一种冷水相变储热式太阳能耦合空气源热泵系统

1.本发明属于能源技术领域，具体涉及一种冷水相变储热式太阳能耦合空气源热泵系统。


背景技术：

2.随着中国城市化水平的不断提高，城市建筑领域的能耗在我国总能耗中的比重也在不断上升，全国建筑能耗占总能耗比重超过20％，其中采暖和空调能耗占建筑能耗的比重超过50％，所以，一种高效能、易普及的新型供热、制冷装置成为了现今能源领域的迫切需求。
3.空气源热泵虽然具有极大的发展前景，但北方地区寒冷环境下蒸发器易结霜问题在一定程度上限制了空气源热泵的大规模利用；太阳能集热器供热能力受到季节、环境的限制，日供热能力波动大，很难单独作为一种稳定的热源使用。
4.据检索，现有技术中已有利用太阳能与空气源热泵联合运行减缓空气源热泵结霜现象和制取生活热水的技术方案公开，但是现有技术方案存在以下缺陷：
5.专利申请号201720150815.3提出的“一种蓄热式太阳能空气集热器与空气源热泵联合运行系统”以空气作为太阳能集热器加热介质，加热效率低且加热效果差。
6.专利申请号201720691214.7提出的“一种智能控制的太阳能和空气源热泵联合运行集中热水供应系统”，采用多种检测装置调节热源利用比例，结构复杂且控制过程繁琐。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服上述太阳能与空气源热泵联合运行方案的不足，提出一种冷水相变储热式太阳能耦合空气源热泵系统，利用氟路循环实现太阳能与空气源热泵耦合，减缓空气源热泵结霜现象和制取生活热水。此外，本方案采用的冷水相变储热装置利用水作为相变材料，减少系统投资的同时，实现了一机多用。
8.本发明提出的一种冷水相变储热式太阳能耦合空气源热泵系统，它由换热器一、换热器二、压缩机、节流阀、太阳能集热器、相变储热装置、储液罐、四通阀一、四通阀二、电子阀、闸阀、干管一、干管二、支管一、支管二、支管三、支管四、支管五、支管六、相变储热装置供水管、相变储热装置回水管、换热器一进气管、换热器一排气管、换热器二供水管、换热器二回水管组成；所述的干管一一端与换热器二相连通，另一端与换热器一相连通，所述的节流阀设置在干管一上；所述的干管二一端与换热器一相连通，另一端与换热器二相连通，所述的四通阀一设置在干管二上，连接点为四通阀一的a接口和c接口；所述的支管一一端与四通阀一的b接口相连通，另一端与压缩机进口相连通，所述的储液罐设置在支管一上；所述的支管二一端与压缩机出口相连通，另一端与四通阀一的d接口相连通；所述的支管三一端与干管一相连通，连接点位于节流阀和换热器一之间，另一端与干管二相连通，连接点位于换热器一和四通阀一之间，所述的四通阀二设置在支管三上，连接点为四通阀二的a接口和c接口；所述的支管四一端与四通阀二的b接口相连通，另一端与太阳能集热器相连通，
所述的电子阀设置在支管四上；所述的支管五一端与太阳能集热器相连通，另一端与相变储热装置相连通；所述的支管六一端与相变储热装置相连通，另一端与四通阀二的d接口相连通；所述的闸阀设置在相变储热装置供水管上。
9.所述的相变储热装置是由不锈钢壳体、上端盖、下端盖、上隔板、下隔板、内部毛细铜管、氟路进口、氟路出口、水路进口、水路出口组成。
10.所述的相变储热装置其特征在于冬季关闭闸阀，采用冷水做相变储热材料，作为储热装置使用；夏季打开闸阀，水在相变储热装置内流动，此时相变储热装置作为管壳式换热器使用。
11.本发明的运行原理为：
12.冬季日间运行时，关闭闸阀，打开电子阀，四通阀一的a接口与b接口相连通，d接口与c接口相连通，四通阀二的a接口与d接口相连通，b接口与c接口相连通，启动压缩机，冷媒从节流阀流出后，在电子阀的调控下，部分冷媒经干管一流入换热器一，与通过换热器一进气管进入的空气进行热交换，再经干管二在四通阀一的a接口流入，在四通阀一的b接口流出，经支管一流入储液罐，再经压缩机进口流入压缩机后被压缩，压缩后的冷媒经支管二在四通阀一的d接口流入，在四通阀一的c接口流出，经干管二流入换热器二，与经换热器二供水管流入的冷却水进行热量交换，换热后的冷媒经干管一回到节流阀；另一部分冷媒在支管三和干管一的连接点处经支管三流入四通阀二的c接口，然后在四通阀二的b接口流出，经支管四流入太阳能集热器，吸收太阳能充分换热后经支管五流入相变储热装置，再经支管六在四通阀二的d接口流入，在四通阀二的a接口流出，经支管三在支管三和干管二的连接点处流入干管二，进行下一次循环。
13.冬季夜间运行时，经过支管五进入相变储热装置的冷媒在相变储热装置中充分换热，吸收相变储热装置中水的显热和部分潜热，而后经支管六在四通阀二的d接口流入，在四通阀二的a接口流出，再经支管三在支管三和干管二的连接点处流入干管二，进行下一次循环。冬季运行时相变储热装置中的水不流动，利用水的结冰、融冰潜热实现冷水相变储热。
14.夏季运行时，打开闸阀，关闭电子阀，四通阀一的a接口与d接口相连通，b接口与c接口相连通，四通阀二的a接口与b接口相连通，c接口与d接口相连通，启动压缩机，冷媒从节流阀流出后，经干管一流入换热器二，与通过换热器二供水管流入的中介水进行热交换，再经干管二在四通阀一的c接口流入，在四通阀一的b接口流出，经支管一流入储液罐，再经压缩机进口流入压缩机后被压缩，压缩后的冷媒经支管二在四通阀一的d接口流入，在四通阀一的a接口流出，经干管二流入换热器一，与经换热器一进气管流入的空气进行热量交换，换热后的冷媒经干管一回到节流阀；当有生活热水需求时，打开电子阀，部分冷媒在支管三和干管二的连接点处经支管三流入四通阀二的a接口，然后在四通阀二的b接口流出，经支管四流入太阳能集热器，吸收太阳能充分换热后经支管五流入相变储热装置，加热经相变储热装置供水管流入的生活用水，再经支管六在四通阀二的d接口流入，在四通阀二的c接口流出后经支管三在支管三和干管一的连接点处流入干管一，进行下一次循环，相变储热装置中的生活用水经相变储热装置回水管流出。此时相变储热装置中为流动水，实质是一种管壳式换热装置。
15.本发明相对于现有技术具有如下特点及有益效果：
16.1.本发明提供了一种太阳能集热器加热冷媒装置，利用太阳能加热氟路冷媒，提高换热效率，减少空气源热泵蒸发器负荷，实现空气源热泵无霜化运行。
17.2.本发明提供了一种冷水相变储热装置，利用水作为相变材料，充分利用水的相变潜热，减少设备投入，实现系统夜间及阴雨天气的稳定运行。
18.3.本发明提供了一种太阳能与空气源热泵耦合的生活热水制取方案，充分利用夏季太阳能集热器高效率特点及空气源热泵余热，在不改变系统已有装置的前提下，实现系统的全年运行，增加系统的利用率。
附图说明
19.图1是本发明系统运行流程示意图；
20.图2是相变储热装置主视图；
21.图3是相变储热装置主视图剖面图；
22.图中：换热器一1-1、换热器二1-2、压缩机2、节流阀3、太阳能集热器4、相变储热装置5、储液罐6、四通阀一7-1、四通阀二7-2、电子阀8、闸阀9、干管一10-1、干管二10-2、支管一11-1、支管二11-2、支管三11-3、支管四11-4、支管五11-5、支管六11-6、相变储热装置供水管12、相变储热装置回水管13、换热器一进气管14、换热器一排气管15、换热器二供水管16、换热器二回水管17、不锈钢壳体18、上端盖19、下端盖20、上隔板21、下隔板22、毛细铜管23、氟路进口24、氟路出口25、水路进口26、水路出口27。
具体实施方式
23.具体实施方式一，如图1所示，本实施方式的一种冷水相变储热式太阳能耦合空气源热泵系统，它由换热器一1-1、换热器二1-2、压缩机2、节流阀3、太阳能集热器4、相变储热装置5、储液罐6、四通阀一7-1、四通阀二7-2、电子阀8、闸阀9、干管一10-1、干管二10-2、支管一11-1、支管二11-2、支管三11-3、支管四11-4、支管五11-5、支管六11-6、相变储热装置供水管12、相变储热装置回水管13、换热器一进气管14、换热器一排气管15、换热器二供水管16、换热器二回水管17组成；所述的干管一10-1一端与换热器二1-2相连通，另一端与换热器一1-1相连通，所述的节流阀2设置在干管一10-1上；所述的干管二10-2一端与换热器一1-1相连通，另一端与换热器二1-2相连通，所述的四通阀一7-1设置在干管二10-2上，连接点为四通阀一7-1的a接口和c接口；所述的支管一11-1一端与四通阀一7-1的b接口相连通，另一端与压缩机3进口相连通，所述的储液罐6设置在支管一11-1上；所述的支管二11-2一端与压缩机2出口相连通，另一端与四通阀一7-1的d接口相连通；所述的支管三11-3一端与干管一10-1相连通，连接点位于节流阀2和换热器一1-1之间，另一端与干管二10-2相连通，连接点位于换热器一1-1和四通阀一7-1之间，所述的四通阀二7-2设置在支管三11-3上，连接点为四通阀二7-2的a接口和c接口；所述的支管四11-4一端与四通阀二7-2的b接口相连通，另一端与太阳能集热器4相连通，所述的电子阀8设置在支管四11-4上；所述的支管五11-5一端与太阳能集热器4相连通，另一端与相变储热装置5相连通；所述的支管六11-6一端与相变储热装置5相连通，另一端与四通阀二7-2的d接口相连通；所述的闸阀9设置在相变储热装置供水管12上。
24.具体实施方式二，如图2～3所示，具体实施方式一所述的相变储热装置5是由不锈
钢壳体18、上端盖19、下端盖20、上隔板21、下隔板22、毛细铜管23、氟路进口24、氟路出口25、水路进口26、水路出口27组成。
25.具体实施方式三，具体实施方式二所述的相变储热装置5冬季关闭闸阀9，采用冷水做相变储热材料，作为储热装置使用；夏季打开闸阀9，水在相变储热装置内流动，此时相变储热装置作为管壳式换热器使用。
26.工作原理：
27.冬季日间运行时，关闭闸阀9，打开电子阀8，四通阀一7-1的a接口与b接口相连通，d接口与c接口相连通，四通阀二7-2的a接口与d接口相连通，b接口与c接口相连通，启动压缩机2，冷媒从节流阀3流出后，在电子阀8的调控下，部分冷媒经干管一10-1流入换热器一1-1，与通过换热器一进气管14进入的空气进行热交换，再经干管二10-2在四通阀一7-1的a接口流入，在四通阀一7-1的b接口流出，经支管一11-1流入储液罐6，再经压缩机2进口流入压缩机2后被压缩，压缩后的冷媒经支管二11-2在四通阀一7-1的d接口流入，在四通阀一7-1的c接口流出，经干管二10-2流入换热器二1-2，与经换热器二供水管16流入的冷却水进行热量交换，换热后的冷媒经干管一10-1回到节流阀3；另一部分冷媒在支管三11-3和干管一10-1的连接点处经支管三11-3流入四通阀二7-2的c接口，然后在四通阀二7-2的b接口流出，经支管四11-4流入太阳能集热器4，吸收太阳能充分换热后经支管五11-5流入相变储热装置5，再经支管六11-6在四通阀二7-2的d接口流入，在四通阀二7-2的a接口流出，经支管三11-3在支管三11-3和干管二10-2的连接点处流入干管二10-2，进行下一次循环。
28.冬季夜间运行时，经过支管五11-5进入相变储热装置5的冷媒在相变储热装置5中充分换热，吸收相变储热装置5中水的显热和部分潜热，而后经支管六11-6在四通阀二7-2的d接口流入，在四通阀二7-2的a接口流出，再经支管三11-3在支管三11-3和干管二10-2的连接点处流入干管二10-2，进行下一次循环。冬季运行时相变储热装置5中的水不流动，利用水的结冰、融冰潜热实现冷水相变储热。
29.夏季运行时，打开闸阀9，关闭电子阀8，四通阀一7-1的a接口与d接口相连通，b接口与c接口相连通，四通阀二7-2的a接口与b接口相连通，c接口与d接口相连通，启动压缩机2，冷媒从节流阀3流出后，经干管一10-1流入换热器二1-2，与通过换热器二供水管16流入的中介水进行热交换，再经干管二10-2在四通阀一7-1的c接口流入，在四通阀一7-1的b接口流出，经支管一11-1流入储液罐6，再经压缩机2进口流入压缩机2后被压缩，压缩后的冷媒经支管二11-2在四通阀一7-1的d接口流入，在四通阀一7-1的a接口流出，经干管二11-2流入换热器一1-1，与经换热器一进气管14流入的空气进行热量交换，换热后的冷媒经干管一10-1回到节流阀3；当有生活热水需求时，打开电子阀8，部分冷媒在支管三11-3和干管二10-2的连接点处经支管三11-3流入四通阀二7-2的a接口，然后在四通阀二7-2的b接口流出，经支管四11-4流入太阳能集热器4，吸收太阳能充分换热后经支管五11-5流入相变储热装置5，加热经相变储热装置供水管12流入的生活用水，再经支管六11-6在四通阀二7-2的d接口流入，在四通阀二7-2的c接口流出后经支管三11-3在支管三11-3和干管一10-1的连接点处流入干管一10-1，进行下一次循环，相变储热装置5中的生活用水经相变储热装置回水管13流出。此时相变储热装置中为流动水，实质是一种管壳式换热装置。
30.以上所述只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述所述限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要
求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。