一種蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，包括太陽能集熱器，太陽能蓄水箱，溫度轉(zhuǎn)換蓄水箱，熱管換熱器，分水器，集水器，地埋管換熱器，熱泵機組，室內(nèi)機，本實用新型能滿足制冷、供熱以及生活熱水供應(yīng)，其中太陽能集熱系統(tǒng)可以實現(xiàn)季節(jié)性蓄熱，溫度轉(zhuǎn)換蓄水箱可以實現(xiàn)冬季高品質(zhì)供暖，夏季代替現(xiàn)今太陽能地源熱泵系統(tǒng)中以太陽能熱水為驅(qū)動力的吸收式或吸附式制冷設(shè)備，采用“降膜法換熱”對冷凝熱進行回收，實現(xiàn)高效制冷，因此，采用地源熱泵系統(tǒng)蓄熱型太陽能系統(tǒng)間歇運行，有利于地下溫度場的恢復(fù)，從而提高地埋管換熱效率，增加地源熱泵系統(tǒng)使用年限。
【專利說明】一種蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種太陽能地源熱泵，尤其涉及一種蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]2011年5月19日出臺的《國土資源“十二五”規(guī)劃綱要》指出“十二五”期間要加大能源礦產(chǎn)勘查力度，節(jié)約利用資源、開發(fā)新能源、增加可再生能源技術(shù)研發(fā)和使用。21世紀初，我國就開始了地源熱泵工程的實踐，基本上以每年20%?25%的速度在增長，然而，地源熱泵系統(tǒng)在使用過程中夏季累計向地下釋放的熱量與冬季累計從地下吸取的熱量之比為2.36，連續(xù)長期地運行，會從地下過多地取熱或向地下過多地散熱，造成地下溫度場的波動，降低機組的C0P值，增加系統(tǒng)的能耗，而且影響地埋管換熱效率，甚至?xí)?dǎo)致地埋管不能工作，另外，在我國北方或南方地區(qū)冷熱負荷均較大且極不平衡，單獨使用地源熱泵，初投資太高。這樣一來，地源熱泵系統(tǒng)就很難實現(xiàn)預(yù)期的經(jīng)濟效益，而且，現(xiàn)行太陽能地源熱泵，對太陽能的利用偏低，因此，改變太陽能和地源熱泵系統(tǒng)耦合工作方式，提高了能源利用率，對地源熱泵系統(tǒng)的普及和發(fā)展具有重要意義。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為了克服現(xiàn)有地源熱泵單獨工作時長期從地下取熱或向地下放熱會造成地下冷熱負荷不平衡，影響地埋管換熱器的換熱效率，增加系統(tǒng)能耗的不足，本實用新型提供一種蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，系統(tǒng)中太陽能集熱系統(tǒng)與地源熱泵系統(tǒng)耦合運行，不僅能實現(xiàn)傳統(tǒng)的制冷、供熱以及生活熱水的供應(yīng)，而且，在系統(tǒng)還能回收冷凝熱，實現(xiàn)能源的高效利用。
[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]一種蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，包括太陽能集熱器(1)，太陽能蓄水箱
(2)，溫度交換蓄水箱(40)，熱管換熱器(42)，分水器(44)，集水器(46)，地埋管換熱器(47)，熱泵機組(48)，室內(nèi)機(50)；
[0006]所述的太陽能蓄水箱(2)分出4條管路，兩條與太陽能集熱器(1)相連，一條連接到室內(nèi)自來水管上，通過補水口(29)來補水，由閥門(3)來控制，還有一條與溫度交換蓄水箱(40)相連，在太陽能蓄水箱(2)與溫度交換蓄水箱(40)相連管路上設(shè)置了閥門(4)、閥門(5)、閥門(6)、閥門(7)、閥門(8)、閥門(9)、閥門(10)；
[0007]所述的溫度交換蓄水箱(40)通過閥門(8)，閥門(9)，轉(zhuǎn)子流量計(30)，截止閥
(31)，循環(huán)水泵(32)組成冷水水循環(huán)系統(tǒng)，溫度計(33)與電磁閥(51)組成自動換水系統(tǒng)，其中，溫度交換蓄水箱(40)側(cè)邊的管路上，由上到下依次裝有閥門(8)，轉(zhuǎn)子流量計(30)，截止閥(31)，循環(huán)水泵(32)，閥門(9)，閥門(10)，溫度計(33)，電磁閥(51)，溫度交換蓄水箱(40)最下部有一條管路分出兩條支管，主管路上設(shè)有閥門(10)，一條支路與太陽能蓄水箱(2)相連，這條支路上設(shè)有閥門(5)、閥門(6)、閥門(7)，一條支路連接到室內(nèi)供應(yīng)生活熱水，這條支路上設(shè)有閥門(11)和溫度控制器(52)；
[0008]所述的溫度交換蓄水箱(40)為圓柱形，箱體上部設(shè)有方形通風(fēng)窗(39)，窗上設(shè)有防塵罩，箱體內(nèi)部最上面凸起空間內(nèi)設(shè)有風(fēng)機(36)，風(fēng)機(36)下面設(shè)有噴淋裝置，噴淋管噴頭(37)連接在本蓄水箱側(cè)邊接入箱內(nèi)的管路端部，箱體內(nèi)部還有換熱盤管(38)，管的截面為圓形，換熱盤管(38)采用兩頭直徑小中間直徑大的圓弧螺旋式紡錘形設(shè)置，它通過支管路與分水器(44)、集水器(46)、熱管換熱器(42)、地埋管換熱器(47)相連接，主管路上設(shè)有2個溫度計、1個電磁閥以及閥門(14)和閥門(20)，與分水器(44)相連接的支管路上有1個閥門(22)，與集水器(46)相連接的支管路上有閥門(23)和閥門(25)，與熱管換熱器(42)相連接的支管路上有閥門(12)和閥門(13)，1個循環(huán)水泵(43)，與地埋管換熱器(47)相連接的支管路上有閥門(27)和閥門(28)，溫度交換蓄水箱(40)底部還設(shè)有自動補水裝置，通過浮球(41)來控制，在與室內(nèi)自來水管相連的管路上有閥門(15)；
[0009]所述的分水器(44)分出3條管路，一條與換熱盤管(38)相連，該管路上設(shè)有閥門
(20)、閥門(22)、溫度計、電磁閥，一條與熱泵機組(48)相連，該管路上設(shè)有閥門(24)和循環(huán)水泵(45)，一條與熱管換熱器(42)相連，該管路上設(shè)有閥門(19)；
[0010]所述的集水器(46)分出4條管路，一條與熱管換熱器(42)相連，該管路上設(shè)有閥門(16)，一條與熱泵機組(48)相連，該管路上設(shè)有閥門(26)，其余兩條與換熱盤管(38)相連，其中一條管路上設(shè)有閥門(25)、閥門(14)、溫度計、閥門(14)，另一條管路上設(shè)有閥門
(23)、閥門(20)、溫度計、電磁閥；
[0011]所述的熱管換熱器(42)分出6條管路，分別與地埋管換熱器(47)、分水器(44)、集水器(46)、換熱盤管(38)相連，其中在與地埋管換熱器(47)相連的2條管路上分別設(shè)有閥門(17)和閥門(18)，與分水器(44)相連的管路上設(shè)有閥門(19)，與集水器(46)相連的管路上設(shè)有閥門(16)，最后兩條管路與換熱盤管(38)相連，其中一條上設(shè)有閥門(12)、閥門(20)、溫度計、電磁閥，另一條管路上設(shè)有閥門(13)、循環(huán)水泵(43)、閥門(14)、溫度計；
[0012]所述的熱泵機組(48)通過管路分別與分水器(44)、集水器(46)、室內(nèi)機(50)相連，其中在與分水器(44)相連的管路上設(shè)有循環(huán)水泵(45)、閥門(24)，與室內(nèi)機(50)相連的管路上設(shè)有循環(huán)水泵(49)，與集水器(46)相連的管路上設(shè)有閥門(26)；
[0013]所述的地埋管換熱器(47)通過管路與熱管換熱器(42)、分水器(44)、集水器(46)相連，其中在與熱管換熱器(42)相連的2條管路上分別設(shè)有閥門(17)和閥門(18)，與分水器(44)相連的管路上設(shè)有閥門(27)和閥門(22)，與集水器(46)相連的管路上設(shè)有閥門
(28)和閥門(25)。
[0014]與現(xiàn)有地源熱泵或太陽能地源熱泵相比，本實用新型的優(yōu)點是:
[0015]本實用新型克服了地源熱泵技術(shù)和太陽能技術(shù)自身局限性，利用可再生能源實現(xiàn)冬季供暖、夏季制冷，以及全年生活熱水供應(yīng)，不受天氣等條件限制，將太陽能以熱能的形式存儲在太陽能蓄水箱中，滿足全年生活熱水供應(yīng)及供暖，與傳統(tǒng)太陽能熱泵空調(diào)系統(tǒng)相t匕，該系統(tǒng)供暖不需用電來加熱熱水；夏季工況時，系統(tǒng)中的溫度交換蓄水箱取代冷卻塔或溴化鋰機組等制冷設(shè)備，采用噴淋裝置，通過“降膜法換熱”實現(xiàn)高效換熱，滿足制冷需求及生活熱水供應(yīng)，采用浮球閥控制的補水裝置，可以自動補水，與溫度計和電磁閥協(xié)同工作，可根據(jù)水箱內(nèi)水溫自動換水，保證系統(tǒng)處于最佳制冷狀態(tài)；冬季工況時，將太陽能蓄水箱中的一部分熱水作為生活熱水，另一部分作為供暖熱源側(cè)，溫度交換蓄水箱作為熱交換場所，在水箱底部設(shè)置的溫度傳感器，可以保證系統(tǒng)一直處于最佳換熱狀態(tài)，即保持最佳供暖狀態(tài)，水箱中換熱盤管采用兩頭直徑小中間直徑大的圓弧螺旋式紡錘形設(shè)置，可以充分利用熱水的能量。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的原理圖；
[0017]圖2是本實用新型的夏季制冷模式原理圖；
[0018]圖3是本實用新型的冬季并聯(lián)供暖模式原理圖；
[0019]圖4是本實用新型的冬季串聯(lián)供暖模式原理圖；
[0020]圖5是溫度交換蓄水箱中換熱盤管螺旋方式立面圖；
[0021]圖6是溫度交換蓄水箱中換熱盤管螺旋方式平面圖；
[0022]圖1中:太陽能集熱器一 1，太陽能蓄水箱一2，閥門一3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、、20、21、22、23、24、25、26、27、28，太陽能蓄水箱補水進口一29，轉(zhuǎn)子流量計一30,截止閥一31,循環(huán)水泵一32、43、45、49,溫度計一33,生活用水出水口一34,溢水口一35,風(fēng)機一36,噴淋管噴頭一37,換熱盤管一38,通風(fēng)窗一39,溫度交換蓄水箱一40，浮球一 41，熱管換熱器一42，分水器一44，集水器一46，地埋管換熱器一47，熱泵機組一48，室內(nèi)機一50，電磁閥一51，溫度控制器一52。
【具體實施方式】
[0023]在系統(tǒng)工作時，優(yōu)先使用蓄熱型太陽能系統(tǒng)，這不僅為土壤溫度場提供了恢復(fù)期，而且最大限度的利用了可再生能源太陽能；
[0024]在圖1中，關(guān)閉閥門(4)、閥門(12)、閥門(13)、閥門(16)、閥門(17)、閥門(18)、閥門(21)、閥門(23)，不需要使用熱管換熱器(42)，風(fēng)機(36)和通風(fēng)窗(39)輔助散熱，系統(tǒng)進入夏季制冷模式；
[0025]在圖1中，關(guān)閉閥門(5)、閥門(9)、閥門(15)、閥門(21)、閥門(22)、閥門(23)、閥門(25)、閥門(27)、閥門(28)，浮球(41)補水裝置停止工作，將風(fēng)機(36)及通風(fēng)窗(39)關(guān)閉，溫度交換蓄水箱(40)進入保溫狀態(tài)，系統(tǒng)進入冬季并聯(lián)供暖模式；
[0026]在圖1中，關(guān)閉閥門(5)、閥門(9)、閥門(12)、閥門(13)、閥門(16)、閥門(17)、閥門(18)、閥門(19)、閥門(21)、閥門(25)，浮球(41)補水裝置停止工作，將風(fēng)機(36)及通風(fēng)窗(39)關(guān)閉，溫度交換蓄水箱(40)進入保溫狀態(tài)，系統(tǒng)進入冬季串聯(lián)供暖模式；
[0027]在圖2所示實施例中，系統(tǒng)通過室內(nèi)機(50)將空氣中的熱量送入熱泵機組(48)進行熱交換，在熱泵機組(48)蒸發(fā)器中通過冷凍水蒸發(fā)吸熱的原理，用于室內(nèi)制冷，冷凝器中通過冷卻水交換熱量產(chǎn)生熱水送入分水器(44)，部分冷凝熱通過太陽能系統(tǒng)中的溫度交換蓄水箱(40)來回收利用，此時水箱為冷源，相當(dāng)于蒸發(fā)式冷凝器，通過換熱盤管上的水膜蒸發(fā)以相變的方式帶走冷凝熱，產(chǎn)生的冷卻水進入集水器(46)，同時遺留在水箱內(nèi)部的循環(huán)水將通過蒸發(fā)吸熱的方式升溫至40°C左右，產(chǎn)生的40°C左右的中溫?zé)崴梢酝ㄟ^溫度控制器(52)與來自太陽能集熱器⑴中的高溫?zé)崴旌希a(chǎn)出定溫?zé)崴疄榫用裉峁┥顭崴?，用掉的水可以通過在溫度交換蓄水箱(40)的下部設(shè)置由浮球(41)控制的補水裝置及時有效的補充，因此，可根據(jù)情況，單獨使用太陽能和溫度交換蓄水箱(40)通過回收冷凝熱來滿足室內(nèi)制冷和熱水供應(yīng)要求，或單獨使用地源熱泵來制冷，此時地埋管換熱器(47)為冷源；
[0028]在圖3所示實施例中，在太陽光較強時，以太陽能蓄水箱(2)中的高溫?zé)崴斔偷綔囟冉粨Q蓄水箱(40)作為熱源側(cè)，若此中熱水溫度下降到一定溫度后，可通過溫度計(33)控制電磁閥(51)將低溫水送回太陽能蓄水箱(2)中，由太陽能系統(tǒng)再次加熱，并從太陽能集熱器(1)中輸送高溫?zé)崴綔囟冉粨Q蓄水箱(40)中，以此完成熱水循環(huán)，也可使用地埋管換熱器(47)作為熱源側(cè)，將溫度交換蓄水箱(40)和地埋管換熱器(47)并聯(lián)到熱管換熱器(42)上，從分水器(44)出來的低溫介質(zhì)經(jīng)過熱管換熱器(42)后溫度升高，再經(jīng)過集水器(46)后，高溫介質(zhì)經(jīng)過熱泵機組(48)，根據(jù)冷凝放熱的原理即可通過室內(nèi)機(50)對室內(nèi)供暖，在此過程中，地埋管換熱器(47)與溫度交換蓄水箱(40)是并聯(lián)工作的；
[0029]在圖4所示實施例中，當(dāng)太陽光達不到要求時，地埋管換熱器與溫度交換蓄水箱相串聯(lián)，熱泵機組(48)中的冷凝器根據(jù)冷凝放熱的原理，通過室內(nèi)機(50)對室內(nèi)供暖，此時管路中的介質(zhì)溫度降低，低溫介質(zhì)在循環(huán)水泵的作用下，進入分水器(44)，從分水器出來的低溫介質(zhì)通過地埋管換熱器(47)后溫度升高，高溫介質(zhì)進入溫度交換蓄水箱(40)后，水箱內(nèi)的水溫度也升高，可供應(yīng)生活熱水，高溫介質(zhì)通過溫度交換蓄水箱(40)后進入到集水器(46)，此時管路中的介質(zhì)溫度再次升高，然后高溫介質(zhì)經(jīng)過熱泵機組(48)，以此向室內(nèi)循環(huán)供暖。
【權(quán)利要求】
1.一種蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，包括太陽能集熱器(I)，太陽能蓄水箱(2)，溫度交換蓄水箱(40)，熱管換熱器(42)，分水器(44)，集水器(46)，地埋管換熱器(47)，熱泵機組(48)，室內(nèi)機(50)，其特征是:所述的太陽能蓄水箱(2)分出4條管路，兩條與太陽能集熱器(I)相連，一條連接到室內(nèi)自來水管上，通過補水口(29)來補水，由第3閥門來控制，還有一條與溫度交換蓄水箱(40)相連，在太陽能蓄水箱(2)與溫度交換蓄水箱(40)相連管路上設(shè)置了第4閥門、第5閥門、第6閥門、第7閥門、第8閥門、第9閥門、第10閥門。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的溫度交換蓄水箱(40)通過第8閥門，第9閥門，轉(zhuǎn)子流量計(30)，截止閥(31)，循環(huán)水泵(32)組成冷水水循環(huán)系統(tǒng)，溫度計(33)與電磁閥(51)組成自動換水系統(tǒng)，其中，溫度交換蓄水箱(40)側(cè)邊的管路上，由上到下依次裝有第8閥門，轉(zhuǎn)子流量計(30)，截止閥(31)，循環(huán)水泵(32)，第9閥門，第10閥門，溫度計(33)，電磁閥(51)，溫度交換蓄水箱(40)最下部有一條管路分出兩條支管，主管路上設(shè)有第10閥門，一條支路與太陽能蓄水箱(2)相連，這條支路上設(shè)有第5閥門、第6閥門、第7閥門，一條支路連接到室內(nèi)供應(yīng)生活熱水，這條支路上設(shè)有第11閥門和溫度控制器(52)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的溫度交換蓄水箱(40)為圓柱形，箱體上部設(shè)有方形通風(fēng)窗(39)，窗上設(shè)有防塵罩，箱體內(nèi)部最上面凸起空間內(nèi)設(shè)有風(fēng)機(36)，風(fēng)機(36)下面設(shè)有噴淋裝置，噴淋管噴頭(37)連接在本蓄水箱側(cè)邊接入箱內(nèi)的管路端部，箱體內(nèi)部還有換熱盤管(38)，管的截面為圓形，換熱盤管(38)采用兩頭直徑小中間直徑大的圓弧螺旋式紡錘形設(shè)置，它通過支管路與分水器(44)、集水器(46)、熱管換熱器(42)、地埋管換熱器(47)相連接，主管路上設(shè)有2個溫度計、I個電磁閥以及第14閥門和第20閥門，與分水器(44)相連接的支管路上有I個第22閥門，與集水器(46)相連接的支管路上有第23閥門和第25閥門，與熱管換熱器(42)相連接的支管路上有第12閥門和第13閥門，I個循環(huán)水泵(43)，與地埋管換熱器(47)相連接的支管路上有第27閥門和第28閥門，溫度交換蓄水箱(40)底部還設(shè)有自動補水裝置，通過浮球(41)來控制，在與室內(nèi)自來水管相連的管路上有第15閥門。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的分水器(44)分出3條管路，一條與換熱盤管(38)相連，該管路上設(shè)有第20閥門、第22閥門、溫度計、電磁閥，一條與熱泵機組(48)相連，該管路上設(shè)有第24閥門和循環(huán)水泵(45)，一條與熱管換熱器(42)相連，該管路上設(shè)有第19閥門。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的集水器(46)分出4條管路，一條與熱管換熱器(42)相連，該管路上設(shè)有第16閥門，一條與熱泵機組(48)相連，該管路上設(shè)有第26閥門，其余兩條與換熱盤管(38)相連，其中一條管路上設(shè)有第25閥門、第14閥門、溫度計，另一條管路上設(shè)有第23閥門、第20閥門、溫度計、電磁閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的熱管換熱器(42)分出6條管路，分別與地埋管換熱器(47)、分水器(44)、集水器(46)、換熱盤管(38)相連，其中在與地埋管換熱器(47)相連的2條管路上分別設(shè)有第17閥門和第18閥門，與分水器(44)相連的管路上設(shè)有第19閥門，與集水器(46)相連的管路上設(shè)有第16閥門，最后兩條管路與換熱盤管(38)相連，其中一條上設(shè)有第12閥門、第20閥門、溫度計、電磁閥，另一條管路上設(shè)有第13閥門、循環(huán)水泵(43)、第14閥門、溫度計。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的熱泵機組(48)通過管路分別與分水器(44)、集水器(46)、室內(nèi)機(50)相連，其中在與分水器(44)相連的管路上設(shè)有循環(huán)水泵(45)、第24閥門，與室內(nèi)機(50)相連的管路上設(shè)有循環(huán)水泵(49)，與集水器(46)相連的管路上設(shè)有第26閥門。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的蓄熱型太陽能地源熱泵耦合系統(tǒng)，其特征是:所述的地埋管換熱器(47)通過管路與熱管換熱器(42)、分水器(44)、集水器(46)相連，其中在與熱管換熱器(42)相連的2條管路上分別設(shè)有第17閥門和第18閥門，與分水器(44)相連的管路上設(shè)有第27閥門和第22閥門，與集水器(46)相連的管路上設(shè)有第28閥門和第25閥門。
【文檔編號】F24F5/00GK204043049SQ201420361138
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】鄭志濤, 徐穎, 張琳邡 申請人:安徽理工大學(xué)