CN108362015A - 太阳能热泵热水系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及太阳能热泵热水系统，包括：太阳能热水系统，包括太阳能板(1)、盘管(2)以及水泵(19)，盘管的输入端与水泵的输出端连接；热泵热水系统，包括冷凝器(6)和蒸发器，冷凝器的管程部分的输入端和蒸发器的管程部分的输出端之间设置有压缩机(15)，冷凝器的管程部分的输出端和蒸发器的管程部分的输入端之间设置有节流阀(8)，其中，盘管的输出端通过第一三通阀(5)分别与自来水源和冷凝器的壳程部分的第一端连接，冷凝器的壳程部分的第二端通过第四阀门(16)与水泵的输入端连接，冷凝器的壳程部分的第三端与用户端连接。本申请的太阳能热水系统可适应多种环境，太阳能热水系统的工作效率较高，整个系统稳定性较好。

Description

太阳能热泵热水系统

技术领域

本申请涉及热水系统，具体地，涉及结合太阳能板和热泵，能够为用户提供电、热水和/或冷气，并且热水系统的稳定性较好的太阳能热泵热水系统。

背景技术

热水器经历了四个阶段：燃气热水器、电热水器、太阳能热水器以及热泵热水器。

众所周知，燃气热水器加热速度快，可连续使用，但是不能自己调温，且具有高能耗的缺点；电热水器寿命较长、环保安全，但是也相对具有用电量高的问题。

相比之下，太阳能热水器和热泵热水器符合绿色节能的发展理念。但是，太阳能热水器受天气影响较大，在光照强度小的阴雨天、雾霾天或夜间，太阳能热水器的电辅助启动时间会加长，导致能耗有较大增加。另外，太阳能板在长时间的光照下，其下面的电路会升温，导致热水器的工作效率有所降低，甚至存在安全隐患。作为热水器的第四代产品的热泵热水器，根据热源不同，分为空气源热泵、水源热泵和地源热泵，其中，技术最先进且最常用的空气源热泵不管阴天、雨天、下雪天、夜晚或阳光明媚都能照常工作，全天候提供热水。但是，在低温条件下，制热效能低，使用地区受环境温度限制(限于夏热冬暖地区使用)。

因此，目前需要一种在多种光照和环境温度下能够持续供给热水的环境适应性较好并且工作稳定性较高的热水系统。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种环境适应性较好并工作稳定性较高的热水系统。

为了达到上述目的，本申请提供一种太阳能热泵热水系统，其中，所述太阳能热泵热水系统包括：太阳能热水系统，该太阳能热水系统包括太阳能板、设置在所述太阳能板上的盘管以及水泵，所述盘管的输入端与所述水泵的输出端连接；热泵热水系统，该热泵热水系统包括冷凝器和蒸发器，所述冷凝器的管程部分的输入端和所述蒸发器的管程部分的输出端之间设置有压缩机，所述冷凝器的管程部分的输出端和所述蒸发器的管程部分的输入端之间设置有节流阀，其中，所述盘管的输出端通过第一三通阀分别与自来水源和所述冷凝器的壳程部分的第一端连接，所述冷凝器的壳程部分的第二端通过第四阀门与所述水泵的输入端连接，所述冷凝器的壳程部分的第三端与用户端连接。

优选地，所述蒸发器可以包括并联连接的第一蒸发器和第二蒸发器，所述第一蒸发器的输入端处和所述第二蒸发器的输入端处分别设置有第二阀门和第三阀门，所述第一蒸发器的输出端和所述第二蒸发器的输出端以及所述压缩机的输入端通过第二三通阀连接。

优选地，所述第一蒸发器可以为水源换热装置，所述第一蒸发器包括管程部分和壳程部分，所述第一蒸发器的壳程部分的第一端通过第一阀门连接在所述盘管的输出端和所述第一三通阀之间，所述第一蒸发器的壳程部分的输出端、所述水泵的输入端以及所述第四阀门通过第三三通阀连接。

优选地，所述第二蒸发器为空气源换热装置。

优选地，所述第二蒸发器的外壳上设置有风扇。

优选地，所述太阳能板为太阳能光伏电池板，所述太阳能板通过逆变器和交流转换器与电网连接。

优选地，所述太阳能板为太阳能光伏电池板，并且所述太阳能板通过逆变器与蓄电池连接。

优选地，所述电网或所述蓄电池与所述压缩机连接。

优选地，所述压缩机通过变频系统控制。

优选地，所述节流阀为电子膨胀阀。

通过上述技术方案，本申请提供的太阳能热泵热水系统中，通过冷凝器的管程部分将太阳能热水系统与热泵热水系统巧妙地结合为一体，在多种光照和温度环境下，能够择一或联合使用太阳能热水系统与热泵热水系统，因此环境适应性较好，并且造成太阳能板工作效率降低的多余热量被回收利用于供给热水，不仅符合节能减排的大局势，太阳能热水系统的工作效率较高，提高了整个系统稳定性。

附图说明

附图是用来提供对本申请的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本申请，但并不构成对本申请的限制。在附图中：

图1是本申请提供的优选实施方式的太阳能热泵热水系统的连接示意图；

图2是本申请提供的优选实施方式的太阳能热泵热水系统中的太阳能热水系统的示出有盘管的太阳能板的结构图；

图3是本申请提供的优选实施方式的太阳能热泵热水系统的第一工况的连接示意图；

图4是本申请提供的优选实施方式的太阳能热泵热水系统的第二工况的连接示意图；

图5是本申请提供的优选实施方式的太阳能热泵热水系统的第三工况的连接示意图。

附图标记说明

1太阳能板 2盘管

3逆变器 4交变器

5第一三通阀 6冷凝器

7第一阀门 8节流阀

9第一蒸发器 10第二阀门

11第三阀门 12第二蒸发器

13风扇 14第二三通阀

15压缩机 16第四阀门

17第三三通阀 18电网

19水泵

具体实施方式

以下结合附图对本申请的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本申请，并不用于限制本申请。

在以下说明中，对于冷凝器6，“第一端”为水的输入端，“第三端”为水的输出端，而“第二端”在不同工况下，可以是水的输入端或输出端。

参照图1和图2，本申请提供一种太阳能热泵热水系统，该系统包括太阳能热水系统和热泵热水系统。

太阳能热水系统包括太阳能板1、盘管2以及水泵19。盘管2设置在太阳能板1上，并且盘管2的输入端与水泵19的输出端连接。

热泵热水系统包括冷凝器6和蒸发器。冷凝器6的管程部分的输入端和蒸发器的管程部分的输出端之间设置有压缩机15，该压缩机15可以通过变频系统控制，实现不同工况下采用不同的功率输出，节约能耗。冷凝器6的管程部分的输出端和蒸发器的管程部分的输入端之间设置有节流阀8，该节流阀8可以是电子膨胀阀，但不限于此。

在此基础上，盘管2的输出端通过第一三通阀5分别与自来水源和冷凝器6的壳程部分的第一端连接，冷凝器6的壳程部分的第二端通过第四阀门16与水泵19的输入端连接，冷凝器6的壳程部分的第三端与用户端连接。

由此，盘管2、冷凝器6的壳程部分、水泵19形成了一个循环水路，该循环水路与太阳能板1共同构成了太阳能热水系统。自来水通过第一三通阀5供给至上述循环水路，经过冷凝器6的壳程部分，一部分水从冷凝器6的第二端通过水泵19流向盘管2，从而在盘管2中水量不足时为其补充水量，以循环用水。与此同时，盘管2中的水经过太阳能板1时，带走一部分太阳能板1吸收的热量(在太阳能板长时间的光照下，太阳能板下面的电路升温而导致整个太阳能热水系统工作效率降低)，从而提高了太阳能板1的工作效率，使得整个系统的工作稳定性被提升。与此同时，水被加热，并通过冷凝器6的壳程部分的第三端供给至用户。以上为太阳能热水系统产生热水的过程。

热泵热水系统的工作过程为：制冷剂通过蒸发器蒸发吸热后，由压缩机15压缩二变成高温高压的气体，进入冷凝器6的管程部分并冷凝放热，从而使冷凝器6的壳程部分的水被加热，冷凝后的制冷剂通过节流阀8再次进入蒸发器而循环使用，加热后的水通过冷凝器6的壳程部分的第三端供给至用户。

当两个热水系统联合工作时，经太阳能板1加热后的水通过第一三通阀5进入冷凝器6的壳程部分后，在冷凝器6的管程部分中的制冷剂冷凝放热时再次被加热，最终通过冷凝器6的壳程部分的第三端向用户供给热水。

基于本申请提供的太阳能热泵热水系统，当太阳能光照辐射充足时，仅运行太阳能热水系统；当太阳能光照辐射严重不足时，仅运行热泵热水系统；当通过太阳能热水系统不足以满足用户需求时，两个热水系统可联合工作。因此，本申请提供的太阳能热泵热水系统能够在多种光照和温度条件下为用户提供热水，提高了热水系统的环境适应性。另外，两个热水系统通过冷凝器的管程部分巧妙地结合为一体，使得整个系统结构简单，提高了系统的集成度。

本申请提供的热泵热水系统中的蒸发器可以包括并联连接的第一蒸发器9和第二蒸发器12，第一蒸发器9的输入端处和第二蒸发器12的输入端处分别设置有第二阀门10和第三阀门11，第一蒸发器9的输出端和第二蒸发器12的输出端以及压缩机15的输入端通过第二三通阀14连接。

两个蒸发器的类型可以相同，也可以不同。例如，两个蒸发器均可以是水源换热装置或空气源换热装置。本申请中，优选地，第一蒸发器9为水源换热装置。具体地，第一蒸发器9包括管程部分和壳程部分，第一蒸发器9的壳程部分的第一端通过第一阀门7连接在盘管2的输出端和第一三通阀5之间，第一蒸发器9的壳程部分的输出端、水泵19的输入端以及第四阀门16通过第三三通阀17连接。第一蒸发器9的管程部分中的制冷剂蒸发时，吸收壳程部分内部的水的热量，降温后的水通过第三三通阀17进入太阳能热水系统后，带走太阳能板更多的热量，从而提高了整个系统的工作效率。

另外，如图1所示，第二蒸发器12优选采用空气源换热装置，同时优选在第二蒸发器12的外壳上设置有风扇13。环境温度较高时，运行第二蒸发器12并开启风扇13，第二蒸发器12中的制冷剂蒸发吸热而吸收周围空气中的热量，使周围空气温度降低而产生冷气，风扇13将冷气向周围环境提供，通过第二蒸发器12与风扇13的配合，输出到空气中的冷气的量更多。因此，本申请提供的热水系统还能够提供冷气。

以下，将继续介绍太阳能热水系统的优选实施方式。

太阳能板1可以是集热板，从而仅用于供热，但不限于此。优选地，本申请提供的太阳能板1为太阳能光伏电池板，其不仅能够供热(供热部分已在上面具体描述)，而且能够供电。太阳能板1可以通过逆变器3和交流转换器4与电网18连接，也可以通过逆变器3与蓄电池连接。此时，电网18或蓄电池与压缩机15连接，以向压缩机15供电，系统内部产生的电供给至系统内部的构件。

以上，具体描述了本申请的太阳能热水系统的结构及其优点。以下，将详细说明在多种环境下的本申请的太阳能热水系统的操作过程。需要说明的是，在以下说明中，各个三通阀的“上端”、“左端”、“右端”是以附图中所示的方位为基准进行说明的，并非是实际空间中的方位。

工况一：太阳能热水系统单独工作

在太阳能光照辐射充足的条件下，仅运行太阳能热水系统就能够满足用户需求时，太阳能热水系统单独工作。具体操作为：开启第一三通阀5、第四阀门16、第三三通阀17的上端入口和左端出口以及水泵19，并且关闭第一阀门7、节流阀8、第二阀门10、第三阀门11、第二三通阀14、第三三通阀17的右端入口以及风扇13。

自来水通过第一三通阀5供给至冷凝器6的壳程部分，水通过水泵19流向盘管2，从而在盘管2中水量不足时为其补充水量，以循环用水，并且盘管2中的水经过太阳能板1时，带走一部分太阳能板1吸收的热量而被升温，加热后的水通过冷凝器6的壳程部分的第三端供给至用户。

工况二：太阳能热水系统和热泵热水系统联合工作

在太阳能光照辐射一般，仅运行太阳能热水系统不足以满足用户需求时，太阳能热水系统和热泵热水系统联合工作。具体操作为：开启第一三通阀5、第四阀门16、第三三通阀17的上端入口和左端出口、节流阀8、第三阀门11、第二三通阀14的左端出口和右端入口、风扇13以及水泵19，并且关闭第一阀门7、第二阀门10、第二三通阀14的上端入口。

太阳能热水系统的加热过程与工况一中的描述相同，因此不再赘述。热泵热水系统中，运行冷凝器6和第二蒸发器12，关闭第一蒸发器9，自来水通过太阳能热水系统一次加热之后，进入冷凝器6的壳程部分而二次加热，以达到用户需求。另外，开启风扇13，能够为周围环境提供冷气。

工况三：热泵热水系统单独工作

在太阳能光照辐射严重不足的条件下，关闭太阳能热水系统，仅运行热泵热水系统。具体操作为：开启第一三通阀5的下端入口和左端出口、第一阀门7、节流阀8、第二阀门10、第三阀门11、第二三通阀14、第四阀门16、第三三通阀17，并且关闭第一三通阀5的右端出口、风扇13以及水泵19。

在此工况下，第一蒸发器9和第二蒸发器同时运行。自来水通过第一三通阀5流入第一阀门7所在的管道，之后流入第一蒸发器9的壳程部分，之后通过第三三通阀17和第四阀门16流入冷凝器6的壳程部分，在此被加热后，通过冷凝器6的壳程部分的第三端供给至用户。

以上结合附图详细描述了本申请的优选实施方式，但是，本申请并不限于上述实施方式中的具体细节，在本申请的技术构思范围内，可以对本申请的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本申请的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本申请的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本申请的思想，其同样应当视为本申请所公开的内容。

Claims (10)

1.一种太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述太阳能热泵热水系统包括：

太阳能热水系统，该太阳能热水系统包括太阳能板(1)、设置在所述太阳能板(1)上的盘管(2)以及水泵(19)，所述盘管(2)的输入端与所述水泵(19)的输出端连接；

热泵热水系统，该热泵热水系统包括冷凝器(6)和蒸发器，所述冷凝器(6)的管程部分的输入端和所述蒸发器的管程部分的输出端之间设置有压缩机(15)，所述冷凝器(6)的管程部分的输出端和所述蒸发器的管程部分的输入端之间设置有节流阀(8)，

其中，所述盘管(2)的输出端通过第一三通阀(5)分别与自来水源和所述冷凝器(6)的壳程部分的第一端连接，所述冷凝器(6)的壳程部分的第二端通过第四阀门(16)与所述水泵(19)的输入端连接，所述冷凝器(6)的壳程部分的第三端与用户端连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述蒸发器包括并联连接的第一蒸发器(9)和第二蒸发器(12)，所述第一蒸发器(9)的输入端处和所述第二蒸发器(12)的输入端处分别设置有第二阀门(10)和第三阀门(11)，所述第一蒸发器(9)的输出端和所述第二蒸发器(12)的输出端以及所述压缩机(15)的输入端通过第二三通阀(14)连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述第一蒸发器(9)为水源换热装置，所述第一蒸发器(9)包括管程部分和壳程部分，

所述第一蒸发器(9)的壳程部分的第一端通过第一阀门(7)连接在所述盘管(2)的输出端和所述第一三通阀(5)之间，

所述第一蒸发器(9)的壳程部分的输出端、所述水泵(19)的输入端以及所述第四阀门(16)通过第三三通阀(17)连接。

4.根据权利要求3所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述第二蒸发器(12)为空气源换热装置。

5.根据权利要求4所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述第二蒸发器(12)的外壳上设置有风扇(13)。

6.根据权利要求1所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述太阳能板(1)为太阳能光伏电池板，所述太阳能板(1)通过逆变器(3)和交流转换器(4)与电网(18)连接。

7.根据权利要求1所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述太阳能板(1)为太阳能光伏电池板，并且所述太阳能板(1)通过逆变器(3)与蓄电池连接。

8.根据权利要求6或7所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述电网(18)或所述蓄电池与所述压缩机(15)连接。

9.根据权利要求1所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述压缩机(15)通过变频系统控制。

10.根据权利要求1所述的太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述节流阀(8)为电子膨胀阀。