱设置有水位控制装置
[0017] 2)集热与低温制热：当天气晴好时，由太阳能集热器采集热能，液泵推动携带热能的液态热载体经由换热箱流过，将热能传递给换热箱；当阴天无阳光时，低温热泵单元启动，由低温热泵集热器从环境空气中采集热量并经低温热泵系统将温度提升后传送给换热箱；换热箱设置有高温热泵蒸发器，所述高温热泵蒸发器中的制热工质吸收换热箱中的热能而蒸发，给高温热泵单元提供热源；
[0018] 3)高温制热：换热箱内高温热泵蒸发器中的制热工质吸收热量后蒸发为蒸汽，这些蒸汽通过高温热泵压缩机加压升温，加压升温后的制热工质蒸汽在开水箱的加热器内部流过，传递热量给开水箱中的水并加热至沸点，在开水箱加热器中释放热量后由气态转换为液态的制热工质，通过高温热泵节流装置回流至换热箱中的高温热泵蒸发器进行循环制热；
[0019] 前述的应用太阳能及热泵制热的开水炉的制热方法，其特征在于：储水箱中的冷水经由饮用水预热盘管从换热箱中获取热量使其温度得到一定提升，然后进入开水箱，由高温热泵进一步加热。
[0020] 前述的应用太阳能及热泵制热的开水炉的制热方法，其特征在于：所述控制系统包括设置在机箱内的控制单元、机箱正面的控制面板、设置在太阳能集热器上的太阳能温度传感器、设置在开水箱上的开水箱温度传感器。所述控制面板与控制单元相连。控制单元通过太阳能温度传感器、开水箱温度传感器采集数据，控制低温热泵单元、高温热泵单元、太阳能回流管中的液泵协调运行，控制面板上设置有操作按键和工作状态显示装置。 [0021] 本发明的应用太阳能及热泵制热的开水炉结构新颖，实施容易，采用一种环保的制热方式取代传统开水炉具加热的方式。利用太阳能集热器和低温热泵集热器收集自然界的可再生热量，然后利用热泵技术，将前述的从周围环境吸收了热量的由液体蒸发而产生的制热工质蒸汽进行压缩，并将所释放的热量集聚起来，产生炉具所需要的高温热能。所述的压缩过程采用机械式压缩机来完成，这种机械式压缩机消耗的能源小于常规炉具所消耗的能源，降低了炉具的能源消耗，并且减少了污染的排放，安全、环保、节能，并且能很好地维护环境的整洁卫生。
附图说明
[0022] 图1是本发明整体构成的示意图。
[0023] 图中：1—太阳能集热器;2—太阳能供热管;3—太阳能回流管;4—饮用水预热盘管;5—储水箱;6—自来水进水口;7—水位控制装置;8—开水箱;9—开水出水口;10—开水箱加热器;11—高温热泵节流装置;12—高温热泵压缩机;13—高温热泵蒸发器; 14—低温热泵压缩机;15—低温热泵集热器;16—通风系统;17—低温热泵节流装置;18—低温热泵冷凝器;19—换热箱;20—机箱;21—液泵。
[0024] 图2是本发明的控制系统示意图。
具体实施方式
[0025] 为了阐明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图对本发明做进一步的介绍。
[0026] （一）如图1所示，在机箱20内设置与自来水连接的储水箱5，储水箱5中的冷水经由饮用水预热盘管4从换热箱19中获取热量使其温度得到一定提升，然后进入开水箱8；在所述开水箱8的内部或外围设置开水箱加热器10，所述开水箱加热器10由高温热泵单元提供热量将所述开水箱8中的水烧开。
[0027] （二）如图1所示，所述集能系统包括：
[0028] 1）太阳能集热单元设有太阳能集热器1，太阳能集热器1通过太阳能供热管2和太阳能回流管3与换热箱19对接，太阳能回流管3中还设置有液泵21。太阳能集热器1吸收太阳的热能后，液泵21推动载有热能的液态热载体在太阳能集热器1和换热箱19之间循环流动，为所述换热箱19提供热源。
[0029] 2）低温热泵单元设有低温压缩机14，低温集热器15的出口与低温压缩机14的入口连接，低温集热器15中从空气中吸收了热量的制热工质蒸汽从所述低温集热器15中流出后进入低温热泵单元的低温压缩机14。所述低温压缩机14的出口与所述换热箱19中的冷凝器18的入口连接，从低温压缩机14排出的加压升温后的制热工质蒸汽进入所述的低温热泵冷凝器18，在低温热泵冷凝器18中冷凝释放热量，将热量传导给所述换热箱19内的液态热载体。所述换热箱19中的低温热泵冷凝器18的出口通过设有低温热泵节流装置17的管路与所述低温集热器15的入口连接，构成所述低温压缩机14的循环回路，使低温热泵单元内的制热工质在低温热泵单元管路中循环制热。
[0030] 3）所述高温热泵单元设有高温热泵压缩机12，所述高温热泵压缩机12的入口与所述换热箱19中的高温热泵蒸发管器13的出口连接。高温热泵单元内的制热工质在换热器19中的高温热泵蒸发器13中吸收太阳能集热单元或低温热泵单元制热工质传递过来的热量，高温热泵单元的制热工质吸热后蒸发，其蒸汽被吸入高温热泵单元的高温热泵压缩机12。所述高温热泵压缩机12的出口通过管路与所述加热器10连接，从高温热泵压缩机12排出的高温高压蒸汽通过管路流经加热器10，向开水箱8供热。然后再经由设有高温热泵节流装置11的管路与所述换热箱19中的蒸发器13的入口连接，构成所述高温热泵压缩机12的循环回路，使高温热泵单元的制热工质在高温热泵单元管路中循环。 [0031] （三）如图2所示，控制系统由设置在机箱中的控制单元、设置在机箱正面的控制面板、设置在太阳能集热器上的太阳能温度传感器、设置在开水箱上的开水箱温度传感器组成。控制单元通过太阳能温度传感器、开水箱温度传感器采集数据，控制低温热泵单元、高温热泵单元、太阳能回流管中的液泵协调运行。控制面板上设置有操作按键和工作状态显示装置。
[0032] 上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
