CN105222444B - 一种制热循环装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制热循环装置。本发明包括第一膨胀机构、聚光蒸发器，蒸发器，第一储液器，蓄热箱，第二储液器和第二膨胀机构；所述压缩机、冷凝器、第一膨胀机构依次连接，所述聚光蒸发器包括：聚光蒸发器底座和平板玻璃支撑框；聚光器置于所述底座和平板玻璃之间，所述聚光用换热管束放置于所述聚光器的凹槽内；所述第一换热器呈螺旋形并内置于所述蓄热箱的底部，所述第三换热器置于所述蒸发器的底部，所述第二换热器同样呈螺旋形并内置于所述蓄热箱的上部，所述第二换热器经所述第二膨胀机构与所述第一储液器连接，所述蒸发器接入所述第二储液器。本发明整套系统可应用于冬季温度较低的北方地区，并能够始终保证系统处于最佳运行状态，提高制热装置整体能效。

Description

一种制热循环装置

技术领域

本发明涉及热能工程技术领域，更具体的说，是涉及一种制热循环装置。

背景技术

热泵制热、供暖是一种以空气源、水源或土壤源等作为其热量来源的制热装置，相比较于传统制热装置与设备，热泵具有较为突出的节能环保、安全稳定等优点。此外，热泵的大范围使用将有助于减少温室气体和污染物的排放，能够有效缓解困扰城市健康发展的雾霾和大气污染。

传统热泵的蒸发器大多以单一热源为热量来源，因此热泵的名称大多冠以“空气源”、“水源”和“土壤源”等前缀。其中，空气源热泵以其结构简单，工艺成熟以及适应性广等特点而得到了广泛应用，并得到国家的大力支持和推广。但是，一方面普通翅片管式蒸发器在制热过程中容易在蒸发器表面产生结霜，导致热泵制热装置的除霜机构频繁启停，不仅使得系统容易发生故障，同时也降低热泵使用的可靠性和寿命；另一方面，空气源热泵的实际应用还要受到气候和环境条件的影响，导致普通空气源热泵装置的应用主要局限在长江流域及以南的气候温和区域，若将普通空气源热泵扩展到此区域以外安装使用，将导致普通空气源热泵的性能严重衰减。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制热循环装置及其控制方法，通过系统优化和自动控制，能够始终有效保证制热循环装置处于最佳运行状态并保持较高的能效比。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种制热循环装置，包括：第一膨胀机构1，聚光蒸发器2，第一储液器3，蓄热箱4，第二储液器5，第二膨胀机构16，蒸发器6，压缩机7，冷凝器8和控制器19；

所述压缩机7的出口与所述冷凝器8的进口连接；所述冷凝器8的出口与所述第一膨胀机构1的进口连接，所述第一膨胀机构1的出口分别与第一电磁阀91和第二电磁阀92的进口连接，所述第一电磁阀91的出口分别与第一调节阀101和所述第二调节阀102的进口连接，所述第一调节阀101的出口接入所述聚光蒸发器2的进口205，所述第二调节阀102的出口与所述第一储液器3连接，第三调节阀103置于所述第一储液器3和单向阀112之间，所述单向阀112的出口接入所述第一调节阀101与所述聚光蒸发器2的进口205之间；

所述聚光蒸发器2包括：聚光蒸发器底座201，放置在聚光蒸发器底座201上的聚光蒸发器平板玻璃支撑框202及置于聚光蒸发器平板玻璃支撑框202内的平板玻璃203；聚光器204置于所述底座201和所述平板玻璃203之间，所述聚光器204的两端与底座201、支撑框202以及平板玻璃203构成了两个独立空间，所述聚光蒸发器进口205和聚光蒸发器出口206分别置于上述两个独立空间之内；所述聚光蒸发器进口205和所述聚光蒸发器出口206之间连接有多路聚光用换热管束207，所述聚光用换热管束207放置于所述聚光器204的凹槽内；所述聚光蒸发器底座201具有一定坡度，坡度在5°-85°之间，所述聚光蒸发器出口206侧高于所述聚光蒸发器进口205侧；所述聚光蒸发器的出口206与所述第一换热器13的进口131连接，所述第一换热器13呈螺旋形并内置于所述蓄热箱4的底部，所述第一换热器13的出口132与三通阀18的b口连接，所述三通阀18的a口与所述第一储液器3连接，所述三通阀的c口与所述第三换热器17的进口连接；所述第三换热器17置于所述蒸发器6的底部，第三换热器17出口处设置有所述单向阀111并与所述第一储液器3连接；所述第二换热器14同样呈螺旋形并内置于所述蓄热箱4的上部，所述第二换热器14的进口141经所述第二膨胀机构16以及电磁阀93与所述第一储液器3连接，所述第二换热器的出口142与所述第二储液器5连接；第二电磁阀92的出口与所述蒸发器6的进口连接，所述蒸发器6的出口经单向阀113接入所述第二储液器5，所述蒸发器6的底部接有所述第三换热器17，所述第二储液器5通过管路与所述压缩机的吸气口连接；所述蓄热箱4内设有相变蓄热材料15；

第一信号检测装置121置于所述聚光蒸发器2的表面并用于监测太阳辐射强度，第二信号检测装置122置于所述蓄热箱4的内部，第三信号检测装置123置于所述蒸发器6的进口处，所述第一信号检测装置12的输出端、所述第二信号检测装置122的输出端以及所述第三信号检测装置123的输出端分别与所述控制器19连接，所述控制器19的控制信号输出端分别与所述第一膨胀机构1、压缩机7、电磁阀91、电磁阀92、电磁阀93、第一调节阀101、第二调节阀102、第三调节阀103、三通阀18和第二膨胀机构16连接。

所述冷凝器为空冷散热器或水冷散热器，为水冷散热器时所述冷凝器8为外绕微通道散热器、外绕盘管或内置盘管，为空冷散热器时，所述冷凝器8为管翅式散热器或微通道散热器。

所述第一膨胀机构为热力膨胀阀或电子膨胀阀；所述第二膨胀机构为热力膨胀阀或电子膨胀阀。

所述第二信号检测装置为温度或压力传感器，所述第三信号检测装置为温度或压力传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种制热循环装置及其控制方法通过相应的信号检测装置监测系统在运行过程中的太阳辐射强度变化、蓄热箱的蓄热量变化以及相应的环境温度变化等，并依据检测值自动判断系统应以何种最佳运行模式运行。在满足制热需求的情况下，制热循环系统将优先选择光热和蓄热进行制热，运行过程低碳环保，能耗低，可靠性高；整套系统可应用于冬季温度较低的北方地区，并能够始终保证系统处于最佳运行状态，提高制热装置整体能效。

附图说明

图1所示为本发明一种制热循环装置的原理图；

图2所示为本发明一种制热循环装置中聚光蒸发器的剖视图；

图3所示为本发明一种制热循环装置中聚光蒸发器的立体分解图；

图4所示为本发明一种制热循环装置中蓄热罐的外观图；

图5所示为本发明一种制热循环装置中蓄热罐的剖视图；

图中：1.第一膨胀机构，2.聚光蒸发器，3.第一储液器，4.蓄热罐，5.第二储液器，6.蒸发器，7.压缩机，8.冷凝器，9.电磁阀，10.调节阀，11.单向阀，12.信号检测装置，13.第一换热器，14.第二换热器，15.相变蓄热材料，16.第二膨胀机构，17.第三换热器，18.三通阀，19.控制器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1-图5，本发明一种制热循环装置主要包括：第一膨胀机构1，聚光蒸发器2，第一储液器3，蓄热箱4，第二储液器5，第二膨胀机构16，蒸发器6，压缩机7，冷凝器8和控制器19。所述压缩机7的出口与所述冷凝器8的进口连接；所述冷凝器8可为空冷散热器或水冷散热器，为水冷散热器时所述冷凝器8可为外绕微通道散热器、外绕盘管或内置盘管，为空冷散热器时，所述冷凝器8可为管翅式散热器或微通道散热器；所述冷凝器8的出口与所述第一膨胀机构1的进口连接，所述第一膨胀机构1的出口分别与第一电磁阀91和第二电磁阀92的进口连接，所述第一膨胀机构可为热力膨胀阀或电子膨胀阀；所述第一电磁阀91的出口分别与第一调节阀101和所述第二调节阀102的进口连接，所述第一调节阀101的出口接入所述聚光蒸发器2的进口205连接，所述第二调节阀102的出口与所述第一储液器3连接，第三调节阀103置于所述第一储液器3和单向阀112之间，所述单向阀112的出口接入所述第一调节阀101与所述聚光蒸发器2的进口205之间；所述聚光蒸发器2包括：聚光蒸发器底座201，放置在聚光蒸发器底座201上的聚光蒸发器平板玻璃支撑框202，置于聚光蒸发器平板玻璃支撑框202内的平板玻璃203，聚光器204置于所述底座201和所述平板玻璃203之间，所述聚光器204的两端和底座201、支撑框202以及平板玻璃203构成了两个独立空间，所述聚光蒸发器进口205和聚光蒸发器出口206分别置于上述两个独立空间之内。所述聚光蒸发器进口205和所述聚光蒸发器出口206之间连接有多路聚光用换热管束207，所述聚光用换热管束207放置于所述聚光器204的凹槽内；所述聚光蒸发器底座201具有一定坡度，且所述聚光蒸发器出口206侧高于所述聚光蒸发器进口205侧，坡度为5°-85°之间；所述聚光蒸发器的出口206与所述第一换热器13的进口131连接，所述第一换热器13呈螺旋形并内置于所述蓄热箱4的底部，所述第一换热器13的出口132与三通阀18的b口连接，所述三通阀18的a口与所述第一储液器3连接，所述三通阀的c口与所述第三换热器17的进口连接；所述第三换热器17置于所述蒸发器6的底部，第三换热器17出口处设置有所述单向阀111并与所述第一储液器3连接；所述第二换热器14同样呈螺旋形并内置于所述蓄热箱4的上部，所述第二换热器14的进口141经所述第二膨胀机构16以及电磁阀93与所述第一储液器3连接，所述第二膨胀机构16可为热力膨胀阀或电子膨胀阀，所述第二换热器的出口142与所述第二储液器5连接；第二电磁阀92的出口与所述蒸发器6的进口连接，所述蒸发器6的出口经单向阀113接入所述第二储液器5，所述蒸发器6的底部接有所述第三换热器17，所述第二储液器5通过管路与所述压缩机的吸气口连接；所述蓄热箱4内设有相变蓄热材料15；第一信号检测装置121置于所述聚光蒸发器2的表面并用于监测太阳辐射强度，第二信号检测装置122置于所述蓄热箱4的内部，所述第二信号检测装置122可为温度或压力传感器，第三信号检测装置123置于所述蒸发器6的进口处，所述第三信号检测装置123可为温度或压力传感器。所述第一信号检测装置12的输出端、所述第二信号检测装置122的输出端以及所述第三信号检测装置123的输出端分别与所述控制器19连接，所述控制器19的控制信号输出端分别与所述第一膨胀机构1、压缩机7、电磁阀91、电磁阀92、电磁阀93、第一调节阀101、第二调节阀102、第三调节阀103、三通阀18和第二膨胀机构16连接。

以下介绍本发明一种制热循环装置及其控制方法的几种实施方式，以下所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

实施例一：蓄热模式。系统当前无制热需求，若所述第一信号检测装置121检测到太阳辐射强度大于控制系统设定值时，所述控制器19控制关闭所述调节阀101和102，打开所述调节阀103，所述三通阀18的a、b口接通，此时所述第一储液器3内贮存的制冷剂经调节阀103以及单向阀112后进入所述聚光蒸发器2内，并通过所述聚光器204内的所述换热管束207吸收太阳辐射能量，经过吸热后液态制冷剂在所述换热管束207内相变蒸发，产生的蒸汽在浮生力的作用下沿换热管束207向所述出口206运动，并经所述第一换热器的进口131进入所述第一换热器13内，在其中释放热量加热所述相变蓄热材料15，释放热量后制冷剂经所述三通阀18的a、b口回流至所述第一储液器3内，完成蓄热循环。

实施例二：光热模式。系统当前有制热需求，此时将通过所述信号检测装置12检测到的当前运行参数自动判断系统应处于何种运行模式。

若所述第一信号检测装置121检测到当前太阳辐射强度大于控制系统设定光热运行模式设定值时，即光热大于制热需求量时。此时，所述控制器19会根据所述第二信号检测装置122判断蓄热箱4是否蓄满热，若所述蓄热箱4未蓄满热，所述电磁阀91打开，所述电磁阀92关闭，所述调节阀101、103打开，所述调节阀102关闭，所述三通阀18的a、b口接通。此时制热用制冷剂经所述第一膨胀机构1节流后流过所述电磁阀91，经所述调节阀101进入所述聚光蒸发器2中，另外一部分蓄热用制冷剂来自于所述第一储液器3，经所述调节阀103和单向阀112进入所述聚光蒸发器2中，上述制热和蓄热用制冷剂混合后，在所述聚光蒸发器2中吸收太阳辐射热量后，进入所述第一换热器13并在所述蓄热箱4内释放热量加热所述相变蓄热材料15，放热后的制冷剂经所述三通阀a、b口进入所述第一储液器3；进一步的，所述第一储液器3内的制冷剂经所述第三电磁阀93后进入所述第二膨胀机构16，经所述第二膨胀机构16节流后进入所述第二换热器14，在所述第二换热器14中吸收所述蓄热箱4内的蓄热量进入所述第二储液器5中，并被所述压缩机7吸入并压缩，进入所述冷凝器8放热后回到所述第一膨胀机构1的进口处，完成制热循环。

若所述控制器19控制根据所述第二信号检测装置122判断蓄热箱4已蓄满热，所述电磁阀91打开，所述电磁阀92关闭，所述调节阀101打开，所述调节阀102、103关闭，所述三通阀18的a、b口接通。此时制冷剂经所述第一膨胀机构1节流后流过所述电磁阀91，此后制冷剂经所述调节阀101进入所述聚光蒸发器2中，在所述聚光蒸发器2中吸收太阳辐射热量后，进入所述第一换热器13并在所述蓄热箱4内释放热量加热所述相变蓄热材料15，放热后的制冷剂经所述三通阀a、b口进入所述第一储液器3。进一步的，所述第一储液器3内的制冷剂经所述第三电磁阀93后进入所述第二膨胀机构16，经所述第二膨胀机构16节流后进入所述第二换热器14，在所述第二换热器14中吸收所述蓄热箱4内的蓄热量进入所述第二储液器5中，并被所述压缩机7吸入并压缩，进入所述冷凝器8放热后回到所述第一膨胀机构1的进口处，完成制热循环。

实施例三：光热+蓄热模式。若所述第一信号检测装置121检测到当前太阳辐射强度小于控制系统设定光热运行模式设定值，进一步的所述控制器19控制根据所述第二信号检测装置122获取此时所述蓄热箱4的蓄热量，若光热加蓄热量大于制热需求量时。所述电磁阀91打开，所述电磁阀92关闭，所述调节阀101打开，所述调节阀102、103关闭，所述三通阀18的a、b口接通。此时制冷剂经所述第一膨胀机构1节流后流过所述电磁阀91，此后制冷剂经所述调节阀101进入所述聚光蒸发器2中，在所述聚光蒸发器2中吸收太阳辐射热量后，进入所述第一换热器13并在所述蓄热箱4内释放热量加热所述相变蓄热材料15，放热后的制冷剂经所述三通阀a、b口进入所述第一储液器3。进一步的，所述第一储液器3内的制冷剂经所述第三电磁阀93后进入所述第二膨胀机构16，经所述第二膨胀机构16节流后进入所述第二换热器14，在所述第二换热器14中吸收所述蓄热箱4内的蓄热量进入所述第二储液器5中，并被所述压缩机7吸入并压缩，进入所述冷凝器8放热后回到所述第一膨胀机构1的进口处，完成制热循环。此处，不同于实施例二中的第二种情况的是，实施例二中的第二种情况为蓄热箱在制热前已完成蓄热，且运行过程中由于受到所述第一换热器13的不断补充加热，所述蓄热箱4内一直保持接近饱和容量的蓄热量，而本实施例中所述第一换热器13对所述蓄热箱4的加热量小于所述第二换热器14所带走的热量，因而所述蓄热箱4中的蓄热量逐渐减少。

实施例四：光热、蓄热与普通蒸发器制热混合模式。若所述第一信号检测装置121检测到当前太阳辐射强度小于控制系统设定光热加蓄热运行模式设定值时，即光热加蓄热量小于制热需求量时。所述控制器19控制会根据所述第三信号检测装置123判断此时环境温度大小判断系统的最佳运行模式。

若环境温度较高，此时所述电磁阀91、92、93打开，所述调节阀101、102打开，103关闭，所述三通阀a、b口接通。经所述第一膨胀机构1节流后的制冷剂分为两路，一路经所述电磁阀92进入所述蒸发器6，在所述蒸发器6内相变蒸发吸收蕴藏在空气气流中的热量，吸热后的制冷剂经所述单向阀113后进入所述第二储液器5；另一路经所述电磁阀91后再次分为两路，一路经所述调节阀102后进入所述第一储液器3，另一路经所述调节阀101进入所述聚光蒸发器2，在所述聚光蒸发器2内相变蒸发吸收太阳辐射能量，吸热后的制冷剂进入所述第一换热器13并加热所述蓄热箱4内的相变蓄热材料15，释放完热量的制冷剂经所述三通阀18的a、b口进入所述第一储液器3。在所述第一储液器3内混合后的制冷剂经所述电磁阀93进入所述第二膨胀机构16，经第二膨胀机构节流后进入所述第二换热器14，并在所述第二换热器14内相变吸收蕴藏在所述相变材料15中的蓄热量，随后制冷剂进入所述第二储液器5中，并于与来自所述蒸发器6的制冷剂混合后被所述压缩机7吸入并压缩，压缩后的高温高压制冷剂蒸汽在所述冷凝器8内放热并冷凝后回流至所述第一膨胀机构，完成制热循环。

若环境温度较低，此时所述电磁阀91、92、93打开，所述调节阀101、102打开，103关闭，所述三通阀b、c口接通。经所述第一膨胀机构1节流后的制冷剂分为两路，一路经所述电磁阀92进入所述蒸发器6，在所述蒸发器6内相变蒸发吸收蕴藏在空气气流中的热量，吸热后的制冷剂经所述单向阀113后进入所述第二储液器5；另一路经所述电磁阀901后再次分为两路，一路经所述调节阀102后进入所述第一储液器3，另一路经所述调节阀101进入所述聚光蒸发器2，在所述聚光蒸发器2内相变蒸发吸收太阳辐射能量，吸热后的制冷剂进入所述第一换热器13并加热所述蓄热箱4内的相变蓄热材料15，释放完热量的制冷剂经所述三通阀18的b、c口进入所述第三换热器17，由于从所述第一换热器出来后的制冷剂仍具有较高的温度，因此制冷剂在所述第三换热器中将继续释放热量以阻止霜层的生长，放热后的制冷剂经所述单向阀111后所述第一储液器3。在所述第一储液器3内混合后的制冷剂经所述电磁阀93进入所述第二膨胀机构16，经第二膨胀机构节流后进入所述第二换热器14，并在所述第二换热器14内相变吸收蕴藏在所述相变材料15中的蓄热量，随后制冷剂进入所述第二储液器5中，并于与来自所述蒸发器6的制冷剂混合后被所述压缩机7吸入并压缩，压缩后的高温高压制冷剂蒸汽在所述冷凝器8内放热并冷凝后回流至所述第一膨胀机构，完成制热循环。

Claims (2)

1.一种制热循环装置，其特征是，包括：第一膨胀机构(1)，聚光蒸发器(2)，第一储液器(3)，蓄热箱(4)，第二储液器(5)，第二膨胀机构(16)，蒸发器(6)，压缩机(7)，冷凝器(8)和控制器(19)；

所述压缩机(7)的出口与所述冷凝器(8)的进口连接；所述冷凝器(8)的出口与所述第一膨胀机构(1)的进口连接，所述第一膨胀机构(1)的出口分别与第一电磁阀(91)和第二电磁阀(92)的进口连接，所述第一电磁阀(91)的出口分别与第一调节阀(101)和第二调节阀(102)的进口连接，所述第一调节阀(101)的出口接入所述聚光蒸发器(2)的进口(205)，所述第二调节阀(102)的出口与所述第一储液器(3)连接，第三调节阀(103)置于所述第一储液器(3)和单向阀(112)之间，所述单向阀(112)的出口接入所述第一调节阀(101)与所述聚光蒸发器(2)的进口(205)之间；

所述聚光蒸发器(2)包括：聚光蒸发器底座(201)，放置在聚光蒸发器底座(201)上的聚光蒸发器平板玻璃支撑框(202)及置于聚光蒸发器平板玻璃支撑框(202)内的平板玻璃(203)；聚光器(204)置于所述底座(201)和所述平板玻璃(203)之间，所述聚光器(204)的两端与底座(201)、支撑框(202)以及平板玻璃(203)构成了两个独立空间，所述聚光蒸发器进口(205)和聚光蒸发器出口(206)分别置于上述两个独立空间之内；所述聚光蒸发器进口(205)和所述聚光蒸发器出口(206)之间连接有多路聚光用换热管束(207)，所述聚光用换热管束(207)放置于所述聚光器(204)的凹槽内；所述聚光蒸发器底座(201)具有一定坡度，坡度在5°-85°之间，所述聚光蒸发器出口(206)侧高于所述聚光蒸发器进口(205)侧；所述聚光蒸发器的出口(206)与第一换热器(13)的进口(131)连接，所述第一换热器(13)呈螺旋形并内置于所述蓄热箱(4)的底部，所述第一换热器(13)的出口(132)与三通阀(18)的b口连接，所述三通阀(18)的a口与所述第一储液器(3)连接，所述三通阀的c口与第三换热器(17)的进口连接；所述第三换热器(17)置于所述蒸发器(6)的底部，第三换热器(17)出口处设置有单向阀(111)并与所述第一储液器(3)连接；第二换热器(14)同样呈螺旋形并内置于所述蓄热箱(4)的上部，所述第二换热器(14)的进口(141)经所述第二膨胀机构(16)以及电磁阀(93)与所述第一储液器(3)连接，所述第二换热器的出口(142)与所述第二储液器(5)连接；第二电磁阀(92)的出口与所述蒸发器(6)的进口连接，所述蒸发器(6)的出口经单向阀(113)接入所述第二储液器(5)，所述蒸发器(6)的底部接有所述第三换热器(17)，所述第二储液器(5)通过管路与所述压缩机的吸气口连接；所述蓄热箱(4)内设有相变蓄热材料(15)；

第一信号检测装置(121)置于所述聚光蒸发器(2)的表面并用于监测太阳辐射强度，第二信号检测装置(122)置于所述蓄热箱(4)的内部，第三信号检测装置(123)置于所述蒸发器(6)的进口处，所述第一信号检测装置(12)的输出端、所述第二信号检测装置(122)的输出端以及所述第三信号检测装置(123)的输出端分别与所述控制器(19)连接，所述控制器(19)的控制信号输出端分别与所述第一膨胀机构(1)、压缩机(7)、电磁阀(91)、电磁阀(92)、电磁阀(93)、第一调节阀(101)、第二调节阀(102)、第三调节阀(103)、三通阀(18)和第二膨胀机构(16)连接；

所述第一膨胀机构为热力膨胀阀或电子膨胀阀；所述第二膨胀机构为热力膨胀阀或电子膨胀阀；

所述第二信号检测装置为温度或压力传感器，所述第三信号检测装置为温度或压力传感器。

2.根据权利要求1所述的一种制热循环装置，其特征是，所述冷凝器为空冷散热器或水冷散热器，为水冷散热器时所述冷凝器(8)为外绕微通道散热器、外绕盘管或内置盘管，为空冷散热器时，所述冷凝器(8)为管翅式散热器或微通道散热器。