一种复合冷热源系统及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及空调领域，特别是一种空调所使用的复合冷热源系统，以及该复合冷热源系统的控制方法。所述复合冷热源系统包括空气源和太阳能源，所使用的设备包括压缩机（1）、空气散热器（2）、中间桶（3）、换热盘管（4）、太阳能集热器水箱（5）和太阳能集热器面板（6）。中间桶（3）底部设有换热盘管（4），其中的水和太阳能集热器水箱（5）中的水进行交换以存储更多的热量。本发明的复合冷热源系统可采用市场上容易采购的设备来实现，可减少热交换器的使用，并防止热水被二次污染。
【专利说明】一种复合冷热源系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空调领域，特别是一种空调所使用的复合冷热源系统，以及该复合冷热源系统的控制方法。
【背景技术】
[0002]在空调系统领域，节约能源是大势所趋。传统的空调系统依靠电力作为唯一的能源输入，空调系统制冷时所产生的热量被扩散入空气中，即以空气作为冷源。为了节约电力能源，现有技术中提出了多种采用多冷热源构成的复合系统。例如，中国专利公开CN101988775A公开了一种同时利用了地源、空气源和太阳能的复合冷热源系统，中国实用新型专利CN202869082U公开了一种太阳能热泵与光电结合的复合系统。但是，现有技术中所公开的多源系统中，太阳能集热器所产生的能源均为通过热交换器来接入复合系统中，作为传热介质的水在多种热源之间循环。这种设计有两个缺点:
[0003]一是目前常用的太阳能集热器均附带有一个容量有限的水箱，太阳能集热器的集热管(例如真空玻璃管)与水相中的水直接接触并对其加热。如果使用热交换器将太阳能集热器接入复合系统，则不仅需要至少一台液-液热交换器，还需要对现有的太阳能集热器的结构做出改变，将其圆柱形水箱更换为便于换热介质(一般为水)循环的设备，常为采用小而薄的水箱。如此，整套的空调系统不仅难以利用市场中广泛销售的现有产品，而且需要增加额外的设备，最终导致了产品成本的提升。太阳能集热器水箱体积的缩小也直接导致了用户可用热水量的下降。
[0004]二是太阳能热水器的循环水需要遍历整个空调系统的水相管路，不仅导致水受到二次污染而不宜被直接作为热水以供应用户，而且用户在使用热水时、特别是进行诸如沐浴等大量耗水的用途时，水箱管路的水量迅速减少，严重影响了换热效率乃至空调系统的稳定性。
[0005]另外，现有设计中，太阳能集热器仅作为供热源，而不具有储热功能，在夜晚条件下，一旦水箱中存储的热水耗尽，往往需要电加热等手段来提供热水，反而增加了电量的使用和能源的消耗。
【发明内容】
[0006]为解决现有技术中复合冷热源系统需要特殊和额外设备、环境适应能力差等缺点，本发明提出了一种新的空调系统所使用的复合冷热源系统，构成所述复合冷热源系统的设备包括压缩机(I)、空气散热器(2)、中间桶(3)、换热盘管(4)、太阳能集热器水箱(5)和太阳能集热器面板(6)，
[0007]所述复合冷热源系统包括制冷剂循环管路(7)和水循环管路(8)，
[0008]所述压缩机(I)和换热盘管(4)位于制冷剂循环管路(7)之上，压缩机(I)与空气散热器(2)并联，空气散热器(2)前后分别设置有制冷剂阀门I (10-1)和制冷剂阀门2(10-2)，压缩机(I)与空气散热器(2)的并联管路与制冷剂阀门3 (10-3)和换热盘管(4)串联，
[0009]所述换热盘管(4)位于中间桶(3)底部，其高度不超过中间桶(3)高度的1/5，
[0010]所述中间桶(3)和太阳能集热器水箱(5)依次位于水循环管路(8)之上，中间桶至上而下1/3高度处设有水阀门I (9-1)和水阀门(9-3)、中间桶自下而上1/3高度处设有水阀门2 (9-2)和水阀门4 (9-4)，水阀门I (9-1)和水阀门2 (9_2)所在管路合流后引入太阳能集热器水箱(5)，水阀门3 (9-3)和水阀门4 (9-4)所在管路合流后引入太阳能集热器水箱(5)，所述水循环管路(8)上还设置有水循环泵，
[0011]太阳能集热器面板(6 )集热管末端伸入太阳能集热器水箱(5 )中，太阳能集热器水箱(5)设有热水出口，
[0012]中间桶(3)顶部设有冷水入口，中间桶(5)水位不低于中间桶高度的4/5，中间桶外部设有保温隔热层。
[0013]所述复合冷热源系统的控制分为白天和夜间两种情况。
[0014]白天，太阳能集热器提供大量热源，并对太阳能集热器水箱(5)中的水加热。当太阳能集热器水箱(5)的水达到设定温度1^时，热水流入中间桶(5)中以存储热能；当太阳能集热器水箱(5)的水低于Tffi时，则关闭水循环管路的阀门，从而对太阳能集热器水箱(5)中的水进行加热。当流出压缩机的制冷剂的温度低于警告温度I?时，制冷剂仅通过加热盘管(4)散热，从而对中间桶(3)底部的水进行加热；当高于I?时，则仅通过空气散热器(2)对制冷剂降温。
[0015]所述T高为75-90°C，优选85°C;所述T低为35-45°C，优选40°C。所述T警为35-45°C，优选40°C。
[0016]其具体流程为:
[0017]①太阳能集热器水箱(5)的水达到T高时，水阀门2 (9-2)和水阀门3 (9_3)打开、水阀门I (9-1)和水阀门4 (9-4)关闭，太阳能集热器水箱(5)的热水通过水阀门3 (9-3)被注入中间桶(3)的上部，中间桶(3)下部的冷水经换热盘管(4)预热后通过水阀门2(9-2)返回太阳能集热器水箱(5)而被加热。如此，太阳能集热器面板(6)所转化的多余的热量可被存储于中间桶(3)中。
[0018]②当太阳能集热器水箱(5)的水温低于T低时，水阀门2 (9-2)和水阀门3 (9-3)关闭，以使太阳能集热器水箱(5)水温可维持在适宜的温度。
[0019]③当流出压缩机的制冷剂的温度小于Τ?时，制冷剂阀门I (10-1)和制冷剂阀门2 (10-2)关闭、制冷剂阀门3 (10-3)打开，制冷剂通过制冷剂阀门3 (10_3)直接流入加热盘管(4)，以对中间桶(3 )底部的水进行加热。
[0020]④当流出压缩机的制冷剂的温度高于Τ?时，制冷剂阀门I (10-1)和制冷剂阀门2 (10-2)打开、制冷剂阀门3 (10-3)关闭，制冷剂携带的热量通过空气散热器(3)扩散入空气中。
[0021]夜间，当太阳能集热器水箱(5)的水温高于T’胃时，水阀门关闭以维持水箱水温；随着用户使用热水，太阳能集热器水箱(5)水位下降、或水温降低至T’ffi以下时，中间桶(3)存储的热水流入太阳能集热器水箱(5 )中并供应用户使用。由于夏季夜间空调一般持续工作以对室内降温，故压缩机产生的热量可用于对中间桶(3)的水加热。当流出压缩机的制冷剂的温度低于警告温度I?时，制冷剂仅通过加热盘管(4)散热，从而对中间桶(3)底部的水进行加热；当高于I?时，则仅通过空气散热器(2)对制冷剂降温。
[0022]T’ 高为 50_60°C，优选 55°C ;T’ 低为 35_45°C，优选 45°C。
[0023]其具体流程为:
[0024]①当没有热水使用、或太阳能集热器水箱(5)的水达到T’高时，水阀门I (9_1)、2(9-2),3 (9-3),4 (9-3)均关闭，以保证供给热水维持较高的温度，方便用户进行沐浴等需要大量热水的操作。
[0025]②当太阳能集热器水箱(5)水位降至其最高水位的1/3时、或太阳能集热器水箱
(5)的水温低于T’低时，水阀门I (9-1)、4 (9-4)打开，水阀门2 (9-2),3 (9_3)关闭，被加热盘管(4)加热的水利用中间桶(3)内热对流上升至桶顶部、并通过水阀门I (9-1)流入太阳能集热器水箱(5)中，而温度低于T’ 的冷水则通过水阀门4 (9-4)直接流向加热盘管(4)。如此，压缩机输出热量用于对水进行加热，以保证晚间用户进行洗手等低水用量的操作。
[0026]③当中间桶(3)的液面降至其最高液面的4/5时，冷水通过冷水入口被注入中间桶(3)中，以保证水循环管路(8)中水的供应。
[0027]④当流出压缩机的制冷剂温度小于1?时，制冷剂阀门I (10-1)和制冷剂阀门2(10-2)关闭、制冷剂阀门3 (10-3)打开，制冷剂通过制冷剂阀门3 (10-3)直接流入加热盘管(4)，以对中间桶(3)底部的水进行加热。
[0028]⑤当流出压缩机的制冷剂温度大于1?时，制冷剂阀门I (10-1)和制冷剂阀门2(10-2)打开、制冷剂阀门3 (10-3)关闭，制冷剂携带的热量通过空气散热器(3)扩散入空气中。
[0029]所述复合冷热源系统的控制的实现，是在中间桶(3)、太阳能集热器水箱(5)和制冷剂循环管路(7)中设置温度传感器和/或水位传感器，微电脑获取温度传感器反馈的温度和水位等信息，并据此控制阀门开闭和水循环方向。所使用的具体设备均为本领域十分普遍的控制设备，此处不再赘述。
[0030]本发明所涉及的复合冷热源系统能达到如下的有益效果:
[0031]1.太阳能热源的利用可采用市场易于购买的太阳能热水器，唯一的改动仅是在其水箱上增加一个出水口，可以最大限度地利用市售设备实现本发明。
[0032]2.通过中间桶既实现了太阳能热源的存储，又将压缩机带来的热量转换为水热量，提高了热量存储量。中间桶底部设置加热盘管，可利用桶中冷热水自循环实现热量扩散，从而省去了热交换器。如此，不仅可节约大量设备成本，也降低了整套系统复杂程度、便于系统的安装和维护。
[0033]3.水循环管路形成一段封闭且长度有限的循环管路，防止了水相经过复杂的环境而被二次污染，保证了用户的用水安全。
[0034]4.充分利用了空调压缩机产生的热量，从而省去了原有设计中水相内必不可少的电加热设备，在降低成本的同时提高了系统安全性和可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1为本发明的复合冷热源系统结构图。
[0036]其中:1、压缩机；2、空气散热器、3、中间桶、4、换热盘管、5、太阳能集热器水箱；6、太阳能集热器面板-J.水循环管路；8、制冷剂循环管路；9-1、水阀门I ;9-2、水阀门2 ;9-3、水阀门3 ;9-4、水阀门4 ;10-1、制冷剂阀门I ;10-2、制冷剂阀门2 ;10_3、制冷剂阀门3.
[0037]中间桶顶部设有冷水入口，太阳能集热器水箱上设有热水出口。中间桶液面以虚线表示。
【具体实施方式】
[0038]下面通过实施例进一步说明本复合冷热源系统的控制方法。
[0039]参见图1:
[0040]白天时:
[0041]1.太阳能集热器水箱的水达到85°C时，水阀门2和3打开、水阀门I和4关闭，太阳能集热器水箱的热水通过水阀门3被注入中间桶的上部，中间桶下部的冷水经换热盘管预热后通过水阀门2返回太阳能集热器水箱而被加热。
[0042]2.当太阳能集热器水箱的水温低于40°C时，水阀门2和3关闭，以使太阳能集热器水箱水温可维持在适宜的温度。
[0043]3.当流出压缩机的制冷剂的温度小于40°C时，制冷剂阀门I和2关闭、制冷剂阀门3打开，制冷剂通过制冷剂阀门3直接流入加热盘管，以对中间桶底部的水进行加热。
[0044]4.当流出压缩机的制冷剂的温度高于40°C时，制冷剂阀门I和制冷剂阀门2打开、制冷剂阀门3关闭，制冷剂携带的热量通过空气散热器扩散入空气中。
[0045]夜晚时，
[0046]1.当没有热水使用、或太阳能集热器水箱的水达到55°C时，水阀门1-4均关闭，以保证供给热水维持较高的温度。
[0047]2.当太阳能集热器水箱水位降至其最高水位的1/3时、或太阳能集热器水箱的水温低于45°C时，水阀门1、4打开，水阀门2、3关闭，被加热盘管加热的水利用中间桶内热对流上升至桶顶部、并通过水阀门I流入太阳能集热器水箱中，而温度低于T’ffi的冷水则通过水阀门4直接流向加热盘管。
[0048]3.当中间桶的液面降至其最高液面的4/5时，冷水通过冷水入口被注入中间桶中，以保证水循环管路中水的供应。
[0049]4.当流出压缩机的制冷剂温度小于40°C时，制冷剂阀门I和制冷剂阀门2关闭、制冷剂阀门3打开，制冷剂通过制冷剂阀门3直接流入加热盘管，以对中间桶底部的水进行加热。
[0050]5.当流出压缩机的制冷剂温度大于40°C时，制冷剂阀门I和制冷剂阀门2打开、制冷剂阀门3关闭，制冷剂携带的热量通过空气散热器扩散入空气中。
[0051]以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对于本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种复合冷热源系统，其特征在于，构成所述复合冷热源系统的设备包括压缩机(I)、空气散热器(2)、中间桶(3)、换热盘管(4)、太阳能集热器水箱(5)和太阳能集热器面板(6 ), 所述复合冷热源系统包括制冷剂循环管路(7 )和水循环管路(8 )， 所述压缩机(I)和换热盘管(4)位于制冷剂循环管路(7)之上，压缩机(I)与空气散热器(2)并联，空气散热器(2)前后分别设置有制冷剂阀门I (10-1)和制冷剂阀门2 (10-2)，压缩机(I)与空气散热器(2)的并联管路与制冷剂阀门3 (10-3)和换热盘管(4)串联， 所述换热盘管(4)位于中间桶(3)底部，其高度不超过中间桶(3)高度的1/5， 所述中间桶(3)和太阳能集热器水箱(5)依次位于水循环管路(8)之上，中间桶至上而下1/3高度处设有水阀门I (9-1)和水阀门(9-3)、中间桶自下而上1/3高度处设有水阀门2(9-2)和水阀门4 (9-4)，水阀门I (9-1)和水阀门2 (9_2)所在管路合流后引入太阳能集热器水箱(5)，水阀门3 (9-3)和水阀门4 (9-4)所在管路合流后引入太阳能集热器水箱(5)，所述水循环管路(8)上还设置有水循环泵， 太阳能集热器面板(6 )集热管末端伸入太阳能集热器水箱(5 )中，太阳能集热器水箱(5)设有热水出口， 中间桶(3)顶部设有冷水入口，中间桶(5)水位不低于中间桶高度的4/5，中间桶外部设有保温隔热层。
2.根据权利要求1所述的复合冷热源系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法根据白天和夜晚采取不同的步骤。
3.根据权利要求2所述的复合冷热源系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法白天采取的步骤为: ①太阳能集热器水箱(5)的水达到1^时，水阀门2(9-2)和水阀门3 (9-3)打开、水阀门I (9-1)和水阀门4 (9-4)关闭，太阳能集热器水箱(5)的热水通过水阀门3 (9_3)被注入中间桶(3)的上部，中间桶(3)下部的冷水经换热盘管(4)预热后通过水阀门2 (9-2)返回太阳能集热器水箱(5)而被加热； ②当太阳能集热器水箱(5)的水温低于1^时，水阀门2(9-2)和水阀门3 (9-3)关闭； ③当流出压缩机的制冷剂的温度小于Τ?时，制冷剂阀门I(10-1)和制冷剂阀门2(10-2)关闭、制冷剂阀门3 (10-3)打开，制冷剂通过制冷剂阀门3 (10-3)直接流入加热盘管(4)，以对中间桶(3)底部的水进行加热； ④当流出压缩机的制冷剂的温度高于Τ?时，制冷剂阀门I(10-1)和制冷剂阀门2(10-2)打开、制冷剂阀门3 (10-3)关闭，制冷剂携带的热量通过空气散热器(3)扩散入空气中。
4.根据权利要求2所述的复合冷热源系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法晚上采取的步骤为: ①当没有热水使用、或太阳能集热器水箱(5)的水达到T’^时，水阀门I(9-1)、2(9-2)、3(9-3),4 (9-3)均关闭； ②当太阳能集热器水箱(5)水位降至其最高水位的1/3时、或太阳能集热器水箱(5)的水温低于T’低时，水阀门I (9-1)、4 (9-4)打开，水阀门2 (9-2),3 (9_3)关闭，被加热盘管(4)加热的水利用中间桶(3)内热对流上升至桶顶部、并通过水阀门I (9-1)流入太阳能集热器水箱(5)中，而温度低于T’ 的冷水则通过水阀门4 (9-4)直接流向加热盘管(4)；③当中间桶(3)的液面降至其最高液面的4/5时，冷水通过冷水入口被注入中间桶(3)中； ④当流出压缩机的制冷剂温度小于！》时，制冷剂阀门1(10-1)和制冷剂阀门2(10-2)关闭、制冷剂阀门3 (10-3)打开，制冷剂通过制冷剂阀门3 (10-3)直接流入加热盘管(4)，以对中间桶(3)底部的水进行加热；⑤当流出压缩机的制冷剂温度大于！》时，制冷剂阀门1(10-1)和制冷剂阀门2(10-2)打开、制冷剂阀门3 (10-3)关闭，制冷剂携带的热量通过空气散热器(3)扩散入空气中。
5.根据权利要求3或4所述的复合冷热源系统的控制方法，其特征在于，所述1^为75-90 0C，优选 85 0C，所述 T 低为 35-45 °C，优选 40 °C。
6.根据权利要求3或4所述的复合冷热源系统的控制方法，其特征在于，所述I?为35-45°C，优选 40°C。
【文档编号】F25B29/00GK104515321SQ201310446789
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】陈廷敏, 王学峰, 赵宝山, 张孝德, 邱斌 申请人:宁夏银晨太阳能科技有限公司