CN105299948B - 一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统 - Google Patents
一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，该系统冬季最大限度的取用太阳能作为热泵热源，对建筑物进行供暖，夏季则可切换到制冷模式，为建筑物供冷。由太阳能集热器、蓄能换热器、压缩机、节流装置、末端换热器、末端系统、末端循环泵、辅助电加热器、蓄能循环泵、切换阀1、切换阀2、切换阀3、切换阀4、切换阀5、切换阀6、切换阀7、切换阀8、防水百叶窗、蓄能换热器隔板、喷淋管、制冷风扇、四通换向阀、挡水板组成。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，该系统冬季最大限度的取用太阳能作为热泵热源，对建筑物进行供暖，夏季则可切换到制冷模式，为建筑物供冷。
背景技术
随着世界能源消费量的大幅度增长，人们把能源利用的重点转移到可再生能源的开发和利用上来。太阳能以其取之不尽、廉价、安全、无需运输、清洁无污染等特点受到人们的重视，光热、光电、光化学等太阳能利用技术已迅速地发展起来。
随着生活水平提高，热用户对于供热的要求也越来越高，由于太阳能受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各种形式的太阳能直接热利用系统在应用上都受到一定的限制，太阳能利用的一些局限性日益显现出来：一是白天集热板板面温度的上升会导致集热效率下降；二是在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现24h连续供热。
发明内容
为解决白天集热板板面温度的上升会导致集热效率下降，在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时，无法实现24h连续供热，本发明提供了一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统。应用原理：
1、如图1所示，本发明的一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统由太阳能集热器、蓄能换热器、压缩机、节流装置、末端换热器、末端系统、末端循环泵、辅助电加热器、蓄能循环泵、切换阀1、切换阀2、切换阀3、切换阀4、切换阀5、切换阀6、切换阀7、切换阀8、防水百叶窗、蓄能换热器隔板、喷淋管、制冷风扇、四通换向阀、挡水板组成，冬季供热时，蓄能换热器隔板将蓄能换热器蓄能换热器隔板以下部分隔离成封闭的换热空间，在有足够的太阳辐射、蓄能换热器内介质为固液混合状态时，切换阀2、切换阀5、切换阀8关闭，切换阀1、切换阀3、切换阀4、切换阀6、切换阀7开启，工质换热系统为，工质经压缩机压缩成高温高压气体排入末端换热器，加热末端换热器中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置节流后进入蓄能换热器，吸收蓄能换热器中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，介质在太阳能集热器中吸收太阳辐射能后，由切换阀1进入蓄能换热器与工质进行换热，换热后的介质经切换阀6，由蓄能循环泵将介质输送至太阳能集热器吸收太阳辐射能，循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4进入末端换热器与工质进行换热，温度升高后由切换阀3进入末端系统换热，介质温度降低后，由末端循环泵再次输送至末端换热器，循环供热。
2、如图1所示，太阳辐射能不足时，工质经压缩机压缩成高温高压气体排入末端换热器，加热末端换热器中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置节流后进入蓄能换热器，吸收蓄能换热器中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机进行压缩，循环换热，工质在蓄能换热器中不断提取蓄能换热器中介质的热量，使介质温度不断降低，达到介质的凝固点，提取介质中的凝固热，介质的固、液混合比例达到50％-70％时，压缩机停止工作，辅助电加热器启动，加热末端系统中介质，对末端系统进行供热。
3、如图2所示，太阳辐射能充足、蓄能换热器内介质温度≥20℃时，切换阀1、切换阀3、切换阀4、切换阀6、切换阀8关闭，切换阀2、切换阀5、切换阀7开启，压缩机停止运行，介质由末端循环泵输送至太阳能集热器吸收太阳辐射能，介质温度升高后进入末端系统进行换热，换热后再次由末端循环泵输送至太阳能集热器吸收太阳辐射能，循环供热。
4、如图3所示，夏季制冷时，蓄能换热器隔板拆除，切换阀1、切换阀2、切换阀5、切换阀7关阀，切换阀3、切换阀4、切换阀6、切换阀8开启，工质换热系统为，四通换向阀换向，工质经压缩机压缩成高温高压气体排入蓄能换热器，与蓄能换热器介质换热后被冷凝成液态工质，经节流装置节流后，进入末端换热器吸热，蒸发成气态工质后再次进入压缩机进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，制冷风扇启动，空气由防水百叶窗进入，与喷淋管喷出的介质换热后，经挡水板分离液态介质，由制冷风扇排入大气中，换热后的介质与工质进行热交换，介质升温后，由蓄能循环泵、切换阀8进入喷淋管，从喷淋管喷出与空气循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4进入末端换热器，被工质冷却后，由切换阀3进入末端系统进行制冷，介质被加热后，经末端循环泵再次输送至末端换热器，循环换热。
5、如图4所示，单供热工况时，在有足够的太阳辐射、蓄能换热器内介质为固液混合状态时，切换阀2、切换阀5关闭，切换阀1、切换阀3、切换阀4、切换阀6开启，工质换热系统为，工质经压缩机压缩成高温高压气体排入末端换热器，加热末端换热器中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置节流后进入蓄能换热器，吸收蓄能换热器中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，介质在太阳能集热器中吸收太阳辐射能后，由切换阀1进入蓄能换热器与工质进行换热，换热后的介质经切换阀6，由蓄能循环泵将介质输送至太阳能集热器吸收太阳辐射能，循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4进入末端换热器与工质进行换热，温度升高后由切换阀3进入末端系统换热，介质温度降低后，由末端循环泵再次输送至末端换热器，循环换热；太阳辐射能不足时，工质经压缩机压缩成高温高压气体排入末端换热器，加热末端换热器中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置节流后进入蓄能换热器，吸收蓄能换热器中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机进行压缩，循环换热，工质在蓄能换热器中不断提取蓄能换热器中介质的热量，使介质温度不断降低，达到介质的凝固点，提取介质中的凝固热，介质的固、液混合比例达到50％-70％时，压缩机停止工作，辅助电加热器启动，加热末端系统中介质，对末端系统进行供热。
6、如图5所示，单供热工况时，太阳辐射能充足、蓄能换热器内介质温度≥20℃时，切换阀1、切换阀3、切换阀4、切换阀6关闭，切换阀2、切换阀5开启，压缩机停止运行，介质由末端循环泵输送至太阳能集热器吸收太阳辐射能，介质温度升高后进入末端系统进行换热，换热后再次由末端循环泵输送至太阳能集热器吸收太阳辐射能，循环供热。
附图说明
图1-本发明的带制冷功能的太阳能热泵供热系统图
图2-本发明的带制冷功能的太阳能直接供热系统图
图3-本发明的制冷系统图
图4-本发明的太阳能热泵供热系统图
图5-本发明的太阳能直接供热系统图
附图图面说明
图1、图2、图3、图4、图5，1-太阳能集热器；2-蓄能换热器；3-压缩机；4-节流装置；5-末端换热器；6-末端系统；7-末端循环泵；8-辅助电加热器；9-蓄能循环泵；10-切换阀1；11-切换阀2；12-切换阀3；13-切换阀4；14-切换阀5；15-切换阀6；16-切换阀7；17-切换阀8；18-防水百叶窗；19-蓄能换热器隔板；20-喷淋管；21-制冷风扇；22-四通换向阀；23-挡水板。
具体实施方式
1、如图1所示，本发明的一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统由太阳能集热器(1)、蓄能换热器(2)、压缩机(3)、节流装置(4)、末端换热器(5)、末端系统(6)、末端循环泵(7)、辅助电加热器(8)、蓄能循环泵(9)、切换阀1(10)、切换阀2(11)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀5(14)、切换阀6(15)、切换阀7(16)、切换阀8(17)、防水百叶窗(18)、蓄能换热器隔板(19)、喷淋管(20)、制冷风扇(21)、四通换向阀(22)、挡水板(23)组成，冬季供热时，蓄能换热器隔板(19)将蓄能换热器(2)蓄能换热器隔板(19)以下部分隔离成封闭的换热空间，在有足够的太阳辐射、蓄能换热器(2)内介质为固液混合状态时，切换阀2(11)、切换阀5(14)、切换阀8(17)关闭，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)、切换阀7(16)开启，工质换热系统为，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，介质在太阳能集热器(1)中吸收太阳辐射能后，由切换阀1(10)进入蓄能换热器(2)与工质进行换热，换热后的介质经切换阀6(15)，由蓄能循环泵(9)将介质输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4(13)进入末端换热器(5)与工质进行换热，温度升高后由切换阀3(12)进入末端系统(6)换热，介质温度降低后，由末端循环泵(7)再次输送至末端换热器(5)，循环供热。
2、如图1所示，太阳辐射能不足时，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热，工质在蓄能换热器(2)中不断提取蓄能换热器(2)中介质的热量，使介质温度不断降低，达到介质的凝固点，提取介质中的凝固热，介质的固、液混合比例达到50％-70％时，压缩机(3)停止工作，辅助电加热器(8)启动，加热末端系统(6)中介质，对末端系统(6)进行供热。
3、如图2所示，太阳辐射能充足、蓄能换热器(2)内介质温度≥20℃时，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)、切换阀8(17)关闭，切换阀2(11)、切换阀5(14)、切换阀7(16)开启，压缩机(3)停止运行，介质由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，介质温度升高后进入末端系统(6)进行换热，换热后再次由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环供热。
4、如图3所示，夏季制冷时，蓄能换热器隔板(19)拆除，切换阀1(10)、切换阀2(11)、切换阀5(14)、切换阀7(16)关阀，切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)、切换阀8(17)开启，工质换热系统为，四通换向阀(22)换向，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入蓄能换热器(2)，与蓄能换热器(2)介质换热后被冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后，进入末端换热器(5)吸热，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，制冷风扇(21)启动，空气由防水百叶窗(18)进入，与喷淋管(20)喷出的介质换热后，经挡水板(23)分离液态介质，由制冷风扇(21)排入大气中，换热后的介质与工质进行热交换，介质升温后，由蓄能循环泵(9)、切换阀8(17)进入喷淋管(20)，从喷淋管(20)喷出与空气循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4(13)进入末端换热器(5)，被工质冷却后，由切换阀3(12)进入末端系统(6)进行制冷，介质被加热后，经末端循环泵(7)再次输送至末端换热器(5)，循环换热。
5、如图4所示，单供热工况时，在有足够的太阳辐射、蓄能换热器(2)内介质为固液混合状态时，切换阀2(11)、切换阀5(14)关闭，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)开启，工质换热系统为，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，介质在太阳能集热器(1)中吸收太阳辐射能后，由切换阀1(10)进入蓄能换热器(2)与工质进行换热，换热后的介质经切换阀6(15)，由蓄能循环泵(9)将介质输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4(13)进入末端换热器(5)与工质进行换热，温度升高后由切换阀3(12)进入末端系统(6)换热，介质温度降低后，由末端循环泵(7)再次输送至末端换热器(5)，循环换热；太阳辐射能不足时，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热，工质在蓄能换热器(2)中不断提取蓄能换热器(2)中介质的热量，使介质温度不断降低，达到介质的凝固点，提取介质中的凝固热，介质的固、液混合比例达到50％-70％时，压缩机(3)停止工作，辅助电加热器(8)启动，加热末端系统(6)中介质，对末端系统(6)进行供热。
6、如图5所示，单供热工况时，太阳辐射能充足、蓄能换热器(2)内介质温度≥20℃时，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)关闭，切换阀2(11)、切换阀5(14)开启，压缩机(3)停止运行，介质由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，介质温度升高后进入末端系统(6)进行换热，换热后再次由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环供热。
Claims (6)
1.一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，其特征在于由太阳能集热器(1)、蓄能换热器(2)、压缩机(3)、节流装置(4)、末端换热器(5)、末端系统(6)、末端循环泵(7)、辅助电加热器(8)、蓄能循环泵(9)、切换阀1(10)、切换阀2(11)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀5(14)、切换阀6(15)、切换阀7(16)、切换阀8(17)、防水百叶窗(18)、蓄能换热器隔板(19)、喷淋管(20)、制冷风扇(21)、四通换向阀(22)、挡水板(23)组成，冬季供热时，蓄能换热器隔板(19)将蓄能换热器(2)蓄能换热器隔板(19)以下部分隔离成封闭的换热空间，在有足够的太阳辐射、蓄能换热器(2)内介质为固液混合状态时，切换阀2(11)、切换阀5(14)、切换阀8(17)关闭，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)、切换阀7(16)开启，工质换热系统为，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，介质在太阳能集热器(1)中吸收太阳辐射能后，由切换阀1(10)进入蓄能换热器(2)与工质进行换热，换热后的介质经切换阀6(15)，由蓄能循环泵(9)将介质输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4(13)进入末端换热器(5)与工质进行换热，温度升高后由切换阀3(12)进入末端系统(6)换热，介质温度降低后，由末端循环泵(7)再次输送至末端换热器(5)，循环供热。
2.根据权利要求1所述一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，其特征在于太阳辐射能不足时，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热，工质在蓄能换热器(2)中不断提取蓄能换热器(2)中介质的热量，使介质温度不断降低，达到介质的凝固点，提取介质中的凝固热，介质的固、液混合比例达到50％-70％时，压缩机(3)停止工作，辅助电加热器(8)启动，加热末端系统(6)中介质，对末端系统(6)进行供热。
3.根据权利要求1所述一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，其特征在于太阳辐射能充足、蓄能换热器(2)内介质温度≥20℃时，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)、切换阀8(17)关闭，切换阀2(11)、切换阀5(14)、切换阀7(16)开启，压缩机(3)停止运行，介质由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，介质温度升高后进入末端系统(6)进行换热，换热后再次由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环供热。
4.根据权利要求1所述一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，其特征在于夏季制冷时，蓄能换热器隔板(19)拆除，切换阀1(10)、切换阀2(11)、切换阀5(14)、切换阀7(16)关阀，切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)、切换阀8(17)开启，工质换热系统为，四通换向阀(22)换向，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入蓄能换热器(2)，与蓄能换热器(2)介质换热后被冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后，进入末端换热器(5)吸热，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，制冷风扇(21)启动，空气由防水百叶窗(18)进入，与喷淋管(20)喷出的介质换热后，经挡水板(23)分离液态介质，由制冷风扇(21)排入大气中，换热后的介质与工质进行热交换，介质升温后，由蓄能循环泵(9)、切换阀8(17)进入喷淋管(20)，从喷淋管(20)喷出与空气循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4(13)进入末端换热器(5)，被工质冷却后，由切换阀3(12)进入末端系统(6)进行制冷，介质被加热后，经末端循环泵(7)再次输送至末端换热器(5)，循环换热。
5.一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，其特征在于单供热工况时，在有足够的太阳辐射、蓄能换热器(2)内介质为固液混合状态时，切换阀2(11)、切换阀5(14)关闭，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)开启，工质换热系统为，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热；蓄能换热系统为，介质在太阳能集热器(1)中吸收太阳辐射能后，由切换阀1(10)进入蓄能换热器(2)与工质进行换热，换热后的介质经切换阀6(15)，由蓄能循环泵(9)将介质输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环换热；末端系统循环为，介质由切换阀4(13)进入末端换热器(5)与工质进行换热，温度升高后由切换阀3(12)进入末端系统(6)换热，介质温度降低后，由末端循环泵(7)再次输送至末端换热器(5)，循环换热；太阳辐射能不足时，工质经压缩机(3)压缩成高温高压气体排入末端换热器(5)，加热末端换热器(5)中的介质，之后冷凝成液态工质，经节流装置(4)节流后进入蓄能换热器(2)，吸收蓄能换热器(2)中介质的热量，蒸发成气态工质后再次进入压缩机(3)进行压缩，循环换热，工质在蓄能换热器(2)中不断提取蓄能换热器(2)中介质的热量，使介质温度不断降低，达到介质的凝固点，提取介质中的凝固热，介质的固、液混合比例达到50％-70％时，压缩机(3)停止工作，辅助电加热器(8)启动，加热末端系统(6)中介质，对末端系统(6)进行供热。
6.根据权利要求5所述一种利用太阳能的耦合式热泵空调系统，其特征在于单供热工况时，太阳辐射能充足、蓄能换热器(2)内介质温度≥20℃时，切换阀1(10)、切换阀3(12)、切换阀4(13)、切换阀6(15)关闭，切换阀2(11)、切换阀5(14)开启，压缩机(3)停止运行，介质由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，介质温度升高后进入末端系统(6)进行换热，换热后再次由末端循环泵(7)输送至太阳能集热器(1)吸收太阳辐射能，循环供热。
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2015
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