CN111550860A - 一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，包括压缩机、冷凝器、节流部件以及组合换热器，其通过管道依次首尾连接，组合换热器连接有蓄热罐，组合换热器包括太阳能吸热体以及常规换热器，太阳能吸热体的一端与常规换热器转动连接，常规换热器上设有用于固定太阳能吸热体与常规换热器之间夹角的固定组件。本发明结合太阳能换热体和常规换热器，太阳能换热装置可根据实际需要进行位置调整，吸收太阳能进行换热，从而在运作过程中更好地对制冷工质进行换热，在不使用的时候，通过蓄热罐与太阳能吸热体对管道中的工质进行升温与存储，便于在下次机组启动时对外输出更多热量，有利于低温环境下机组启动。

Description

一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统
技术领域
本发明涉及可再生能源、储能和供热技术领域，具体涉及一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统。
背景技术
空气源热泵系统随着环境温度降低其供热能力快速降低，特别在较低温度时其启动温度低会导致系统报错甚至不能启动。
现在的太阳能热泵系统多为采用太阳能+热泵方式，有的用光伏板提供供电，有的用集热器提供热量加热热泵出口的热水，但是都是独立运行系统通过中间线路或者管道连接，占地较大，且对热泵性能没有任何提升的帮助。同时这些太阳能热泵系统成本高，其生产、运输、安装均需独立运行，因此安装占地大，运维复杂。
太阳能具有普遍性、不确定性的特点，利用太阳能供热可以有效降低对化石燃料的依赖。但是现在社会城市的居住环境多为高层大厦，缺少太阳能集热安装的位置，充分利用空间安装太阳能成为一个关键性问题。
本专利旨在利用高楼外面有限的空间，结合太阳能供热的优势辅助热泵系统启动和提供更加多的热量，并通过蓄热装置自动对太阳能进行蓄热，降低能源动力消耗。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，包括压缩机、冷凝器、节流部件、组合换热器以及蓄热罐，所述压缩机、冷凝器、节流部件、组合换热器以及蓄热罐通过管道依次首尾连接，供热系统内流动有制冷工质，
所述组合换热器包括太阳能吸热体以及常规换热器，所述太阳能吸热体的一端与常规换热器转动或者弹性连接，
所述常规换热器的内部设有第一流通管道，所述制冷工质通过第一流通管道从节流部件流通至蓄热罐。
进一步地，所述太阳能吸热体的内部设有第二流通管道，所述第二流通管道和第一流通管道并联设置，所述第一流通管道的入口和出口处均设有第一常闭电磁阀。
进一步地，所述第二流通管道的出口处设有第三流通管道，所述第三流通管道连接第二流通管道的出口以及第一流通管道的中部，所述第一流通管道的入口和出口处均设有第一常闭阀门，所述第三流通管道上设置有第二常闭阀门，所述第二流通管道的出口与蓄热罐之间均设置有第三常开电磁阀。
进一步地，所述第二流通管道的出口处还设有第四流通管道，所述第二流通管道的中间还设有第五流通管道，所述第四流通管道和第五流通管道均与第一流通管道的中部或后部连接，所述第一流通管道的入口和出口处均设有第一常闭电磁阀，所述第四流通管道上设置有第四常闭电磁阀，所述第五流通管道上设置有第五常闭电磁阀，所述第二流通管道的入口和出口处均设有第六常开电磁阀。
进一步地，所述太阳能吸热体平行且相对固定设置有挡风板，所述常规换热器上设有用于固定太阳能吸热体与常规换热器之间夹角的固定组件。
进一步地，所述固定组件包括外部固定筋和外部固定销，所述外部固定筋一端与太阳能吸热体连接，另一端与常规换热器活动连接，所述外部固定销用于固定外部固定筋与常规换热器的相对位置。
一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，括压缩机、冷凝器、节流部件以及组合换热器，所述压缩机、冷凝器、节流部件以及组合换热器通过管道依次首尾连接，供热系统内流动有制冷工质，
所述组合换热器包括太阳能吸热体以及常规换热器，所述太阳能吸热体的一端与常规换热器转动连接，
所述常规换热器的内部设有第一流通管道，所述制冷工质通过第一流通管道从节流部件流通至压缩机，所述太阳能吸热体的内部设有第二流通管道，所述常规换热器内部还设有用于加热第一流通管道的第六流通管道，所述第二流通管道和第六流通管道形成封闭循环，内部流动有换热工质，所述第二流通管道和第六流通管道之间串联有蓄热罐，所述第六流通管道设置在第一流通管道附近以加热第一流通管道内的制冷工质，所述第六流通管道与蓄热罐之间设有第七常闭电磁阀。
进一步地，所述太阳能吸热体平行且相对固定设置有挡风板，所述常规换热器上设有用于固定太阳能吸热体与常规换热器之间夹角的固定组件，所述固定组件包括外部固定筋和外部固定销，所述外部固定筋一端与太阳能吸热体连接，另一端与常规换热器活动连接，所述外部固定销用于固定外部固定筋与常规换热器的相对位置。
进一步地，所述太阳能吸热体绕行换热器从下部展开或通过其他方式使得吸热体位置在蓄热罐下面。
进一步地，所述换热工质为水或防冻液。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
本发明结合太阳能换热体和常规换热器，且太阳能换热装置可根据实际需要进行位置调整，吸收太阳能对制冷工质进行换热，从而在运作过程中更好地对制冷工质进行换热，同时在不使用的时候，通过蓄热罐与太阳能吸热体对管道中的工质进行升温与存储，以便于在下次机组启动时对外输出更多热量，有利于低温环境下机组启动。
附图说明
图1为实施例1中的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统的结构示意图；
图2为实施例1中的组合换热器内部管道布置图；
图3为实施例2中的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统的结构示意图；
图4为实施例2中的组合换热器内部管道布置图；
图5为实施例3中的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统的结构示意图；
图6为实施例3中的组合换热器内部管道布置图；
图7为太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统的组合换热器结构示意图；
图8为实施例4中的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统的结构示意图；
图9为实施例4中的组合换热器内部管道布置图；
图10为实施例4中的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统的组合换热器结构示意图；
附图标记说明：1、蓄热罐；2、组合换热器；21、常规换热器；211、第一流通管道；212、第六流通管道；22、太阳能吸热体；221、第二流通管道；222、第三流通管道；223、第四流通管道；224、第五流通管道；23、挡风板；24、外部固定筋；25、外部固定销；3、节流部件；4、冷凝器；5、压缩机；61、第一常闭电磁阀；62、第二常闭电磁阀；63、第三常开电磁阀；64、第四常闭电磁阀；65、第五常闭电磁阀；66、第六常开电磁阀；67、第七常闭电磁阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1和图2所示，一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，包括压缩机5、冷凝器4、节流部件3、组合换热器2以及蓄热罐1，压缩机5、冷凝器4、节流部件3、组合换热器2以及蓄热罐1通过管道依次首尾连接，供热系统内流动有制冷工质，组合换热器2包括太阳能吸热体22以及常规换热器21，太阳能吸热体22的一端与常规换热器21转动连接，常规换热器21上设有用于固定太阳能吸热体22与常规换热器21之间夹角的固定组件。
如图7所示，固定组件主要包括外部固定筋24和外部固定销25，外部固定筋24一端与太阳能吸热体22连接，另一端与常规换热器21活动连接，外部固定销25则用于固定外部固定筋24与常规换热器21的相对位置，从而使太阳能吸热体22可以与常规换热器21呈各个不同角度固定设置。
太阳能吸热体22平行且相对固定设置有挡风板23，挡风板23的作用在于可以遮挡机组在运行的时候风机流出的气流，机组运行时风机流出的气流流经常规换热器21被冷却，被挡风板23阻挡后绕流到环境中，进而保护太阳能吸热体22吸收太阳能的效率，保证太阳能吸热体22的热量不被额外消耗。
常规换热器21的内部设有第一流通管道211，制冷工质通过第一流通管道211从节流部件3流通至压缩机5，太阳能吸热体22的内部设有第二流通管道221，第二流通管道221和第一流通管道211并联设置，第一流通管道211连接至蓄热罐1，蓄热罐1再与压缩机5连接，使得机组在运行时，制冷工质同时流经常规换热器21和太阳能吸热体22，然后流入蓄热罐1，经过蓄热罐1之后再流入压缩机5进行循环。
第一流通管道211的入口和出口处均设有第一常闭电磁阀61，第一常闭电磁阀61在机组运行是通电自动打开，机组停止运行时则断电自动关闭。
在实际使用的时候，当机组可以接收太阳光照射的情况下采用此系统，安装时将组合换热器2展开外形，根据当地的维度和机组朝向对太阳能吸热体22的展开角度进行一定调节，然后将外部固定筋通过外部固定销固定在常规换热器21的外壳上。
机组运行时，两个第一常闭电磁阀61通电自动打开，从压缩机5出来的高温高压制冷工质进入冷凝器4中，加热热水或空气后降温，然后进入节流部件3中变为低温低压的气液两相流，之后分两路流经太阳能吸热体22吸收太阳能热量和常规换热部分吸收周围空气热量(即流经组合换热器2)，吸热后的两个管道再次合流进入蓄热罐1中，最后重新进入压缩机5被压缩完成一个循环。
机组停止运行时，两个第一常闭电磁阀61断电自动关闭，如果有太阳光照射到太阳能吸热体22上，由于太阳能吸热体22与蓄热罐1之间没有阀门，太阳能吸热体22内的换热工质受热压力温度变化会导致流动，升温升压进入蓄热罐1，通过升温以及汽化，蓄热罐1以相变蓄热的方式对太阳能进行储存，以利于在下次机组启动时对外输出更多热量，且有利于低温环境下机组启动。
实施例2
如图3和图4所示，与实施例1的不同之处在于，第二流通管道221的出口处还设有第三流通管道222，第三流通管道222连接第二流通管道221的出口以及第一流通管道211的中部，第一流通管道211的入口和出口处均设有第一常闭电磁阀61，第三流通管道222上设置有第二常闭电磁阀62，第二流通管道221的出口与蓄热罐1之间均设置有第三常开电磁阀63。
机组在运行时，第一流通管道211两端的第一常闭电磁阀61以及第三流通管道222上的第二常闭电磁阀62通电打开，第二流通管道221的出口与蓄热罐1之间的第三常开电磁阀63通电关闭，制冷工质从压缩机5出来后流经冷凝器4和节流部件3，然后分两路流经太阳能吸热体22吸收太阳能热量和常规换热器21的一部分吸收周围空气热量，之后流经太阳能吸热体22的制冷工质汇聚到常规换热器21内部，再次流经常规换热器21后半部分流道进入蓄热罐1中，最后重新进入压缩机5被压缩完成一个循环。
机组停止运行时，第一流通管道211两端的第一常闭电磁阀61以及第三流通管道222上的第二常闭电磁阀62断电关闭，第二流通管道221的出口与蓄热罐1之间的第三常开电磁阀63断电打开，若有太阳光照射到太阳能吸热体22上，太阳能吸热体22内的换热工质受热压力温度变化会导致流动，升温升压进入蓄热罐1，通过升温以及汽化，蓄热罐1以相变蓄热的方式对太阳能进行储存，以利于在下次机组启动时对外输出更多热量，且有利于低温环境下机组启动。
实施例3
如图5和图6所示，与实施例1的不同之处在于，第二流通管道221的出口处还设有第四流通管道223，第二流通管道221的入口处还设有第五流通管道224，第四流通管道223和第五流通管道224均与第一流通管道211的中部或后部连接，第一流通管道211的入口和出口处均设有第一常闭电磁阀61，第四流通管道223上设置有第四常闭电磁阀64，第五流通管道224上设置有第五常闭电磁阀65，第二流通管道221的入口和出口处均设有第六常开电磁阀66。
机组在运行时，第一流通管道211两端的第一常闭电磁阀61通电打开，第四流通管道223上的第四常闭电磁阀64通电打开，第五流通管道224上的第五常闭电磁阀65通电打开，第二流通管道221两端的第六常开电磁阀66通电关闭，制冷工质从压缩机5出来后流经冷凝器4和节流部件3，然后先流经常规换热器21的一部分吸收周围空气热量，之后通过第二流通管道221流经太阳能吸热体22吸收太阳能热量，最后再流入常规换热器21后进入蓄热罐1中，最后重新进入压缩机5被压缩完成一个循环。
机组停止运行时，第一流通管道211两端的第一常闭电磁阀61断电关闭，第四流通管道223上的第四常闭电磁阀64断电关闭，第五流通管道224上的第五常闭电磁阀65断电关闭，第二流通管道221两端的第六常开阀门66断电打开，若有太阳光照射到太阳能吸热体22上，太阳能吸热体22内的换热工质受热压力温度变化会导致流动，升温升压进入蓄热罐1，通过升温以及汽化，蓄热罐1以相变蓄热的方式对太阳能进行储存，以利于在下次机组启动时对外输出更多热量，且有利于低温环境下机组启动。
实施例4
如图8和图9所示，太阳能吸热体22的内部设有第二流通管道221，常规换热器21内部还设有用于加热第一流通管道211的第六流通管道212，第二流通管道221和第六流通管道212形成封闭循环，第二流通管道221和第六流通管道212之间串联有蓄热罐1，内部流动有换热工质，换热工质以第六流通管道212--蓄热罐1--第二流通管道221--蓄热罐1--第六流通管道212的顺序进行流动，且不与第一流通管道211连接，也不再参与制冷工质的循环，第六流通管道212设置在第一流通管道211附近以加热第一流通管道211内的制冷工质，第六流通管道212与蓄热罐1之间设有第七常闭电磁阀67。
同时在本实施例中，太阳能吸热体22需绕行组合换热器2从下部展开或通过其他方式使得太阳能吸热体22位置在蓄热罐1下面，如图10所示。(注：对于太阳能吸热体22内的工质为与第一流通管道211使用同一种制冷工质时，如实施例1、2、3，则对太阳能吸热体22的位置无特殊要求。)这样设置的目的是为了可以实现循环，本实施例中，由于太阳能吸热体22内的工质与第一流通管道211内的工质非同一种工质，需要通过自然循环吸热，因而太阳能吸热体22在下部；若是同一种工质，因为管道连通，所以可以利用压缩机5动力驱动循环。
机组在运行的时候，第六流通管道212与蓄热罐1之间的第七常闭电磁阀67通电打开，制冷工质从压缩机5出来后流经冷凝器4和节流部件3，再流经组合换热器2加热，最后进入压缩机5被压缩完成一个循环。
在组合换热器2中，换热工质通过太阳能吸热体22吸收太阳能加热，同时也利用常规换热器21进行换热，加热后换热工质在管道212内部流动，通过相互传热加热第一流通管道211内部的制冷工质，换热工质被冷却降温后再次利用太阳能吸热体22和常规换热器21进行加热，完成循环。
机组停止运行时，第六流通管道212与蓄热罐1之间的第七常闭电磁阀67断电关闭，使换热工质不再流入第六流通管道212，若有太阳光照射到太阳能吸热体22上，太阳能吸热体22内的换热工质受热压力温度变化会导致流动，升温升压进入蓄热罐1，通过升温以及汽化，蓄热罐1以相变蓄热的方式对太阳能进行储存，以利于在下次机组启动时对外输出更多热量，且有利于低温环境下机组启动。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：包括压缩机(5)、冷凝器(4)、节流部件(3)、组合换热器(2)以及蓄热罐(1)，所述压缩机(5)、冷凝器(4)、节流部件(3)、组合换热器(2)以及蓄热罐(1)通过管道依次首尾连接，供热系统内流动有制冷工质，
所述组合换热器(2)包括太阳能吸热体(22)以及常规换热器(21)，所述太阳能吸热体(22)的一端与常规换热器(21)转动或者弹性连接，
所述常规换热器(21)的内部设有第一流通管道(211)，所述制冷工质通过第一流通管道(211)从节流部件(3)流通至蓄热罐(1)。
2.根据权利要求1所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述太阳能吸热体(22)的内部设有第二流通管道(221)，所述第二流通管道(221)和第一流通管道(211)并联设置，所述第一流通管道(211)的入口和出口处均设有第一常闭电磁阀(61)。
3.根据权利要求2所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述第二流通管道(221)的出口处设有第三流通管道(222)，所述第三流通管道(222)连接第二流通管道(221)的出口以及第一流通管道(211)的中部，所述第一流通管道(211)的入口和出口处均设有第一常闭阀门(61)，所述第三流通管道(222)上设置有第二常闭阀门(62)，所述第二流通管道(221)的出口与蓄热罐(1)之间均设置有第三常开电磁阀(63)。
4.根据权利要求2所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述第二流通管道(221)的出口处还设有第四流通管道(223)，所述第二流通管道(221)的中间还设有第五流通管道(224)，所述第四流通管道(223)和第五流通管道(224)均与第一流通管道(211)的中部或后部连接，所述第一流通管道(211)的入口和出口处均设有第一常闭电磁阀(61)，所述第四流通管道(223)上设置有第四常闭电磁阀(64)，所述第五流通管道(224)上设置有第五常闭电磁阀(65)，所述第二流通管道(221)的入口和出口处均设有第六常开电磁阀(66)。
5.根据权利要求1-4任一所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述太阳能吸热体(22)平行且相对固定设置有挡风板，所述常规换热器(21)上设有用于固定太阳能吸热体(22)与常规换热器(21)之间夹角的固定组件。
6.根据权利要求5所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述固定组件包括外部固定筋和外部固定销，所述外部固定筋一端与太阳能吸热体(22)连接，另一端与常规换热器(21)活动连接，所述外部固定销用于固定外部固定筋与常规换热器(21)的相对位置。
7.一种太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：包括压缩机(5)、冷凝器(4)、节流部件(3)以及组合换热器(2)，所述压缩机(5)、冷凝器(4)、节流部件(3)以及组合换热器(2)通过管道依次首尾连接，供热系统内流动有制冷工质，
所述组合换热器(2)包括太阳能吸热体(22)以及常规换热器(21)，所述太阳能吸热体(22)的一端与常规换热器(21)转动连接，
所述常规换热器(21)的内部设有第一流通管道(211)，所述制冷工质通过第一流通管道(211)从节流部件(3)流通至压缩机(5)，所述太阳能吸热体(22)的内部设有第二流通管道(221)，所述常规换热器(21)内部还设有用于加热第一流通管道(211)的第六流通管道(212)，所述第二流通管道(221)和第六流通管道(212)形成封闭循环，内部流动有换热工质，所述第二流通管道(221)和第六流通管道(212)之间串联有蓄热罐(1)，所述第六流通管道(212)设置在第一流通管道(211)附近以加热第一流通管道(211)内的制冷工质，所述第六流通管道(212)与蓄热罐(1)之间设有第七常闭电磁阀(67)。
8.根据权利要求7所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述太阳能吸热体(22)平行且相对固定设置有挡风板，所述常规换热器(21)上设有用于固定太阳能吸热体(22)与常规换热器(21)之间夹角的固定组件，所述固定组件包括外部固定筋和外部固定销，所述外部固定筋一端与太阳能吸热体(22)连接，另一端与常规换热器(21)活动连接，所述外部固定销用于固定外部固定筋与常规换热器(21)的相对位置。
9.根据权利要求7所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述太阳能吸热体(22)绕行换热器从下部展开或通过其他方式使得吸热体位置在蓄热罐(1)下面。
10.根据权利要求7所述的太阳能、热泵和蓄能耦合供热系统，其特征在于：所述换热工质为水或防冻液。
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