CN110553421A - 一种太阳能空气能热泵机组 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种太阳能空气能热泵机组。目前太阳能空气能热泵不能有效地将空气源热泵与太阳能进行有益结合，不能实现二者的优势互补。本发明通过压缩机把气态制冷剂压缩送入冷凝器，把热量释放到热水循环中，冷却后的制冷剂变成液态，可以单独通过翅片蒸发管路与外界空气进行热交换来制热，也可以单独通过太阳能蒸发管路吸收太阳能来制热，还可以通过翅片蒸发管路和太阳能蒸发管路串联，在冬季环境温度低但天气晴好太阳能资源丰富时同时吸收空气能和太阳能来制热，保证热泵机组在环境温度‑30℃到43℃范围内正常运行，有效地提高了热泵机组在各种环境下的适应性和制热效率。本发明主要用于空气源热泵机组。

Description

一种太阳能空气能热泵机组
技术领域
本发明涉及空气源热泵技术领域，尤其涉及一种太阳能空气能热泵机组。
背景技术
目前使用的低温空气源热泵，普遍存在环境温度较低时，运行效率急剧下降，特别是在部分高海拔，高湿度的雨雪天气条件下，存在融霜困难等问题，制约了低温空气源热泵的使用，往往为保证冬季采暖的使用效果，或者增加低温空气源热泵，或者增加辅助电加热，造成采暖项目初投资高且运行费用相对较高。在一些冬季温度低但太阳能资源丰富地区，太阳能和空气能结合利用的方式越来越普遍。但是目前太阳能空气能热泵不能将空气源热泵与太阳能进行有益结合，不能实现二者的优势互补，因此还不能完全满足使用需求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种结构简单、无需停机和更换方便的太阳能空气能热泵机组。
本发明的技术方案如下：
一种太阳能空气能热泵机组，包括压缩冷凝管路、太阳能蒸发管路、翅片蒸发管路、太阳能蒸发旁通管路和翅片蒸发器旁通管路；
所述压缩冷凝管路包括气液分离器36、压缩机1、油分离器5、四通阀6、冷凝器7、热水出水管8、热水循环泵9、热水进水管10、第一过滤器14、贮液器18、第二过滤器19；所述气液分离器36出口与压缩机1进气口g连接，所述压缩机1排气口e与油分离器5的进液口连接，所述油分离器5的排油口与气液分离器36出口连接，所述油分离器5的排液口与四通阀6第一进气口a连接，所述四通阀6第一出气口d与冷凝器7的进液口连接，所述冷凝器7的出水口与热水出水管8连接，所述冷凝器7进水口与热水进水管10连接，在所述热水进水管10上设有热水循环泵9，所述冷凝器7的出液口依次经第一过滤器 14和贮液器18与第二过滤器19的进口连接；
所述太阳能蒸发管路包括第三电磁阀23、第二电子膨胀阀24、进口球阀26、太阳能蒸发板27、第一单向阀42和出口球阀29；所述第三电磁阀23出口依次经第二电子膨胀阀24、进口球阀26、太阳能蒸发板27、第一单向阀42与出口球阀29的进口连接；
所述翅片蒸发管路包括第二电磁阀21、第一电子膨胀阀22、压力旁通阀28、轴流风机34和翅片式蒸发器35；所述第二电磁阀21出口依次经第一电子膨胀阀22和压力旁通阀28与翅片式蒸发器35的进口连接，在所述翅片式蒸发器35 上设有轴流风机34，所述压力旁通阀28的泄压口与气液分离器36进口连接；
所述太阳能蒸发旁通管路包括第四电磁阀25和第二单向阀43；所述第四电磁阀25出口与第二单向阀43进口连接；
所述翅片蒸发器旁通管路包括第五电磁阀32和第三单向阀33；所述第五电磁阀32出口与第三单向阀33进口连接；
所述第二单向阀43出口、与出口球阀29出口和第五电磁阀32进口与翅片式蒸发器35的进口连接；所述第三单向阀33和翅片式蒸发器35的出口与四通阀6第二出气口b，所述四通阀6第二出气口b经第二进气口c与气液分离器 36的进口连接，所述第二电磁阀21进口、第三电磁阀23进口和第四电磁阀25 进口与第二过滤器19出口连接。
进一步的，所述压缩机1为补气增焓涡旋式热泵压缩机；所述压缩冷凝管路上设有经济器管路，所述经济器管路包括液喷电磁阀11、节流毛细管12、第三检修针阀13、经济器15、第一电磁阀16、膨胀阀17和第四单向阀20；所述第一电磁阀16进口与第一过滤器14出口连接，所述第一电磁阀16出口经膨胀阀17与经济器15的进液口连接，所述第三检修针阀13进口与冷凝器7的出液口连接，所述第三检修针阀13的出口与经济器15连接，所述液喷电磁阀11进口与冷凝器7的出液口连接，所述液喷电磁阀11出口经节流毛细管12与经济器15的排气口连接,所述经济器15的出液口与贮液器18进口连接，所述经济器15的排气口经第四单向阀20与压缩机1补气口f连接。
进一步的，在所述第五电磁阀32进口和翅片式蒸发器35进口之间的管路上设有第四检修针阀30和中间压力传感器31；所述轴流风机34采用变频风机。
进一步的，在压缩机1排气口e和油分离器5的进液口之间的管路上设有第一检修针阀3和高压开关4；在所述气液分离器36出口与压缩机1进气口g 之间的管路上设有低压开关38和第二检修针阀39。
进一步的，所示经济器15为为套管式换热器、钎焊式板式换热器和壳管式换热器中的一种。
本发明的有益效果在于：
通过压缩机把气态制冷剂压缩送入冷凝器，把热量释放到热水循环中，冷却后的制冷剂变成液态，可以单独通过翅片蒸发管路与外界空气进行热交换来制热，单独通过太阳能蒸发管路吸收太阳能来制热，通过翅片蒸发管路和太阳能蒸发管路串联，在冬季环境温度低但天气晴好太阳能资源丰富时同时吸收空气能和太阳能来制热，保证热泵机组在环境温度-30℃到43℃整个范围内能够正常运行，有效地提高了热泵机组在各种环境下的适应性和制热效率。
经济器管路中液态制冷剂中吸收液态制冷剂的热量蒸发后变为气态制冷剂的形式送入补气增焓涡旋式热泵压缩机，剩余过冷的液态制冷剂能够更快更多的从外界吸收热量，有效地提高了热泵机组在低温环境下的换热效率。同时压缩机排气温度高于设定值时，打开液喷电磁阀经过节流毛细管进行喷液降温，以保证压缩机能正常运转。
通过在第五电磁阀进口和翅片式蒸发器进口之间的管路上设有第四检修针阀和中间压力传感器，把轴流风机设置为变频风机，使得风机可根据太阳能蒸发管路流出的制冷剂温度或过热度，调整风机转速，防止翅片式蒸发器中的制冷剂过热，有效地提高了翅片式蒸发器的换热稳定性。
通过在压缩机排气口和油分离器进液口之间的管路上设有第一检修针阀和高压开关，在气液分离器出口与压缩机进气口之间的管路上设有低压开关和第二检修针阀，使得当压缩机排气口处的压力过高时，高压开关启动，对压缩机停机保护，当压缩机进气口处的压力过低时，低压开关启动，对压缩机停机保护，有效地提高了压缩机压缩机运行的安全性。
通过把经济器设置为套管式换热器、钎焊式板式换热器和壳管式换热器中的一种，使得经济器在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数更高，有效地提高了经济器的换热效率。
附图说明
图1为本发明的主视图；
图中：压缩机1、第一检修针阀3、高压开关4、油分离器5、四通阀6、冷凝器7、热水出水管8、热水循环泵9、热水进水管10、液喷电磁阀11、节流毛细管12、第三检修针阀13、第一过滤器14、经济器15、第一电磁阀16、膨胀阀17、贮液器18、第二过滤器19、第四单向阀20、第二电磁阀21、第一电子膨胀阀22、第三电磁阀23、第二电子膨胀阀24、第四电磁阀25、进口球阀26、太阳能蒸发板27、压力旁通阀28、出口球阀29、第四检修针阀30、中间压力传感器31、第五电磁阀32、第三单向阀33、轴流风机34、翅片式蒸发器35、气液分离器36、低压开关38、第二检修针阀39、第一单向阀42、第二单向阀 43、第一进气口a、第二出气口b、第二进气口c、第一出气口d、排气口e、补气口f、进气口g。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明的一个较佳实施例，该太阳能空气能热泵机组，包括压缩冷凝管路、太阳能蒸发管路、翅片蒸发管路、太阳能蒸发旁通管路和翅片蒸发器旁通管路；压缩冷凝管路包括气液分离器36、压缩机1、油分离器5、四通阀6、冷凝器7、热水出水管8、热水循环泵9、热水进水管10、第一过滤器14、贮液器18、第二过滤器19；压缩机1为补气增焓涡旋式热泵压缩机，气液分离器36出口与压缩机1进气口g连接，压缩机1排气口e与油分离器5的进液口连接，油分离器5的排油口与气液分离器36出口连接，油分离器5的排液口与四通阀6第一进气口a连接，四通阀6第一出气口d与冷凝器7的进液口连接，冷凝器7的出水口与热水出水管8连接，冷凝器7进水口与热水进水管10连接，在热水进水管10上设有热水循环泵9，冷凝器7的出液口依次经第一过滤器14和贮液器18与第二过滤器19的进口连接；太阳能蒸发管路包括第三电磁阀23、第二电子膨胀阀24、进口球阀26、太阳能蒸发板27、第一单向阀42和出口球阀29；第三电磁阀23出口依次经第二电子膨胀阀24、进口球阀 26、太阳能蒸发板27、第一单向阀42与出口球阀29的进口连接；翅片蒸发管路包括第二电磁阀21、第一电子膨胀阀22、压力旁通阀28、轴流风机34和翅片式蒸发器35；第二电磁阀21出口依次经第一电子膨胀阀22和压力旁通阀28 与翅片式蒸发器35的进口连接，在翅片式蒸发器35上设有轴流风机34，压力旁通阀28的泄压口与气液分离器36进口连接；太阳能蒸发旁通管路包括第四电磁阀25和第二单向阀43；第四电磁阀25出口与第二单向阀43进口连接；翅片蒸发器旁通管路包括第五电磁阀32和第三单向阀33；第五电磁阀32出口与第三单向阀33进口连接；第二单向阀43出口、与出口球阀29出口和第五电磁阀32进口与翅片式蒸发器35的进口连接；第三单向阀33和翅片式蒸发器35 的出口与四通阀6第二出气口b，四通阀6第二出气口b经第二进气口c与气液分离器36的进口连接，第二电磁阀21进口、第三电磁阀23进口和第四电磁阀 25进口与第二过滤器19出口连接。
压缩冷凝管路上设有经济器管路，经济器管路包括液喷电磁阀11、节流毛细管12、第三检修针阀13、经济器15、第一电磁阀16、膨胀阀17和第四单向阀20；经济器15为钎焊式板式换热器，第一电磁阀16进口与第一过滤器14出口连接，第一电磁阀16出口经膨胀阀17与经济器15的进液口连接，第三检修针阀13进口与冷凝器7的出液口连接，第三检修针阀13的出口与经济器15连接，液喷电磁阀11进口与冷凝器7的出液口连接，液喷电磁阀11出口经节流毛细管12与经济器15的排气口连接,经济器15的出液口与贮液器18进口连接，经济器15的排气口经第四单向阀20与压缩机1补气口f连接。
在第五电磁阀32进口和翅片式蒸发器35进口之间的管路上设有第四检修针阀30和中间压力传感器31；轴流风机34采用变频风机。
在压缩机1排气口e和油分离器5的进液口之间的管路上设有第一检修针阀3和高压开关4；在气液分离器36出口与压缩机1进气口g之间的管路上设有低压开关38和第二检修针阀39。
工作原理如下：
压缩机排出的高温高压的气态制冷剂通过排气口经过排气管进入油分离器相连，在排气管上，设有高压开关及第一检修针阀，如果压力过高会自动高压保护停机。经过油分离器分离后的气态制冷剂进入四通阀，经过油分离器分离出来的润滑油再返回压缩机。高温高压的气态制冷剂经过四通阀的第一出气管进入冷凝器，并在冷凝器中被经过热水循环泵送来的冷水进行降温冷却冷凝，从而将冷水加热，并经过热水出水管供给用户或水箱，用于采暖或卫生热水。冷凝后的液态制冷剂通过冷凝器的出液口，进入经济器实现制冷剂液体的过冷处理，热的气态制冷剂经第四单向阀进入压缩机补气口，实现循环利用，过冷的液态制冷剂进入第二过滤器，多余的制冷剂在贮液器中暂存。
当冬季环境温度低但天气晴好太阳能资源丰富时，第二电磁阀和第五电磁阀关闭，出口球阀开启，太阳能蒸发管路与翅片式蒸发器连通，制冷剂依次通过太阳能蒸发板和翅片式蒸发器吸热，接着制冷剂经四通阀的第二进气口和第二出气口进入气液分离器的进口，接着气态的制冷剂经低压开关和第二检修针阀进入压缩机，当压缩机进气口处的压力过低时，低压开关启动，对压缩机停机保护。
当单独通过翅片蒸发管路与外界空气进行热交换来制热时，第五电磁阀关闭，第二电磁阀开启，制冷剂流经翅片蒸发管路，通过翅片式蒸发器与外界空气热交换，接着制冷剂经四通阀的第二进气口和第二出气口进入气液分离器的进口，接着气态的制冷剂经低压开关和第二检修针阀进入压缩机。
当单独通过太阳能蒸发管路与外界空气进行热交换来制热时，第二电磁阀关闭，出口球阀和第五电磁阀开启，制冷剂流经太阳能蒸发管路，通过太阳能蒸发板吸收太阳能，接着制冷剂经四通阀的第二进气口和第二出气口进入气液分离器的进口，接着气态的制冷剂经低压开关和第二检修针阀进入压缩机。
当翅片式蒸发器进口处的压力过高时，制冷剂通过压力旁通阀进入气液分离器。
当第五电磁阀进口和翅片式蒸发器进口之间管路上的中间压力传感器检测到太阳能蒸发管路流出的制冷剂温度过高时，轴流风机调整风机转速，防止翅片式蒸发器中的制冷剂过热。
本发明的有益效果在于：
通过压缩机把气态制冷剂压缩送入冷凝器，把热量释放到热水循环中，冷却后的制冷剂变成液态，可以单独通过翅片蒸发管路与外界空气进行热交换来制热，单独通过太阳能蒸发管路吸收太阳能来制热，通过翅片蒸发管路和太阳能蒸发管路串联，在冬季环境温度低但天气晴好太阳能资源丰富时同时吸收空气能和太阳能来制热，保证热泵机组在环境温度-30℃到43℃整个范围内能够正常运行，有效地提高了热泵机组在各种环境下的适应性和制热效率。
经济器管路中液态制冷剂中吸收液态制冷剂的热量蒸发后变为气态制冷剂的形式送入补气增焓涡旋式热泵压缩机，剩余过冷的液态制冷剂能够更快更多的从外界吸收热量，有效地提高了热泵机组在低温环境下的换热效率。同时压缩机排气温度高于设定值时，打开液喷电磁阀经过节流毛细管进行喷液降温，以保证压缩机能正常运转。
通过在第五电磁阀进口和翅片式蒸发器进口之间的管路上设有第四检修针阀和中间压力传感器，把轴流风机设置为变频风机，使得风机可根据太阳能蒸发管路流出的制冷剂温度或过热度，调整风机转速，防止翅片式蒸发器中的制冷剂过热，有效地提高了翅片式蒸发器的换热稳定性。
通过在压缩机排气口和油分离器进液口之间的管路上设有第一检修针阀和高压开关，在气液分离器出口与压缩机进气口之间的管路上设有低压开关和第二检修针阀，使得当压缩机排气口处的压力过高时，高压开关启动，对压缩机停机保护，当压缩机进气口处的压力过低时，低压开关启动，对压缩机停机保护，有效地提高了压缩机压缩机运行的安全性。
通过把经济器设置为套管式换热器、钎焊式板式换热器和壳管式换热器中的一种，使得经济器在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数更高，有效地提高了经济器的换热效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种太阳能空气能热泵机组，其特征在于：包括压缩冷凝管路、太阳能蒸发管路、翅片蒸发管路、太阳能蒸发旁通管路和翅片蒸发器旁通管路；
所述压缩冷凝管路包括气液分离器(36)、压缩机(1)、油分离器(5)、四通阀(6)、冷凝器(7)、热水出水管(8)、热水循环泵(9)、热水进水管(10)、第一过滤器(14)、贮液器(18)、第二过滤器(19)；所述气液分离器(36)出口与压缩机(1)进气口(g)连接，所述压缩机(1)排气口(e)与油分离器(5)的进液口连接，所述油分离器(5)的排油口与气液分离器(36)出口连接，所述油分离器(5)的排液口与四通阀(6)第一进气口(a)连接，所述四通阀(6)第一出气口(d)与冷凝器(7)的进液口连接，所述冷凝器(7)的出水口与热水出水管(8)连接，所述冷凝器(7)进水口与热水进水管(10)连接，在所述热水进水管(10)上设有热水循环泵(9)，所述冷凝器(7)的出液口依次经第一过滤器(14)和贮液器(18)与第二过滤器(19)的进口连接；
所述太阳能蒸发管路包括第三电磁阀(23)、第二电子膨胀阀(24)、进口球阀(26)、太阳能蒸发板(27)、第一单向阀(42)和出口球阀(29)；所述第三电磁阀(23)出口依次经第二电子膨胀阀(24)、进口球阀(26)、太阳能蒸发板(27)、第一单向阀(42)与出口球阀(29)的进口连接；
所述翅片蒸发管路包括第二电磁阀(21)、第一电子膨胀阀(22)、压力旁通阀(28)、轴流风机(34)和翅片式蒸发器(35)；所述第二电磁阀(21)出口依次经第一电子膨胀阀(22)和压力旁通阀(28)与翅片式蒸发器(35)的进口连接，在所述翅片式蒸发器(35)上设有所述轴流风机(34)，所述压力旁通阀(28)的泄压口与气液分离器(36)进口连接；
所述太阳能蒸发旁通管路包括第四电磁阀(25)和第二单向阀(43)；所述第四电磁阀(25)出口与第二单向阀(43)进口连接；
所述翅片蒸发器旁通管路包括第五电磁阀(32)和第三单向阀(33)；所述第五电磁阀(32)出口与第三单向阀(33)进口连接；
所述第二单向阀(43)出口、与出口球阀(29)出口和第五电磁阀(32)进口与翅片式蒸发器(35)的进口连接；所述第三单向阀(33)和翅片式蒸发器(35)的出口与四通阀(6)第二出气口(b)，所述四通阀(6)第二出气口(b)经第二进气口(c)与气液分离器(36)的进口连接，所述第二电磁阀(21)进口、第三电磁阀(23)进口和第四电磁阀(25)进口与第二过滤器(19)出口连接。
2.根据权利要求1中所述的一种太阳能空气能热泵机组，其特征在于：所述压缩机(1)为补气增焓涡旋式热泵压缩机；所述压缩冷凝管路上设有经济器管路，所述经济器管路包括液喷电磁阀(11)、节流毛细管(12)、第三检修针阀(13)、经济器(15)、第一电磁阀(16)、膨胀阀(17)和第四单向阀(20)；所述第一电磁阀(16)进口与第一过滤器(14)出口连接，所述第一电磁阀(16)出口经膨胀阀(17)与经济器(15)的进液口连接，所述第三检修针阀(13)进口与冷凝器(7)的出液口连接，所述第三检修针阀(13)的出口与经济器(15)连接，所述液喷电磁阀(11)进口与冷凝器(7)的出液口连接，所述液喷电磁阀(11)出口经节流毛细管(12)与经济器(15)的排气口连接,所述经济器(15)的出液口与贮液器(18)进口连接，所述经济器(15)的排气口经第四单向阀(20)与压缩机(1)补气口(f)连接。
3.根据权利要求1中所述的一种太阳能空气能热泵机组，其特征在于：在所述第五电磁阀(32)进口和翅片式蒸发器(35)进口之间的管路上设有第四检修针阀(30)和中间压力传感器(31)；所述轴流风机(34)采用变频风机。
4.根据权利要求1中所述的一种太阳能空气能热泵机组，其特征在于：在压缩机(1)排气口(e)和油分离器(5)的进液口之间的管路上设有第一检修针阀(3)和高压开关(4)；在所述气液分离器(36)出口与压缩机(1)进气口(g)之间的管路上设有低压开关(38)和第二检修针阀(39)。
5.根据权利要求1中所述的一种太阳能空气能热泵机组，其特征在于：所示经济器(15)为套管式换热器、钎焊式板式换热器和壳管式换热器中的一种。
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