CN103292393A - 太阳能光伏光热复合式空调器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种太阳能光伏光热复合式空调器，包括：热电联供集热器，包括吸收光能以产生电能的光伏组件，以及吸收光能以产生热能的集热组件；室外机和室内机，室外机和室内机连接；其中，室外机包括，吸附式模块和蒸汽压缩式模块；吸附式模块连接集热组件，蒸汽压缩式模块连接光伏组件，吸附式模块和蒸汽压缩式模块单独或共同向室内机供热或制冷。本发明的主要优点是，通过引入PV/T集热器，将两种制冷技术有机结合，提出一种热电互补的复合式太阳能空调器形式，实现空调全天候不间断使用太阳能，进一步降低空调器的能耗，同时实现光热式太阳能空调在家用空调领域的应用。

Description

太阳能光伏光热复合式空调器

技术领域

本发明涉及太阳能应用领域，特别是一种太阳能光伏光热复合式空调器。

背景技术

目前将太阳能应用在空调器中主要有两种方式，一种是利用光伏组件将太阳能转化为电能，为蒸汽压缩式空调器提供电能；另一种是利用集热器将太阳能转化为热能，驱动吸收、吸附式等热驱动的制冷设备进行制冷，两种方式都存在自身的不足。光伏式的太阳能空调存在能量转化效率低、能量难以储存、设备成本高等缺陷，光热式太阳能空调则存在机组复杂度高、难以小型化等不足，限制了其在家用空调领域的推广和使用。

发明内容

本发明提供一种太阳能光伏光热复合式空调器，以解决现有技术的光伏式太阳能空调光电转化效率低、能量储存困难，以及光热式太阳能空调系统复杂、难以小型化的难题。

本发明通过如下技术方案实现：一种太阳能光伏光热复合式空调器，包括：热电联供集热器，包括吸收光能以产生电能的光伏组件，以及吸收光能以产生热能的集热组件；室外机和室内机，室外机和室内机连接；其中，室外机包括，吸附式模块和蒸汽压缩式模块；吸附式模块连接集热组件，蒸汽压缩式模块连接光伏组件，吸附式模块和蒸汽压缩式模块单独或共同向室内机供热或制冷。

进一步地，集热组件设置有冷却水管，冷却水管连通吸附式模块和光伏组件，构成冷却循环管路，以冷却光伏组件及为吸附式模块提供热量。

进一步地，蒸汽压缩式模块与吸附式模块以各自独立的管路连通同一室内机。

进一步地，蒸汽压缩式模块与吸附式模块分别连通不同的室内机。

进一步地，吸附式模块包括蓄水箱，及由上向下顺序设置的冷凝室、吸附室和蒸发室，吸附室设置有吸附床，蒸发室设置有蒸发器，冷凝室设置有冷凝器；吸附床中含有吸附剂以及换热流体盘管，吸附室通过蒸发器阀与蒸发室连通，通过冷凝器阀和冷凝室连通；蓄水箱的上部通过冷凝水阀与冷凝室相连，蓄水箱的下部通过蓄水箱阀与蒸发室相连。

进一步地，室外机还包括集成换热器；集成换热器包括蒸发器冷却水换热器、吸附床冷却水换热器、冷凝器冷却水冷却器以及蒸汽压缩式模块冷凝器，蒸发器冷却水换热器的冷却水管路连通蒸发器，形成蒸发器换热循环水回路，吸附床冷却水换热器的冷却水管路连通吸附床，形成吸附床换热循环水回路，冷凝器冷却水换热器的冷却水管路连通冷凝器，形成冷凝器冷却循环水回路，蒸汽压缩式模块冷凝器的冷却水管路连通蒸汽压缩式模块。

进一步地，集成换热器还包括风机，风机的风道穿过集成换热器。

进一步地，室外机还包括泵站；泵站集成在室外机内，包括多个水泵，多个水泵分别为冷凝器冷却循环水回路、吸附床换热循环水回路以及蒸发器换热循环水回路提供动力。

进一步地，泵站还包括，多个电磁阀，电磁阀选通地连通吸附式模块与热电联供集热器、集成换热器以及室内机。

进一步地，电控单元；电控单元电控制室外机和室内机。

通过上述技术方案，本发明的主要优点是，通过引入PV/T集热器，将两种制冷技术有机结合，提出一种热电互补的复合式太阳能空调器形式，实现空调全天候不间断使用太阳能，进一步降低空调器的能耗，同时实现光热式太阳能空调在家用空调领域的应用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的太阳能光伏光热复合式空调器的整体示意图；

图2示出了本发明的太阳能光伏光热复合式空调器的室外机部分示意图；以及

图3示出了本发明的太阳能光伏光热复合式空调器的吸附式模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明是一种使用PV/T(热电联供)集热器的光伏光热复合式太阳能家用空调器，该空调器使用PV/T集热器作为太阳能收集装置，PV/T集热器是一种能够同时将太阳能转化为电能和热能的太阳能收集设备，集热器对光伏组件的冷却作用能够提高光伏组件的发电效率，因此PV/T集热器拥有很高的太阳能转化效率。空调器内集成了两套制冷系统，一套是电能驱动的蒸汽压缩式制冷系统，电能由市电和太阳能光伏电源耦合提供，优先使用太阳能光伏电源；另一套制冷系统是热能驱动的吸附式制冷系统，热能由太阳能集热器提供。该空调器能够实现制冷和制热，满足不同季节的空气调节需要。

本发明的太阳能光伏光热复合式空调器的系统原理图如图1所示，该系统由PV/T集热器10、室内机30、室外机20三部分组成：

PV/T集热器10是集成了太阳能集热器以及光伏组件的太阳能收集设备，光伏组件基于光电效应，吸收光能产生电能，集热器则吸收太阳光中的热能，产生热水，两者同时进行。进一步的，集热器中的水在吸热的同时，能够对光伏组件产生冷却作用，使光伏组件的温度保持在较低的水平，较低的温度更有利于光电效应的进行，因此能够提高光伏组件的转化效率，提高发电量。进一步的，本发明中还通过吸附模块冷却集热器中的水，保证对光伏组件的冷却效率。PV/T集热器10可以是多个组件串联使用，可根据机组的容量大小或对热水的需求量进行配置。

室内机30是用于处理室内空气的末端设备，包含管翅式换热器以及送风设备，可以是壁挂机、风管机、柜机等多种形式，其特殊之处在于，拥有两套独立的冷媒换热回路，由于本系统拥有两套制冷系统，使用冷媒不同，蒸汽压缩式系统采用R410A冷媒，直接送到室内机30，而吸附式制冷系统采用水作为载冷剂，送到室内机30进行换热，两者不能混合。此外，也可采用两台独立的室内机30，分别作为两套制冷系统的末端设备。

如图2所示，室外机20包含5个部分，分别是：吸附式模块21、泵站22、集成换热器23、蒸汽压缩式模块24以及电控单元25。

如图3所示，吸附式模块21包括吸附室、冷凝室、蒸发室和蓄水箱，冷凝室与蒸发室分别设置在吸附室的上部和下部，并分别通过蒸发器阀217和冷凝器阀215与吸附室相通；所述吸附室、蒸发室和冷凝室内分别设置有吸附床212、蒸发器213和冷凝器211。吸附床212中有固体吸附剂以及换热流体盘管，蒸发器213中有管翅式换热器，管内为载冷剂水，管外为液态制冷剂，翅片用于扩大换热面积，增强换热。冷凝器211中有管翅式换热器，冷却水从管中流过，冷却管外为经吸附床212吸附后，脱附出来的高温高压的气态制冷剂。蓄水箱214位于吸附床212侧面，上部与冷凝室通过冷凝水阀216相连，底部与蒸发室通过蓄水箱阀218相连，制冷剂蒸汽在冷凝器211内冷凝成液态制冷剂后，流入蓄水箱214。蓄水箱阀218是开度可调节的步进电磁阀。制冷时，液态制冷剂流入蒸发器213，进行蒸发制冷。

泵站22集成在室外机20内，由3个水泵、若干电磁阀、手动闸阀及它们之间的管路组成，三个水泵分别为吸附式模块21的冷凝器211冷却循环水回路、吸附床212换热循环水回路以及蒸发器213换热循环水回路提供动力，并且通过相应的阀门开关，实现脱附蓄冷、吸附制冷、吸附制热三种运行模式。

集成换热器23包含一系列管翅式换热单元以及用于增强换热的风机231，集成了蒸发器冷却水换热器233、吸附床冷却水换热器234、冷凝器冷却水冷却器235以及蒸汽压缩式模块冷凝器232，蒸发器冷却水换热器233的冷却水管路连通蒸发器213，形成蒸发器换热循环水回路，吸附床冷却水换热器234的冷却水管路连通吸附床212，形成吸附床换热循环水回路，冷凝器冷却水换热器235的冷却水管路连通冷凝器211，形成冷凝器冷却循环水回路，蒸汽压缩式模块冷凝器232的冷却水管路连通蒸汽压缩式模块24，各换热器回路相互独立，共用同一套风机系统。

蒸汽压缩式模块24包含压缩机241、四通阀242、节流装置243以及它们之间的管路，压缩机241使用电能驱动，电能由PV/T集热器产生的直流电能以及交流市电共同提供。蒸汽压缩式制冷系统使用R410a作为制冷剂。

电控单元25包含电源管理单元、压缩机驱动单元、数据采集单元、逻辑处理单元、控制单元。电源管理单元协调市电以及太阳能电源的供给关系，优先使用太阳能供电，市电作为补充，太阳能直流电源直接输入空调器，不需要逆变成为交流电；压缩机驱动单元用于驱动压缩机运转，压缩机包含但不限于直流变频压缩机；数据采集单元用于系统各参数的采集，参数包含但不限于蒸汽压缩式系统的压缩机吸排气温度、蒸发温度、冷凝温度、室内外环境温度、系统压力，吸附式系统的各水环路进出口温度、吸附床内压力等(在相应的位置设置有相应的检测装置并与控制器连接)；逻辑处理单元根据系统各项参数进行相应的计算和处理，包含但不限于压缩机开停逻辑以及频率计算、风机开停逻辑以及转速计算、各阀门的开关逻辑以及两套系统的互补运转逻辑等；控制单元进行系统各部件的控制输出，根据逻辑处理单元的输出信号，转变成相应的控制信号控制系统各部件的动作。

该空调机组的基本运行原则是，在白天有光照的时段使用蒸汽压缩式系统进行制冷或制热，优先使用PV/T集热器产生的电能，降低机组的电能消耗，同时，使用PV/T集热器产生的热能进行吸附式系统的脱附，脱附后的气态制冷剂通过冷凝器进行冷凝后，存储在蓄水箱中，完成太阳能到吸附势能的转化和储存。在夜间没有光照的时段，使用白天储存的吸附势能驱动吸附式制冷系统进行制冷或制热。

具体的运行模式如下：

1、制冷模式

在白天，PV/T集热器10接收太阳辐射，同时产生直流电能和热能，其中电能直接输送到电控单元25中，与市电耦合后，驱动压缩机241运转，向房间输出冷量。热能则输入到吸附式模块21中。此时，吸附式模块21中的蒸发器阀217关闭，蓄水箱阀218关闭，冷凝器阀215关闭，冷凝水阀216关闭，阀V7和阀V10首先打开，其他阀门均关闭，泵P2启动，将PV/T集热器10中的热水送到吸附床212，吸附床212吸热，温度不断升高，压力不断增大，到达制冷剂脱附温度时，制冷剂开始从吸附剂中脱附形成气态制冷剂，当吸附床212内压力达到一定值时(通过压力传感器进行监控)，打开阀V11、V12，泵P3启动，使冷却水在冷凝器冷却水换热器235和吸附模块21中的冷凝器211之间的管道循环流动换热，然后冷凝器阀215打开，冷凝水阀216打开，从吸附床212脱附出来的制冷剂气体经冷凝器阀215进入冷凝器室，与冷凝器211换热后冷凝成液态制冷剂，积存在冷凝器室底部，并通过冷凝水阀216流入蓄水箱214，挡水板219能够防止液态制冷剂流入吸附床。此阶段为吸附式系统蓄冷阶段，将太阳能转化为吸附势能并储存在蓄水箱214中。此时空调系统的冷量由蒸汽压缩式系统提供。

在夜间，PV/T集热器10停止工作，蒸汽压缩式模块24进入待机状态，吸附式模块21开始进入吸附制冷阶段。此时，冷凝器阀215关闭，冷凝水阀216关闭，阀V7和阀V10关闭，阀V5和阀V8打开，泵P2开始运转，使冷却水在吸附床冷却水换热器234和吸附模块21中的吸附床212之间的管道循环流动换热，开始对吸附床212进行冷却，当吸附床212内温度和压力降至一定值时(检测装置与控制器连接)，打开蒸发器阀217，同时打开蓄水箱阀218到一定开度，蓄水箱214中液态制冷剂流入蒸发器室，保持蒸发器室内的低压状态，保证较低的蒸发温度，液态制冷剂在蒸发器室低压状态下蒸发，蒸发后的气态制冷剂通过蒸发器阀217后被吸附床212吸附，同时吸收蒸发器213管内的载冷剂的热量，然后打开阀V2和阀V4，泵P1开始运转，使连接在蒸发器213和室内机30之间管道内的载冷剂循环流动换热，进行制冷。此时，空调系统的冷量由吸附式模块21提供。当白天光照强度不够时，吸附式模块21的蓄冷量不能满足夜间制冷需求，此时则转换为市电供电方式，开启蒸汽压缩式模块24，输出冷量进行辅助。

2、制热模式

在白天，PV/T集热器10接收太阳辐射，同时产生直流电能和热能，其中电能直接输送到蒸汽压缩式模块24中，与市电耦合后，驱动压缩机241运转，蒸汽压缩式模块24转为热泵模式，向房间输出热量。吸附式模块21与制冷模式白天的动作一样，此时空调系统的冷量由蒸汽压缩式模块24提供，吸附式模块21进入蓄冷阶段，实际上是将太阳能转化为吸附势能并储存。

在夜间，PV/T集热器10停止工作，蒸汽压缩式模块24进入待机状态，吸附式模块21进行一系列的阀动作，切换换热流路，即：冷凝器阀215关闭，冷凝水阀216关闭，阀V7和阀V10关闭，阀V6和阀V9打开，泵P2开始运转，使吸附床212和室内机30之间的管道内的载冷剂循环流动换热，换热后的载冷剂温度降低，回到吸附床212对其进行冷却，当吸附床212内温度和压力降至一定值时(相应的设置有温度或者压力传感器)，打开蒸发器阀217，同时打开蓄水箱阀218到一定开度，蓄水箱214中的液态制冷剂在压力的作用下进入蒸发室，在低压状态下蒸发，蒸发后的气态制冷剂通过蒸发器阀217后被吸附床212吸附，同时同时吸收蒸发器213管内的冷却水的热量，然后打开阀V1和阀V3，泵P1开始运转，并通过泵P1送入室外换热器，使连接在蒸发器213和蒸发器冷却水换热器233之间管道内的冷却水循环流动换热，从环境中吸取热量。随着吸附量的增加，吸附热大量产生，当吸附床212换热流体盘管内的载冷剂的温度达到一定值后(防冷风功能)，开启室内机的风机，开始制热。而蒸发的冷量则传递到蒸发器冷却水换热器233，与环境换热。当白天光照强度不够时，吸附式模块21的蓄冷量不能满足夜间制热需求，此时则转换为市电供电方式，开启蒸汽压缩式模块24，输出热量进行辅助。

根据本发明的太阳能光伏光热复合式空调器，具有如下有益效果：

首先，将PV/T集热器引入家用空调系统，实现太阳能光伏和光热转化的同步利用，同时，集热器中的冷却水经过吸附床冷却后，再回流对光伏组件进行的冷却，有效提高光伏组件的转化效率，大大提高太阳能的利用率。

其次，将蒸汽压缩式系统与吸附式系统有机结合，实现了利用太阳能进行全天候持续制冷/制热。在有光照的时段，利用光伏组件产生的电能驱动蒸汽压缩式制冷系统进行制冷或制热，同时利用吸附式系统将集热器产生的热能转化成吸附势能并储存，在没有光照的时段，利用吸附势能进行制冷或制热。

第三，通过与蒸汽压缩式制冷系统的结合，解决了间歇型吸附式制冷系统的应用问题，利用间歇性吸附式制冷系统结构简单的特点，实现了吸附式制冷系统的家用化和小型化。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，包括：

热电联供集热器(10)，包括吸收光能以产生电能的光伏组件，以及吸收光能以产生热能的集热组件；

室外机(20)和室内机(30)；

其中，所述室外机(20)包括，吸附式模块(21)和蒸汽压缩式模块(24)；所述吸附式模块(21)连接所述集热组件，所述蒸汽压缩式模块(24)连接所述光伏组件，所述吸附式模块(21)和所述蒸汽压缩式模块(24)单独或共同向所述室内机(30)供热或制冷。

2.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述集热组件设置有冷却水管，所述冷却水管连通所述吸附式模块(21)和所述光伏组件，构成冷却循环管路，以冷却所述光伏组件及为所述吸附式模块提供热量。

3.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述蒸汽压缩式模块(24)与所述吸附式模块(21)以各自独立的管路连通同一室内机。

4.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述蒸汽压缩式模块(24)与所述吸附式模块(21)分别连通不同的室内机。

5.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述吸附式模块(21)包括蓄水箱(214)，及由上向下顺序设置的冷凝室、吸附室和蒸发室，所述吸附室设置有吸附床(212)、所述蒸发室设置有蒸发器(213)、所述冷凝室设置有冷凝器(211)；所述吸附床(212)中含有吸附剂以及换热流体盘管，所述吸附室通过蒸发器阀(217)和所述蒸发室连通，通过冷凝器阀(215)和所述冷凝室连通；所述蓄水箱(214)的上部通过冷凝水阀(216)与所述冷凝室相连，所述蓄水箱(214)的下部通过蓄水箱阀(218)与所述蒸发室相连。

6.根据权利要求5所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述室外机(20)还包括集成换热器(23)；所述集成换热器(23)包括蒸发器冷却水换热器(233)、吸附床冷却水换热器(234)、冷凝器冷却水冷却器(235)以及蒸汽压缩式模块冷凝器(232)，所述蒸发器冷却水换热器(233)的冷却水管路连通所述蒸发器(213)，形成蒸发器换热循环水回路，所述吸附床冷却水换热器(234)的冷却水管路连通所述吸附床(212)，形成吸附床换热循环水回路，所述冷凝器冷却水换热器(235)的冷却水管路连通所述冷凝器(211)，形成冷凝器冷却循环水回路，所述蒸汽压缩式模块冷凝器(232)的冷却水管路连通所述蒸汽压缩式模块(24)。

7.根据权利要求6所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述集成换热器(23)还包括风机(231)，所述风机(231)的风道穿过所述集成换热器(23)。

8.根据权利要求6所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述室外机(20)还包括泵站(22)；所述泵站(22)集成在所述室外机(20)内，包括多个水泵，多个所述水泵分别为所述冷凝器冷却循环水回路、所述吸附床换热循环水回路以及所述蒸发器换热循环水回路提供动力。

9.根据权利要求8所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，所述泵站(22)还包括多个电磁阀，所述电磁阀选通地连通所述吸附式模块(21)与所述热电联供集热器(10)、所述集成换热器(23)以及所述室内机(30)。

10.根据权利要求1所述的太阳能光伏光热复合式空调器，其特征在于，还包括，电控单元(25)；所述电控单元(25)电控制所述室外机(20)和所述室内机(30)。

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