CN208720537U - 一种复叠式太阳能热水机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种复叠式太阳能热水机组，其特征在于包括复叠式热泵系统和太阳能系统，复叠式热泵系统包括低温系统和高温系统，高温系统和低温系统通过中间换热器进行换热连接；太阳能系统通过低温系统换热器进行连接。高环温时复叠式热泵系统和太阳能系统独立运行，低环温时太阳能系统给复叠式热泵系统提供热量。复叠式热泵热水机组与太阳能的结合能更好的解决各自的弊端，故设计了一种新型的复叠式太阳能热水机组，即能满足全年制热的需求，又能制取更高的热水，制热效率更高，寿命更长，适用性更广。

Description

一种复叠式太阳能热水机组

技术领域

本实用新型涉供暖设备领域，更具体地说涉及一种复叠式太阳能热水机组。

背景技术

空气源热泵冷热水机组是由压缩机、换热器、节流器、吸热器、压缩机等装置构成的一个循环系统。冷媒在压缩机的作用下在系统内循环流动。它在压缩机内完成气态的升压升温过程(温度高达100℃)，它进入换热器后与风进行热量交换，被冷却并转化为流液态，当它运行到吸热器后，液态迅速吸热蒸发再次转化为气态，同时温度下降至零下20℃—30℃，这时吸热器周边的空气就会源源不断地将低温热量传递给冷媒。冷媒不断地循环就实现了空气中的低温热量转变为高温热量并加热冷水过程或者降温热水的过程。空气源热泵热水机组是一种可以替代锅炉的采暖热源设备，其以安装方便，能源消耗少，环境污染小等优点逐渐成为主流的采暖热源设备。

太阳能热水系统以太阳能作为热力源，无公害，无污染，是绿色环保型能源的首选。而传统能源热水系统则以煤、油、气以及电力作为动力源，既浪费能源又会造成环境污染。太阳能是可再生能源，具有取不之尽，环保无污染的特点，只有阳光，便可正常运行。太阳能热水器的节能效果明显，可节省不少电费成本，一次投入，2、3年内便可收回投资。此外，太阳能热水器的设计寿命为10年，采用铜铝阳极化复合板芯或全紫铜板芯，表面处理工艺高，传热性能好，吸热能力强，产水量大。但是太阳能热水器对太阳光的依赖大，在阴天或冬天，制热效果会即刻变差，一年四季全年无碍使用，若使用电加热，耗电量非常大。需要一整天的日照才能把水晒热，天气好的时候也只能保证晚上有热水，白天和夜间很少有热水可用，不能保证使用者24小时热水供应，舒适性差。

普通的空气能与太阳能相结合，虽然很好的满足了全年制热水的需求，但是不能制取更高的热水，而且普通热泵在环境温度处于-20℃的低环境下制热水时，其制热效率普遍不高，系统压缩比偏大，排气温度高，润滑油粘度偏低，运行寿命短，到-25度以下的环温基本不能正常运行的，从而影响了机组安全高效运行，对一些使用超过60度以上高水温的场所，普通的太阳能对光照的依赖性很大，而复叠式热泵热水机组可以满足更高水温的热水而不依赖与光照，但普通的复叠式热泵热水机组在环境温度很低时也会出现能效偏低，主要是因为吸取环境的热量过少。传统的太阳能机组为了更好的适应低温环境的制热要求，采用超低温热泵机组与太阳能结合，由超低温热泵机组系统和太阳能系统组成。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是传统太阳能机组低温能效偏低，压缩比大，系统的运行寿命较短，稳定性差，制热水水温偏低，光照少时效率偏低，适用性窄等问题。

为了解决以上问题本实用新型提供了一种复叠式太阳能热水机组，其特征在于包括复叠式热泵系统和太阳能系统，复叠式热泵系统包括低温系统和高温系统，高温系统和低温系统通过中间换热器进行换热连接；太阳能系统通过低温系统换热器进行连接。

所述的复叠式太阳能热水机组，其特征在于低温系统包括翅片换热器、低温气液分离器、低温系统压缩机、低温系统四通阀、主路节流装置、辅路节流装置、经济器和低温系统换热器，低温系统压缩机的出气口与低温气液分离器相连接，低温气液分离器的出气口与低温系统四通阀相连接，低温系统四通阀分两路，一路直接与低温系统换热器的入气口相连接，低温系统换热器的出气口接第一电磁阀；另一路接第二电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀连接在一起后与翅片换热器的入气口相连接；低温系统换热器的入水口与太阳能系统的出水口相连接；低温系统换热器的出水口与太阳能系统的入水口相连接。

所述的复叠式太阳能热水机组，其特征在于翅片换热器与经济器的入液口相连接，经济器的回气口与低温系统压缩机相连接；经济器的一路出液口接辅路节流装置后与另一路出液口相连后接主路节流装置，主路节流装置的出口接中间换热器的一路换热通路后经过低温系统四通阀与低温系统压缩机相连接。

所述的复叠式太阳能热水机组，其特征在于高温系统包括高温系统压缩机、节流装置、高温系统气液分离器、高温系统四通阀和高温系统换热器，高温系统压缩机经过高温系统气液分离器后与高温系统四通阀，进一步中间换热器的一路换热通路相连，进一步经过节流装置与高温系统换热器，后再经过高温系统四通阀回到高温系统压缩机。

实施本实用新型具有如下有益效果：高环温时复叠式热泵系统和太阳能系统独立运行，低环温时太阳能系统给复叠式热泵系统提供热量。复叠式热泵热水机组与太阳能的结合能更好的解决各自的弊端，故设计了一种新型的复叠式太阳能热水机组，即能满足全年制热的需求，又能制取更高的热水，制热效率更高，寿命更长，适用性更广。

附图说明

图1是复叠式太阳能热水机组的系统框图；

图2是太阳能子系统与复叠式太阳能热水机组的系统简图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1是复叠式太阳能热水机组的系统框图。复叠式太阳能热水机组主体包括复叠式热泵系统26和太阳能系统18；其中复叠式热泵系统26由低温系统1和高温系统2组成；其中低温系统1由翅片换热器10，低温气液分离器5、低温系统压缩机3、低温系统四通阀4、主路节流装置9、辅路节流装置8，经济器7、低温系统换热器16组成；高温系统2由高温系统压缩机11、节流装置17、高温系统气液分离器14、高温系统四通阀12和高温系统换热器13；低温系统1和高温系统2通过中间换热器15进行热交换；还包括连接铜管及其系统内部的低温制冷剂和高温制冷剂压。

低温系统压缩机1的出气口与低温气液分离器5相连接，低温气液分离器5的出气口与低温系统四通阀4相连接，低温系统四通阀4分两路，一路直接与低温系统换热器16的入气口相连接，低温系统换热器16的出气口接第一电磁阀28；另一路接第二电磁阀29，第一电磁阀28和第二电磁阀29连接在一起后与翅片换热器10的入气口相连接；低温系统换热器16的入水口与太阳能系统18的出水口相连接；低温系统换热器16的出水口与太阳能系统18的入水口相连接。翅片换热器10与经济器7的入液口相连接，经济器7的回气口与低温系统压缩机3相连接；经济器7的一路出液口接辅路节流装置8后与另一路出液口相连后接主路节流装置9，主路节流装置9的出口接中间换热器15的一路换热通路后经过低温系统四通阀4与低温系统压缩机3相连接。

高温系统压缩机11经过高温系统气液分离器14后与高温系统四通阀12，进一步中间换热器15的一路换热通路相连，进一步经过节流装置17与高温系统换热器13，后再经过高温系统四通阀12回到高温系统压缩机

图2是太阳能子系统与复叠式太阳能热水机组的系统简图，太阳能系统18主要包括保温水箱21和真空管20；太阳能子系统与复叠式太阳能热水机组之间通过第一水阀开关23、第二水阀开关24、第三水阀开关25、第一水泵22、第四水阀开关32、第五水阀开关33以及水管进行连接。

其主要工作模式包括：低环温制热运行模式、高环温制热模式和低环温除霜运行模式。

一：低环温制热运行模式：

制热运行时，复叠式热泵系统26和太阳能系统18同时启动。通过复叠式热泵系统26为热水系统提供高温热水。

复叠式热泵系统26的高温系统2工作如下：高温系统压缩机11将气态低温低压的高温制冷剂吸入之后压缩成高温高压的高温制冷剂气体通过高温系统四通阀12后进入高温系统换热器13中进行放热，冷凝成高压的高温制冷剂液体经过节流装置17进行节流降压，变成低温低压的高温制冷剂气液混合物后进入中间换热器15进行蒸发吸热，变成低温低压的气态高温制冷剂经过高温系统四通阀12后进入高温系统气液分离器14，然后回到高温系统压缩机11中继续这个工作循环。

复叠式热泵系统26的低温系统1的工作如下：低温系统压缩机3将气态低温低压的低温制冷剂吸入之后压缩成高温高压的低温制冷剂气体经过低温系统四通阀4进入中间换热器15中进行放热给高温系统提供热源，高温高压的低温制冷剂气体经过中间换热器15之后冷却成冷凝成高压的低温制冷剂液体然后节流装置9，冷凝成高压的高温制冷剂液体经过节流装置9分成两路，一路节流降压成低温低压的低温气液混合制冷剂进入经济器7换热，然后通过低温部分翅片换热器10进行一次蒸发吸热，变成不完全蒸发低温低压的气态低温制冷剂再经过第一电磁阀28(第二电磁阀29关闭)，进入低温系统换热器16与太阳能系统18产生的热量进行二次蒸发吸热，变成蒸发完全的低温低压的气态低温制冷剂经过经过低温系统四通阀4回到低温气液分离器5，然后回到低温压缩机17中继续这个工作循环，另一路辅路的制冷剂通过经济器辅路节流阀8节流降压后经过经济器7进行吸热蒸发，变成气态制冷剂进入低温系统压缩机3的喷气增焓口中回到压缩机继续整个工作循环。

太阳能系统18工作如下：低温的水经过真空管20与太阳换热，变成中温的水储存在保温水箱21，再流经第三水阀开关32，通过第一水泵22工作再流经第四水阀开关32，进入机组26的板式低温系统换热器16与低温制冷剂换热，变成低温的水再经过第五水阀开关33、第二水阀开关24回到真空管20继续整个系统循环，充分给到热泵系统提供热量，以此解决低温时热泵系统低温侧热量不足的情况。

整个复叠式太阳能系统的运行离不开复叠式热泵系统26以及太阳能系统18的协作运行。复叠式热泵系统26低温系统1吸收外界环境的热量和太阳能系统18补充的热量不断给复叠式热泵系统26高温系统2提供足够的热量，高温系统2不断的给水箱19热水加热。

低环温下太阳能系统18只给复叠式热泵系统26提供热量，此时第一水阀开关30、第二水阀开关34、第二水泵27处于关闭状态。

二：高环温制热模式：

制热运行时，复叠式热泵系统26和太阳能系统18分别独立运行，各自给水箱19热水加热。

复叠式热泵系统26的高温系统2工作如下：高温系统压缩机11将气态低温低压的高温制冷剂吸入之后压缩成高温高压的高温制冷剂气体通过高温系统四通阀12后进入高温系统换热器13中进行放热，冷凝成高压的高温制冷剂液体经过节流装置17进行节流降压，变成低温低压的高温制冷剂气液混合物后进入中间换热器15进行蒸发吸热，变成低温低压的气态高温制冷剂经过高温系统四通阀12后进入高温系统气液分离器14，然后回到高温系统压缩机11中继续这个工作循环。

水箱低温的水通过管道经过水阀开关36，通过水泵38的运输再经过水阀开关35进入复叠式热泵机组26的高温系统换热器13与高温制冷剂换热，变成高温的水经过水阀开关31回到水箱19,机箱这个工作循环。

复叠式热泵系统26的低温系统1的工作如下：低温系统压缩机3将气态低温低压的低温制冷剂吸入之后压缩成高温高压的低温制冷剂气体经过低温系统四通阀4进入中间换热器15中进行放热给高温系统提供热源，高温高压的低温制冷剂气体经过中间换热器15之后冷却成冷凝成高压的低温制冷剂液体然后节流装置9，冷凝成高压的高温制冷剂液体经过节流装置9流降压成低温低压的低温气液混合制冷剂，然后通过低温部分翅片换热器10进行蒸发吸热，变成完全蒸发低温低压的气态低温制冷剂再经过第二电磁阀29(第一电磁阀28关闭)，再经过低温系统四通阀4进入低温气液分离器5，然后回到低温压缩机17中继续这个工作循环。

复叠式热泵机组26的低温系统1不断吸收外界环境的热量提供给高温系统2，高温2不断的给水箱19热水加热。

高环温时太阳能系统的热水不经过复叠式热泵机组的换热器。此时第一水阀开关23、第四水阀开关32、第五水阀开关33处于关闭状态。

太阳能系统18工作如下：水箱低温的水通过管道经过水阀开关37，通过第二水泵27的运输再经过第二水阀开关24，此时第五水阀开关33关闭，进入真空管20与太阳换热，变成高温的水储存在保温水箱21，再流经第三水阀开关32，再流经水阀30，此时第一水阀开关23关闭，回到保温水箱19继续整个系统循环。

高环温下，复叠式热泵系统26和太阳能系统18分别独立运行给水箱19加热，提高整个系统的加热效率，并且都能制取更高的水温，以满足客户的热水需求。

三.低环温除霜运行模式：

热泵系统在低温环境下运行难免会发生结霜的现象，热泵机组化霜的好坏直接决定着整个系统的制热效率，该新型的复叠式太阳能热水机组采用四通阀换向除霜，化霜时复叠式热泵机组26的高温系统2和低温系统1同时换向，低温系统1的第一电磁阀28关闭，第二电磁阀29开启，其具体除霜工作原理如下：

高温系统2的工作过程：高温系统压缩机11排出高温高压的制冷剂气体经过高温系统四通阀12，进入中间换热器15进行冷凝后变成低温高压的制冷剂液体，经过节流装置17中节流降压后，进入高温系统换热器13中蒸发，完成蒸发之后的低温低压制冷剂气体依次经过高温系统四通阀12，进入高温系统气液分离器14，然后回到高温系统压缩机11继续循环给低温系统1提供热量。

低温系统1：低温系统压缩机3排出高温高压的制冷剂气体通过低温系统四通阀4，经过第二电磁阀29，此时第一电磁阀28关闭，进入换热器10进行冷凝后变成低温高压的制冷剂液体，经过经济器7通过节流装置9节流降压后，进入中间换热器15中蒸发，完成蒸发之后的低温低压制冷剂气体依次经过低温系统四通阀4，进入低温气液分离器5，然后回到低温系统压缩机3继续循环直至完成除霜过程。

复叠式太阳能热水机组采用四通阀换向除霜，化霜速度更快，除霜更干净，提高机组的整体制热效率。

以上所揭露的仅为本实用新型一种实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属于实用新型所涵盖的范围。

Claims (4)

1.一种复叠式太阳能热水机组，其特征在于包括复叠式热泵系统和太阳能系统，复叠式热泵系统包括低温系统和高温系统，高温系统和低温系统通过中间换热器进行换热连接；太阳能系统通过低温系统换热器进行连接。

2.根据权利要求1所述的复叠式太阳能热水机组，其特征在于低温系统包括翅片换热器、低温气液分离器、低温系统压缩机、低温系统四通阀、主路节流装置、辅路节流装置、经济器和低温系统换热器，低温系统压缩机的出气口与低温气液分离器相连接，低温气液分离器的出气口与低温系统四通阀相连接，低温系统四通阀分两路，一路直接与低温系统换热器的入气口相连接，低温系统换热器的出气口接第一电磁阀；另一路接第二电磁阀，第一电磁阀和第二电磁阀连接在一起后与翅片换热器的入气口相连接；低温系统换热器的入水口与太阳能系统的出水口相连接；低温系统换热器的出水口与太阳能系统的入水口相连接。

3.根据权利要求2所述的复叠式太阳能热水机组，其特征在于翅片换热器与经济器的入液口相连接，经济器的回气口与低温系统压缩机相连接；经济器的一路出液口接辅路节流装置后与另一路出液口相连后接主路节流装置，主路节流装置的出口接中间换热器的一路换热通路后经过低温系统四通阀与低温系统压缩机相连接。

4.根据权利要求3所述的复叠式太阳能热水机组，其特征在于高温系统包括高温系统压缩机、节流装置、高温系统气液分离器、高温系统四通阀和高温系统换热器，高温系统压缩机经过高温系统气液分离器后与高温系统四通阀，进一步中间换热器的一路换热通路相连，进一步经过节流装置与高温系统换热器，后再经过高温系统四通阀回到高温系统压缩机。