CN101839585B - 适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合*** - Google Patents

适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合*** Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，属于可再生能源利用领域。该***由太阳能集热器、变频压缩机、喷射增压器、换热器、四通电磁换向阀等部件通过管线连接组成。其特征在于***中太阳能循环单元和空气源热泵循环单元，通过控制四通电磁换向阀、电磁阀的开启，构成制冷模式、供暖模式、生活热水模式、制冷兼生活热水运行模式。本发明的效果和益处是该***充分利用太阳能和空气能，在夏季不仅可单独制冷和制取生活热水，还可在制冷同时兼制生活热水；在冬季低温气候下利用喷射增压器耦合太阳能循环单元与空气源热泵循环单元，向室内提供供暖所需热量和生活热水，实现冷暖浴功能一体化，具有广泛的应用空间和节能环保意义。

Description

适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***
技术领域
本发明属于可再生能源利用领域，涉及了太阳能-空气源热泵复合***，特别是涉及一种在寒冷地区利用太阳能与空气能实现制冷、供暖和制取生活热水的热泵复合***。
背景技术
能源，在经济高速发展的今天，已成为全球关注的焦点。随着我国建设节约型社会的逐步深入，如何正确使用能源及合理开发利用可再生能源已经上升到关乎国家生存发展的战略高度。目前我国城镇供暖虽然以集中管网供暖为主，但还大量存在采用小型电、煤、油、气锅炉等多种方式进行冬季供暖。存在着能源利用率低、供暖效果不佳、过热供暖等问题，造成了大量能源浪费和严重的环境污染。同时随着人们生活水平的不断提高，人们对生活热水的质量要求也越来越高。因此具备节能和环保等优越性的太阳能热泵***逐渐受到人们的青睐，众多研究学者对太阳能热泵进行了广泛的研究并取得了一定的进展，但就目前的研究来看这些***都存在缺陷，如供暖热水和生活热水共用同一水循环回路造成混合污染，且在北方的应用受低温气候的限制。太阳能和空气能都是巨大的可再生能源，若能研制出一种利用太阳能和空气能且能广泛应用于北方寒冷地区的热泵复合***，在夏季不仅可单独制冷和制取生活热水，还可在制冷同时兼制生活热水；在冬季低温气候下向室内提供供暖所需热量和生活热水。那么此复合***就能充分利用太阳能和空气能两种可再生能源，且具有功能多样化，节能环保等优点，而且可以在北方寒冷地区居室内广泛应用。
经检索发现：2008年2月20日，周光辉等人公开了名称为空气-太阳能双热源同步复合式热泵装置(200710054878.3)的专利；2008年6月11日，胡广良等人公开了名称为多功能太阳能热泵(申请号：200710032182.)的专利，分别对太阳能热泵进行了广泛而深入的研究，实现了夏季制冷、制取热水，冬季制热的功能，但两个专利所述的***没有考虑在低温气候下应用的情况，在寒冷地区冬季供暖时，存在着***制热量小，制热效率低，不能满足寒冷地区供暖的需要的不足，不能在寒冷地区冬季大面积推广应用。再有专利(200710054878.3)中室内末端为制冷剂流动工质的室内换热器，末端形式单一，导致其在北方应用受限；专利(200710032182.0)中生活热水和供暖热水共用同一水箱、同一水循环回路造成混合污染。
发明内容
本发明目的在于提供一种能在寒冷地区广泛使用的冷暖浴一体的太阳能-空气源热泵复合***，***设计合理，解决了上述***中生活热水和供暖热水共用同一水循环回路造成混合污染及在北方寒冷地区应用受限等缺陷，并充分利用太阳能和空气能两种可再生能源，实现***功能多样化、装置冷暖浴一体化。
本发明技术方案如下：
本发明提供的寒冷地区冷暖浴一体的太阳能-空气源热泵复合***，包含由太阳能集热器(1)、水泵(2)、水箱(3)、定压罐(4)、一号电磁阀(17)、十号电磁阀(26)、补水口(27)、生活热水出水口(28)及连接管路构成的太阳能循环单元和由变频压缩机(5)、喷射增压器(6)、四通电磁换向阀(7)、板式换热器(8)、室内空气换热器(9)、室外空气换热器(10)、一号电子膨胀阀(11)、二号电子膨胀阀(12)、三号电子膨胀阀(13)、一号单向阀(14)、二号单向阀(15)、三号单向阀(16)、二号电磁阀(18)、三号电磁阀(19)、四号电磁阀(20)、五号电磁阀(21)、六号电磁阀(22)、七号电磁阀(23)、八号电磁阀(24)、九号电磁阀(25)、供暖热水出水口(29)、供暖热水回水口(30)及连接管路构成的空气源热泵循环单元；所述***中各设备连接关系为：太阳能集热器(1)的出水管路与水箱(3)左上端管路相连，水箱(3)左下端管路经水泵(2)与太阳能集热器(1)相连，在太阳能集热器(1)与水箱(3)连接管路上设置定压罐(4)，在定压罐(4)与水箱连接管路上设置补水管路，补水管路经一号电磁阀(17)与补水口(27)相连，在水箱(3)与水泵(2)连接管路上设置生活热水出水管路，生活热水出水管路经十号电磁阀(26)与生活热水出水口(28)相连，变频压缩机(5)的排气管路与四通电磁换向阀(7)上端相连，四通电磁换向阀(7)右端制冷剂管路经六号电磁阀(22)与室内空气换热器(9)相连，室内空气换热器(9)的下端制冷剂管路经九号电磁阀(25)与一号电子膨胀阀(11)相连，一号单向阀(14)出口端与一号电子膨胀阀(11)左端相连，一号单向阀(14)进口端与一号电子膨胀阀(11)右端相连，板式换热器(8)左上端制冷剂管路经七号电磁阀(23)接至四通电磁换向阀(7)与六号电磁阀(22)相连制冷剂管路的中部，板式换热器(8)左下端制冷剂管路经八号电磁阀(24)接至九号电磁阀(25)与一号电子膨胀阀(11)相连制冷剂管路的中部，板式换热器(8)右上端水管路与供暖热水出水口(29)相连，板式换热器(8)右下端水管路与供暖热水回水口(30)相连，一号电子膨胀阀(11)的左端制冷剂管路分别与二号电子膨胀阀(12)和三号电子膨胀阀(13)相连，二号单向阀(15)出口端与二号电子膨胀阀(12)下端相连，二号单向阀(15)进口端与二号电子膨胀阀(12)上端相连，二号电子膨胀阀(12)的上端制冷剂管路依次经室外空气换热器(10)和五号电磁阀(21)与四通电磁换向阀(7)左端相连，三号单向阀(16)出口端与三号电子膨胀阀(13)右端相连，三号单向阀(16)进口端与三号电子膨胀阀(13)左端相连，三号电子膨胀阀(13)左端制冷剂管路依次经水箱(3)和三号电磁阀(19)接至五号电磁阀(21)与四通电磁换向阀(7)相连制冷剂管路的中部，喷射增压器(6)A端制冷剂管路经二号电磁阀(18)接至水箱(3)与三号电磁阀(19)相连的制冷剂管路的中部，喷射增压器(6)B端制冷剂管路经四号电磁阀(20)接至室外空气换热器(10)与五号电磁阀(21)相连的制冷剂管路的中部，喷射增压器(6)C端制冷剂管路接至三号电磁阀(19)与四通电磁换向阀(7)相连的制冷剂管路的中部，四通电磁换向阀(7)下端与变频压缩机(5)相连。所述的适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，其特征在于：所述太阳能循环单元中太阳能集热器(1)、水泵(2)、水箱(3)、定压罐(4)、电磁阀(17、26)及连接管路和空气源热泵循环单元中变频压缩机(5)、喷射增压器(6)、四通电磁换向阀(7)、板式换热器(8)、一号单向阀(14)、二号单向阀(15)、三号单向阀(16)、一号电磁阀(17)、二号电磁阀(18)、三号电磁阀(19)、四号电磁阀(20)、五号电磁阀(21)、六号电磁阀(22)、七号电磁阀(23)、八号电磁阀(24)、九号电磁阀(25)、十号电磁阀(26)及连接管路构成太阳能-空气源热泵耦合喷射增压供暖循环回路。
所述的适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，其特征在于：所述***设置喷射增压器(6)，喷射增压器(6)A端通过二号电磁阀(18)与水箱(3)相连，喷射增压器(6)B端通过四号电磁阀(20)与室外空气换热器(10)相连，喷射增压器(6)C端与四通电磁换向阀(7)相连。
所述的适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，其特征在于：所述太阳能循环单元中在太阳能集热器(1)和水箱(3)之间设置定压罐(4)、一号电磁阀(17)和补水口(27)；在水泵(2)和水箱(3)之间设置十号电磁阀(26)和生活热水出水口(28)。
所述的适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，其特征在于：所述的二号电子膨胀阀(12)和二号单向阀(15)并联后，依次与室外空气换热器(10)和五号电磁阀(21)相连，构成一个两向通路；三号电子膨胀阀(13)和三号单向阀(16)并联后，依次与水箱(3)和三号电磁阀(19)相连，构成另一个两向通路；上述两个两向通路并联，可分别控制制冷剂流量。
所述的适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，其特征在于：所述***供暖热水出水口(29)可连接风机盘管、地热热水盘管或散热器。
本发明的效果和益处是：该***充分利用太阳能和空气能两种可再生能源、合理整合***资源，在夏季不仅可单独制冷和制取生活热水，还可在制冷同时兼制生活热水；在冬季低温气候下利用喷射增压器耦合太阳能循环单元与空气源热泵循环单元，向室内提供供暖所需热量和生活热水，且在各种天气条件下均能提供满足用户需要的生活热水，实现冷暖浴功能一体化，具有广泛的应用空间和节能环保意义。
附图说明
附图是适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***的结构原理示意图。
图中：1太阳能集热器、2水泵、3水箱、4定压罐、5变频压缩机、6喷射增压器、7四通电磁换向阀、8板式换热器、9室内空气换热器、10室外空气换热器、11一号电子膨胀阀、12二号电子膨胀阀、13三号电子膨胀阀、14一号单向阀、15二号单向阀、16三号单向阀、17一号电磁阀、18二号电磁阀、19三号电磁阀、20四号电磁阀、21五号电磁阀、22六号电磁阀、23七号电磁阀、24八号电磁阀、25九号电磁阀、26十号电磁阀、27补水口、28生活热水出水口、29供暖热水出水口、30供暖热水回水口。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施方式。
太阳能制生活热水工作方式：
太阳能集热器1的出水口与水箱3的进水口连接，水箱3的出水口通过水泵2与太阳能集热器1进水口连接，补水管通过一号电磁阀17与水箱3连接，生活热水出水管通过十号电磁阀26与水箱3连接。补水时一号电磁阀17开启从补水口27处向水箱补水，使用生活热水时十号电磁阀26开启生活热水从生活热水出水口28处流出。
夏季单独制冷工作方式：
五、六、九号电磁阀21、22、25通电、一号电子膨胀阀11通电、四通电磁换向阀7不通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、五号电磁阀21流入室外空气换热器10，经室外空气换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过二号单向阀15、一号电子膨胀阀11节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，经过九号电磁阀25进入室内空气换热器9与室外空气换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经过六号电磁阀22、四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。
夏季制冷兼制生活热水工作方式：
三、六、九号电磁阀19、22、25通电、一号电子膨胀阀11通电、四通电磁换向阀7不通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、三号电磁阀19流入水箱3，经水换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过三号单向阀16、一号电子膨胀阀11节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，经过九号电磁阀25进入室内空气换热器9与室内空气换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经过六号电磁阀22、四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。
空气源热泵单独供暖工作方式：
A.五、七、八号电磁阀21、23、24通电、二号电子膨胀阀12通电、四通电磁换向阀7通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、七号电磁阀23流入板式换热器8，经供暖回水换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过八号电磁阀24、一号单向阀14进入二号电子膨胀阀12节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入室外空气换热器10与室外空气换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经五号电磁阀21、四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。
B.五、六、九号电磁阀21、22、25通电、二号电子膨胀阀12通电、四通电磁换向阀7通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、六号电磁阀22流入室内空气换热器9，经室内空气换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过九号电磁阀25、一号单向阀14进入二号电子膨胀阀12节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入室外空气换热器10与室外空气换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经五号电磁阀21、四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。
太阳能-空气源热泵耦合供暖工作方式：
A.三、七、八号电磁阀19、23、24通电、三号电子膨胀阀13通电、四通电磁换向阀7通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、七号电磁阀23流入板式换热器8，经供暖回水换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过八号电磁阀24、一号单向阀14，进入三号电子膨胀阀13节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入水箱3与水箱中的水换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经三号电磁阀19、四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。
B.三、六、九号电磁阀19、22、25通电、三号电子膨胀阀13通电、四通电磁换向阀7通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、六号电磁阀22流入室内空气换热器9，经室内空气换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过九号电磁阀25、一号单向阀14，进入三号电子膨胀阀13节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入水箱3与水箱中的水换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经三号电磁阀19、四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。
太阳能-空气源热泵耦合喷射增压供暖工作方式：
A.二、四、七、八号电磁阀18、20、23、24通电，二、三号电子膨胀阀12、13通电、四通电磁换向阀7通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、七号电磁阀23流入板式换热器8，经供暖回水换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过八号电磁阀24、一号单向阀14后分成两路，一路进入二号电子膨胀阀12节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入室外空气换热器10与室外空气换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经四号电磁阀20进入喷射增压器6；另一路进入三号电子膨胀阀13节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入水箱3与水箱中的水换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经二号电磁阀18进入喷射增压器和另一路低温低压气态制冷剂混合增压后经过四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。
B.二、四、六、九号电磁阀18、20、22、25通电，二、三号电子膨胀阀12、13通电、四通电磁换向阀7通电。变频压缩机5排出的高温高压气态制冷剂经四通电磁换向阀7、七号电磁阀23流入室内空气换热器9，经室内空气换热冷却，冷凝成过冷的高压制冷剂经过九号电磁阀25、一号单向阀14后分成两路，一路进入二号电子膨胀阀12节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入室外空气换热器10与室外空气换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经四号电磁阀20进入喷射增压器6；另一路进入三号电子膨胀阀13节流降压成为低温低压液态和气态混合制冷剂工质，进入水箱3与水箱中的水换热后，低温低压的液态和气态混合制冷剂工质成为低温低压气态制冷剂工质经二号电磁阀18进入喷射增压器和另一路低温低压气态制冷剂混合增压后经过四通电磁换向阀7流入变频压缩机5。

Claims (2)

1.一种适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，其特征在于：所述***包含由太阳能集热器(1)、水泵(2)、水箱(3)、定压罐(4)、一号电磁阀(17)、十号电磁阀(26)、补水口(27)、生活热水出水口(28)及连接管路构成的太阳能循环单元和由变频压缩机(5)、喷射增压器(6)、四通电磁换向阀(7)、板式换热器(8)、室内空气换热器(9)、室外空气换热器(10)、一号电子膨胀阀(11)、二号电子膨胀阀(12)、三号电子膨胀阀(13)、一号单向阀(14)、二号单向阀(15)、三号单向阀(16)、二号电磁阀(18)、三号电磁阀(19)、四号电磁阀(20)、五号电磁阀(21)、六号电磁阀(22)、七号电磁阀(23)、八号电磁阀(24)、九号电磁阀(25)、供暖热水出水口(29)、供暖热水回水口(30)及连接管路构成的空气源热泵循环单元；所述***中各设备连接关系为：太阳能集热器(1)的出水管路与水箱(3)左上端管路相连，水箱(3)左下端管路经水泵(2)与太阳能集热器(1)相连，在太阳能集热器(1)与水箱(3)连接管路上设置定压罐(4)，在定压罐(4)与水箱连接管路上设置补水管路，补水管路经一号电磁阀(17)与补水口(27)相连，在水箱(3)与水泵(2)连接管路上设置生活热水出水管路，生活热水出水管路经十号电磁阀(26)与生活热水出水口(28)相连，变频压缩机(5)的排气管路与四通电磁换向阀(7)上端相连，四通电磁换向阀(7)右端制冷剂管路经六号电磁阀(22)与室内空气换热器(9)相连，室内空气换热器(9)的下端制冷剂管路经九号电磁阀(25)与一号电子膨胀阀(11)相连，一号单向阀(14)出口端与一号电子膨胀阀(11)左端相连，一号单向阀(14)进口端与一号电子膨胀阀(11)右端相连，板式换热器(8)左上端制冷剂管路经七号电磁阀(23)接至四通电磁换向阀(7)与六号电磁阀(22)相连制冷剂管路的中部，板式换热器(8)左下端制冷剂管路经八号电磁阀(24)接至九号电磁阀(25)与一号电子膨胀阀(11)相连制冷剂管路的中部，板式换热器(8)右上端水管路与供暖热水出水口(29)相连，板式换热器(8)右下端水管路与供暖热水回水口(30)相连，一号电子膨胀阀(11)的左端制冷剂管路分别与二号电子膨胀阀(12)和三号电子膨胀阀(13)相连，二号单向阀(15)出口端与二号电子膨胀阀(12)下端相连，二号单向阀(15)进口端与二号电子膨胀阀(12)上端相连，二号电子膨胀阀(12)的上端制冷剂管路依次经室外空气换热器(10)和五号电磁阀(21)与四通电磁换向阀(7)左端相连，三号单向阀(16)出口端与三号电子膨胀阀(13)右端相连，三号单向阀(16)进口端与三号电子膨胀阀(13)左端相连，三号电子膨胀阀(13)左端制冷剂管路依次经水箱(3)和三号电磁阀(19)接至五号电磁阀(21)与四通电磁换向阀(7)相连制冷剂管路的中部，喷射增压器(6)A端制冷剂管路经二号电磁阀(18)接至水箱(3)与三号电磁阀(19)相连的制冷剂管路的中部，喷射增压器(6)B端制冷剂管路经四号电磁阀(20)接至室外空气换热器(10)与五号电磁阀(21)相连的制冷剂管路的中部，喷射增压器(6)C端制冷剂管路接至三号电磁阀(19)与四通电磁换向阀(7)相连的制冷剂管路的中部，四通电磁换向阀(7)下端与变频压缩机(5)相连。
2.根据权利要求1所述的适合低温气候的太阳能-空气源热泵复合***，其特征在于所述太阳能循环单元中太阳能集热器(1)、水泵(2)、水箱(3)、定压罐(4)、一号电磁阀(17)、十号电磁阀(26)及连接管路和空气源热泵循环单元中变频压缩机(5)、喷射增压器(6)、四通电磁换向阀(7)、板式换热器(8)、二、三号电子膨胀阀(12、13)、一号单向阀(14)、二号电磁阀(18)、四号电磁阀(20)、七号电磁阀(23)、八号电磁阀(24)及连接管路构成太阳能-空气源热泵耦合喷射增压供暖循环回路。
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