CN114646151A - 一种冷热电pvt直流热泵三联供***及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷热电PVT直流热泵三联供***，包括：冷热联供PVT直流热泵***，其包括板式蒸发器、室外风冷蒸发器、室内风冷蒸发器、直流变频压缩机、冷凝器和保温水箱；直流变频压缩机和冷凝器连接形成主路，板式蒸发器、室外风冷蒸发器、室内风冷蒸发器分别与主路串联形成第一、第二和第三热泵工质回路；太阳能光伏光热***，其包括光伏组件集热器；板式蒸发器与光伏组件集热器的换热介质侧串联形成介质回路。还涉及一种运行方法，通过判断光伏组件集热器的换热介质温度与环境温度的温差，控制介质回路和热泵工质回路的通断。本发明利用太阳能和空气能双热源运行提高性能的同时，解决生活热水需求、冷量需求以及小功率电器用电需求。
Description
技术领域
本发明涉及热泵制热水技术领域，尤其是一种冷热电PVT直流热泵三联供***及运行方法。
背景技术
空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气转移到高位热源的节能装置。空气源热泵技术性能主要取决于环境中空气的温度以及***的换热效率，通过四通换向阀，其一般可以有制冷和制热两种模式。空气源热泵技术的主要优点体现在：空气源方便易得，取之不尽，用之不竭；不需要冷却水***，安装使用简单；对环境不造成污染。但***性能受环境温度影响较大，并且依赖电能这种高位能源驱动热泵。
太阳能光伏发电技术是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。太阳能电池发出的电能可以独立使用或者并网发电，整个过程具有节能、环保、经济性好等特点。太阳能光伏发电技术依赖太阳光照情况，所以一般都需要在户外使用。在此基础上，太阳能光伏光热综合利用技术(PVT)可以在利用太阳能发电的同时收集太阳能热能，进一步提高对太阳能的利用效率。利用太阳能来制热水是方便便捷的方法。
公开号为CN 201721042232.9的发明专利公开了一种采用天然气驱动的冷热联供装置，虽然也可以进行冷热联供，但该***供热时需要燃烧天然气，运营成本明显较高，同时生成温室气体，并不节能环保。另外这套***适用室内，并不方便在户外使用。
综上所述，户外环境需要一种可供电、可供制热水、供冷效果好、节能性好、经济性好、实用性好、无污染的冷热电三联供***，解决户外人员的用电，冷量和生活热水需求。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种冷热电PVT直流热泵三联供***及运行方法，目的是保证***在各类环境工况下均能满足用户需求，提高热水***的灵活性和可靠性。
本发明采用的技术方案如下：
一种冷热电PVT直流热泵三联供***，包括：
冷热联供PVT直流热泵***，包括板式蒸发器、室外风冷蒸发器、室内风冷蒸发器、直流变频压缩机、冷凝器和保温水箱；所述直流变频压缩机和冷凝器连接形成主路，所述板式蒸发器与所述主路串联形成第一热泵工质回路，所述室外风冷蒸发器与所述主路串联形成第二热泵工质回路，室内风冷蒸发器与所述主路串联形成第三热泵工质回路；所述冷凝器用于为所述保温水箱供热；
太阳能光伏光热***，包括光伏组件集热器；所述板式蒸发器与所述光伏组件集热器的换热介质侧串联形成介质回路；所述太阳能光伏光热***为所述冷热联供PVT直流热泵***提供直流电；
还包括控制模块，所述控制模块通过判断光伏组件集热器的换热介质温度与环境温度的温差，控制第一热泵工质回路、第二热泵工质回路以及介质回路的通断。
进一步技术方案为：
所述太阳能光伏光热***还包括控制器、蓄电池和逆变器，所述控制器用于控制光伏组件集热器的输电侧与蓄电池之间、与逆变器之间以及蓄电池与冷热联供PVT直流热泵***用电负载之间的电连接。
所述板式蒸发器热泵工质侧入口端设置膨胀阀和入口阀，出口端设置出口阀；所述室外风冷蒸发器热泵工质侧入口端设置膨胀阀和入口阀，出口端设置出口阀；所述室内风冷蒸发器热泵工质侧入口端设置膨胀阀和入口阀，出口端设置出口阀。
所述板式蒸发器换热介质侧进、出口端分别设有控制阀。
所述光伏组件集热器的换热介质侧出口端串联连接定压水箱和第一直流水泵。
所述冷凝器和所述保温水箱连接形成水回路，所述水回路上设置第二直流水泵，所述第二直流水泵由所述太阳能光伏光热***供电。
所述光伏组件集热器的换热介质侧、以及所述保温水箱中均设有温度检测元件，所述控制模块与所述温度检测元件连接。
一种所述的冷热电PVT直流热泵三联供***的运行方法，包括：
制热水模式下，做以下控制：
当光伏组件集热器的换热介质温度与环境温度的温差大于等于T1，控制介质回路开启，并保持第一热泵工质回路连通同时第二热泵工质回路切断，即开启单太阳能热源工作模式；
当光伏组件集热器的换热介质温度与环境温度的温差小于T1大于等于T2，控制介质回路开启，并保持第一热泵工质回路、第二热泵工质回路都连通，即开启双热源工作模式；
当光伏组件集热器的换热介质温度与环境温度的温差小于T2，控制介质回路切断，并保持第一热泵工质回路切断、第二热泵工质回路开启，即开启单空气源热源工作模式。
进一步技术方案为：
还包括，制冷模式下，开启所述第三热泵工质回路。
本发明的有益效果如下：
本发明利用太阳能和空气能双热源运行提高性能的同时，解决户外人员的生活热水需求、冷量需求以及小功率电器用电需求。本发明具体有如下优点：
1、节能性好：太阳能电池发出的电驱动整套***无需额外电能补充，并且本***利用可再生能源太阳能为其它用电设备供电，不需要消耗电网电能，节约能源。
2、损耗少：使用光伏直驱热泵，可以被太阳能光伏组件发出的电直接驱动，减少中间逆变损耗。利用太阳能光伏发出的电能除了为整个***直接供电，还可满足户外生活小功率电器用电需求。
3、可靠性高：本***使用双热源，多种运行模式使得稳定性得到提高。
4、使用范围广：通过太阳能光伏发电实现可离网运行，转移方便，因此可以应对多种工作场景，使用方便。
5、环境友好：整套***充分利用清洁能源太阳能和空气能，不需要使用任何化石能源，对环境十分友好。
附图说明
图1为本发明***的结构示意图。
图中：1、光伏组件集热器；2、定压水箱；3、第一直流水泵；4、板式蒸发器；5、第一电子膨胀阀；6、室外风冷蒸发器；7、第二电子膨胀阀；8、室内风冷蒸发器；9、第三电子膨胀阀；10、直流变频压缩机；11、冷凝器；12、第二直流水泵；13、保温水箱；14、控制器；15、蓄电池；16、逆变器；17、阀门一；18、阀门二；19、阀门五；20、阀门六；21、阀门七；22、阀门八；23、阀门三；24、阀门四。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例的一种冷热电PVT直流热泵三联供***，如图1所示，包括：
冷热联供PVT直流热泵***，包括板式蒸发器4、室外风冷蒸发器6、室内风冷蒸发器8、直流变频压缩机10、冷凝器11和保温水箱13；其中，直流变频压缩机10和冷凝器11连接形成主路，板式蒸发器4与主路串联形成第一热泵工质回路，室外风冷蒸发器6与主路串联形成第二热泵工质回路，室内风冷蒸发器8与主路串联形成第三热泵工质回路，板式蒸发器4、室外风冷蒸发器6和室内风冷蒸发器8组成并联设置；其中，冷凝器11用于为保温水箱13供热；
太阳能光伏光热***，包括光伏组件集热器1；其中，板式蒸发器4与光伏组件集热器1的换热介质侧串联形成介质回路。
本领域技术人员可以理解，为了实现回路功能，各回路上设有必要的控制阀门。
太阳能光伏光热***为冷热联供PVT直流热泵***提供直流电；
还包括控制模块，控制模块通过判断光伏组件集热器1的换热介质温度与环境温度的温差，控制第一热泵工质回路、第二热泵工质回路以及介质回路的通断。
具体的，光伏组件集热器1具有换热介质侧和输电侧，换热介质侧用于将收集到的太阳能热能输出与板式蒸发器4换热。输电侧输出电能给冷热联供PVT直流热泵***(直流变频压缩机10、回路阀门组件等)供电。
具体的，光伏组件集热器1由光伏组件和背部集热器组成。背部集热器包括管道、水和防冻剂混合工质、保温材料。管道具有很小的导热热阻利于传热，可采用导热系数大的铜材料。水和防冻液混合工质具有很好的导热性质的同时也降低了工质凝固点。保温材料是热系数小于或等于0.12的材料。
具体的，太阳能光伏光热***还包括控制器14、蓄电池15和逆变器16，控制器14用于控制光伏组件集热器1的输电侧与蓄电池15之间、与逆变器16之间以及蓄电池15与***用电负载之间的电连接。
具体的，蓄电池为铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池的一种。
本实施例的太阳能发电***利用光生伏打效应一方面为整个冷热联供PVT直流热泵***提供电能，另一方面通过逆变器16转换可为小功率交流电器进行供电。
控制器14控制光伏组件集热器1、蓄电池15和逆变器16之间的电力输配。当蓄电池15处于饱和状态时，控制器14断开光伏组件集热器1的输电侧与蓄电池15的连接；当蓄电池15未达到饱和状态时，控制器14打开光伏组件集热器1的输电侧与蓄电池15的连接；当负载侧需要用电时，控制器14连接光伏组件集热器1的输电侧与冷热联供PVT直流热泵***或逆变器16；当负载侧需要用电，没有太阳能或太阳能不足时，控制器14控制蓄电池15和冷热联供PVT直流热泵***或逆变器16连接。控制器14上亦有人工控制的开关。
具体的，板式蒸发器4与光伏组件集热器1的换热介质侧串联形成的介质回路中，位于光伏组件集热器1的换热介质侧出口端串联连接有定压水箱2和第一直流水泵3。定压水箱2用于补水。第一直流水泵3也可由太阳能光伏光热***供电。上述介质回路中，位于板式蒸发器4的进、出口端分别设有阀门一17、阀门二18。
工作时，将光伏组件集热器1放置于户外光照充足处，打开控制器14和第一直流水泵3，光伏组件集热器1吸收太阳能并将其转换为电能通过电线储存在蓄电池15中，蓄电池15为制热水***供电的同时可通过逆变器16为其它小功率交流用电设备提供电能。
具体的，冷凝器11和保温水箱13连接形成水回路，水回路上设置第二直流水泵12，第二直流水泵12可由太阳能光伏光热***供电。
板式蒸发器4热泵工质侧入口端设置第一电子膨胀阀5和阀门六20，出口端设置阀门五19；室外风冷蒸发器6热泵工质侧入口端设置第二电子膨胀阀7和阀门八22，出口端设置阀门七21；室内风冷蒸发器8热泵工质侧入口端设置第三电子膨胀阀9和阀门四24，出口端设置阀门三23。
阀门五19、板式蒸发器4、第一电子膨胀阀5和阀门六20串联，阀门七21、室外风冷蒸发器6、第二电子膨胀阀7和阀门八22串联，阀门三23、室内风冷蒸发器8、第三电子膨胀阀9和阀门四24串联，三个串联路径组成并联，与直流变频压缩机10串联，再与冷凝器11串联组成热泵回路。整个***都是直流供电。
具体的，冷凝器11采用套管式冷凝器。
具体的，热泵工质可采用非共沸工质。
工作时，热泵***可以放置在室外，冷凝器11将热量传递给保温水箱13中需要加热的水。控制器14与热泵***连接，通过直流驱动模块控制直流变频压缩机10。
具体的，光伏组件集热器1的换热介质侧、以及保温水箱13中均设有温度检测元件，控制模块与温度检测元件连接。
本实施例的一种冷热电PVT直流热泵三联供***的运行方法，包括：
当光伏组件集热器1的换热介质温度与环境温度的温差大于等于T1，保持介质回路畅通，即光伏组件集热器1将热能通过板式蒸发器4提供给热泵热水***。并且控制阀门五19、阀门六20开启、同时阀门八22、阀门七21关闭，即第一热泵工质回路连通、第二热泵工质回路切断，保持单太阳能热源工作模式；
本领域技术人员可以理解，此工况下光伏组件集热器1的热功率较高，通过单太阳能热源工作模式即可满足用户热水需求。
当光伏组件集热器1的换热介质温度与环境温度的温差小于T1大于等于T2，保持介质回路畅通，保持第一热泵工质回路连通同时第二热泵工质回路连通，即开启双热源工作模式；
工作过程中，热泵工质经过直流变频压缩机10后变成高温高压蒸汽，之后在冷凝器11中给将热量传递给水箱。再分别进入第一电子膨胀阀5和第二电子膨胀阀7，之后分别在板式蒸发器4和室外风冷蒸发器6中以不同蒸发温度蒸发吸热。之后两股工质混合再进入直流变频压缩机10。
本领域技术人员可以理解，此工况下光伏组件集热器1的热功率不高，因此需要开启双热源工作模式以满足用户热水需求。
当光伏组件集热器1的换热介质温度与环境温度的温差小于T2，控制介质回路切断、第一热泵工质回路切断、第二热泵工质回路开启，即开启单空气源热源工作模式。
本领域技术人员可以理解，此工况下光伏组件集热器1的热功率较低，例如阴天或夜间等环境，因此只能通过单空气源热源工作模式满足用户热水需求。
本领域技术人员可以理解T1大于T2，具体数值根据实际运行需要进行设定。
本实施例的一种冷热电PVT直流热泵三联供***的运行方法，制冷模式下，开启所述第三热泵工质回路。
具体的，当使用人使用遥控功能开启制冷功能时，此控制命令具有最高优先级。热泵启动，阀门四24、阀门三23开启，室内风冷蒸发器8开始工作，即第三介质回路连通，为室内提供冷量。
具体的，通过判断光伏组件集热器1的换热介质温度与环境温度的温差，控制太阳能板式蒸发器4所在支路和室外空气蒸发器6中的至少一个处于通路，使太阳能作为热源和空气源作为太阳能光伏光热***的热源，利用光伏组件集热器1吸收到太阳热能和室外空气蒸发器6吸收到的空气热能中的至少一项热源加热保温水箱13。室内蒸发器8启闭取决与使用人的手动遥控控制。
本申请通过两个热泵回路满足不同使用环境温度条件下热水需求，同时具备制制冷、电力供给功能，并具有节能性好、***实用、性能可靠、经济性好等优点，可满足户外中小型制热水需要。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定。其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种冷热电PVT直流热泵三联供***，其特征在于，包括：
冷热联供PVT直流热泵***，包括板式蒸发器(4)、室外风冷蒸发器(6)、室内风冷蒸发器(8)、直流变频压缩机(10)、冷凝器(11)和保温水箱(13)；所述直流变频压缩机(10)和冷凝器(11)连接形成主路，所述板式蒸发器(4)与所述主路串联形成第一热泵工质回路，所述室外风冷蒸发器(6)与所述主路串联形成第二热泵工质回路，室内风冷蒸发器(8)与所述主路串联形成第三热泵工质回路；所述冷凝器(11)用于为所述保温水箱(13)供热；
太阳能光伏光热***，包括光伏组件集热器(1)；所述板式蒸发器(4)与所述光伏组件集热器(1)的换热介质侧串联形成介质回路；所述太阳能光伏光热***为所述冷热联供PVT直流热泵***提供直流电；
还包括控制模块，所述控制模块通过判断光伏组件集热器(1)的换热介质温度与环境温度的温差，控制第一热泵工质回路、第二热泵工质回路以及介质回路的通断。
2.根据权利要求1所述的冷热电PVT直流热泵三联供***，其特征在于，所述太阳能光伏光热***还包括控制器(14)、蓄电池(15)和逆变器(16)，所述控制器(14)用于控制光伏组件集热器(1)的输电侧与蓄电池(15)之间、与逆变器(16)之间以及蓄电池(15)与冷热联供PVT直流热泵***用电负载之间的电连接。
3.根据权利要求1所述的冷热电PVT直流热泵三联供***，其特征在于，所述板式蒸发器(4)热泵工质侧入口端设置膨胀阀和入口阀，出口端设置出口阀；所述室外风冷蒸发器(6)热泵工质侧入口端设置膨胀阀和入口阀，出口端设置出口阀；所述室内风冷蒸发器(8)热泵工质侧入口端设置膨胀阀和入口阀，出口端设置出口阀。
4.根据权利要求1所述的冷热电PVT直流热泵三联供***，其特征在于，所述板式蒸发器(4)换热介质侧进、出口端分别设有控制阀。
5.根据权利要求1所述的冷热电PVT直流热泵三联供***，其特征在于，所述光伏组件集热器(1)的换热介质侧出口端串联连接定压水箱(2)和第一直流水泵(3)。
6.根据权利要求1所述的冷热电PVT直流热泵三联供***，其特征在于，所述冷凝器(11)和所述保温水箱(13)连接形成水回路，所述水回路上设置第二直流水泵(12)，所述第二直流水泵(12)由所述太阳能光伏光热***供电。
7.根据权利要求1所述的冷热电PVT直流热泵三联供***，其特征在于，所述光伏组件集热器(1)的换热介质侧、以及所述保温水箱(13)中均设有温度检测元件，所述控制模块与所述温度检测元件连接。
8.一种如权利要求1所述的冷热电PVT直流热泵三联供***的运行方法，其特征在于，包括：
制热水模式下，做以下控制：
当光伏组件集热器(1)的换热介质温度与环境温度的温差大于等于T1，控制介质回路开启，并保持第一热泵工质回路连通同时第二热泵工质回路切断，即开启单太阳能热源工作模式；
当光伏组件集热器(1)的换热介质温度与环境温度的温差小于T1大于等于T2，控制介质回路开启，并保持第一热泵工质回路、第二热泵工质回路都连通，即开启双热源工作模式；
当光伏组件集热器(1)的换热介质温度与环境温度的温差小于T2，控制介质回路切断，并保持第一热泵工质回路切断、第二热泵工质回路开启，即开启单空气源热源工作模式。
9.根据权利要求8所述的冷热电PVT直流热泵三联供***的运行方法，其特征在于，还包括，制冷模式下，开启所述第三热泵工质回路。
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