CN101943481A - 相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置 - Google Patents

相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，包括室内风冷换热器、与室内风冷换热器分别通过四通换向阀及膨胀阀相连的室外风冷换热器以及并联在四通换向阀上的转子压缩机，其中室内风冷换热器上并联有水冷套管换热器，室外风冷换热器上并联有相变蓄热器。本发明能在夏季太阳辐射过多时进行相变蓄能，避免水温过高超过使用要求且水箱散热严重等弊端、在太阳辐射不足时能相变释能进行热量补充、必要时能用空气源热泵辅助制热。

Description

相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置
技术领域
本发明涉及一种太阳能热水装置，具体地说是相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置。
背景技术
太阳能热利用发展到今天，无论是在集热器的集热效率方面，或是在性价比方面都取得了巨大的进步。太阳能热水器在中国具有非常广阔的市场，并且随着能源危机的不断加剧，太阳能的利用受到了国家越来越大的重视。但太阳辐射存在不稳定的弊端，单纯使用太阳能热水器无法保证随时随地的热水需要。如今市场上的太阳能热水器大多采用辅助电加热的方式弥补，这种对高位能源的不合理使用造成了巨大的能源浪费。另外，夏季太阳辐射往往过于充足，太阳能集热器往往能够在较短的时间内就将水箱中的水加热至所需温度，经过一天的太阳照射，水箱中的水温会达到非常高的温度，有时甚至超过70℃。而夏季人们一般不需要如此高的水温，因此在使用时多会采用与冷水混合降低水温后再使用，如此一方面使得制取的热水不被完全利用反而需要掺混冷水造成水源浪费，另一方面高温热水导致水箱对外界散热非常严重，再者，太阳能集热器长时间在过高的温度下运行，集热效率越来越低，而且对其使用寿命也有很不利影响。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种能避免夏季由于太阳辐射过多水箱水温过高散热严重、在太阳辐射不足时能相变释能进行热量补充、必要时能用空气源热泵辅助制热的相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置。
技术方案：为达到上述目的，本发明的技术方案为一种相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，包括室内风冷换热器、与室内风冷换热器分别通过四通换向阀及膨胀阀相连的室外风冷换热器以及并联在四通换向阀上的转子压缩机，其中室内风冷换热器上并联有水冷套管换热器，室外风冷换热器上并联有相变蓄热器。
该装置还包括与相变蓄热器并联的太阳能集热器以及与水冷套管换热器并联的热水储水箱，热水储水箱还与相变蓄热器并联。
所述热水储水箱分别通过循环水泵与水冷套管换热器及相变蓄热器并联。
所述室外风冷换热器与相变蓄热器中的制冷剂管路并联。
所述太阳能集热器与相变蓄热器中的热水管路并联。
有益效果：本发明具有以下有益效果：
1、夏季将过余的太阳辐射通过相变材料蓄积，在太阳辐射不足时通过相变释能对热水进行补充加热，因此减少了辅助热泵耗能。
2、由于对多余的太阳辐射进行蓄热，水箱中的水温基本只保持在所需要的温度水平，减少了水温过高导致的高热量散失；同时在使用时热水无需因为水温过高而需要混合冷水才能使用，节约了用水。
3、相变蓄热能够基本上保持较恒定的温度，使得太阳能集热器的工作温度相比较循环加热热水时有所降低，因此集热效率相对较高，也延长了太阳能集热器的使用寿命。
4、家用空气源热泵在制冷的同时也能够进行相变蓄热，使得蓄热器中的相变材料的蓄能能力得到充分利用；而在冬季制热的同时也能够制取热水。
5、通过热泵辅助替代电加热辅助，高效节能。
附图说明
附图为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
如图所示，一种相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，包括室内风冷换热器6，室内风冷换热器6分别通过四通换向阀5及膨胀阀8与室外风冷换热器3相连，四通换向阀5上还并联有转子压缩机4，室内风冷换热器6、室外风冷换热器3、四通换向阀5、转子压缩机4以及膨胀阀8共同构成了热泵。在室内风冷换热器6上并联有水冷套管换热器7，水冷套管换热器7上并联有热水储水箱9，室外风冷换热器3与相变蓄热器2的制冷剂管路并联，相变蓄热器2上并联有太阳能集热器1，储水箱9还分别通过与循环水泵10与水冷套管换热器7及相变蓄热器2并联。
相变蓄热装置里同时设置热水管路及制冷剂管路，热水管路连接在太阳能集热器的进出口管路之间，制冷剂管路则与空气源热泵的室外风冷换热器并联。通过热水管路上的阀门切换，生活用水既能够在水箱与集热器之间循环，也能够在蓄热器与集热器间循环。而通过制冷剂管路上的阀门切换，蓄热器中的制冷剂管路能够作为空气源热泵的冷凝器，在夏季制冷运行时向相变材料释放冷凝热进行相变蓄能。
在夏季太阳辐射充足时，太阳能集热器通过吸收太阳辐射，加热水箱中的生活用水，如果一直加热下去，水温往往会远高于所需要的温度。因此当水箱中的水温达到设定温度时，通过阀门切换，太阳能集热器不再用来继续加热水箱中的热水而转而进行相变蓄热，循环水泵驱动热水在相变蓄热器与太阳能集热器之间不断循环，蓄热器中的相变材料吸收热水中的热量发生相变高效蓄能，而通过释放热量降低了温度的热水又流经太阳能集热器被再次加热。由于对多余的太阳辐射进行了蓄热，水箱中的水温基本只保持在所需要的温度水平，减少了水温过高导致的高热量散失；在使用时热水无需因为水温过高而需要混合冷水才能使用，节约了用水。太阳能集热器的工作温度也有所降低，因此集热效率相对较高，也延长了其使用寿命。
夏季室内往往需要供冷，家用空气源热泵通过室内风冷换热器吸收室内热量，经制冷循环，将热量通过室外风冷换热器排入室外。本发明在相变蓄热装置中设置有制冷剂管路，当空气源热泵进行室内制冷运行时，可以通过阀门切换，先将冷凝排热通过蓄热器中的制冷剂管路释放给相变材料，相变材料吸收冷凝热量后发生相变，这部分冷凝热量同时被蓄积起来。也可以将室外风冷换热器与蓄热器中的制冷剂管路并联运行，冷凝热量一部分排入大气，一部分用来提供相变蓄热。这种在空气源热泵制冷运行时进行的相变蓄热过程可以和上述太阳能集热器的蓄热过程同时进行，也可以在无太阳能集热器蓄热时独自进行。而当阴雨天太阳辐射不足，太阳能集热器无法使热水满足温度需要时，将水在相变蓄热器中及水箱中循环，通过释放相变蓄积的热量加热水箱中的水。如果仅靠相变释放的热量无法使水温升高至所需温度，则将空气源热泵转为制热模式，通过阀门切换断开室内风冷换热器部分，而将水冷套管换热器作为热泵冷凝器，吸收室外空气热量，以热泵循环将水箱中的已经经过相变预热的水加热至需要的温度。由于热水已经被相变材料预热至一定温度，相比无蓄热器的热泵辅助太阳能热水系统，热泵的冷凝热负荷减少，耗能也有所降低。
冬季往往无多余的太阳辐射用来蓄积，太阳能集热器以常规的形式工作，吸收太阳辐射加热水箱中的生活用水；家用空气源热泵则以供暖方式运行，吸收室外空气的热量并通过热泵循环由室内风冷换热器将热量释放到房间内。当太阳辐射强度不足以满足热水温度要求时，空气源热泵则以热泵热水模式运行，吸收室外空气热量并通过热泵循环在水冷套管换热器中释放冷凝热加热生活用水。而在室内供暖温度要求不是很高时，室内风冷换热器与水冷套管换热器还可以并联使用，热泵在供暖的同时加热生活用水。与传统的电加热辅助模式相比，热泵辅助加热更加高效节能，符合国家节能减排方针政策。

Claims (5)

1.一种相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，包括室内风冷换热器(6)、与室内风冷换热器(6)分别通过四通换向阀(5)及膨胀阀(8)相连的室外风冷换热器(3)以及并联在四通换向阀(5)上的转子压缩机(4)，其特征在于：所述室内风冷换热器(6)上并联有水冷套管换热器(7)，室外风冷换热器(3)上并联有相变蓄热器(2)。
2.根据权利要求1所述相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，其特征在于：该装置还包括与相变蓄热器(2)并联的太阳能集热器(1)以及与水冷套管换热器(7)并联的热水储水箱(9)，热水储水箱(9)还与相变蓄热器(2)并联。
3.根据权利要求1或2所述相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，其特征在于：所述热水储水箱(9)分别通过循环水泵(10)与水冷套管换热器(7)及相变蓄热器(2)并联。
4.根据权利要求1或2所述的相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，其特征在于：所述室外风冷换热器(3)与相变蓄热器(2)中的制冷剂管路并联。
5.根据权利要求1或2所述的相变蓄热型空气源热泵辅助太阳能热水装置，其特征在于：所述太阳能集热器(1)与相变蓄热器(2)中的热水管路并联。
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