整體式可再生能源系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】整體式可再生能源系統(tǒng)
[0001 ]發(fā)明背景
[0002]傳統(tǒng)的空間加熱和家用水加熱系統(tǒng)(例如那些在住宅設施中提供的系統(tǒng))典型地利用燃燒燃料爐或電爐以提供加熱空氣至該住宅的受調節(jié)空間以及利用燃燒燃料熱水器或電熱水器以提供加熱的飲用水至各種利用熱水的衛(wèi)浴器具(如水槽，花灑，洗碗機等)。隨著商業(yè)上提供的化石燃料和電力的成本不斷攀升，存在通過增加可再生能源的使用來減少住宅設施和商業(yè)設施這二者中空氣和水的加熱成本的日益增長的需求。本發(fā)明主要針對這一需求。
[0003]附圖的簡要說明
[0004]圖1是整體式可再生能源系統(tǒng)的示意性透視管道系統(tǒng)圖。
[0005]圖1A是圖1示意性透視管道系統(tǒng)圖的太陽能加熱部分的替代實施例的示意圖。
[0006]圖2是該系統(tǒng)的一部分的示意性管道和控制系統(tǒng)圖。
[0007]圖3是表示該系統(tǒng)的空氣加熱部分和水加熱部分的控制順序的邏輯流程圖。
【具體實施方式】
[0008]在本發(fā)明的一個代表性示出的實施例中，本發(fā)明提供一種整體式可再生能源系統(tǒng)，用于更有效和更廉價地為受調節(jié)空間供給空氣和家用熱水提供加熱能量，所述受調節(jié)空間供給空氣和家用熱水在例如此前會利用燃料燃燒爐或電爐以及燃料燃燒或電加熱貯水式熱水器來分別產生空間加熱空氣和家用熱水的這種類型的住宅設施中加熱。
[0009]圖1示意性描繪一個體現(xiàn)本發(fā)明原理的整體式可再生能源系統(tǒng)10的代表性實施例，利用該系統(tǒng)以為受調節(jié)空間提供加熱空氣并為各種利用熱水的衛(wèi)浴器具(如水槽、花灑、洗碗機等)提供按需的加熱飲用水。代表性地示出的該系統(tǒng)10的實施例具有作為主要部件的:(I)空氣處理單元12；(2)燃燒燃料的即熱式熱水器14; (3)混合閥15，( 4)至少一個熱水貯水箱16(在數(shù)量上例示了2個)；(5)至少一個太陽能收集板18(在數(shù)量上例示了4個)；
(6)至少一個丙二醇栗20(在數(shù)量上例示了 2個)；和(7)至少一個光伏電池22(在數(shù)量上例示了 2個)。
[0010]該空氣處理單元12具有殼體部24、液體循環(huán)加熱式盤管28、其中的電動力常規(guī)供風機25和操作地連接至殼體部24的頂端的蒸發(fā)器盤管箱26。盤管箱26內具有常規(guī)的直接膨脹制冷劑盤管27，制冷劑盤管27通過制冷劑管路32連接至室外冷凝單元30。在空氣處理單元風機25的運行期間，通過空氣處理單元12供送的從受調節(jié)空間返回的返回空氣被引入到殼體部24中并向上流動通過盤管箱26，然后流至所述受調節(jié)空間。當存在來自受調節(jié)空間的熱量需求時，熱水流過加熱盤管28，如本文后面所述，從而離開盤管箱26的供給空氣是被加熱了的空氣34?？諝馓幚韱卧?2具有水循環(huán)栗35，所述水循環(huán)栗基于空氣處理單元12的熱量需求而被供能，并促使加熱了的水流動通過液體循環(huán)加熱式盤管28。水循環(huán)栗35操作地設置在殼體部24內，但是為了清楚說明在圖1中示意性地被顯示在殼體部24的外面。
[0011]即熱式熱水器14代表性地為高容量燃氣即熱式熱水器，但可以選擇性地用其他類型的燃料燃燒，或可以包含電熱水裝置。熱水器14具有水入口 36和水出口 38ο混合閥15具有熱水入口 15a、冷水入口 15b和混合溫度水出口 15c。
[0012]每個熱水貯水箱16都良好地絕緣，并在其上端上具有水入口接頭40和水出口接頭42，并且具有相關的換熱器結構44，用于選擇性地加熱水箱16中的水。換熱器44可布置水箱16的內部，或合適地布置在水箱外面并能與水箱進行導熱熱傳遞。在隨后的描述方式中，每個栗20被用于使加熱的丙二醇(或其他合適類型的流體加熱介質)從太陽能收集器18中的相關的那些太陽能收集器流過其中一個換熱器44，從而將丙二醇熱量傳遞給相關的熱水貯水箱16中的水，然后使丙二醇返回至太陽能收集器18以用于再加熱。
[0013]該光伏電池22被利用為捕獲來自太陽的能量并通過示意性繪出的導線45將產生的操作電能傳遞到例如建筑物的電氣面板(未示出)(用于從此加熱空氣和飲用水)或傳遞到適當?shù)膫溆秒姵叵到y(tǒng)(未示出)。作為將光伏產生的電能直接傳遞到建筑的電氣面板或傳遞到備用電池系統(tǒng)的替代方式，如圖1虛線所示，這種光伏產生的電能可以被傳遞到電網G。如本文所使用的，術語“電網”指的是電氣設備或電路，其被操作以接收來自從一個或多個供應源的電能并將接收的電能輸送至消費者。
[0014]繼續(xù)參考圖1，如上所述的系統(tǒng)10的流體接收部件12、14、15、16、18和20通過總體上由附圖標記46標記的液體管道裝置在操作上相互連接。管道裝置46具有兩個液體加熱部分48，每個液體加熱部分均以這樣的方式將其中一個栗20和其中一個IC水箱換熱器44及其關聯(lián)的太陽能收集器18對在操作上相聯(lián)，所述方式使得當栗20正在運行時該栗使來自太陽能收集器對的熱丙二醇(或其他合適的加熱液體)流過換熱器44從而通過加熱了的丙二醇間接地加熱該貯水箱16中的水然后使丙二醇(或其他合適的加熱液體)返回至該對太陽能集熱器18。
[0015]圖1A描述了一種直接式太陽能水箱水加熱方法來替代剛剛描述的間接式太陽能水箱水加熱方法。在這種直接式加熱的替代方法中，每個熱水貯水箱16的內部(圖1A僅示出一個)通過水管段48a直接聯(lián)接至太陽能集熱器18，水栗20a操作地安裝在該水管段48a中。當栗20a被供能時，該栗20a迫使水箱水通過該水管段48a通過該太陽能收集器18，以將太陽能熱量傳遞給水，然后使水返回到相關的水箱16中。
[0016]現(xiàn)在回到圖1中，管道裝置46的冷水補充部分50將來自其水源(如城市水供應源)的加壓的飲用冷水送到貯水箱入口 40并送到混合閥15的冷水入口 15b。管道裝置46的熱水供應部分52將加熱的水從該貯水箱出口 42輸送至即熱式熱水器14的入口 36，然后輸送至混合閥15的熱水入口 15a和空氣處理單元12的液體循環(huán)加熱式盤管28的入口。安裝在水管段52中的三通分流閥53能夠以隨后描述的方式操作以選擇性地使水(I)流過即熱式熱水器14(從而使得即熱式熱水器點火并加熱流過即熱式熱水器的水)或(2)繞過即熱式熱水器14并流入如圖1所示的水管段52。最后，管道裝置46的加熱水返回段54使加熱的水從風機盤管單元液體循環(huán)加熱式盤管28的出口通過回流防止器56返回到貯水箱16的入口 40。
[0017]現(xiàn)在轉到圖2的示意性的管路與控制圖，其說明了先前所描述的由管段50、52和54相互連接的各個系統(tǒng)部件，設置在每個熱水貯水箱16(圖2僅示出其中一個)中的水溫傳感器58輸出感應的溫度信號60至控制閥62，當該溫度信號60指示感應的水溫處于或小于一預定值(舉一個非限制性示例:130° F)時，所述控制閥62繼而輸出控制信號64至分流閥53。分流閥53收到該信號64打開其出口 53a并關閉其出口 53b，從而使得熱水通過管段52a和加熱器入口 36流過該即熱式熱水器14(從而使其點火點火)，以為隨后提供給空氣處理器12和具有其入口 15a和出口 15b、15c的家用水混合閥15的熱水補充熱量。在沒有控制閥信號64時，分流閥53的出口 53a關閉并且其出口 53b打開，從而使提供給該分流閥53的加熱的水經由指示的管段52b繞過即熱式熱水器14。
[0018]如圖2所示，整體式可再生能源系統(tǒng)10包括溫控器66，所述溫控器適當?shù)卦O置在由空氣處理器12服務的受調節(jié)空間內并可操作以在該受調節(jié)空間內的溫控器感應溫度低于一設定值時發(fā)射一信號68至該空氣處理器12。該溫控器66示例性地具有系統(tǒng)控制器部70，所述系統(tǒng)控制器部70內包含預編程微處理器72，所述預編程微處理器72整體控制整體式可再生能源系統(tǒng)10。例如，如圖1所示，除了響應于感應的受調節(jié)空間空氣溫度輸出信號68，系統(tǒng)控制器部70接收指示該熱水貯水箱16中的水溫和丙二醇管段48內的丙二醇溫度的適當信號，并在丙二醇溫度高于水溫至少一預定值(舉一非限制性示例:20°F)時響應性地啟動丙二醇栗20，并且在至少不存在此溫度差時終止該栗20的運行。
[0019]現(xiàn)在參照圖3的邏輯流程圖示意性地描繪由溫控器66的系統(tǒng)控制器部70提供的整體式可再生能源系統(tǒng)10和其即熱式熱水器部14的控制。響應于步驟72加熱受調節(jié)空間的需求或步驟74加熱家用水的需求，轉到步驟76詢問即熱式熱水器14入口的可獲得的熱水溫度(在貯水箱16中測量)是否高于一預定溫度(說明性地為130°F)。如果這個詢問的答案是“否”，轉到步驟78將分流閥53設定為使水流過即熱式熱水器14從而致使其在步驟80點火并給水增加熱量。
[0020]響應于空間加熱的需求(如步驟82所示)，在步驟84液體循環(huán)加熱式空氣處理器12啟動并繼續(xù)運行直到在步驟86溫控器66測量到在該點產生溫控滿意信號88的一預定溫度。如果步驟80之后并且在步驟90出現(xiàn)家用熱水使用的需求，在步驟92感應到這種使用的停止，產生一家用熱水使用終止信號94。響應于信號88和94兩者的產生，該系統(tǒng)10在步驟96關閉。
[0021]如果在前面的步驟76確定即熱式熱水器14入口的可獲得的熱水溫度(在貯水箱16中測量)高于所述預定溫度(說明性地為130°F)，從步驟76轉到步驟98，在步驟98中，分流閥53被設定為使水接近即熱式熱水器14以繞過它。響應于空間加熱的需求(在步驟100示出)，在步驟102液體加熱循環(huán)式空氣處理器12啟動并繼續(xù)運行直到在步驟104溫控器66測量到在該點產生溫控滿意信號106的一預定溫度。如果步驟98之后并且在步驟108出現(xiàn)家用熱水使用的需求，在步驟110感應到這種使用的停止，產生家用熱水使用終止信號112。響應于信號106和112兩者的產生，該系統(tǒng)10在步驟96關閉。
[0022]如從前述可以看出的，在本發(fā)明的一個代表性地圖示的實施例中，本發(fā)明提供了一種整體式可再生能源系統(tǒng)和相關的方法，其經濟地利用太陽能結合至少主要是常規(guī)的、現(xiàn)成的空氣和水加熱元件