CN110360639B - 直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具体为一种直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置，解决了太阳能、空气能和电能高效耦合利用的问题。直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置，包括喷射循环子系统和压缩循环子系统，喷射循环子系统包括四通换向阀、室内换热器、膨胀阀、关断阀、工质泵、太阳能集热发生器、喷射器，压缩循环子系统包括四通换向阀、中间换热器、关断阀、膨胀阀、室外换热器、压缩机；喷射循环子系统和压缩循环子系统通过关断阀连通。本发明将喷射循环系统和压缩循环系统耦合，并利用太阳能作为一种主要的驱动能源，使系统实现夏季供冷、冬季供热，而且达到较高的性能系数，能够显著节约电能。

Description

直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置
技术领域
本发明涉及供热供冷设备，具体为一种直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置。
背景技术
太阳能作为可再生能源，具有清洁、环保、可免费使用、又无需运输等优势，但太阳能只能在有太阳辐射的情况下才可以使用。而空气随处可取，具有安全、方便、清洁等优点，但利用空气供热效率远低于利用太阳能供热的效率。
喷射系统由于具有构造简单、压缩过程不消耗机械能、可利用可再生能源等优点，成为一种有助于解决环境污染问题和能源消耗问题的途径。但是，喷射系统性能系数相对较低的缺点限制了它在供热领域的应用，尤其是单级喷射式系统，虽然结构简单，但在寒冷地区的制热能力较差，所以系统很难推广应用。
传统的蒸汽压缩式热泵在环境温度降低时，系统的制热能力和COP都会降低，且压缩机入口压力过低甚至会影响压缩机正常工作，因此在寒冷地区其制热能力受到很大限制。传统的蒸汽压缩式制冷系统在夏季环境温度较高时，压缩机压比过大且出口温度过高影响压缩机正常工作。另一方面，传统的压缩式系统在制冷或者供热时由电能驱动，消耗大量电能，也影响了其推广应用。
通过对现有相关专利的检索，公开号为CN107883576A的发明专利公开了一种“夏季供冷热回收冬季供暖热泵热水系统”，该装置能够实现夏季制冷的同时将室内热空气回收生产热水,冬季供暖且生产热水。公开号为CN105466091A的发明专利公开了一种“一种带过冷器的热泵型空调器制冷循环系统”，该装置在冬季制热时可以有效减缓室外侧换热器结霜，可以实现冬季供暖，夏季供热。公开号为CN105222399A的发明专利公开了一种“一种太阳能辅助的制冷热泵系统”，该系统包括热源加热单元，中间工作介质循环单元，压缩式热泵循环单元和喷射制冷循环单元。通过太阳能辅助实现冬季供暖，夏季供冷。夏季供冷热回收冬季供暖热泵热水系统以及带过冷器的热泵型空调器制冷循环系统中虽然能实现夏季供冷，冬季供暖，但是没有对太阳能进行利用，太阳能辅助的制冷热泵系统中由于换热器的数量较多，系统复杂，因此，换热环节造成的热损失大。
发明内容
本发明为了解决太阳能、空气能和电能高效耦合利用的问题，提供了一种直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置，包括喷射循环子系统和压缩循环子系统，
喷射循环子系统包括七号四通换向阀，七号四通换向阀有a、b、c、d四个接口，七号四通换向阀的b接口依次连接到室内换热器、五号膨胀阀、三号关断阀、工质泵、太阳能集热发生器、喷射器，喷射器出口连接到七号四通换向阀的a接口，五号膨胀阀上并联接有四号关断阀，三号关断阀和五号膨胀阀之间接出一条支路到九号膨胀阀、九号膨胀阀连接到十一号关断阀，十一号关断阀连接到中间换热器的喷射系统制冷剂管道，中间换热器的喷射系统制冷剂管道连接到七号四通换向阀的d接口，喷射器的二次流体入口依次连接十三号关断阀与七号四通换向阀的c接口；
压缩循环子系统包括二十号四通换向阀，二十号四通换向阀有a、b、c、d四个接口，二十号四通换向阀的b接口连接到中间换热器的压缩系统制冷剂管道，并依次连接到十五号关断阀、十七号膨胀阀、室外换热器，室外换热器连接二十号四通换向阀的d接口，二十号四通换向阀的a接口和c接口之间连接有压缩机；
喷射循环子系统和压缩循环子系统通过十四号关断阀和十六号关断阀连通，分别为九号膨胀阀和十一号关断阀之间接出的支路连接到十四号关断阀一端，十五号关断阀和十七号膨胀阀之间接出的支路连接到十四号关断阀另一端；十三号关断阀和七号四通换向阀的c接口之间接出的支路连接到十六号关断阀一端，二十号四通换向阀的b接口和中间换热器之间接出的支路连接到十六号关断阀另一端。
工作过程如下：
（一）直膨式太阳能喷射与压缩复叠循环供热模式
冬季太阳能辐射较强时（太阳辐照度大于150W/m2），三号关断阀、四号关断阀、十一号关断阀、十三号关断阀、十五号关断阀打开，十号关断阀、十四号关断阀、十六号关断阀关闭，工质泵打开，压缩机打开，七号四通换向阀的阀向为a接口与b接口接通、c接口与d接口接通，二十号四通换向阀的阀向为a接口与b接口接通、c接口与d接口接通；
喷射循环子系统中，从喷射器流出的制冷剂通过七号四通换向阀进入室内换热器，制冷剂在室内换热器冷凝放热，为室内供热；在室内换热器冷凝后的液态制冷剂，大部分流过四号关断阀，少量流过五号膨胀阀，两股制冷剂汇合后再分为两路；一路制冷剂通过三号关断阀后进入工质泵，通过工质泵增压后进入太阳能集热发生器中吸热蒸发，高温高压的气态制冷剂作为喷射器的工作流体由工作流体入口进入喷射器中；另一路制冷剂通过九号膨胀阀节流降压后通过十一号关断阀进入中间换热器，在中间换热器吸收压缩循环侧的制冷剂的热量，蒸发为气态制冷剂，然后通过七号四通换向阀与十三号关断阀后作为喷射的引射流体被工作流体由引射流体入口吸入喷射器中，在喷射器中引射流体与工作流体混合升压后流出。
压缩循环子系统中，制冷剂在中间换热器中向喷射循环侧的制冷剂放热，冷凝为液态制冷剂后，通过十五号关断阀进入十七号膨胀阀节流降压成为低温低压的两相制冷剂。然后，进入室外换热器中吸收空气中的热量，蒸发成为气态制冷剂，再通过二十号四通换向阀进入压缩机中升压升温变为高温高压的气态制冷剂，再进入中间换热器，形成循环回路。
（二）单独压缩式热泵循环供热模式
冬季太阳辐照度较弱时（太阳辐照度小于150W/m2），四号关断阀、十号关断阀、十四号关断阀、十六号关断阀打开，三号关断阀、十一号关断阀、十三号关断阀、十五号关断阀关闭，工质泵关闭，压缩机打开，七号四通换向阀的阀向为b接口与c接口接通、a接口与d接口接通，二十号四通换向阀的阀向为a接口与b接口接通、c接口与d接口接通。
在单独压缩式热泵循环供热模式中，制冷剂在室外换热器从空气中吸热蒸发成为气态制冷剂，然后通过二十号四通换向阀进入压缩机进行升压升温，压缩机出口的高温高压的气态制冷剂依次通过二十号四通换向阀，十六号关断阀以及七号四通换向阀后进入室内换热器冷凝为室内供热，冷凝后的饱和液态制冷剂大部分通过四号关断阀，少量通过五号膨胀阀，两股制冷剂汇合后大部分通过十号关断阀，少量通过九号膨胀阀，两股制冷剂汇合后通过十四号关断阀进入十七号膨胀阀节流降压进入室外换热器，形成循环回路。
（三）直膨式太阳能喷射与压缩复叠循环供冷模式
夏季太阳能辐射较强时（太阳辐照度大于300W/m2），三号关断阀、十号关断阀、十一号关断阀、十三号关断阀、十五号关断阀打开，四号关断阀、十四号关断阀、十六号关断阀关闭，工质泵打开，压缩机打开，七号四通换向阀的阀向为a接口与d接口接通、b接口与c接口接通，二十号四通换向阀的阀向为a接口与d接口接通、b接口与c接口接通；
喷射循环子系统中，从喷射器流出的制冷剂通过七号四通换向阀进入中间换热器，制冷剂在中间换热器冷凝放热；冷凝到饱和液态的制冷剂通过十一号关断阀后，大部分流过十号关断阀，少量流过九号膨胀阀，两股制冷剂汇合后分为两路；一路制冷剂通过三号关断阀进入工质泵，然后在工质泵增压后进入太阳能集热发生器吸热蒸发，高温高压的气态制冷剂作为喷射器的工作流体由工作流体入口进入喷射器；另一路制冷剂通过五号膨胀阀进入室内换热器，在室内换热器吸热蒸发，为室内供冷；蒸发后的饱和气态制冷剂通过七号四通换向阀与十三号关断阀后由引射流体入口进入喷射器，在喷射器中引射流体与工作流体混合升压后流出。
压缩循环子系统中，制冷剂在中间换热器中从喷射器流出的制冷剂中吸热，蒸发为饱和气态制冷剂通过二十号四通换向阀进入压缩机进行升压升温，高温高压的气态制冷剂进入室外换热器向空气中放热，冷凝为饱和液态的制冷剂后通过十七号膨胀阀节流降压成为低温低压的两相制冷剂，然后通过十五号关断阀进入中间换热器，形成循环回路。
（四）单独压缩式制冷循环供冷模式
夏季太阳能强度较弱时（太阳辐照度小于300W/m2），四号关断阀、十号关断阀、十四号关断阀、十六号关断阀打开，三号关断阀、十一号关断阀、十三号关断阀、十五号关断阀关闭，工质泵关闭，压缩机打开，七号四通换向阀的阀向为b接口与c接口接通、a接口与d接口接通，二十号四通换向阀的阀向为a接口与d接口接通、b接口与c接口接通。
在单独压缩式制冷循环供冷模式，制冷剂在室外换热器与空气换热冷凝成为饱和液态制冷剂，然后在十七号膨胀阀中节流降压，制冷剂通过十四号关断阀后大部分通过十号关断阀，少量通过九号膨胀阀，两股制冷剂汇合后大部分制冷剂通过四号关断阀，少量通过五号膨胀阀，两股制冷剂汇合后进入室内换热器吸热蒸发为室内空气提供冷量；蒸发后的饱和气态制冷剂依次通过七号四通换向阀、十六号关断阀以及二十号四通换向阀后进入压缩机进行升压，压缩机出口的高温高压制冷剂进入室外换热器，形成循环回路。
本发明的有益效果如下： 将空气能和太阳能的优势结合实现冬季供热，同时对系统进行切换实现夏季供冷。通过一套装置实现两种用途，提高了设备的利用率。直膨式太阳能集热方式是通过制冷剂直接吸收太阳中的热量，与非直膨式系统相比设备有所减少，而且系统能量损耗减少，能量利用率较高。本发明将喷射循环系统和压缩循环系统耦合，并利用太阳能作为一种主要的驱动能源，使系统实现夏季供冷、冬季供热，而且达到较高的性能系数，能够显著节约电能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明在冬季太阳辐照度较强的工况下以直膨式太阳能喷射与压缩复叠循环供热模式运行时的结构示意图；
图3为本发明在冬季太阳辐照度较弱的工况下以单独压缩式热泵循环供热模式运行时的结构示意图；
图4为本发明在夏季太阳辐照度较强的工况下以直膨式太阳能喷射与压缩复叠循环供冷模式运行时的结构示意图；
图5为本发明在夏季太阳辐照度较弱的工况下以单独压缩式制冷循环供冷模式运行时的结构示意图；
图中：1-太阳能集热发生器，2-工质泵，3-三号关断阀，4- 四号关断阀，5-五号膨胀阀，6-室内换热器，7-七号四通换向阀，8-喷射器，9-九号膨胀阀，10-十号关断阀，11-十一号关断阀，12-中间换热器，13-十三号关断阀，14-十四号关断阀，15-十五号关断阀，16-十六号关断阀，17-十七号膨胀阀，18-室外换热器，19-压缩机，20-二十号四通换向阀。
具体实施方式
直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置，包括喷射循环子系统和压缩循环子系统，
喷射循环子系统包括七号四通换向阀7，七号四通换向阀7有a、b、c、d四个接口，七号四通换向阀7的b接口依次连接到室内换热器6、五号膨胀阀5、三号关断阀3、工质泵2、太阳能集热发生器1、喷射器8，喷射器8出口连接七号四通换向阀7的a接口，五号膨胀阀5上并联接有四号关断阀4，三号关断阀3和五号膨胀阀5之间接出一条支路到九号膨胀阀9、九号膨胀阀9连接到十一号关断阀11，十一号关断阀11连接到中间换热器12的喷射系统制冷剂管道，中间换热器12的喷射系统制冷剂管道连接七号四通换向阀7的d接口，喷射器8的二次流体入口依次连接十三号关断阀13与七号四通换向阀7的c接口；
压缩循环子系统包括二十号四通换向阀20，二十号四通换向阀20有a、b、c、d四个接口，二十号四通换向阀20的b接口连接到中间换热器12的压缩系统制冷剂管道，并依次连接到十五号关断阀15、十七号膨胀阀17、室外换热器18，室外换热器18连接二十号四通换向阀20的d接口，二十号四通换向阀20的a接口和c接口之间连接有压缩机19；
喷射循环子系统和压缩循环子系统通过十四号关断阀14和十六号关断阀16连通，分别为九号膨胀阀9和十一号关断阀11之间接出的支路连接到十四号关断阀14一端，十五号关断阀15和十七号膨胀阀17之间接出的支路连接到十四号关断阀14另一端；十三号关断阀13和七号四通换向阀7的c接口之间接出的支路连接到十六号关断阀16一端，二十号四通换向阀20的b接口和中间换热器12之间接出的支路连接到十六号关断阀16另一端。
具体实施过程中，室内换热器与室外换热器均为风冷式换热器，关断阀为具有开闭功能的阀门，阀门打开时流体顺利流过，阀门关闭时流体被截断。关断阀可以采用自动阀门如：电磁阀、电动球阀、电动蝶阀等，但不排除其他具有开闭功能的阀门，也可采用手动阀门如：闸阀、截止阀、隔膜阀、球阀、蝶阀等但不排除其他具有开闭功能的阀门。喷射循环子系统、压缩循环子系统各设备及阀门之间用管道相连接，管道可以采用铜管、不锈钢管等具有耐腐蚀、耐高压等特性的管道。压缩机的入口可以加装干燥过滤器，避免水份或杂质进入压缩机，压缩机出口可以加装油分离器，避免压缩机中与制冷剂共同排出的润滑油进入系统中，影响系统正常工作。

Claims (3)

1.一种直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置，其特征在于：包括喷射循环子系统和压缩循环子系统；
喷射循环子系统包括七号四通换向阀（7），七号四通换向阀（7）有a、b、c、d四个接口，七号四通换向阀（7）的b接口依次连接到室内换热器（6）、五号膨胀阀（5）、三号关断阀（3）、工质泵（2）、太阳能集热发生器（1）、喷射器（8），喷射器（8）出口连接七号四通换向阀（7）的a接口，五号膨胀阀（5）上并联接有四号关断阀（4），三号关断阀（3）和五号膨胀阀（5）之间接出一条支路到九号膨胀阀（9），九号膨胀阀（9）连接到十一号关断阀（11），十一号关断阀（11）连接到中间换热器（12）的喷射系统制冷剂管道，中间换热器（12）的喷射系统制冷剂管道连接七号四通换向阀（7）的d接口，喷射器（8）的二次流体入口依次连接十三号关断阀（13）与七号四通换向阀（7）的c接口；
压缩循环子系统包括二十号四通换向阀（20），二十号四通换向阀（20）有a、b、c、d四个接口，二十号四通换向阀（20）的b接口连接到中间换热器（12）的压缩系统制冷剂管道，并依次连接到十五号关断阀（15）、十七号膨胀阀（17）、室外换热器（18），室外换热器（18）连接二十号四通换向阀（20）的d接口，二十号四通换向阀（20）的a接口和c接口之间连接有压缩机（19）；
喷射循环子系统和压缩循环子系统通过十四号关断阀（14）和十六号关断阀（16）连通，分别为九号膨胀阀（9）和十一号关断阀（11）之间接出的支路连接到十四号关断阀（14）一端，十五号关断阀（15）和十七号膨胀阀（17）之间接出的支路连接到十四号关断阀（14）另一端；十三号关断阀（13）和七号四通换向阀（7）的c接口之间接出的支路连接到十六号关断阀（16）一端，二十号四通换向阀（20）的b接口和中间换热器（12）之间接出的支路连接到十六号关断阀（16）另一端。
2.根据权利要求1所述的直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置，其特征在于：室内换热器（6）和室外换热器（18）均为风冷式换热器。
3.根据权利要求1所述的直膨式太阳能喷射与压缩耦合供热供冷装置，其特征在于：压缩机的入口可以加装干燥过滤器，压缩机出口可以加装油分离器。
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