CN101566408B - 一种间膨式多功能太阳能辅助空调系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种间膨式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二部分，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。本发明采用非常简洁的方式，通过一种带高压储液桶的新桥路模块，采用三个节流元件与系统的三个换热器一一对应的连接方法，仅用两个电动阀门即可实现冷暖空调和热水器多种功能模式，大幅降低了成本和控制难度。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
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，尤其涉及一种间膨式多功能太阳能辅助空调系统。
背景技术
太阳能是人类取之不尽的能量来源，太阳能与热泵技术的结合是缓解目前世界性的能源紧张，实现节能减排一个重要努力方向。间接膨胀式(简称间膨式)太阳能辅助热泵是一种历史最悠久的太阳能与热泵技术的结合方式，它通过水或其他载热流体将太阳能补充到热泵蒸发器侧，通过提高蒸发温度来实现更高效地供热。近年来，太阳能热水器技术的快速发展为间膨式太阳能热泵提供了广阔的发展空间，太阳能热水器与家用冷暖空调配和使用，则不但可以满足普通家庭在一年四季中对制冷、制热和制热水等多种需求，而且可以减少电耗，大幅降低运行费用，具有良好的应用前景。
专利ZL200610050285.5提出的太阳能辅助多功能热泵系统，结构简单、节能高效，但是该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。专利ZL 200710070046.0提出的太阳能辅助多功能热泵系统，增设了高压储液桶，并保证高压储液器底部的液态制冷工质正向流过节流元件，可以实现专利ZL200610050285.5中的所有功能。但该系统采用了一个节流元件来实现所以功能模式的流量调节，仅适用于采用电子膨胀阀等开度可调的节流元件，不适用于毛细管作节流元件。另外，该系统采用的电动阀门较多，成本高、控制困难。本发明采用非常简洁的方式，通过一种带高压储液桶的新桥路模块，采用三个节流元件与系统的三个换热器一一对应地进行连接，仅用两个电动阀门即可实现专利ZL 200710070046.0中的所有功能，大幅降低了成本，降低了控制难度，提高了运行的可靠性。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，提供一种间膨式多功能太阳能辅助空调系统。
间膨式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：压缩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阀的第一端口相连，四通换向阀的第三端口经汽液分离器与压缩机低压进口相连，四通换向阀的第四端口与第二三通阀的第一端口相连；第一三通阀的第二端口分别与第二三通阀的第三端口和制冷剂-水换热器的第一端口相连，第一三通阀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分别与第一节流元件的第一个端口和第一单向截止阀的第二个端口相连；第一单向截止阀的第一个端口分别与高压储液罐的进口、第二单向截止阀的第一端口和第三单向截止阀的第一端口相连；高压储液罐的出液口经干燥过滤器分别与第一节流元件的第二端口、第二节流元件的第二端口和第三节流元件的第二端口相连；第二节流元件的第一端口分别与第二单向截止阀的第二端口和制冷剂-水换热器的第二端口相连；第三节流元件的第一端口分别与第三单向截止阀的第二端口和室外换热器的第一端口相连；室外换热器的第二端口与第二三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-水换热器的第三水流端口相连，制冷剂-水换热器的第四水流端口与水箱的回水口相连。
所述的节流元件是手动节流阀，自动节流阀或毛细管。第一单向截止阀，第二单向截止阀或第三单向截止阀是手动截止阀或自动截止阀。第一单向截止阀，第二单向截止阀或第三单向截止阀可由双向截止阀代替。第一三通阀、第二三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。本发明采用非常简洁的方式将空调和热水器一体化设计，实现了多种使用功能。仅用两个电动阀门即可实现所有功能，降低了控制难度，提高了运行的可靠性。
3)经济性。本发明的一体化设计，大幅降低了成本，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。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。分别用三个节流元件独立控制进入三个换热器的流量，可以很好地适应功能模式之间的转化，进一步提高了系统运行的可靠性。
附图说明
附图是间膨式多功能太阳能辅助空调系统流程图；
图中：压缩机1、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、第一节流元件9、第二节流元件10、第三节流元件11、四通换向阀12、汽液分离器13、循环水泵14、第一三通阀15、第二三通阀16、第一单向截止阀17、第二单向截止阀18、第三单向截止阀19。
具体实施方式
如附图所示，间膨式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：压缩机1高压出口1b与四通换向阀12第一端口12a相连，四通换向阀12第二端口12b与第一三通阀15的第一端口15a相连，四通换向阀12的第三端口12c经汽液分离器13与压缩机1低压进口1a相连，四通换向阀12的第四端口12d与第二三通阀16的第一端口16a相连；第一三通阀15的第二端口15b分别与第二三通阀16的第三端口16c和制冷剂-水换热器3的第一端口3a相连，第一三通阀15的第三个端口15c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分别与第一节流元件9的第一个端口9a和第一单向截止阀17的第二个端口17b相连；第一单向截止阀17的第一个端口17a分别与高压储液罐7的进口7a、第二单向截止阀18的第一端口18a和第三单向截止阀19的第一端口19a相连；高压储液罐7的出液口7b经干燥过滤器8分别与第一节流元件9的第二端口9b、第二节流元件10的第二端口10b和第三节流元件11的第二端口11b相连；第二节流元件10的第一端口10a分别与第二单向截止阀18的第二端口18b和制冷剂-水换热器3的第二端口3b相连；第三节流元件11的第一端口11a分别与第三单向截止阀19的第二端口19b和室外换热器4的第一端口4a相连；室外换热器4的第二端口4b与第二三通阀16的第二端口16b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14的入口14a相连，循环水泵14的出口14b与制冷剂-水换热器3的第三水流端口3c相连，制冷剂-水换热器3的第四水流端口3d与水箱5的回水口5b相连。
所述的第一节流元件9、第二节流元件10或第三节流元件11是手动节流阀、自动节流阀或毛细管。第一单向截止阀17、第二单向截止阀18或第三单向截止阀19是手动截止阀或自动截止阀。第一单向截止阀17、第二单向截止阀18或第三单向截止阀19可由双向截止阀代替。
第一三通阀15或第二三通阀16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15时，A装在端口15b和三叉点20之间的管路上，B装在端口15c和室内换热器的端口2a之间的管路上；用两个双向截止阀，设为C，D代替三通阀16时，C装在端口16b和室外换热器端口4b之间的管路上，D装在端口16c和三叉点20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是风冷换热器或水冷换热器。太阳能集热装置6是直接与水箱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-水换热器和压缩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：
1)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：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀12，经过第一个三通阀15的第一个端口15a流向第三个端口15c，在室内换热器2中冷凝放热后，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，经过第三个节流元件11降压进入室外换热器4，在室外换热器4中蒸发后，从第二个三通阀16的第二个端口16b流向第一个端口16a，经过四通阀12，汽液分离器13，回到压缩机1。
2)太阳能辅助室内制热
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12，经过第一个三通阀15的第一个端口15a流向第三个端口15c，在室内换热器2中冷凝放热后，经过第一个单向截止阀17，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，第二个节流元件10降压进入制冷剂-水换热器3，在制冷剂-水换热器3中蒸发后，从第二个三通阀16的第三个端口16c流向第一个端口16a，通过四通换向阀12，汽液分离器13，最后回到压缩机1。在上述制冷循环运行的同时，循环水泵14开启，水箱5中的热水经过循环水泵14，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：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀12，经过第二个三通阀16的第一个端口16a流向第二个端口16b，经过室外换热器4，在其中冷凝放热后，经过第三个单向截止阀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，第一个节流元件9降压进入室内换热器2，在室内换热器2中蒸发后，从第一个三通阀15的第三个端口15c流向第一个端口15，经过四通阀换向阀12，汽液分离器13，回到压缩机1。
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：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀12，经过第二个三通阀16的第一个端口16a流向第三个端口16c，在制冷剂-水换热器3中冷凝放热后，经过第三个单向截止阀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，第一个节流元件9，在室内换热器2中蒸发后，从第一个三通阀15的第三个端口15c流向第一个端口15a，经过四通阀换向12，汽液分离器13，回到压缩机1。
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：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀12，经过第一个三通阀15的第一个端口15a流向第二个端口15b，在制冷剂-水换热器3中冷凝放热后，经过第二个单向截止阀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，第三个节流元件11，在室外换热器4中蒸发后，从第二个三通阀16的第二个端口16b流向第一个端口16a，经过四通阀换向阀12，汽液分离器13，回到压缩机1。
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：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀12，经过第二个三通阀16的第一个端口16a流向第二个端口16b，在室外换热器4中冷凝放热后，经过第三个单向截止阀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，经过第二个节流元件10，在制冷剂-水换热器3中蒸发后，从第一个三通阀15的第二个端口15b流向第一个端口15a，经过四通阀换向阀11，汽液分离器13，回到压缩机1。
7)普通太阳能制热水
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)
1.一种间膨式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(12)第一端口(12a)相连，四通换向阀(12)第二端口(12b)与第一三通阀(15)的第一端口(15a)相连，四通换向阀(12)的第三端口(12c)经汽液分离器(13)与压缩机(1)低压进口(1a)相连，四通换向阀(12)的第四端口(12d)与第二三通阀(16)的第一端口(16a)相连；第一三通阀(15)的第二端口(15b)分别与第二三通阀(16)的第三端口(16c)和制冷剂-水换热器(3)的第一端口(3a)相连，第一三通阀(15)的第三个端口(15c)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)分别与第一节流元件(9)的第一个端口(9a)和第一单向截止阀(17)的入口(17b)相连；第一单向截止阀(17)的出口(17a)分别与高压储液罐(7)的进口(7a)、第二单向截止阀(18)的出口(18a)和第三单向截止阀(19)的出口(19a)相连；高压储液罐(7)的出液口(7b)经干燥过滤器(8)分别与第一节流元件(9)的第二端口(9b)、第二节流元件(10)的第二端口(10b)和第三节流元件(11)的第二端口(11b)相连；第二节流元件(10)的第一端口(10a)分别与第二单向截止阀(18)的入口(18b)和制冷剂-水换热器(3)的第二端口(3b)相连；第三节流元件(11)的第一端口(11a)分别与第三单向截止阀(19)的入口(19b)和室外换热器(4)的第一端口(4a)相连；室外换热器(4)的第二端口(4b)与第二三通阀(16)的第二端口(16b)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(14)的入口(14b)相连，循环水泵(14)的出口(14a)与制冷剂-水换热器(3)的第三水流端口(3c)相连，制冷剂-水换热器(3)的第四水流端口(3d)与水箱(5)的回水口(5b)相连。
2.根据权利要求1所述的一种间膨式多功能太阳能辅助空调系统，其特征在于所述的第一节流元件(9)、第二节流元件(10)、第三节流元件(11)是手动节流阀，自动节流阀或毛细管。
3.根据权利要求1所述的一种间膨式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阀(17)、第二单向截止阀(18)或第三单向截止阀(19)是手动截止阀或自动截止阀。
4.根据权利要求1所述的一种间膨式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阀(17)、第二单向截止阀(18)或第三单向截止阀(19)由双向截止阀代替。
5.根据权利要求1所述的一种间膨式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(15)或第二三通阀(16)由两个双向截止阀代替。
6.根据权利要求1所述的一种间膨式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所述的一种间膨式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所述的一种间膨式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)是直接与水箱(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。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111109 Termination date: 20150611 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |