一种基于太阳能蓄热除霜补气增焓热泵系统的制作方法

本发明涉及热泵除霜技术领域，更具体地说，涉及一种基于太阳能蓄热除霜补气增焓热泵系统。

背景技术：

空气源热泵是一种以低温热源为基础，利用空气中的低品位热能制取高于环境温度的热水或空气的节能装置。空气源作为低位热源其储量丰富，而且与传统的供热方式相比，空气源热泵既降低能耗，又减少环境污染。推广空气源热泵技术在节能减排、保护环境方面具有广泛的应用价值。

空气源热泵的运行受周围环境的温、湿度影响较大，在寒冷地区或极端天气条件下运行时系统的结霜问题制约着其推广范围及发展速度，当室外机的盘管温度低于室外空气的露点温度时,室外机的盘管通常会结霜。大量的冰霜积聚在室外机盘管上,将大大削弱蒸发器的传热性能，同时，阻碍了室外机盘管间的空气流动，换热热阻增加，制热量减少，能效比下降。空气源热泵室外换热器的结霜和除霜问题是造成空气源热泵运行效果不理想的一个主要原因。因此，必须采取有效地除霜措施。

技术实现要素：

针对上述现有技术的缺点或不足，本发明要解决的技术问题是提供一种利用太阳能和制热循环的余热进行除霜，能够同时达到除霜和节能的基于太阳能蓄热除霜补气增焓热泵系统。

为解决上述技术问题，本发明具有如下构成：

一种基于太阳能蓄热除霜补气增焓热泵系统，包括：压缩制冷子系统和太阳能蓄热子系统，在系统蓄热时，所述太阳能蓄热子系统与所述压缩制冷子系统并联设置，在系统除霜时，所述太阳能蓄热子系统与所述压缩制冷子系统串联设置。

进一步地，所述压缩制冷子系统包括压缩机、室内换热器、蓄能换热器、经济器、室外换热器、气液分离器、四通换向阀、第一节流装置以及第二节流装置，所述压缩机经四通换向阀与室内换热器的入口端连接，所述室内换热器的出口端与第一三通阀的入口端连接；所述第一三通阀的第一出口端与第三三通阀的入口端连接，所述第一三通阀的第二出口端依次连接流量阀以及第二三通阀的入口端，所述第二三通阀的第一出口端与所述蓄能换热器的入口端连接，所述蓄能换热器的出口端与第四三通阀的入口端连接，其中，所述第四三通阀的第一出口端与所述第三三通阀的第一出口端连接；所述第三三通阀的第二出口端经过第一节流装置与所述经济器的第一端连接，所述经济器的第二端、第三端分别与所述压缩机、第二节流装置连接，所述第二节流装置依次连接室外换热器、第五三通阀、第六三通阀、四通换向阀以及气液分离器的入口端，其中，所述气液分离器的出口端连接所述压缩机。

进一步地，所述第二三通阀的第二出口端与所述第六三通阀的其中一个出口端连接，所述第四三通阀的第二出口端与所述第五三通阀的其中一个出口端连接。

当所述系统处于蓄热模式时，制冷剂蒸汽经所述压缩机加压从四通换向阀出来以后进入室内换热器，在室内换热器经过冷凝放热后的制冷剂液体通过第一三通阀分成两路，一路依次通过流量阀、第二三通阀以后进入蓄能换热器换热以后，之后流经第四三通阀并与另一路制冷剂液体在第三三通阀处汇合，汇合后的制冷剂液体经过第一节流装置节流降压以后，进入经济器与从涡旋式压缩机抽出的制冷剂蒸汽进行换热，换热后的制冷剂液体进入第二节流装置进行二次节流降压，把第四三通阀关闭，二次节流降压后的制冷剂进入室外换热器吸热蒸发后依次通过第五三通阀，和第六三通阀、四通换向阀进入气液分离器，再次进入压缩机；所述太阳能蓄热子系统在蓄热时与压缩制冷子系统并联设置。

当所述系统处于除霜模式时，所述流量阀的控制器的控制作用下关闭，从室内换热器换热出来后的制冷剂液体在经过第一三通阀后直接经过第三三通阀后经第一节流装置、经济器、第二节流装置后进入室外换热器吸热蒸发，把第四三通阀打开，吸热蒸发后的制冷剂蒸汽经过第五三通阀和第四三通阀进入蓄能换热器进行除霜，然后依次经第二三通阀、第六三通阀以及四通换向阀进入气液分离器，最终再次进入压缩机；此时，所述压缩制冷子系统与太阳能蓄热子系统串联设置。

进一步地，所述第一节流装置和第二节流装置均为电子膨胀阀。

进一步地，所述压缩机和四通换向阀之间的管路上还设有高压保护开关。

进一步地，所述太阳能蓄热子系统包括太阳能集热器、蓄能换热器以及泵，所述太阳能集热器和泵依次与所述蓄能换热器的外管道连通设置，其中所述泵与控制器连接，太阳能集热器的热水通过泵流经蓄能换热器进行换热。

进一步地，所述蓄能换热器的盘管上设有第一温度传感器以及第二温度传感器，所述第一温度传感器以及第二温度传感器与控制器相连。

进一步地，所述蓄能换热器包括两个不同直径的螺旋盘管和两个不同半径的套筒，其中，两个不同直径的所述螺旋盘管置于不同半径的两个所述套筒之间，所述螺旋盘管和所述套筒之间充注蓄热相变材料。

进一步地，所述蓄热相变材料选取cacl2·6h2o，并外加质量分数2％的srcl2·6h2o和质量分数2％的ba(oh)2。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明相对于常规的空气源热泵系统外加了补气增焓技术和太阳能蓄热系统，利用太阳能和制热循环的余热进行除霜，能够同时达到除霜和节能的目的；

本发明通过在控制器的作用下，改变流量阀或第四三通阀的开关来实现系统模式的自由转换；

本发明中的蓄能换热器吸收制热系统的余热和太阳能集热器收集的热量，改变了传统除霜方式产生的除霜能量不足的问题，并且达到节能的目的。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1：本发明基于太阳能蓄热除霜补气增焓热泵系统流程图；

图2：本发明中蓄能换热器的俯视图；

图3：本发明中蓄能换热器的剖面图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

如图1所示，本实施例基于太阳能蓄热除霜补气增焓热泵系统，包括：压缩制冷子系统和太阳能蓄热子系统，在系统蓄热时，所述太阳能蓄热子系统与所述压缩制冷子系统并联设置，在系统除霜时，所述太阳能蓄热子系统与所述压缩制冷子系统串联设置。

其中，所述压缩制冷子系统包括压缩机1、室内换热器2、蓄能换热器4、经济器5、室外换热器6、气液分离器7、四通换向阀8、第一节流装置17以及第二节流装置18，所述压缩机1经四通换向阀8与室内换热器2的入口端连接，所述室内换热器2的出口端与第一三通阀12的入口端连接；所述第一三通阀12的第一出口端与第三三通阀15的入口端连接，所述第一三通阀12的第二出口端依次连接流量阀13以及第二三通阀14的入口端，所述第二三通阀14的第一出口端与所述蓄能换热器4的入口端连接，所述蓄能换热器4的出口端与第四三通阀16的入口端连接，其中，所述第四三通阀16的第一出口端与所述第三三通阀15的第一出口端连接；所述第三三通阀15的第二出口端经过第一节流装置17与所述经济器5的第一端连接，所述经济器5的第二端、第三端分别与所述压缩机1、第二节流装置18连接，所述第二节流装置18依次连接室外换热器6、第五三通阀19、第六三通阀20、四通换向阀8以及气液分离器7的入口端，其中，所述气液分离器7的出口端连接所述压缩机1。

在本实施例中，所述压缩机1选用涡旋式压缩机。

作为进一步地改进，所述第二三通阀14的第二出口端与所述第六三通阀20的其中一个出口端连接，所述第四三通阀16的第二出口端与所述第五三通阀19的其中一个出口端连接。

所述太阳能蓄热子系统包括太阳能集热器3、蓄能换热器4以及泵9，所述太阳能集热器3和泵9依次与所述蓄能换热器4的外管道连通设置，其中所述泵9与控制器连接。

如图2和3所示，在本实施例中，所述蓄能换热器4包括两个不同直径的螺旋盘管和两个不同半径的套筒，其中，两个不同直径的所述螺旋盘管置于不同半径的两个所述套筒之间，所述螺旋盘管和所述套筒之间充注蓄热相变材料。

如图2所示，所述盘管包括内盘管41和外盘管42，其中，内盘管进口411穿过内壁401并与所述内盘管41连通设置，内盘管出口412设置在所述内盘管41上；外盘管进口421穿过外壁402并与所述外盘管42连通设置，外盘管出口422设置在所述外盘管42上。

如图3所示，所述套筒包括内套筒43和外套筒44，其中，内套筒进口431、内套筒出口432、外套筒进口441和外套筒出口442的设置如图所示。

所述蓄能换热器4选取结晶水合盐类相变材料cacl2·6h2o作为蓄热相变材料，外加质量分数2％的srcl2·6h2o和质量分数2％的ba(oh)2，用来消除cacl2·6h2o在相变过程中的过冷和分层现象。

所述蓄能换热器4中的外管道接入太阳能蓄热子系统，内管道接入压缩制冷子系统。所述蓄能换热器4不仅与来自太阳能集热器3的热量进行换热，而且与从室内换热器2换热出来后的制冷剂液体进行换热，解决了传统热泵除霜系统中带来的除霜过程中除霜能量来源不足的问题。

所述蓄能换热器4为一种相变蓄热器，在正常供热满足要求时，蓄存多余的热量；在除霜过程中，作为热泵的低位热源，并在蓄能换热器4两端安装第一温度传感器10和第二温度传感器11。

进一步地，所述蓄能换热器4的盘管上设有第一温度传感器10以及第二温度传感器11，所述第一温度传感器10以及第二温度传感器11与控制器相连。所述控制器还与所述流量阀13和泵9相连，当所述盘管温度达到预设除霜温度值时，所述控制器能够控制所述流量阀13和泵9断开。

为了提高系统的安全性，避免从压缩机1排出的高压气态制冷剂的压力过大而对四通换向阀8造成影响，在所述压缩机1和四通换向阀8之间的管路上设有高压保护开关。

在本实施例中，所述室内换热器2为冷凝器，室外换热器6为蒸发器。

作为进一步地改进，所述第一节流装置17和第二节流装置18均为电子膨胀阀。在本实施例中，节流方式为二级节流，通过中间压力回气喷射口补充制冷气体在经济器5与节流后的制冷剂液体进行换热，实现制热量的增加。

当本实施例处于蓄热模式：制冷剂蒸汽经压缩机1加压从四通换向阀8出来以后进入室内换热器2，在室内换热器经过冷凝放热后的制冷剂液体通过第一三通阀12分成两路，一路依次通过流量阀13、第二三通阀14后进入蓄能换热器4换热，之后流经第四三通阀16并与另一路制冷剂液体在第三三通阀15处汇合，汇合后的制冷剂液体经过第一节流装置17节流降压以后，进入经济器5与从压缩机1抽出的制冷剂蒸汽进行换热，换热后的制冷剂液体进入第二节流装置18进行二次节流降压，把第四三通阀16关闭，二次节流降压后的制冷剂进入室外换热器6吸热蒸发后依次通过第五三通阀19和第六三通阀20、四通换向阀8进入气液分离器7，再次进入压缩机1。而，另外一路的蓄热系统是来自太阳能集热器3的热水通过泵9流经蓄能换热器4进行换热。此时，所述太阳能蓄热子系统与压缩制冷子系统并联设置。

当本实施例处于除霜模式时：流量阀13的控制器的控制作用下关闭，从室内换热器2换热出来后的制冷剂液体在经过第一三通阀12以后不再分为两路，直接经过第三三通阀15后经第一节流装置17、经济器5、第二节流装置18后进入室外换热器6吸热蒸发，把第四三通阀16打开，吸热蒸发后的制冷剂蒸汽经过第五三通阀19和第四三通阀16进入蓄能换热器4进行除霜，然后依次经第二三通阀14、第六三通阀20以及四通换向阀8进入气液分离器7，最终再次进入压缩机1。此时，所述太阳能蓄热子系统与压缩制冷子系统串联设置。

本发明采用的补气增焓技术具体操作过程：从涡旋式压缩机1抽取的中间压力制冷气体在经济器6与节流后的制冷剂液体进行换热，换热后的制冷剂液体进入第二节流装置18进行二次节流降压。

当室外温度很低时，室外换热器6的热交换能力下降，压缩机1正常回气口的回气量减少，压缩机1功率降低，不能发挥最好效果。但通过中间压力回气喷射口补充制冷气体，从而增加压缩机1排气量，室内换热器2的热交换器制热的循环制冷剂量增加，实现制热量的增加，因此更加适用于寒冷地区。低温制热时，制热量随相对补气压力几乎呈线性增长的趋势，有效提高低温制热的能效；适用范围广，解决原来各种寒冷地区采暖方式的不足。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限定，参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。