CN107860132A - 一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统，具有这样的特征，用于为用户提供稳定热水，包括：电加热单元，具有存储水的水箱、设置在该水箱的顶部上的安全阀、设置在水箱内部的电加热器、设置在水箱的进水口管道上的电磁阀和设置在水箱内的进水口处的均流器；蓄热加热单元，包括多个蓄热材料层；太阳能加热单元，包括太阳能集热器；热泵加热单元，包括依次连接的压缩机、冷凝器、干燥过滤器、节流部件以及蒸发器；信号测量单元，包括沿着水箱的延伸方向分布设置在水箱的箱壁上的多个温度传感器、与水箱并联设置的水位仪以及设置在压缩机的两端上的压力传感器；保护单元，根据信号测量单元的检测结果发出警报或进行保护操作；以及控制单元。

Description

一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统

技术领域

本发明属于家用电器领域，具体涉及一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统。

背景技术

随着社会的不断发展，不可再生能源日益枯竭，人们充分认识到发展并利用可再生能源的重要性，节约能源的意识得到进一步加强，也更倾向于购买利用可再生能源的节能型产品。

热泵热水器和太阳能热水器是当今先进的节能型产品。热泵热水器通过吸收空气、水或土壤中的低品位热能，经过压缩机做工，成为可被更好利用的高品位热能，以制取热水满足人们生活所需；太阳能热水器通过吸收太阳辐射能来制取生活所需的热水。

虽然上述热水器较传统的电热水器或燃油、气热水器具有节能的特点，但仍存在着不同程度的缺陷：热泵热水器虽然性能系数较高，但运行过程中仍旧会消耗较多的电能，且低温工况下性能系数大幅降低，不利于节能环保；太阳能热水器在阴雨天时无法制取热水，运行严重受到地域和天气的制约，推广使用范围有所局限。而且目前的热泵热水器难以实现即开即用。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统。

本发明提供了一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统，具有这样的特征，用于为用户提供稳定热水，包括：电加热单元，具有存储水的水箱、设置在该水箱的顶部上的安全阀、设置在水箱内部的电加热器、设置在水箱的进水口管道上的电磁阀和设置在水箱内的进水口处的均流器；蓄热加热单元，包括垂直于水箱的延伸方向并按照一定间距设置在水箱内部的多个蓄热材料层；太阳能加热单元，包括通过管路分别与水箱的进水口管道和出水口管道连接的太阳能集热器；热泵加热单元，包括压缩机、一端与该压缩机的输出端连接的冷凝器、一端与该冷凝器的另一端连接的干燥过滤器、一端与该干燥过滤器的另一端连接的节流部件以及输入端与该节流部件的另一端连接且输出端与压缩机的输入端连接的蒸发器；信号测量单元，包括沿着水箱的延伸方向分布设置在水箱的箱壁上的多个温度传感器、与水箱并联设置的水位仪以及设置在压缩机的两端上的压力传感器；保护单元，根据信号测量单元的检测结果发出警报或进行保护操作；以及控制单元，将温度传感器和信号测量单元的检测结果传输给用户所持有的通信终端，从而使得用户对热泵加热单元进行开启或关闭。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，水箱的容积为1L～10000L，一定间距为10mm～10000mm。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，太阳能集热器为平板集热器或真空管集热器。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，压缩机为活塞式制冷压缩机、涡旋式制冷压缩机或转子式制冷压缩机。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，节流部件为电子膨胀阀、热力膨胀阀或毛细管。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，冷凝器为冷凝盘管，该冷凝盘管安装在水箱的内部。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，冷凝器为套管式换热器或板式换热器，该套管式换热器或板式换热器安装在水箱的外部并通过混水阀和三通阀与水箱并联连接。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，混水阀具有两个输入端和一个输出端，混水阀的一个输入端与水箱的出水管道连接，混水阀的另一个输入端与冷凝器的换热管道出水口端连接，混水阀的输出端与用户端管道连接，三通阀具有一个输入端和两个输出端，三通阀的输入端与供水管道连接，三通阀的一个输出端与电磁阀的输入端连接，三通阀的另一个输出端与冷凝器的换热管道入水口上的水泵的输入端连接。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，蒸发器为管翅式换热器、套管式板式换热器或板式换热器。

在本发明提供的相变蓄热式太阳能即热热泵系统中，还可以具有这样的特征：其中，保护单元包括：水箱温度报警器，与温度传感器连接；水箱水位报警器，与水位仪连接；以及压缩机高压保护器和低压保护器，与压缩机连接。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统。因为采用了下进上出的进水方式并在进水口处设置了均流器，便于冷热水分层，进一步提高热水的利用率。因为在水箱中设置了多个蓄热材料层，能够储蓄热量并对水箱中的水进行预热和保温，减少了热泵加热单元的耗电量。因为采用了太阳能集热器，其能够利用低成本清洁能源-太阳能对水箱中的水进行预热处理，进一步减少了热泵加热单元的耗电量，具有节能环保的优点。因为采用了控制单元，使得用户能够通过通信终端实现对相变蓄热式太阳能即热热泵系统的实时远程控制。

所以，本发明的相变蓄热式太阳能即热热泵系统不仅结构简单紧凑，而且结合了清洁能源太阳能和高效的热泵并用电加热辅助加热热水，减弱了单一太阳能热泵热水器对气象条件的依赖程度，同时较传统热泵热水器具有更好的节能性，极大地提高了热泵的效率，节能环保，并且安全高效，维护便利。较为适合我国地域广泛、气象条件差异大的特点，将具有可观的经济、社会和生态效益，应用前景十分广阔。

附图说明

图1是本发明的实施例中相变蓄热式太阳能即热热泵系统(一)；

图2是本发明的实施例中相变蓄热式太阳能即热热泵系统(二)。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

<实施例一>

图1是本发明的实施例中相变蓄热式太阳能即热热泵系统(一)。

如图1所示，相变蓄热式太阳能即热热泵系统100用于为用户提供稳定热水，包括：电加热单元10、蓄热加热单元20、太阳能加热单元30、热泵加热单元40、信号测量单元50、保护单元(图中未示出)和控制单元(图中未示出)。

如图1所示，电加热单元10包括存储水的水箱11、安全阀12、电加热器13、电磁阀(图中未示出)和均流器14。在本实施例中，水箱11的容积为1L～10000L，采用了下进上出的进水方式。

安全阀12设置在该水箱11的顶部上。

电加热器13设置在水箱11内部，当热泵加热单元40无法使水箱11内的水温达到设定的温度上限时，用于通过电加热器13加热的方式提高水温直至达到水箱11设定的温度上限，保证能够提供稳定热水，实现即开即用。

电磁阀设置在水箱11的进水口管道上，用于控制水箱11中的水的流入。

均流器14设置在水箱11内的进水口处，利于冷热水分层，进一步提高热水的利用率。

蓄热加热单元20包括垂直于水箱11的延伸方向并按照一定间距设置在水箱11内部的多个蓄热材料层，当太阳能富足时，蓄热材料层通过间接吸收太阳能，当水箱11中有新水进入时，释放储存的热量对水进行预热，减少耗电量。在本实施例中，一定间距为10mm～10000mm。

太阳能加热单元30包括通过管路分别与水箱11的进水口管道和出水口管道连接的太阳能集热器，能够利用低成本清洁能源-太阳能对水箱11中的水进行预热处理，减少了热泵加热单元40的耗电量，具有节能环保的优点。在本实施例中，太阳能集热器为平板集热器或真空管集热器。

热泵加热单元40包括蒸发器41、压缩机42、冷凝器43、干燥过滤器44和节流部件45。

蒸发器41为以风冷方式散热的管翅式换热器时，能吸收外界环境中的热量将制冷剂气化成低压蒸气；蒸发器41为以水冷方式散热的套管式板式换热器或板式换热器，能够吸收水中的热量将制冷剂气化成低压蒸气。

压缩机42的输入端与蒸发器41的输出端连接，用于将低压蒸气压缩成高温高压的蒸气并输送到冷凝器43中。在本实施例中，压缩机42为活塞式制冷压缩机、涡旋式制冷压缩机或转子式制冷压缩机。

冷凝器43的输入端与压缩机42的输出端连接，高温高压的蒸气在冷凝器43中释放热量，被水箱11中的水冷却凝结成高压液体。在本实施例中，冷凝器43为冷凝盘管，装在水箱11的内部，直接加热热水。

干燥过滤器44的输入端与该冷凝器43的输出端连接，用于干燥从冷凝器43中输出的高压液体，并使进入节流部件45的高压液体处于干燥状态。

节流部件45的输入端与该干燥过滤器44的输出端连接，且节流部件45的输出端与压缩机41的输入端连接，将干燥的高压液体节流成低温低压液态制冷剂并传送到蒸发器41的输入端。在本实施例中，节流部件44为电子膨胀阀、热力膨胀阀或毛细管。

热泵加热单元40工作时，蒸发器41输出的低压蒸气经过压缩机42进入冷凝器43冷凝释放热量，然后经干燥过滤器44被干燥过滤，再经节流部件45降温降压得到低温低压液态制冷剂，接着进入蒸发器中41中蒸发吸热，最后又重新进入压缩机41完成升温升压的过程，如此循环往复，实现热泵加热单元的循环。

信号测量单元50包括三个温度传感器51、水位仪(图中未示出)和压力传感器52。

三个温度传感器51沿着水箱的延伸方向分布设置在水箱11的箱壁上，用于检测水箱11内不同位置的水的温度。

水位仪与水箱11并联设置，用于显示水位，以便决定是否打开电磁阀来补充水箱11中的水。

压力传感器52设置在压缩机的两端上，用于检测压缩机41的吸气和排气压力。

保护单元，根据信号测量单元50的检测结果发出警报或进行保护操作，包括水箱温度报警器、水箱水位报警器以及压缩机高压保护器和低压保护器。

水箱温度报警器，与温度传感器51连接，当温度传感器51的检测温度低于或高于设定温度时发出警报声，并将结果传输至控制单元。

水箱水位报警器，与水位仪连接，当水位仪的检测结果高于设定水位时发出警报声，电磁阀关闭，当水位仪的检测结果低于设定水位时发出警报声，电磁阀开启，从而向水箱11内补充自来水。

压缩机高压保护器和低压保护器，与压缩机41连接，当压力传感器52的检测结果低于设定的低压或高于设定的高压时，压缩机高压保护器和低压保护器启动，从而保护压缩机41。

控制单元，将温度传感器51和信号测量单元50的检测结果传输给用户所持有的通信终端，从而使得用户对热泵加热单元40进行开启或关闭。

本实施例一中相变蓄热式太阳能即热热泵系统100的工作过程如下：

当不向用户供应热水且水箱11内水温低于设定温度值时，优先使用太阳能集热器吸收太阳能来加热水箱11中的水，并向蓄热材料层存储热量，若太阳能集热器无法使水箱11中的水温达到设定的温度上限值时，则启动热泵加热单元40来循环加热水，若仍无法达到设定的温度上限值时，启动电加热器13来使水温达到设定的温度上限值，使水箱11中尽可能地充满一定温度的热水，更好地实现用户即开即用的使用期望。

如图1所示，当向用户供应热水时(首先使用水箱11中的热水)，自来水从水箱11的底部并经过均流器14进入水箱11中，沿水箱11的延伸方向形成热分层，热水从水箱11的顶部流出供给用户使用。

在供应热水过程中，当某处水温低于设定温度值时，开启热泵加热单元40，利用热泵加热单元40的冷凝器43加热水箱11中的水，持续为用户供给热水。

<实施例二>

在本实施例二中，对于和实施例一中相同的结构，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图2是本发明的实施例中相变蓄热式太阳能即热热泵系统(二)。

如图2所示，热泵加热单元40还包括与冷凝器43并联的换热管道46、安装在换热管道46的输出端上的混水阀47、安装在换热管道46的输入端上的三通阀48和安装在换热管道46靠近三通阀48的水泵49。

冷凝器43的输入端与压缩机42的输出端连接，高温高压的蒸气在冷凝器43中释放热量，被换热管道46中的水冷却凝结成高压液体。在本实施例中，冷凝器43为套管式换热器或板式换热器，该套管式换热器或板式换热器安装在水箱11的外部并通过混水阀47和三通阀48与水箱11并联连接。

混水阀47具有两个输入端和一个输出端，

混水阀47的一个输入端与水箱11的出水管道连接，混水阀47的另一个输入端与冷凝器43的换热管道46的出水口端连接，混水阀47的输出端与用户端管道连接。

三通阀48具有一个输入端和两个输出端，

三通阀48的输入端与供水管道连接，三通阀48的一个输出端与电磁阀的输入端连接，三通阀48的另一个输出端与换热管道46上的水泵49的输入端连接。

本实施例二中相变蓄热式太阳能即热热泵系统100的工作过程如下：

当不向用户供应热水且水箱11内水温低于设定温度值时，优先使用太阳能集热器吸收太阳能来加热水箱11中的水，并向蓄热材料层存储热量，若太阳能集热器无法使水箱11中的水温达到设定的温度上限值时，则启动热泵加热单元40来循环加热水，若仍无法达到设定的温度上限值时，启动电加热器13来使水温达到设定的温度上限值，使水箱11中尽可能地充满一定温度的热水，更好地实现用户即开即用的使用期望。

如图2所示，当向用户供应热水时(首先使用水箱11中的热水)，一部分自来水从水箱11的底部并经过均流器14进入水箱11中，沿水箱11的延伸方向形成热分层，热水从水箱11的顶部流出供给用户使用。

在供应热水过程中，当某处水温低于设定温度值时，开启热泵加热单元40，同时混水阀47、三通阀48和水泵49处于运行状态，由水箱11和热泵加热单元40联合供给用户热水。

实施例的作用与效果

根据本实施例提供的一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统。因为采用了下进上出的进水方式并在进水口处设置了均流器，便于冷热水分层，进一步提高热水的利用率。因为在水箱中设置了多个蓄热材料层，能够储蓄热量并对水箱中的水进行预热和保温，减少了热泵加热单元的耗电量。因为采用了太阳能集热器，其能够利用低成本清洁能源-太阳能对水箱中的水进行预热处理，进一步减少了热泵加热单元的耗电量，具有节能环保的优点。因为采用了控制单元，使得用户能够通过通信终端实现对相变蓄热式太阳能即热热泵系统的实时远程控制。

另外，本发明中的冷凝器的安装位置具有选择性，既可安装于水箱内部，又可安装于水箱外。当安装于水箱外时，通过与管路换热来循环加热水箱中的水，同时也可通过三通阀并联水箱来进行联合供水，提高了水箱的工作效率。

所以，本发明的相变蓄热式太阳能即热热泵系统不仅结构简单紧凑，而且结合了清洁能源太阳能和高效的热泵并用电加热辅助加热热水，减弱了单一太阳能热泵热水器对气象条件的依赖程度，同时较传统热泵热水器具有更好的节能性，极大地提高了热泵的效率，节能环保，并且安全高效，维护便利。较为适合我国地域广泛、气象条件差异大的特点，将具有可观的经济、社会和生态效益，应用前景十分广阔。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种相变蓄热式太阳能即热热泵系统，用于为用户提供稳定热水，其特征在于，包括：

电加热单元，具有存储水的水箱、设置在该水箱的顶部上的安全阀、设置在所述水箱内部的电加热器、设置在所述水箱的进水口管道上的电磁阀和设置在所述水箱内的进水口处的均流器；

蓄热加热单元，包括垂直于所述水箱的延伸方向并按照一定间距设置在所述水箱内部的多个蓄热材料层；

太阳能加热单元，包括通过管路分别与所述水箱的进水口管道和出水口管道连接的太阳能集热器；

热泵加热单元，包括压缩机、一端与该压缩机的输出端连接的冷凝器、一端与该冷凝器的另一端连接的干燥过滤器、一端与该干燥过滤器的另一端连接的节流部件以及输入端与该节流部件的另一端连接且输出端与所述压缩机的输入端连接的蒸发器；

信号测量单元，包括沿着所述水箱的延伸方向分布设置在所述水箱的箱壁上的多个温度传感器、与所述水箱并联设置的水位仪以及设置在所述压缩机的两端上的压力传感器；

保护单元，根据所述信号测量单元的检测结果发出警报或进行保护操作；以及

控制单元，将所述温度传感器和信号测量单元的检测结果传输给所述用户所持有的通信终端，从而使得所述用户对所述热泵加热单元进行开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述水箱的容积为1L～10000L，

所述一定间距为10mm～10000mm。

3.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述太阳能集热器为平板集热器或真空管集热器。

4.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述压缩机为活塞式制冷压缩机、涡旋式制冷压缩机或转子式制冷压缩机。

5.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述节流部件为电子膨胀阀、热力膨胀阀或毛细管。

6.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述冷凝器为冷凝盘管，该冷凝盘管安装在所述水箱的内部。

7.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述冷凝器为套管式换热器或板式换热器，该套管式换热器或板式换热器安装在所述水箱的外部并通过混水阀和三通阀与所述水箱并联连接。

8.根据权利要求7所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述混水阀具有两个输入端和一个输出端，

所述混水阀的一个输入端与所述水箱的出水管道连接，所述混水阀的另一个输入端与所述冷凝器的换热管道出水口端连接，所述混水阀的输出端与用户端管道连接，

所述三通阀具有一个输入端和两个输出端，

所述三通阀的输入端与供水管道连接，所述三通阀的一个输出端与所述电磁阀的输入端连接，所述三通阀的另一个输出端与所述冷凝器的换热管道入水口上的水泵的输入端连接。

9.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述蒸发器为管翅式换热器、套管式板式换热器或板式换热器。

10.根据权利要求1所述的相变蓄热式太阳能即热热泵系统，其特征在于：

其中，所述保护单元包括：

水箱温度报警器，与所述温度传感器连接；

水箱水位报警器，与所述水位仪连接；以及

压缩机高压保护器和低压保护器，与所述压缩机连接。