一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，包括由壓縮機、四通換向閥、室內熱交換器、熱泵熱水器、第一節流元件、室外空氣熱交換器組成的空氣能利用系統，以及由儲能槽、循環泵、太陽能集熱模塊構成的太陽能利用系統，且通過第一除霜支路和第二除霜支路夠成與室外空氣熱交換器的串聯回路。本實用新型通過第一除霜支路和第二除霜支路將室外空氣熱交換器和太陽能蒸發器串聯使用，達到除霜的目的，無需頻繁地換向工作。且通過四通換向閥能夠實現制冷制熱兩種功能，且在缺少太陽能的情況下，使用室外空氣熱交換器和輔助加熱器，熱泵系統仍能正常工作。
【專利說明】一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種熱泵系統，具體涉及一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統。
【背景技術】
[0002]熱泵是將低位熱能轉化為高位熱能的系統，被稱為“熱量倍增器”的熱泵供熱與傳統的供熱方式相比，具有能源利用率高、節能環保等技術優勢，因此熱泵技術在空調和熱水供應等方面已得到廣泛應用。熱泵系統在利用各種熱源中，以空氣能熱泵應用最為廣泛。空氣能熱泵系統的低溫熱源為大氣，從大氣中獲取熱能比較方便，換熱設備也比較簡單，機組安裝方便，可置于屋頂、外墻或建筑物周邊空地。太陽能作為一種清潔的可再生能源，與其它能源相比具有無可比擬的優越性。以低溫的太陽能作為低位熱源的熱泵，被稱為太陽能熱泵。
[0003]如申請公布號為CN102353089A的專利文獻公開了一種太陽能空氣源熱泵綜合采暖控制系統，包括太陽能集熱板、熱水水箱、壓縮機、四通換向閥、第一截止閥、第二截止閥、室內風冷換熱裝置、第一過濾干燥器、毛細管、第二過濾干燥器、室外風冷換熱裝置，四通換向閥的第二閥門與第四閥門之間依次連接有所述第二截止閥、室內風冷換熱裝置、第一過濾干燥器、毛細管、第二過濾干燥器、以及室外風冷換熱裝置，第一截止閥的一端連接至四通換向閥、另一端連接至室內風冷換熱裝置與第一過濾干燥器之間。該專利文獻通過四通換向閥使得系統可以工作在三種工作模式下以適應全年的氣溫變化。但是當室外氣溫較低時，空氣源熱泵的蒸發器表面會結霜，冰霜不僅會影響換熱效果，降低熱泵系統的制熱效率，而且當結霜嚴重時會致使熱泵系統不能正常工作。普通空氣能熱泵系統在除霜工作時，一般使用四通換向閥進行制冷運行，不但沒有制熱，反而制冷運行，而且頻繁的換向運行，對壓縮機和四通換向閥工作的穩定性和可靠性均有不良影響。
實用新型內容
[0004]本實用新型針對上述問題，提出了一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統。解決了現有除霜方式影響壓縮機和四通換向閥工作的穩定性和可靠性的問題。
[0005]本實用新型采取的技術方案如下:
[0006]一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，包括由壓縮機、四通換向閥、室內熱交換器、熱泵熱水器、第一節流元件、室外空氣熱交換器組成的空氣能利用系統，以及由儲能槽、循環泵、太陽能集熱模塊構成的太陽能利用系統，其中，所述壓縮機的出口與四通換向閥的第一端口相連，四通換向閥的第二端口分別與室內熱交換器的第一端口和熱泵熱水器的第一端口相連，且四通換向閥的第二端口與熱泵熱水器的第一端口之間設有第一電磁閥7，室內熱交換器的第二端口和熱泵熱水器的第二端口相互交匯并與第一節流元件的第一端口相連，第一節流元件的第二端口與室外空氣熱交換器的第一端口相連，室外空氣熱交換器的第二端口與四通換向閥的第四端口相連，四通換向閥的第三端口與壓縮機的進口相連，所述儲能槽內還設有太陽能蒸發器，所述太陽能蒸發器的第一端口通過第二節流元件與第一節流元件的第一端口相連，太陽能蒸發器的第二端口通過第二電磁閥與四通換向閥的第四端口相連，所述第一節流元件兩端并聯有第一除霜支路，該第一除霜支路上設有第三電磁閥，所述室外空氣熱交換器的第二端口與四通換向閥的第四端口之間設有第四電磁閥，室外空氣熱交換器與第四電磁閥之間設有第一交匯點，第一節流元件和第二節流元件之間設有第二交匯點，第一交匯點和第二交匯點通過第二除霜支路連通，所述第二除霜之路上設有第五電磁閥，所述第一節流元件的第一端口與第二交匯點之間設有第六電磁閥。
[0007]所述太陽能集熱模塊包括太陽能集熱器以及儲液箱，其中，儲能槽、循環泵、儲液箱三者串聯構成回路，所述儲液箱與儲能槽內設有蓄能介質。所述蓄能介質有三種狀態:液體、固態、固液混合態。在固液混合態時能溫度保持不變，蓄能介質能吸收大量熱量。白天通過太陽能集熱器加熱儲液箱內的蓄能介質，加熱后的蓄能介質通過循環泵流入儲能槽內與儲能槽內未加熱的蓄能介質混合，使得熱量傳遞至儲能槽中，同時儲能槽中部分蓄能介質流入儲液箱進行加熱，不斷循環將熱量轉至儲能槽內。
[0008]作為優選，所述儲液箱為圓柱型，儲液箱與儲能槽均設有保溫層。保溫層能夠減少能量流失，使熱泵系統效率提高。
[0009]作為優選，所述循環泵與儲液箱之間還設有第七電磁閥，該第七電磁閥兩端還并聯有熱水支路，該熱水支路上設有板式熱交換器以及第八電磁閥。在太陽能充足時，高溫的的蓄能介質通過熱水支路上的板式熱交換器能夠加熱生活用水。
[0010]作為優選，所述儲液箱內還設有輔助加熱絲。當太陽能嚴重不足，儲能槽內固態的蓄能介質含量過高時，通過啟動輔助加熱器來防止蓄能介質由固液混合態變成固態，確保系統正常工作。
[0011]作為優選，所述第一節流元件為雙向電子膨脹閥，第二節流元件為手動節流閥、自動節流閥或毛細管。第一節流元件、第二節流元件起到節流降溫的作用，雙向電子膨脹閥能適應制冷制熱兩種模式的切換。
[0012]本實用新型的有益效果是:
[0013](I)充分利用可再生能源，提高了熱泵系統的經濟性。以往的太陽能熱泵，由于供給與需求，在數量上和時間上的不匹配和不一致，太陽能利用率低。本實用新型采用蓄能技術，白天太陽能集熱器采集的熱能不僅滿足了熱泵白天運行，還將熱能儲存于蓄能介質中，供熱泵夜晚運行，滿足了夜晚運行，使熱泵能全天候利用太陽能運行。且本實用新型通過四通閥能實現制冷制熱兩種模式的切換，能適應全年的氣候變化，適用性強。
[0014](2)提高了熱泵的穩定性和可靠性。通過第一除霜支路和第二除霜支路將室外空氣熱交換器和太陽能蒸發器串聯使用，使冷凝后的高溫高壓制冷劑不經過第一節流元件而直接進入室外空氣熱交換器，溫度較高的制冷劑流入室外空氣熱交換器內，向表面的冰霜放熱，從而使冰霜迅速融化，達到除霜的目的，熱泵在除霜運行時也能正常供熱，無需頻繁地換向工作；且在缺少太陽能的情況下，譬如陰雨天氣，使用室外空氣熱交換器和輔助加熱器，熱泵系統仍能正常工作。這使得熱泵系統的穩定性和可靠性得到有效的提高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統的結構示意圖。[0016]圖中圖標記為:
[0017]1.壓縮機，2.四通換向閥，3.室內熱交換器，4.熱泵熱水器，5.第一節流元件，
6.室外空氣熱交換器，7.第一電磁閥，8.太陽能蒸發器，9.第二節流元件，10.第二電磁閥，
11.第三電磁閥，12.第四電磁閥，13.第五電磁閥，14.太陽能集熱器，15.儲液箱，16.循環泵，17.儲能槽，18.輔助加熱絲，19.第一交匯點，20.第二交匯點，21.第六電磁閥，22.板式熱交換器，23.第七電磁閥，24.第八電磁閥。
【具體實施方式】
[0018]如圖1所示，一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，包括由壓縮機1、四通換向閥2、室內熱交換器3、熱泵熱水器4、第一節流元件5、室外空氣熱交換器6組成的空氣能利用系統，以及由儲能槽17、循環泵16、太陽能集熱模塊構成的太陽能利用系統，其中，壓縮機的出口 Ib與四通換向閥的第一端口 2a相連，四通換向閥的第二端口 2b分別與室內熱交換器的第一端口 3a和熱泵熱水器的第一端口 4a相連，且四通換向閥的第二端口 2b與熱泵熱水器的第一端口之間4a設有第一電磁閥7，室內熱交換器的第二端口 3b和熱泵熱水器的第二端口 4b相互交匯并與第一節流元件的第一端口 5a相連，第一節流元件的第二端口 5b與室外空氣熱交換器的第一端口 6a相連,室外空氣熱交換器的第二端口 6b與四通換向閥的第四端口 2d相連，四通換向閥的第三端口 2c與壓縮機的進口 Ia相連；太陽能集熱模塊包括太陽能集熱器14以及儲液箱15，儲能槽的出口 17b與循環泵的入口 16a相連，循環泵的出口 16b與儲液箱的入口 15a相連，儲液箱的出口 15b與儲能槽的入口 17a相連，且循環泵的第二端口 16b與儲液箱的第一端口 15a之間還設有第七電磁閥23，該第七電磁閥的兩端還并聯有熱水支路，該熱水支路上設有板式熱交換器22以及第八電磁閥23。
[0019]儲液箱與儲能槽內設有蓄能介質。所述蓄能介質有三種狀態:液體、固態、固液混合態。在固液混合態時能溫度保持不變，蓄能介質能吸收大量熱量。白天通過太陽能集熱器加熱儲液箱內的蓄能介質，加熱后的蓄能介質通過循環泵流入儲能槽內與儲能槽內未加熱的蓄能介質混合，使得熱量傳遞至儲能槽中，同時儲能槽中部分蓄能介質流入儲液箱進行加熱，不斷循環將熱量轉至儲能槽內。
[0020]儲能槽17內還設有太陽能蒸發器8，太陽能蒸發器的第一端口 8a通過第二節流元件9與第一節流元件的第一端口 5a相連，太陽能蒸發器的第二端口 Sb通過第二電磁閥10與四通換向閥的第四端口 2d相連，第一節流元件5的兩端并聯有第一除霜支路，該第一除霜支路上設有第三電磁閥11，室外空氣熱交換器的第二端口 6b與四通換向閥的第四端口2d之間設有第四電磁閥12,室外空氣熱交換器6與第四電磁閥12之間設有第一交匯點19,第一節流元件5和第二節流元件9之間設有第二交匯點20，第一交匯點和第二交匯點通過第二除霜支路連通，第二除霜之路上設有第五電磁閥13，第一節流元件的第一端口 5a與第二交匯點20之間設有第六電磁閥21。
[0021]本實施例儲液箱15為圓柱型，儲液箱內還設有輔助加熱絲18，儲液箱與儲能槽均設有保溫層。
[0022]本實施例第一節流元件為雙向電子膨脹閥，它起到節流降溫的作用，且雙向電子膨脹閥能適應制冷制熱兩種模式的切換。第二節流元件為手動節流閥、自動節流閥或毛細管。[0023]本實施例有有兩種功能，即制熱和制冷，它能夠適應全年的氣候變化，以下是這兩種功能的詳細工作流程:
[0024]一、制熱功能
[0025]該模式下，四通換向閥的第一端口 2a和四通換向閥的第二端口 2b連通，四通換向閥的第三端口 2c和四通換向閥的第四端口 2d連通。制熱功能可以分為三種模式:
[0026]①太陽能運行模式，即所采集的太陽輻射熱大于熱泵系統的制冷量。熱泵系統在這一模式運行時，第二電磁閥10和第六電磁閥21打開，第三電磁閥11和第四電磁閥12關閉。壓縮機I的出口 Ib排出的高溫高壓的制冷劑氣體，通過室內熱交換器3，向室內放出氣體顯熱和汽化潛熱，制冷劑冷凝成高壓液體，當第一電磁閥7打開時，高溫高壓的制冷劑氣體還同時通過熱泵熱水器加熱生活用水，冷凝后的冷卻劑通過第六電磁閥21以及第二節流元件9后，進入流入太陽能蒸發器8，在太陽能蒸發器的盤管內，制冷劑吸收蓄能介質的熱量，汽化為低溫低壓的氣體，然后通過第二電磁閥10進入四通換向閥的第四端口 2d，最后被壓縮機I吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，完成了一個循環的制熱。
[0027]由于太陽能蒸發器8的制冷量小于太陽能集熱器14采集到的熱能，所以蓄能介質中的固態蓄能介質被逐漸融化，熱泵系統在供熱工作的同時，太陽輻射熱在蓄能介質中得到了存儲。熱泵系統在這一模式下運行，無需除霜，因此系統工作穩定、可靠。
[0028]且該模式下，通過關閉第七電磁閥23，打開第八電磁閥24使得從循環泵的出口16b流出的高溫蓄能介質進入熱水支路，通過板式熱交換器22加熱生活用水。
[0029]②空氣能運行模式，在沒有太陽輻射熱的時間段或者氣溫較高時運行。熱泵系統在這一模式運行時，第二電磁閥10、第三電磁閥11、第五電磁閥13以及第六電磁閥21均關閉，第四電磁閥12打開。壓縮機I的出口 Ib排出的高溫高壓的制冷劑氣體，通過室內熱交換器3，向室內放出氣體顯熱和汽化潛熱，制冷劑冷凝成高壓液體，當第一電磁閥7打開時，高溫高壓的制冷劑氣體還同時通過熱泵熱水器加熱生活用水，冷凝后的冷卻劑通過第一節流元件5降壓節流，由高壓液體變成低溫低壓的液體，然后進入室外空氣熱交換器6吸收環境空氣的熱量，制冷劑由低溫低壓的液體變成低壓氣體，通過第四電磁閥12進入四通換向閥的第四端口 2d，最后被壓縮機I吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，完成了一個循環的制熱。
[0030]在該模式下，當空氣能蒸發器5表面結霜達到一定層度時，必須進行除霜。除霜運行時，第三電磁閥11和第五電磁閥13打開，第四電磁閥12關閉。從室內熱交換器3出來的冷卻劑或者從室內熱交換器3和熱泵熱水器4出來匯流后的冷卻劑，不經過第一節能元件5而直接通過第一除霜支路進入室外空氣熱交換器6，溫度較高的制冷劑液體流入室外空氣熱交換器6，會迅速放熱，從而使霜迅速融化，達到除霜的目的。制冷劑在放熱的同時得到了冷卻，從室外空氣熱交換器6出來的制冷劑，通過第二除霜支路進入第二節流元件9降壓節流，然后進入太陽能蒸發器8吸熱汽化，汽化后的制冷劑通過第二電磁閥10進入四通換向閥的第四端口 2d，最后被壓縮機I吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，完成了一個循環的除霜。除霜結束，恢復供熱運行。且熱泵系統在除霜運行時，當儲能槽內固態的蓄能介質含量過高時，通過啟動輔助加熱絲18來防止蓄能介質由固液混合態變成固態。
[0031]③太陽能和空氣能共同運行模式，在太陽輻射熱不足的時段或者氣溫與蓄能介質溫度相當的情況下運行。熱泵系統在這一模式運行時，第三電磁閥11和第五電磁閥13關閉，第二電磁閥10、第四電磁閥12和第六電磁閥21均打開。該模式下從室內熱交換器3出來的冷卻劑或者從室內熱交換器3和熱泵熱水器4出來匯流后的冷卻劑分成兩路，同時向室外空氣熱交換器6和太陽能蒸發器8供液，然后氣化后的制冷劑匯流進入四通換向閥的第四端口 2d，最后被壓縮機I吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，完成了一個循環的制熱。由于空氣能蒸發器和太陽能蒸發器同時工作，熱泵系統效率比較高。
[0032]以上三種運行模式的選擇，應根據太陽能輻射強度和氣候條件靈活確定，并通過控制器自動控制，確保熱泵系統的正常運行，實現效率最大化。
[0033]二、制冷功能
[0034]該模式下，四通換向閥的第一端口 2a和四通換向閥的第四端口 2d連通，四通換向閥的第三端口 2c和四通換向閥的第二端口 2b連通。
[0035]第二電磁閥10、第三電磁閥11、第五電磁閥13、第六電磁閥21均關閉，第四電磁閥12打開。
[0036]工作時，壓縮機的出口 Ib排出的高溫高壓的制冷劑氣體，通過第四電磁閥12流入室外空氣熱交換器6中，向室外放出氣體顯熱和汽化潛熱，制冷劑冷凝成高壓液體，然后通過第一節流元件5節流減壓流入室內熱交換器3，制冷劑吸收室內空氣的熱量，汽化為低溫低壓的氣體，當第一電磁閥7打開時，制冷劑還能同時吸收熱泵熱水器4內水的熱量，可以制得冷水，從室內熱交換器3出來的冷卻劑或者從室內熱交換器3和熱泵熱水器4出來匯流后的冷卻劑，通過四通換向閥第二端口 2b，最后被壓縮機I吸入并壓縮成高溫高壓的氣體，完成了一個循環的制冷。且該模式下，通過關閉第七電磁閥23，打開第八電磁閥24使得從循環泵的出口 16b流出的高溫蓄能介質進入熱水支路，通過板式熱交換器22加熱生活用水。
【權利要求】
1.一種太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，包括由壓縮機、四通換向閥、室內熱交換器、熱泵熱水器、第一節流元件、室外空氣熱交換器組成的空氣能利用系統，以及由儲能槽、循環泵、太陽能集熱模塊構成的太陽能利用系統，其中，所述壓縮機的出口與四通換向閥的第一端口相連，四通換向閥的第二端口分別與室內熱交換器的第一端口和熱泵熱水器的第一端口相連，且四通換向閥的第二端口與熱泵熱水器的第一端口之間設有第一電磁閥，室內熱交換器的第二端口和熱泵熱水器的第二端口相互交匯并與第一節流元件的第一端口相連，第一節流元件的第二端口與室外空氣熱交換器的第一端口相連，室外空氣熱交換器的第二端口與四通換向閥的第四端口相連，四通換向閥的第三端口與壓縮機的進口相連，其特征在于，所述儲能槽內還設有太陽能蒸發器，所述太陽能蒸發器的第一端口通過第二節流元件與第一節流元件的第一端口相連，太陽能蒸發器的第二端口通過第二電磁閥與四通換向閥的第四端口相連，所述第一節流元件兩端并聯有第一除霜支路，該第一除霜支路上設有第三電磁閥，所述室外空氣熱交換器的第二端口與四通換向閥的第四端口之間設有第四電磁閥，室外空氣熱交換器與第四電磁閥之間設有第一交匯點，第一節流元件和第二節流元件之間設有第二交匯點，第一交匯點和第二交匯點通過第二除霜支路連通，所述第二除霜之路上設有第五電磁閥，所述第一節流元件的第一端口與第二交匯點之間設有第六電磁閥。
2.如權利要求1所述的太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，其特征在于，所述太陽能集熱模塊包括太陽能集熱器以及儲液箱，其中，儲能槽、循環泵、儲液箱三者串聯構成回路，所述儲液箱與儲能槽內設有蓄能介質。
3.如權利要求2所述的太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，其特征在于，所述儲液箱為圓柱型，儲液箱與儲能槽均設有保溫層。
4.如權利要求3所述的太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，其特征在于，所述循環泵與儲液箱之間還設有第七電磁閥，該第七電磁閥兩端還并聯有熱水支路，該熱水支路上設有板式熱交換器以及第八電磁閥。
5.如權利要求2所述的太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，其特征在于，所述儲液箱內還設有輔助加熱絲。
6.如權利要求1所述的太陽能蓄能與空氣能復合熱泵系統，其特征在于，所述第一節流元件為雙向電子膨脹閥，第二節流元件為手動節流閥、自動節流閥或毛細管。
【文檔編號】F25B29/00GK203629125SQ201320892501
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月30日 優先權日:2013年12月30日
【發明者】夏振鵬, 周金坤, 張清, 張磊 申請人:浙江商業職業技術學院