CN100561074C - 一种多功能太阳能辅助空调系统 - Google Patents

一种多功能太阳能辅助空调系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能太阳能辅助空调系统。本发明包括制冷剂循环系统和水循环系统两部分,制冷剂循环系统具有依次连接的压缩机、室内换热器、制冷剂-水换热器、室外换热器、高压储液桶、节流装置,三通阀、单向阀和气液分离器,水循环系统具有依次连接的太阳能集热装置、水箱、水泵和制冷剂-水换热器。本发明可以高效率地实现冷暖空调和热水器功能,具有很强的节能性、实用性和经济性,市场前景广阔。本发明特别适用于太阳能资源丰富,同时需要冷暖空调和热水供应的场合。

Description

一种多功能太阳能辅助空调系统
技术领域
本发明属于热泵型空调、热泵热水器以及太阳能利用领域,尤其涉及一种 多功能太阳能辅助空调系统。 背景技术
石油危机和温室效应给全世界提出了能源和环境问题的严峻挑战。据估计:
按目前的开采和使用速度,在50〜60年内,石油,煤,天然气将会枯竭,人类 的能源使用体系将被更新为太阳能占主导地位的能源体系。号称"热量倍增器" 的热泵技术,可以用较少的高品位能源实现较大量的低品位热量转移,是一项 高效利用高品位能源的应用技术。将太阳能利用与热泵技术应用结合起来,非 常有利于合理利用自然资源,在提高人们生活水平的同时,保护环境以减少污 染。
专利ZL200610050285.5提出的太阳能辅助多功能热泵系统,能实现高效 率地完成制取热水和空气调节等多种功能,具有结构简单、节能高效和绿色环 保等优点,具有非常好的应用前景。但是,由于该专利热泵系统中没有合适的 位置来设置高压储液桶,满足热泵系统在不同功能模式下对制冷剂的需要量, 因此,热泵系统在功能切换后容易导致制冷剂冲注量过多或不足,影响系统的 运行效率。本发明用简洁的方式增设了高压储液桶,可以实现专利 ZL200610050285.5中所有的功能,满足不同运行工况对制冷剂冲注量的需要。 特别适用于太阳能资源丰富,同时需要冷暖空调和热水供应的场合。 发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种多功能太阳能辅助空调系统。
多功能太阳能辅助空调系统包括制冷剂循环系统和水循环系统二部分,制 冷剂循环系统为:压縮机高压出口与四通换向阀第一端口相连,四通换向阀第 二端口与第一三通阔的第一端口相连,四通换向阀的第三端口与第四三通阀的 第一端口相连,四通换向阀的第四端口经汽液分离器与压縮机低压进口相连; 第一三通阀的第二端口分别与第四三通阀的第三端口、制冷剂-水换热器的第 二端口相连,第一三通阔的第三个端口与室内换热器的第一个端口相连;室内 换热器的第二端口与第二三通阀的第二端口相连;第二三通阀的第一个端口分 别与第一节流装置的第二端口、第一单向截止陶的第一端口相连,第二三通阀的第三端口分别与第三三通阀的第二端口 、制冷剂-水换热器的第一端口相连; 第一单向截止阀的第二端口分别与高压储液罐的进口、第二单向截止阀的第二
端口相连;高压储液罐的出液口经干燥过滤器分别与第一节流装置的一端口 、 第二节流装置的第一端口相连;第二节流装置的第二端口分别与第二单向截止 阀的第一端口、第三三通阀的第一端口相连;第三三通阀的第三端口与室外换 热器的第一端口相连;室外换热器的第二端口与第四三通阀的第二端口相连; 水路循环系统为:水箱与太阳能集热装置相连,水箱的出水口与循环水泵的入 口相连,循环水泵的出口与制冷剂-水换热器的第二水流通口相连,制冷剂-水 换热器的第一水流通口与水箱的回水口相连。
所述的节流装置是手动节流阀,自动节流阀或毛细管。第一单向截止阀或 第二单向截止阀是手动截止阀或自动截止阀。第一单向截止阀或第二单向截止 阀可由双向截止阀代替。第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀或第四三通阀 可由两个双向截止阀代替。制冷剂-水换热器是套管式换热器、板式换热器、 套片式换热器或光管沉浸式换热器。室内换热器或室外换热器是风冷换热器。 太阳能集热装置是直接与水箱相连,或者太阳能集热装置通过附加的循环水泵 间接与水箱相连。
本发明与现有技术相比具有的有益效果:
1) 节能性。本发明制取热水平均效率能达到300%左右,远高于普通电加 热和燃气热水器效率。本发明能够有效利用太阳能作为制冷剂蒸发能量,大大 地提高系统在冬季运行的COP值,弥补普通空调冬季运行存在COP很低的缺 点。
2) 实用性。本发明将空调和热水器一体化设计,实现了多种使用功能。
3) 经济性。本发明的一体化设计,提高了设备利用率,与目前采用单一功 能产品来实现特定功能相比,有着明显的经济优势,非常有利于推广。
4) 安全性。本发明制取热水用时不会出现电热水器的漏电现象,也不会有 燃气热水器的气体中毒危险。
5) 稳定性。在寒冷冬季条件下,本发明可有效利用太阳能,减少普通空调 因蒸发温度过低而导致的各类故障。另外,本发明的热水源可用于室外蒸发器 的快速除霜,提高系统的稳定性。
附图说明
附图是本发明装置的系统流程图。图中:
压縮机l、室内换热器2、制冷剂-水换热器3、室外换热器4、水箱5、太阳能集热器6、高压储液罐7、干燥过滤器8、第一节流装置9、第二节流装置 10、四通换向阀ll、循环水泵12、汽液分离器13、第一三通阀M、第二三通 阀15、第三三通阀16、第四三通阀17、第一单向截止阀18、第二单向截止阀 19、室内换热器风机20、室外换热器风机21。 具体实施方式
如附图所示,多功能太阳能辅助空调系统包括制冷剂循环系统和水循环系 统二部分,制冷剂循环系统为:压縮机1高压出口 lb与四通换向阀11第一端 口 lla相连,四通换向阀ll第二端口 llb与第一三通阀14的第一端口 14a相 连,四通换向阀11的第三端口 llc与第四三通阀17的第一端口 17a相连,四 通换向阀11的第四端口 lld经汽液分离器13与压縮机1低压进口 la相连; 第一三通阀14的第二端口 14b分别与第四三通阀17的第三端口 17c、制冷剂-水换热器3的第二端口 3b相连,第一三通阀14的第三个端口 14c与室内换热 器2的第一个端口 2a相连;室内换热器2的第二端口 2b与第二三通阀15的 第二端口 15b相连;第二三通阀15的第一个端口 15a分别与第一节流装置9 的第二端口 %、第一单向截止阀18的第一端口 18a相连,第二三通阀15的第 三端口 15c分别与第三三通阔16的第二端口 16b、制冷剂-水换热器3的第一 端口 3a相连;第一单向截止阀18的第二端口 18b分别与高压储液罐7的进口 7a、第二单向截止阀19的第二端口 19b相连;高压储液罐7的出液口 7b经干 燥过滤器8分别与第一节流装置9的第一端口 9a、第二节流装置10的第一端 口 10a相连;第二节流装置10的第二端口 10b分别与第二单向截止阀19的第 一端口 19a、第三三通阀16的第一端口 16a相连;第三三通阀16的第三端口 16c与室外换热器4的第一端口 4a相连;室外换热器4的第二端口 4b与第四 三通阀17的第二端口 17b相连;水路循环系统为:水箱5与太阳能集热装置6 相连,水箱5的出水口 5a与循环水泵12的入口 12a相连,循环水泵12的出 口 12b与制冷剂-水换热器3的第二水流通口 3d相连,制冷剂-水换热器3的第 一水流通口 3与水箱5的回水口 5b相连。
所述的节流装置9或节流装置10是手动节流阀,自动节流阀或毛细管。 第一单向截止阀18或第二单向截止阀19是手动截止阀或自动截止阀。第一单 向截止阀18或第二单向截止阀19可由双向截止阀代替。
第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16或第四三通阀17可由两 个双向截止阀代替。用两个双向截止阀,设为A, B代替三通阀14时,A装 在端口 14b和三叉点23之间的管路上,B装在端口 14c和室内换热器的端口
62a之间的管路上;用两个双向截止阀,设为C, D代替三通阀15时,C装在 端口 15b和室内换热器端口2b之间的管路上,D装在端口 15c和三叉点22之 间的管路上;用两个双向截止阀,设为E, F代替三通阔16时,E装在端口 16b 和三叉点22之间的管路上,F装在端口 16c和室外换热器端口4a之间的管路 上;用两个双向截止阀,设为G, H代替三通阀17时,G装在端口17b和室 外换热器端口 4b之间的管路上,H装在端口 17c和三叉点23之间的管路上。 制冷剂-水换热器3是套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管 沉浸式换热器。室内换热器2或室外换热器4是风冷换热器。太阳能集热装置 6直接与水箱5相连,或者太阳能集热装置6通过附加的循环水泵间接与水箱 5相连。
本发明采用分体式结构,室内换热器需安装在室内,室外换热器、制冷剂 -水换热器和压缩机可安装于离水箱不远的地方,水箱与室外换热器、制冷剂-水换热器和压縮机也可作为一个整体部件安装于屋顶。室内装置和室外装置用 制冷剂管路连接。循环水系统元件通过水管相连接。
本发明能实现的主要功能有:普通室内制热、太阳能辅助室内制热、普通 室内制冷、室内制冷兼热泵制热水、普通热泵制热水、冬季除霜和普通太阳能 制热水。以下是这七种功能模式的详细工作流程:
l)普通室内制热
在没有充足太阳能时,此时系统按照普通空调制热循环进行。具体工作流 程:从压縮机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11,经过第一个三通阀 14的第一个端口 14a流向第三个端口 14c,在室内换热器2中冷凝放热后,从 第二个三通阀15的第二个端口 15b流过第一个端口 15a,经过第一个单向截止 阀18,到达高压储液罐7,制冷剂液体从高压储液罐7底部流出,经过干燥过 滤器8,第二个节流装置10,从第三个三通阀16的第一个端口 16a流向第三 个端口 16c,在室外换热器4中蒸发后,从第四个三通阀17的第二个端口 17b 流向第一个端口17a,经过四通阀ll,汽液分离器13,回到压缩机l。
2沐阳能辅助室内制热
在天气较好,太阳能充足时,将本发明中的制冷剂-水换热器作为蒸发器 使用,室内换热器作冷凝器,室外换热器不使用。热水通过水循环为蒸发器源 源不断提供蒸发所需热量,可有效地持续利用太阳能,大大提高制热效率。
具体工作流程:从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11,经 过三通阀14的第一个端口 14a流向第三个端口 14c,在室内换热器2中冷凝放热后,从第二个三通阀15的第二个端口 15b流向第一个端口 15a,经过第一个 单向截止阀18,到达高压储液罐7,制冷剂液体从高压储液罐7底部流出,经 过干燥过滤器8,第二个节流装置10,从第三个三通阀16的第一个端口 16a 流向第二个端口 16b,在制冷剂-水换热器3中蒸发后,从第四个三通阀17的 第三个端口 17c流向第一个端口 17a,通过四通换向阔11,汽液分离器13,最 后回到压縮机1。在上述制冷循环运行的同时,循环水泵12开启,水箱5中的 热水经过循环水泵ll,进入制冷剂-水换热器3,最后回到水箱5。
3) 普通室内制冷
循环按照普通空调制冷循环进行。室内换热器作蒸发器,室外换热器作冷 凝器,制冷剂-水换热器不使用。
具体工作流程为:从压縮机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11, 经过第四个三通阀17的第一个端口 17a流向第二个端口 17 b ,经过室外换热 器4中冷凝放热后,从第三个三通阔16的第三个端口 16c流向第一个端口 16a, 经过第二个单向截止阀19,到达高压储液罐7,制冷剂液体从高压储液罐7底 部流出,经过干燥过滤器8,第一个节流装置9,从第二个三通阀15的第一个 端口 15a流向第二个端口 15b,在室内换热器2中蒸发后,从第一个三通阀14 的第三个端口 14c流向第一个端口 14a,经过四通阀换向阀ll,汽液分离器13, 回到压縮机l。
4) 室内制冷兼制热水
在夏季可利用部分冷凝器所放出的热量来制热水。此模式下系统中的制冷 剂-水换热器将先发挥冷凝器的作用以加热水,室内换热器作蒸发器,室外换 热器不使用,此时获得的热水是免费的。当水温被加热到设定温度后,制冷剂 -水换热器随即停止工作,切换成室外换热器作为冷凝器开始工作。此项换热 器切换过程可以通过阀门和自动控制系统实现。
具体工作流程为:从压縮机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11, 经过第四个三通阀17的第一个端口 17a流向第三个端口 17c,在制冷剂-水换 热器3中冷凝放热后,从第三个三通阀16的第二个端口 16b流向第一个端口 16a,经过第二个单向截止阀19,到高压储液罐7,制冷剂液体从高压储液罐7 底部流出,经过干燥过滤器8,第一个节流装置9,从第二个三通阀15的第一 个端口 15a流向第二个端口 15b,在室内换热器2中蒸发后,从第一个三通阀 14的第三个端口 14c流向第一个端口 14a,经过四通阀换向11,汽液分离器 13,回到压縮机l。5)普通热泵制热水
此模式下室内装置不投入使用,室外换热器当作蒸发器使用,本发明中的 制冷剂-水换热器当作冷凝器用于加热水,此时系统就是作为普通热泵热水器 使用。
具体工作流程为:从压縮机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11,
经过第一个三通阔14的第一个端口 14a流向第二个端口 14b,在制冷剂-水换 热器3中冷凝放热后,从第二个三通阀15的第三个端口 15c流向第一个端口 15a,经过第一个单向截止阀18,到高压储液罐7,制冷剂液体从高压储液罐7 底部流出,经过干燥过滤器8,第二个节流装置IO,从第三个三通阀16的第 一个端口 16a流向第三个端口 16c,在室外换热器4中蒸发后,从第四个三通 阀17的第二个端口 17b流向第一个端口 17a,经过四通阀换向阀11,汽液分 离器13,回到压縮机l。 6)冬季除霜
本发明采用优于普通空调的热水源除霜循环,能快速高效地进行除霜。此 时室外换热器作为冷凝器,制冷剂冷凝放热融霜,而制冷剂-水换热器作为蒸 发器,热水提供蒸发潜热的热源,室内换热器不使用。
具体工作流程为:从压縮机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11, 经过第四个三通阀17的第一个端口 17a流向第三个端口 17c,在室外换热器4 中冷凝放热后,从第三个三通阀16的第三个端口 16c流向第一个端口 16a,经 过第二个单向截止阀19,到高压储液罐7,制冷剂液体从高压储液罐7底部流 出,经过干燥过滤器8,经过第一个节流装置9,从第二个三通阀15的第一个 端口 15a流向第三个端口 15c,在制冷剂-水换热器3中蒸发后,从第一个三通 阀14的第二个端口 14b流向第一个端口 14a,经过四通阀换向阀11,汽液分 离器13,回到压縮机l。
7谱通太阳能制热水
此种模式下,热泵系统不工作,完全依靠太阳能集热器吸收太阳光来加热 水箱中的水,获得零成本热水。

Claims (8)

1、一种多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于包括制冷剂循环系统和水循环系统二部分,制冷剂循环系统为:压缩机(1)高压出口(1b)与四通换向阀(11)第一端口(11a)相连,四通换向阀(11)第二端口(11b)与第一三通阀(14)的第一端口(14a)相连,四通换向阀(11)的第三端口(11c)与第四三通阀(17)的第一端口(17a)相连,四通换向阀(11)的第四端口(11d)经汽液分离器(13)与压缩机(1)低压进口(1a)相连;第一三通阀(14)的第二端口(14b)分别与第四三通阀(17)的第三端口(17c)、制冷剂-水换热器(3)的第二端口(3b)相连,第一三通阀(14)的第三个端口(14c)与室内换热器(2)的第一个端口(2a)相连;室内换热器(2)的第二端口(2b)与第二三通阀(15)的第二端口(15b)相连;第二三通阀(15)的第一个端口(15a)分别与第一节流装置(9)的第二端口(9b)、第一单向截止阀(18)的第一端口(18a)相连,第二三通阀(15)的第三端口(15c)分别与第三三通阀(16)的第二端口(16b)、制冷剂-水换热器(3)的第一端口(3a)相连;第一单向截止阀(18)的第二端口(18b)分别与高压储液罐(7)的进口(7a)、第二单向截止阀(19)的第二端口(19b)相连;高压储液罐(7)的出液口(7b)经干燥过滤器(8)分别与第一节流装置(9)的第一端口(9a)、第二节流装置(10)的第一端口(10a)相连;第二节流装置(10)的第二端口(10b)分别与第二单向截止阀(19)的第一端口(19a)、第三三通阀(16)的第一端口(16a)相连;第三三通阀(16)的第三端口(16c)与室外换热器(4)的第一端口(4a)相连;室外换热器(4)的第二端口(4b)与第四三通阀(17)的第二端口(17b)相连;水路循环系统为:水箱(5)与太阳能集热装置(6)相连,水箱(5)的出水口(5a)与循环水泵(12)的入口(12a)相连,循环水泵(12)的出口(12b)与制冷剂-水换热器(3)的第二水流通口(3d)相连,制冷剂-水换热器(3)的第一水流通口(3c)与水箱(5)的回水口(5b)相连。
2、 根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于所述 的第一节流装置(9)或第二节流装置(10)是手动节流阀、自动节流阀或毛细管。
3、 根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于所述 的第一单向截止阔(18)或第二单向截止阀(19)是手动截止阀或自动截止阀。
4、 根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于所述 的第一单向截止斷18)或第二单向截止阀(19)可由双向截止阀代替。
5、 根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于所述 的第一三通阀(14)、第二三通阀(15)、第三三通阀(16)或第四三通阀(17)可由两个双向截止阀代替。
6、 根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于所述的制冷剂-水换热器(3)是套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉 浸式换热器。
7、 根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于所述 的室内换热器(2)或室外换热器(4)是风冷换热器。
8、 根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调系统,其特征在于所述 的太阳能集热装置(6)直接与水箱(5滩连,或者太阳能集热装置(6)通过附加的 循环水泵间接与水箱(5)相连。
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