CN101929764A - 太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组 - Google Patents

Abstract

一种太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，包括压缩机、室外机换热器、用户侧换热器、四通换向阀、节流阀和连接管路，室外机换热器是太阳能-空气-地能三热源换热器，包括遮阳板、外套管、穿设在外套管内的内套管、与外套管外壁相结合的翅片，以及外套管和翅片外表面上的太阳能辐射吸收性涂层，内套管与液态热源的管路相连通，翅片之间的间隙构成空气热源通道。本发明只使用一个太阳能-空气-地能三热源换热器，在使热泵机组的供热性能系数COP和运行稳定性明显提高的同时，使***组成更为简化，可单独利用太阳能、空气和地能三种可再生清洁能源，又可同时利用太阳能、空气、地能任意两种或同时利用该三种可再生能源，应用范围广泛。

Description

太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组

技术领域

本发明涉及太阳利用装置，特别涉及利用太阳能的热泵装置，具体是一种太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组。

背景技术

目前，我国建筑能耗的总量已占到社会总能耗的46.7%，其中采暖及空调能耗约占建筑总能耗的65%，建筑空调节能是建筑节能的重中之重。为此，大力开发和有效利用可再生能源已成为各国的优先发展战略。

太阳能作为拥有巨大应用前景和市场的可再生清洁能源，其开发和有效利用越来越受到广泛的重视。太阳能以其取之不尽、廉价、安全、无需运输、清洁无污染等特点受到人们的重视，但由于太阳能受季节和天气影响较大、热流密度低，导致各种形式的太阳能直接利用***在应用中受到一定的限制；空气源热泵以空气作为冷热源，结构简单，安装使用方便，可以充分利用空气中的能源，是一种高效、节能的空调设备，但在冬季室外气温过低时，空气源热泵***蒸发温度过低，COP（性能系数）急剧下降，***能耗升高，甚至不能正常启动，不能满足正常供暖要求；地源热泵是一种高效节能装置，具有环保、节能、经济、可靠等显著的优点。地源热泵利用地下水、地下土壤、江河湖泊水中的热量作为热泵空调***的冷热源，充分利用地热能这一可再生能源，实现热泵空调***全年的高效运行，但地源热泵仍然存在地下水回灌困难，地下水循环量大，循环水泵能耗较高，地下埋管过多等问题。目前清洁能源的利用方面，大多为太阳能-空气能源相结合。中国发明专利“太阳能-空气热泵热水器”（申请日2003年8月28日，授权公告日2008年8月28日，授权公告号 CN 100398936C）公开了一种太阳能-空气热泵热水器，由太阳能集热板、空调风扇、通风口、壳体等部件组成，将太阳能集热器和空气换热器以紧凑结构形式组合起来，该发明中需要独立的太阳能集热板，使得整个热泵结构复杂。也有采用太阳与地能相结合的，中国实用新型专利“太阳能一地源热泵空调热水设备”（申请日2003年10月11日，申请号200320101152.8，授权公告号CN 2748843Y）公开了一种太阳能一地源热泵空调热水设备，结构上是在己有的热泵热水设备基础上，增设太阳能集热管蒸发器和地下放热器以利用太阳能和地能。中国发明专利“一种利用多种自然环保能源的空调装置”（申请日2007年1月25日，授权公告日2009年3月11日，授权公告号CN 100467964C）公开的技术方案中，将太阳能、空气能和地能综合利用，但其中针对三种能源分别有设一套换热***，结构复杂，管路较多，而且能量不集中，不利于提高使用效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，所述的这种太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组要解决现有技术中综合利用太阳能、空气和地能的装置结构复杂，能量不集中，影响使用效果的技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：包括压缩机、室外机换热器、用户侧换热器、四通换向阀、节流阀和连接管路，压缩机的出口通过四通换向阀分别连接用户侧换热器工质通道的一个接口及室外机换热器工质通道的一个接口，用户室内的空调机通过空调供水管和空调回水管与用户侧换热器相连接，所述室外机换热器是太阳能-空气-地能三热源换热器，太阳能-空气-地能三热源换热器包括遮阳板、外套管、穿设在外套管内的内套管、与外套管外壁相结合的翅片，以及外套管和翅片外表面上的太阳能辐射吸收性涂层，内套管的外径小于外套管的内径，内套管外壁与外套管内壁之间的环形空间构成室外机换热器的工质通道，内套管与来自地能储能库的液态热源的管路相连通，翅片之间的间隙构成空气热源通道。

所述太阳能-空气-地能三热源换热器为套片式结构，翅片呈长方形薄板，相邻两块翅片之间设有间隙，翅片层叠构成该太阳能-空气双热源换热器的外形，外套管呈S形弯曲穿设于翅片之间。

所述太阳能-空气-地能三热源换热器为绕片式结构，其外套管呈S形弯曲，翅片套设于外套管外侧。

在太阳能-空气-地能三热源换热器上设有风机，风机位于太阳能-空气双热源换热器的一侧。

太阳能辐射吸收性涂层通过电镀方法设于外套管和翅片外表面。

太阳能辐射吸收性涂层通过喷涂或涂刷方法设于外套管和翅片外表面。

单个翅片呈圆环形薄片。

所述遮阳板采用可拆卸方式设于太阳能-空气-地能三热源换热器上。

所述遮阳板采用可拆叠方式设于太阳能-空气-地能三热源换热器上。

该遮阳板通过一个驱动机构与驱动电机相连接，驱动机构由齿轮齿条构成，遮阳板通过铰链和滑槽设于太阳能-空气-地能三热源换热器上，齿轴固定于驱动电机的输出轴上，齿轮与齿条相啮合，齿条一端通过销轴与遮阳板相连接。

本发明和已有技术相比，其效果是积极和明显的。本太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组只使用一个太阳能-空气-地能三热源换热器即可实现同时从太阳辐射、空气和地能中获取热量，在外套管和翅片外表面涂太阳能辐射吸收性涂层，取代了传统的太阳能集热器，一方面简化了换热器结构，另一方面也简化了管路结构，提高热泵的可靠性，将太阳能集热技术、空气源热泵技术和地源热泵技术进行了科学合理的结合，并将气态热源换热器与液态热源换热器合二为一，设计成一体式结构的太阳能—空气—地能三热源复合型换热器，使整个***对太阳能、空气热源和地能的利用方式更加灵活多变，在进行热泵循环时，通过对管路上阀门的控制，太阳能-空气-地能三热源换热器既可以同时利用太阳能、空气、地能作为热泵的热源，又可以单独利用太阳能、空气、地能作为热泵的热源，还可以任意选择上述三者中的二者作为热泵热源。同样，在进行制冷循环时，太阳能-空气-地能三热源换热器可以同时利用空气、地能作为热泵的热源，又可以单独利用空气、地能作为热泵的热源。因此，该***可显著提高热泵工作效率。当采用套片式结构时，由多个长方形薄板翅片以一定间隔层叠构成，这时，外套管呈S形穿设于翅片中，这样相邻两块翅片之间的间隙构成空气气流通道。当采用绕片式结构时，采用尺寸较小的翅片，多个翅片套设于外套管上，再随外套管弯曲呈S形，不过此时，也可要求上下两层翅片上下对齐，这样便于形成上下空气流通道，提高空气流动效果。

附图说明

图1是本发明的工作原理图。

图2是本发明实施例1的太阳能-空气-地能三热源换热器主视图。

图3 是图2的左视图。

图4是图2的右视图。

图5是本发明实施例2的太阳能-空气-地能三热源换热器主视图。

图6是图5的左视图。

图7是图6的右视图。

具体实施方式

下面结合附图通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1、图2、图3和图4所示，图1中省去了补水管路和热水供水管路、地能储能部分以工作必须的阀门组件，在本实施例中，该太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，包括压缩机1，太阳能-空气-地能三热源换热器2，用户侧换热器3，四通换向阀4，节流阀5及连接管路；压缩机1的出口通过四通换向阀4分别连接用户侧换热器3及太阳能-空气-地能三热源换热器2制冷剂（工质）通道的一个接口，用户侧换热器3及太阳能-空气-地能三热源换热器2制冷剂通道的另一个接口通过节流阀5相连接，用户室内的空调机通过空调供水管14和空调回水管15与用户侧换热器相连接，所述太阳能-空气-地能三热源换热器2为带遮阳板13和高效辐射热吸收性涂层的太阳能—空气—地能三热源复合型换热器。本实施例中的地能通过液态水为媒介来利用，图1没有画出地能储能库和相关和管路，地能储能库可采用现有的人防工程或废弃的矿山工程建设而成，或由天然地下岩洞建设而成，或由人工地下***建成，库壁由钢筋混凝土衬砌而成，为了增加地下储蓄冷热能库的密封保温性，在衬砌层内侧设保温层，保温层内侧设密封层，通过水泵和阀门使水流经储能库，从储能库出来的水通过地能供水管16与换热器的内套管6相连通，进行热交换后，成为从地能回水管17又流回储能库再次进行交换。

通过对管路上阀门的控制，本太阳能-空气-地能三热源热泵空调机组的热泵工质既可以同时利用太阳能、空气、地能的能量，又可以单独利用太阳能、空气或地能，还可以任意选择上述三者中的二者。

如图2、图3、图4所示，本发明中所述三热源复合型换热器2为带夏季遮阳板和高效辐射热吸收性涂层的太阳能-空气-地能三热源换热器，它包括可拆卸式遮阳板13、外套管6、穿装在外套管管腔中的内套管10、与外套管6外壁相结合的翅片7、以及外套管外表面及翅片外表面电镀的黑色太阳能辐射吸收性涂层；所述内套管10外径小于外套管6的孔径，并由内套管10外壁与外套管6内壁之间的环型空间构成热泵工质通道8，内套管10的管腔构成液态热源通道11，该通道与来自地能供水的管路相连通；外套管6外壁与翅片7之间构成气态热源通道9，带太阳能辐射吸收性涂层的外套管6外表面与翅片7外表面构成太阳能热源的吸附表面。冬季采暖时，取下遮阳板13，热泵工质可以同时吸收气态热源、液态热源的热量和外套管6外表面及翅片7外表面的太阳能辐射吸收性涂层吸收的太阳能热量；夏季制冷时，装上遮阳板，热泵工质可以同时释放热量给气态热源和液态热源。

所述太阳能-空气-地能三热源换热器2为套片式结构，翅片7呈长方形薄板，相邻两块翅片7之间设有间隙构成空气热源通道9，翅片层叠构成该太阳能-空气-地能三热源换热器的外形，外套管6呈S形弯曲穿设于翅片之间，在换热器2一侧设有风机12，以加强空气流动，充分利用空气热源。由于翅片和外套管外表面镀有太阳能辐射吸收性涂层，该太阳能辐射吸收性涂层对太阳辐射有较强的吸收作用，可充分吸收太阳能，不需要采用太阳能集热器，简化了换热器的结构，以及管路结构。

本发明中的压缩机1可选定频压缩机或变频压缩机，可使用现有的常用工质和新型环保工质做冷媒。热泵工质可以同时吸收气态热源热量和外套管外表面及翅片外表面的太阳能辐射吸收性涂层吸收的太阳能热量。

本发明的工作流程如下：

（1）制热模式

该工作模式下，遮阳板13关闭（或拆除），热泵工质由压缩机1压缩，通过四通换向阀4，进入用户侧换热器3释放热量后，经节流阀5进入三热源复合型换热器2，同时或单独吸收气态热源、液态热源的热量和外套管6外表面及翅片7外表面的太阳能辐射吸收性涂层吸收的太阳辐射能热量后，通过四通换向阀4进入压缩机1进入下一循环；用户室内的空调机通过空调供水管14和空调回水管15与用户侧换热器进行热量交换，实现室内的供暖。

（2）制冷模式

该工作模式下，遮阳板13打开（或安装于遮阳板式太阳能—空气双热源换热器2上部）进行遮阳工作，热泵工质由压缩机1压缩，通过四通换向阀4，进入三热源复合型换热器2，同时或单独释放热量给气态热源和液态热源后，经节流阀5进入用户侧换热器3，用户室内的空调机通过空调供水管14和空调回水管15与用户侧换热器进行热量交换，实现室内的制冷，工质吸收来自用户室内的热量后，通过四通换向阀4进入压缩机1进入下一循环。

本发明的太阳能—空气—地能三热源复合型热泵空调机组可以广泛应用于民用建筑、公共建筑、别墅建筑等所有可以采用空气源热泵的场所。

实施例2

如图1、图5、图6和图7所示，本实施例与实施例1区别在于，其所述太阳能-空气-地能三热源换热器为绕片式结构，其外套管6呈S形弯曲，多个圆环形翅片7套设于外管外侧，上、下相邻两层翅片为分离结构，上、下相邻两层翅片中的单个翅片呈上下对齐，构成空气流动通道。

除了上述方案之外，本发明的多处结构还可以许多变形。比如，太阳能-空气-地能三热源换热器的外形也可以采用其它形式，不必是方形，这可通过改变实施例1中翅片的形状，以及实施例2中翅片的排列方式即可，同时，翅片还可设置呈一定造型，以便于空气流动，提高换热效率。翅片和外套管外表面的太阳能辐射吸收性涂层也可以采用其它具有较好太阳辐射吸收性能的颜色，比如褐色，也可以通过喷涂或涂刷的方式涂覆于翅片和外套管外表面。同时，所述遮阳板采用可拆叠方式设于太阳能-空气-地能三热源换热器上，该遮阳板通过一个驱动机构与驱动电机相连接，驱动机构由齿轮齿条构成，遮阳板通过铰链和滑槽设于太阳能-空气-地能三热源换热器上，齿轴固定于驱动电机的输出轴上，齿轮与齿条相啮合，齿条一端通过销轴与遮阳板相连接，由驱动电机控制遮板的展开与收拢。

Claims (10)

1.一种太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，包括压缩机（1）、室外机换热器（2）、用户侧换热器（3）、四通换向阀（4）、节流阀（5）和连接管路，其特征在于：压缩机（1）的出口通过四通换向阀（4）分别连接用户侧换热器（3）工质通道的一个接口及室外机换热器（2）工质通道的一个接口，用户室内的空调机通过空调供水管（14）和空调回水管（15）与用户侧换热器（3）相连接，所述室外机换热器（2）是太阳能-空气-地能三热源换热器（2），太阳能-空气-地能三热源换热器包括遮阳板（13）、外套管（6）、穿设在外套管（6）内的内套管（10）、与外套管外壁相结合的翅片（7），以及外套管（6）和翅片（7）外表面上的太阳能辐射吸收性涂层，内套管（10）的外径小于外套管（6）的内径，内套管（10）外壁与外套管（6）内壁之间的环形空间构成室外机换热器的工质通道（8），内套管（10）与来自地能储能库的液态热源的管路相连通，翅片（7）之间的间隙构成空气热源通道（9）。

2.如权利要求1所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：所述太阳能-空气-地能三热源换热器（2）为套片式结构，翅片（7）呈长方形薄板，相邻两块翅片（7）之间设有间隙，翅片（7）层叠构成该太阳能-空气双热源换热器的外形，外套管（6）呈S形弯曲穿设于翅片（7）之间。

3.如权利要求1所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：所述太阳能-空气-地能三热源换热器（2）为绕片式结构，其外套管（6）呈S形弯曲，翅片（7）套设于外套管（6）外侧。

4.如权利要求1或2或3所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：在太阳能-空气-地能三热源换热器（2）上设有风机（12），风机（12）位于太阳能-空气双热源换热器（2）的一侧。

5.如权利要求1或2或3所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：太阳能辐射吸收性涂层通过电镀方法设于外套管（6）和翅片（7）外表面。

6.如权利要求1或2或3所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：太阳能辐射吸收性涂层通过喷涂或涂刷方法设于外套管（6）和翅片（7）外表面。

7.如权利要求3所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：单个翅片（7）呈圆环形薄片。

8.如权利要求1或2或3所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：所述遮阳板（13）采用可拆卸方式设于太阳能-空气-地能三热源换热器上。

9.如权利要求1或2或3所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：所述遮阳板（13）采用可拆叠方式设于太阳能-空气-地能三热源换热器上。

10.如权利要求8所述的太阳能-空气-地能三热源型热泵空调机组，其特征在于：该遮阳板（13）通过一个驱动机构与驱动电机相连接，驱动机构由齿轮齿条构成，遮阳板通过铰链和滑槽设于太阳能-空气-地能三热源换热器上，齿轴固定于驱动电机的输出轴上，齿轮与齿条相啮合，齿条一端通过销轴与遮阳板相连接。

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