CN106352559B - 一种自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统及控制方法。包括热泵单元、太阳能单元、循环水单元和控制单元；所述热泵单元包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、热泵用储液器、电磁三通阀、电磁阀；所述太阳能单元包括太阳能集热器、太阳能用储液器、工质泵；循环水单元包括水箱、水泵、蓄热水箱；控制单元包括微型计算机、温度传感器、压力传感器、液位传感器。本发明采用太阳能单元和热泵单元制取热水时，可充分利用空气中的热能和太阳能；通过对电磁三通阀、电磁阀、压缩机等部件的控制，使两个储液器中的液态工质保持一定的量，从而保证太阳能单元和热泵单元在工作过程中时能保持最佳的工质充注量。
Description
（一）技术领域
本发明涉及热交换技术领域，特别涉及一种自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统及控制方法。
（二）背景技术
采用传统方法获取热水时存在着不利的因素，如采用电阻等发热元件直接加热不仅使用成本高，同时还存在着安全隐患；太阳能热水器的使用成本低，但是容易受到环境因素的影响，在阴天或者晚上无法获取足够的热水；采用热泵热水系统获取热水的使用成本相对较低，只能利用空气中的热能。普通的太阳能热泵热水系统综合了太阳能热水器与热泵热水系统的优点，但是在两种不同模式下工作时，管道内部的工质充注量不是最佳的。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统及控制方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统，其特征在于：包括热泵单元、太阳能单元、循环水单元和控制单元；所述热泵单元包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、热泵用储液器、压缩机出口用电磁三通阀、接储液器电磁三通阀、电磁阀；所述太阳能单元包括太阳能集热器、太阳能用储液器、工质泵；循环水单元包括水箱、水泵、蓄热水箱；控制单元包括微型计算机、温度传感器、压力传感器、液位传感器。
其中，所述热泵单元中的压缩机、冷凝器、热泵用储液器、蒸发器通过管道依次连接形成热泵单元中工质的循环管路；所述冷凝器工质侧的进口与压缩机出口用电磁三通阀相连，冷凝器工质侧的出口与电磁阀的进口相连，电磁阀的出口与接储液器电磁三通阀相连；所述接储液器电磁三通阀一端口与热泵用储液器的进口相连，热泵用储液器与蒸发器连接的管道上设有电子膨胀阀。
其中，所述太阳能单元的太阳能集热器的出口与压缩机出口用电磁三通阀一端口通过管道相连，太阳能集热器的进口通过管道与太阳能用储液器相连，太阳能集热器与太阳能用储液器之间的管道上设有工质泵；所述太阳能用储液器与接储液器电磁三通阀相连。
其中，所述循环水单元的水箱与水泵连接，该水泵与冷凝器水侧的进口连接；所述冷凝器水侧的出口与蓄热水箱连接。
温度传感器和压力传感器分别安装在压缩机进口和出口管道上；所述液位传感器位于太阳能用储液器内；所述温度传感器、压力传感器、液位传感器、电子膨胀阀、压缩机出口用电磁三通阀、接储液器电磁三通阀分别与微型计算机相连。
自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统的控制方法，包括：（1）当太阳能满足使用要求时，热泵单元停止工作；控制单元开启压缩机，同时对压缩机出口用电磁三通阀、电磁阀、接储液器电磁三通阀进行控制，使压缩机排气口出来的气态工质经冷凝器进入太阳能用储液器中；（2）当压缩机进出口的压力、太阳能用储液器中的液位达到一定值时，则认为太阳能单元中的工质充注量达到最佳状态。此时，控制单元对压缩机出口用电磁三通阀、电磁阀、接储液器电磁三通阀进行控制，使气态工质从太阳能集热器出口沿着冷凝器工质侧进入太阳能用储液器中，同时压缩机停止工作；在工质泵的作用下，工质循环流动，制取热水；具体工质循环流动过程为：在工质泵的作用下，太阳能用储液器中的液态工质进入太阳能集热器中，吸热后变为高温高压的过热蒸汽经压缩机出口用电磁三通阀进入冷凝器中；工质在冷凝器中冷凝放热变为过冷液体，经电磁阀、接储液器用电磁三通阀回到太阳能用储液器中，而温度较低的水在水泵的作用下进入换热器中，通过其管壁吸热后变为温度较高的热水送入蓄热水箱中；（3）当太阳能无法满足要求时，太阳能单元停止工作；控制单元使连接太阳能用储液器与热泵用储液器相通，在压差的作用下液态工质由太阳能用储液器自动的流向热泵用储液器；当两个储液器内的压力达到平衡时，控制单元首先关闭电磁阀，同时开启压缩机，使压缩机排出的气态工质能够进入冷凝器中；（4）在压缩机的作用下，太阳能用储液器中的液态工质经接储液器电磁三通阀进入热泵用储液器中；当压缩机的进出口的压力达到一定值时，则认为热泵单元中具有最佳的工质充注量；此时控制单元打开电磁阀，同时使电磁阀出口至热泵用储液器的管路相通，则热泵单元在最佳工质充注量的情况下制取热水；工质在冷凝器中冷凝由过热气态变为过冷液态，在此过程中，通过管壁将热量传给温度较低的冷水，从而获得高温热水；接着工质流过电磁阀、接储液器用电磁三通阀、热泵用储液器后进入电子膨胀阀，经过节流降压后变为低温低压的雾状液体进入蒸发器中；最后，工质在蒸发器中蒸发吸热，通过管壁从外界空气中吸收热能，变为低温低压的气态；在压缩机的作用下工质不断的循环流动，从而形成制热循环。
本发明在天气晴朗时利用太阳能单元获取足够的热水并存储在蓄热水箱内；在阴天或者夜晚的情况下，当蓄热水箱内没有热水时可采用热泵单元制取热水。本系统在制取热水时均采用同一种工质，且能根据实际情况自动调节管道内部工质的充注量。
本发明的有益效果是：本发明采用太阳能单元和热泵单元制取热水时，可充分利用空气中的热能和太阳能；通过对电磁三通阀、电磁阀、压缩机等部件的控制，使两个储液器中的液态工质保持一定的量，从而保证太阳能单元和热泵单元在工作过程中时能保持最佳的工质充注量。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图中，1、压缩机，2、蒸发器，3、微型计算机，4、电子膨胀阀，5、热泵用储液器，6、接储液器电磁三通阀，7、电磁阀，8、水泵，9、太阳能用储液器，10、液位传感器，11水箱，12、工质泵，13、太阳能集热器，14、蓄热水箱，15、冷凝器，16、压缩机出口用电磁三通阀，17、温度传感器，18压力传感器。
（五）具体实施方式
实施例1
具体包括热泵单元、太阳能单元、循环水单元和控制单元；热泵单元中的压缩机1、冷凝器15、热泵用储液器5、蒸发器2通过管道依次连接形成热泵单元中工质的循环管路；所述冷凝器15工质侧的进口与压缩机出口用电磁三通阀16相连，冷凝器15工质侧的出口与电磁阀7的进口相连，电磁阀7的出口与接储液器电磁三通阀6相连；所述接储液器电磁三通阀6一端口与热泵用储液器5的进口相连，热泵用储液器5与蒸发器2连接的管道上设有电子膨胀阀4。
太阳能单元的太阳能集热器13的出口与压缩机出口用电磁三通阀16一端口通过管道相连，太阳能集热器13的进口通过管道与太阳能用储液器9相连，太阳能集热器13与太阳能用储液器9之间的管道上设有工质泵12；所述太阳能用储液器9与接储液器电磁三通阀6相连。
循环水单元的水箱11与水泵8连接，该水泵8与冷凝器15水侧的进口连接；所述冷凝器15水侧的出口与蓄热水箱1411连接。
温度传感器17和压力传感器18分别安装在压缩机1进口和出口管道上；所述液位传感器10位于太阳能用储液器9内；所述温度传感器17、压力传感器18、液位传感器10、电子膨胀阀4、压缩机出口用电磁三通阀16、接储液器电磁三通阀6分别与微型计算机3相连。
实施例2
一种能自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统在制取热水的过程中，管道内部始终循环的是同一种工质。系统初始化阶段，控制单元将连接两个储液器的管道相通，则在压差的作用下，热泵用储液器5和太阳能用储液器9中的液体将自动达到平衡。
当太阳能单元工作时，控制单元开启压缩机1，同时对压缩机出口用电磁三通阀16、电磁阀7、接储液器电磁三通阀6进行控制，使压缩机1排气口出来的气态工质经冷凝器15进入太阳能用储液器9中。当压缩机1进出口的压力、太阳能用储液器9中的液位达到一定值时，则认为太阳能单元中的工质充注量达到最佳状态。此时，控制单元对压缩机出口用电磁三通阀16、电磁阀7、接储液器电磁三通阀6进行控制，使气态工质从太阳能集热器13出口沿着冷凝器15进入太阳能用储液器9中，在开启工质泵12和水泵8的同时停止压缩机1工作。在工质泵12的作用下，太阳能用储液器9中的液态工质进入太阳能集热器13中，吸热后变为高温高压的过热蒸汽经压缩机出口用电磁三通阀16进入冷凝器15中。工质在冷凝器15中冷凝放热变为过冷液体，经电磁阀7、接储液器用电磁三通阀回到太阳能用储液器9中，而温度较低的水在水泵8的作用下进入换热器中，通过其管壁吸热后变为温度较高的热水送入蓄热水箱1411中。太阳能单元制取热水时，管道内部工质的流动方向如图1中带箭头的虚线所示。
当热泵单元工作时，单元首先关闭电磁阀7，同时开启压缩机1。在压缩机1的作用下，太阳能用储液器9中的液态工质经接储液器电磁三通阀6进入热泵用储液器5中。当压缩机1的进出口的压力达到一定值时，则认为热泵单元中具有最佳的工质充注量。此时控制单元打开电磁阀7，同时使电磁阀7出口至热泵用储液器5的管路相通，开启水泵8。在压缩机1的作用下，蒸发器2中低温低压的气态工质被吸热压缩机1中，经压缩后变为高温高压的过热气体经压缩机出口用电磁三通阀16进入冷凝器15。工质在冷凝器15中冷凝由过热气态变为过冷液态，在此过程中，通过管壁将热量传给温度较低的冷水，从而获得高温热水。接着工质流过电磁阀7、接储液器用电磁三通阀、热泵用储液器5后进入电子膨胀阀4，经过节流降压后变为低温低压的雾状液体进入蒸发器2中。最后，工质在蒸发器2中蒸发吸热，通过管壁从外界空气中吸收热能，变为低温低压的气态。在压缩机1的作用下工质不断的循环流动，从而形成制热循环。热泵热水单元工作时，管道内部工质的流动方向如图1中带箭头的实线所示。
Claims (6)
1.一种自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统，其特征在于：包括热泵单元、太阳能单元、循环水单元和控制单元；所述热泵单元包括压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、蒸发器、热泵用储液器、压缩机出口用电磁三通阀、接储液器电磁三通阀、电磁阀；所述太阳能单元包括太阳能集热器、太阳能用储液器、工质泵；循环水单元包括水箱、水泵、蓄热水箱；控制单元包括微型计算机、温度传感器、压力传感器、液位传感器。
2.根据权利要求1所述的自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统，其特征在于：所述热泵单元中的压缩机、冷凝器、热泵用储液器、蒸发器通过管道依次连接形成热泵单元中工质的循环管路；所述冷凝器工质侧的进口与压缩机出口用电磁三通阀相连，冷凝器工质侧的出口与电磁阀的进口相连，电磁阀的出口与接储液器电磁三通阀相连；所述接储液器电磁三通阀一端口与热泵用储液器的进口相连，热泵用储液器与蒸发器连接的管道上设有电子膨胀阀。
3.根据权利要求2所述的自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统，其特征在于：所述太阳能单元的太阳能集热器的出口与压缩机出口用电磁三通阀一端口通过管道相连，太阳能集热器的进口通过管道与太阳能用储液器相连，太阳能集热器与太阳能用储液器之间的管道上设有工质泵；所述太阳能用储液器与接储液器电磁三通阀相连。
4.根据权利要求1所述的自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统，其特征在于：所述循环水单元的水箱与水泵连接，该水泵与冷凝器水侧的进口连接；所述冷凝器水侧的出口与蓄热水箱连接。
5.根据权利要求1所述的自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统，其特征在于：所述温度传感器和压力传感器分别安装在压缩机进口和出口管道上；所述液位传感器位于太阳能用储液器内；所述温度传感器、压力传感器、液位传感器、电子膨胀阀、压缩机出口用电磁三通阀、接储液器电磁三通阀分别与微型计算机相连。
6.根据权利要求1所述的自动调节工质充注量的太阳能热泵热水系统的控制方法，其特征在于：（1）当太阳能满足使用要求时，热泵单元停止工作；控制单元开启压缩机，同时对压缩机出口用电磁三通阀、电磁阀、接储液器电磁三通阀进行控制，使压缩机排气口出来的气态工质经冷凝器进入太阳能用储液器中；（2）当压缩机进出口的压力、太阳能用储液器中的液位达到一定值时，则认为太阳能单元中的工质充注量达到最佳状态；此时，控制单元对压缩机出口用电磁三通阀、电磁阀、接储液器电磁三通阀进行控制，使气态工质从太阳能集热器出口沿着冷凝器工质侧进入太阳能用储液器中，同时压缩机停止工作；在工质泵的作用下，工质循环流动，制取热水；（3）当太阳能无法满足要求时，太阳能单元停止工作；控制单元使连接太阳能用储液器与热泵用储液器相通，在压差的作用下液态工质由太阳能用储液器自动的流向热泵用储液器；当两个储液器内的压力达到平衡时，控制单元首先关闭电磁阀，同时开启压缩机，使压缩机排出的气态工质能够进入冷凝器中；（4）在压缩机的作用下，太阳能用储液器中的液态工质经接储液器电磁三通阀进入热泵用储液器中；当压缩机的进出口的压力达到一定值时，则认为热泵单元中具有最佳的工质充注量；此时控制单元打开电磁阀，同时使电磁阀出口至热泵用储液器的管路相通，则热泵单元在最佳工质充注量的情况下制取热水。
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| CN106352559A (zh) | 2017-01-25 |
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Address after: 256600 Bohai 24 Road, Yellow River 12 Road, Bincheng District, Binzhou City, Shandong Province Patentee after: Shandong Beyond Ground Source Heat Pump Technology Co.,Ltd. Address before: 256600 Bohai 24 Road, Yellow River 12 Road, Bincheng District, Binzhou City, Shandong Province Patentee before: SHANDONG CHAOYUE GROUND SOURCE HEAT PUMP TECHNOLOGY CO.,LTD. |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A solar heat pump hot water system with automatic adjustment of working fluid filling rate and its control method Effective date of registration: 20231218 Granted publication date: 20180731 Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Binzhou Economic Development Zone Sub-branch Pledgor: Shandong Beyond Ground Source Heat Pump Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2023980072427 |