CN201680650U - 多功能太阳能热泵机组 - Google Patents

Abstract

一种多功能太阳能热泵机组，包括压缩机(1)、热水换热器(4)、空气换热器(6)、空调换热器(10)、蓄热装置(12)、保温水箱(15)、太阳能集热器(16)等配件，系统采用了三个换热器混合联接、双四通换向阀的结构；本实用新型综合利用了空气能、太阳能等可再生资源，不仅可克服传统空调、热水机功能单一、能源利用效率未得到充分挖掘等缺点，还可以解决一般太阳能空调能源利用率低的问题，具有高效、节能、安全、可靠、环保等功效。

Description

多功能太阳能热泵机组

技术领域

本实用新型涉及太阳能空调热水设备，特别涉及一种综合利用太阳能、空气能等可再生能源，集制冷、制热及制取卫生热水于一体的高效节能环保设备。

背景技术

目前我国的太阳能空调系统一种方式是通过吸收式或吸附式制冷机实现将太阳能的热量转换为空调用冷水的方式，当太阳能集热温度在90℃以下时，其热量一冷量转换效率一般仅为0.5～0.8。另一种方式是利用太阳能光伏发电，用产生的电带动电动压缩式空调，电压缩式空调电-冷转换系数是4～6，太阳能光伏发电集热器接收的热量转换为电能的转换率为10％时则制冷效率也只是0.4～0.6。这两种方式热能利用率都低，这也就导致需要的太阳能集热面积大，系统投资高。国内的太阳能空调热水技术也还处于研究阶段。各类太阳能空调系统都存在初投资过大，系统过于复杂，集热系统效率比较差，集热面积过大的问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术存在的不足，提出一种多功能太阳能热泵机组，它可最大限度降低空调热水机组的耗能，制冷时优先采用水冷的方式，且回收冷凝热制取卫生热水；制热及产卫生热水时充分利用太阳能，以最优的方法达到综合利用太阳能和空气能、尽量少用电能的目的，不仅可解决传统空调、热水机组功能单一、能效比低、效率不稳定等缺点，还可解决一般太阳能空调能源利用率低的问题，同时在春秋季节可利用原本闲置的空调机组制取热水，提高了设备的全年利用率。

本实用新型的技术方案是，所述多功能太阳能热泵机组包括压缩机、热水换热器、空气换热器、空调换热器、蓄热装置、保温水箱、太阳能集热器等配件，其结构特点是，所述压缩机的工质吸入口同第一只四通换向阀的D端口连接，该压缩机的工质出口同第二只四通换向阀的A端口连接，第一只四通换向阀的B端口同第二只四通换向阀的D端口连接，第二只四通换向阀的B端口同热水换热器的一个工质端口连接，热水换热器的另一个工质端口同第一只三通换向阀的A端口连接，第二只四通换向阀的C端口同第一只三通换向阀的C端口连接，第一只四通换向阀的C端口同空气换热器的一个工质端口连接，该第一只四通换向阀的A端口同空调换热器的一个工质端口连接；空气换热器的另一个工质端口经并联了第一单向阀的第一膨胀阀7同第一只三通换向阀的B端口连接，空调换热器的另一个工质端口经并联了第二单向阀的第二膨胀阀同第一只三通换向阀的B端口连接；空调换热器出水端同第二只三通换向阀的A端口连接，该第二只三通换向阀的B端口和C端口同蓄热装置的一对进、出水端口对应连接；该蓄热装置的另一对进、出水端口同太阳能集热器的出、进水端口对应连接；热水换热的一对进、出水端口同保温水箱的一对出、进水端对应连接，保温水箱的另一对进、出水端同太阳能集热器的出、进水端对应连接。

以下做出进一步说明。

本实用新型以太阳能集热模块及电压缩式热泵型中央空调机组为基础，在同一台机组中同时实现了风冷热泵空调设备、空气源热泵热水设备及太阳能集热器有效配合提供空调及热水的功能，为一种全新概念的太阳能空调，它综合利用了空气能和太阳能，将太阳能集热技术、热泵技术应用于中央空调和热水机组的完美结合，实现了太阳能集热装置与电压缩式中央空调机组的最佳匹配，一方面充分发挥了电压缩式空调机组制冷效率高的特点，另一方面充分利用太阳能，大大提高了机组的能源利用率。

本实用新型机组的工作原理是，夏季制冷时，与空调末端相连的空调换热器为蒸发端吸热，开始时热水换热器为冷凝端，吸收制冷排出冷凝热产生卫生热水；随着热水温度的不断升高，冷凝温度随之升高，制冷能效相应降低，这时切换到空气换热器为冷凝端排出废热，保温水箱中的热水则利用太阳能将热水加热到设定的温度；冬天供热时，充分利用太阳能对保温水箱及蓄热装置加热，当阴雨天太阳辐射强度不足时，采用空气换热器为蒸发器，空调换热器作为冷凝器进行空调制热，也可将热水换热器和空调换热器串联连接作为冷凝器，在制热的同时制取卫生热水；蓄热装置除了用太阳能供热，也可在热泵制热时对其供热，在需要的时候，由蓄热装置对用户供热；除霜时可利用蓄热装置中的热量，减少除霜的时间；春秋季节不需制冷制热只需生产卫生热水时，以太阳能热泵的方式运行，当有太阳时以太阳能加热保温水箱中的水，太阳能不足时机组以空气源热泵热水机组的方式加热保温水箱中的水。

本实用新型机组主要有制冷与制热水、制热水、制热与制热水、除霜四种工作模式，在不同工作模式下机组的系统工作流程说明如下(参见图1)。

(1)制冷与制热水工作模式：第二只三通换向阀13的AC相连，空调换热器10为蒸发器，从空调未端系统中吸收热量将系统制冷，开始时热水换热器4为冷凝端，第一只四通换向阀2的AD连通、BC连通，第二只四通换向阀3的AB连通、CD连通，第一只三通换向阀5的AB连通，制冷剂在空调换热器10中蒸发后变成低温低压的气体，通过第一只四通换向阀2后进入压缩机1，压缩后变成高温高压的气体，再经过第二只四通换向阀3后，在热水换热器4内冷凝放热，变成低温高压的液体，最后通过第一只三通换向阀5，在第二膨胀阀9降压后进入空调换热器10，开始下一轮循环；随着保温水箱15水温的不断升高，机组冷凝温度随之升高，制冷量相应地减少，此时切换到以空气换热器6作为冷凝器，即第一只四通换向阀2的换向位置不变，第二只四通换向阀3的AD相连，制冷剂从压缩机出来后，通过第二只四通换向阀3、第一只四通换向阀进入空气换热器6散去热量，经过第二膨胀阀9降压后回到空调换热器10，进入下一轮循环；同时，可以利用太阳能集热器16将保温水箱15中的热水加热到需要的温度。

(2)单独制热水工作模式：春秋季节，主要利用太阳能集热器16产热水，不足部分由热泵补充。热泵单独制热水时，第一只三通换向阀5的AB相连，第一只四通换向阀2的CD相连通，第二只四通换向阀3的AB相连通，制冷剂在空气换热器6中蒸发后通过第一只四通换向阀2进入压缩机1，从压缩机出来的高温高压气体通过第二只四通换向阀3进入热水换热器4冷凝放热为保温水箱提供热量，冷凝后的低温高压制冷剂液体依次通过第一只三通换向阀5、第一膨胀阀7后回到空气换热器6，开始下一轮循环。

(3)制热与制热水工作模式：太阳辐射强时，利用太阳能集热器16供暖和产热水，太阳能不足时，开启热泵制热进行补充。单独制热时，第一只四通换向阀2的AB相连通、CD相连通，第二只四通换向阀3的AD相连通、BC相连通，制冷剂在空气换热器6蒸发后，经过第一只四通换向阀2、第二只四通换向阀3后进入压缩机1，又通过第二只四通换向阀3进入到空调换热器10，将热量提供给空调未端系统，此时，第二只三通换向阀13的AC相连通而直接为空调系统供热，AB相连通为给蓄热装置冲热的同时为空调系统供热；机组可以在制热的同时提供卫生热水，此时第一只四通换向阀2的AB相连通、CD相连通，第二只四通换向阀3的AB相连通、DC相连通，第一只三通换向阀5的AC相连，制冷剂在空气换热器6蒸发后，经过第一只四通换向阀2进入压缩机1，并同过第二只四通换向阀3进入热水换热器4制热水，接着依次通过第一只三通换向阀5、第二只四通换向阀3、第一只四通换向阀2进入空调换热器10进行冷凝放热，最后由第一膨胀阀7降压回到空气换热器6，进入下一轮循环。控制系统可根据用户的需要优先制热或优先制热水。

(4)除霜工作模式：在冬季制热或生产卫生热水时，空气换热器6有时会结霜，这时可以空调换热器10为蒸发器吸收蓄热装置12热量进行除霜，第二只三通换向阀13的AB相连通，第一只四通换向阀2及第二只四通换向阀3的AD相连通、BC相连通，制冷剂从空调换热器10吸热蒸发后，通过第一只四通换向阀2进入压缩机1，然后依次通过第二只四通换向阀3、第一只四通换向阀2后进入空气换热器6冷凝放热进行除霜，经第二膨胀阀9降压后回到空调换热器10，进入下一轮循环。

以上四种不同的运行模式可通过智能控制系统根据不同的气候条件、太阳能辐射强度和用户需求自动切换，在充分满足用户多功能需求的情况下，达到最高限度提高能源利用率的目的。

本实用新型的多功能太阳能热泵机组的热泵系统只使用一套热泵系统的主要部件(如压缩机等)，系统采用了三个换热器混合联接、双四通换向阀的结构；三个换热器可以是新型高效热管换热器或其他型式的换热器，热管换热器中的热管是一种高效传热元件，导热能力很高，用它组成热管换热器不仅具有热管固有的传热量大、温差小、重量轻体积小、热响应迅速等特点，而且还具有安装方便、维修简单、使用寿命长、阻力损失小、传热流道便于分隔、互不渗漏等特点；空调换热器处串有蓄热装置，蓄热装置可以是相变蓄热装置或其他蓄热装置。所述高效节能太阳能空调热水一体机的太阳能集热装置采用热管太阳能集热装置，也可以采用其他型式的太阳能集热装置。

由以上可知，本实用新型为多功能太阳能热泵机组，能充分利用太阳能及空气能，一年四季高效稳定地制冷、制热及生产卫生热水，能保证很高的综合能效比。夏季制冷时，采用了能效比很高的电压缩式制冷的方式。制热及产热水以利用太阳能为主产，热水与蓄热可同时进行，制热与产热水互不影响，不但能源利用率很高，而且解决了热泵温度较低时制热不足的问题。采用热管太阳能集热装置，热泵工质与水路分离，避免了炸管、结垢等问题，承压能力更强，易于实现建筑一体化。采用热管换热器，不但使换热效率提高，同时也使机组的能效比提高，解决了换热器易泄漏、污染水质的问题，并克服了多个换热器串联时阻力大的弊端。本发明综合利用了空气能、太阳能等可再生资源，不仅可解决传统空调、热水机机功能单一、能源利用效率未得到充分挖掘等缺点，还可以解决一般太阳能空调能源利用率低的问题，具有高效、节能、安全、可靠、环保等功效。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的系统结构示意图。

在图中：

1-压缩机，           2-第一只四通换向阀， 3-第二只四通换向阀，

4-热水换热器，       5-第一只三通换向阀， 6-空气换热器，

7-第一膨胀阀，       8-第一单向阀，       9-第二膨胀阀，

10-空调换热器，      11-水泵              12-蓄热装置，

13-第二只三通换向阀，14-第二单向阀，      15-保温水箱，

16-太阳能集热器。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的多功能太阳能热泵机组包括压缩机1、热水换热器4、空气换热器6、空调换热器10、蓄热装置12、保温水箱15、太阳能集热器16，其结构特点是，所述压缩机1的工质吸入口同第一只四通换向阀2的D端口连接，该压缩机1的工质出口同第二只四通换向阀3的A端口连接，第一只四通换向阀2的B端口同第二只四通换向阀3的D端口连接，第二只四通换向阀3的B端口同热水换热器4的一个工质端口连接，热水换热器4的另据一个工质端口同第一只三通换向阀5的A端口连接，第二只四通换向阀3的C端口同第一只三通换向阀5的C端口连接，第一只四通换向阀2的C端口同空气换热器6的一个工质端口连接，该第一只四通换向阀2的A端口同空调换热器10的一个工质端口连接；空气换热器6的另一个工质端口经并联了第一单向阀8的第一膨胀阀7同第一只三通换向阀5的B端口连接，空调换热器10的另一个工质端口经并联了第二单向阀14的第二膨胀阀9同第一只三通换向阀5的B端口连接；空调换热器10出水端同第二只三通换向阀13的A端口连接，该第二只三通换向阀13的B端口和C端口同蓄热装置12的一对进、出水端口对应连接；该蓄热装置12的另一对进、出水端口同太阳能集热器16的出、进水端口对应连接；热水换热4的一对进、出水端口同保温水箱15的一对出、进水端对应连接，保温水箱15的另一对进、出水端同太阳能集热器16的出、进水端对应连接。

所述热水换热器(4)、空气换热器(6)、空调换热器(10)采用高效热管换热器(可选用已有产品)，也可采用已有技术的其它各种适宜的换热器。

所述多功能太阳能热泵机组中的压缩机1、热水换热器4、空气换热器6、空调换热器10、膨胀阀7、9、四通阀2、3等可置于一体，组成为空调热水一体机，太阳能集热器16、保温水箱15、蓄热装置12等与其相联。

Claims (2)

1.一种多功能太阳能热泵机组，包括压缩机(1)、热水换热器(4)、空气换热器(6)、空调换热器(10)、蓄热装置(12)、保温水箱(15)、太阳能集热器(16)，其特征是，所述压缩机(1)的工质吸入口同第一只四通换向阀(2)的D端口连接，该压缩机(1)的工质出口同第二只四通换向阀(3)的A端口连接，第一只四通换向阀(2)的B端口同第二只四通换向阀(3)的D端口连接，第二只四通换向阀(3)的B端口同热水换热器(4)的一个工质端口连接，热水换热器(4)的另一个工质端口同第一只三通换向阀(5)的A端口连接，第二只四通换向阀(3)的C端口同第一只三通换向阀(5)的C端口连接，第一只四通换向阀(2)的C端口同空气换热器(6)的一个工质端口连接，该第一只四通换向阀(2)的A端口同空调换热器10的一个工质端口连接；空气换热器(6)的另一个工质端口经并联了第一单向阀(8)的第一膨胀阀(7)同第一只三通换向阀(5)的B端口连接，空调换热器(10)的另一个工质端口经并联了第二单向阀(14)的第二膨胀阀(9)同第一只三通换向阀(5)的B端口连接；空调换热器(10)出水端同第二只三通换向阀(13)的A端口连接，该第二只三通换向阀(13)的B端口和C端口同蓄热装置(12)的一对进、出水端口对应连接；该蓄热装置(12)的另一对进、出水端口同太阳能集热器(16)的出、进水端口对应连接；热水换器(4)的一对进、出水端口同保温水箱(15)的一对出、进水端对应连接，保温水箱(15)的另一对进、出水端同太阳能集热器(16)的出、进水端对应连接。

2.根据权利要求1所述多功能太阳能热泵机组，其特征是，所述热水换热器(4)、空气换热器(6)、空调换热器(10)采用高效热管换热器。