內(nèi)嵌加熱太陽能熱儲(chǔ)熱集熱器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)案奪互參照
[0002] 本申請(qǐng)要求通過本發(fā)明者們于2013年4月2日申請(qǐng)的臨時(shí)申請(qǐng)案申請(qǐng)第 61/807, 329號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并且在此引入全文作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明是一般地有關(guān)于一種太陽能加熱，且特別地，它有關(guān)于促進(jìn)太陽能輔助加 熱水。
【背景技術(shù)】
[0004] 現(xiàn)有多個(gè)家庭熱水儲(chǔ)存系統(tǒng)通常結(jié)合太陽能加熱及備用加熱（backup heating)。一種常見太陽能加熱水系統(tǒng)構(gòu)造被稱為熱虹吸系統(tǒng)（thermosyphonsystem)，如 圖1所示，一現(xiàn)有熱虹吸系統(tǒng)的一圖示。所述熱虹吸系統(tǒng)，雖然具有成本效應(yīng)及能用在溫帶 及溫暖的氣候，由于結(jié)垢和腐蝕而容易遭受堵塞之苦。由于需要將所述室外水槽加熱到所 述需求家庭熱水（domestichotwater;DHW)的溫度（在許多情況下是攝氏65度，為了避 免退伍軍人癥Legionnaire'sdisease的威脅）及，此系統(tǒng)在寒冷的氣候中能源上是低效 的，且由于例如在晚上較寒冷的期間的反向熱虹吸，熱能會(huì)損失。
[0005] 參照?qǐng)D2, 一現(xiàn)有組合式系統(tǒng)的一圖示，所述熱虹吸系統(tǒng)的一替代品且更常見于較 冷的氣候。所述組合式系統(tǒng)把所述水槽200與所述集熱器（collector) 202分隔開以允許 所述水槽放置在（一住宅）里面。此構(gòu)造某種程度上減少在寒冷器候中的熱損失，但仍需 要如上述熱虹吸系統(tǒng)中加熱所述整個(gè)水槽。由于所述外部集電極回路204暴露于潛在的冷 凍溫度（potentiallyfreezingtemperatures)，此回路一般填充有乙二醇（glycol)。在 此情況下，在許多歐洲國(guó)家法規(guī)要求額外的熱交換器臺(tái)（未繪示）來避免飲用水污染的風(fēng) 險(xiǎn)。這一規(guī)定進(jìn)一步降低能源效率。
[0006] 參照?qǐng)D3, 一替代現(xiàn)有組合式系統(tǒng)的一圖示。此替代現(xiàn)有組合式系統(tǒng)是（圖2的） 上述組合式系統(tǒng)的一改進(jìn)。此改進(jìn)系統(tǒng)利用槽設(shè)在一水槽中（tank-in-a-tank)的架構(gòu)來 克服所述法規(guī)的要求，但大致上增加成本。
[0007] 當(dāng)所述顧客打開熱水龍頭，大部分的上述現(xiàn)有系統(tǒng)，所述熱水也遭受較慢反應(yīng)時(shí) 間及溫度波動(dòng)之苦，除非額外的流量產(chǎn)生器及流量回路被包含在所述熱水系統(tǒng)中，進(jìn)一步 增加系統(tǒng)成本。對(duì)于多個(gè)太陽能加熱水系統(tǒng)的另一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素是管線及集熱器的冷凍。對(duì) 此問題的一常見解決方式是在所述太陽能熱傳回路中使用乙二醇或其他抗冷凍劑。此常見 解決方式是耗費(fèi)成本地、需要周期的替換所述乙二醇、一排水回收系統(tǒng)及一避免過熱裝置 來防范如上述指明的所述乙二醇及監(jiān)管系統(tǒng)的合并癥的損害。
[0008] 故，有需要用在太陽能輔助加熱水的一改進(jìn)系統(tǒng)，比多個(gè)現(xiàn)有解決方式具有較低 成本，較高能源效率及較快反應(yīng)時(shí)間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的教示，提供一種用在太陽能輔助加熱水的系統(tǒng)，包含：
[0010] -主回路；
[0011] 一第一溫度感測(cè)器，在運(yùn)作上連接到所述主回路且配置用來測(cè)量一第一溫度；
[0012] 一第一流量產(chǎn)生器，配置用以在所述主回路中產(chǎn)生一流動(dòng)；
[0013] -第一流量感測(cè)器，在運(yùn)作上連接到所述主回路且配置用來測(cè)量一熱傳流體的一 流動(dòng)；
[0014] 一熱交換器，在運(yùn)作上連接到所述主回路及一副回路；
[0015] 一內(nèi)嵌（in-line)水加熱器，具有一輸入端及一輸出端且在運(yùn)作上連接所述副回 路；
[0016] -系統(tǒng)控制器，配置用以：
[0017] 當(dāng)所述第一流量產(chǎn)生器是處于激活時(shí)，測(cè)量在所述主回路中的第一溫度的一瞬態(tài) 熱分布；
[0018] 對(duì)于在所述副回路中的水提供太陽能輔助加熱，是基于：
[0019] 在所述副回路中的一水流；
[0020] 一目前第一溫度；及
[0021] 所述第一溫度的瞬態(tài)熱分布；
[0022] 并且是通過激活：
[0023] 在所述主回路中的第一流量產(chǎn)生器；及
[0024] 在所述副回路中的一內(nèi)嵌水加熱器；
[0025] 來進(jìn)行的。
[0026] 在一選擇實(shí)施例中，
[0027] 所述主回路更包含一太陽能集熱器，其包含一輸入端及一輸出端；
[0028] 所述內(nèi)嵌加熱器的輸出端在運(yùn)作上連接一熱水輸出端；
[0029] 所述熱交換器包含：
[0030] 一主回路輸出端；
[0031] -主回路輸入端，在運(yùn)作上連接到所述太陽能集熱器的輸出端；
[0032] 一副回路輸入端，在運(yùn)作上連接到一冷水供應(yīng)器；及
[0033] -副回路輸出端，在運(yùn)作上連接到所述內(nèi)嵌加熱器的輸入端；
[0034] 因而定義從所述冷水供應(yīng)器到所述熱交換器副回路的輸入端處以及從所述熱交 換器副回路的輸出端通過所述內(nèi)嵌加熱器到所述熱水輸出端處的所述副回路；
[0035] 所述第一溫度感測(cè)器連接至所述太陽能集熱器的輸出端；
[0036] 所述第一流量產(chǎn)生器：
[0037] 包含一輸入端，在運(yùn)作上連接到所述熱交換器主回路的輸出端；
[0038] 包含一輸出端，在運(yùn)作上連接到所述太陽能集熱器的輸入端；及
[0039] 配置用以使當(dāng)被激活時(shí)產(chǎn)生在所述主回路中的一熱傳流體的一流動(dòng)，
[0040] 從所述太陽能集熱器的輸出端流到所述熱交換器主回路輸入端以及
[0041] 從所述熱交換器主回路輸出端通過所述第一流量產(chǎn)生器流到所述太陽能集熱器 的輸入端；及
[0042] -第二流量感測(cè)器，在運(yùn)作上連接到所述副回路且配置用來測(cè)量在所述副回路中 的一水流；
[0043] 其中在一指定時(shí)間周期中所述第一流量產(chǎn)生器是處于激活的持續(xù)一指定時(shí)間。
[0044] 在另一選擇實(shí)施例中，所述太陽能集熱器是一整合太陽能儲(chǔ)熱集熱器 (integratedsolarthermalstoragecollector;ISC)。在另一選擇實(shí)施例中，所述整合 太陽能儲(chǔ)熱集熱器是透明隔熱的（transparentlyinsulated)。在另一選擇實(shí)施例中，在所 述主回路中的熱傳流體是水。在另一選擇實(shí)施例中，所述副回路提供家庭飲用熱水。在另 一選擇實(shí)施例中，所述第一流量產(chǎn)生器是一變流產(chǎn)生器。在另一選擇實(shí)施例中，所述系統(tǒng)控 制器是一比例積分微分（proportionalintegralderivative;PID)控制器。
[0045] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的教示，提供一種用在太陽能輔助加熱水的方法，包含下列步 驟：
[0046] 當(dāng)一第一流量產(chǎn)生器對(duì)一主回路是處于激活時(shí)，測(cè)量在所述主回路中的一第一溫 度的一瞬態(tài)熱分布；及
[0047] 對(duì)于在一副回路中的水提供太陽能輔助加熱，是基于：
[0048] 在所述副回路中的一水流；
[0049] 一目前第一溫度；及
[0050] 所述第一溫度的所述瞬態(tài)熱分布；
[0051] 并且是通過激活：
[0052] 在所述主回路中的第一流量產(chǎn)生器；及
[0053] 在所述副回路中的一內(nèi)嵌水加熱器；
[0054] 來進(jìn)行的。
[0055] 另一選擇實(shí)施例更包含下列步驟：
[0056] 測(cè)量在一系統(tǒng)中的第一溫度，所述系統(tǒng)包含：
[0057] -太陽能集熱器，包含一輸入端及一輸出端；
[0058] 所述內(nèi)嵌加熱器，具有一輸入端及一輸出端；
[0059] 所述輸出端在運(yùn)作上連接至一熱水輸出端；
[0060] 一熱交換器，包含：
[0061] -主回路輸出端；
[0062] -主回路輸入端，在運(yùn)作上連接到所述太陽能集熱器的輸出端；
[0063] -副回路輸入端，在運(yùn)作上連接到一冷水供應(yīng)器；及
[0064] -副回路輸出端，在運(yùn)作上連接到所述內(nèi)嵌加熱器的輸入端；
[0065] 因而定義從所述冷水供應(yīng)器到所述熱交換器副回路的輸入端處以及從所述熱交 換器副回路的輸出端通過所述內(nèi)嵌加熱器到所述熱水輸出端處的所述副回路；
[0066] -第一溫度感測(cè)器，在運(yùn)作上連接所述太陽能集熱器的輸出端；
[0067] 所述第一流量產(chǎn)生器：
[0068] 包含一輸入端，在運(yùn)作上連接到所述熱交換器主回路的輸出端；
[0069] 包含一輸出端，在運(yùn)作上連接到所述太陽能集熱器的輸入端；及
[0070] 配置用以使當(dāng)被激活時(shí)產(chǎn)生在所述主回路中的一熱傳流體的一流動(dòng)，從所述太陽 能集熱器的輸出端流到所述熱交換器主回路輸入端以及從所述熱交換器主回路輸出端通 過所述第一流量產(chǎn)生器流到所述太陽能集熱器的輸入端；
[0071] -第一流量感測(cè)器，在運(yùn)作上連接到所述主回路且配置用來測(cè)量
[0072] 所述熱傳流體的一流動(dòng)；及
[0073] -第二流量感測(cè)器，在運(yùn)作上連接到所述副回路且配置用來測(cè)量在所述副回路中 的一水流；
[0074] 其中所述第一溫度通過所述第一溫度感測(cè)器測(cè)量；
[0075] 在一指定時(shí)間周期中，激活所述第一流量產(chǎn)生器持續(xù)一指定時(shí)間；
[0076] 當(dāng)所述第一流量產(chǎn)生器是處于激活時(shí)，通過所述第一溫度感測(cè)器來測(cè)量所述第一 溫度的瞬態(tài)熱分布；及
[0077] 對(duì)于在所述副回路中的水提供太陽能輔助加熱到所述熱水輸出端，是基于：
[0078] 在副回路中的所述水流；
[0079] 一目前第一溫度；及
[0080] 所述第一溫度的瞬態(tài)熱分布；
[0081] 并且是通過激活：
[0082] 所述第一流量產(chǎn)生器；及
[0083] 所述內(nèi)嵌水加熱器；
[0084] 來進(jìn)行的。
[0085] 在另一選擇實(shí)施例中，所述激活是在一指定時(shí)間進(jìn)行，所述指定時(shí)間選自于由下 列所組成的族群：
[0086] 一周期性時(shí)間；
[0087] 每6〇分鐘；
[0088]