CN218645633U - 一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统，包括太阳能供电组件、压缩机、冷凝器、供热装置、主路膨胀阀、支路膨胀阀、中间换热器、蒸发器、风冷换热装置；太阳能供电组件与压缩机电连接；压缩机的输出端与冷凝器连接；冷凝器与供热装置导热连接；冷凝器输出端分别连接一条主路和支路，主路上依次设有中间换热器、主路膨胀阀，支路上设有支路膨胀阀，支路膨胀阀之后的支路通过中间换热器与主路导热连接；支路经过中间换热器之后与压缩机的压缩腔连接；主路在主路膨胀阀与压缩机之间连接有蒸发器；风冷换热装置与蒸发器导热连接。本实用新型可有效提升制热量和COP，降低碳排放。

Description

一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统

技术领域

本实用新型涉及供暖设备领域，具体涉及一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统。

背景技术

随着国家提出“碳中和”和“碳达峰”的目标，节能低碳产业深入渗透至生产生活的各方面。自“煤改电”政策落实后，对北方地区工商业和住宅建筑的热泵供暖设备提出新的要求。分体式超低温空气源热泵技术在热泵行业发展过程中，体现着核心技术的关键角色，有明显的清洁取暖示范和促进作用。

现有技术中的热泵，采用以煤炭为主要原料所生产出的市电作为能源，驱动压缩机工作。而热泵系统的工作过程属于逆卡诺循环，其工作效率与介质的性能、系统的设计有着密切联系。单纯的压缩机压缩介质工作过程会造成浪费能量较多，降低了系统的制热量和COP。同时，介质在系统中经历压力和温度的升降循环，其工作性能与工作参数有直接联系，进而影响到压缩机及系统中其余部件的工况。任由介质在不合理的工作参数下工作，也会大大降低系统的工作效率，提高能耗。

不难看出，现有技术还存在一定的缺陷。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统，提升制热量和COP，降低碳排放。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统，包括太阳能供电组件、压缩机、冷凝器、供热装置、主路膨胀阀、支路膨胀阀、中间换热器、蒸发器、风冷换热装置；太阳能供电组件与压缩机电连接；压缩机的输出端与冷凝器连接；冷凝器与供热装置导热连接；冷凝器输出端分别连接一条主路和支路，主路上依次设有中间换热器、主路膨胀阀，支路上设有支路膨胀阀，支路膨胀阀之后的支路通过中间换热器与主路导热连接；支路经过中间换热器之后与压缩机的压缩腔连接；主路在主路膨胀阀与压缩机之间连接有蒸发器；风冷换热装置与蒸发器导热连接。

进一步的，所述供热装置包括循环水泵和供热管路；供热管路为循环连接的闭环管路，其与冷凝器导热连接；循环水泵设于供热管路上。

进一步的，所述风冷换热装置包括与蒸发器导热连接的换热风机。

进一步的，所述风冷换热装置包括载冷管路、载冷剂泵及换热风机；载冷管路为循环连接的闭环管路，其与蒸发器导热连接；载冷剂泵设于载冷管路上；至少一组换热风机与载冷管路导热连接。

进一步的，所述供热管路上设有一条除霜管路，除霜管路与蒸发器导热连接。

进一步的，所述蒸发器上设有除霜电热装置，所述太阳能供电组件与除霜电热装置电连接。

进一步的，还包括太阳能供暖组件；太阳能供暖组件包括太阳能集热器、储热水箱、供暖水泵及供暖阀门；太阳能集热器与储热水箱连接，储热水箱的出水口连接供暖阀门，供暖阀门之后通过管路与供热装置连接，且供热装置与太阳能集热器之间通过管路连接，供热装置与太阳能集热器之间设有供暖水泵。

进一步的，所述冷凝器上设有控温电热装置，所述太阳能供电组件与控温电热装置电连接。

进一步的，所述冷凝器的出口或蒸发器上设有温度传感器。

本实用新型提供的一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统，具有以下优点：

采用两相喷射技术，以冷凝器之后的介质自身进行能量的交换，及辅助压缩机工作，提高工作效率；

利用太阳能辅助供能，理论上可实现零排放；

利用太阳能优化系统的架构，使热泵系统成为一个介质与电热的复合型新能源系统，明显提升效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的采用换热风机换热的一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统的整体结构示意图。

图2为本实用新型提供的采用载冷管路换热的一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统的整体结构示意图。

附图标记说明：

1、太阳能供电组件 2、压缩机

3、冷凝器 4、主路膨胀阀

5、支路膨胀阀 6、中间换热器

7、蒸发器 8、循环水泵

9、换热风机 10、载冷管路

11、载冷剂泵 12、除霜电热装置

13、太阳能集热器 14、储热水箱

15、供暖水泵 16、供暖阀门

17、控温电热装置

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例和附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，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做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。

实施例一

请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统，包括太阳能供电组件1、压缩机2、冷凝器3、供热装置、主路膨胀阀4、支路膨胀阀5、中间换热器6、蒸发器7、风冷换热装置；太阳能供电组件1与压缩机2电连接；压缩机2的输出端与冷凝器3连接；冷凝器3与供热装置导热连接；冷凝器3输出端分别连接一条主路和支路，主路上依次设有中间换热器6、主路膨胀阀4，支路上设有支路膨胀阀5，支路膨胀阀5之后的支路通过中间换热器6与主路导热连接；支路经过中间换热器6之后与压缩机2的压缩腔连接；主路在主路膨胀阀4与压缩机2之间连接有蒸发器7；风冷换热装置与蒸发器7导热连接。

本实用新型最大的特点是，应用了太阳能供电组件1，实现了压缩机2的能量供给，从而实现了节能减排的目的。理论上，压缩机2同时接市电和太阳能供电组件1，在太阳能不足时可用市电补足能源。但理论上，在太阳能充裕的时间，可以实现零排放。

太阳能供电组件1，一般包含光伏太阳能板，以及逆变器、蓄电池等电气组件，通过依次电连接在一起的光伏太阳能板、逆变器、蓄电池实现太阳能发电供电。这属于现有技术人员所公知的技术。

同时，对系统的设计进行了优化设计，采用了两相喷射技术，明显提升了压缩机2的制热量和COP。

其工作过程是：介质进入压缩机2，被压缩后加压至高温高压气态，该过程为增焓过程；随后介质进入冷凝器3，对供热装置释放热量，随后介质被冷凝至液态，分别进入主路和支路，该过程为降焓过程；支路的介质经过支路膨胀阀5降压后，进入两相区间；此时，主路的介质经过中间换热器6与支路的两相介质发生热交换，支路的两相介质增焓、主路的液态介质降焓；主路的液态介质经过主路膨胀阀4降压后，进入两相区间；随后主路的两相介质进入蒸发器7，重新吸收热量，蒸发至气态，该过程为增焓过程；随后，主路的介质重新进入压缩机2进行压缩，同时支路的介质喷射入压缩机2的压缩腔，辅助压缩机2的增压。从而完成一个完整的工作循环。

上述循环中，冷凝器3释放出的热会被供热装置利用，用于用户的室内供暖，蒸发器7则设于室外端。

请参阅图2，具体的，所述供热装置优选包括循环水泵8和供热管路；供热管路为循环连接的闭环管路，其与冷凝器3导热连接；循环水泵8设于供热管路上。循环水泵8工作，驱动内部的供暖介质液循环流动，用于室内供暖。

蒸发器7具有两种促进换热的优选结构。

作为第一种优选结构，所述风冷换热装置包括与蒸发器7导热连接的换热风机9。

直接采用换热风机9换热，是常规的换热结构，具有结构简单、成本低的优点。但蒸发器7的自然热交换，相对效率较低，容易导致换热不彻底，主路介质增焓不足的情况。

另一种优选结构是，所述风冷换热装置包括载冷管路10、载冷剂泵11及换热风机9；载冷管路10为循环连接的闭环管路，其与蒸发器7导热连接；载冷剂泵11设于载冷管路10上；至少一组换热风机9与载冷管路10导热连接。

虽然该换热结构相对复杂，但载冷管路10能够充分与蒸发器7热交换，它具有特殊的优势：①一个系统可采用多台换热风机9，可以很好地解决换热风机9的除霜问题，利用系统制取的介质热量对换热风机9除霜，可实现不间断制热除霜；②多台换热风机9可充分利用换热面积，通过载冷剂泵11循环驱动载冷介质与室外空气换热，容易实现分液均匀，提高换热风机9的传热面积利用率；③可以与太阳能等有机结合，利用复合热源提高整个系统的运行性能。

具体的，所述供热管路上设有一条除霜管路(未图示)，除霜管路与蒸发器7导热连接，用于除霜。

或者，所述蒸发器7上设有除霜电热装置12，所述太阳能供电组件1与除霜电热装置12电连接，可利用太阳能供电装置的电能实现除霜。

作为进一步的优选，还包括太阳能供暖组件；太阳能供暖组件包括太阳能集热器13、储热水箱14、供暖水泵15及供暖阀门16；太阳能集热器13与储热水箱14连接，储热水箱14的出水口连接供暖阀门16，供暖阀门16之后通过管路与供热装置连接，且供热装置与太阳能集热器13之间通过管路连接，供热装置与太阳能集热器13之间设有供暖水泵15。

供暖水泵15可带动供暖介质液在用户端、太阳能集热器13、储热水箱14之间流动。利用太阳能辅助加热供暖介质液，实现对用户端的供暖，能够补足热泵系统的效果，降低压缩机2的工作负荷。其与压缩机2的工作是相辅相成的。从而可降低帮助压缩机2保持在最高效、最节能的工况区间，对提高系统的工作效率、提升COP具有积极作用。

另一种有效的改进手段是，所述冷凝器3上设有控温电热装置17，所述太阳能供电组件1与控温电热装置17电连接。

具体，还可以在系统的冷凝器3的出口、蒸发器7等部件上设置温度传感器(未图示)，辅助监控系统的状态，从而加强对控温电热装置17的控制。利用太阳能对冷凝器3进行加热，那么压缩机2出来的高温高压介质在冷凝放热过程中，放出能量的量就更可控，更在一个合适温度范围内。因此到蒸发器7的介质也会控制在更适合的状态，压缩机2也能控制在更合适的工况。整体系统就更有利于维持高效、稳定的工作状态。

尤其对于上文提及的两相喷射系统，主路与支路的能量交换效率，很大程度依赖于冷凝器3出口的主路的能量值，其保持在合理范围，能够使两相喷射系统发挥更大的优势。

例如，根据压缩机2的性能，其本身具有一个较高效的额定功率，介质根据其自身性能也具有一个较高效的工作温度。当温度传感器检测到冷凝后介质的温度低于预设值，证明用户端的供暖需求过高，则提高太阳能供暖组件或控温电热装置17的供热量，用以补足热泵系统的供暖不足，从而降低压缩机2的负荷，让压缩机2维持在高效的额定工作状态。反之，若温度传感器检测到介质的温度较高，证明用户端的供暖需求下降，可以适当降低太阳能供暖组件或控温电热装置17的供热量，以维持压缩机2在额定状态下工作；或可直接采用太阳能供暖组件直接供热。

本实用新型提供的一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统，一方面采用了两相喷射的系统架构设计，利用冷凝器3之后分别设置的主路和支路，实现能量交换，支路再接入压缩机2辅助压缩机2工作，有效提升工作效率。另一方面，采用了太阳能的供能方式，实现低碳甚至零碳排放。且太阳能并非单纯的提供能源，还能与热泵系统结合，辅助热泵系统进入合理工况，从而优化热泵系统，实现节能减排。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：包括太阳能供电组件、压缩机、冷凝器、供热装置、主路膨胀阀、支路膨胀阀、中间换热器、蒸发器、风冷换热装置；太阳能供电组件与压缩机电连接；压缩机的输出端与冷凝器连接；冷凝器与供热装置导热连接；冷凝器输出端分别连接一条主路和支路，主路上依次设有中间换热器、主路膨胀阀，支路上设有支路膨胀阀，支路膨胀阀之后的支路通过中间换热器与主路导热连接；支路经过中间换热器之后与压缩机的压缩腔连接；主路在主路膨胀阀与压缩机之间连接有蒸发器；风冷换热装置与蒸发器导热连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：所述供热装置包括循环水泵和供热管路；供热管路为循环连接的闭环管路，其与冷凝器导热连接；循环水泵设于供热管路上。

3.根据权利要求2所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：所述风冷换热装置包括与蒸发器导热连接的换热风机。

4.根据权利要求2所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：所述风冷换热装置包括载冷管路、载冷剂泵及换热风机；载冷管路为循环连接的闭环管路，其与蒸发器导热连接；载冷剂泵设于载冷管路上；至少一组换热风机与载冷管路导热连接。

5.根据权利要求2所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：所述供热管路上设有一条除霜管路，除霜管路与蒸发器导热连接。

6.根据权利要求3或4所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：所述蒸发器上设有除霜电热装置，所述太阳能供电组件与除霜电热装置电连接。

7.根据权利要求1-5任一所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：还包括太阳能供暖组件；太阳能供暖组件包括太阳能集热器、储热水箱、供暖水泵及供暖阀门；太阳能集热器与储热水箱连接，储热水箱的出水口连接供暖阀门，供暖阀门之后通过管路与供热装置连接，且供热装置与太阳能集热器之间通过管路连接，供热装置与太阳能集热器之间设有供暖水泵。

8.根据权利要求1-5任一所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：所述冷凝器上设有控温电热装置，所述太阳能供电组件与控温电热装置电连接。

9.根据权利要求8所述的太阳能高效环保两相喷射热泵系统，其特征在于：所述冷凝器的出口或蒸发器上设有温度传感器。

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