CN110425624A - 太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明具体为一种太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置，解决了太阳能、空气能和电能高效耦合利用的问题。太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置，包括太阳能集热蓄热子系统由太阳能集热发生器、蓄热水箱、水泵、发生器组成，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。本发明可以实现装置的供热和制冷两种用途，可以在太阳辐射强度较强时储存热量，在热水使用高峰期可以提供生活热水，合理利用太阳能，空气能和电能，节约能源。

Description

太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置

技术领域

本发明涉及供热供冷设备，具体为一种太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置。

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CN 102612I468A的发明专利公开了一种“太阳能喷射与变速压缩复合制冷装置”，由太阳能喷射制冷系统，太阳能喷射与变速压缩复叠制冷系统，太阳能喷射与变速压缩耦合制冷系统，变速压缩系统构成。该装置能够实现根据太阳辐射强度分级高效利用太阳能。公开号为CN1295869A的发明专利公开了一种“太阳能喷射与变速压缩一体化的制冷装置”，该装置由太阳能增强喷射制冷系统，与变速压缩制冷系统构成，太阳能足以驱动喷射制冷系统时，系统以增强喷射制冷方式运行，提高了喷射制冷系数；太阳能不足时，按高效的变速压缩制冷方式运行。公开号为CN 101270935A的发明专利公开了一种“太阳能喷射电压缩热泵复合式空调机组”，根据空调负荷需要和太阳辐射情况确定喷射系统和电压缩热泵空调系统的启停，通过阀门切换控制水系统的流程,使该机组向空调用户进行供冷和供热，解决太阳能用于空调供热、供冷时所遇到的太阳能资源与空调负荷间供需不平衡问题，提供空调用冷冻水和温度在40-80℃之间空调用热水，可提高太阳能利用率、减少环境污染，缓解电网压力。

然而，太阳能喷射与变速压缩制冷系统，太阳能喷射与变速压缩一体化的制冷装置，只能在夏季实现制冷，不能使用该系统在冬季实现供热。太阳能喷射电压缩热泵复合式空调机组，没有将喷射系统与压缩系统进行耦合，对太阳能和空气能源的利用率还需要进一步提高。

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，提供了一种太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置，包括太阳能集热蓄热子系统、喷射循环子系统和压缩循环子系统，

太阳能集热蓄热子系统包括太阳能集热发生器依次连接到二号水泵和蓄热水箱，蓄热水箱另接出到五号水泵，五号水泵连接到发生器并连接蓄热水箱构成蓄热发生回路，蓄热水箱另接有生活用热水循环管路，生活用热水循环管路上设有四号关断阀；

喷射循环子系统包括十二号四通换向阀，十二号四通换向阀有a、b、c、d四个接口，十二号四通换向阀的b接口依次连接到室内换热器、十号膨胀阀、八号关断阀、工质泵、发生器、喷射器，喷射器出口连回十二号四通换向阀的a接口，十号膨胀阀上并联接有九号关断阀，八号关断阀和十号膨胀阀之间接出一条支路到十四号膨胀阀、十四号膨胀阀连接到十六号关断阀，十六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十二号四通换向阀的d接口，喷射器的二次流体入口连接到十八号关断阀并连接十二号四通换向阀的c接口；

压缩循环子系统包括二十四号四通换向阀，二十四号四通换向阀有a、b、c、d四个接口，二十四号四通换向阀的b接口连接到中间换热器的压缩系统制冷剂管道，并依次连接到二十一号关断阀、二十二号膨胀阀、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十九号关断阀和二十号关断阀连通，分别为十四号膨胀阀和十六号关断阀之间接出的支路连接到十九号关断阀一端，二十一号关断阀和二十二号膨胀阀之间接出的支路连接到十九号关断阀另一端；十八号关断阀和十二号四通换向阀的c接口之间接出的支路连接到二十号关断阀一端，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二十号关断阀另一端。

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），八号关断阀、九号关断阀、十六号关断阀、十八号关断阀、二十一号关断阀打开，四号关断阀、十五号关断阀、十九号关断阀、二十号关断阀关闭，二号水泵、五号水泵、工质泵打开，压缩机打开，十二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，二十四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；

太阳能集热蓄热子系统中，水在太阳能集热器吸收太阳能之后，温度升高，流入蓄热水箱，低温水从蓄热水箱流出，并经二号水泵的升压后进入太阳能集热器完成循环。蓄热发生回路中，蓄热水箱中的高温热水，经水泵抽吸升压后进入发生器与制冷剂换热，温度降低后流回到蓄热水箱中，完成循环。

喷射循环子系统中，从喷射器流出的制冷剂通过十二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，大部分流过九号关断阀，少量流过十号膨胀阀，两股制冷剂汇合后再分为两路；一路制冷剂通过八号关断阀后进入工质泵，通过工质泵增压后进入发生器中吸热蒸发，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；另一路制冷剂通过十四号膨胀阀节流降压后通过十六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，然后通过十二号四通换向阀与十八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，通过二十一号关断阀进入二十二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，再通过二十四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），九号关断阀、十五号关断阀、十九号关断阀、二十号关断阀打开，四号关断阀、八号关断阀、十六号关断阀、十八号关断阀、二十一号关断阀关闭，二号水泵、五号水泵、工质泵关闭，压缩机打开，十二号四通换向阀的阀向为b接口与c接口接通、a接口与d接口关闭，二十四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，然后通过二十四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二十四号四通换向阀，二十号关断阀以及十二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九号关断阀，少量通过十号膨胀阀，两股制冷剂汇合后大部分通过十五号关断阀，少量通过十四号膨胀阀，两股制冷剂汇合后通过十九号关断阀进入二十二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制冷循环供冷模式

夏季太阳能辐射较强时（太阳辐照度大于300W/m²），八号关断阀、十五号关断阀、十六号关断阀、十八号关断阀、二十一号关断阀打开，四号关断阀、九号关断阀、十九号关断阀、二十号关断阀关闭，二号水泵、五号水泵、工质泵打开，压缩机打开，十二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，二十四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；

太阳能集热蓄热子系统中，水在太阳能集热器吸收太阳能之后，温度升高，流入蓄热水箱，低温水从蓄热水箱流出，并经二号水泵的升压后进入太阳能集热器完成循环。蓄热发生回路中，蓄热水箱中的高温热水，经水泵抽吸升压后进入发生器与制冷剂换热，温度降低后流回到蓄热水箱中，完成循环。

喷射循环子系统中，从喷射器流出的制冷剂通过十二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十六号关断阀后，大部分流过十五号关断阀，少量流过十四号膨胀阀，两股制冷剂汇合后分为两路；一路制冷剂通过八号关断阀进入工质泵，然后在工质泵增压后进入发生器吸热蒸发，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；另一路制冷剂通过十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十二号四通换向阀与十八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二十四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通过二十四号四通换向阀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二十二号膨胀阀节流降压成为低温低压的两相制冷剂，然后通过二十一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），九号关断阀、十五号关断阀、十九号关断阀、二十号关断阀打开，四号关断阀、八号关断阀、十六号关断阀、十八号关断阀、二十一号关断阀关闭，二号水泵、五号水泵、工质泵关闭，压缩机打开，十二号四通换向阀的阀向为b接口与c接口接通、a接口与d接口关闭，二十四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，然后在二十二号膨胀阀中节流降压，制冷剂通过十九号关断阀后大部分通过十五号关断阀，少量通过十四号膨胀阀，两股制冷剂汇合后大部分制冷剂通过九号关断阀，少量通过十号膨胀阀，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十二号四通换向阀、二十号关断阀以及二十四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： 本发明可以通过切换四通换向阀改变装置的连接方式以改变制冷剂的流向，实现装置的供热和制冷两种用途，而且操作简单便捷。蓄热水箱可以在太阳辐射强度较强时储存热量，在热水使用高峰期可以通过蓄热水箱提供生活热水。喷射循环子系统和压缩循环子系统通过中间换热器进行耦合，使装置用于环境温度较低的情况时仍有较高的性能。在太阳能辐射强度较弱时可以切换为单独压缩式循环模式，充分利用空气源的热量。本发明合理利用太阳能，空气能和电能，节约能源。

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制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，2-二号水泵，3-蓄热水箱，4-四号关断阀，5-五号水泵，6-发生器，7-工质泵，8-八号关断阀，9-九号关断阀，10-十号膨胀阀，11-室内换热器，12-十二号四通换向阀，13-喷射器，14-膨胀阀，15-十五号关断阀，16-十六号关断阀，17-中间换热器，18-十八号关断阀，19-十九号关断阀，20-二十号关断阀，21-二十一号关断阀，22-二十二号关断阀，23-压缩机，24-二十四号四通换向阀，25-室外换热器。

具体实施方式

太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置，包括太阳能集热蓄热子系统、喷射循环子系统和压缩循环子系统，

太阳能集热蓄热子系统包括太阳能集热发生器1依次连接到二号水泵2和蓄热水箱3，蓄热水箱3另接出到五号水泵5，五号水泵5连接到发生器6并连接蓄热水箱3构成蓄热发生回路，蓄热水箱3另接有生活用热水循环管路，生活用热水循环管路上设有四号关断阀4；

喷射循环子系统包括十二号四通换向阀12，十二号四通换向阀12有a、b、c、d四个接口，十二号四通换向阀12的b接口依次连接到室内换热器11、十号膨胀阀10、八号关断阀8、工质泵7、发生器6、喷射器13，喷射器13出口连回十二号四通换向阀12的a接口，十号膨胀阀10上并联接有九号关断阀9，八号关断阀8和十号膨胀阀10之间接出一条支路到十四号膨胀阀14、十四号膨胀阀14连接到十六号关断阀16，十六号关断阀16连接到中间换热器17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十二号四通换向阀12的d接口，喷射器8的二次流体入口连接到十八号关断阀18并连接十二号四通换向阀12的c接口；

压缩循环子系统包括二十四号四通换向阀24，二十四号四通换向阀24有a、b、c、d四个接口，二十四号四通换向阀24的b接口连接到中间换热器17的压缩系统制冷剂管道，并依次连接到二十一号关断阀21、二十二号膨胀阀22、室外换热器25，室外换热器25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23；

喷射循环子系统和压缩循环子系统通过十九号关断阀19和二十号关断阀20连通，分别为十四号膨胀阀16和十六号关断阀16之间接出的支路连接到十九号关断阀19一端，二十一号关断阀15和二十二号膨胀阀17之间接出的支路连接到十九号关断阀19另一端；十八号关断阀18和十二号四通换向阀12的c接口之间接出的支路连接到二十号关断阀20一端，二十号四通换向阀20的b接口和中间换热器17之间接出的支路连接到二十号关断阀20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)

1.一种太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置，其特征在于：包括太阳能集热蓄热子系统、喷射循环子系统和压缩循环子系统，

太阳能集热蓄热子系统包括太阳能集热发生器（1）依次连接到蓄热水箱（3）和二号水泵（2），蓄热水箱（3）另接出到五号水泵（5），五号水泵（5）连接到发生器（6）并连接蓄热水箱（3）构成蓄热发生回路，蓄热水箱（3）另接有生活用热水循环管路，生活用热水循环管路上设有四号关断阀（4）；

喷射循环子系统包括十二号四通换向阀（12），十二号四通换向阀（12）有a、b、c、d四个接口，十二号四通换向阀（12）的b接口依次连接到室内换热器（11）、十号膨胀阀（10）、八号关断阀（8）、工质泵（7）、发生器（6）、喷射器（13），喷射器（13）出口连回十二号四通换向阀（12）的a接口，十号膨胀阀（10）上并联接有九号关断阀（9），八号关断阀（8）和十号膨胀阀（10）之间接出一条支路到十四号膨胀阀（14）、十四号膨胀阀（14）连接到十六号关断阀（16），十六号关断阀（16）连接到中间换热器（17）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十二号四通换向阀（12）的d接口，喷射器（8）的二次流体入口连接到十八号关断阀（18）并连接十二号四通换向阀（12）的c接口；

压缩循环子系统包括二十四号四通换向阀（24），二十四号四通换向阀（24）有a、b、c、d四个接口，二十四号四通换向阀（24）的b接口连接到中间换热器（17）的压缩系统制冷剂管道，并依次连接到二十一号关断阀（21）、二十二号膨胀阀（22）、室外换热器（25），室外换热器（25）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（23）；

喷射循环子系统和压缩循环子系统通过十九号关断阀（19）和二十号关断阀（20）连通，分别为十四号膨胀阀（16）和十六号关断阀（16）之间接出的支路连接到十九号关断阀（19）一端，二十一号关断阀（15）和二十二号膨胀阀（17）之间接出的支路连接到十九号关断阀（19）另一端；十八号关断阀（18）和十二号四通换向阀（12）的c接口之间接出的支路连接到二十号关断阀（20）一端，二十号四通换向阀（20）的b接口和中间换热器（17）之间接出的支路连接到二十号关断阀（20）另一端。

2.根据权利要求1所述的太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置，其特征在于：室内换热器（11）和室外换热器（25）均为风冷式换热器。

3.根据权利要求1所述的太阳能喷射与压缩耦合的制冷热泵装置，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。