CN202648246U - 太阳能-空气双热源型热泵系统 - Google Patents

太阳能-空气双热源型热泵系统 Download PDF

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毛军
周宝
方洁
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安徽尚格瑞太阳能科技有限公司
毛军
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Abstract

本实用新型属于太阳能利用技术领域,具体涉及一种太阳能-空气双热源型热泵系统。本系统包括依次相连的压缩机、四通阀、用户侧换热器、节流膨胀阀和室外换热装置;所述四通阀通过压缩机侧高压接口与压缩机的高压出口端相连,通过室内换热器侧接口与用户侧换热器的进口相连,通过室外换热器侧接口与室外换热装置的出口相连,还通过压缩机侧低压接口与压缩机的低压进口端相连,所述室外换热装置由彼此并接的空气源换热器和太阳能换热单元组成。本实用新型充分利用了太阳能和空气源热泵二者的优点,并将二者有机地结合起来,从而克服了单纯空气源热泵在冬季供暖时存在的供热不足的缺点,由此具有很大的应用潜力和推广前景。

Description

太阳能-空气双热源型热泵系统
技术领域
[0001] 本实用新型属于太阳能利用技术领域,具体涉及ー种太阳能-空气双热源型热泵系统。
背景技术
[0002] 随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高,人们对能源的需求不断扩大,而作为目前世界上主要能源的煤和石油一方面储量有限,另ー方面当二者燃烧时会排放出大量废气,不但严重污染了环境,还使得我们赖以生存的地球产生温室效应,从而进ー步恶化了人类的生存环境,因此如何有效开发和利用太阳能等可再生清洁能源越来越受到人们的重视。
[0003] 空气源热泵以空气作为冷热源,具有高效节能、绿色环保、安全可靠和体积紧凑等优点,目前已经得以大面积推广使用。但是在冬季使用空气源热泵取暖时,往往由于室外 气温较低,使得空气源热泵的制热效率较低,从而难以满足人们的生活和生产需要,亟待改迸。
发明内容
[0004] 本实用新型的目的是提供一种太阳能-空气双热源型热泵系统,本太阳能-空气双热源型热泵系统结构简单,不但制热效率高,而且提高了空调供暖的经济性。
[0005] 为实现上述发明目的,本实用新型所采用的技术方案是:一种太阳能-空气双热源型热泵系统,本系统包括依次相连的压缩机、四通阀、用户侧换热器、节流膨胀阀和室外换热装置;所述四通阀通过压缩机侧高压接ロ与压缩机的高压出口端相连,通过室内换热器侧接ロ与用户侧换热器的进ロ相连,通过室外换热器侧接ロ与室外换热装置的出口相连,还通过压缩机侧低压接ロ与压缩机的低压进ロ端相连,所述室外换热装置由彼此并接的空气源换热器和太阳能换热单元组成。
[0006] 同时,本实用新型还可以通过以下技术措施得以进ー步实现:
[0007] 所述四通阀的压缩机侧低压接ロ与压缩机的低压进ロ端之间设置有储液罐。
[0008] 所述太阳能换热单元包括集热器和集热水箱,所述集热器的出口通过供水管道与集热水箱的进ロ相连,集热水箱的出ロ通过循环机构与集热器的进ロ相连;所述集热水箱中设置有水源换热器,所述水源换热器与空气源换热器并接在节流膨胀阀的出口端和四通阀的室外换热器侧接ロ之间,且水源换热器与节流膨胀阀出口端相连的一端设置有第三阀门,空气源换热器与节流膨胀阀出口端相连的一端设置有第四阀门。
[0009] 所述用户侧换热器还通过室内循环管道与室内风机盘管或地采暖盘管、室内循环水泵依次相连以构成室内换热循环;所述与室内风机盘管或地采暖盘管进ロ端相连的室内循环管道上设置有辅助电加热装置。
[0010] 所述集热器内设置有集热板,集热板的朝向集热器内部的板面上分別设置有液体传热流道进ロ段和液体传热流道出ロ段,所述液体传热流道进ロ段和液体传热流道出ロ段之间设置有至少两个彼此串接的液体传热流道模块;所述液体传热流道模块之间通过连通管相连;处于水流方向最后侧的液体传热流道出ロ段的出ロ通过供水管道与集热水箱的进ロ相连,处于水流方向最前侧的液体传热流道进ロ段的进ロ通过循环机构与集热水箱的出ロ相连。
[0011] 所述循环机构包括彼此并接的自然循环管道和动カ循环管道,所述自然循环管道上设置有第一阀门,动カ循环管道上设置有室外循环水泵;所述循环机构还包括回水管道,回水管道上设置有第二阀门;所述自然循环管道和动カ循环管道的管道出口均与回水管道的进ロ串接,回水管道的出口与集热器的进ロ相连。
[0012] 所述集热水箱还与补水机构相连。
[0013] 所述液体传热流道模块由至少两根彼此并接的液体传热流道组成。
[0014] 所述液体传热流道模块设置为三个,每ー个液体传热流道模块由三根彼此并接的 液体传热流道组成;所述液体传热流道进ロ段设置在集热板的下端,且液体传热流道进ロ段与第一液体传热流道模块的进ロ相连通,第一液体传热流道模块的出口与第二液体传热流道模块的进ロ以及第ニ液体传热流道模块的出口与第三液体传热流道模块的进ロ均通过连通管相连,所述第三液体传热流道模块的出口与设置在集热板上端的液体传热流道出ロ段相连。
[0015] 所述液体传热流道模块中的液体传热流道彼此平行排布;所述液体传热流道进ロ段、液体传热流道出ロ段和连通管的排布方向彼此平行。
[0016] 本实用新型的有益效果在于:
[0017] I)、本实用新型充分利用了太阳能和空气源热泵二者的优点,并将二者有机地结合起来,当热泵系统在冬季使用时,若室外气温较低,则通过太阳能换热单元向热泵系统提供热量,从而克服了单纯空气源热泵在冬季供暖时存在的供热不足的缺点,由此具有很大的应用潜力和推广前景。
[0018] 2)、本实用新型在集热板上设置有至少两个彼此串接的液体传热流道模块,从而大大增加了液体传热流道的管程,由于本实用新型中的加热管程大大增加,进而使得水在液体传热流道中的加热时间得以大大延长,从而使液体传热流道出口段处的水温得以提高。实践表明,当液体传热流道进ロ段的水温为5°C时,液体传热流道出口段处的水温可达33°C乃至更高,由此可知,本实用新型大大提高了集热器的传热效率,保证了平板式集热器进出口处的水温差较大,满足了人们的生活和生产上的需要。
[0019] 3)、由于本实用新型中集热板的传热效率高,因此本实用新型中集热器的每单位采光面积的集热量远远高于现有集热器的每单位采光面积的集热量,比如本实用新型中的2平方米采光面积的集热器所采集到的热量相当于现有技术的3平方米采光面积的集热器所采集到的热量,也即采用本实用新型的技术方案能够大大节省材料,由此显著地降低了成本。
[0020] 4)、本实用新型在太阳能换热单元的循环机构中同时设置了自然循环管道和动カ循环管道,并在自然循环管道上设置了第一阀门,在动カ循环管道上设置了室外循环水泵,从而保证了水循环的正常运行,确保了整个系统能够保持稳定可靠的工作状态。
[0021] 5)、本实用新型还在集热水箱中设置了换热器,则当客户需要太阳能供热采暖吋,可通过将供暖系统的接ロ与换热器的换热接头相连,即可实现安全有效地供暖。[0022] 6)、现有技术中通常在室外循环水泵的入口侧设置补水管道,则当室外循环水泵出现故障时,有可能出现集热水箱由于没有补水而影响客户用水的情況。本实用新型中将集热水箱与补水机构相连,从而保证了集热水箱内的水位保持恒定,有效地保障了整个系统的安全运行。
附图说明
[0023] 图1、2均是本实用 新型的结构示意图;
[0024] 图3、4、5均是太阳能换热单元中集热板的结构示意图。
[0025] 图中标记的含义如下:
[0026] I-集热器 2-第二阀门 3-第一阀门 4-室外循环水泵
[0027] 5-集热水箱 6-第三阀门 7-水源换热器 8-第四阀门
[0028] 9A-空气源换热器 9B-太阳能换热单元 10-节流膨胀阀
[0029] 11-压缩机 12-储液罐 13-四通阀 14-用户侧换热器
[0030] 15-第五阀门 16-室内循环水泵 17-辅助电加热装置
[0031] 18-室内风机盘管或地采暖盘管 19-补水机构
[0032] 20-液体传热流道 20A-第一液体传热流道模块
[0033] 20B-第二液体传热流道模块 20C-第三液体传热流道模块
[0034] 30-连通管 40-液体传热流道进ロ段
[0035] 50-液体传热流道出口段 60-集热板
具体实施方式
[0036] 如图1、2所示,一种太阳能-空气双热源型热泵系统,本系统包括依次相连的压缩机11、四通阀13、用户侧换热器14、节流膨胀阀10和室外换热装置;所述四通阀13通过压缩机侧高压接ロ与压缩机11的高压出口端相连,通过室内换热器侧接ロ与用户侧换热器14的进ロ相连,通过室外换热器侧接ロ与室外换热装置的出口相连,还通过压缩机侧低压接ロ与压缩机11的低压进ロ端相连,所述室外换热装置由彼此并接的空气源换热器9A和太阳能换热单元9B组成。
[0037] 在本实用新型中,空气源换热器9A和太阳能换热单元9B可以分别単独工作以向热泵系统提供热量,空气源换热器9A和太阳能换热单元9B还可以联合工作以同时向热泵系统提供热量。
[0038] 进ー步的,如图1、2所示,所述四通阀13的压缩机侧低压接ロ与压缩机11的低压进ロ端之间设置有储液罐12。
[0039] 图1、2中所示的虚线箭头即为热泵系统中的介质在冬季供暖时的循环路线,也即介质由压缩机11的高压出口端泵入四通阀13,并通过四通阀13的室内换热器侧接ロ进入用户侧换热器14,介质在用户侧换热器14中完成向室内供暖的同时温度降低,降温后的介质通过节流膨胀阀10进入室外换热装置以吸取热量,也即降温后的介质通过空气源换热器9A和/或太阳能换热单元9B得以升温,升温后的介质依次通过四通阀13和储液罐12进入压缩机11以再次被压缩升温,从而完成一个供热循环。
[0040] 图3中所示的虚线箭头即为热泵系统中的介质在夏季制冷时的循环路线,也即介质由压缩机11的高压出口端泵入四通阀13,并通过四通阀13的室外换热器侧接ロ进入空气源换热器9A和/或太阳能换热单元9B换热,换热后的介质通过节流膨胀阀10进入用户侧换热器14,介质在用户侧换热器14中完成自室内吸热也即制冷的同时温度升高,升温后的介质依次通过四通阀13和储液罐12进入压缩机11以再次被压缩,从而完成ー个制冷循环。
[0041] 优选的,如图1、2所示,所述太阳能换热单元9B包括集热器I和集热水箱5,所述集热器I的出ロ通过供水管道与集热水箱5的进ロ相连,集热水箱5的出ロ通过循环机构与集热器I的进ロ相连;所述集热水箱5中设置有水源换热器7,所述水源换热器7与空气源换热器9A并接在节流膨胀阀10的出ロ端和四通阀13的室外换热器侧接ロ之间,且水源换热器7与节流膨胀阀10出ロ端相连的一端设置有第三阀门6,空气源换热器9A与节流膨胀阀10出口端相连的一端设置有第四阀门8。
[0042] 在上述技术方案中,太阳能换热单元9B中水的循环路线如图1、2中的实线箭头所示,也即太阳能换热单元9B通过集热器I对贮存在其内的水进行加热,并将加热所得的热 水输送到集热水箱5中,热水在集热水箱5中与水源换热器7内的介质换热,水源换热器7内的介质温度升高并通过四通阀13、储液罐12进入压缩机11,进而向室内供暖,而集热水箱5中的水换热后温度降低,再通过循环机构重新进入集热器I加热,如此周而复始,不断向室内供热。
[0043] 进ー步的,所述循环机构包括彼此并接的自然循环管道和动カ循环管道,所述自然循环管道上设置有第一阀门3,动カ循环管道上设置有室外循环水泵4 ;所述循环机构还包括回水管道,回水管道上设置有第二阀门2 ;所述自然循环管道和动カ循环管道的管道出口均与回水管道的进ロ串接,回水管道的出口与集热器I的进ロ相连。
[0044] 所述集热水箱5还与补水机构19相连,保证了集热水箱70内的水位保持恒定。
[0045] 优选的,如图2所示,所述用户侧换热器14还通过室内循环管道与室内风机盘管或地采暖盘管18、室内循环水泵16依次相连以构成室内换热循环;所述与室内风机盘管或地采暖盘管18进ロ端相连的室内循环管道上设置有辅助电加热装置17。
[0046] 辅助电加热装置17的设置进一步确保了系统工作的安全可靠性,保障了人们的供暖要求。
[0047] 如图4、5所示,所述集热器I内设置有集热板60,集热板60的朝向集热器内部的板面上分別设置有液体传热流道进ロ段40和液体传热流道出ロ段50,所述液体传热流道进ロ段40和液体传热流道出ロ段50之间设置有至少两个彼此串接的液体传热流道模块;所述液体传热流道模块之间通过连通管30相连;处于水流方向最后侧的液体传热流道出ロ段50的出ロ通过供水管道与集热水箱5的进ロ相连,处于水流方向最前侧的液体传热流道进ロ段40的进ロ通过循环机构与集热水箱5的出ロ相连。
[0048] 优选的,所述液体传热流道模块由至少两根彼此并接的液体传热流道20组成。
[0049] 进ー步的,如图4所示,所述液体传热流道模块设置为三个,每ー个液体传热流道模块由三根彼此并接的液体传热流道20组成;所述液体传热流道进ロ段40设置在集热板10的下端,且液体传热流道进ロ段40与第一液体传热流道模块20A的进ロ相连通,第一液体传热流道模块20A的出口与第二液体传热流道模块20B的进ロ以及第ニ液体传热流道模块20B的出口与第三液体传热流道模块20C的进ロ均通过连通管30相连,所述第三液体传热流道模块20C的出口与设置在集热板10上端的液体传热流道出ロ段50相连。
[0050] 在图4所示的技术方案中,冷水依次流经液体传热流道进ロ段40、第一液体传热流道模块20A中三根彼此并接的液体传热流道20、第二液体传热流道模块20B中三根彼此并接的液体传热流道20、第三液体传热流道模块20C中三根彼此并接的液体传热流道20,并在液体传热流道出ロ段50处得到热水。
[0051] 或者如图5所示,所述液体传热流道模块设置为两个,每ー个液体传热流道模块由三根彼此并接的液体传热流道20组成;所述液体传热流道进ロ段40设置在集热板10的上端,且液体传热流道进ロ段40与第一液体传热 流道模块20A的进ロ相连通,第一液体传热流道模块20A的出口与第二液体传热流道模块20B的进ロ通过连通管30相连,所述第二液体传热流道模块20B的出口与设置在集热板10上端的液体传热流道出ロ段50相连。
[0052] 在图5所示的技术方案中,冷水依次流经液体传热流道进ロ段40、第一液体传热流道模块20A中三根彼此并接的液体传热流道20、第二液体传热流道模块20B中三根彼此并接的液体传热流道20,并在液体传热流道出ロ段50处得到热水。
[0053] 优选的,如图4、5所示,所述液体传热流道模块中的液体传热流道20彼此平行排布;所述液体传热流道进ロ段40、液体传热流道出ロ段50和连通管30的排布方向彼此平行。
[0054] 下面结合图1、2、3对本实用新型的运行模式做进ー步说明。
[0055] 夏季运行模式:
[0056] I)、制冷兼制热水
[0057] 系统在夏季阴天或雨天太阳辐射强度较弱,太阳能换热单元9B中的水温较低吋,通过用户侧换热器14,将室内的热量收集到太阳能换热单元9B中,以提高水温。
[0058] 2)、常规制冷、太阳能制热水
[0059] 系统在夏季睛天运行时,太阳能换热单元9B也即太阳能热水器与空气源热泵单独运行。太阳能热水器制取生活用热水,而空气源热泵按制冷运行,通过用户侧换热器14也即室内换热器从室内吸收热量,然后通过空气源换热器9A也即室外换热器向室外散热。
[0060] 3)、室外超高温制冷
[0061] 系统在夏季室外超高温运行时,打开太阳能集热水箱5的热水阀,利用集热水箱5中具有一定流速的水,通过水冷的方式向室外散热,以降低室内温度。
[0062] 冬季运行模式:
[0063] I)、常规制热、太阳能制热水
[0064] 系统在冬季室外空气温度较高运行时,太阳能换热单元9B也即太阳能热水器与空气源热泵单独运行。太阳能热水器制取生活用热水,而空气源热泵按制热运行,通过空气源换热器9A也即室外换热器从空气中吸收热量向室内供热。
[0065] 2)、蓄热热水制热
[0066] 系统在冬季室外空气温度较低运行吋,系统按照水源热泵运行,系统中的介质通过集热水箱5中的制冷剂铜管,从太阳能换热单元9B也即太阳能热水器中吸收热量向室内供热。
[0067] 3)、蓄热热水反向除霜
[0068] 系统在冬季室外空气温度较低、室外空气源换热器9A结霜且集热水箱5水温较高运行时,按照蓄热热水反向除霜模式运行,系统中的介质通过集热水箱5中的制冷剂铜管,从太阳能换热单元9B也即太阳能热水器中吸收热量向室外空气源换热器9A散热除霜。
[0069] 4)、室内热量反向除霜
[0070] 系统在冬季室外空气温度较低、室外空气源换热器9A结霜且集热水箱水温较低运行时,按照室内热量反向除霜模式运行,系统中的介质通过用户侧换热器14也即室内换热器,从室内空气中吸收热量向空气源换热器9A也即室外换热器散热除霜。
[0071] 5)、超低温启动
[0072] 系统在冬季室外温度太低时,系统按照水源热泵运行启动,从集热水箱5中吸收热量向室内供热,实现热泵的超低温启动。系统正常运行后,再切换到从室外空气源换热器9A吸收热量向室内供热。·

Claims (10)

1. 一种太阳能-空气双热源型热泵系统,本系统包括依次相连的压缩机(11)、四通阀(13)、用户侧换热器(14)、节流膨胀阀(10)和室外换热装置;所述四通阀(13)通过压缩机侧高压接ロ与压缩机(11)的高压出口端相连,通过室内换热器侧接ロ与用户侧换热器(14)的进ロ相连,通过室外换热器侧接ロ与室外换热装置的出口相连,还通过压缩机侧低压接ロ与压缩机(11)的低压进ロ端相连,其特征在于:所述室外换热装置由彼此并接的空气源换热器(9A)和太阳能换热单元(9B)组成。
2.根据权利要求I所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述四通阀(13)的压缩机侧低压接ロ与压缩机(11)的低压进ロ端之间设置有储液罐(12)。
3.根据权利要求I所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述太阳能换热单元(9B)包括集热器(I)和集热水箱(5),所述集热器(I)的出口通过供水管道与集 热水箱(5)的进ロ相连,集热水箱(5)的出口通过循环机构与集热器(I)的进ロ相连;所述集热水箱(5)中设置有水源换热器(7),所述水源换热器(7)与空气源换热器(9A)并接在节流膨胀阀(10)的出口端和四通阀(13)的室外换热器侧接ロ之间,且水源换热器(7)与节流膨胀阀(10)出口端相连的一端设置有第三阀门¢),空气源换热器(9A)与节流膨胀阀(10)出口端相连的一端设置有第四阀门(8)。
4.根据权利要求I或2或3所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述用户侧换热器(14)还通过室内循环管道与室内风机盘管或地采暖盘管(18)、室内循环水泵(16)依次相连以构成室内换热循环;所述与室内风机盘管或地采暖盘管(18)进ロ端相连的室内循环管道上设置有辅助电加热装置(17)。
5.根据权利要求I或2或3所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述集热器(I)内设置有集热板(60),集热板¢0)的朝向集热器内部的板面上分別设置有液体传热流道进ロ段(40)和液体传热流道出口段(50),所述液体传热流道进ロ段(40)和液体传热流道出口段(50)之间设置有至少两个彼此串接的液体传热流道模块;所述液体传热流道模块之间通过连通管(30)相连;处于水流方向最后侧的液体传热流道出口段(50)的出口通过供水管道与集热水箱(5)的进ロ相连,处于水流方向最前侧的液体传热流道进ロ段(40)的进ロ通过循环机构与集热水箱(5)的出口相连。
6.根据权利要求3所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述循环机构包括彼此并接的自然循环管道和动カ循环管道,所述自然循环管道上设置有第一阀门(3),动カ循环管道上设置有室外循环水泵(4);所述循环机构还包括回水管道,回水管道上设置有第二阀门(2);所述自然循环管道和动カ循环管道的管道出口均与回水管道的进ロ串接,回水管道的出口与集热器⑴的进ロ相连。
7.根据权利要求3所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述集热水箱(5)还与补水机构(19)相连。
8.根据权利要求5所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述液体传热流道模块由至少两根彼此并接的液体传热流道(20)组成。
9.根据权利要求8所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述液体传热流道模块设置为三个,每ー个液体传热流道模块由三根彼此并接的液体传热流道(20)组成;所述液体传热流道进ロ段(40)设置在集热板¢0)的下端,且液体传热流道进ロ段(40)与第一液体传热流道模块的进ロ相连通,第一液体传热流道模块的出口与第二液体传热流道模块的进ロ以及第ニ液体传热流道模块的出口与第三液体传热流道模块的进ロ均通过连通管(30)相连,所述第三液体传热流道模块的出口与设置在集热板¢0)上端的液体传热流道出口段(50)相连。
10.根据权利要求9所述的太阳能-空气双热源型热泵系统,其特征在于:所述液体传热流道模块中的液体传热流道(20)彼此平行排布;所述液体传热流道进ロ段(40)、液体传热流道出口段(50)和连通管(30)的排布方向彼此平行。
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