CN103512275A - 一种蓄热型太阳能地源热泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄热型太阳能地源热泵，包括太阳能集热器，太阳能蓄水箱，温度转换蓄水箱，热管换热器，分水器，集水器，地埋管换热器，热泵机组，室内机，本发明能满足制冷、供热以及生活热水供应，其中太阳能集热系统可以实现季节性蓄热，温度转换蓄水箱可以实现冬季高品质供暖，夏季代替现今太阳能地源热泵系统中以太阳能热水为驱动力的吸收式或吸附式制冷设备，采用“降膜法换热”对冷凝热进行回收，实现高效制冷，因此，采用地源热泵系统蓄热型太阳能系统间歇运行，有利于地下温度场的恢复，从而提高地埋管换热效率，增加地源热泵系统使用年限。

Description

一种蓄热型太阳能地源热泵

技术领域

本发明涉及一种太阳能地源热泵，尤其涉及一种蓄热型太阳能地源热泵。

背景技术

2011年5月19日出台的《国土资源“十二五”规划纲要》指出“十二五”期间要加大能源矿产勘查力度，节约利用资源、开发新能源、增加可再生能源技术研发和使用。21世纪初，我国就开始了地源热泵工程的实践，基本上以每年20％～25％的速度在增长，然而，地源热泵系统在使用过程中夏季累计向地下释放的热量与冬季累计从地下吸取的热量之比为2.36，连续长期地运行，会从地下过多地取热或向地下过多地散热，造成地下温度场的波动，降低机组的COP值，增加系统的能耗，而且影响地埋管换热效率，甚至会导致地埋管不能工作，另外，在我国北方或南方地区冷热负荷均较大且极不平衡，单独使用地源热泵，初投资太高。这样一来，地源热泵系统就很难实现预期的经济效益，而且，现行太阳能地源热泵，对太阳能的利用偏低，因此，改变太阳能和地源热泵系统耦合工作方式，提高了能源利用率，对地源热泵系统的普及和发展具有重要意义。

发明内容

为了克服现有地源热泵单独工作时长期从地下取热或向地下放热会造成地下冷热负荷不平衡，影响地埋管换热器的换热效率，增加系统能耗的不足，本发明提供一种蓄热型太阳能地源热泵，系统中太阳能集热系统与地源热泵系统耦合运行，不仅能实现传统的制冷、供热以及生活热水的供应，而且，在系统还能回收冷凝热，实现能源的高效利用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种蓄热型太阳能地源热泵，包括太阳能集热器（1），太阳能蓄水箱（2），温度转换蓄水箱（41），热管换热器（43），分水器（45），集水器（47），地埋管换热器（48），热泵机组（49），室内机（51）；

所述的太阳能集热器（1）由吸热板，流体管道，玻璃盖板，及保温外壳组成；

所述的温度转换蓄水箱（41）为圆柱形，通过阀门（8）、（9），转子流量计（31），截止阀（32），循环水泵（33）组成冷水水循环系统，温度计（34）与电磁阀（52）组成自动换水系统，温度转换蓄水箱（41）中还包括风机（37），喷淋管喷头（38），换热盘管（39），通风窗（设有防尘罩）（40），自动补水装置中的浮球（42）；

所述的蓄热型太阳能系统由太阳能集热器（1），太阳能蓄水箱（2），温度转换蓄水箱（41）组成；

所述热泵机组（49）包括冷凝器，蒸发器，在两者相互连通的管路上，设有压缩机和膨胀阀。

与现有地源热泵或太阳能地源热泵相比，本发明的优点是：

本发明克服了地源热泵技术和太阳能技术自身局限性，利用可再生能源实现冬季供暖、夏季制冷，以及全年生活热水供应，不受天气等条件限制，将太阳能以热能的形式存储在太阳能蓄水箱中，满足全年生活热水供应及供暖，与传统太阳能热泵空调系统相比，该系统供暖不需用电来加热热水；夏季工况时，系统中的温度转换蓄水箱取代冷却塔或溴化锂机组等制冷设备，采用喷淋装置，通过“降膜法换热”实现高效换热，满足制冷需求及生活热水供应，采用浮球阀控制的补水装置，可以自动补水，与温度计和电磁阀协同工作，可根据水箱内水温自动换水，保证系统处于最佳制冷状态；冬季工况时，将太阳能蓄水箱中的一部分热水作为生活热水，另一部分作为供暖热源侧，温度转换蓄水箱作为热交换场所，在水箱底部设置的温度传感器，可以保证系统一直处于最佳换热状态，即保持最佳供暖状态，水箱中换热盘管采用两头直径小中间直径大的圆弧螺旋式纺锤形设置，可以充分利用热水的能量。

附图说明

图1是本发明的原理图；

图2是本发明的夏季制冷工况原理图；

图3是本发明的冬季并联供暖原理图；

图4是本发明的冬季串联供暖原理图；

图5是温度转换水箱中换热盘管螺旋方式立面图；

图6是温度转换水箱中换热盘管螺旋方式平面图；

图1中：太阳能集热器—1，太阳能蓄水箱—2，阀门—3～29，太阳能蓄水箱补水进口—30，转子流量计—31，截止阀—32，循环水泵—33、44、46、50，温度计—34，生活用水出水口—35，溢水口—36，风机—37，喷淋管喷头—38，换热盘管—39，通风窗口（设有防尘罩）—40，温度交换蓄水箱—41，浮球—42，热管换热器—43，分水器—45，集水器—47，地埋管换热器—48，热泵机组—49，室内机—51，电磁阀—52。

具体实施方式

在系统工作时，优先使用蓄热型太阳能系统，这不仅为土壤温度场提供了恢复期，而且最大限度的利用了可再生能源太阳能；

在图1中，关闭阀门（4）、（13）、（14）、（17）、（18）、（19）、（22）、（24），不需要使用热管换热器，风机（37）和通风窗（40）辅助散热，系统进入夏季制冷模式；

在图1中，关闭阀门（5）、（9）、（22）、（23）、（24）、（26）、（28）、（29），浮球（16）补水装置停止工作，将风机（37）及通风窗（40）关闭，温度转换水箱进入保温状态，系统进入冬季并联供暖模式；

在图1中，关闭阀门（5）、（9）、（13）、（14）、（17）、（18）、（19）、（20）、（22）、（26），浮球（16）补水装置停止工作，将风机（37）及通风窗（40）关闭，温度转换水箱进入保温状态，系统进入冬季串联供暖模式；

在图2所示实施例中，系统通过室内机将空气中的热量送入热泵机组进行热交换，在热泵机组蒸发器中通过冷冻水吸热，用于室内制冷，冷凝器中通过冷却水交换热量产生热水送入分水器，转子流量计（31），截止阀（32），循环水泵（33）组成冷水循环系统，部分冷凝热通过太阳能系统中的温度转换水箱来回收利用，水箱为蒸发式冷凝器，通过换热盘管上的水膜蒸发以相变的方式带走冷凝热，产生的冷却水进入集水器，同时遗留在水箱内部的循环水将通过显热吸热的方式升温至40℃左右，产生的热水可以为居民提供生活热水，用掉的水可以通过在温度转换水箱的下部设置由浮球阀控制的补水装置及时有效的补充，因此，可根据情况，单独使用太阳能和温度转换水箱通过回收冷凝热来满足室内制冷和热水供应要求，或单独使用地源热泵来制冷，采用两者间歇运行；

在图3所示实施例中，在太阳光较强时，以太阳能蓄水箱中的热水输送到温度转换水箱作为热源侧，若此中热水温度下降到一定温度后，可通过温度计控制电磁阀将低温水送回太阳能蓄水箱中，并从太阳能蓄水箱中输送高温热水到温度转换水箱中，以此完成热水循环，对室内供暖，并产生生活热水，因此，可以与地源热泵间歇运行，在此过程中，通过热管换热器，地埋管换热器与温度转换水箱并联工作；

在图4所示实施例中，在太阳光较弱时，地埋管换热器与温度转换水箱相串联，在满足室内供暖的同时产生生活热水。

Claims (4)

1.一种蓄热型太阳能地源热泵，包括太阳能集热器（1），太阳能蓄水箱（2），温度转换蓄水箱（41），热管换热器（43），分水器（45），集水器（47），地埋管换热器（48），热泵机组（49），室内机（51）；本发明克服了地源热泵技术和太阳能技术自身局限性，利用可再生能源实现冬季供暖、夏季制冷，以及全年生活热水供应，不受天气等条件限制，将太阳能以热能的形式存储在太阳能蓄水箱中，满足全年生活热水供应及供暖，与传统太阳能热泵空调系统相比，该系统供暖不需用电来加热热水；夏季工况时，系统中的温度转换蓄水箱取代冷却塔或溴化锂机组等制冷设备，采用喷淋装置，通过“降膜法换热”实现高效换热，满足制冷需求及生活热水供应，采用浮球阀控制的补水装置，可以自动补水，与温度计和电磁阀协同工作，可根据水箱内水温自动换水，保证系统处于最佳制冷状态；冬季工况时，将太阳能蓄水箱中的一部分热水作为生活热水，另一部分作为供暖热源侧，温度转换蓄水箱作为热交换场所，在水箱底部设置的温度传感器，可以保证系统一直处于最佳换热状态，即保持最佳供暖状态，水箱中换热盘管采用两头直径小中间直径大的圆弧螺旋式纺锤形设置，可以充分利用热水的能量。

2.根据权利要求1所述的蓄热型太阳能地源热泵，其特征是：蓄热型太阳能系统由太阳能集热器（1），太阳能蓄水箱（2），温度转换蓄水箱（41）组成。

3.根据权利要求2所述的蓄热型太阳能地源热泵，其特征是：温度转换蓄水箱（41）为圆柱形，通过阀门（8）、（9），转子流量计（31），截止阀（32），循环水泵（33）组成冷水水循环系统，温度计（34）与电磁阀（52）组成自动换水系统，温度转换蓄水箱（41）中还配有风机（37），喷淋管喷头（38），通风窗（40）在夏季工况下辅助散热，冬季工况下须关闭，整个蓄水箱处于保温状态，换热盘管（39）在冬季工况下完全浸末在热水中，自动补水装置中的浮球（42），在夏季工况下控制自动补水，冬季工况下不使用。

4.根据权利要求2所述的蓄热型太阳能地源热泵，其特征是：太阳能蓄水箱（2）为本发明的蓄热装备，可将过渡季节的太阳能以热能的形式存储起来，以备太阳光强度不足时使用，也可对温度转换蓄水箱中水进行重新加热。

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