CN102645030B - 数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置 - Google Patents

数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及可再生能源利用领域，尤其是一种利用热泵制取60℃～90℃的工艺热水或生活卫生热水的高效节能装置，具体是提供一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，其结构包括数码式太阳能捕热，覆合热泵，保温生产热水工作罐和热水蓄水罐，其特征在于，所述的数码式太阳能捕热器分别通过水管连接覆合热泵和保温生产热水工作罐，所述的覆合热泵通过循环管路分别连接保温生产热水工作罐和热水蓄水罐，所述保温生产热水工作罐通过管路连接热水蓄水罐。本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置其能够吸取95％的太阳辐射量制取热水。当环境温度较低且阳光不足的节令，高温工质的热泵自动启动，其蒸发器与空气源热泵热力系的冷凝器作覆叠热交换，使热水***全年全天候可用太阳能结合的覆合热泵生产设定目标温度的热水。

Description

数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置
技术领域
本发明涉及可再生能源利用领域，尤其是一种利用热泵制取60℃～90℃的工艺热水或生活卫生热水的高效节能装置，具体是提供一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置。
背景技术
面临能源的危机，人们有所针对性的实施各种节能措施及新能源和可再生能源的开发利用，然而，却普遍的存在效率、效益及可靠性问题。例如普及的太阳能光/热利用的设施效率只有30％左右。又如逆卡诺循环的热泵采用某一工质只是在有限的温区作有效的热力系运行，实际的工艺工况往往有较大的温区是不尽人意的。
发明内容
本发明就是针对目前这些问题，提供一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，其能够吸取95％的太阳辐射量制取热水。当昼夜时自动切换空气源热力系，继续生产热水。当环境温度较低且阳光不足的节令，高温工质的热泵自动启动，其蒸发器与空气源热泵热力系的冷凝器作覆叠热交换，使热水***全年全天候可用太阳能结合的覆合热泵生产设定目标温度的热水。
本发明所采用的技术方案如下：
一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，包括数码式太阳能捕热器，覆合热泵，保温生产热水工作罐和热水蓄水罐，数码式太阳能捕热器分别通过水管连接覆合热泵和保温生产热水工作罐，所述的覆合热泵通过循环管路分别连接保温生产热水工作罐和热水蓄水罐，所述保温生产热水工作罐通过管路连接热水蓄水罐。
覆合热泵包括泵体内的风冷热泵压缩机和水/水热泵压缩机，所述风冷热泵压缩机一端连接风冷热泵冷凝器，另一端连接风冷蒸发器，所述的风冷热泵冷凝器和风冷蒸发器之间的管路上还设置有风冷热泵膨胀阀，所述风冷蒸发器一侧设置有风冷热泵风机，所述的风冷热泵冷凝器通过循环管路连接所述的保温生产热水工作罐；所述的水/水热泵压缩机一端连接水/水热泵冷凝器，另一端连接水/水热泵蒸发器，所述的水/水热泵冷凝器和水/水热泵蒸发器之间的管路上还设置有水/水热泵膨胀阀，所述的水/水热泵蒸发器通过管路分别连接数码式太阳能捕热器和保温生产热水工作罐，所述的水/水热泵冷凝器通过循环管路连接热水蓄水罐，所述的覆合热泵的泵体外壁上设置进风百叶和出风百叶。
保温生产热水工作罐与数码式太阳能捕热器之间的管路上设置有热水循环泵。
保温生产热水工作罐与覆合热泵之间的循环管路上设置有热水循环泵。
覆合热泵与热水蓄水罐之间的循环管路上设置有热水循环泵。
本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，包括数码式太阳能捕热器，覆合热泵，保温生产热水工作罐及热水蓄水罐，本发明采用数码式太阳能捕热器，在形状为“”的真空空间中的工质受太阳的辐射热作用发生蒸发，生成汽泡，并迅速膨胀不断地吸热升压，推动这些工质气泡流向真空管低温区域。当气泡到达低温区域，则马上收缩、放热液化。这些液化工质受重力和推力作用下，在相邻的立管再次流向受太阳辐射热作用的区域。工质不断地在“U”型的两条压差的立管作数码式气、液相的变化过程快速地传递太阳能辐射热量，提供了第一种热源。另外由覆合热泵的中温工质的空气源热力系吸取空气的热量提供了第二种热源，并由覆合热泵的高温工质的水/水热泵热力系与第一种和第二种热源作单独或组合的覆叠式加热运行，实现全年全天候按需自动切换、自动组合生产热水。
数码式太阳能捕热器包括下端的太阳辐射热接收段，上端的水套管换热段及与水泵相连的循环水管。
覆合热泵包括上层中温工质的空气源热力系，下层高温工质的水/水热力系。
本发明利用数码式太阳能捕热器，太阳辐射热量以声速传递至被加温热水，实现大温差高效率地吸取太阳辐射热，无需温室效应的设施，使捕热器的体积较大地缩小，相应的重量减轻、成本下降。其高效利用白天的太阳能，夜间可利用空气能，使装置能全天候运行。设置有两个保温工作罐A、B，一个保温蓄水罐C和14个电磁阀作大温差热交换，在最有利的能效比工况区域切换运行，效率高。
本发明的有益效果在于：
1、充分利用太阳能，吸收95％以上曝辐射量。
2、可在零下20℃的环境温度下，正常的制备工艺热水或生活用卫生热水。
3、节能指数高，在同等的环境工况下，比现时的热泵节能约40％。
4、全年全天候制备的热水温度范围广，可在60℃～90℃范围内设定运行。
5、数码捕热式太阳能生产热水装置重量轻，厚度只有约35mm，可广泛安装在楼顶、墙壁面等，对建筑结构的负重和外立面的影响较小。
附图说明
附图1为本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置的结构原理图。
图中：1、风冷热泵压缩机；2、风冷热泵冷凝器；3、风冷热泵膨胀阀；4、风冷蒸发器；5、风冷热泵风机；6、进风百叶；7、出风百叶；8、水/水热泵压缩机；9、水/水热泵冷凝器；10、水/水热泵膨胀阀；11、水/水热泵蒸发器；12、数码式太阳能捕热器；13、热水循环泵；14、热水循环泵；15、热水循环泵；16、不锈钢保温生产热水工作罐A；17、不锈钢保温生产热水工作罐B；18、热水蓄水罐；19、覆合热泵；20、保温生产热水工作罐；a1～a5/b1～b4/D、气动阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置作进一步的描述。
如图1所示，本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置设置有数码式太阳能捕热器12，覆合热泵19(上端为空气源热泵，下端为水/水热泵)，保温生产热水工作罐20及热水蓄水罐C 18，分别如图1连接水管，并相应在四个热力循环运行模式配置3台水泵所组成的“数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置”。
所述的数码式太阳能捕热器12包括下端的太阳辐射热接收段，上端的水套管换热段及与水泵相连的循环水管。
所述的覆合热泵19包括上层中温工质的空气源热力系，下层高温工质的水/水热力系；所述的“空气源热力系”主要由风冷热泵压缩机1、风冷热泵冷凝器2、风冷热泵膨胀阀3、风冷蒸发器4、风冷热泵风机5、进风百叶6、出风百叶7组成；所述“水/水热力系”主要由水/水热泵压缩机8、水/水热泵冷凝器9、水/水热泵膨胀阀10、水/水热泵蒸发器11组成。
所述的保温生产热水工作罐20由热水工作罐A 16、热水工作罐B 17组成。
如图1，本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置的三种选择模式和一种自动执行模式的工作过程如下：
点击PLC触屏的如图1，气动阀a4、b4导通，热水工作罐A16、热水工作罐B17同时进水，当水量到达设定水位气动阀a4、b4自动关闭，装置进入待起动状态，触屏显示三种选择模式。
当选择点击本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置采用太阳能单一热源为整水体加热模式运行。具体运行过程如下：
如图1，气动阀a1、a5导通→热水循环泵13起动，热水工作罐A16与数码式太阳能捕热器12作热力循环运行，当热水工作罐A16水位到达设定温度，a1阀门关闭，气动阀a2导通，热水工作罐A16生产的热水流向热水蓄水罐18(水流完毕气动阀a4自动执行进水模式)。同时b1阀门导通，轮换热水工作罐B17水体与数码式太阳能捕热器12作热力循环运行。二个工作罐执行同样模式不断地轮换工作向热水蓄水罐18提供热水。当热水蓄水罐18水位到达设定值，a5阀门关闭，热水循环泵15起动→覆合热泵19水/水热泵压缩机8起动，对热水蓄水罐18水温与设定值的温差作补偿加热，当水温到达设定值，水/水热泵***关闭→其它设备关闭(除气动阀a4自动执行进水模式)，当热水蓄水罐18水位降低到设定值，装置重新“执行模式一”运行。
当选择点击本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置采用太阳能加热水体的低温段(可调整)，采用空气源热泵加热水体的高温段的模式运行。具体的运行过程如下：
如图1，执行模式二，当水体低温段时，本发明的数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置的运行模式与相同模式运行。当热水工作罐A16水温未达到设定温度，数码式太阳能捕热器12的进出水温差≤5℃时，热水循环泵13关闭，a1阀门关闭，同时气动阀a3导通，热水循环泵14起动，覆合热泵19的风冷热泵压缩机1及风冷热泵风机5起动，热水工作罐A16水体继续与空气源热泵作热力循环。当水体到达设定温度，气动阀a3关闭、气动阀a2导通，热水工作罐A16生产的热水流向热水蓄水罐18(水流完毕气动阀a4自动执行进水模式)，同时气动阀b1阀门导通，轮换热水工作罐B17水体与数码式太阳能捕热器12作热力循环运行。二个工作罐执行同样模式不断地轮换工作向热水蓄水罐18提供热水。对热水蓄水罐18温差补偿加热运行与 相同，当热水蓄水罐18水位降低到设定值，装置重新“执行模式二”运行。
当选择点击热水蓄水罐18水体的热量由覆合热泵19的水/水热泵热力系吸取数码捕热式太阳能与覆合热泵空气源热力系的热量所运行的模式，与基本相同，只是工作罐的目标温度设定值约40℃(可调整)，并且热水循环泵15启动时，气动阀阀门D导通，实现环境低温下的运行模式。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，包括数码式太阳能捕热器，覆合热泵，保温生产热水工作罐和热水蓄水罐，其特征在于，所述的数码式太阳能捕热器分别通过水管连接覆合热泵和保温生产热水工作罐，所述的覆合热泵通过循环管路分别连接保温生产热水工作罐和热水蓄水罐，所述保温生产热水工作罐通过管路连接热水蓄水罐；所述的覆合热泵包括泵体内的风冷热泵压缩机和水/水热泵压缩机，所述风冷热泵压缩机一端连接风冷热泵冷凝器，另一端连接风冷蒸发器，所述的风冷热泵冷凝器和风冷蒸发器之间的管路上还设置有风冷热泵膨胀阀，所述风冷蒸发器一侧设置有风冷热泵风机，所述的风冷热泵冷凝器通过循环管路连接所述的保温生产热水工作罐；所述的水/水热泵压缩机一端连接水/水热泵冷凝器，另一端连接水/水热泵蒸发器，所述的水/水热泵冷凝器和水/水热泵蒸发器之间的管路上还设置有水/水热泵膨胀阀，所述的水/水热泵蒸发器通过管路分别连接数码式太阳能捕热器和保温生产热水工作罐，所述的水/水热泵冷凝器通过循环管路连接热水蓄水罐，所述的覆合热泵的泵体外壁上设置进风百叶和出风百叶。
2.根据权利要求1所述的一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，其特征在于，所述的保温生产热水工作罐与数码式太阳能捕热器之间的管路上设置有热水循环泵。
3.根据权利要求1所述的一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，其特征在于，所述的保温生产热水工作罐与覆合热泵之间的循环管路上设置有热水循环泵。
4.根据权利要求1所述的一种数码捕热式太阳能覆合热泵热水生产装置，其特征在于，所述的覆合热泵与热水蓄水罐之间的循环管路上设置有热水循环泵。
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