CN106482394B - 一种太阳能空气能换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能空气能换热系统，包括温度传感器、压缩机、第一四通阀、散热器和第一换热器；压缩机的出气口与第一四通阀的D口连通；当温度传感器检测到太阳能水箱的水温小于预设区间时，第一四通阀的D口与其C口连通，同时其C口与第一换热器的第一通口连通，第一换热器的第二通口与压缩机的进气口连通；当温度传感器的检测值大于预设区间时，第一四通阀的D口与其E口连通，同时其E口与散热器的第一通口连通，散热器的第二通口与第一换热器的第二通口连通，而其第一通口与压缩机的进气口连通。本发明能够快速、高效地调节太阳能水箱的温度，使其始终保持在合适范围内，保证在太阳能和空气能共存运行的情况下，避免对冷凝器的腐蚀。

Description

一种太阳能空气能换热系统

技术领域

本发明涉及空调及光伏技术领域，特别涉及一种太阳能空气能换热系统。

背景技术

随着能源技术的发展，越来越多的新能源已得到广泛使用。

太阳能是最具前景的新能源，其取之不尽用之不竭的清洁能源特性使其备受青睐。在空调领域，同样已经实现对空气能的利用，即吸收空气中的热量进行制冷、加热等。在部分偏远地区，由于资源匮乏，但是光照充足，因此出现了太阳能热水器等太阳能热利用系统。但太阳能制热有其局限性，由于光照在一天的时间内并不均匀，而且受天气影响较大，为提高热水输出率和能源利用率，往往同时通过空气能辅助完成。

太阳能空气能产品即为同时利用太阳能和空气能的热利用系统，在现有技术中，一般将空气能热泵系统的冷凝器放到太阳能水箱内，用太阳能空气能产品来制热水或高温烘干。当水箱温度低于一定值时，在没有阳光的条件下，仅通过空气能单独对末端用热设备(比如热水器等)进行加热，在当水箱温度达到一定值时停止加热；而在有阳光的条件下，可通过太阳能和空气能同时对末端用热设备进行加热，当水箱温度达到一定值后空气能热泵系统停止加热，但是太阳能系统仍然处于持续加热状态中。由于空气能热泵系统中的冷凝器浸泡在太阳能水箱内，当太阳能系统处于有光照条件下时，太阳能将持续不断地对水箱进行加热，如此，高温的热水容易将冷凝器腐蚀，导致空气能热泵系统进水报废，缩短产品使用寿命，同时水箱内过高的水温也会加速水垢的产生，影响换热效果。

因此，如何在太阳能和空气能共存运行的情况下，有效地实现对太阳能水箱温度的控制，避免对冷凝器的腐蚀，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种太阳能空气能换热系统，能够在太阳能和空气能共存运行的情况下，有效地实现对太阳能水箱温度的控制，避免对冷凝器的腐蚀。

为解决上述技术问题，本发明提供一种太阳能空气能换热系统，包括设置于太阳能水箱内并用于检测水温的温度传感器、压缩机、第一四通阀、散热器，以及设置于所述太阳能水箱内并用于对其加热或降温的第一换热器；

所述压缩机的出气口与所述第一四通阀的D口连通；

当所述温度传感器检测到所述太阳能水箱的水温小于预设区间时，所述第一四通阀的D口与其C口连通，同时其C口与所述第一换热器的第一通口连通，所述第一换热器的第二通口与所述压缩机的进气口连通；

当所述温度传感器检测到所述太阳能水箱的水温大于预设区间时，所述第一四通阀的D口与其E口连通，同时其E口与所述散热器的第一通口连通，所述散热器的第二通口与所述第一换热器的第二通口连通，所述第一换热器的第一通口与所述压缩机的进气口连通。

优选地，还包括蓄热箱和第二四通阀，所述蓄热箱内设置有第二换热器；

所述第一四通阀的E口与所述第二四通阀的S口连通，所述第二四通阀的D口与所述第一换热器的第二通口连通，所述第二四通阀的C口与所述第二换热器的第一通口连通，所述第二四通阀的E口与所述散热器的第一通口连通，所述散热器的第二通口与所述第二换热器的第二通口连通。

优选地，还包括设置于所述蓄热箱与散热器之间、用于存储冷媒的储液罐，且所述第二换热器的第二通口与所述储液罐的一端连通，所述散热器的第二通口与所述储液罐的另一端连通。

优选地，还包括设置于所述储液罐与散热器之间的第三换热器，所述储液罐与所述第三换热器的第一通口连通，同时所述第三换热器的第一通口与其第二通口导通，且所述第三换热器的第二通口与所述散热器的第二通口连通。

优选地，所述储液罐还与第三换热器的第三通口连通，同时所述第三换热器的第三通口与其第四通口导通，且所述第三换热器的第四通口与所述压缩机的进气口连通。

优选地，所述太阳能水箱以及蓄热箱上分别连通有对应于不同使用环境或途径的末端用热设备。

优选地，还包括设置于所述太阳能水箱和末端用热设备之间、用于使流动工质在两者之间循环流动，以调节所述末端用热设备的温度的循环泵。

本发明所提供的太阳能空气能换热系统，主要包括压缩机、第一四通阀、散热器、温度传感器和第一换热器。其中，温度传感器设置在太阳能水箱内，主要用于检测太阳能水箱的水温。压缩机主要用于吸入低温低压的工质并排出高温高压的工质，第一四通阀上一般都设置有四个通口，工程标准一般分为D口、C口、E口和S口，主要用于切换各口的连通状态，改变液路流动方向，散热器主要用于对流动工质进行散热，第一换热器设置在太阳能水箱内、主要用于对不同温度的流动工质进行热量交换，从而对太阳能水箱进行加热或降温。

压缩机的出气口与第一四通阀的D口连通，并且当温度传感器检测到太阳能水箱的室内温度小于预设区间时，说明太阳能水箱的水温较低，需要对其进行加热，此时第一四通阀的D口与其C口连通，同时C口又与第一换热器的第一通口连通，而第一换热器设置在太阳能水箱内，如此高温高压的流动工质就进入到第一换热器中，在太阳能水箱内与其内的液体进行热交换，使得太阳能水箱内的液体温度升高，而流动工质的温度降低，最后再通过第一换热器的第二通口流回到压缩机的进气口。而当温度传感器检测到太阳能水箱的水温大于预设区间时，说明太阳能水箱的水温较高，需要对其进行降温，此时第一四通阀的D口与其E口连通，同时E口又与散热器的第一通口连通，而散热器的第二通口与第一换热器的第二通口连通，如此高温高压的流动工质首先进入到散热器中，在散热器中进行降温冷却成冷媒后再进入到第一换热器中，在第一换热器中与太阳能水箱内的液体进行热交换，使得太阳能水箱内的液体温度降低，而流动工质的温度升高，最后再通过第一换热器的第一通口流回到压缩机的进气口。

综上所述，本发明所提供的太阳能空气能换热系统，根据温度传感器对太阳能水箱的水温检测值，改变第一四通阀的阀口连通状态和流动工质的流动路径，以压缩机为热泵源并通过第一换热器对太阳能水箱进行加热，同时通过散热器对太阳能水箱进行降温冷却，实现高效精确地调节太阳能水箱的温度，使其始终保持在合适范围内，保证在太阳能和空气能共存运行的情况下，避免对冷凝器的腐蚀。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的一种具体实施方式的系统结构示意图；

图2为本发明所提供的太阳能水箱制冷模式示意图；

图3为本发明所提供的太阳能水箱制冷和蓄热箱制热模式示意图；

图4为本发明所提供的太阳能水箱制热和蓄热箱制热模式示意图；

图5为本发明所提供的太阳能水箱蓄热和蓄热箱制冷模式示意图；

图6为本发明所提供的蓄热箱制热模式示意图。

其中，图1—图6中：

压缩机—1，第一四通阀—2，第二四通阀—21，第一截止阀—22，单向阀—23，第四截止阀—24，第五截止阀—25，第六截止阀—26，第二截止阀—27，第三截止阀—28，太阳能水箱—3，第一换热器—31，第一末端换热设备—32，循环泵—33，第一节流部件—41，第二节流部件—42，第三节流部件—43，第四节流部件—44，蓄热箱—5，第二换热器—51，第二末端换热设备—52，储液罐—6，第三换热器—7，散热器—8。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的系统结构示意图。图中的1st、2nd、3rd、4th分别指各对应部件的第一通口、第二通口、第三通口和第四通口，附图2-6同理，附图中的箭头表示流动工质的流动方向。

在本发明所提供的一种具体实施方式中，太阳能空气能换热系统主要包括温度传感器、压缩机1、第一四通阀2、散热器8和第一换热器31。

其中，温度传感器设置在太阳能水箱3内，主要用于检测太阳能水箱3的水温。压缩机1主要用于吸入低温低压的工质并排出高温高压的工质，第一四通阀2上一般都设置有四个通口，工程标准一般分为D口、C口、E口和S口，主要用于切换各口的连通状态，改变液路流动方向，散热器8主要用于对流动工质进行散热，第一换热器31设置在太阳能水箱3内、主要用于对不同温度的流动工质进行热量交换，从而对太阳能水箱3进行加热或降温。

压缩机1的出气口与第一四通阀2的D口连通，并且当温度传感器检测到太阳能水箱3的室内温度小于预设区间时，说明太阳能水箱3的水温较低，需要对其进行加热，此时第一四通阀2的D口与其C口连通，同时C口又与第一换热器31的第一通口连通，而第一换热器31设置在太阳能水箱3内，如此高温高压的流动工质就进入到第一换热器31中，在太阳能水箱3内与其内的液体进行热交换，使得太阳能水箱3内的液体温度升高，而流动工质的温度降低，最后再通过第一换热器31的第二通口流回到压缩机1的进气口，当然此处也可以从第一换热器31的第二通口处流处后进入到第一四通阀2的E口和S口，再流回到压缩机1。

而当温度传感器检测到太阳能水箱3的水温大于预设区间时，说明太阳能水箱3的水温较高，需要对其进行降温，此时第一四通阀2的D口与其E口连通，同时E口又与散热器8的第一通口连通，而散热器8的第二通口与第一换热器31的第二通口连通，如此高温高压的流动工质首先进入到散热器8中，在散热器8中进行降温冷却成冷媒后再进入到第一换热器31中，在第一换热器31中与太阳能水箱3内的液体进行热交换，使得太阳能水箱3内的液体温度降低，而流动工质的温度升高，最后再通过第一换热器31的第一通口流回到压缩机1的进气口，当然此处也可以从第一换热器31的第一通口流出后进入到第一四通阀2的C口和S口，再流回到压缩机1。

如此，本实施例所提供的太阳能空气能换热系统，根据温度传感器对太阳能水箱的水温检测值，改变第一四通阀的阀口连通状态和流动工质的流动路径，以压缩机为热泵源并通过第一换热器对太阳能水箱进行加热，同时通过散热器对太阳能水箱进行降温冷却，实现高效精确地调节太阳能水箱的温度，使其始终保持在合适范围内，保证在太阳能和空气能共存运行的情况下，避免对冷凝器的腐蚀。

在本发明所提供的一种优选实施例中，太阳能空气能换热系统主要包括以下部件：压缩机1、第一四通阀2、第二四通阀21、第一截止阀22、单向阀23、第四截止阀24、第五截止阀25、第六截止阀26、第二截止阀27、第三截止阀28、太阳能水箱3、第一换热器31、第一末端换热设备32、循环泵33、第一节流部件41、第二节流部件42、第三节流部件43、第四节流部件44、蓄热箱5、第二换热器51、第二末端换热设备52、储液罐6、第三换热器7、散热器8。其中，第一四通阀2和第二四通阀21均含有D、C、A、E接口，第一换热器31设置于太阳能水箱3内，第二换热器51设置于蓄热箱5内，温度传感器设置于太阳能水箱3内，还有感温探头设置于蓄热箱5内。

通过上述零部件的连接，组成了本系统的主循环流路和增焓流路。

其中，主循环流路的连接组成主要包括：压缩机1与第一四通阀2接口D连接，第一四通阀2接口C与设置于太阳能水箱3内的第一换热器31连接，第一换热器31与第一截止阀22连接，第一截止阀22与第二四通阀21接口D连接，在第一截止阀22上并联有第一节流部件41和单向阀23，第二四通阀21接口C与设置于蓄热箱5内的第二换热器51连接，第二换热器51与第三截止阀28连接，第三截止阀28与储液罐6连接，在第三截止阀28上并联有第二节流部件42和第二截止阀27，储液罐6与第三换热器7的第一通口和第六截止阀26连接，第三换热器7的第二通口与第三节流部件43连接，第三节流部件43与第四截止阀24连接，在第三节流部件43和第四截止阀24间并联有第五截止阀25，第四截止阀24与散热器8连接，散热器8与第二四通阀21接口E连接，第二四通阀21接口S与第一四通阀2接口E连接，第一四通阀2接口S与压缩机1连接。通过上述零部件的连接，形成了该系统的热泵系统主循环流路。

而增焓流路的连接组成：在储液罐6和压缩机1之间连接有制冷系统的增焓支路，储液罐6与第六截止阀26连接，第六截止阀26与第四节流部件44连接，第四节流部件44与第三换热器7的第三通口连接，第三换热器7的第四通口与压缩机1连接。通过上述零部件的连接，构成了该系统的增焓流路。

在太阳能水箱3与第一末端换热设备32间连有循环泵33，蓄热箱5连接有第二末端换热设备52。

本实施例所提供的太阳能空气能系统包括多个循环功能模式，包括太阳能水箱制冷模式、太阳能水箱制冷和蓄热箱制热模式、太阳能水箱制热和蓄热箱制热模式、太阳能水箱蓄热和蓄热箱制冷模式和蓄热箱制热模式。

其中，太阳能水箱制冷模式：高温高压的工质由压缩机1流入第一四通阀2接口D，接着由第一四通阀2接口E流向第二四通阀21接口S，工质接着由第二四通阀21接口E流向散热器8第一通口，工质在散热器8内放热降温，经过首次放热降温后的工质接着由散热器8流向第五截止阀25，接着由第五截止阀25流向第三换热器7的第二通口，工质接着由第三换热器7的第一通口流向储液罐6，接着由储液罐6流向第三截止阀28，工质接着由第三截止阀28流向蓄热箱5内的第二通口，接着由蓄热箱5的第一通口流向第一四通阀2接口C，工质接着由第一四通阀2接口D流向单向阀23，接着由单向阀23流向第一节流部件41，经第一节流部件41节流后的工质流向太阳能水箱3的第二通口，工质在太阳能水箱3内的第一换热器31内吸热蒸发，经首次吸热后的工质由第一换热器31流向第一四通阀2接口C，最后由第一四通阀2接口S流回压缩机1。通过上述流路的循环，系统完成对太阳能水箱3的制冷功能。

太阳能水箱制冷和蓄热箱制热模式：高温高压的工质由压缩机1流入第一四通阀2接口D，接着由第一四通阀2接口E流向第二四通阀21接口S，工质接着由第二四通阀21接口C流向蓄热箱5的第一通口，工质在蓄热箱5内的第二换热器51内放热降温，经首次放热降温后的工质接着由蓄热箱5第二通口流向第三截止阀28，接着由第三截止阀28流到储液罐6，工质接着由储液罐6流向第三换热器7的第一通口，接着由第三换热器7的第二通口流向第五截止阀25，工质接着由第五截止阀25流向散热器8的第二通口，工质在散热器8内再次放热降温，实现过冷，经过冷后的工质接着由散热器8的第一通口流向第二四通阀21接口E，接着由第二四通阀21接口D流向单向阀23，工质接着由单向阀23流向第一节流部件41，经第一节流部件41节流后的工质流向太阳能水箱3的第二通口，工质在太阳能水箱3内的第一换热器31内吸热蒸发，经吸热蒸发后的工质由太阳能水箱3第一通口流向第一四通阀2接口C，最后由第一四通阀2接口S流回压缩机1。通过上述流路的循环，系统完成吸收太阳能水箱3内的热量来给蓄热箱5制热的热回收功能。

太阳能水箱制热和蓄热箱制热模式：高温高压的工质由压缩机1流入第一四通阀2接口D，接着由第一四通阀2接口C流向太阳能水箱3的第一通口，工质在太阳能水箱3内的第一换热器31首次放热后流向第一截止阀22，接着由第一截止阀22流向第二四通阀21接口D，工质接着由第二四通阀21接口C流向蓄热箱5的第一通口，工质在蓄热箱5内的第二换热器51内再次放热，实现过冷，过冷后的工质由蓄热箱5的第二通口流向第三截止阀28，接着由第三截止阀28流向储液罐6，工质接着由储液罐6流向第三换热器7的第一通口，接着由第三换热器7的第二通口流向第三节流部件43，经第三节流部件43节流后工质流向第四截止阀24，接着由第四截止阀24流向散热器8的第二通口，工质在散热器8内吸热蒸发，经过蒸发后的工质由散热器8的第一通口流向第二四通阀21接口E，接着由第二四通阀21接口S流向第一四通阀2接口E，最后由第一四通阀2接口S流回压缩机1。通过上述流路的循环，系统完成对太阳能水箱3和蓄热箱5的制热功能。

太阳能水箱制热和蓄热箱制冷模式：高温高压的工质由压缩机1流入第一四通阀2接口D，接着由第一四通阀2接口C流向太阳能水箱3第一通口，工质在太阳能水箱3内的第一换热器31内首次放热后流向第一截止阀22，接着由第一截止阀22流向第二四通阀21接口D，工质接着由第二四通阀21接口E流向散热器8，工质在散热器8内再次放热，实现过冷，过冷后的工质接着由散热器8流向第五截止阀25，接着由第五截止阀25流向第三换热器7的第二通口，工质接着由第三换热器7的第一通口流向储液罐6，接着由储液罐6流向第二截止阀27，工质接着由第二截止阀27流向第二节流部件42，经过第二节流部件42节流后的工质流向蓄热箱5的第二通口，工质在蓄热箱5内的第二换热器51内吸热蒸发，实现对蓄热箱5制冷功能，吸热蒸发后的工质由蓄热箱5第一通口流向第二四通阀21接口C，接着由第二四通阀21接口S流向第一四通阀2接口E，最后由第一四通阀2接口S流回压缩机1。通过上述流路的循环，系统完成对太阳能水箱3制热和蓄热箱5制冷的功能。

蓄热箱制热模式：高温高压的工质由压缩机1流入第一四通阀2接口D，接着由第一四通阀2接口E流向第二四通阀21接口S，工质接着由第二四通阀21接口C流向蓄热箱5的第一通口，工质在蓄热箱5内的第二换热器51内放热降温，实现对蓄热箱5的制热，首次放热降温后的工质由蓄热箱5的第二通口流向第三截止阀28，接着由第三截止阀28流向储液罐6，工质接着由储液罐6流向第三换热器的7第一通口，工质接着由第三换热器7的第二通口流向第三节流部件43，经第三节流部件43节流后工质流向第四截止阀24，接着由第四截止阀24流向散热器8，工质在散热器8内吸热蒸发，吸热后的工质由散热器8流向第二四通阀21接口E，接着由第二四通阀21接口D流向第一截止阀22，工质接着由第一截止阀22流向太阳能水箱3内的第一通口，接着由太阳能水箱3的第二通口流向第一四通阀2接口C，最后由第一四通阀2接口S流回压缩机1。通过上述主流路的循环，系统完成吸收空气能对蓄热箱5制热功能。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种太阳能空气能换热系统，其特征在于，包括设置于太阳能水箱内并用于检测水温的温度传感器、压缩机、第一四通阀、散热器，以及设置于所述太阳能水箱内并用于对其加热或降温的第一换热器；

所述压缩机的出气口与所述第一四通阀的D口连通；

当所述温度传感器检测到所述太阳能水箱的水温小于预设区间时，所述第一四通阀的D口与其C口连通，同时其C口与所述第一换热器的第一通口连通，所述第一换热器的第二通口与所述压缩机的进气口连通；

当所述温度传感器检测到所述太阳能水箱的水温大于预设区间时，所述第一四通阀的D口与其E口连通，同时其E口与所述散热器的第一通口连通，所述散热器的第二通口与所述第一换热器的第二通口连通，所述第一换热器的第一通口与所述压缩机的进气口连通。

2.根据权利要求1所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，还包括蓄热箱和第二四通阀，所述蓄热箱内设置有第二换热器；

所述第一四通阀的E口与所述第二四通阀的S口连通，所述第二四通阀的D口与所述第一换热器的第二通口连通，所述第二四通阀的C口与所述第二换热器的第一通口连通，所述第二四通阀的E口与所述散热器的第一通口连通，所述散热器的第二通口与所述第二换热器的第二通口连通。

3.根据权利要求2所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，还包括设置于所述蓄热箱与散热器之间、用于存储冷媒的储液罐，且所述第二换热器的第二通口与所述储液罐的一端连通，所述散热器的第二通口与所述储液罐的另一端连通。

4.根据权利要求3所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，还包括设置于所述储液罐与散热器之间的第三换热器，所述储液罐与所述第三换热器的第一通口连通，同时所述第三换热器的第一通口与其第二通口导通，且所述第三换热器的第二通口与所述散热器的第二通口连通。

5.根据权利要求4所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，所述储液罐还与第三换热器的第三通口连通，同时所述第三换热器的第三通口与其第四通口导通，且所述第三换热器的第四通口与所述压缩机的进气口连通。

6.根据权利要求2-5任一项所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，所述太阳能水箱以及蓄热箱上分别连通有对应于不同使用环境或途径的末端用热设备。

7.根据权利要求6所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，还包括设置于所述太阳能水箱和末端用热设备之间、用于使流动工质在两者之间循环流动，以调节所述末端用热设备的温度的循环泵。

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