CN202630500U - 太阳能热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型太阳能热泵涉及一种热泵系统，其优点在于结构简单、操作灵活。本实用新型包括太阳能能量采集器板芯，热泵系统，采暖地板，相变蓄能水箱和水环热泵，太阳能能量采集板包括太阳能面板，太阳能面板固定连接有输送管道，热泵设备包括第一换热器和第二换热器，输送管道的出口和入口分别通过第一和第二管道与第二换热器的循环流体入口和循环流体出口相连，第一换热器的循环流体出口和循环流体入口分别通过第三和第四管道与相变蓄能水箱的第一入口和第一出口相连，相变蓄能水箱的第二出口和第二入口分别通过第五和第六管道与水环热泵水循环环路通道入口和出口相连，第三和第四管道还分别通过第七和第八管道与采暖地板入口和出口相通。

Description

太阳能热泵

技术领域

本实用新型涉及一种热泵系统，特别是涉及一种利用太阳能和空气中的能量的热泵系统。

背景技术

热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源的装置，如图1所示，其包括压缩机23’、换向阀24’、第一换热器21’（作为蒸发器或冷凝器）、膨胀阀25’和第二换热器22’（作为冷凝器或蒸发器）等，由于热泵的热量是从低温热源取得的，如果不用热泵装置，就无法取得这一热量，故用热泵装置可节省燃料，又可利用余热。热泵在工作时，它本身消耗一部分能量，热泵可以把环境介质中贮存的低品位能量加以挖掘，通过传热工质循环系统提高温度进行利用，而整个能量品味提供的过程中，热泵装置所消耗的电能仅为输出功中的一小部分，因此，采用热泵技术可以最大程度的利用低品位能量，节约大量通过燃烧化石材料用于供暖的高品位能。

水环热泵是指小型的水/空气热泵机组的一种应用方式，即用水环路将小型的水/热泵机组并联在一起，形成一个封闭环路，构成一套回收建筑物内部余热作为其低位热源的热泵供暖、供冷的空调系统。典型的水环热泵空调系统由三部分组成：（1）室内的小型水/空气热泵机组；（2）水循环环路；（3）辅助设备（如冷却塔、加热设备、蓄热装置等）。

太阳能具有间歇性和不稳定性等特点，使得太阳能的大规模应用受到限制，而空气源具有使用方便、灵活、高效节能等优点，因此，可将太阳能和空气源结合使用。

相变储能是指相变蓄能材料在相变化过程中吸收或释放能量，其原理是：相变材料在热量的传输过程中将能量储存起来。使用相变材料还有以下优点：1、相变过程一般是等温或近似等温的过程，这种特性有利于把温度变化维持在较小的范围内；其二，相变材料有很高的相变潜热，少量的材料可以储存大量的热量，以冰-水相变的过程为例，当冰融解时，由冰到水的相变过程中所吸收的潜热几乎比相变温度范围外加热过程的热吸收高80多倍。除冰水之外，已知的天然和合成的相变材料超过50种。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构简单、操作灵活的太阳能热泵。

本实用新型太阳能热泵，包括太阳能能量采集器板芯，热泵系统，采暖地板，相变蓄能水箱和水环热泵，太阳能能量采集器板芯包括太阳能面板，太阳能面板上表面涂覆有选择性吸收涂层，太阳能面板固定连接有输送管道，热泵设备包括第一换热器和第二换热器，相变蓄能水箱为封闭容器，其中设置有一个或多个封闭的相变蓄能材料储存容器，水环热泵包括水循环环路通道，其中：输送管道的出口和入口分别通过第一和第二管道与第二换热器的循环流体入口和循环流体出口相连，第一换热器的循环流体出口和循环流体入口分别通过第三和第四管道与相变蓄能水箱的第一入口和第一出口相连，相变蓄能水箱的第二出口和第二入口分别通过第五和第六管道与水环热泵水循环环路通道入口和出口相连，第三和第四管道还分别通过第七和第八管道与采暖地板入口和出口相通，第一至第八管道上分别安装有第一至第八阀门，第二管道位于第二阀门至第二换热器循环流体出口之间的部分安装有第一循环泵，第三管道位于第三阀门至第一换热器循环流体出口之间的部分安装有第二循环泵，第五管道位于第五阀门至相变蓄能水箱第二出口之间的部分安装有第三循环泵，第三管道和第七管道、第四管道和第八管道的相连处分别为第五和第六节点，第五节点位于第三阀门和第二循环泵之间，第六节点位于第四阀门和第一换热器循环流体入口之间。

本实用新型太阳能热泵，其中所述第五和第六管道还分别通过第九和第十管道与第七和第八管道相通，第九和第十管道上分别安装有第九和第十阀门，第五和第九管道相连处、第六和第十管道相连处、第十管道和第八管道相连处和第九管道和第七管道相连处分别为第一至第四节点，第一节点位于第五阀门和第三循环泵之间，第二节点位于第六阀门和相变蓄能水箱第二入口之间，第三节点位于第八阀门和采暖地板出口之间，第四节点位于第七阀门和采暖地板入口之间。

本实用新型太阳能热热泵的使用：

（1）冬季时，通过控制热泵设备中的换向阀，将热泵设备调节至采暖工况，经过压缩机的冷媒成为高温冷媒蒸汽输送至作为冷凝器的第一换热器，在第一换热器中高温冷媒蒸汽通过相变将热量传递至室内，冷媒成为高温冷媒液体，高温冷媒液体经过膨胀阀后成为低温冷媒液体，低温冷媒液体进入作为蒸发器的第二换热器，在第二换热器中低温冷媒液体吸收来自室外的低品位热量产生相变，成为低温冷媒蒸汽，低温冷媒蒸汽经过压缩机成为高温冷媒蒸汽，进行下一轮循环，热泵设备的该工作过程为现有技术，本实用新型中，在第一换热器中高温冷媒蒸汽放热，使室内温度升高，可以通过以下方式实现的：

A.打开第一、第二、第七和第八阀门，开启第一和第二循环泵，关闭其余阀门和循环泵，与高温冷媒蒸汽在第一换热器中换热的流体带着热泵设备传递来的能量流至采暖地板中散热，起到采暖的作用；

B.当高温冷媒蒸汽冷凝释放的能量提供给采暖地板还有剩余时，可将余热储存在相变蓄能材料，此时打开第一至第八阀门，开启第一至第三循环泵，通过控制第三和第七管道中流体流速的比例，既能使采暖地板充分供热，也能使余热储存在蓄能水箱中，使水环热泵回收余热；

额外的，当本实用新型引入第九和第十管道、第九和第十阀门后，冬季还有额外的实现方式：

C.打开第一至第六阀门以及第九和第十阀门，关闭第七和第八阀门，开启第一至第三循环泵，高温冷媒蒸汽冷凝释放的能量首先积蓄在水箱中，然后通过水箱使水环热泵和采暖地板循环供热。

（2）夏季时，通过控制热泵设备中的换向阀，将热泵设备调节至制冷工况，经过压缩机的冷媒成为高温冷媒蒸汽输送至作为冷凝器的第二换热器，在第二换热器中高温冷媒蒸汽通过相变将热量传递至室外，冷媒成为高温冷媒液体，高温冷媒液体经过膨胀阀后成为低温冷媒液体，低温冷媒液体进入作为蒸发器的第一换热器，在第一换热器中低温冷媒液体吸收来自室内的低品位热量产生相变，成为低温冷媒蒸汽，低温冷媒蒸汽经过压缩机成为高温冷媒蒸汽，进行下一轮循环，热泵设备的该工作过程为现有技术，本实用新型中，在第一换热器中低温冷媒液体吸收室内的低品位热量，使室内温度降低，可以通过以下方式实现的：

夜间蓄冷：打开第一、第二、第三和第四阀门，开启第一和第二循环泵，关闭其余阀门和循环泵，在第一换热器中低温冷媒液体吸收相变水箱中水体中的热量，热量传递至能量采集板输送管道的流体中散热，由于夏天夜间温度低于白天，更有利于散热的进行，蓄能水箱温度降低并不断将冷量传递给相变蓄能材料，在相变蓄能材料中储蓄大量的冷量；

白天室内制冷：打开第五和第六阀门，开启第三循环泵，关闭其余阀门和循环泵，相变蓄能水箱中的水通入水环热泵的水循环环路通道，用于水环热泵的制冷，从而将相变蓄能水箱中储蓄的冷量通过水环热泵传递给室内。

本实用新型太阳能热泵的以上使用方法不是唯一的，不排除其他基于本设备的组合工作方式。输送管道13与太阳能面板11的连接方式也不只一种，能完成集热目的即可。

本实用新型太阳能热泵结构简单，操作灵活，由于引入了相变蓄能水箱，可根据低品位热源所提供的能量的多少切换多种使用方式，当能量充裕时，可将多余能量储藏于相变蓄能水箱之中，当能量较少时，可利用相变蓄能水箱中储存的能量进行工作；而且现有技术中的太阳能能量采集器均包括透明盖板和隔热层，在这种情况下，太阳能采集面板几乎吸收不到空气中的低品位热量，但在本实用新型中太阳能能量采集器舍弃了这两个部分，仅使用太阳能能量采集器的板芯部分，因此本设备不仅能利用太阳能，同样能利用低品位的空气源中的热量。

下面结合附图对本实用新型太阳能热泵作进一步说明。

附图说明

图1为热泵设备现有技术的结构示意图；

图2为本实用新型太阳能热泵的结构示意图；

图3为本实用新型太阳能热泵中太阳能能量采集器板芯的结构示意图（实施例1）；

图4为本实用新型太阳能热泵中相变蓄能水箱的结构示意图。

具体实施方式

如图2所示，本实用新型太阳能热泵包括太阳能能量采集器板芯1，热泵系统2，采暖地板3，相变蓄能水箱4和水环热泵5，如图3所示，太阳能能量采集器板芯1包括太阳能面板11，太阳能面板11上表面涂覆有选择性吸收涂层12，太阳能面板11上表面焊接有输送管道13，但输送管道13与太阳能面板11的连接方式不限于此，能完成集热目的即可，如：太阳能面板11下表面焊接有输送管道13或是输送管道13固定在太阳能面板的内部，热泵设备2包括第一换热器21和第二换热器22，当热泵设备2处于制冷工况下，所述第一换热器21作为蒸发器，所述第二换热器22作为冷凝器，当热泵设备2处于采暖工况下，所述第一换热器21作为冷凝器，所述第二换热器22作为蒸发器，如图4所示，相变蓄能水箱4为封闭容器，其中设置有一个或多个封闭的相变蓄能材料储存容器41，相变蓄能材料储存容器的形状不限，水环热泵5包括水循环环路通道，其中：输送管道13的出口和入口分别通过第一和第二管道61、62与第二换热器22的循环流体入口和循环流体出口相连，第一换热器21的循环流体出口和循环流体入口分别通过第三和第四管道63、64与相变蓄能水箱4的第一入口41和第一出口42相连，相变蓄能水箱4的第二出口43和第二入口44分别通过第五和第六管道65、66与水环热泵5水循环环路通道入口和出口相连，第三和第四管道63、64还分别通过第七和第八管道67、68与采暖地板3入口和出口相通，第一至第八管道61、62、63、64、65、66、67、68上分别安装有第一至第八阀门71、72、73、74、75、76、77、78，第二管道62位于第二阀门72至第二换热器22循环流体出口之间的部分安装有第一循环泵81，第三管道63位于第三阀门73至第一换热器21循环流体出口之间的部分安装有第二循环泵82，第五管道65位于第五阀门75至相变蓄能水箱4第二出口43之间的部分安装有第三循环泵83，第三管道和第七管道、第四管道和第八管道的相连处分别为第五和第六节点95、96，第五节点95位于第三阀门73和第二循环泵82之间，第六节点96位于第四阀门74和第一换热器21循环流体入口之间；

其中第五和第六管道65、66还分别通过第九和第十管道69、610与第七和第八管道67、68相通，第九和第十管道69、610上分别安装有第九和第十阀门79、710，第五和第九管道65、69相连处、第六和第十管道66、610相连处、第十管道和第八管道610、68相连处和第九管道和第七管道69、67相连处分别为第一至第四节点91、92、93、94，第一节点91位于第五阀门75和第三循环泵83之间，第二节点92位于第六阀门76和相变蓄能水箱4第二入口44之间，第三节点93位于第八阀门78和采暖地板3出口之间，第四节点94位于第七阀门77和采暖地板3入口之间。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种太阳能热泵，其特征在于：包括太阳能能量采集器板芯（1），热泵系统（2），采暖地板（3），相变蓄能水箱（4）和水环热泵（5），太阳能能量采集器板芯（1）包括太阳能面板（11），太阳能面板（11）上表面涂覆有选择性吸收涂层（12），太阳能面板（11）固定连接有输送管道（13），热泵设备（2）包括第一换热器（21）和第二换热器（22），相变蓄能水箱（4）为封闭容器，其中设置有一个或多个封闭的相变蓄能材料储存容器（41），水环热泵（5）包括水循环环路通道，其中：输送管道（13）的出口和入口分别通过第一和第二管道（61、62）与第二换热器（22）的循环流体入口和循环流体出口相连，第一换热器（21）的循环流体出口和循环流体入口分别通过第三和第四管道（63、64）与相变蓄能水箱（4）的第一入口（41）和第一出口（42）相连，相变蓄能水箱（4）的第二出口（43）和第二入口（44）分别通过第五和第六管道（65、66）与水环热泵（5）水循环环路通道入口和出口相连，第三和第四管道（63、64）还分别通过第七和第八管道（67、68）与采暖地板（3）入口和出口相通，第一至第八管道（61、62、63、64、65、66、67、68）上分别安装有第一至第八阀门（71、72、73、74、75、76、77、78），第二管道（62）位于第二阀门（72）至第二换热器（22）循环流体出口之间的部分安装有第一循环泵（81），第三管道（63）位于第三阀门（73）至第一换热器（21）循环流体出口之间的部分安装有第二循环泵（82），第五管道（65）位于第五阀门（75）至相变蓄能水箱（4）第二出口（43）之间的部分安装有第三循环泵（83），第三管道和第七管道、第四管道和第八管道的相连处分别为第五和第六节点（95、96），第五节点（95）位于第三阀门（73）和第二循环泵（82）之间，第六节点（96）位于第四阀门（74）和第一换热器（21）循环流体入口之间。

2.根据权利要求1所述的太阳能热泵，其特征在于：所述第五和第六管道（65、66）还分别通过第九和第十管道（69、610）与第七和第八管道（67、68）相通，第九和第十管道（69、610）上分别安装有第九和第十阀门（79、710），第五和第九管道（65、69）相连处、第六和第十管道（66、610）相连处、第十管道和第八管道（610、68）相连处和第九管道和第七管道（69、67）相连处分别为第一至第四节点（91、92、93、94），第一节点（91）位于第五阀门（75）和第三循环泵（83）之间，第二节点（92）位于第六阀门（76）和相变蓄能水箱（4）第二入口（44）之间，第三节点（93）位于第八阀门（78）和采暖地板（3）出口之间，第四节点（94）位于第七阀门（77）和采暖地板（3）入口之间。

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