CN108375197B - 新型的光伏光热热泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型的光伏光热热泵,包括集热器和蒸发器,所述集热器与蒸发器进行热交换,以对流经蒸发器的制冷剂进行加热;还包括辅助蒸发器,所述辅助蒸发器经控制装置与蒸发器相串连、或循环连接;所述的辅助蒸发器靠近蒸发器设置,以调节蒸发器附近环境温度。本发明通过在热泵系统中接入一个辅助蒸发器,以调节蒸发器和集热器附近的环境温度,使得在没有阳光辐射的时候,热泵系统能够正常制热;或者,在有阳光辐射而且热泵不工作时,集热器中的热量能够散发出去。本发明不仅最大化的利用了热泵系统,而且延长了集热器的寿命。

Description

新型的光伏光热热泵
技术领域
本发明属于热泵技术领域,具体地说,涉及一种新型的光伏光热热泵。
背景技术
热泵热水器是利用逆卡诺原理,通过介质,从空气中吸收热量来加热水,实现热量的转移。光伏光热热泵目前存在两个问题,第一,没有阳光辐射的时候,不能从空气中吸取热量,从而导致热泵无法制热。第二,有阳光辐射但是热泵不工作的时候,集热器中的热量散发不出去,使得光电效率下降。
申请号为201310394235.9的中国专利公开了一种太阳能热泵热水器,包括太阳能集热器、与太阳能相连的太阳能水箱、可对太阳能水箱中的水进行制热的热泵;所述热泵的蒸发器与所述的太阳能集热器进行热交换。本专利的缺点在于:没有阳光辐射的时候,不能或者很难从空气中吸取热量,从而导致热泵系统的制热能效降低;阳光充足而热泵不工作时,集热器中的热量不能很好的散发出去。
因此,亟待一种不仅能够在各种天气状况下制热的热泵系统,而且在阳光充足时能使集热器能够很好的散热,保证集热器的安全。
有鉴于此特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足,提供一种新型的光伏光热热泵,以使热泵系统不仅在任何天气状况下都能够制取热水,而且在阳光充足时使集热器能够很好的散热,保证集热器的安全,延长集热器的工作寿命。
为解决上述技术问题,本发明采用技术方案的基本构思是:
本发明公开了一种新型的光伏光热热泵,包括集热器和蒸发器,所述集热器与蒸发器进行热交换,以对流经蒸发器的制冷剂进行加热;还包括辅助蒸发器,所述辅助蒸发器经控制装置与蒸发器相串连、或循环连接;所述的辅助蒸发器靠近蒸发器设置,以调节蒸发器附近环境温度。
进一步的,还包括膨胀阀,所述辅助蒸发器与膨胀阀之间设有三通阀,所述三通阀包括第一口、第二口和第三口;所述第一口与膨胀阀相连,所述第二口与辅助蒸发器的进口相连,所述第三口与蒸发器的进口、辅助蒸发器的出口分布相连,以令蒸发器与辅助蒸发器相串联后与膨胀阀相连通、或蒸发器单独与膨胀阀相连通。
进一步的,所述集热器处设有检测集热器环境温度的温度传感器。
进一步的,热泵正常工作过程中,三通阀的第一口仅与第三口相连通,从膨胀阀流出的制冷剂经第一口和第三口直接流入蒸发器,以使热泵正常制热;
进一步的,当所述温度传感器检测到集热器处的环境温度低于周围环境温度大于预设值时,三通阀的第一口仅和第二口相连通,从膨胀阀流出的制冷剂经第二口依次流入辅助蒸发器和蒸发器,以使热泵快速制热。
进一步的,所述辅助蒸发器的出口经设有单向阀的支路管路与蒸发器的出口相连通,支路管路中制冷剂的流向在单向阀的作用下始终为自蒸发器出口至辅助蒸发器出口。
进一步的,当有阳光辐射而热泵不工作时,所述三通阀的第二口和第三口导通,所述集热器中受热膨胀的制冷剂与蒸发器)相热交换,蒸发器中交换后的制冷剂经过所述单向阀流入辅助蒸发器进行散热处理,再经第二口和第三口回到蒸发器,蒸发器中散热后的制冷剂再与集热器中的制冷剂相热交换,如此往复循环,以使集热器快速散热。
进一步的,还包括水箱和压缩机,所述水箱内置有冷凝器;所述压缩机通过四通阀与水箱和集热器连通;当外界温度很低时,所述三通阀的第一口和第二口导通,集热器中的高温的制冷剂先通过单向阀流入到辅助蒸发器进行放热后,再依次通过所述第二口、第一口、膨胀阀和冷凝器,最后经四通阀流入压缩机,以对辅助蒸发器进行逆向除霜处理。
进一步的,所述辅助蒸发器是平板式蒸发器或吹胀式蒸发器,所述辅助蒸发器设于蒸发器的下侧。
进一步的,还包括固定支架,所述固定支架底部设有的导轨上安装有用于反射太阳光的反射板;所述反射板与蒸发器和/或辅助蒸发器相对应设置,令反射板反射的太阳光反射至蒸发器和/或辅助蒸发器处。
采用上述技术方案后,本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明通过在热泵系统中接入一个辅助蒸发器,以调节蒸发器和集热器附近的环境温度,使得在没有阳光辐射的时候,热泵系统能够正常制热;或者,在有阳光辐射而且热泵不工作时,集热器中的热量能够散发出去。本发明不仅最大化的利用了热泵系统,而且延长了集热器的寿命。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分,用来提供对本发明的进一步的理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,但不构成对本发明的不当限定。显然,下面描述中的附图仅仅是一些实施例,对于本领域普通技术人员来说,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中:
图1是本发明实施例一的新型的光伏光热热泵的结构示意图;
图2是本发明实施例二的新型的光伏光热热泵的结构示意图。
图中:1、集热器;101、蒸发器;2、辅助蒸发器;3、单向阀;31、支路管路;4、四通阀;5、水箱;6、压缩机;7、膨胀阀;8、三通阀;81、第一口;82、第二口;83、第三口;9、固定支架;10、导轨;11、反射板;12、阳光。
需要说明的是,这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围,而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图2所示,本发明提供一种新型的光伏光热热泵,包括集热器1和蒸发器101,所述集热器1与蒸发器101进行热交换,以对流经蒸发器101的制冷剂进行加热;还包括辅助蒸发器2,所述辅助蒸发器2与蒸发器101相串连、或循环连接,或者,所述辅助蒸发器2经控制装置与蒸发器101相串连、或循环连接;所述的辅助蒸发器2靠近蒸发器101设置,以调节蒸发器101附近环境温度。本方案通过在热泵系统中接入一个辅助蒸发器2,以调节蒸发器101和集热器1附近的环境温度,使得在没有阳光辐射的时候,热泵系统能够正常制热;或者,在有阳光辐射而且热泵不工作时,集热器1中的热量能够散发出去。本发明能够在任何天气状况下都能制取热水,最大化的利用了热泵系统。
本发明的新型的光伏光热热泵包括集热器1、辅助蒸发器2、蒸发器101、压缩机6、冷凝器和水箱5,其中,冷凝器位于水箱5内部。压缩机6通过一个四通阀4与集热器1和水箱5连通,辅助蒸发器2通过一个三通阀8与膨胀阀7连通,膨胀阀7还与水箱5中的冷凝器连通。在上述技术方案中,三通阀8包括第一口81、第二口82和第三口83,所述的第一口81与膨胀阀7相连,所述第二口82与辅助蒸发器2相连。辅助蒸发器2可以是平板式蒸发器或者吹胀式蒸发器或者管翅式蒸发器。辅助蒸发器2是平板式蒸发器或吹胀式蒸发器,可在固定支架9的底部导轨10上安装反射太阳光的反射板11,使得太阳光能够反射至辅助蒸发器2和/或蒸发器101上,从而提高辅助蒸发器2和/或蒸发器101的蒸发温度,达到进一步提高热泵系统能效的目的。
实施例一
如图1所示,本实施例所述的新型的光伏光热热泵,包括集热器1和蒸发器101,蒸发器101与集热器1进行热交换。集热器1中的制冷剂可以通过蒸发器101进行吸热或者放热处理。具体的,当集热器1中的温度很高时,集热器1中受热膨胀的制冷剂可在蒸发器101中进行放热;或者,当集热器1中的温度很低时,集热器1中低温的制冷剂可在蒸发器101中进行吸热。所述热泵还包括辅助蒸发器2、压缩机6、冷凝器和水箱5,其中,冷凝器位于水箱5内部。压缩机6通过一个四通阀4与集热器1和水箱5连通,辅助蒸发器2通过一个三通阀8与膨胀阀7连通,膨胀阀7还与水箱5中的冷凝器连通。其中,三通阀8包括第一口81、第二口82和第三口83。本实施例中,蒸发器101上再连接一个辅助蒸发器2,该辅助蒸发器2用于调节蒸发器101附近的环境温度,以使集热器1能够快速地的散热或者让集热器1在没有阳光12辐射时快速的进行制热。
具体的,膨胀阀7与三通阀8的第一口81相连,三通阀8的第二口82与辅助蒸发器2的进口相连,三通阀8的第三口83与辅助蒸发器2的出口和蒸发器101的进口相连。蒸发器101的出口与辅助蒸发器2的出口之间设有支路管路31,支路管路31上设有单向阀3,支路管路31中的制冷剂的流向在单向阀3的作用下始终为自蒸发器101出口至辅助蒸发器2出口。蒸发器101的出口通过四通阀4与压缩机6连通,压缩机6与水箱5连通。
本实施例中,在有阳光12照射时,热泵正常工作制取热水,三通阀8的第一口81与第三口83导通,即第一口81仅与第三口83相连通,第一口81与第二口82不连通。从膨胀阀7流出的低温的液态制冷剂依次通过三通阀8的第一口81和第三口83,经管路直接进入蒸发器101中吸热,吸热后的制冷剂经四通阀4流入压缩机6中,使得制冷剂的温度进一步的得到提高,之后再进入水箱5。由于阳光12照射,集热器1中的温度较高,使得蒸发温度也较高,因而热泵的制热效率也越高。
优选的,集热器1中设有温度传感器,所述温度传感器用于检测集热器1处的环境温度。在没有阳光12照射时,或者用户需要大量使用热水时,热泵高频率运行进行加热,使得集热器1处的环境温度降低,但是由于集热器1周围的保温结构阻碍了空气中热量的进入,因而蒸发温度会随着集热器1温度的降低而降低,使得制热量快速下降。因此,需要在集热器1上连接一个辅助加热器,当所述温度传感器检测到集热器1处的环境温度低于周围环境温度大于预设值时,三通阀8的第一口81和第二口82导通,即第一口81仅与第二口82相连通,第一口81不第三口83相连通。从膨胀阀7流出的低温液体制冷剂分别通过第一口81和第二口82,进入到辅助蒸发器2,在辅助蒸发器2中吸热后再进入蒸发器101中,吸收热量后的制冷剂在蒸发器101中放热,从而使得集热器1的温度得以升高;如此多次循环,使得集热器1能够正常的制热。这样,即使在没有阳光12照射的情况下,或者在阳光12不是很充分的情况下,热泵也能正常制取热水,极大低提高了热泵的工作效率。
在有阳光12辐射但热泵不工作时,此时集热器1里的温度较高,热量散发不出去,导致集热器1里面的制冷剂受热膨胀,受热膨胀的制冷剂通过单向阀3流动至辅助蒸发器2中,在辅助蒸发器2里放热后,三通阀8的第二口82和第三口83导通,放热后的制冷剂通过第二口82、第三口83流回到集热器1中。回到集热器1中的制冷剂再次通过单向阀3流动至辅助蒸发器2,然后再返回至集热器1,制冷剂就是一直往复循环这个过程,以使集热器1里的温度降低。这样,能够很好的将集热器1中的温度进行控制,不但延长了集热器1的使用寿命,而且使得整个热泵系统更加可靠稳定。
本实施例中,当环境温度很低时,辅助蒸发器2结霜,本发明还可以对辅助蒸发器2进行逆向除霜处理。具体的,低温的制冷剂经压缩机6压缩后变成高温的制冷剂,所述高温的制冷剂通过单向阀3进入辅助蒸发器2进行发热化霜处理,此时三通阀8的第一口81和第二口82导通,制冷剂然后依次通过三通阀8的第二口82和第一口81,经膨胀阀7和水箱5中的冷凝器回到压缩机6,如此循环,完成对辅助蒸发器2的除霜处理。
本实施例通过在热泵系统中接入一个辅助蒸发器2,在没有阳光12辐射的时候,热泵系统能够正常制热;在有阳光12辐射而且热泵不工作时,集热器1中的热量能够散发出去;不仅最大化的利用了热泵系统,而且延长了热泵系统中集热器1的寿命。
实施例二
本实施例为上述实施例一的进一步限定,在支路管路31与辅助蒸发器2的连接处设置一个控制装置,以控制制冷剂的定向流动,防止制冷剂在支路较多的情况下发生分流。
热泵系统正常工作时,由于控制装置的控制作用,从膨胀阀7流出的制冷剂经第一口81和第三口83直接流入蒸发器101中,而不会流入辅助蒸发器2中,以使热泵制热。集热器1处的环境温度较低时,从膨胀阀7流出的制冷剂经第一口81和第二口82流入辅助蒸发器2,之后流入蒸发器101中,以使热泵能够正常的制取热水。这个过程中,由于控制装置的作用,制冷剂不会往单向阀3的方向流动。集热器1的温度很高时,蒸发器101中的制冷剂通过单向阀3流入辅助蒸发器2中,之后回到蒸发器101中。此过程中,由于控制装置的作用,从单向阀3流出的制冷剂不会流入第三口83,而只会流入辅助蒸发器2中。
本实施例的好处在于:在支路较多的位置处设置一个控制装置,以控制制冷剂的定向流动,防止制冷剂在支路较多的情况下发生分流,使得制冷剂能够集中地流入需要的支路中去,能够进一步提高热泵系统的制热效率。
实施例三
如图2所示,本实施例所述的新型的光伏光热热泵,所述的辅助蒸发器2选用平板式蒸发器或者吹胀式蒸发器,所述辅助蒸发器2设于蒸发器101的下侧。
本实施例中,在集热器1下方的固定支架9的底部导轨10上安装一块能够反射阳光12的反射板11,所述反射板11与蒸发器101和/或辅助蒸发器2相对应设置,以使反射板11反射的太阳光反射至蒸发器101和/或辅助蒸发器2处,从而更大程度的提高热泵系统的能效。所述反射板11可以固定在导轨10上或者可以任意移动的设置在导轨10上。需要说明的是,这里所说的可以任意移动是指,反射板11可以从导轨10的最右端一直向左端移动,反射板11的最终摆设位置,根据相应的操作人员而定。例如,将反射板11的左端与导轨10的左端靠齐。这样,当有阳光12照射时,阳光12会通过反射板11而反射到辅助蒸发器2上,提高辅助蒸发器2的蒸发温度。或者,可以将发射板的左端伸出于导轨10的左端。这样,反射板11能够反射更多的太阳光12至辅助蒸发器2和/或蒸发器101,使得辅助蒸发器2和/或蒸发器101能够均匀的接受阳光12的照射,从而提高整个辅助蒸发器2和/或蒸发器101的蒸发温度,进而提高热泵能效。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (8)

1.一种新型的光伏光热热泵,包括集热器(1)和蒸发器(101),所述集热器(1)与蒸发器(101)进行热交换,以对流经蒸发器(101)的制冷剂进行加热;其特征在于:还包括辅助蒸发器(2),所述辅助蒸发器(2)经控制装置与蒸发器(101)相串连、或循环连接;所述的辅助蒸发器(2)靠近蒸发器(101)设置,以调节蒸发器(101)附近环境温度;
还包括膨胀阀(7),所述辅助蒸发器(2)与膨胀阀(7)之间设有三通阀(8),所述三通阀(8)包括第一口(81)、第二口(82)和第三口(83);所述第一口(81)与膨胀阀(7)相连,所述第二口(82)与辅助蒸发器(2)的进口相连,所述第三口(83)与蒸发器(101)的进口、辅助蒸发器(2)的出口分别相连,以令蒸发器(101)与辅助蒸发器(2)相串连后与膨胀阀(7)相连通、或蒸发器(101)单独与膨胀阀(7)相连通;
所述辅助蒸发器(2)的出口经设有单向阀(3)的支路管路(31)与蒸发器(101)的出口相连通,支路管路(31)中制冷剂的流向在单向阀(3)的作用下始终为自蒸发器(101)出口至辅助蒸发器(2)出口。
2.根据权利要求1所述的新型的光伏光热热泵,其特征在于:所述集热器(1)处设有检测集热器(1)环境温度的温度传感器。
3.根据权利要求2所述的新型的光伏光热热泵,其特征在于:热泵正常工作过程中,三通阀(8)的第一口(81)仅与第三口(83)相连通,从膨胀阀(7)流出的制冷剂经第一口(81)和第三口(83)直接流入蒸发器(101),以使热泵正常制热。
4.根据权利要求3所述的新型的光伏光热热泵,其特征在于:当所述温度传感器检测到集热器(1)处的环境温度低于周围环境温度大于预设值时,三通阀(8)的第一口(81)仅和第二口(82)相连通,从膨胀阀(7)流出的制冷剂经第二口(82)依次流入辅助蒸发器(2)和蒸发器(101),以使热泵快速制热。
5.根据权利要求1至4任一所述的新型的光伏光热热泵,其特征在于:当有阳光辐射而热泵不工作时,所述三通阀(8)的第二口(82)和第三口(83)导通,所述集热器(1)中受热膨胀的制冷剂与蒸发器(101)相热交换,蒸发器(101)中交换后的制冷剂经过所述单向阀(3)流入辅助蒸发器(2)进行散热处理,再经第二口(82)和第三口(83)回到蒸发器(101),蒸发器(101)中散热后的制冷剂再与集热器(1)中的制冷剂相热交换,如此往复循环,以使集热器(1)快速散热。
6.根据权利要求1至4任一所述的新型的光伏光热热泵,其特征在于:还包括水箱(5)和压缩机(6),所述水箱(5)内置有冷凝器;所述压缩机(6)通过四通阀(4)与水箱(5)和集热器(1)连通;当外界温度很低时,所述三通阀(8)的第一口(81)和第二口(82)导通,集热器(1)中的高温的制冷剂先通过单向阀(3)流入到辅助蒸发器(2)进行放热后,再依次通过所述第二口(82)、第一口(81)、膨胀阀(7)和冷凝器,最后经四通阀(4)流入压缩机(6),以对辅助蒸发器(2)进行逆向除霜处理。
7.根据权利要求1-4任一所述的新型的光伏光热热泵,其特征在于:所述辅助蒸发器(2)是平板式蒸发器或吹胀式蒸发器,所述辅助蒸发器(2)设于蒸发器(101)的下侧。
8.根据权利要求6所述的新型的光伏光热热泵,其特征在于:还包括固定支架(9),所述固定支架(9)底部设有的导轨(10)上安装有用于反射太阳光的反射板(11);所述反射板(11)与蒸发器(101)和/或辅助蒸发器(2)相对应设置,令反射板(11)反射的太阳光反射至蒸发器(101)和/或辅助蒸发器(2)处。
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