CN208312733U - 一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，包括太阳能集热循环系统、空气能热泵集热循环系统和制冷剂循环系统；所述太阳能集热循环系统包括太阳能集热器、太阳能集热系统循环水泵和蓄热水箱，所述空气能热泵集热循环系统包括热泵循环泵和空气能热泵，所述制冷剂循环系统由所述空气能热泵实现。本实用新型实验台的连接管路上设置有多个阀门，并设定有多个温度测点和压力测点。通过控制阀门的开关状态实现间接式水箱换热与直接式水箱两种换热方式。该实验台将太阳能热水器与空气能热泵热水器的功能相结合，将太阳能、空气能最大化利用，以达到最大化的节能效果。

Description

一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台

技术领域

本实用新型涉及一种制热测试系统，尤其涉及一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台。

背景技术

能源是人类社会赖以生存的物质基础，是经济和社会发展的重要资源，也是社会面临的五大社会问题之一。目前世界各国的能源消费结构中，基本上都是化石能源为主，然而化石能源为不可再生资源，而太阳能与空气能具有清洁性、廉价性、高效性、储量丰富等特点，成为人们关注的焦点。

太阳能热水器多数为自然循环集热，无需水泵，使用方便；但仍存在安装位置不太灵活、单位集热面积产热量少，热水加热时间长、对辅助能源依赖度大、集热水箱室外布置散热量大等不足。而热泵热水器则能较好的克服这些不足，为此，需要设计一种太阳能与热泵联合制热测试实验台，并可在此基础上进行大量的实验和一些必要的探索与尝试。

实用新型内容

针对现有技术，本实用新型提供一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，该实验台具有太阳能热水器与空气能热水器的双重优点，旨在通过对太阳能与空气能热泵的研究，在满足热量的要求下，达到最大程度的节能。

为了减少太阳能热水器系统对外界环境条件的依赖性，提高加热效率，本实用新型提出的一种太阳能和空气能热泵联合制热的测试实验台，包括太阳能集热循环系统、空气能热泵集热循环系统和制冷剂循环系统；所述太阳能集热循环系统包括太阳能集热器、太阳能集热系统循环水泵和蓄热水箱，所述蓄热水箱包括壳程、第一管程和第二管程，所述壳程包括入口A1、入口A2、出口B1、出口B2、补水口和供水口，第一管程设有入口A3和出口B3，所述第二管程设有入口A4和出口B4；所述太阳能集热器包括进水口和出水口，所述蓄热水箱的入口A1和入口A3并联至所述太阳能集热器的出水口，所述蓄热水箱的出口 B1和出口B3并联至所述太阳能集热系统循环水泵的入口，所述太阳能集热系统循环水泵的出口连接至所述太阳能集热器的入口；所述太阳能集热器与所述太阳能集热系统循环水泵之间的连接管路上设有太阳能循环流量计和温度传感器，所述太阳能集热系统循环水泵与所述太阳能集热器之间的连接管路上设有温度传感器；所述蓄热水箱上设有温度传感器；所述空气能热泵集热循环系统包括热泵循环泵和空气能热泵，所述蓄热水箱的入口A2和入口A4并联至所述空气能热泵的出水口；所述蓄热水箱的出口B2和出口B4并联至所述热泵循环泵的入口，所述热泵循环泵的出口与所述空气能热泵的进水口相连；所述蓄热水箱与所述空气能热泵之间的连接管路上设有热泵流量计和温度传感器；所述热泵循环泵与所述空气能热泵之间的连接管路上设有温度传感器；所述制冷剂循环系统由所述空气能热泵实现，所述空气能热泵包括压缩机、热泵换热器、高压储液罐和空气能换热器，所述压缩机包括吸气口和排气口，所述排气口和所述热泵换热器的制冷剂入口相接，所述热泵换热器的制冷剂出口和所述高压储液罐的进口相接，自所述高压储液罐的出口至所述空气能换热器的入口之间依次连接有视液镜、电磁阀和节流装置，所述空气能换热器的出口连接至所述压缩机的吸气口；所述压缩机的两端连接有一旁路，所述旁路上连接有高低压开关；所述压缩机两侧的管路上均连接有压力传感器和温度传感器；所述太阳能循环流量计、热泵流量计、太阳能集热系统循环水泵、所述热泵循环泵、所有压力传感器、所有温度传感器和所有阀体均连接至一PLC控制器。

进一步讲，本实用新型中，所述高低压开关的一端与所述压缩机的排气口侧相连，所述高低压开关的另一端与所述压缩机的吸气口侧相连。

所述蓄热水箱为承压水箱，是立式水箱或是卧式水箱。

所述太阳能集热器是平板型集热器或是真空管型集热器。

所述太阳能集热系统循环水泵和所述热泵循环泵是定频水泵或是变频水泵。

所述太阳能循环流量计与热泵流量计是容积流量计或是质量流量计。

所述压缩机是定频压缩机、变频压缩机和数码涡旋压缩机中的任何一种。

所述节流装置是内平衡热力膨胀阀、外平衡热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管中的任何一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型实验台集成有太阳能和热泵两种热源集热，其中的蓄热水箱集成有间接式储水与直接式储水集热。可将不同热源集热和不同式蓄水集热分别作为热源进行试验，可以进行寻找集热效率最高的工作模式进行实验。

(2)可以进行太阳能热水器制热实验，设定相应的热水流量与初始温度，蓄热水箱温度，为了增强对比性，记录热水温度随时间变化的曲线，还可设定不同的流量，并将不同流量下热水温度随时间变化的曲线进行对比。实验台还可测试不同光照强度下的瞬时效率等性能参数。

(3)可以进行空气能热泵热水器制热实验，实验过程中，将空气能热泵热水器条件与太阳能热水器制热实验中蓄热水箱的试验条件(初始温度、水流量、水量等)保持一致。为了增强试验的对比性，将空气源使用风机进行不同风速调节，实验并记录在各种换热强度下空气能热泵的集热效率曲线。

(4)以太阳能和空气能同时作为热源进行热泵制热实验，实验条件与太阳能热泵热水器制热实验中的实验条件(初始温度、水流量、水量等)保持完全一致。为了增强试验的对比性，将空气源使用风机进行不同风速调节，试验并记录在各种换热强度下空气源热泵的集热效率曲线，通过检测光照强度与环境温度选择制热方式，选择最优的运行模式。

(5)通过阀门切换比较使用单一热源，采用直接式水箱与间接式水箱对集热效率的影响。并分析两种不同形式水箱的优缺点。

附图说明

图1是本实用新型一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台结构示意图；

图2是本实用新型中空气能热泵实现制冷剂循环系统的原理图。

图中：1-太阳能集热器，2-太阳能集热系统循环水泵，3-蓄热水箱,4-热泵循环泵，5- 热泵热水换热器，6-空气能热泵，7-太阳能循环流量计，8-热泵流量计，11-压缩机，12-高低压保护器，13-高压储液罐，14-视液镜，15-电磁阀，16-节流装置，17-空气源换热器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本实用新型进行解释说明，并不用以限制本实用新型。

本实用新型提出的一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，包括太阳能集热循环系统、空气能热泵集热循环系统和制冷剂循环系统。

如图1所示，所述太阳能集热循环系统包括太阳能集热器1、太阳能集热系统循环水泵 2和蓄热水箱3，所述蓄热水箱3包括壳程、第一管程和第二管程，所述壳程包括入口A1、入口A2、出口B1、出口B2、补水口和供水口，第一管程设有入口A3和出口B3，所述第二管程设有入口A4和出口B4；所述太阳能集热器1包括进水口和出水口，所述蓄热水箱3的入口A1和入口A3并联至所述太阳能集热器1的出水口，所述蓄热水箱3的出口B1和出口B3并联至所述太阳能集热系统循环水泵2的入口，所述太阳能集热系统循环水泵2的出口连接至所述太阳能集热器1的入口；所述太阳能集热器1与所述太阳能集热系统循环水泵2 之间的连接管路上设有太阳能循环流量计7和温度传感器，所述太阳能集热系统循环水泵2 与所述太阳能集热器1之间的连接管路上设有温度传感器；所述蓄热水箱3上设有温度传感器；

如图1所示，所述空气能热泵集热循环系统包括热泵循环泵4和空气能热泵6，所述蓄热水箱3的入口A2和入口A4并联至所述空气能热泵6的出水口；所述蓄热水箱3的出口 B2和出口B4并联至所述热泵循环泵4的入口，所述热泵循环泵4的出口与所述空气能热泵 6的进水口相连；所述蓄热水箱3与所述空气能热泵6之间的连接管路上设有热泵流量计8 和温度传感器；所述热泵循环泵4与所述空气能热泵6之间的连接管路上设有温度传感器；

如图2所示，所述制冷剂循环系统由所述空气能热泵6实现，所述空气能热泵6包括压缩机11、热泵换热器5、高压储液罐13和空气能换热器17，所述压缩机11包括吸气口和排气口，所述排气口和所述热泵换热器5的制冷剂入口相接，所述热泵换热器5的制冷剂出口和所述高压储液罐13的进口相接，自所述高压储液罐13的出口至所述空气能换热器17的入口之间依次连接有视液镜14、电磁阀15和节流装置16，所述空气能换热器17 的出口连接至所述压缩机11的吸气口；所述压缩机11的两端连接有一旁路，所述旁路上连接有高低压开关12，所述高低压开关12的一端与所述压缩机11的排气口侧相连，所述高低压开关12的另一端与所述压缩机11的吸气口侧相连，以保护压缩机正常运行。所述压缩机11两侧的管路上均连接有压力传感器和温度传感器；

所述太阳能循环流量计7、热泵流量计8、太阳能集热系统循环水泵2、所述热泵循环泵4、设置在各压力测点的压力传感器，设置在各温度测点的温度传感器和所有阀体均连接至一PLC控制器。

本实用新型中，所述蓄热水箱3为承压水箱，是立式水箱或是卧式水箱，通过阀门切换可以进行间接式与直接式储水效果的对比。

所述太阳能集热器1是平板型集热器或是真空管型集热器。

所述太阳能集热系统循环水泵2和所述热泵循环泵4是定频水泵或是变频水泵。

所述太阳能循环流量计7与热泵流量计8是容积流量计或是质量流量计。

所述压缩机11是定频压缩机、变频压缩机和数码涡旋压缩机中的任何一种。

所述节流装置16是内平衡热力膨胀阀、外平衡热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管中的任何一种。

本实验台的特点是可将太阳能与空气能的集热效率进行对比，也可将两者同时作为热源进行试验，通过检测系统与自动控制系统的调节，寻找最节能的运行方式。

本实验台还可以通过PID调节技术、PLC控制与远程采集、通讯技术可以记录、控制实验台的运行状态，包括循环水流量、热水用量、热水温度、压缩机吸排气温度、吸排气压力、系统消耗功率等。

尽管上面结合附图对本实用新型进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (8)

1.一种太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，包括太阳能集热循环系统、空气能热泵集热循环系统和制冷剂循环系统；

所述太阳能集热循环系统包括太阳能集热器(1)、太阳能集热系统循环水泵(2)和蓄热水箱(3)，所述蓄热水箱(3)包括壳程、第一管程和第二管程，所述壳程包括入口A1、入口A2、出口B1、出口B2、补水口和供水口，第一管程设有入口A3和出口B3，所述第二管程设有入口A4和出口B4；所述太阳能集热器(1)包括进水口和出水口，所述蓄热水箱(3)的入口A1和入口A3并联至所述太阳能集热器(1)的出水口，所述蓄热水箱(3)的出口B1和出口B3并联至所述太阳能集热系统循环水泵(2)的入口，所述太阳能集热系统循环水泵(2)的出口连接至所述太阳能集热器(1)的入口；所述太阳能集热器(1)与所述太阳能集热系统循环水泵(2)之间的连接管路上设有太阳能循环流量计(7)和温度传感器，所述太阳能集热系统循环水泵(2)与所述太阳能集热器(1)之间的连接管路上设有温度传感器；所述蓄热水箱(3)上设有温度传感器；

所述空气能热泵集热循环系统包括热泵循环泵(4)和空气能热泵(6)，所述蓄热水箱(3)的入口A2和入口A4并联至所述空气能热泵(6)的出水口；所述蓄热水箱(3)的出口B2和出口B4并联至所述热泵循环泵(4)的入口，所述热泵循环泵(4)的出口与所述空气能热泵(6)的进水口相连；所述蓄热水箱(3)与所述空气能热泵(6)之间的连接管路上设有热泵流量计(8)和温度传感器；所述热泵循环泵(4)与所述空气能热泵(6)之间的连接管路上设有温度传感器；

所述制冷剂循环系统由所述空气能热泵(6)实现，所述空气能热泵(6)包括压缩机(11)、热泵换热器(5)、高压储液罐(13)和空气能换热器(17)，所述压缩机(11)包括吸气口和排气口，所述排气口和所述热泵换热器(5)的制冷剂入口相接，所述热泵换热器(5)的制冷剂出口和所述高压储液罐(13)的进口相接，自所述高压储液罐(13)的出口至所述空气能换热器(17)的入口之间依次连接有视液镜(14)、电磁阀(15)和节流装置(16)，所述空气能换热器(17)的出口连接至所述压缩机(11)的吸气口；所述压缩机(11)的两端连接有一旁路，所述旁路上连接有高低压开关(12)；所述压缩机(11)两侧的管路上均连接有压力传感器和温度传感器；

所述太阳能循环流量计(7)、热泵流量计(8)、太阳能集热系统循环水泵(2)、所述热泵循环泵(4)、所有压力传感器、所有温度传感器和所有阀体均连接至一PLC控制器。

2.根据权利要求1所述太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，其特征在于，所述高低压开关的一端与所述压缩机(11)的排气口侧相连，所述高低压开关(12)的另一端与所述压缩机(11)的吸气口侧相连。

3.根据权利要求1所述太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，其特征在于，所述蓄热水箱(3)为承压水箱，是立式水箱或是卧式水箱。

4.根据权利要求1所述太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，其特征在于，所述太阳能集热器(1)是平板型集热器或是真空管型集热器。

5.根据权利要求1所述太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，其特征在于，所述太阳能集热系统循环水泵(2)和所述热泵循环泵(4)是定频水泵或是变频水泵。

6.根据权利要求1所述太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，其特征在于，所述太阳能循环流量计(7)与热泵流量计(8)是容积流量计或是质量流量计。

7.根据权利要求1所述太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，其特征在于，所述压缩机(11)是定频压缩机、变频压缩机和数码涡旋压缩机中的任何一种。

8.根据权利要求1所述太阳能与空气能热泵联合制热测试实验台，其特征在于，所述节流装置(16)是内平衡热力膨胀阀、外平衡热力膨胀阀、电子膨胀阀和毛细管中的任何一种。