CN212029705U

CN212029705U - 一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统

Info

Publication number: CN212029705U
Application number: CN202020324771.7U
Authority: CN
Inventors: 赵麒瀚; 赵薇; 邵雪; 姜明明; 周胜华
Original assignee: Liaoning University of Technology
Current assignee: Liaoning University of Technology
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-11-27
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，包括太阳能集热蒸发器、变频压缩机、冷凝换热器、电子膨胀阀、气液分离器5和低谷蓄热水箱；冷凝换热器水侧回水口连接冷水管路，冷凝换热器水侧出水口连接低谷电蓄热水箱，其特殊之处是：所述太阳能集热蒸发器为裸板式金属集热板且内部为制冷剂通道；所述太阳能集热蒸发器出口通过气液分离器、变频压缩机、冷凝换热器制冷剂侧、第二电动阀、电子膨胀阀及连接管路一与太阳能集热蒸发器进口相连，构成直膨式太阳能热泵循环回路，在冷凝换热器制冷剂侧通过第二电动阀和第一电动阀并联相变蓄热器。通过并联相变蓄热器除霜，可以强化太阳能集热蒸发器传热效果，提高太阳能全年利用率。

Description

一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统

技术领域

本实用新型涉及一种太阳能热水系统，具体地说，是一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统。

背景技术

热水能耗是我国建筑能耗的一个重要组成部分。我国民用建筑热水能耗占总建筑能耗的15-20％，商业建筑热水能耗占总建筑能耗的20-40％。随着生活水平的提高，用户对热水的需求不断增加，热水能耗比例不断提高。具有运行费用低、高效节能环保、运行稳定等特点的生活热水系统成为了迫切的需要。

太阳能清洁无污染，我国太阳能资源丰富，利用太阳能制备生活热水是太阳能最广泛的应用技术之一。然而传统太阳能热水系统易受气候变化以及昼夜的影响，无法全天候运行，保证系统稳定运行成为高效利用太阳能资源的关键点。将太阳能集热器与蒸发器结合的直膨式太阳能热泵，兼顾了较高的集热效率和制热效率，满足高效制备生活热水需求。

直膨式太阳能热泵在夏热冬冷、寒冷及严寒地区使用时，蒸发器外表面结霜将导致制热量降低，蒸发压力降低，以至于压缩机低压保护开启停机。蒸发器结霜问题制约了直膨式太阳能热泵的应用。目前常见的除霜方式有电加热除霜、逆循环除霜和吸气旁通除霜，存在除霜能耗较高、降低热水温度等问题。

CN105716329A提出了一种直膨式太阳能热泵系统，但没有考虑冬季除霜方式，不适用于我国夏热冬冷及寒冷地区使用；CN108731084A提出了一种太阳能与空气源热泵联合供暖兼除霜系统，但采用间接连接的太阳能集热器，换热效率低，并且改进的逆循环除霜方式相对复杂。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服已有技术的不足，提出一种结构简单的具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统。本系统可以充分利用太阳能、空气能可再生能源，利用并联相变蓄热器，合理补充低谷电蓄热，满足夏热冬冷及寒冷地区冬季生活热水需求，并保证系统运行稳定、高效。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，包括太阳能集热蒸发器、变频压缩机、冷凝换热器、电子膨胀阀、气液分离器5和低谷蓄热水箱；冷凝换热器水侧回水口连接冷水管路，冷凝换热器水侧出水口连接低谷电蓄热水箱，低谷电蓄热水箱热水出口通过第三电动阀连接热水供水管路；其特殊之处是：所述太阳能集热蒸发器为裸板式金属集热板且内部为制冷剂通道；所述太阳能集热蒸发器出口通过气液分离器、变频压缩机、冷凝换热器制冷剂侧、第二电动阀、电子膨胀阀及连接管路一与太阳能集热蒸发器进口相连，构成直膨式太阳能热泵循环回路，在冷凝换热器制冷剂侧通过第二电动阀和第一电动阀并联相变蓄热器。

进一步地，所述电子膨胀阀进口端通过连接管路二和设置在连接管路二上的第四电动阀与气液分离阀连接。

进一步地，所述相变蓄热器出口与连接管路一的电子膨胀阀进口管路连接，所述相变蓄热器进口通过第一电动阀与所述连接管路一的变频压缩机出口管路连接。

进一步地，所述相变蓄热器为双层套筒结构，最内侧管内走制冷剂，夹层内装有相变蓄热材料，最外侧设有保温层。

本实用新型充分利用太阳能替代传统化石燃料提供建筑采暖季热水需求，具有太阳能直接供热模式、太阳能蓄热供热模式、低谷电蓄热供热模式、除霜模式，对节能减排具有积极作用。通过并联相变蓄热器除霜，可以强化太阳能集热蒸发器传热效果，提高太阳能全年利用率。通过能量梯级利用的供热方法，具有能量利用合理、运行管理方便等优点。与现有技术相比可以实现可再生能源稳定供热，具有较好的经济效益和应用前景。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2是相变蓄热器的结构示意图；

图3是低谷电蓄热水箱的结构示意图。

图中：1-太阳能集热蒸发器；2-变频压缩机；3-冷凝换热器；4-电子膨胀阀；5-气液分离器；6-相变蓄热器；7-蓄热水箱；8～13-温度传感器；14-第一电动阀；15-第二电动阀；16-第三电动阀,17-第四电动阀，18-连接管路一，19- 连接管路二。

具体实施方式

本实用新型提供了一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，下面通过附图和具体实施例对本实用新型做进一步说明。

该具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，包含太阳能集热蒸发器1，变频压缩机2，冷凝换热器3，电子膨胀阀4，气液分离器5，相变蓄热器6，低谷电蓄热水箱7，温度传感器8-温度传感器13、第一电动阀14，第二电动阀15，第三电动阀16，第四电动阀17、连接管路一18和连接管路二19。

所述太阳能集热蒸发器1为裸板式太阳能集热板，板材为金属，采用热压吹胀法加工，内部为制冷剂通道，上表面刷涂太阳能选择性吸收涂层；所述冷凝换热器3为间壁式换热器，一侧工作介质为制冷剂，另一侧工作介质为水；冷凝换热器3水侧回水口连接冷水管路，冷凝换热器3水侧出水口连接低谷电蓄热水箱7，低谷电蓄热水箱7热水出口通过第三电动阀16连接热水供水管路。

所述太阳能集热蒸发器1出口通过气液分离器5、变频压缩机2、冷凝换热器3制冷剂侧、第二电动阀15、电子膨胀阀4及连接管路一18与太阳能集热蒸发器1进口相连，构成直膨式太阳能热泵循环回路；在冷凝换热器3制冷剂侧通过第二电动阀15和第一电动阀14并联相变蓄热器6，所述相变蓄热器6 出口连接电子膨胀阀4进口管路，所述相变蓄热器6进口通过第一电动阀14 连接变频压缩机2出口管路；电子膨胀阀4进口端通过连接管路二19和设置在连接管路二19上的第四电动阀17与气液分离阀5连接。

在所述连接管路一18的太阳能集热蒸发器1出口管路和电子膨胀阀4进口管路上分别设置温度传感器8和9，在冷凝换热器3水侧回水口和出水口上分别设置温度传感器10和11，在连接管路一18的变频压缩机出口管路上设置温度传感器13。

如图2所示，所述相变蓄热器6为双层套筒结构，最内侧管内走制冷剂，夹层内装有相变蓄热材料601，最外侧设有保温层602。

如图3所示，所述低谷电蓄热水箱7内部设有导流板701和变频加热器702，外部设有保温层703，水箱内部设置温度传感器12。

具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，其供热及控制具体方法如下：

确定相变蓄热器6的蓄热量，合理匹配太阳能集热蒸发器1、低谷电蓄热水箱7，根据建筑热水负荷变化规律，建立能量梯级利用的供热机制。

当太阳能充足时，直膨式太阳能热泵运行，开启太阳能集热蒸发器1、冷凝换热器3、电子膨胀阀4、太阳能集热蒸发器1、气液分离器5、变频压缩机 2，太阳能集热蒸发器1收集热量，通过冷凝换热器3换热后，经低谷电蓄热水箱7向用户提供热水，同时向低谷电蓄热水箱7蓄热；当太阳能不足时，直膨式太阳能热泵关闭，提取低谷电蓄热水箱7的蓄热向用户提供热水；当出现连续阴雪天气或寒冷天气时，开启蓄热水箱7的变频电加热器702利用谷电蓄热的方式向用户提供热水；当太阳能集热蒸发器1结霜，开启相变蓄热器6除霜。

该系统在不同室外气候条件和热水负荷条件下，处于不同的运行模式。运行模式主要有：太阳能直接供热模式、太阳能蓄热供热模式、低谷电蓄热供热模式、除霜模式。具体运行流程如下：

1、太阳能较丰富，建筑热水负荷较小，运行太阳能直接供热模式。当太阳能集热蒸发器1的进出口温度≥温度设定值(如8-10℃)，变频压缩机2、第二电磁阀15开启，低谷电蓄热水箱7供水温度≥温度设定值(如40-60℃)时，第三电磁阀16开启向用户供热。在满足热水负荷的前提下，如果太阳能有富余，同时向低谷电蓄热水箱7蓄热。

2、太阳能辐照度较低，建筑热水热负荷大，运行太阳能蓄热供热模式。当太阳能集热蒸发器1的进出口温度＜温度设定值(如8-10℃)且蓄热水箱7供水温度≥温度设定值(如40-60℃)时，开启第三电磁阀16，利用低谷电蓄热水箱7的蓄热量向用户供热。

3、出现连续阴雪天气或室外温度极低，运行低谷电蓄热供热模式。当蓄热水箱7供水温度＜温度设定值(如40-60℃)时，在低谷电时段(如23:00-7:00) 开启低谷蓄热水箱7的变频电加热器702蓄热；供热水时段开启第三电磁阀16，向用户供热。

4、当室外温度较低，运行除霜模式。当室外温度≤温度设定值(如0℃)，太阳能集热蒸发器1出口温度≤温度设定值(如8-10℃)时，关闭第二电磁阀 15，开启变频压缩机2和相变蓄热器6，释放相变蓄热材料601储存的热量除霜。

5、当室外温度较低，太阳能较丰富，运行相变蓄热器蓄热模式。当室外温度≤温度设定值(如0℃)且太阳能集热蒸发器1的进出温度≥温度设定值(如 8-10℃)时，每天在固定时间段(如14:00-15:00)变频压缩机2开启，第一、二、三电磁阀14、15、16开启，在向用户供热的同时，将部分热量储存于相变蓄热器6中。

以上仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，包括太阳能集热蒸发器、变频压缩机、冷凝换热器、电子膨胀阀、气液分离器和低谷蓄热水箱；冷凝换热器水侧回水口连接冷水管路，冷凝换热器水侧出水口连接低谷电蓄热水箱，低谷电蓄热水箱热水出口通过第三电动阀连接热水供水管路；其特征是：所述太阳能集热蒸发器为裸板式金属集热板且内部为制冷剂通道；所述太阳能集热蒸发器出口通过气液分离器、变频压缩机、冷凝换热器制冷剂侧、第二电动阀、电子膨胀阀及连接管路一与太阳能集热蒸发器进口相连，构成直膨式太阳能热泵循环回路，在冷凝换热器制冷剂侧通过第二电动阀和第一电动阀并联相变蓄热器。

2.根据权利要求1所述的一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，其特征是：所述电子膨胀阀进口端通过连接管路二和设置在连接管路二上的第四电动阀与气液分离阀连接。

3.根据权利要求1所述的一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，其特征是：所述相变蓄热器出口与连接管路一的电子膨胀阀进口管路连接，所述相变蓄热器进口通过第一电动阀与所述连接管路一的变频压缩机出口管路连接。

4.根据权利要求1所述的一种具有相变除霜功能的直膨式太阳能热泵热水系统，其特征是：所述相变蓄热器为双层套筒结构，最内侧管内走制冷剂，夹层内装有相变蓄热材料，最外侧设有保温层。