CN103335454B - 太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法，包括太阳能热水系统和空气源热泵系统。所述太阳能热水系统包括循环水泵、太阳能热水排管、第一截止阀、太阳能集热器、储热水箱和第三截止阀。空气源热泵系统包括蒸发器、膨胀阀、冷凝器、四通换向阀和压缩机。在空气源热泵装置中原有蒸发器的外面增设一排换热管，管内流过的是由太阳能加热的热水，一方面可以对空气进行预热，另一方面也通过翅片的导热来加热制冷剂管道。提高蒸发温度，从根本上避免结霜。本发明的空气源热泵装置及其使用方法，具有提高蒸发温度以从根本上避免结霜、同时提高热泵的效率和工作稳定性、节约用电、环保节能等优点。

Description

太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法

技术领域

本发明提供了一种太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法，是一种蒸发器的除霜技术，尤其涉及利用太阳能热水除霜技术在热泵中应用，属于空气源热泵技术领域。

背景技术

进入21世纪，能源紧张和环境保护意识的增强为可再生能源的发展带来了新的机遇。可再生能源的开发和利用在国际社会和各国政府的大力支持下，加快了推广速度。太阳能是一种取之不尽、安全、清洁无污染的可再生能源，利用太阳能提供低品位能量是减少建筑能耗、缓解能源与环境危机的重要手段之一。20世纪80年代初，国产空气源热泵冷热水机组首先在上海某商场获得应用。据统计，我国空气源热泵冷热水机组占到了建筑空调的45％以上。

空气源热泵机组的应用越来越广泛，然而由于华北地区冬季温度较低，长江流域地区空气湿度较大，机组在运行过程中结霜问题无法避免，严重影响系统效率。为解决上述问题，一般采用水冲霜、电加热、热气旁通和逆循环除霜，还有通过增大换热器的面积以及增大风量来提高蒸发温度，延迟结霜时间，但是效果不明显。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法，以提高蒸发温度以从根本上避免结霜、同时提高热泵的效率和工作稳定性。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置，其结构特点是，包括太阳能热水系统和空气源热泵系统；

所述太阳能热水系统包括循环水泵、太阳能热水排管、第一截止阀、太阳能集热器、储热水箱和第三截止阀，所述循环水泵、太阳能热水排管、第一截止阀、太阳能集热器、储热水箱、第三截止阀和循环水泵依次连接形成环形的水循环系统；第二截止阀的一端连接在太阳能集热器和第一截止阀之间，所述第二截止阀的另一端连接在循环水泵和太阳能热水排管之间；

所述空气源热泵系统包括蒸发器、膨胀阀、冷凝器、四通换向阀和压缩机，所述蒸发器、膨胀阀、冷凝器、四通换向阀和蒸发器依次连接形成环形的热泵循环系统，所述四通换向阀还与所述压缩机相连接。

本发明的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法的结构特点也在于：

所述储热水箱内设置有电加热装置，所述储热水箱上还连接有进水管和出水管，所述出水管上连接有淋雨喷头。

所述冷凝器上连接有空调。

本发明还提高了一种上述的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置的使用方法，其特点是：

太阳能热水系统冬季除霜时的运行方式为：关闭第二截止阀，打开第一截止阀和第三截止阀；当阳光充足时，太阳能集热器吸收太阳能后水温升高，热水进入储热水箱，热水经过第三截止阀，再经循环水泵将热水送入太阳能热水排管，太阳能热水排管外的空气温度升高后流过制冷剂盘管，由制冷剂盘管内制冷剂吸收空气热量；太阳能热水排管同时提升蒸发器的制冷剂盘管的温度，进而提高蒸发温度，使蒸发温度维持在0℃以上，防止蒸发器的结霜；

空气源热泵冬季时的工作工程为：压缩机低压吸气侧连接四通换向阀的S接口，此时S接口处为低压高温的气体，低压高温的气体进入压缩机，压缩机的高压排气侧与四通换向阀的D接口相连，D接口一侧为高压高温的气体，四通换向阀的E接口和S接口相通、D接口和C接口相通，高温高压气体经过D接口和C接口进入冷凝器，从冷凝器出来的为低温高压液体，低温高压液体进入膨胀阀出来后变为低温低压的液体，低温低压的液体再进入蒸发器吸热后变为高温低压的气体，高温低压的气体经过四通换向阀的E接口和S接口进入压缩机的低压吸气侧，从而实现制热循环；

太阳能热水系统夏季时的运行方式为：切断第一截止阀，打开第二截止阀和第三截止阀，循环水泵将冷水送入太阳能集热器，太阳能集热器将获得的热水存入储热水箱；

空气源热泵侧夏季制冷时的工作工程为：压缩机的低压吸气侧连接四通换向阀的S接口，压缩机的高压排气侧连接四通换向阀的D接口，蒸发器连接四通换向阀的C接口，E接口和S接口连通，D接口和C接口连通，冷凝器连接四通换向阀的E接口，实现夏季制冷功能。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法，通过在空气源热泵装置中原有蒸发器的外面增设一排换热管，管内流过的是由太阳能加热的热水，一方面可以对空气进行预热，另一方面也通过翅片的导热来加热制冷剂管道。提高蒸发温度，从根本上避免结霜。由于蒸发温度升高使得热泵可以高效、稳定的使用。

同时当连续阴雪天气，太阳能制得的热水温度低于所需温度时，开始电加热装置，使得储水箱中温度始终维持在所需温度范围之内，从而使得蒸发温度始终维持在设定温度以上，从而在根源上解决结霜问题。利用太阳能热水辅助除霜的空气源热泵，将会充分利用太阳能的资源，减少单纯利用电加热除霜所需的电力资源，对解决结霜问题以及降低能源消耗及可持续发展的国家大战略有着深远的意义。

(1)与水除霜相比：节约水资源，并且由于水除霜过程中，如果淋水后不能及时把余水除净，反而会在下一除霜过程中加快结霜速度，而本设计却避免了这一问题。

(2)与电加热除霜相比：由于大部分除霜由太阳能热水来除霜，只有阴雪天气采用电加热除霜，相比电加热耗电少。

(3)与热气旁通除霜：避免了当室外温度低，除霜不够时，将没有足够热量吸收，使主机停机在除霜过程中，因压缩机的排气量减少会影响加热热水的效果，无法满足正常热水量的需求。

设备充分利用了太阳能热水除霜和电加热装置，与空气源热泵结合起来动，减少了单纯电加热的电能消耗，充分有效利用太阳能资源，具有节能、环保、安全等特点；避免了该系统中的除霜过程中，将热泵系统停止，除霜过程结束后再重新开启热泵系统这一问题，利用本设计中的系统可使得热泵持续运行。

本发明的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置及其使用方法，具有提高蒸发温度以从根本上避免结霜、同时提高热泵的效率和工作稳定性、节约用电、环保节能等优点。

附图说明

图为本发明的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置的系统原理图。

图2为本发明的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置的冬季时的运行流程图。

图3为本发明的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置的夏季时的运行流程图。

附图1～3中标号：1-压缩机；2-四通换向阀；3-截止阀；4-截止阀；5-截止阀；6-循环水泵；7-淋浴喷头等；8-太阳能集热器；9-电加热装置；10-储水箱；11-膨胀阀；12-冷凝器；13-末端装置；14-太阳能热水排管；15-蒸发器，16出水管，17进水管。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1～3，太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置包括太阳能热水系统和空气源热泵系统。

所述太阳能热水系统包括循环水泵6、太阳能热水排管14、第一截止阀3、太阳能集热器8、储热水箱10和第三截止阀5，所述循环水泵6、太阳能热水排管14、第一截止阀3、太阳能集热器8、储热水箱10、第三截止阀5和循环水泵6依次连接形成环形的水循环系统；第二截止阀4的一端连接在太阳能集热器8和第一截止阀3之间，所述第二截止阀4的另一端连接在循环水泵6和太阳能热水排管14之间；

所述空气源热泵系统包括蒸发器15、膨胀阀11、冷凝器12、四通换向阀2和压缩机1，所述蒸发器15、膨胀阀11、冷凝器12、四通换向阀2和蒸发器15依次连接形成环形的热泵循环系统，所述四通换向阀2还与所述压缩机1相连接。如图1，太阳能热水系统为依次连接的循环水泵6、太阳能热水排管14、第一截止阀3、太阳能集热器8、储热水箱10、第三截止阀5、循环水泵6的循环系统，并且在储热水箱10中装有电加热装置9，在循环水泵6和太阳能集热器8之间还接有第二截止阀4；空气源热泵系统为依次连接的蒸发器15、膨胀阀11、冷凝器12、四通换向阀2接入的压缩机1、蒸发器15的循环系统；太阳能热水系统的太阳能热水排管14设在空气源热泵系统的蒸发器15外，太阳能热水排管14内流过热水时，一方面可以预热空气，另一方面也可以通过蒸发器15的翅片导热对制冷剂管道进行加热。通过在空气源热泵装置中原有蒸发器的外面增设一排可控制的换热管，管内流过的是由太阳能加热的热水，一方面可以对空气进行预热，另一方面也通过翅片的导热来加热制冷剂管道。提高蒸发温度，从根本上避免结霜。由于蒸发温度升高使得热泵可以高效、稳定的使用。

所述储热水箱10内设置有电加热装置9，所述储热水箱10上还连接有进水管17和出水管16，所述出水管16上连接有淋雨喷头7。

所述冷凝器12上连接有末端装置13，末端装置优选空调13。

一种根据所述的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置的使用方法，其特征是，

太阳能热水系统冬季除霜时的运行方式为：关闭第二截止阀4，打开第一截止阀3和第三截止阀5；循环水泵6连接太阳能热水排管14，太阳能热水排管14连接第一截止阀3，第一截止阀3和太阳能集热器8连接，太阳能集热器8连接储热水箱10，在储热水箱10中设有一个电加热装置9，储热水箱10和第三截止阀5相连，第三截止阀5和循环水泵6相连，形成一个热水的循环系统。

当阳光充足时，太阳能集热器8吸收太阳能后水温升高，热水进入储热水箱10，热水经过第三截止阀5，再经循环水泵6将热水送入太阳能热水排管14，太阳能热水排管14外的空气温度升高后流过制冷剂盘管，由制冷剂盘管内制冷剂吸收空气热量；太阳能热水排管14同时提升蒸发器15的制冷剂盘管的温度，进而提高蒸发温度，使蒸发温度维持在0℃以上，防止蒸发器15的结霜；

空气源热泵冬季时的工作工程为：压缩机1低压吸气侧连接四通换向阀2的S接口，此时S接口处为低压高温的气体，低压高温的气体进入压缩机1，压缩机1的高压排气侧与四通换向阀的D接口相连，D接口一侧为高压高温的气体，四通换向阀的E接口和S接口相通、D接口和C接口相通，高温高压气体经过D接口和C接口进入冷凝器12，从冷凝器12出来的为低温高压液体，低温高压液体进入膨胀阀11出来后变为低温低压的液体，低温低压的液体再进入蒸发器15吸热后变为高温低压的气体，高温低压的气体经过四通换向阀的E接口和S接口进入压缩机的低压吸气侧，从而实现制热循环；当储热水箱10内的水温低于40℃时，开启电加热装置9，使储热水箱10内的水温维持在40℃以上。

太阳能热水系统夏季时的运行方式为：切断第一截止阀3，打开第二截止阀4和第三截止阀5，循环水泵6将冷水送入太阳能集热器8，太阳能集热器8将获得的热水存入储热水箱10；

空气源热泵侧夏季制冷时的工作工程为：压缩机1的低压吸气侧连接四通换向阀2的S接口，压缩机1的高压排气侧连接四通换向阀的D接口，蒸发器15连接四通换向阀的C接口，E接口和S接口连通，D接口和C接口连通，冷凝器12连接四通换向阀的E接口，实现夏季制冷功能。

太阳能热水系统：循环水泵6——太阳能热水排管14——截止阀3——太阳能集热器8——内设电加热装置9的储热水箱10——截止阀5——循环水泵6。空气源热泵系统：由四通换向阀2接入的压缩机1——蒸发器15——膨胀阀11——冷凝器12——压缩机1。该系统包括冬季太阳能热水除霜热泵制热系统和夏季热泵制冷系统以及太阳能生活热水系统。

冬季运行流程图如图2。

夏季运行时：由于夏季室外温度高，蒸发温度不会低于0℃，因此无需太阳能集热器中热水与蒸发器中的制冷器进行换热。只有连续阴雨天时打开电加热装置9，热水可通过与储热水箱10连接的淋浴喷头等7作为用于洗澡等生活热水。

蒸发器和冷凝器之间连接膨胀阀11，冷凝器12连接四通换向阀的E接口，通过与冷凝器12连接的末端装置13如空调等实现夏季制冷功能。夏季运行流程图如图3。

设备在冬季的使用太阳能热水排管加制冷剂的蒸发温度，以及冷源的温度，使得从源头上避免结霜，更利于热泵机组的运行。能够保证机组的蒸发压力和冷凝压力在稳定的范围内，从而提高机组的寿命。COP提高之后，用电量减少，从而缓解南方用电量紧张的问题。太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置应用范围包括热潮湿的南方和大部分北方地区。

Claims (3)

1.太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置，其特征是，包括太阳能热水系统和空气源热泵系统；

所述太阳能热水系统包括循环水泵(6)、太阳能热水排管(14)、第一截止阀(3)、太阳能集热器(8)、储热水箱(10)和第三截止阀(5)，所述循环水泵(6)、太阳能热水排管(14)、第一截止阀(3)、太阳能集热器(8)、储热水箱(10)、第三截止阀(5)和循环水泵(6)依次连接形成环形的水循环系统；第二截止阀(4)的一端连接在太阳能集热器(8)和第一截止阀(3)之间，所述第二截止阀(4)的另一端连接在循环水泵(6)和太阳能热水排管(14)之间；

所述空气源热泵系统包括蒸发器(15)、膨胀阀(11)、冷凝器(12)、四通换向阀(2)和压缩机(1)，所述蒸发器(15)、膨胀阀(11)、冷凝器(12)、四通换向阀(2)和蒸发器(15)依次连接形成环形的热泵循环系统，所述四通换向阀(2)还与所述压缩机(1)相连接；

太阳能热水系统冬季除霜时的运行方式为：关闭第二截止阀(4)，打开第一截止阀(3)和第三截止阀(5)；

当阳光充足时，太阳能集热器(8)吸收太阳能后水温升高，热水进入储热水箱(10)，热水经过第三截止阀(5)，再经循环水泵(6)将热水送入太阳能热水排管(14)，太阳能热水排管(14)外的空气温度升高后流过制冷剂盘管，由制冷剂盘管内制冷剂吸收空气热量；太阳能热水排管(14)同时提升蒸发器(15)的制冷剂盘管的温度，进而提高蒸发温度，使蒸发温度维持在0℃以上，防止蒸发器(15)的结霜；

空气源热泵冬季时的工作工程为：压缩机(1)低压吸气侧连接四通换向阀(2)的S接口，此时S接口处为低压高温的气体，低压高温的气体进入压缩机(1)，压缩机(1)的高压排气侧与四通换向阀的D接口相连，D接口一侧为高压高温的气体，四通换向阀的E接口和S接口相通、D接口和C接口相通，高温高压气体经过D接口和C接口进入冷凝器(12)，从冷凝器(12)出来的为低温高压液体，低温高压液体进入膨胀阀(11)出来后变为低温低压的液体，低温低压的液体再进入蒸发器(15)吸热后变为高温低压的气体，高温低压的气体经过四通换向阀的E接口和S接口进入压缩机的低压吸气侧，从而实现制热循环；

太阳能热水系统夏季时的运行方式为：切断第一截止阀(3)，打开第二截止阀(4)和第三截止阀(5)，循环水泵(6)将冷水送入太阳能集热器(8)，太阳能集热器(8)将获得的热水存入储热水箱(10)；

空气源热泵侧夏季制冷时的工作工程为：压缩机(1)的低压吸气侧连接四通换向阀(2)的S接口，压缩机(1)的高压排气侧连接四通换向阀的D接口，蒸发器(15)连接四通换向阀的C接口，E接口和S接口连通，D接口和C接口连通，冷凝器(12)连接四通换向阀的E接口，实现夏季制冷功能。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置，其特征是，所述储热水箱(10)内设置有电加热装置(9)，所述储热水箱(10)上还连接有进水管(17)和出水管(16)，所述出水管(16)上连接有淋浴喷头(7)。

3.根据权利要求1所述的太阳能热水辅助除霜的空气源热泵装置，其特征是，所述冷凝器(12)上连接有空调(13)。