能集热蒸发器开始吸收太阳辐射能量，太阳能集热蒸发器内制冷剂温度和压力逐渐上升， 此时太阳能热泵制热模式开启，首先开启第五电磁阀，液态制冷剂进入各太阳能集热蒸发器模块，液态制冷剂通过相应的第一电子膨胀阀进入到各太阳能集热蒸发器内部，开始蒸发并吸收热量，太阳能集热蒸发器内的温度开始下降， 在延迟一段时间后，启动压缩机，太阳能集热蒸发器阵列出来的气态制冷剂经第一电磁三通阀和四通换向阀(I — II)进入到压缩机，压缩成高温高压的过热气态制冷剂，高温高压的过热气态制冷剂经四通换向阀(IV—III)和第二电磁三通阀(I —II)进入末端换热单元中的换热器冷凝放热，冷凝后的液态制冷剂经第四电磁三通阀(II— I )、第三电磁三通阀(II— I )和第五电磁阀进入太阳能集热蒸发器阵列，液态制冷剂再分别进入各太阳能集热蒸发器模块，经第一电子膨胀阀节流后变成低温低压的气液两相制冷剂，低温低压的气液两相制冷剂在太阳能集热蒸发器内吸收太阳辐照能后变成过热气态制冷剂，各太阳能集热蒸发器出来的过热气态制冷剂汇集后再进入压缩机，如此往复循环工作， 设置在太阳能集热蒸发器出口处的第一温度传感器和第一压力变送器将获取的温度和压力信号通过信号线传输给第一控制器，第一控制器将温度和压力信号转换成对应的过热度AT1，并与设定的目标过热度八^进行比较，并对第一电子膨胀阀发出控制指令: 当ATsl+l时，第一电子膨胀阀的开度增大， 当ATsl-1时，第一电子膨胀阀的开度减小， 当ATsl-1彡AT1^ ATsl+l时，第一电子膨胀阀的开度不变， 所述第一电子膨胀阀的开度控制检测周期为h时间，所述t Zimins, 第一电子膨胀阀根据太阳能集热蒸发器出口处制冷剂的实时过热度来控制其制冷剂流量，确保太阳能集热蒸发器出口处制冷剂的过热度ATji近或等于设定的目标过热度ATsl; 如果从太阳能集热蒸发器阵列出来的过热气态制冷剂温度超过了回气温度控制单元的设定温度T时，回气温度控制单元中第一电磁阀开启，第二温度传感器和第二压力变送器将获取的温度和压力信号通过信号线传输给第二控制器，第二控制器将温度、压力信号转换成对应的过热度AT2，并与设定的目标过热度△1；2进行比较，所述设定的目标过热度Δ Ts2= Δ Tsl+1，并对第二电子膨胀阀发出控制指令: 当ΛΤ2> ATs2+1时，第二电子膨胀阀的开度增大， 当ΛΤ2< ΔΤ-时，第二电子膨胀阀的开度减小， 当ATs2S ΔΤ2^Ξ Δ T s2+l时，第二电子膨胀阀的开度不变， 所述第二电子膨胀阀的开度控制检测周期为t2时间，所述12=lmins， 此时，末端换热单元冷凝后的液态制冷剂一部分进入太阳能集热蒸发器阵列，另一部分流向第二电子膨胀阀，经第二电子膨胀阀节流后的低温低压的气液两相制冷剂与从太阳能集热蒸发器阵列出来的过热气态制冷剂混合，降低过热气态制冷剂的温度，确保其低于压缩机允许的最高回气温度，混合后的气态制冷剂再进入压缩机； 所述第二电子膨胀阀的最小开度可以到达零开度， 系统需要关机时，首先关闭第五电磁阀和第一电磁阀，停止供液，太阳能集热蒸发器阵列中残留的液态制冷剂会继续蒸发，直到全部干枯形成过热蒸汽，压缩机延迟一定时间后停止运行，即太阳能热泵制热系统关机完成； 二、自驱动分离热管储能模式 开启:第二电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第一电磁三通阀(I —III)、水泵，关闭:第一电磁阀、第二电磁三通阀、第三电磁三通阀、第四电磁三通阀，其他部件视情况开启或关闭； 恒压储液器内压力可以保持恒定Ph，确保在自驱动分离热管储能模式下恒压储液器对太阳能集热蒸发器阵列能正常供液， 所述Ph的范围为:P2< P < Ph< P1, P1为太阳能集热蒸发器内闷晒形成的高压，P2S板式换热器内冷凝形成的低压，P为自驱动分离热管系统工作压力， 自驱动分离热管储能模式开启前，太阳能集热蒸发器内只有少量的制冷剂，在太阳辐照的情况下，太阳能集热蒸发器内的制冷剂很快就变成了过热度较大的气态制冷剂，当过热度ATs+l时，太阳能集热蒸发器模块中的各个第一电子膨胀阀的开度会一直增大到最大开度， 自驱动分离热管储能模式的具体工作过程为: 自驱动分离热管储能模式开启，关闭第四电磁阀，恒压储液器内液态制冷剂在压力Ph作用下，经过第六电磁阀、第一单向阀和第五电磁阀进入到太阳能集热蒸发器阵列，制冷剂再分别进入到太阳能集热蒸发器模块，制冷剂经过第一电子膨胀阀(此时的各第一电子膨胀阀开度的开度都为最大开度)后进入到太阳能集热蒸发器，太阳能集热蒸发器在太阳辐照下，内部压力开始上升并形成高压P1，此时冷凝储液器与太阳能集热蒸发器是连通的，由于气态制冷剂在冷凝储液器内不发生冷凝，所以冷凝储液器不会影响太阳能集热蒸发器内压力的升高，并且在第三单向阀的作用下，冷凝储液器内的液态制冷剂不能进入板式换热器，于是在冷凝储液器内形成高压P1，冷凝储液器内的液态制冷剂在高压P1作用下，经第二单向阀进入恒压储液器，形成液态制冷剂的输送； 当恒压储液器内液面上升到设定液位氏时，开启第四电磁阀: 此时冷凝储液器、板式换热器都与太阳能集热蒸发器阵列连通，气态制冷剂在冷凝储液器内不发生冷凝，气态制冷剂在板式换热器内发生冷凝并形成低压P2，系统压力恢复到工作压力P (Pi> P > P 2)，板式换热器中冷凝后的液态制冷剂在连通器原理下，经过第三电磁阀和第三单向阀进入冷凝储液器，冷凝储液器内压力P < Ph，冷凝储液器进行储液， 当恒压储液器内液面下降到设定液位4时，关闭第四电磁阀如此往复循环运行； 自驱动分离热管储能模式需要关闭时，首先关闭第六电磁阀和第五电磁阀，延迟一段时间后再关闭第二电磁阀和第三电磁阀； 三、储能热泵制热模式 开启:第一电磁三通阀(III— II)、第二电磁三通阀(I — II)、第三电磁三通阀(II—III)、第四电磁三通阀(II— I )、四通换向阀(IV—II1、I —II)、第四电磁阀，关闭:第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀； 储能热泵制热模式具体工作过程为: 储能热泵制热模式开启，制冷剂在板式换热器内吸收来自于地下土壤储存的热量后变成气态，气态工质经过第四电磁阀、第一电磁三通阀(III— II)和四通换向阀(I — II)进入压缩机变成高温高压的过热气态工质，高温高压的过热气态工质经四通换向阀(IV—III)和第二电磁三通阀(I — II)进入末端换热单元中换热器进行冷凝放热，冷凝后的液态工质经过第四电磁三通阀(II— I )和第三电磁三通阀(II—III)进入第三电子膨胀阀，节流成低温低压的气液两相工质，低温低压的气液两相工质进入板式换热器吸收来自于地下土壤储存的热量后变成气态工质，完成一个热泵工质循环，如此往复循环工作； 第三控制器根据第三温度传感器和第五温度传感器的温度信号得出过热度AT3，与设定的目标过热度ΔΤ33?行比较，对第三电子膨胀阀发出控制指令: 当λτ3> ΔTs3+l时，第三电子膨胀阀的开度增大， 当ΛΤ3< ATs3-1时，第三电子膨胀阀的开度减小， 当ATs3-1彡AT3^ Δ T s3+l时，第三电子膨胀阀的开度增大； 所述第三电子膨胀阀的开度控制检测周期为t3时间，所述13=lmins ; 四、制冷模式 开启:第一电磁三通阀(II —III)、第二电磁三通阀(II — I )、第三电磁三通阀(III—II)、第四电磁三通阀(I —II)、四通换向阀(IV— 1、III—II)、第四电磁阀，关闭:第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀； 制冷模式具体工作过程为: 制冷模式开启，制冷剂在换热器中吸收热量后变成气态制冷剂，气态制冷剂经过第二电磁三通阀(II— I )和四通换向阀(III—II)进入压缩机变成高温高压的过热气态制冷剂，高温高压的过热气态制冷剂经四通换向阀(IV— I )、第一电磁三通阀(II—III)和第四电磁阀进入板式换热器冷凝成液态制冷剂，冷凝热排入地下土壤，冷凝后的液态制冷剂进入第三电子膨胀阀节流成低温低压的气液两相制冷剂，低温低压的气液两相制冷剂经第三电磁三通阀(III—II)和第四电磁三通换向阀(I — II)进入末端换热单元中的换热器中吸收热量后变成气态制冷剂，完成一个制冷循环，如此往复循环工作； 第三控制器根据第三温度传感器和第四温度传感器的温度信号得出过热度AT4，与设定的目标过热度ΔΤ34?行比较，对第三电子膨胀阀发出控制指令: 当λτ4> ΔTs4+l时，第三电子膨胀阀的开度增大， 当ΛΤ4< ATs4-1时，第三电子膨胀阀的开度减小， 当ATs4-1彡ΔΤ4^Ξ δ T s4+l时，第三电子膨胀阀的开度增大； 所述第三电子膨胀阀的开度控制检测周期为t3时间，所述13=lmins ; 五、融雪化霜模式 开启:第一电磁三通阀(II— I )、第二电磁三通阀(III— I)、第三电磁三通阀(I — II)、第四电磁三通阀(I —In)、四通换向阀αν— 1、m—II)、第五电磁阀，关闭:第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第六电磁阀； 融雪化霜模式具体工作过程为: 融雪化霜模式开启，制冷剂在板式换热器内吸收来自于地下土壤储存的热量后变成气态，气态工质经过第二电磁阀(III— I )和四通换向阀(III—II)进入压缩机，压缩后高温高压的过热气态制冷剂经四通换向阀(IV— I )和第一电磁三通阀(II— I )进入太阳能集热蒸发器阵列，高温高压过热气态制冷剂分别进入各太阳能集热蒸发器进行冷凝放热，冷凝热用于融雪化霜，冷凝后的液态制冷剂分别经各第一电子膨胀阀节流后汇合，经第五电磁阀、第三电磁三通阀(I —II)和第四电磁三通阀(I —III)进入储能单元中板式换热器内吸收来自于地下土壤储存的热量，完成一个循环，如此往复循环工作。
【专利摘要】本发明公开一种带自驱动分离热管储能装置的太阳能热泵供热系统及控制方法，其中太阳能集热蒸发器阵列与回气温度控制单元连接，回气温度控制单元分别与自驱动单元和主机单元连接，自驱单元分别与主机单元和储能单元连接，储能单元还与主机单元连接，主机单元再与末端换热单元连接。通过上述方式，本发明将热泵、太阳能热利用和自驱动分离热管储能技术结合，以太阳能作为低温热源，利用储能装置储存富裕太阳能及提供低温热源，提高热泵系统运行效率和太阳能利用率，加装太阳能集热蒸发器制冷剂抽空装置、压缩机回气温度控制装置和多太阳能集热蒸发器并联制冷剂流量控制装置，满足太阳能热泵复杂多变的工况，实现太阳能热泵供热技术产品化。
【IPC分类】F25B29-00, F25B27-00, F25B49-02
【公开号】CN104633987
【申请号】CN201510008226
【发明人】蒋绿林, 姜钦青, 王昌领
【申请人】常州海卡太阳能热泵有限公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月8日