專利名稱：直膨式太陽能熱泵空調熱水器的制作方法
技術領域：
一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，屬于采暖、空調和生活熱水設備技術領域。
背景技術：
在全球能源緊張、環境惡化的形勢下，采暖、空調與生活熱水的節能已成為節約能源、控制溫室效應的重要議題。在工業發達國家中，建筑運行能耗一般占社會總能耗的1/3以上。據保守數據，我國現在民用建筑運行能耗約占社會總能耗的1/4。隨著人民生活水平的提高，建筑運行能耗的比重將進一步增長。在我國建筑運行能耗中，采暖、空調與生活用水能耗達60％左右。由于采暖、空調與生活用水能耗是社會總能耗的大戶，也是溫室氣體CO2產生的大戶，可再生能源在該領域中的開發利用引起高度重視，使得熱泵技術的應用迅速發展。
熱泵是一種環保高效節能的采暖、空調與生活熱水設備。這種設備從自然能源中吸取熱、冷能。提升或降低溫度以適應建筑物采暖、生活熱水或空調的需求。根據獲取的自然能源的來源不同，熱泵大致可分為土壤源熱泵、水源熱泵、空氣源熱泵、以及太陽能輔助熱泵幾大類。使用熱泵供暖和生活熱水，同直接用電加熱相比，可以節約70％左右的電能。為了進一步提高熱泵供暖和生活熱水的性能系數，綜合利用太陽能和其它可再生能源的直膨式太陽能輔助熱泵(簡稱直膨式太陽能熱泵)逐步引起重視。直膨式太陽能熱泵把太陽能集熱器和熱泵蒸發器的功能結合起來成為一體，即太陽能集熱/散熱器。在太陽能集熱/散熱器中，液體制冷劑吸收太陽能蒸發。
日本2000年6月公開了一項直膨式太陽能熱泵空調熱水系統專利(英譯名Solar heat pump cooler/heater water heater，日本專利公告JP2000-171105)，該項專利所述的裝置同時具有冬季供暖、夏季制冷和全年生活熱水供應的功能。所述裝置把熱水分系統與空調/采暖室內換熱器并聯，不利于同時制冷/制熱水，不利于同時采暖/制熱水，且不能在極冷時利用熱水箱蓄熱或電輔助補償采暖。王如竹等2003年申請了名為“直膨式太陽能熱泵空調及熱水系統”的中國專利，并于2006年獲得中國專利授權(ZL03150625.9)。該專利利用蓄熱(冷)槽向室內供熱(冷)水，作為室內采暖(空調)的熱(冷)源，不適于用做住宅多聯機式或空氣處理機式設備。
目前，利用直膨式太陽能熱泵技術，從戶式集中采暖、空調和熱水供應的角度進行設計，形成多聯機式或國外流行的中央空氣處理機式的家用設備，報道極少，僅有的報道在設計、結構、控制等方面需要改進。
發明內容
本發明的直膨式太陽能熱泵空調熱水器針對直膨式太陽能熱泵技術在住宅集中采暖、空調和熱水供應方面存在的問題，提供一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器。它是住宅集中采暖、空調和熱水供應的一體化設備。可以實現的運行模式包括制冷模式(夏季空調)、制熱模式(冬季采暖)、制熱水模式、制冷/制熱水模式、以及制熱/制熱水模式。
本發明由室外機、室內機和熱水單元三大模塊組成。所述室外機結構如下壓縮機的進氣管與四通閥的B端接通；壓縮機的排氣管接頭分成兩路，一路經由第一個電磁閥，另一路經由熱水箱中的換熱器，然后合成一路，與四通閥的A端接通；四通閥的D端接管分成兩路，一路經過室外蒸發/冷凝器，另一路依次經過太陽能集熱/散熱器和第二個電磁閥，然后合成一路，接膨脹閥組件；膨脹閥組件的另一端分成兩路，一路經過第三個電磁閥，另一路經過室內機，然后合成一路，接四通閥的C端。
本發明的室內機的一種型式是多聯機式室內機群，包括一個或多個風機-蒸發/冷凝盤管末端裝置。室內機也可以是由風機、蒸發/冷凝盤管和金屬箱體組成的空氣處理機，風機和蒸發/冷凝盤管在金屬箱體內，金屬箱體有一個回風口，一個送風口，該送風口接室內空氣分配管網。
熱水單元包括熱水箱和置于熱水箱內的換熱器。熱水箱密封、耐壓、保溫。熱水箱上設有冷水接口、熱水接口、以及水溫控制器傳感元件接口。熱水箱內還可以增設電輔助加熱器，以便在極冷時起輔助加熱作用。可以由溫度控制器根據熱水箱的水溫控制第一個電磁閥和電輔助加熱器。
太陽能集熱/散熱器的上表面還可以安裝太陽能光伏電池，利用太陽能進行發電。
膨脹閥組件可以是具有膨脹降壓作用、滿足熱泵循環要求的單個部件，也可以是多個部件的組合。一種組合型式是由兩個互為反向的分別服務于制冷和制熱模式的通路并聯，每個通路由一個單向閥和一個膨脹閥構成。單向閥的作用是使每一個運行模式中，制冷劑只能流過這兩個并聯通路中的一個。
本發明集冬季采暖、夏季空調以及全年生活熱水供應等多種功能于一體，結構緊湊，占用有效空間少；一機多用，設備利用率高；綜合利用太陽能和環境空氣源，節能效果更加顯著，與現在采用的分散式住宅采暖、空調和生活熱水系統相比，本發明在總體上節能可達30％以上。
圖1是一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器的示意圖。
圖2是一種膨脹閥組件的示意圖。
圖中標號名稱1.壓縮機，2.四通閥，3.第一個電磁閥，4.太陽能集熱/散熱器，5.第二個電磁閥，6.室外蒸發/冷凝器，7.室外機風機，8.膨脹閥組件，9.第三個電磁閥，10.熱水箱，11.換熱器，12.電輔助加熱器，13.室外機，14.室內機，15.熱水單元，16.第一個單向閥，17.第一個膨脹閥，18.第二個單向閥，19.第二個膨脹閥。
具體實施例方式
圖1是本發明的一個優選實施方式。如圖1所示，本發明由室外機13、室內機14和熱水單元15組成。室外機13的結構如下壓縮機1的進氣管與四通閥2的B端接通；壓縮機1的排氣管接頭分成兩路，一路經由第一個電磁閥3，另一路經由熱水箱10中的換熱器11，然后合成一路，與四通閥2的A端接通；四通閥2的D端接管分成兩路，一路經過室外蒸發/冷凝器6，另一路依次經過太陽能集熱/散熱器4和第二個電磁閥5，然后合成一路，接膨脹閥組件8；膨脹閥組件8的另一端分成兩路，一路經過第三個電磁閥9，另一路經過室內機14，然后合成一路，接四通閥2的C端。
室內機14可以是多聯機式室內機群，也可以是由風機、蒸發/冷凝盤管和金屬箱體組成的空氣處理機，該空氣處理機的送風口接室內空氣分配管網。
熱水單元15包括熱水箱10和置于熱水箱內的換熱器11。熱水箱密封、耐壓、保溫。熱水箱上設有冷水接口、熱水接口、以及水溫控制器傳感元件接口。熱水箱10內還可以增設電輔助加熱器12，以便在極冷時起輔助加熱作用。
膨脹閥組件8可以是具有膨脹降壓作用、滿足熱泵循環要求的單個部件，也可以式多個部件的組合。一種組合膨脹閥組件8結合圖2所示，它由兩個互為反向的分別服務于制冷和制熱模式的通路并聯，一個通路由第一個單向閥16和第一個膨脹閥17構成，另一個通路由第二個單向閥18和第二個膨脹閥19構成。制冷模式時，制冷劑依次經過第一個單向閥16和第一個膨脹閥17，第二個單向閥18使另一個通路關閉。制熱模式時，制冷劑依次經過第二個單向閥18和第二個膨脹閥19，第一個單向閥16使自己所在的通路關閉。
以下結合圖1說明該實施方式的制冷模式(夏季空調)、制熱模式(冬季采暖)、制熱水模式、制冷/制熱水模式、以及制熱/制熱水模式。
1、制冷模式(夏季空調)。壓縮機1啟動。四通閥2的A端與D端接通，B端與C端接通。第三個電磁閥9關閉。第一個電磁閥3打開。高溫高壓氣體制冷劑經過壓縮機1的排氣口，經由第一個電磁閥3，進入四通閥2的A端，流出四通閥2的D端，進入室外蒸發/冷凝器6。在室外蒸發/冷凝器6內，該高溫高壓氣體制冷劑通過室外蒸發/冷凝器6釋放熱量給室外空氣，從而凝結成高溫高壓液體。然后，該高溫高壓液體經過膨脹閥組件8膨脹為低溫低壓的兩相流。該低溫低壓兩相流制冷劑進入室內機14的蒸發/冷凝盤管，通過該蒸發/冷凝盤管吸收室內空氣的熱量而蒸發成低溫低壓氣體，然后依次經過四通閥2的C端和四通閥2的B端，進入壓縮機1的進氣口。在壓縮機1中，該低溫低壓氣體制冷劑被壓縮成高溫高壓氣體制冷劑，完成了一個制冷循環。該制冷循環不斷重復，維持夏季制冷模式。室外機風機3可能開，也可能關，取決于太陽能集熱/散熱器是否由足夠的散熱能力。第二個電磁閥5由室外蒸發/冷凝器6的入口溫度和太陽能集熱/散熱器4的表面溫度控制。
2、制冷/制熱水模式。壓縮機1啟動。四通閥2的A端與D端接通，B端與C端接通。第三個電磁閥9關閉。第一個電磁閥3關閉。高溫高壓氣體制冷劑經過壓縮機1的排氣口，進入熱水箱10中的換熱器11，通過換熱器11釋放熱量給水。熱水箱10內的水吸熱后溫度升高，與此同時，高溫高壓氣體制冷劑變成高溫高壓兩相流(當水溫很低時，可能全部冷凝成液體)制冷劑，然后進入四通閥2的A端，流出四通閥2的D端，進入室外蒸發/冷凝器6。在室外蒸發/冷凝器6內，該高溫高壓兩相流制冷劑釋放熱量給室外空氣，從而凝結成高溫高壓液體制冷劑，然后經過膨脹閥組件8漸膨脹為低溫低壓的兩相流。該低溫低壓兩相流制冷劑進入室內機14的蒸發/冷凝盤管，通過該蒸發/冷凝盤管吸收室內空氣的熱量而蒸發成低溫低壓氣體，然后依次經過四通閥2的C端和四通閥2的B端，進入壓縮機1的進氣口。在壓縮機1中，該低溫低壓氣體制冷劑被壓縮成高溫高壓氣體制冷劑，完成了一個制冷循環。該循環不斷重復，維持制冷/制熱水模式。室外機風機3可能開，也可能關，取決于太陽能集熱/散熱器是否由足夠的散熱能力。第二個電磁閥5由室外蒸發/冷凝器6的入口溫度和太陽能集熱/散熱器4的表面溫度控制。
當熱水箱中的水溫達到設定值時，溫度控制器打開第一個電磁閥3，這時運行模式變為制冷模式。
3、制熱水模式。壓縮機1啟動。四通閥2的A端與C端接通，B端與D端接通。第二個電磁閥5打開。第三個電磁閥9打開。第一個電磁閥3關閉。高溫高壓氣體制冷劑經過壓縮機1的排氣口，進入熱水箱10中的換熱器11，通過換熱器11釋放熱量給熱水箱中的水，變成高溫高壓液體制冷劑。熱水箱10內的水吸熱后溫度升高。該高溫高壓液體制冷劑流出換熱器11，進入四通閥2的A端，流出四通閥2的C端，經過膨脹閥組件8膨脹為低溫低壓的兩相流。該低溫低壓兩相流分為兩路，一路經由第二個電磁閥5進入太陽能集熱/散熱器4，另一路進入室外蒸發/冷凝器6。在太陽能集熱/散熱器4和室外蒸發/冷凝器6中，兩相流中的液體制冷劑吸收來自環境空氣和太陽的熱能，蒸發成低溫低壓氣體制冷劑。該低溫低壓氣體經過四通閥2的D端、四通閥2的B端，進入壓縮機1的進氣口。在壓縮機1中，該低溫低壓氣體制冷劑被壓縮成高溫高壓氣體制冷劑，完成了一個制熱水循環。該循環不斷重復，維持制熱水模式。室外機風機3可能開，也可能關，取決于太陽能集熱/散熱器是否由足夠的供熱能力。
當室外溫度很低且無太陽，使得系統缺乏應有的制熱能力時，電輔助加熱器12通電補熱。當室外溫度很低且無太陽，使得系統運行不利于壓縮機的使用壽命時，壓縮機1和室外機風機3關閉，僅使用電輔助加熱器12制熱水。
4、制熱模式(冬季采暖)。壓縮機1啟動。四通閥2的A端與C端接通，B端與D端接通。第二個電磁閥5打開。第三個電磁閥9關閉。當室外環境使系統有足夠的制熱能力時，第一個電磁閥3打開。這時，高溫高壓氣體制冷劑經過壓縮機1的排氣口，經由第一個電磁閥3，進入四通閥2的A端，流出四通閥2的C端，進入室內機14的蒸發/冷凝盤管，通過該蒸發/冷凝盤管釋放熱量給室內空氣而冷凝成高溫高壓液體制冷劑。該高溫高壓液體制冷劑經過膨脹閥組件8膨脹為低溫低壓的兩相流。該低溫低壓兩相流分為兩路，一路經由第二個電磁閥5進入太陽能集熱/散熱器4，另一路進入室外蒸發/冷凝器6。在太陽能集熱/散熱器4和室外蒸發/冷凝器6中，兩相流中的液體制冷劑吸收來自環境空氣和太陽的熱能，蒸發成低溫低壓氣體制冷劑。該低溫低壓氣體經過四通閥2的D端、四通閥2的B端，進入壓縮機1的進氣口。在壓縮機1中，該低溫低壓氣體制冷劑被壓縮成高溫高壓氣體制冷劑，完成了一個制熱循環。該循環不斷重復，維持制熱模式。室外機風機3可能開，也可能關，取決于太陽能集熱/散熱器是否由足夠的供熱能力。
當室外溫度很低且無太陽，使得系統缺乏應有的制熱能力時，第一個電磁閥3關閉，電輔助加熱器12通電補熱。這時，氣體制冷劑經過壓縮機1的排氣口，進入熱水箱10中的換熱器11，通過換熱器11吸收熱水箱中的熱量后進入四通閥2的A端，流出四通閥2的C端，進入室內機14的蒸發/冷凝盤管。
5、制熱/制熱水模式。壓縮機1啟動。四通閥2的A端與C端接通，B端與D端接通。第二個電磁閥5打開。第三個電磁閥9關閉。第一個電磁閥3關閉。高溫高壓氣體制冷劑經過壓縮機1的排氣口，進入熱水箱10中的換熱器11，通過換熱器11釋放熱量給熱水箱中的水，水吸熱后溫度升高，與此同時，高溫高壓氣體制冷劑變成高溫高壓兩相流，進入四通閥2的A端，流出四通閥2的C端，進入室內機14的蒸發/冷凝盤管，通過該蒸發/冷凝盤管釋放熱量給室內空氣而冷凝成高溫高壓液體制冷劑。該高溫高壓液體制冷劑經過膨脹閥組件8膨脹為低溫低壓的兩相流。該低溫低壓兩相流分為兩路，一路經由第二個電磁閥5進入太陽能集熱/散熱器4，另一路進入室外蒸發/冷凝器6。在太陽能集熱/散熱器4和室外蒸發/冷凝器6中，兩相流中的液體制冷劑吸收來自環境空氣和太陽的熱能，蒸發成低溫低壓氣體制冷劑。該低溫低壓氣體經過四通閥2的D端、四通閥2的B端，進入壓縮機1的進氣口。在壓縮機1中，該低溫低壓氣體制冷劑被壓縮成高溫高壓氣體制冷劑，完成了一個制熱循環。該循環不斷重復，維持制熱/制熱水模式。室外機風機3可能開，也可能關，取決于太陽能集熱/散熱器是否由足夠的供熱能力。
當室外溫度很低且無太陽，使得系統缺乏應有的制熱能力時，電輔助加熱器12通電補熱。
權利要求
1.一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，由室外機(13)、室內機(14)和熱水單元(15)組成，其特征在于所述室外機(13)結構如下壓縮機(1)的進氣管與四通閥(2)的B端接通；壓縮機(1)的排氣管接頭分成兩路，一路經由第一個電磁閥(3)，另一路經由熱水箱(10)中的換熱器(11)，然后合成一路，與四通閥(2)的A端接通；四通閥(2)的D端接管分成兩路，一路經過室外蒸發/冷凝器(6)，另一路依次經過太陽能集熱/散熱器(4)和第二個電磁閥(5)，然后合成一路，接膨脹閥組件(8)；膨脹閥組件(8)的另一端分成兩路，一路經過第三個電磁閥(9)，另一路經過室內機(14)，然后合成一路，接四通閥(2)的C端。
2.根據權力要求1所述的一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，其特征在于所述的室內機(14)是多聯機式室內機群。
3.根據權力要求1所述的一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，其特征在于所述的室內機(14)是由風機、蒸發/冷凝盤管和金屬箱體組成的空氣處理機；風機和蒸發/冷凝盤管在金屬箱體內；該金屬箱體有一個回風口，一個送風口；該送風口接室內空氣分配管網。
4.根據權力要求1所述的一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，其特征在于所述的太陽能集熱/散熱器(4)的上表面安裝有太陽能光伏電池。
5.根據權力要求1所述的一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，其特征在于所述的膨脹器組件(8)是單個部件，或多個部件的組合。
6.根據權力要求1所述的一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，其特征在于所述的熱水單元(15)包括熱水箱(10)和置于熱水箱(10)內的換熱器(11)；熱水箱(14)上設有冷水接口、熱水接口、以及水溫控制器傳感元件接口。
7.根據權力要求1所述的任一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，其特征在于所述的熱水箱(10)內設有電輔助加熱器(12)。
全文摘要
一種直膨式太陽能熱泵空調熱水器，屬采暖、空調和生活熱水設備技術領域。它由室外機(13)、室內機(14)和熱水單元(15)組成，其室外機(13)的壓縮機(1)進氣管與四通閥(2)的B端接通；排氣管接頭分兩路，一路經第一個電磁閥(3)，另一路經換熱器(11)，然后合成一路與四通閥(2)A端接通；四通閥(2)D端接管分成兩路，一路經室外蒸發/冷凝器(6)，另一路依次經太陽能集熱/散熱器(4)和第二個電磁閥(5)，合成一路，接膨脹閥組件(8)；膨脹閥組件(8)的另一端分成兩路，一路經第三個電磁閥(9)，另一路經室內機(14)，合成一路，接四通閥(2)的C端。本發明結構緊湊，一機多用，節能環保。
文檔編號F24H4/04GK101055119SQ20071002228
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月14日 優先權日2007年5月14日
發明者方賢德, 楊婷婷 申請人:南京航空航天大學