CN207163008U - 一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，属于热泵供暖系统领域，包括压缩机、室外太阳能集热装置、室内风冷式微通道换热装置、节流支路、压缩机支路和PLC模块，所述PLC模块用于采集温度传感器C1、温度传感器C2、温度传感器C5、温度传感器C6以及室外光照仪C3的数据，并当所述太阳辐射强度超出预设辐射强度范围，或所述室内温度大于室内预设温度，或所述出口温度大于出口预设温度时，启动热泵模式；当所述太阳辐射强度未超出预设辐射强度范围，且所述出口温度大于出口预设温度时，启动热管模式。

Description

一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统

技术领域

本实用新型涉及热泵供暖系统领域，特别涉及一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统。

背景技术

空气作为热源的室内供暖系统，冬季存在易结霜，效率低等问题，而太阳能因其天然、丰富、安全而又清洁等优点被学者们广泛关注，因此以太阳能为热源的热泵技术应运而生，并在我国取得了长足的发展。此外，分离式热管作为高效传热元件因其传热效率高、结构简单、恒温特性优良、传热过程无需外在动力设备等优点被广泛应用于诸多系统之中。虽然将此两种技术结合应用将极具优势且目前已有相关进展，但耦合了热管技术的太阳能热泵供暖系统仍有不少有待完善之处。譬如，许多相关供暖系统中仍采用传统风冷式或者普通水冷式换热器（如发明专利“一种复合太阳能空气源热泵，201410222276.4”采用的是普通风冷式或水冷式换热器、发明专利热管辅助式太阳能热泵系统“CN201310480448.3”采用的是盘管或平行流式冷凝器、发明专利“分离热管型太阳能热泵复合加热装置，CN201510021880.5默认采用普通冷凝器”），换热效率低是此类换热器显著的不足。亦有不少多模式系统在自控环节存在精度有限、控制方案粗糙和智能化水平较低等问题；在模式切换环节存在切换标准（自控系统编程边界限制条件）不明确、阐释模糊等问题，这就导致编程环节缺乏基本的限定条件，其技术实现的可能性、工程实际应用及市场推广的可行性均有待进一步地评估。如发明专利“一种复合太阳能空气源热泵，201410222276.4”对模式切换的解释仅停留在“合理的切换”和“根据外在条件的变化运行不同的模式”的层面，很显然此环节有很大改善空间的。又如发明专利“光伏太阳能热泵多功能一体化系统，CN200610114394.9”虽然给出了系统的整体控制结构示意图，但在模式切换环节仅声明了何种条件下运行何种模式，并未给出关键参数数值层面的界定标准。另外，不少系统中采用的是定频式压缩机（如前述提及到的四篇相关专利均默认采用定频式压缩机）这就造成了严重的电能浪费。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，提出一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，实现如何在设置的界定标准下自动切换模式来提高换热效率和系统性能。

本实用新型的上述技术问题是通过以下技术方案得以实现的：

一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，包括压缩机、室外太阳能集热装置、室内风冷式微通道换热装置、节流支路、压缩机支路和PLC模块，所述室外太阳能集热装置包括太阳能集热装置上集气管和太阳能集热装置下集液管；所述室内风冷式微通道换热装置包括微通道换热装置上集气管和微通道换热装置下集液管；所述节流支路包括节流装置以及第一电磁阀KM1；所述压缩机环路由第四电磁阀、气液分离器、压缩机以及油分离器依次连接组成；

所述太阳能集热装置上集气管通过第三电磁阀连接微通道换热装置上集气管，所述微通道换热装置下集液管通过第二电磁阀连接太阳能集热装置下集液管；

所述压缩机环路的第四电磁阀一端连接太阳能集热装置上集气管与第三电磁阀之间，另一端与气液分离器连接，所述油分离器一端连接至微通道换热装置上集气管与第三电磁阀之间，另一端与压缩机的出口连接；

所述节流支路的第一电磁阀一端连接至微通道换热装置下集液管与第二电磁阀之间，另一端与节流装置的一端连接，所述节流装置的另一端连接至太阳能集热装置下集液管与第二电磁阀之间；

所述压缩机入口处设有用于检测开口温度的温度传感器C6，出口处设有用于检测出口温度的温度传感器C5室内设有用于检测室内温度的温度传感器C1，室外设有用于检测室外温度的温度传感器C2，的所述室外太阳能集热装置处设有用于检测室外太阳辐射强度的室外光照仪C3；

所述PLC模块用于采集温度传感器C1、温度传感器C2、温度传感器C5、温度传感器C6以及室外光照仪C3的数据，并当所述太阳辐射强度超出预设辐射强度范围，或所述室内温度大于室内预设温度，或所述出口温度大于出口预设温度时，启动热泵模式，即控制所述第二电磁阀与第三电磁阀关闭，所述第一电磁阀与第四电磁阀开启；

当所述太阳辐射强度未超出预设辐射强度范围，且所述出口温度大于出口预设温度时，启动热管模式，即控制所述第二电磁阀与第三电磁阀关闭，所述第一电磁阀与第四电磁阀开启。

进一步的，所述室内冷风式微通道换热装置还包括有风机、扁管以及翅片，所述扁管均匀排列在微通道换热装置上集气管和微通道换热装置下集液管之间，所述翅片均匀分布于扁管两侧。

进一步的，所述室外太阳能集热装置还包括有吸热条带。

进一步的，所述太阳能集热装置上集气管的出口位置高度低于微通道换热装置上集气管入口位置高度。

进一步的，所述室外太阳能集热装置下集液管的入口位置高度低于室内微通道换热装置下集液管管的出口位置高度。

进一步的，所述压缩机为变频压缩机。

进一步的，所述出口预设温度为120°。

所述太阳能集热装置上集气管的出口处设有压力传感器C4。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

据上述技术方案形成的一种耦合分离式热管技术的新型太阳能热泵供暖系统，主要包括变频压缩机、室外太阳能集热装置、室内风冷式微通道换热装置、节流装置及气液分离器、油分离器、PLC模块（PLC）、电磁阀、传感器等设备。良好的自控系统可使系统根据外在条件的变化提供微通道太阳能热泵和微通道分离式太阳能热管两种运行模式。具体地，可根据太阳能辐射量与室内外环境条件启动微通道太阳能热泵模式，该模式可在较低太阳辐射量条件下实现较大的换热量，不但能满足供暖要求，还可以提高供暖效率；在太阳能辐射量极小或较大情况下，可根据太阳能辐射量与室内外环境条件切换至微通道分离式太阳能热管模式，该模式除了结构紧凑，布置灵活等优点外，最大的优点是传热效率高，无需外在动力设备驱动，本实用新型与现有结合了热管技术的太阳能热泵供暖系统相比，极大的提高了换热效率和系统性能；大大降低了系统耗电量，提高了系统的能效比；自控系统智能化程度高；系统模式切换标准（自控系统编程边界限制条件）清晰而又明确，对相关工作亦有相当的参考价值。

附图说明

图1为本发明用于体现耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统的示意图。

图中，1、室内风冷式微通道换热装置；1-1、微通道换热装置上集气管；1-2、风机；1-3扁管；1-4、翅片；1-5、微通道换热装置下集液管；2、油分离器；3、变频压缩机；3-1、变频器；3-2、主机；4、气液分离器；5、节流装置；6、室外太阳能集热装置；6-1、太阳能集热装置排管；6-2、太阳能集热装置上集气管；6-3、吸热条带；6-4、太阳能集热装置下集液管；C1、第一温度传感器；C2、第二温度传感器；C3、室外光照仪；C4、压力传感器；C5、第五温度传感器；C6、第六温度传感器；KM1、第一电磁阀；KM2、第二电磁阀；KM3、第三电磁阀；KM4、第四电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，包括压缩机、室外太阳能集热装置6、室内风冷式微通道换热装置1、节流支路、压缩机支路和PLC模块，室外太阳能集热装置6包括太阳能集热装置上集气管6-2和太阳能集热装置下集液管6-4；室内风冷式微通道换热装置1包括微通道换热装置上集气管1-1和微通道换热装置下集液管1-5；节流支路包括有节流装置以及第一电磁阀；压缩机环路由第四电磁阀KM4、气液分离器4、压缩机以及油分离器2依次连接组成；

太阳能集热装置上集气管6-2通过第三电磁阀KM3连接微通道换热装置上集气管1-1，微通道换热装置下集液管1-5通过第二电磁阀KM2连接太阳能集热装置下集液管6-4；

压缩机环路的第四电磁阀KM4一端连接太阳能集热装置上集气管6-2与第三电磁阀KM3之间，油分离器2一端连接至微通道换热装置上集气管1-1与第三电磁阀KM3之间；

节流支路的第一电磁阀KM1一端连接至微通道换热装置下集液管1-5与第二电磁阀KM2之间，节流装置5的一端连接至太阳能集热装置下集液管6-4与第二电磁阀KM2之间；

压缩机入口处设有用于检测开口温度的第六温度传感器C6，出口处设有用于检测出口温度的第五温度传感器C5室内设有用于检测室内温度的第一温度传感器C1，室外设有用于检测室外温度的第二温度传感器C2，室外太阳能集热装置6处设有用于检测室外太阳辐射强度的室外光照仪C3；

PLC模块用于采集第一温度传感器C1、第二温度传感器C2、第五温度传感器C5、第六温度传感器C6以及室外光照仪C3的数据，并当太阳辐射强度超出预设辐射强度范围，或室内温度大于室内预设温度，或出口温度大于出口预设温度时，出口预设温度为120°，启动热泵模式，即控制第二电磁阀KM2与第三电磁阀KM3关闭，第一电磁阀KM1与第四电磁阀KM4开启；

当太阳辐射强度未超出预设辐射强度范围，且出口温度大于出口预设温度时，启动热管模式，即控制第二电磁阀KM2与第三电磁阀KM3关闭，第一电磁阀KM1与第四电磁阀KM4开启。

气液分离器4安装在压缩机的入口处用于气液分离，防止压缩机的湿压缩，提高系统的稳定性，油分离器2安装在压缩机的出口位置，主要是将压缩机排出的高压蒸汽中的润滑油进行分离，以保证装置安全高效地运行。

室内冷风式微通道换热装置还包括有风机1-2、扁管1-3以及翅片1-4，扁管1-3均匀排列在微通道换热装置上集气管1-1和微通道换热装置下集液管1-5之间，翅片1-4均匀分布于扁管1-3两侧，该型换热器基本功能是实现工质与室内空气之间热交换；主要特点是结构紧凑，占用空间体积小，换热效率高，对系统性能提升较大。

室外太阳能集热装置6还包括有吸热条带6-3。

太阳能集热装置上集气管6-2的出口位置高度低于微通道换热装置上集气管1-1入口位置高度，太阳能集热装置上集气管6-2的出口处设有压力传感器C4。

室外太阳能集热装置6下集液管的入口位置高度低于室内微通道换热装置下集液管1-5管的出口位置高度。

压缩机为变频压缩机3，包括有主机3-2和变频器3-1，变频器3-1与PLC模块连接，压缩机采用变频压缩机3，主要由压缩机主机3-2和变频器3-1组成，可在满足系统要求的基础上实现变频调节，保证了系统对太阳能的充分利用，最大程度地降低了系统的电能消耗。

具体实施说明如下：

当太阳辐射强度超出预设辐射强度范围，或室内温度大于室内预设温度，或出口温度大于出口预设温度时，出口预设温度为120°，启动热泵模式，即控制第二电磁阀KM2与第三电磁阀KM3关闭，第一电磁阀KM1与第四电磁阀KM4开启；

当太阳辐射强度未超出预设辐射强度范围，且出口温度大于出口预设温度时，启动热管模式，即控制第二电磁阀KM2与第三电磁阀KM3关闭，第一电磁阀KM1与第四电磁阀KM4开启。

在热泵模式下，第二电磁阀KM2与第三电磁阀KM3处于关闭状态，第一电磁阀KM1与第四电磁阀KM4受PLC模块的调控处于开启状态，压缩机支路接通。此时，室外太阳能集热装置6吸收来自太阳的能量，完成光热转化，其中的工质受热气化，气态工质在上集气管6-2汇总并由其出口流出，然后经过第四电磁阀KM4和气液分离器4完成气液分离，分离出的低温低压的纯气态工质进入变频压缩机3后被压缩至高温高压状态，高温高压气态工质经过油分离器22后进入室内风冷式微通道换热装置1的上集气管1-1，并均匀地流入各扁管1-3内。在与翅片1-4充分地进行热交换后，气态工质最终冷凝为高压液体，在微通道换热装置下集液管1-5汇总并流出，高压液态工质在经过第二电磁阀KM2和节流装置5后变为低温低压的液体，低温低压的液态工质重新回到室外太阳能集热装置6的太阳能集热装置下集液管6-4，如此往复循环，形成一套完整的太阳能热泵供热系统。

在热管模式下，第二电磁阀KM2与第三电磁阀KM3受PLC模块的调控开启状态，第一电磁阀KM1与第四电磁阀KM4处于关闭状态，压缩机支路断开。此时来自太阳能集热装置上集气管6-2的气态工质将不经过压缩机支路，在经过第三电磁阀KM3后直接进入微通道换热装置上集气管1-1，在室内风冷式微通道换热装置1经过充分的热交换后制冷工质经过第二电磁阀KM2后直接回到太阳能集热装置下集液管6-4中，如此往复，形成了太阳能热管模式。该模式下其他运行过程与太阳能热泵模式相同。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：包括压缩机、室外太阳能集热装置（6）、室内风冷式微通道换热装置（1）、节流支路、压缩机支路和PLC模块，所述室外太阳能集热装置（6）包括太阳能集热装置上集气管（6-2）和太阳能集热装置下集液管（6-4）；所述室内风冷式微通道换热装置（1）包括微通道换热装置上集气管（1-1）和微通道换热装置下集液管（1-5）；所述节流支路包括节流装置（5）以及第一电磁阀（KM1）；所述压缩机环路由第四电磁阀（KM4）、气液分离器（4）、压缩机以及油分离器（2）依次连接组成；

所述太阳能集热装置上集气管（6-2）通过第三电磁阀（KM3）连接微通道换热装置上集气管（1-1），所述微通道换热装置下集液管（1-5）通过第二电磁阀（KM2）连接太阳能集热装置下集液管（6-4）；

所述压缩机环路的第四电磁阀（KM4）一端连接太阳能集热装置上集气管（6-2）与第三电磁阀（KM3）之间，另一端与气液分离器（4）连接，所述油分离器（2）一端连接至微通道换热装置上集气管（1-1）与第三电磁阀（KM3）之间，另一端与压缩机出口连接；

所述节流支路的第一电磁阀（KM1）一端连接至微通道换热装置下集液管（1-5）与第二电磁阀（KM2）之间，另一端与节流装置（5）的一端连接，所述节流装置（5）的另一端连接至太阳能集热装置下集液管（6-4）与第二电磁阀（KM2）之间；

所述压缩机入口处设有用于检测开口温度的第六温度传感器（C6），出口处设有用于检测出口温度的第五温度传感器（C5），室内设有用于检测室内温度的第一温度传感器（C1），室外设有用于检测室外温度的第二温度传感器（C2），所述室外太阳能集热装置（6）处设有用于检测室外太阳辐射强度的室外光照仪（C3）；

所述PLC模块用于采集第一温度传感器（C1）、第二温度传感器（C2）、第三温度传感器（C5）、第六温度传感器（C6）以及室外光照仪（C3）的数据，并当所述太阳辐射强度超出预设辐射强度范围，或所述室内温度大于室内预设温度，或所述出口温度大于出口预设温度时，启动热泵模式，即控制所述第二电磁阀（KM2）与第三电磁阀（KM3）关闭，所述第一电磁阀（KM1）与第四电磁阀（KM4）开启；

当所述太阳辐射强度未超出预设辐射强度范围，且所述出口温度大于出口预设温度时，启动热管模式，即控制所述第二电磁阀（KM2）与第三电磁阀（KM3）关闭，所述第一电磁阀（KM1）与第四电磁阀（KM4）开启。

2.根据权利要求1所述的一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：所述室内冷风式微通道换热装置还包括有风机（1-2）、扁管（1-3）以及翅片（1-4），所述扁管（1-3）均匀排列在微通道换热装置上集气管（1-1）和微通道换热装置下集液管（1-5）之间，所述翅片（1-4）均匀分布于扁管（1-3）两侧。

3.根据权利要求1所述的一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：所述室外太阳能集热装置（6）还包括有吸热条带（6-3）。

4.根据权利要求1所述的一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：所述太阳能集热装置上集气管（6-2）的出口位置高度低于微通道换热装置上集气管（1-1）入口位置高度。

5.根据权利要求1所述的一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：所述太阳能集热装置下集液管（6-4）的入口位置高度低于室内微通道换热装置下集液管（1-5）管的出口位置高度。

6.根据权利要求1所述的一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：所述压缩机为变频压缩机（3）。

7.根据权利要求1所述的一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：所述出口预设温度为120°。

8.根据权利要求1所述的一种耦合分离式热管的太阳能热泵供暖系统，其特征是：所述太阳能集热装置上集气管（6-2）的出口处设有压力传感器（C4）。