CN100561074C - 一种多功能太阳能辅助空调*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能太阳能辅助空调***。本发明包括制冷剂循环***和水循环***两部分，制冷剂循环***具有依次连接的压缩机、室内换热器、制冷剂-水换热器、室外换热器、高压储液桶、节流装置，三通阀、单向阀和气液分离器，水循环***具有依次连接的太阳能集热装置、水箱、水泵和制冷剂-水换热器。本发明可以高效率地实现冷暖空调和热水器功能，具有很强的节能性、实用性和经济性，市场前景广阔。本发明特别适用于太阳能资源丰富，同时需要冷暖空调和热水供应的场合。

Description

一种多功能太阳能辅助空调***

技术领域

本发明属于热泵型空调、热泵热水器以及太阳能利用领域，尤其涉及一种多功能太阳能辅助空调***。

背景技术

石油危机和温室效应给全世界提出了能源和环境问题的严峻挑战。据估计，按目前的开采和使用速度，在50～60年内，石油，煤，天然气将会枯竭，人类的能源使用体系将被更新为太阳能占主导地位的能源体系。号称“热量倍增器”的热泵技术，可以用较少的高品位能源实现较大量的低品位热量转移，是一项高效利用高品位能源的应用技术。将太阳能利用与热泵技术应用结合起来，非常有利于合理利用自然资源，在提高人们生活水平的同时，保护环境以减少污染。

专利ZL200610050285.5提出的太阳能辅助多功能热泵***，能实现高效率地完成制取热水和空气调节等多种功能，具有结构简单、节能高效和绿色环保等优点，具有非常好的应用前景。但是，由于该专利热泵***中没有合适的位置来设置高压储液桶，满足热泵***在不同功能模式下对制冷剂的需要量，因此，热泵***在功能切换后容易导致制冷剂冲注量过多或不足，影响***的运行效率。本发明用简洁的方式增设了高压储液桶，可以实现专利ZL200610050285.5中所有的功能，满足不同运行工况对制冷剂冲注量的需要。特别适用于太阳能资源丰富，同时需要冷暖空调和热水供应的场合。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种多功能太阳能辅助空调***。

多功能太阳能辅助空调***包括制冷剂循环***和水循环***二部分，制冷剂循环***为：压缩机高压出口与四通换向阀第一端口相连，四通换向阀第二端口与第一三通阀的第一端口相连，四通换向阀的第三端口与第四三通阀的第一端口相连，四通换向阀的第四端口经汽液分离器与压缩机低压进口相连；第一三通阀的第二端口分别与第四三通阀的第三端口、制冷剂-水换热器的第二端口相连，第一三通阀的第三个端口与室内换热器的第一个端口相连；室内换热器的第二端口与第二三通阀的第二端口相连；第二三通阀的第一个端口分别与第一节流装置的第二端口、第一单向截止阀的第一端口相连，第二三通阀的第三端口分别与第三三通阀的第二端口、制冷剂-水换热器的第一端口相连；第一单向截止阀的第二端口分别与高压储液罐的进口、第二单向截止阀的第二端口相连；高压储液罐的出液口经干燥过滤器分别与第一节流装置的一端口、第二节流装置的第一端口相连；第二节流装置的第二端口分别与第二单向截止阀的第一端口、第三三通阀的第一端口相连；第三三通阀的第三端口与室外换热器的第一端口相连；室外换热器的第二端口与第四三通阀的第二端口相连；水路循环***为：水箱与太阳能集热装置相连，水箱的出水口与循环水泵的入口相连，循环水泵的出口与制冷剂-水换热器的第二水流通口相连，制冷剂-水换热器的第一水流通口与水箱的回水口相连。

所述的节流装置是手动节流阀，自动节流阀或毛细管。第一单向截止阀或第二单向截止阀是手动截止阀或自动截止阀。第一单向截止阀或第二单向截止阀可由双向截止阀代替。第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀或第四三通阀可由两个双向截止阀代替。制冷剂-水换热器是套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉浸式换热器。室内换热器或室外换热器是风冷换热器。太阳能集热装置是直接与水箱相连，或者太阳能集热装置通过附加的循环水泵间接与水箱相连。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：

1)节能性。本发明制取热水平均效率能达到300％左右，远高于普通电加热和燃气热水器效率。本发明能够有效利用太阳能作为制冷剂蒸发能量，大大地提高***在冬季运行的COP值，弥补普通空调冬季运行存在COP很低的缺点。

2)实用性。本发明将空调和热水器一体化设计，实现了多种使用功能。

3)经济性。本发明的一体化设计，提高了设备利用率，与目前采用单一功能产品来实现特定功能相比，有着明显的经济优势，非常有利于推广。

4)安全性。本发明制取热水用时不会出现电热水器的漏电现象，也不会有燃气热水器的气体中毒危险。

5)稳定性。在寒冷冬季条件下，本发明可有效利用太阳能，减少普通空调因蒸发温度过低而导致的各类故障。另外，本发明的热水源可用于室外蒸发器的快速除霜，提高***的稳定性。

附图说明

附图是本发明装置的***流程图。图中：

压缩机1、室内换热器2、制冷剂-水换热器3、室外换热器4、水箱5、太阳能集热器6、高压储液罐7、干燥过滤器8、第一节流装置9、第二节流装置10、四通换向阀11、循环水泵12、汽液分离器13、第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16、第四三通阀17、第一单向截止阀18、第二单向截止阀19、室内换热器风机20、室外换热器风机21。

具体实施方式

如附图所示，多功能太阳能辅助空调***包括制冷剂循环***和水循环***二部分，制冷剂循环***为：压缩机1高压出口1b与四通换向阀11第一端口11a相连，四通换向阀11第二端口11b与第一三通阀14的第一端口14a相连，四通换向阀11的第三端口11c与第四三通阀17的第一端口17a相连，四通换向阀11的第四端口11d经汽液分离器13与压缩机1低压进口1a相连；第一三通阀14的第二端口14b分别与第四三通阀17的第三端口17c、制冷剂-水换热器3的第二端口3b相连，第一三通阀14的第三个端口14c与室内换热器2的第一个端口2a相连；室内换热器2的第二端口2b与第二三通阀15的第二端口15b相连；第二三通阀15的第一个端口15a分别与第一节流装置9的第二端口9b、第一单向截止阀18的第一端口18a相连，第二三通阀15的第三端口15c分别与第三三通阀16的第二端口16b、制冷剂-水换热器3的第一端口3a相连；第一单向截止阀18的第二端口18b分别与高压储液罐7的进口7a、第二单向截止阀19的第二端口19b相连；高压储液罐7的出液口7b经干燥过滤器8分别与第一节流装置9的第一端口9a、第二节流装置10的第一端口10a相连；第二节流装置10的第二端口10b分别与第二单向截止阀19的第一端口19a、第三三通阀16的第一端口16a相连；第三三通阀16的第三端口16c与室外换热器4的第一端口4a相连；室外换热器4的第二端口4b与第四三通阀17的第二端口17b相连；水路循环***为：水箱5与太阳能集热装置6相连，水箱5的出水口5a与循环水泵12的入口12a相连，循环水泵12的出口12b与制冷剂-水换热器3的第二水流通口3d相连，制冷剂-水换热器3的第一水流通口3与水箱5的回水口5b相连。

所述的节流装置9或节流装置10是手动节流阀，自动节流阀或毛细管。第一单向截止阀18或第二单向截止阀19是手动截止阀或自动截止阀。第一单向截止阀18或第二单向截止阀19可由双向截止阀代替。

第一三通阀14、第二三通阀15、第三三通阀16或第四三通阀17可由两个双向截止阀代替。用两个双向截止阀，设为A，B代替三通阀14时，A装在端口14b和三叉点23之间的管路上，B装在端口14c和室内换热器的端口2a之间的管路上；用两个双向截止阀，设为C，D代替三通阀15时，C装在端口15b和室内换热器端口2b之间的管路上，D装在端口15c和三叉点22之间的管路上；用两个双向截止阀，设为E，F代替三通阀16时，E装在端口16b和三叉点22之间的管路上，F装在端口16c和室外换热器端口4a之间的管路上；用两个双向截止阀，设为G，H代替三通阀17时，G装在端口17b和室外换热器端口4b之间的管路上，H装在端口17c和三叉点23之间的管路上。

制冷剂-水换热器3是套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉浸式换热器。室内换热器2或室外换热器4是风冷换热器。太阳能集热装置6直接与水箱5相连，或者太阳能集热装置6通过附加的循环水泵间接与水箱5相连。

本发明采用分体式结构，室内换热器需安装在室内，室外换热器、制冷剂-水换热器和压缩机可安装于离水箱不远的地方，水箱与室外换热器、制冷剂-水换热器和压缩机也可作为一个整体部件安装于屋顶。室内装置和室外装置用制冷剂管路连接。循环水***元件通过水管相连接。

本发明能实现的主要功能有：普通室内制热、太阳能辅助室内制热、普通室内制冷、室内制冷兼热泵制热水、普通热泵制热水、冬季除霜和普通太阳能制热水。以下是这七种功能模式的详细工作流程：

1)普通室内制热

在没有充足太阳能时，此时***按照普通空调制热循环进行。具体工作流程：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11，经过第一个三通阀14的第一个端口14a流向第三个端口14c，在室内换热器2中冷凝放热后，从第二个三通阀15的第二个端口15b流过第一个端口15a，经过第一个单向截止阀18，到达高压储液罐7，制冷剂液体从高压储液罐7底部流出，经过干燥过滤器8，第二个节流装置10，从第三个三通阀16的第一个端口16a流向第三个端口16c，在室外换热器4中蒸发后，从第四个三通阀17的第二个端口17b流向第一个端口17a，经过四通阀11，汽液分离器13，回到压缩机1。

2)太阳能辅助室内制热

在天气较好，太阳能充足时，将本发明中的制冷剂-水换热器作为蒸发器使用，室内换热器作冷凝器，室外换热器不使用。热水通过水循环为蒸发器源源不断提供蒸发所需热量，可有效地持续利用太阳能，大大提高制热效率。

具体工作流程：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11，经过三通阀14的第一个端口14a流向第三个端口14c，在室内换热器2中冷凝放热后，从第二个三通阀15的第二个端口15b流向第一个端口15a，经过第一个单向截止阀18，到达高压储液罐7，制冷剂液体从高压储液罐7底部流出，经过干燥过滤器8，第二个节流装置10，从第三个三通阀16的第一个端口16a流向第二个端口16b，在制冷剂-水换热器3中蒸发后，从第四个三通阀17的第三个端口17c流向第一个端口17a，通过四通换向阀11，汽液分离器13，最后回到压缩机1。在上述制冷循环运行的同时，循环水泵12开启，水箱5中的热水经过循环水泵11，进入制冷剂-水换热器3，最后回到水箱5。

3)普通室内制冷

循环按照普通空调制冷循环进行。室内换热器作蒸发器，室外换热器作冷凝器，制冷剂-水换热器不使用。

具体工作流程为：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11，经过第四个三通阀17的第一个端口17a流向第二个端口17b，经过室外换热器4中冷凝放热后，从第三个三通阀16的第三个端口16c流向第一个端口16a，经过第二个单向截止阀19，到达高压储液罐7，制冷剂液体从高压储液罐7底部流出，经过干燥过滤器8，第一个节流装置9，从第二个三通阀15的第一个端口15a流向第二个端口15b，在室内换热器2中蒸发后，从第一个三通阀14的第三个端口14c流向第一个端口14a，经过四通阀换向阀11，汽液分离器13，回到压缩机1。

4)室内制冷兼制热水

在夏季可利用部分冷凝器所放出的热量来制热水。此模式下***中的制冷剂-水换热器将先发挥冷凝器的作用以加热水，室内换热器作蒸发器，室外换热器不使用，此时获得的热水是免费的。当水温被加热到设定温度后，制冷剂-水换热器随即停止工作，切换成室外换热器作为冷凝器开始工作。此项换热器切换过程可以通过阀门和自动控制***实现。

具体工作流程为：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11，经过第四个三通阀17的第一个端口17a流向第三个端口17c，在制冷剂-水换热器3中冷凝放热后，从第三个三通阀16的第二个端口16b流向第一个端口16a，经过第二个单向截止阀19，到高压储液罐7，制冷剂液体从高压储液罐7底部流出，经过干燥过滤器8，第一个节流装置9，从第二个三通阀15的第一个端口15a流向第二个端口15b，在室内换热器2中蒸发后，从第一个三通阀14的第三个端口14c流向第一个端口14a，经过四通阀换向11，汽液分离器13，回到压缩机1。

5)普通热泵制热水

此模式下室内装置不投入使用，室外换热器当作蒸发器使用，本发明中的制冷剂-水换热器当作冷凝器用于加热水，此时***就是作为普通热泵热水器使用。

具体工作流程为：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11，经过第一个三通阀14的第一个端口14a流向第二个端口14b，在制冷剂-水换热器3中冷凝放热后，从第二个三通阀15的第三个端口15c流向第一个端口15a，经过第一个单向截止阀18，到高压储液罐7，制冷剂液体从高压储液罐7底部流出，经过干燥过滤器8，第二个节流装置10，从第三个三通阀16的第一个端口16a流向第三个端口16c，在室外换热器4中蒸发后，从第四个三通阀17的第二个端口17b流向第一个端口17a，经过四通阀换向阀11，汽液分离器13，回到压缩机1。

6)冬季除霜

本发明采用优于普通空调的热水源除霜循环，能快速高效地进行除霜。此时室外换热器作为冷凝器，制冷剂冷凝放热融霜，而制冷剂-水换热器作为蒸发器，热水提供蒸发潜热的热源，室内换热器不使用。

具体工作流程为：从压缩机1出来的高温高压制冷剂流过四通换向阀11，经过第四个三通阀17的第一个端口17a流向第三个端口17c，在室外换热器4中冷凝放热后，从第三个三通阀16的第三个端口16c流向第一个端口16a，经过第二个单向截止阀19，到高压储液罐7，制冷剂液体从高压储液罐7底部流出，经过干燥过滤器8，经过第一个节流装置9，从第二个三通阀15的第一个端口15a流向第三个端口15c，在制冷剂-水换热器3中蒸发后，从第一个三通阀14的第二个端口14b流向第一个端口14a，经过四通阀换向阀11，汽液分离器13，回到压缩机1。

7)普通太阳能制热水

此种模式下，热泵***不工作，完全依靠太阳能集热器吸收太阳光来加热水箱中的水，获得零成本热水。

Claims (8)

1、一种多功能太阳能辅助空调***，其特征在于包括制冷剂循环***和水循环***二部分，制冷剂循环***为：压缩机(1)高压出口(1b)与四通换向阀(11)第一端口(11a)相连，四通换向阀(11)第二端口(11b)与第一三通阀(14)的第一端口(14a)相连，四通换向阀(11)的第三端口(11c)与第四三通阀(17)的第一端口(17a)相连，四通换向阀(11)的第四端口(11d)经汽液分离器(13)与压缩机(1)低压进口(1a)相连；第一三通阀(14)的第二端口(14b)分别与第四三通阀(17)的第三端口(17c)、制冷剂-水换热器(3)的第二端口(3b)相连，第一三通阀(14)的第三个端口(14c)与室内换热器(2)的第一个端口(2a)相连；室内换热器(2)的第二端口(2b)与第二三通阀(15)的第二端口(15b)相连；第二三通阀(15)的第一个端口(15a)分别与第一节流装置(9)的第二端口(9b)、第一单向截止阀(18)的第一端口(18a)相连，第二三通阀(15)的第三端口(15c)分别与第三三通阀(16)的第二端口(16b)、制冷剂-水换热器(3)的第一端口(3a)相连；第一单向截止阀(18)的第二端口(18b)分别与高压储液罐(7)的进口(7a)、第二单向截止阀(19)的第二端口(19b)相连；高压储液罐(7)的出液口(7b)经干燥过滤器(8)分别与第一节流装置(9)的第一端口(9a)、第二节流装置(10)的第一端口(10a)相连；第二节流装置(10)的第二端口(10b)分别与第二单向截止阀(19)的第一端口(19a)、第三三通阀(16)的第一端口(16a)相连；第三三通阀(16)的第三端口(16c)与室外换热器(4)的第一端口(4a)相连；室外换热器(4)的第二端口(4b)与第四三通阀(17)的第二端口(17b)相连；水路循环***为：水箱(5)与太阳能集热装置(6)相连，水箱(5)的出水口(5a)与循环水泵(12)的入口(12a)相连，循环水泵(12)的出口(12b)与制冷剂-水换热器(3)的第二水流通口(3d)相连，制冷剂-水换热器(3)的第一水流通口(3c)与水箱(5)的回水口(5b)相连。

2、根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调***，其特征在于所述的第一节流装置(9)或第二节流装置(10)是手动节流阀、自动节流阀或毛细管。

3、根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调***，其特征在于所述的第一单向截止阀(18)或第二单向截止阀(19)是手动截止阀或自动截止阀。

4、根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调***，其特征在于所述的第一单向截止阀(18)或第二单向截止阀(19)可由双向截止阀代替。

5、根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调***，其特征在于所述的第一三通阀(14)、第二三通阀(15)、第三三通阀(16)或第四三通阀(17)可由两个双向截止阀代替。

6、根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调***，其特征在于所述的制冷剂-水换热器(3)是套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉浸式换热器。

7、根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调***，其特征在于所述的室内换热器(2)或室外换热器(4)是风冷换热器。

8、根据权利要求1所述的多功能太阳能辅助空调***，其特征在于所述的太阳能集热装置(6)直接与水箱(5)相连，或者太阳能集热装置(6)通过附加的循环水泵间接与水箱(5)相连。

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