CN207865758U - 一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，包括太阳能集热器、空气源热泵、蓄热箱和太阳能循环泵，空气源热泵包括套管—翅片换热器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和控制阀；太阳能集热器出水口通过第一调节阀连接套管—翅片换热器进水口，太阳能集热器出水口通过第二调节阀连接蓄热箱进水口，蓄热箱出水口连接套管—翅片换热器进水口，套管—翅片换热器出水口通过太阳能循环泵经第三调节阀连接蓄热箱进水口以及经第四调节阀连接太阳能集热器进水口；套管—翅片换热器制冷剂出口连接压缩机制冷剂进口，压缩机制冷剂出口连接冷凝器制冷剂进口，冷凝器制冷剂出口连接套管—翅片换热器制冷剂进口，本实用新型可用于空气源热泵设备技术领域中。

Description

一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统

技术领域

本实用新型是关于一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，属于空气源热泵设备技术领域。

背景技术

随着国家对清洁能源要求的越来越高，单纯的空气源热泵系统耗电量引起了高度重视，越来越多的空气源热泵厂家开始对空气源热泵进行改造，出现了喷气增焓低温空气源热泵、二级压缩式空气源热泵、带电辅助加热的空气源热泵、变频式空气源热泵及太阳能辅助空气源热泵等各式各样的空气源热泵系统。

其中，由于太阳能是一种可以无限使用的能量，且具有安全、无污染以及绿色环保的优点，太阳能辅助空气源热泵系统的开发越来越受到人们的重视，但是太阳能辅助空气源热泵系统的开发同样也受到照射时间和天气等各种条件的限制和影响，所以应该按照太阳能的特点进行合理利用，才能达到很好的效果。

为使空气源热泵在低温环境中高效、稳定、可靠的运行，人们提出了很多改进方法及措施，利用太阳能作为外界辅助热源来提高空气源热泵系统低温制热性能，是其中的一种方式。但是，由于太阳辐射强度以及其它室外气候条件受地理纬度、季节转换、昼夜更替及各种复杂气象因素的影响而随机变化，空气源热泵系统的工况有着较大的不确定性，工况的不稳定又容易导致热力性能的不稳定，无法保持供热采暖的连续性和较高的COP(能效比)值，使得冬季利用空气源热泵系统直接供热采暖的效率过低。

发明内容

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种能够保持供热采暖的连续性以及提高供热采暖效率的蓄热式太阳能低温空气源热泵系统。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，该低温空气源热泵系统包括太阳能集热器、空气源热泵、蓄热箱和太阳能循环泵，其中，所述空气源热泵包括套管—翅片换热器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和控制阀；所述太阳能集热器的出水口通过第一调节阀连接所述套管—翅片换热器的进水口，所述太阳能集热器的出水口还通过第二调节阀连接所述蓄热箱的进水口，所述蓄热箱的出水口连接所述套管—翅片换热器的进水口，所述套管—翅片换热器的出水口通过所述太阳能循环泵并联连接第三调节阀和第四调节阀的一端，所述第三调节阀的另一端连接所述蓄热箱的进水口，所述第四调节阀的另一端连接所述太阳能集热器的进水口；所述套管—翅片换热器的制冷剂出口连接所述压缩机的制冷剂进口，所述压缩机的制冷剂出口连接所述冷凝器的制冷剂进口，所述冷凝器的制冷剂出口通过所述膨胀阀和控制阀连接所述套管—翅片换热器的制冷剂进口。

优选地，所述套管—翅片换热器包括管翅式换热器和蛇形套管，其中，所述管翅式换热器是由若干纵向间隔设置的翅片和一横向穿设固定所有所述翅片的蛇形换热管固定连接而成；所述蛇形换热管内套设固定所述蛇形套管，所述蛇形换热管的顶部端口开设有制冷剂出口，所述蛇形换热管的底部端口开设有制冷剂进口，所述蛇形换热管的制冷剂出口连接所述压缩机的制冷剂进口，所述蛇形换热管的制冷剂入口连接所述冷凝器的制冷剂出口；所述蛇形套管的顶部端口开设有进水口，所述蛇形套管的底部端口开设有出水口，所述蛇形套管的进水口分别连接所述蓄热箱和太阳能集热器的出水口，所述蛇形套管的出水口连接所述太阳能循环泵的进水口。

优选地，所述蓄热箱包括箱体、螺旋盘管和安全阀；所述箱体内固定设置所述螺旋盘管，所述箱体与所述螺旋盘管之间通过相变蓄热材料进行填充，所述箱体侧壁上开设有两开口，所述螺旋盘管的顶部管道穿出一所述开口并联连接所述第二调节阀和第三调节阀的一端，所述第二调节阀的另一端连接所述太阳能集热器的出水口，所述第三调节阀的另一端连接所述太阳能循环泵的出水口，所述螺旋盘管的底部管道穿出另一所述开口连接所述套管—翅片换热器的进水口，所述箱体顶部还设置有安全阀。

优选地，所述箱体采用保温材料，且所述箱体内壁涂设有防腐层。

优选地，所述螺旋盘管采用耐腐蚀材料。

优选地，所述相变蓄热材料采用包含3％硼砂的Na₂SO₄·10H₂O。

优选地，所述太阳能集热器采用热管式真空管集热器、U型管式真空管集热器或直流式真空管集热器。

优选地，所述太阳能集热器的介质采用体积浓度为33.6％的乙二醇水溶液。

本实用新型由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本实用新型由于设置有太阳能集热器、蓄热箱和套管—翅片换热器，在同样的环境温度下，太阳能辅助加热使套管—翅片换热器中制冷剂的蒸发温度得以提高，空气源热泵的制热性能系数较普通空气源热泵有了明显的提高，提高了进入套管—翅片换热器的空气温度以及COP值，防止套管—翅片换热器表面结霜，使其保持较高的换热效率，同时，套管—翅片换热器的化霜次数和时间也大大减少，可以节省大量的电能，并保证空气源热泵连续不间断的运行。2、在环境温度较低时，压缩机的压缩比急剧升高，压缩机的排气温度常常会超过压缩机允许的工作范围，从而导致压缩机频繁的启停，无法正常工作，长此以往，将会损伤压缩机的整体性能，减少空调设备的使用寿命，本实用新型由于设置有套管—翅片换热器，在空气源热泵供热工况下，太阳能集热器或蓄热箱内的介质和外界空气以两种低温热源形态，在套管—翅片换热器中同步或单独向制冷剂进行热量传递，从而构成双热源复合热泵系统工作模式，能够改善空气源热泵中压缩机的工作环境，延长空气源热泵的使用寿命，间接的改善了压缩机的工作环境。3、本实用新型将太阳能集热器、蓄热箱以及套管—翅片换热器集为一体,能够减少中间换热环节和环境热损失,同时提高空气源热泵的供热系数，可以广泛应用于空气源热泵设备技术领域中。

附图说明

图1是本实用新型空气源热泵系统的整体结构示意图；

图2是本实用新型空气源热泵系统中空气源热泵的结构连接示意图；

图3是本实用新型空气源热泵系统中套管—翅片换热器的结构示意图；

图4是本实用新型空气源热泵系统中蓄热箱的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图来对本实用新型进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本实用新型，它们不应该理解成对本实用新型的限制。

如图1～2所示，本实用新型提供的蓄热式太阳能低温空气源热泵系统包括太阳能集热器1、第一～第四调节阀2～5、空气源热泵6、蓄热箱7和太阳能循环泵8，其中，空气源热泵6包括套管—翅片换热器61、压缩机62、冷凝器63、膨胀阀64和控制阀65。

用于将太阳能转化为热能存储至介质中的太阳能集热器1的出水口通过第一调节阀2连接套管—翅片换热器61的进水口，套管—翅片换热器61用于将外界空气分别与介质和制冷剂进行换热，太阳能集热器1的出水口还通过第二调节阀3连接蓄热箱7的进水口，蓄热箱7内填充有相变蓄热材料，用于存储太阳能集热器1内的介质，蓄热箱7的出水口连接套管—翅片换热器61的进水口，套管—翅片换热器61的出水口通过太阳能循环泵8并联连接第三调节阀4和第四调节阀5的一端，第三调节阀4的另一端连接蓄热箱7的进水口，第四调节阀5的另一端连接太阳能集热器1的进水口，太阳能循环泵8用于强制本实用新型空气源热泵系统中介质的循环，套管—翅片换热器61的制冷剂出口连接压缩机62的制冷剂进口，压缩机62用于为制冷剂的循环流动提供动力，压缩机62的制冷剂出口连接冷凝器63的制冷剂进口，冷凝器63的制冷剂出口依次通过膨胀阀64和控制阀65连接套管—翅片换热器61的制冷剂进口，冷凝器63用于将制冷剂与用户采暖系统中的循环介质进行换热，为用户采暖系统提供热能。

如图3所示，套管—翅片换热器61包括管翅式换热器611和蛇形套管612，其中，管翅式换热器611是由若干纵向间隔设置的翅片613和一横向穿设固定所有翅片613的蛇形换热管614固定连接而成。蛇形换热管614内套设固定蛇形套管612，蛇形换热管614的顶部端口开设有制冷剂出口，蛇形换热管614的底部端口开设有制冷剂进口，蛇形换热管614的制冷剂出口连接压缩机62的制冷剂进口，蛇形换热管614的制冷剂入口连接冷凝器63的制冷剂出口。蛇形套管612的顶部端口开设有进水口，蛇形套管612的底部端口开设有出水口，蛇形套管612的进水口分别连接蓄热箱7和太阳能集热器1的出水口，蛇形套管612的出水口连接太阳能循环泵8的进水口，蛇形套管612内的介质与蛇形换热管614内的制冷剂以逆流方式进行热量交换，翅片613外侧流动的室外空气与蛇形换热管614内的制冷剂以叉流方式进行热量交换。

如图4所示，蓄热箱7包括箱体71、螺旋盘管72和安全阀73，其中，箱体71采用保温材料，且箱体71内壁涂设有防腐层，螺旋盘管72采用耐腐蚀材料。箱体71内固定设置螺旋盘管72，箱体71与螺旋盘管72之间通过相变蓄热材料进行填充，箱体71侧壁上开设有两开口，螺旋盘管72的顶部管道穿出一开口并联连接第二调节阀3和第三调节阀4的一端，第二调节阀3的另一端连接太阳能集热器1的出水口，第三调节阀4的另一端连接太阳能循环泵8的出水口，螺旋盘管72的底部管道穿出另一开口连接套管—翅片换热器61的进水口，箱体71顶部还设置有安全阀73，安全阀73用于对箱体71进行排气和泄压。

在一个优选的实施例中，相变蓄热材料采用Na₂SO₄·10H₂O，为解决Na₂SO₄·10H₂O的过冷问题，蓄热箱7内填充的相变蓄热材料还包含3％的硼砂，能够使得相变蓄热材料Na₂SO₄·10H₂O达到最好的效果。

在一个优选的实施例中，太阳能集热器1可以采用热管式真空管集热器、U型管式真空管集热器或直流式真空管集热器，太阳能集热器1的介质采用体积浓度为33.6％的乙二醇水溶液。

下面通过具体实施例详细说明本实用新型蓄热式太阳能低温空气源热泵系统的使用过程：

1)正常天气时，因天气晴朗，太阳能利用率高，需要通过太阳能集热器1将热量储存至蓄热箱7内，开启第二调节阀3和第四调节阀5，关闭第一调节阀2和第三调节阀4，从太阳能集热器1流出的热水首先进入蓄热箱7，蓄热箱7内的相变蓄热材料融化成液态，将热量储存至相变蓄热材料后，进入套管—翅片换热器61，与套管—翅片换热器61内的制冷剂进行换热，温度降低后的水又经太阳能循环泵8回到太阳能集热器1内，边蓄热边供热，如此往复循环。

2)正常天气时，当蓄热箱7内的蓄热相变材料温度达到太阳能集热器1的出水口温度时，关闭第二调节阀3和第三调节阀4，开启第一调节阀2和第四调节阀5，转为太阳能集热器1流出的热水直供给套管-翅片换热器61，与套管—翅片换热器61内的制冷剂进行换热，进而提高通过套管—翅片换热器61空气的温度，温度降低后的水又经太阳能循环泵8回到太阳能集热器1内，如此往复循环。

3)晚上或阴天时，关闭第一调节阀2、第二调节阀3和第四调节阀5，打开第三调节阀4，蓄热箱7内的相变蓄热材料由液态转化为固态放热，对蓄热箱7内的水进行加热后，进入套管—翅片换热器61，与套管—翅片换热器61内的制冷剂进行换热，温度降低后的水又经太阳能循环泵8回到蓄热箱7内，如此往复循环。

4)晚上或阴天时，如果太阳能集热器1中的热水温度较高，则可以打开第一调节阀2和第四调节阀5，关闭第二调节阀3和第三调节阀4，转为太阳能集热器1流出的热水直供给套管—翅片换热器61，与套管—翅片换热器61内的制冷剂进行换热，温度降低后的水又经太阳能循环泵8回到太阳能集热器1内，如此往复循环。

5)空气从管翅式换热器611前侧的翅片613间隙进入套管—翅片换热器61，与蛇形换热管614内低温低压的液态制冷剂进行换热，同时，压缩机62做功使得蛇形换热管614内低温低压的液态制冷剂通过吸收较高温度的空气进行蒸发得到高温高压的气态制冷剂。

6)气态制冷剂进入冷凝器63，释放出高温热量加热用户采暖系统内的水，放热后凝结成高压低温的液体制冷剂，通过膨胀阀64节流降压成低温低压的液体制冷剂后，经控制阀65重新进入套管—翅片换热器61内，形成一次制热循环。这样，不管是晴天、阴天或晚上均能使空气源热泵6使用较少的电量，达到较高的制热效果。

上述各实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

Claims (8)

1.一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，该低温空气源热泵系统包括太阳能集热器、空气源热泵、蓄热箱和太阳能循环泵，其中，所述空气源热泵包括套管—翅片换热器、压缩机、冷凝器、膨胀阀和控制阀；

所述太阳能集热器的出水口通过第一调节阀连接所述套管—翅片换热器的进水口，所述太阳能集热器的出水口还通过第二调节阀连接所述蓄热箱的进水口，所述蓄热箱的出水口连接所述套管—翅片换热器的进水口，所述套管—翅片换热器的出水口通过所述太阳能循环泵并联连接第三调节阀和第四调节阀的一端，所述第三调节阀的另一端连接所述蓄热箱的进水口，所述第四调节阀的另一端连接所述太阳能集热器的进水口；

所述套管—翅片换热器的制冷剂出口连接所述压缩机的制冷剂进口，所述压缩机的制冷剂出口连接所述冷凝器的制冷剂进口，所述冷凝器的制冷剂出口通过所述膨胀阀和控制阀连接所述套管—翅片换热器的制冷剂进口。

2.如权利要求1所述的一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，所述套管—翅片换热器包括管翅式换热器和蛇形套管，其中，所述管翅式换热器是由若干纵向间隔设置的翅片和一横向穿设固定所有所述翅片的蛇形换热管固定连接而成；

所述蛇形换热管内套设固定所述蛇形套管，所述蛇形换热管的顶部端口开设有制冷剂出口，所述蛇形换热管的底部端口开设有制冷剂进口，所述蛇形换热管的制冷剂出口连接所述压缩机的制冷剂进口，所述蛇形换热管的制冷剂入口连接所述冷凝器的制冷剂出口；所述蛇形套管的顶部端口开设有进水口，所述蛇形套管的底部端口开设有出水口，所述蛇形套管的进水口分别连接所述蓄热箱和太阳能集热器的出水口，所述蛇形套管的出水口连接所述太阳能循环泵的进水口。

3.如权利要求1所述的一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，所述蓄热箱包括箱体、螺旋盘管和安全阀；

所述箱体内固定设置所述螺旋盘管，所述箱体与所述螺旋盘管之间通过相变蓄热材料进行填充，所述箱体侧壁上开设有两开口，所述螺旋盘管的顶部管道穿出一所述开口并联连接所述第二调节阀和第三调节阀的一端，所述第二调节阀的另一端连接所述太阳能集热器的出水口，所述第三调节阀的另一端连接所述太阳能循环泵的出水口，所述螺旋盘管的底部管道穿出另一所述开口连接所述套管—翅片换热器的进水口，所述箱体顶部还设置有安全阀。

4.如权利要求3所述的一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，所述箱体采用保温材料，且所述箱体内壁涂设有防腐层。

5.如权利要求3所述的一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，所述螺旋盘管采用耐腐蚀材料。

6.如权利要求3所述的一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，所述相变蓄热材料采用包含3％硼砂的Na₂SO₄·10H₂O。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，所述太阳能集热器采用热管式真空管集热器、U型管式真空管集热器或直流式真空管集热器。

8.如权利要求1至6任一项所述的一种蓄热式太阳能低温空气源热泵系统，其特征在于，所述太阳能集热器的介质采用体积浓度为33.6％的乙二醇水溶液。