CN110940216A

CN110940216A - 储换热装置及包含该装置的太阳能和空气能冷热联供系统

Info

Publication number: CN110940216A
Application number: CN201911344638.6A
Authority: CN
Inventors: 邓学鹏
Original assignee: Jiangsu Huayang Solar Energy Co ltd
Current assignee: Jiangsu Huayang Solar Energy Co ltd
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2020-03-31

Abstract

本发明提供了一种储换热装置及包含该装置的太阳能和空气能冷热联供系统，这种储换热装置包括外壳、内胆及保温层，在内胆上设有进水口、出水口、热泵介质入口，热泵介质出口，太阳能介质入口和太阳能介质出口，内胆内设有内盘管，在内盘管的部分管段上设有套在其外部的套盘管，包含该装置的太阳能和空气能冷热联供系统还包括太阳能集热系统、空气源热泵冷暖机组、风机盘管末端系统和地暖盘管末端系统，这种太阳能和空气能冷热联供系统实现了太阳能与空气源热泵有机结合，成本较低，并有效解决热泵主机运行中的高压保护和频繁启动的问题。

Description

储换热装置及包含该装置的太阳能和空气能冷热联供系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能与空气能综合利用系统，具体涉及一种储换热装置及包含该装置的太阳能和空气能冷热联供系统。

背景技术

太阳能光热和空气源热泵联用热水、采暖、制冷系统（在此简称太阳能和空气能冷热联供系统），可以实现清洁的太阳能与空气能优势互补，是非集中供暖区域多能互补采暖和制冷的发展方向，但目前太阳能和空气能冷热联供系统还处于研发和试验阶段，考虑到生活热水与换热介质隔离的要求，这种系统所采用的储换热装置一般采用双盘管封闭式水箱的结构，用于将两种或者以上的热源耦合，储存热量并通过换热器进行换热，再供热给采暖末端。太阳能集热器通过一组盘管与水箱进行温差循环，提供生活热水用能；空气源热泵冷暖机组连接另一组盘管，在太阳能不足时用于加热水箱的水，同时，空气源热泵冷暖机组提供冬季采暖量或夏季的制冷量。在冬季采暖时，开启制热模式，关闭风机盘管，利用地暖盘管辐射供暖；夏季供冷时，开启制冷模式，关闭地暖盘管，开启风机盘管。两种能源的循环管路各自运行，没有实现有机的结合，也不能发挥出太阳能在中低温热利用的优势。

使用中，水箱水温不足时，在优先供应生活热水的情况下，则需要关停采暖管路，启动热泵制取热水，无法连续供暖，且存在因热泵制热功率高，压缩机排出的热量得不到及时的释放，盘管换热速度慢而导致的高压保护的问题。另外，因盘管内介质较少，储存能量少，热泵机组易频繁启动，导致寿命缩短。如果增设缓冲水箱用来降低主机的启停次数，则需在采暖回路、制冷回路和制热水回路全部设置，增加了系统的复杂程度和成本，同时也增大了系统的热损耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种太阳能与空气源热泵有机结合，充分利用太阳能资源，成本较低，并有效解决热泵主机在制热水时的高压保护和频繁启动问题的储换热装置及包含该装置的太阳能和空气能冷热联供系统。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：一种储换热装置，包括外壳、内胆及外壳与内胆之间的保温层，在内胆上设有进水口、出水口、热泵介质入口，热泵介质出口，太阳能介质入口和太阳能介质出口，所述热泵介质出口、太阳能介质入口和太阳能介质出口均与内胆直接相通，在内胆内设有内盘管，所述进水口和出水口分别与内盘管的两端连接并密封，在内盘管的部分管段上设有套在其外部的套盘管，所述套盘管的内径大于内盘管的外径，内盘管和套盘管重叠的部分形成夹腔，套盘管一端开放，另一端通过转接件将内盘管和套盘管之间的夹腔与热泵介质入口相连通。

优选地，所述转接件包括内盘管接口、套盘管接口和介质进口，内盘管穿过内盘管接口和套盘管接口，并在内盘管接口处连接并密封，套盘管与套盘管接口连接并密封，介质进口与热泵介质入口连接并密封。热泵循环介质从热泵介质入口进入后，流经内盘管和套盘管之间的夹腔，然后从套盘管的开放端流出，进入内胆中。

优选地，所述内胆上设有位于其中上部的上部温度探头和位于其中下部的下部温度探头。上部温度探头监测内胆上部区域温度，记为T2，以便显示和控制出水温度及控制热泵介质的流量，下部温度探头监测内胆下部区域温度，记为T3，以便控制太阳能温差循环。

优选地，所述内胆的顶部设有排气口，排气口处设置自动排气阀或者用做介质的补充口。

同时，本发明还提供了一种太阳能和空气能冷热联供系统，包含上述的储换热装置，还包括太阳能集热系统、空气源热泵冷暖机组、给水总管和回水总管，所述给水总管和回水总管与采暖及制冷末端连接；

所述太阳能集热系统包括太阳能集热器、集热循环泵、补液阀和管路；所述太阳能介质出口、集热循环泵和太阳能集热器的进水口依次通过管路连接，所述太阳能介质入口与太阳能集热器的出水口通过管路连接，补液阀通过管路与太阳能集热器连通，所述太阳能集热器上设有集热温度探头，测得温度记为T1；

所述空气源热泵冷暖机组包括热泵主机、热泵循环泵，热泵主机设有热泵给水口、热泵回水口；

所述储换热装置的进水口连接自来水供水管路、出水口连接生活热水管路，热泵介质出口通过管路与热泵回水口连通，热泵介质入口通过管路连接热泵给水口，在热泵介质入口和热泵给水口之间设有电控三通阀一和电控三通阀二，热泵介质入口连接电控三通阀一的出口B，电控三通阀一的进口A连接电控三通阀二的进口a，电控三通阀一的换向口C通过管路依次连接热泵循环泵和热泵回水口，电控三通阀二的出口b通过管路与热泵给水口连通，电控三通阀二的换向口c连接回水总管，热泵给水口通过管路与给水总管相连通。

太阳能循环模式下，T3低于设定温度时，开启集热温差循环，集热循环泵启动的设定温差记为Δt1，关闭的设定温差记为Δt2，当T1与T3的温差大于等于Δt1时，集热循环泵启动，当T1与T3的温差小于等于Δt2时，集热循环泵关闭。

在采暖时，启动热泵主机制热模式，电控三通阀一的进口A和出口B相通，电控三通阀二的进口a和换向口c相通，热泵循环泵启动，管路中的介质从热泵给水口流出，流经给水总管到达采暖及制冷末端放热后，流到储换热装置的内胆中进行预热，然后经回水总管返回到热泵回水口中，在热泵主机中进行热交换，如此循环往复，热泵回水温度记为T4，T4达到设定值时，关闭热泵主机，关闭热泵循环泵。

在制冷时，启动热泵主机制冷模式，电控三通阀一的进口A和换向口C相通，电控三通阀二进口a和出口b相通，热泵循环泵启动，管路中的介质从热泵给水口流出，流经给水总管，到达采暖及制冷末端吸热后，返回到热泵回水口，在热泵主机中进行热交换，如此循环往复，T4达到设定值时，关闭热泵主机，关闭热泵循环泵。

在单独用热水时，自来水从进水口进入，经内盘管加热后，从出水口流出，当T2温度小于设定值时，启动热泵主机制热模式，电控三通阀一的进口A和出口B相通，电控三通阀二的进口a和出口b相通，热泵循环泵启动，管路中的介质从热泵给水口流出，进入热泵介质入口，然后经热泵介质出口流出，返回到热泵回水口中，在热泵主机中进行热交换，如此循环往复，直到T2温度达到设定值，关闭热泵主机，关闭热泵循环泵。

优选地，所述采暖及制冷末端包括风机盘管末端系统和地暖盘管末端系统，所述风机盘管末端系统包括风机盘管、风机给水管路、风机回水管路和风机电动阀，所述地暖盘管末端系统包括地暖盘管、分集水器、地暖给水管路和地暖回水管路，风机给水管路和地暖给水管路与给水总管连接，风机回水管路和地暖回水管路与回水总管连接。

优选地，该系统还包含缓冲水箱，所述缓冲水箱为中空的封闭式水箱，缓冲水箱的入口与电控三通阀一的换向口C连接，缓冲水箱的出口与热泵回水口连通。

优选地，所述太阳能集热器为真空管型太阳能集热器，所述补液阀为浮球式或隔膜式自动控水阀，真空管型太阳能集热器采用敞开式结构，设有排气管，浮球式或隔膜式自动控水阀均具有自动控制水位的功能，介质通过补液阀进入到太阳能集热系统的管路中，进而补充储换热装置中的介质。

本发明的有益效果在于：

1. 真空管型太阳能集热器直通大气，内胆内的压强取决于安装落差，系统的运行压力小，无需膨胀罐，安全性高，内胆的材料相对于封闭式可减薄，节约成本；

2. 生活用水与内胆的介质隔离，水质清洁，通过内盘管和套盘管的换热，实现连续供应热水；

3. 太阳能集热系统通过温差循环，加热储换热装置中的介质，采暖时，介质回水进入储换热装置进行预热，吸收内胆的低温热能，降低了空气源热泵冷暖机组的能耗，实现太阳能与空气能有机结合，提高了太阳能的利用率；

4. 热泵主机制热时，介质通过管路进入到内胆中，热量充分释放，避免了热泵主机的高压保护和频繁启动，制冷时，缓冲水箱接入制冷回路，防止频繁启动的同时，提高了系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明的一种储换热装置的结构示意图。

图2为本发明的一种储换热装置的转接件的结构示意图。

图3为本发明的一种太阳能和空气能冷热联供系统的结构示意图。

图中，100：内胆；101：进水口；102：出水口；103：热泵介质入口；104：热泵介质出口；105：太阳能介质入口；106：太阳能介质出口；107：内盘管；108：套盘管；109：上部温度探头；110：下部温度探头；111：转接件；112：排气口；113：套盘管接口；114：介质进口；115：内盘管接口；200：太阳能集热系统；201：太阳能集热器；202：补液阀；300：热泵主机；301：热泵给水口；302：热泵回水口；400：风机盘管末端系统；401：风机盘管；402：风机给水管路；403：风机回水管路；404：风机电动阀；500：地暖盘管末端系统；501：地暖盘管；502：分集水器；503：地暖给水管路；504：和地暖回水管路；600：给水总管；700：回水总管；800：缓冲水箱；P1：集热循环泵；P2：热泵循环泵；V1：电控三通阀一；V2：电控三通阀二。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明公开的一种储换热装置，包括外壳、内胆100及外壳与内胆100之间的保温层，在内胆100上设有进水口101、出水口102、热泵介质入口103，热泵介质出口104，太阳能介质入口105和太阳能介质出口106，所述热泵介质出口104、太阳能介质入口105和太阳能介质出口106均与内胆100直接相通，在内胆100内设有内盘管107，所述进水口101和出水口102分别与内盘管107的两端连接并密封，在内盘管107的部分管段上设有套在其外部的套盘管108，所述套盘管108的内径大于内盘管107的外径，内盘管107和套盘管108重叠的部分形成夹腔，套盘管108一端开放，另一端通过转接件111将内盘管107和套盘管108之间的夹腔与热泵介质入口103相连通。

进一步地，如图2所示，所述转接件111包括内盘管接口115、套盘管接口113和介质进口114，内盘管107穿过内盘管接口115和套盘管接口113，并在内盘管接口115处连接并密封，套盘管108与套盘管接口113连接并密封，介质进口114与热泵介质入口103连接并密封。热泵循环介质从热泵介质入口103进入后，流经内盘管107和套盘管108之间的夹腔，然后从套盘管108的开放端流出，进入内胆100中。

进一步地，内胆100上设有位于内胆100中上部的上部温度探头109和位于内胆100中下部的下部温度探头110。上部温度探头109监测内胆100上部区域温度，记为T2，以便显示和控制出水温度及控制热泵介质的流量，下部温度探头110监测内胆100下部区域温度，记为T3，以便控制太阳能温差循环。

进一步地，内胆100的顶部设有排气口112，排气口112处设置自动排气阀。

同时，如图3所示，本发明还提供了一种太阳能和空气能冷热联供系统，包含上述的储换热装置，还包括太阳能集热系统200、空气源热泵冷暖机组300、给水总管600和回水总管700，所述给水总管600和回水总管700与采暖及制冷末端连接；

所述太阳能集热系统200包括太阳能集热器201、集热循环泵P1、补液阀202和管路；所述太阳能介质出口106、集热循环泵P1和太阳能集热器201的进水口依次通过管路连接，所述太阳能介质入口105与太阳能集热器201的出水口通过管路连接，补液阀202通过管路与太阳能集热器201连通，所述太阳能集热器201上设有集热温度探头，测得温度记为T1；

所述空气源热泵冷暖机组包括热泵主机300、热泵循环泵P2，热泵主机300设有热泵给水口301、热泵回水口302；

所述储换热装置的进水口101连接自来水供水管路、出水口102连接生活热水管路，热泵介质出口104通过管路与热泵回水口302连通，热泵介质入口103通过管路连接热泵给水口301，在热泵介质入口103和热泵给水口301之间设有电控三通阀一V1和电控三通阀二V2，热泵介质入口103连接V1的出口B，电控三通阀一V1的进口A连接电控三通阀二V2的进口a，电控三通阀一V1的换向口C通过管路依次连接热泵循环泵P2和热泵回水口302，电控三通阀二V2的出口b通过管路与热泵给水口301连通，电控三通阀二V2的换向口c连接回水总管700，热泵给水口301通过管路与给水总管600相连通。

太阳能循环模式下，T3低于设定温度时，开启集热温差循环，集热循环泵P1启动的设定温差记为Δt1，集热循环泵P1关闭的设定温差记为Δt2，当T1与T3的温差大于等于Δt1时，集热循环泵P1启动，当T1与T3的温差小于等于Δt2时，集热循环泵P1关闭。

在采暖时，启动热泵主机300制热模式，电控三通阀一V1的进口A和出口B相通，电控三通阀二V2的进口a和换向口c相通，热泵循环泵P2启动，管路中的介质从热泵给水口301流出，流经给水总管600到达采暖及制冷末端放热后，流到储换热装置的内胆100中进行预热，然后经回水总管700返回到热泵回水口302中，在热泵主机300中进行热交换，如此循环往复，热泵回水温度记为T4，T4达到设定值时，关闭热泵主机300，关闭热泵循环泵P2。

在制冷时，启动热泵主机300制冷模式，电控三通阀一V1的进口A和换向口C相通，电控三通阀二V2进口a和出口b相通，热泵循环泵P2启动，管路中的介质从热泵给水口301流出，流经给水总管600，到达采暖及制冷末端吸热后，返回到热泵回水口302，在热泵主机300中进行热交换，如此循环往复，直到T4达到设定值时，关闭热泵主机300，关闭热泵循环泵P2。

在单独用热水时，自来水从进水口101进入，经内盘管107加热后，从出水口102流出，内胆100中上部的上部温度探头109测得温度记为T2，当T2温度小于设定值时，启动热泵主机300制热模式，电控三通阀一V1的进口A和出口B相通，电控三通阀二V2的进口a和出口b相通，热泵循环泵P2启动，管路中的介质从热泵给水口301流出，进入热泵介质入口103，然后经热泵介质出口104流出，返回到热泵回水口302中，在热泵主机300中进行热交换，如此循环往复，直到T2温度达到设定值，关闭热泵主机300，关闭热泵循环泵P2。

进一步地，所述采暖及制冷末端包括风机盘管末端系统400和地暖盘管末端系统500，所述风机盘管末端系统400包括风机盘管401、风机给水管路402、风机回水管路403和风机电动阀404，所述地暖盘管末端系统500包括地暖盘管501、分集水器502、地暖给水管路503和地暖回水管路504，风机给水管路402和地暖给水管路503与给水总管600连接，风机回水管路403和地暖回水管路504与回水总管700连接。

进一步地，该系统还包含缓冲水箱800，所述缓冲水箱800为中空的封闭式水箱，缓冲水箱800的入口与电控三通阀一V1的换向口C连接，缓冲水箱800的出口与热泵回水口302连通。

进一步地，所述太阳能集热器201为真空管型太阳能集热器，所述补液阀202为浮球式或隔膜式自动控水阀，真空管型太阳能集热器采用敞开式结构，设有排气管，浮球式或隔膜式自动控水阀均具有自动控制水位的功能，介质通过补液阀202进入到太阳能集热系统200的管路中，进而补充储换热装置中的介质。

Claims

1.一种储换热装置，其特征是：包括外壳、内胆（100）及外壳与内胆（100）之间的保温层，在内胆（100）上设有进水口（101）、出水口（102）、热泵介质入口（103），热泵介质出口（104），太阳能介质入口（105）和太阳能介质出口（106），所述热泵介质出口（104）、太阳能介质入口（105）和太阳能介质出口（106）均与内胆（100）直接相通，在内胆（100）内设有内盘管（107），所述进水口（101）和出水口（102）分别与内盘管（107）的两端连接并密封，在内盘管（107）的部分管段上设有套在其外部的套盘管（108），所述套盘管（108）一端开放，另一端通过转接件（111）将内盘管（107）和套盘管（108）之间的夹腔与热泵介质入口（103）相连通。

2.根据权利要求1所述的一种储换热装置，其特征是：所述转接件（111）包括内盘管接口（115）、套盘管接口（113）和介质进口（114），内盘管（107）穿过内盘管接口（115）和套盘管接口（113），并在内盘管接口（115）处连接并密封，套盘管（108）与套盘管接口（113）连接并密封，介质进口（114）与热泵介质入口（103）连接并密封。

3.根据权利要求1所述的一种储换热装置，其特征是：所述内胆（100）上设有位于内胆（100）中上部的上部温度探头（109）和位于内胆（100）中下部的下部温度探头（110）。

4.根据权利要求1所述的一种储换热装置，其特征是：所述内胆（100）的顶部设有排气口（112）。

5.一种太阳能和空气能冷热联供系统，其特征是：包含权利要求1至4任一项所述的储换热装置，还包括太阳能集热系统（200）、空气源热泵冷暖机组（300）、给水总管（600）和回水总管（700），所述给水总管（600）和回水总管（700）与采暖及制冷末端连接；

所述太阳能集热系统（200）包括太阳能集热器（201）、集热循环泵（P1）、补液阀（202）和管路；所述太阳能介质出口（106）、集热循环泵（P1）和太阳能集热器（201）的进水口依次通过管路连接，所述太阳能介质入口（105）与太阳能集热器（201）的出水口通过管路连接，补液阀（202）通过管路与太阳能集热器（201）连通，所述太阳能集热器（201）上设有集热温度探头；

所述空气源热泵冷暖机组包括热泵主机（300）、热泵循环泵（P2），热泵主机（300）设有热泵给水口（301）、热泵回水口（302）；

所述储换热装置的进水口（101）连接自来水供水管路、出水口（102）连接生活热水管路，热泵介质出口（104）通过管路与热泵回水口（302）连通，热泵介质入口（103）通过管路连接热泵给水口（301），在热泵介质入口（103）和热泵给水口（301）之间设有电控三通阀一（V1）和电控三通阀二（V2），热泵介质入口（103）连接电控三通阀一（V1）的出口B，电控三通阀一（V1）的进口A连接电控三通阀二（V2）的进口a，电控三通阀一（V1）的换向口C通过管路依次连接热泵循环泵（P2）和热泵回水口（302），电控三通阀二（V2）的出口b通过管路与热泵给水口（301）连通，电控三通阀二（V2）的换向口c连接回水总管（700），热泵给水口（301）通过管路与给水总管（600）相连通。

6.根据权利要求5所述的一种太阳能和空气能冷热联供系统，其特征是：所述采暖及制冷末端包括风机盘管末端系统（400）和地暖盘管末端系统（500），所述风机盘管末端系统（400）包括风机盘管（401）、风机给水管路（402）、风机回水管路（403）和风机电动阀（404），所述地暖盘管末端系统（500）包括地暖盘管（501）、分集水器（502）、地暖给水管路（503）和地暖回水管路（504），风机给水管路（402）和地暖给水管路（503）与给水总管（600）连接，风机回水管路（403）和地暖回水管路（504）与回水总管（700）连接。

7.根据权利要求5所述的一种太阳能和空气能冷热联供系统，其特征是：还包含缓冲水箱（800），所述缓冲水箱（800）为中空的封闭式水箱，缓冲水箱（800）的入口与电控三通阀一（V1）的换向口C连接，缓冲水箱（800）的出口与热泵回水口（302）连通。

8.根据权利要求5所述的一种太阳能和空气能冷热联供系统，其特征是：所述太阳能集热器（201）为真空管型太阳能集热器，所述补液阀（202）为浮球式或隔膜式自动控水阀。