一种太阳能蓄能热泵系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种太阳能蓄能热泵系统，包括由压缩机、制热换热器、储液器、第一节流元件、空气能蒸发器组成的空气能利用系统，以及由储能槽、循环泵、太阳能集热模块构成的太阳能利用系统，所述储能槽内还设有太阳能蒸发器，该太阳能蒸发器通过管路连接至空气能利用系统，且通过第一除霜支路和第二除霜支路够成与空气能蒸发器的串联回路。本实用新型通过第一除霜支路和第二除霜支路将空气能蒸发器和太阳能蒸发器串联使用，达到除霜的目的，热泵在除霜运行时也能正常供热，无需频繁地换向工作；且在缺少太阳能的情况下，使用空气能蒸发器和辅助加热器，热泵系统仍能正常工作。
【专利说明】一种太阳能蓄能热泵系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种热泵系统，具体涉及一种太阳能蓄能热泵系统。
【背景技术】
[0002]热泵是将低位热能转化为高位热能的系统，被称为“热量倍增器”的热泵供热与传统的供热方式相比，具有能源利用率高、节能环保等技术优势，因此热泵技术在空调和热水供应等方面已得到广泛应用。热泵系统在利用各种热源中，以空气能热泵应用最为广泛。空气能热泵系统的低温热源为大气，从大气中获取热能比较方便，换热设备也比较简单，机组安装方便，可置于屋顶、外墙或建筑物周边空地。太阳能作为一种清洁的可再生能源，与其它能源相比具有无可比拟的优越性。以低温的太阳能作为低位热源的热泵，被称为太阳能热泵。
[0003]如申请公布号为CN102353089A的专利文献公开了一种太阳能空气源热泵综合采暖控制系统，包括太阳能集热板、热水水箱、压缩机、四通换向阀、第一截止阀、第二截止阀、室内风冷换热装置、第一过滤干燥器、毛细管、第二过滤干燥器、室外风冷换热装置，四通换向阀的第二阀门与第四阀门之间依次连接有所述第二截止阀、室内风冷换热装置、第一过滤干燥器、毛细管、第二过滤干燥器、以及室外风冷换热装置，第一截止阀的一端连接至四通换向阀、另一端连接至室内风冷换热装置与第一过滤干燥器之间。该专利文献通过四通换向阀使得系统可以工作在三种工作模式下以适应全年的气温变化。但是当室外气温较低时，空气源热泵的蒸发器表面会结霜，冰霜不仅会影响换热效果，降低热泵系统的制热效率，而且当结霜严重时会致使热泵系统不能正常工作。普通空气能热泵系统在除霜工作时，一般使用四通换向阀进行制冷运行，不但没有制热，反而制冷运行，而且频繁的换向运行，对压缩机和四通换向阀工作的稳定性和可靠性均有不良影响。
实用新型内容
[0004]本实用新型针对上述问题，提出了一种太阳能蓄能热泵系统。解决了现有除霜方式影响压缩机和四通换向阀工作的稳定性和可靠性的问题。
[0005]本实用新型采取的技术方案如下:
[0006]一种太阳能蓄能热泵系统，包括由压缩机、制热换热器、储液器、第一节流元件、空气能蒸发器组成的空气能利用系统，以及由储能槽、循环泵、太阳能集热模块构成的太阳能利用系统，其中，所述压缩机的出口与制热换热器的入口相连，制热换热器的出口与储液器的入口相连，储液器的出口与第一节流元件的入口相连，第一节流元件的出口与空气能蒸发器的入口相连，空气能蒸发器的出口与压缩机的入口相连，所述储能槽内还设有太阳能蒸发器，所述太阳能蒸发器的入口通过第二节流元件与第一节流元件的入口相连，太阳能蒸发器的出口与压缩机的入口相连，所述第一节流元件两端并联有第一除霜支路，该第一除霜支路上设有第一电磁阀，所述空气能蒸发器的出口与压缩机的入口之间设有第二电磁阀，空气能蒸发器与第二电磁阀之间设有第一交汇点，第一节流元件和第二节流元件之间设有第二交汇点，第一交汇点和第二交汇点通过第二除霜支路连通，所述第二除霜之路上设有第四电磁阀，所述第一节流元件入口与第二交汇点之间设有第三电磁阀。
[0007]所述太阳能集热模块包括太阳能集热器以及储液箱，其中，储能槽、循环泵、储液箱三者串联构成回路，所述储液箱与储能槽内设有蓄能介质。所述蓄能介质有三种状态:液体、固态、固液混合态。在固液混合态时能温度保持不变，蓄能介质能吸收大量热量。白天通过太阳能集热器加热储液箱内的蓄能介质，加热后的蓄能介质通过循环泵流入储能槽内与储能槽内未加热的蓄能介质混合，使得热量传递至储能槽中，同时储能槽中部分蓄能介质流入储液箱进行加热。
[0008]作为优选，所述储液箱为圆柱型，储液箱内还设有辅助加热丝。当太阳能严重不足，储能槽内固态的蓄能介质含量过高时，通过启动辅助加热器来防止蓄能介质由固液混合态变成固态，确保系统正常工作。
[0009]所述储液箱和储能槽均设有保温层。保温层能够减少能量流失，使热泵系统效率提闻。
[0010]作为优选，所述第一节流元件、第二节流元件为手动节流阀、自动节流阀或毛细管。第一节流元件、第二节流元件起到节流降温的作用。
[0011]作为优选，所述制热换热器为套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉浸式换热器。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013](I)充分利用可再生能源，提高了热泵系统的经济性。以往的太阳能热泵，由于供给与需求，在数量上和时间上的不匹配和不一致，太阳能利用率低。本实用新型采用蓄能技术，白天太阳能集热器采集的热能不仅满足了热泵白天运行，还将热能储存于蓄能介质中，供热泵夜晚运行，满足了夜晚运行，使热泵能全天候利用太阳能运行。
[0014](2)提高了热泵的稳定性和可靠性。本实用新型通过第一除霜支路和第二除霜支路将空气能蒸发器和太阳能蒸发器串联使用，从储液器出来的高温高压制冷剂不经过第一节流元件而直接进入空气能蒸发器，温度较高的制冷剂流入空气能蒸发器内，向表面的冰霜放热，从而使冰霜迅速融化，达到除霜的目的，热泵在除霜运行时也能正常供热，无需频繁地换向工作；且在缺少太阳能的情况下，譬如阴雨天气，使用空气能蒸发器和辅助加热器，热泵系统仍能正常工作。这使得热泵系统的稳定性和可靠性得到有效的提高。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型太阳能蓄能热泵系统的结构示意图。
[0016]图中图标记为:
[0017]1.压缩机，2.制热换热器，3.储液器，4.第一节流元件，5.空气能蒸发器，6.储能槽，7.循环泵，8.储液箱，9.太阳能集热器，10.太阳能蒸发器，11.第二节流元件，12.第一电磁阀，13.第二电磁阀，14.第三电磁阀，15.第一交汇点，16.第二交汇点，17.辅助加热丝，18.第四电磁阀。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，一种太阳能蓄能热泵系统，包括由压缩机1、制热换热器2、储液器3、第一节流元件4、空气能蒸发器5组成的空气能利用系统，以及由储能槽6、循环泵7、太阳能集热模块构成的太阳能利用系统，其中，压缩机的出口 Ib与制热换热器的入口 2a相连，制热换热器的出口 2b与储液器的入口 3a相连，储液器的出口 3b与第一节流元件的入口 4a相连，第一节流元件的出口 4b与空气能蒸发器的入口 5a相连，空气能蒸发器的出口 5b与压缩机的入口 Ia相连；太阳能集热模块包括太阳能集热器9以及储液箱8，储能槽的出口6b与循环泵的入口 7a相连，循环泵的出口 7b与储液箱的入口 8a相连，储液箱的出口 8b与储能槽的入口 6a相连,且储液箱与储能槽内设有蓄能介质。
[0019]储能槽6内还设有太阳能蒸发器10，太阳能蒸发器的入口 IOa通过第二节流元件11与第一节流元件的入口 4a相连，太阳能蒸发器的出口 IOb与压缩机的入口 Ia相连，第一节流元件4两端并联有第一除霜支路，该第一除霜支路上设有第一电磁阀12，空气能蒸发器的出口 5b与压缩机的入口 Ia之间设有第二电磁阀13，空气能蒸发器5与第二电磁阀13之间设有第一交汇点15，第一节流元件4和第二节流元件11之间设有第二交汇点16，第一交汇点15和第二交汇点16通过第二除霜支路连通，第二除霜之路上设有第四电磁阀18，第一节流元件的入口 4a与第二交汇点16之间设有第三电磁阀14。
[0020]储液箱为圆柱型，储液箱内还设有辅助加热丝；储液箱和储能槽均设有保温层。保温层能够减少能量流失，使热泵系统效率提高。
[0021]本实施例中，第一节流元件、第二节流元件可选择市场上常见的手动节流阀、自动节流阀或毛细管以起到节流降温的作用。
[0022]本实施例中，制热换热器可选择套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉浸式换热器。
[0023]本实施例有三种工作模式，以下是这三种模式的详细工作流程:
[0024](一)热泵系统的太阳能运行模式，在太阳能充足的时间段运行，即所采集的太阳福射热大于热泵系统的制冷量。热泵系统在这一模式运行时，第三电磁阀14打开,第一电磁阀12和第二电磁阀13关闭。压缩机I排出的高温高压的制冷剂气体，通过制热换热器2，向供热场所放出气体显热和汽化潜热，制冷剂冷凝成高压液体，然后流入储液器3，从储液器流出的制冷剂通过电磁阀14后被第二节流元件11节流降压，制冷剂由高压液体变成低温低压液体，然后进入太阳能蒸发器10，在太阳能蒸发器的盘管内，制冷剂吸收蓄能介质的热量，汽化为低温低压的气体，最后被压缩机I吸入并压缩成高温高压的气体，完成了一个循环的制热。
[0025]由于太阳能蒸发器10的制冷量小于太阳能集热器9采集到的热能，所以蓄能介质中的固态蓄能介质被逐渐融化，热泵系统在供热工作的同时，太阳辐射热在蓄能介质中得到了存储。热泵系统在这一模式下运行，无需除霜，因此系统工作稳定、可靠。
[0026](二)热泵系统的空气能运行模式，在没有太阳辐射热的时间段或者气温较高时运行。热泵系统在这一模式运行时，第一电磁阀12和第三电磁阀14关闭，第二电磁阀13打开。这一运行模式下的供热运行，与上一运行模式相比，其流程中的压缩机1、制热换热器
2、储液器3的工作与上一模式相同，从流出储液器3的制冷剂，经过第一节流元件4降压节流，由高压液体变成低温低压的液体，然后进入空气能蒸发器5，吸收环境空气的热量，制冷剂由低温低压的液体变成低压气体，经过第二电磁阀13后进入压缩机1，从而完成供热循环。[0027]当空气能蒸发器5表面结霜达到一定层度时，必须进行除霜。热泵系统除霜运行时，第三电磁阀14仍然关闭，但第一电磁阀12和第四电磁阀18打开，而第二电磁阀13关闭。从储液器3出来的冷却剂不经过第一节能元件4而直接通过第一除霜支路进入空气能蒸发器5，温度较高的制冷剂液体流入空气能蒸发器5，会迅速放热，从而使霜迅速融化，达到除霜的目的。制冷剂在放热的同时得到了冷却，从空气能蒸发器5出来的制冷剂，通过第二除霜支路进入第二节流元件11降压节流，然后进入太阳能蒸发器10吸热汽化，汽化后的制冷剂进入压缩机I。该除霜方式不影响热泵系统的正常供热。除霜结束，恢复供热运行。且热泵系统在除霜运行时，当储能槽内固态的蓄能介质含量过高时，通过启动辅助加热丝17来防止蓄能介质由固液混合态变成固态。
[0028](三)太阳能和空气能共同运行模式，在太阳辐射热不足的时段或者气温与蓄能介质温度相当的情况下运行。热泵系统在这一模式运行时，第一电磁阀12和第四电磁阀18关闭，第二电磁阀13和第三电磁阀14打开，这时从储液器3出来的液态制冷剂分成两路，同时向空气能蒸发器5和太阳能蒸发器10并联供液，最后气化后的制冷剂进入压缩机I，完成供热循环。由于空气能蒸发器和太阳能蒸发器同时工作，热泵系统效率比较高。
[0029]以上三种运行模式的选择，应根据太阳能辐射强度和气候条件灵活确定，并通过控制器自动控制，确保热泵系统的正常运行，实现效率最大化。
【权利要求】
1.一种太阳能蓄能热泵系统，包括由压缩机、制热换热器、储液器、第一节流元件、空气能蒸发器组成的空气能利用系统，以及由储能槽、循环泵、太阳能集热模块构成的太阳能利用系统，其中，所述压缩机的出口与制热换热器的入口相连，制热换热器的出口与储液器的入口相连，储液器的出口与第一节流元件的入口相连，第一节流元件的出口与空气能蒸发器的入口相连，空气能蒸发器的出口与压缩机的入口相连，其特征在于，所述储能槽内还设有太阳能蒸发器，所述太阳能蒸发器的入口通过第二节流元件与第一节流元件的入口相连，太阳能蒸发器的出口与压缩机的入口相连，所述第一节流元件两端并联有第一除霜支路，该第一除霜支路上设有第一电磁阀，所述空气能蒸发器的出口与压缩机的入口之间设有第二电磁阀，空气能蒸发器与第二电磁阀之间设有第一交汇点，第一节流元件和第二节流元件之间设有第二交汇点，第一交汇点和第二交汇点通过第二除霜支路连通，所述第二除霜之路上设有第四电磁阀，所述第一节流元件入口与第二交汇点之间设有第三电磁阀。
2.如权利要求1所述的太阳能蓄能热泵系统，其特征在于，所述太阳能集热模块包括太阳能集热器以及储液箱，其中，储能槽、循环泵、储液箱三者串联构成回路，所述储液箱与储能槽内设有蓄能介质。
3.如权利要求2所述的太阳能蓄能热泵系统，其特征在于，所述储液箱为圆柱型，储液箱内还设有辅助加热丝。
4.如权利要求3所述的太阳能蓄能热泵系统，其特征在于，所述储液箱和储能槽均设有保温层。
5.如权利要求1所述的太阳能蓄能热泵系统，其特征在于，所述第一节流元件、第二节流元件为手动节流阀、自动节流阀或毛细管。
6.如权利要求1所述的太阳能蓄能热泵系统，其特征在于，所述制热换热器为套管式换热器、板式换热器、套片式换热器或光管沉浸式换热器。
【文档编号】F25B29/00GK203629124SQ201320892025
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2013年12月30日 优先权日:2013年12月30日
【发明者】周金坤, 林永进, 夏振鹏, 张磊 申请人:浙江商业职业技术学院