CN110469894A - 一种太阳能和水源双源冷热平衡*** - Google Patents
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Abstract
本发明一种太阳能和水源双源冷热平衡***,属于热泵技术领域;提供了一种可以提高能效比,实现节能的太阳能和水源双源冷热平衡***;技术方案为:一种太阳能和水源双源冷热平衡***,包括依序由工质管道相连接的压缩机、板式冷凝器、热力膨胀阀和板式蒸发器,还包括设置在压缩机和板式蒸发器之间的太阳能真空管蒸发器和储能器,太阳能真空管蒸发器与板式蒸发器并联;太阳能真空管蒸发器包括多根集热管,用于将太阳的辐射能转换为热能;储能器内部填充储热材料,用于收集和释放太阳能真空管蒸发器中的热能;本发明可广泛应用于供热、供暖领域。
Description
技术领域
本发明一种太阳能和水源双源冷热平衡***,属于热泵技术领域。
背景技术
住宅建筑的采暖和热水供应是我国能源消耗的一个重要方面,煤炭、石油、天然气等一次能源的大量消耗,使我国能源供应面临巨大的挑战,而且造成严重的环境污染,因此节约能源、开发利用清洁的再生能源、减少传统能源的应用,成为一项十分紧迫的任务。
太阳能资源在我国分布广,且太阳能资源是可再生的能源,储量大、资源丰富、绿色环保。太阳能热泵一般是指利用太阳能作为蒸发器热源的热泵***。太阳能蓄热方式可以分为显性蓄热和相变蓄热。现有公布号为CN 107062693 A,名称为一种基于相变储热和热管传热的太阳能热泵***,其中的太阳能辐射板内部充满液体介质,用于将太阳能辐射板吸收的热能储存在液体介质中,然后再通过热管在蓄能器和液体介质之间进行热能传递,但是在夜间或阴雨天没有足够的太阳辐射时,无法实现全天候的连续供热。
发明内容
本发明一种太阳能和水源双源冷热平衡***,克服了现有技术存在的不足,提供了一种太阳能和水源双源冷热平衡***,可以提高能效比,并能在冬季低温下使用,节约能耗。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案为:一种太阳能和水源双源冷热平衡***,包括依序由工质管道相连接的压缩机、板式冷凝器、热力膨胀阀和板式蒸发器,还包括设置在压缩机和板式蒸发器之间的太阳能真空管蒸发器和储能器,太阳能真空管蒸发器与板式蒸发器并联;太阳能真空管蒸发器包括多根集热管,用于将太阳的辐射能转换为热能;储能器内部填充储热材料,用于收集和释放太阳能真空管蒸发器中的热能。
进一步,所述集热管包括真空管、冷媒支管和铝翼片,冷媒支管和铝翼片设置在真空管内,铝翼片的一端与保温盒的一侧或两侧固定相连,铝翼片上设有与冷媒支管匹配的凹槽,冷媒支管嵌入在凹槽内,真空管与保温盒密封,保温盒设有冷媒供液管和冷媒回液管,冷媒支管的入口与冷媒供液管相连通,冷媒支管的出口与冷媒回液管相连通。
进一步,所述储能器包括罐体和导热管,导热管呈弯曲螺旋状地设置在所述储热材料中,罐体的顶端设有排气阀。
进一步,所述板式蒸发器的冷媒出口通过工质管道依序经过第三阀门和第七阀门与所述压缩机的吸气口相连通,所述板式蒸发器的冷媒入口通过工质管道经过第四阀门连接在第三阀门和第七阀门之间,所述冷媒回液管上设有第一阀门,所述冷媒供液管上设有第二阀门,所述储能器的进口通过工质管道经过第六阀门接在第七阀门和第四阀门之间,所述储能器的出口通过工质管道经过第五阀门与所述压缩机的吸气口相连。
进一步,还包括控制器,所述板式蒸发器的入水口处设有温度传感器,所述第一至第七阀门均为电动阀,所述板式蒸发器的进水口设有第二水泵,温度传感器与控制器的输入端相连,控制器的输出端分别与第一至第七阀门的控制端和第二水泵的供电端相连。
进一步,所述压缩机的排气口经过避震管与油分离器的入口相连,油分离器的出口与所述板式冷凝器的冷媒入口相连,油分离器的回油口与所述压缩机的吸气口相连。
进一步,所述板式冷凝器的冷媒出口通过工质管道依次经过储液罐和干燥过滤器后与所述热力膨胀阀相连。
进一步,所述冷媒支管所用的材料为铜,所述真空管所使用的材料为玻璃。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1.本发明中的太阳能真空管蒸发器采用了玻璃真空管,不易沾污,易清洗,耐腐蚀,很好的适应室外工作环境。
2.本发明通过利用储能器中的储热材料,能够大量的储存太阳能产生的热量,在夜间或阴天太阳能不足以及冬季环境气温低的时候,能够将取得的热量有效传递给取热用户,提升了能效比,实现节能运行。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的储能器的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的太阳能真空管蒸发器的外观结构示意图。
图4为本发明实施例提供的太阳能真空管蒸发器中的冷媒支管的连接示意图。
图5为图4中A-A方向的剖视图。
图6为本发明实施例工作在供热、释热和水源模式下的示意图。
图7为本发明实施例工作在供热和水源模式下的示意图。
图8为本发明实施例工作在供热和释热模式下的示意图。
图9为本发明实施例工作在水源模式下的示意图。
图10为本发明实施例工作在释热模式下的示意图。
图11为本发明实施例工作在释热和水源模式下的示意图。
图中,1-压缩机,2-板式冷凝器,3-热力膨胀阀,4-板式蒸发器,5-太阳能真空管蒸发器,6-储能器,7-避震管,8-油分离器,9-储液罐,10-第一水泵,11-干燥过滤器,12-第二水泵,13-水源,15-温度传感器,18-第一阀门,19-第二阀门,20-第三阀门,21-第四阀门,22-第五阀门,23-第六阀门,24-第七阀门,51-支架,52-集热管,53-保温盒,54-冷媒供液管,55-冷媒回液管,56-铝翼片,61-罐体,62-排气阀,63-储热材料,64-导热管,521-真空管,522-冷媒支管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明。
如图1-图3所示,本发明一种太阳能和水源双源冷热平衡***,包括依序由工质管道相连接的压缩机1、板式冷凝器2、热力膨胀阀3和板式蒸发器4,还包括设置在压缩机1和板式蒸发器4之间的太阳能真空管蒸发器5和储能器6,太阳能真空管蒸发器5与板式蒸发器4并联;太阳能真空管蒸发器5包括多根集热管52,用于将太阳的辐射能转换为热能;储能器6内部填充储热材料63,用于收集和释放太阳能真空管蒸发器5中的热能。储热材料63可以使用石蜡混合物等相变材料。
如图4、图5所示,集热管52包括真空管521、冷媒支管522和铝翼片56,冷媒支管522和铝翼片56设置在真空管521内,铝翼片56的一端与保温盒53的一侧或两侧固定相连,铝翼片56上设有与冷媒支管522匹配的凹槽,冷媒支管522嵌入在凹槽内,真空管521与保温盒53密封,保温盒53设有冷媒供液管54和冷媒回液管55,冷媒支管522的入口与冷媒供液管54相连通,冷媒支管522的出口与冷媒回液管55相连通。
储能器6包括罐体61和导热管64,导热管64呈弯曲螺旋状地设置在储热材料63中,罐体61的顶端设有排气阀62。
本实施例中,板式蒸发器4的冷媒出口通过工质管道依序经过第三阀门20和第七阀门24与压缩机1的吸气口相连通,板式蒸发器4的冷媒入口通过工质管道经过第四阀门21连接在第三阀门20和第七阀门24之间,冷媒回液管55上设有第一阀门18,冷媒供液管54上设有第二阀门19,储能器6的进口通过工质管道经过第六阀门23接在第七阀门24和第四阀门21之间,储能器6的出口通过工质管道经过第五阀门22与压缩机1的吸气口相连。
本实施例中,本***还包括控制器,板式蒸发器4的入水口处设有温度传感器15,第一至第七阀门18-24均为电动阀,板式蒸发器4的进水口设有第二水泵12,第二水泵12需要引入水源13。水源12可以取自储水罐、井水、海水、废水等。温度传感器15与控制器的输入端相连,控制器的输出端分别与第一至第七阀门18-24的控制端和第二水泵12的供电端相连。控制器的输入端还可以接入光照度传感器,用于检测太阳光照强度。
为了起到将压缩机排除的高压蒸汽中的润滑油分离以保证***安全高效运行,压缩机1的排气口经过避震管7与油分离器8的入口相连,油分离器8的出口与板式冷凝器2的冷媒入口相连,油分离器8的回油口与压缩机1的吸气口相连。
优选的,板式冷凝器2的冷媒出口通过工质管道依次经过储液罐9和干燥过滤器11后与热力膨胀阀3相连。冷媒支管522所用的材料为铜,真空管521所使用的材料为玻璃。
根据太阳辐射强度的大小和温度传感器15测得温度的大小,本***可以实现六种运行模式。
如图6所示,供热、释热和水源模式:太阳辐射强度较强时,且温度传感器15处的温度大于7℃且小于等于35℃时,控制器指令关闭第四阀门21和第七阀门24,开启其余阀门,启动第二水泵12。压缩机1运行,产生过热制冷剂蒸汽,进入板式冷凝器2中对水进行加热,产生高温水。制冷剂蒸汽放热变为高压制冷剂液体依次经过储液罐9和干燥过滤器11,经热力膨胀阀3节流后变为低温低压气液两相制冷剂,板式蒸发器4从水源13中取得热量,太阳能真空管蒸发器5吸收太阳能,储能器7中的相变材料以相变潜热形式存储太阳能。制冷剂回到压缩机吸气口完成一个循环。
如图7所示,供热和水源模式:太阳辐射强度较强时,温度传感器15处的温度大于35℃时,控制器指令关闭第四阀门21、第五阀门22和第六阀门23,开启其余阀门,启动第二水泵12。此时,储能器6不释放相变材料储存的太阳能,制冷剂从水源13和太阳能真空管蒸发器5取得热量。
如图8所示,供热和释热模式:太阳辐射强度较强时,温度传感器15处的温度小于等于7℃,为防止板式蒸发器4损坏,控制器指令关闭第三阀门20、第四阀门21和第七阀门24,开启其余阀门,关闭第二水泵12。此时,本***不使用水源13,而是从太阳能真空管蒸发器5取得热量,并对储能器6中的相变材料进行储能。
如图9所示,水源模式:太阳能辐射较弱或没有太阳时,温度传感器15处的温度大于12℃时,控制器指令关闭第一阀门18、第二阀门19、第四阀门21、第五阀门22和第六阀门23,开启其余阀门,开启第二水泵12。此时,本***转化为普通的水源热泵进行运转。
如图10所示,释热模式:太阳能辐射较弱或没有太阳时,温度传感器15处的温度小于7℃,为防止板式蒸发器4损坏,控制器指令关闭第一阀门18、第二阀门19、第三阀门20、第四阀门24,开启其余阀门,关闭第二水泵12。此时,本***利用储能器6对流经内部的制冷剂进行放热。
如图11所示,释热和水源模式:太阳能辐射较弱或没有太阳时,温度传感器15处的温度大于等于7℃且小于12℃,控制器指令关闭第一阀门18、第二阀门19、第四阀门21和第四阀门24,开启其余阀门,开启第二水泵12。此时,制冷剂从水源13和储能器6取得热量。
尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明,但是本领域的技术人员应该理解,在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下,可以对其进行形式和细节上的各种改变。
Claims (8)
1.一种太阳能和水源双源冷热平衡***,包括依序由工质管道相连接的压缩机(1)、板式冷凝器(2)、热力膨胀阀(3)和板式蒸发器(4),其特征在于:还包括设置在压缩机(1)和板式蒸发器(4)之间的太阳能真空管蒸发器(5)和储能器(6),太阳能真空管蒸发器(5)与板式蒸发器(4)并联;太阳能真空管蒸发器(5)包括多根集热管(52),用于将太阳的辐射能转换为热能;储能器(6)内部填充储热材料(63),用于收集和释放太阳能真空管蒸发器(5)中的热能。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能和水源双源冷热平衡***,其特征在于:所述集热管(52)包括真空管(521)、冷媒支管(522)和铝翼片(56),冷媒支管(522)和铝翼片(56)设置在真空管(521)内,铝翼片(56)的一端与保温盒(53)的一侧或两侧固定相连,铝翼片(56)上设有与冷媒支管(522)匹配的凹槽,冷媒支管(522)嵌入在凹槽内,真空管(521)与保温盒(53)密封,保温盒(53)设有冷媒供液管(54)和冷媒回液管(55),冷媒支管(522)的入口与冷媒供液管(54)相连通,冷媒支管(522)的出口与冷媒回液管(55)相连通。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能和水源双源冷热平衡***,其特征在于:所述储能器(6)包括罐体(61)和导热管(64),导热管(64)呈弯曲螺旋状地设置在所述储热材料(63)中,罐体(61)的顶端设有排气阀(62)。
4.根据权利要求2所述的一种太阳能和水源双源冷热平衡***,其特征在于:所述板式蒸发器(4)的冷媒出口通过工质管道依序经过第三阀门(20)和第七阀门(24)与所述压缩机(1)的吸气口相连通,所述板式蒸发器(4)的冷媒入口通过工质管道经过第四阀门(21)连接在第三阀门(20)和第七阀门(24)之间,所述冷媒回液管(55)上设有第一阀门(18),所述冷媒供液管(54)上设有第二阀门(19),所述储能器(6)的进口通过工质管道经过第六阀门(23)接在第七阀门(24)和第四阀门(21)之间,所述储能器(6)的出口通过工质管道经过第五阀门(22)与所述压缩机(1)的吸气口相连。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能和水源双源冷热平衡***,其特征在于:还包括控制器,所述板式蒸发器(4)的入水口处设有温度传感器(15),所述第一至第七阀门(18-24)均为电动阀,所述板式蒸发器(4)的进水口设有第二水泵(12),温度传感器(15)与控制器的输入端相连,控制器的输出端分别与第一至第七阀门(18-24)的控制端和第二水泵(12)的供电端相连。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种太阳能和水源双源冷热平衡***,其特征在于:所述压缩机(1)的排气口经过避震管(7)与油分离器(8)的入口相连,油分离器(8)的出口与所述板式冷凝器(2)的冷媒入口相连,油分离器(8)的回油口与所述压缩机(1)的吸气口相连。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种太阳能和水源双源冷热平衡***,其特征在于:所述板式冷凝器(2)的冷媒出口通过工质管道依次经过储液罐(9)和干燥过滤器(11)后与所述热力膨胀阀(3)相连。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种太阳能和水源双源冷热平衡***,其特征在于:所述冷媒支管(522)所用的材料为铜,所述真空管(521)所使用的材料为玻璃。
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