本發(fā)明屬于太陽能利用設備技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種多模式太陽能熱泵冷熱水系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著世界能源消費量的大幅度增長，人們把能源利用的重點轉(zhuǎn)移到可再生能源的開發(fā)和利用上來。太陽能以其取之不盡、廉價、安全、無需運輸、清潔無污染等特點受到人們的重視。由于太陽能受季節(jié)和天氣影響較大、熱流密度低，導致各種形式的太陽能直接熱利用系統(tǒng)在應用上都受到一定的限制。

目前我國的太陽能熱能利用產(chǎn)品主要是簡約單體太陽能熱水器。但是由于其系統(tǒng)復雜，部件品種比較多，并且各個系統(tǒng)分散，不易與建筑結(jié)合，造成了設計安裝復雜，技術(shù)要求高；另一方面由于太陽能熱能流密度低，不穩(wěn)定，受季節(jié)和天氣影響較大，太陽能供熱系統(tǒng)常常在供熱品位和供熱總量上無法滿足需求。因此，降低空調(diào)等制冷設備的能耗，高效利用制冷設備冷凝熱制取生活熱水，并利用太陽能熱泵和空氣源熱泵的一體化結(jié)合，實現(xiàn)制冷空調(diào)設備能量的綜合利用，提高太陽能熱能利用和制冷設備的科學用能水平已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員迫切需要解決的技術(shù)難題。

中國專利申請CN1515850公開了一種直膨式太陽能熱泵空調(diào)及熱水系統(tǒng),，該系統(tǒng)將空氣源與太陽能并聯(lián)，能夠生產(chǎn)生活熱水、冷熱水的多功能太陽能利用系統(tǒng)，但并未考慮如何儲存多余的太陽能，以及環(huán)境變化對系統(tǒng)的影響。中國專利申請CN103499163公開了一種直膨式太陽能熱泵空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過蓄熱裝置將多余的太陽能儲存其中，并使壓縮機入口溫度維持穩(wěn)定，但其系統(tǒng)在夏季未能實現(xiàn)冷熱水聯(lián)供以提高能源利用效率，并且在冬季制熱水同時未能保持室內(nèi)供暖。中國專利申請CN105716329公開了一種蓄熱/蒸發(fā)于一體的直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)，可用于采暖、生活熱水和空調(diào)制冷，但在夏天制冷與制生活熱水模式下，系統(tǒng)制生活熱水受環(huán)境影響較大，很難實現(xiàn)實時制熱的效果。

綜上所述，如何克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足已成為當今太陽能利用設備技術(shù)領(lǐng)域中亟待解決的重點難題之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足而提供一種多模式太陽能熱泵冷熱水系統(tǒng)，本發(fā)明不僅能夠?qū)⑻柲芘c空氣源熱泵有機結(jié)合起來，并通過系統(tǒng)中的蓄熱裝置，解決太陽能輔助空氣源熱泵的穩(wěn)定性問題，改善對系統(tǒng)的性能，同時還能夠維持壓縮機入口制冷劑的溫度，延長壓縮機的使用壽命。

根據(jù)本發(fā)明提出的一種多模式太陽能熱泵冷熱水系統(tǒng)，其特征在于,包括制冷劑循環(huán)回路、生活水循環(huán)回路、太陽能冷熱水回路,其中：

所述制冷劑循環(huán)回路包括：壓縮機、第一換熱器、四通換向閥、第二換熱器、U型管路A、U型管路B、U型管路C、U型管路D、儲液器、過濾器、電子膨脹閥、第一電磁閥、太陽能集熱板、第二電磁閥、第一單向閥、第三電磁閥、第四電磁閥、第五電磁閥、第二單向閥、室外空氣源換熱器、相變蓄熱裝置以及適配的連接管道；其中，所述壓縮機輸出端與所述第一換熱器的第一輸入端連接，所述第一換熱器的第一輸出端與所述四通換向閥的第一輸入端連接，所述四通換向閥的第一輸出端與所述第二換熱器的第一輸入端連接，所述第二換熱器的第一輸出端通過所述U型管路A接入所述儲液器，所述儲液器的輸出端與所述過濾器的輸入端連接，所述過濾器的輸出端與所述電子膨脹閥的輸入端連接，所述電子膨脹閥輸出端與所述U型管路D的輸入端連接，所述U型管路B與所述U型管路C均為制冷劑逆流流通的管路，所述U型管路D的輸出端出來的制冷劑分為兩路，一路通過所述第一電磁閥與所述太陽能集熱板的輸入端連接，太陽能集熱板的輸出端與所述第一單向閥的輸入端連接，另一路通過所述第二電磁閥與所述第一單向閥的輸出端交匯；所述第一單向閥的輸出端出口分為兩路，一路通過所述第二單向閥和所述第三電磁閥與相變蓄熱裝置的輸入端連接，所述第五電磁閥所在支路為所述相變蓄熱裝置的旁路，另一路通過所述第四電磁閥與所述室外空氣源換熱器輸入端連接，兩路交匯于所述相變蓄熱裝置的輸出端，所述相變蓄熱裝置的輸出端與所述四通換向閥第二輸入端連接，所述四通換向閥的第二輸出端與壓縮機的輸入端連接。

所述生活水循環(huán)回路包括：第一水箱、第一循環(huán)水泵、第一換熱器；其中，所述第一水箱的輸出端通過第一循環(huán)水泵與所述第一換熱器第二輸入端連接，所述第一換熱器的第二輸出端與所述第一水箱的輸入端連接。

所述太陽能冷熱水回路包括：第二循環(huán)水泵、第二換熱器、第二水箱、相變蓄熱裝置、第一流量調(diào)節(jié)閥、第二流量調(diào)節(jié)閥、第三循環(huán)水泵；其中，所述第二水箱的第一輸出端通過第二循環(huán)水泵與所述第二換熱器的第二輸入端連接，所述第二換熱器的第二輸出端與所述第二水箱的第一輸入端連接，所述第二水箱的第二輸出端與所述第三循環(huán)水泵的輸入端連接，第三循環(huán)水泵的輸出端出來的循環(huán)水分為兩路，一路通過所述第二流量調(diào)節(jié)閥與冷熱水出水端連接，另一路通過所述第一流量調(diào)節(jié)閥與所述相變蓄熱裝置的輸入端連接，所述相變蓄熱裝置的輸出端與所述第二水箱的第二輸入端連接。

本發(fā)明的實現(xiàn)原理是：本發(fā)明將室外太陽能集熱器與室外空氣源換熱器并聯(lián)，根據(jù)不同的天氣狀況實現(xiàn)熱源利用的轉(zhuǎn)換；同時，利用蓄熱裝置保持太陽能集熱器出口制冷劑的溫度，并且在熱泵加熱生活熱水的同時保持空調(diào)水的溫度，實現(xiàn)在制取熱水的同時保持供暖。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著優(yōu)點在于：

第一，本發(fā)明能夠充分利用低品位的太陽能與空氣源，并實現(xiàn)利用的最大化，保持系統(tǒng)制熱及制熱水效果的穩(wěn)定，具有環(huán)保節(jié)能的顯著效果。

第二，本發(fā)明在太陽能集熱板出口加裝相變蓄熱裝置，由于系統(tǒng)中壓降以及太陽能的影響，集熱板出口制冷劑通常處于較為嚴重的過熱狀態(tài)，蓄熱裝置能夠吸收集熱板出口過熱制冷劑的部分熱量，使其保持一定溫度，提高壓縮機的熱力性能并保證穩(wěn)定的運行。

第三，本發(fā)明提供了多種工作模式，保障用戶的多方面需求；同時考慮了在制生活熱水的同時制熱的問題，能夠在制熱水的同時最大限度地保持室內(nèi)供暖。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提出的一種多模式太陽能熱泵冷熱水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明提出的相變蓄熱裝置的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施方式做進一步的詳細說明。

結(jié)合圖1和圖2，本發(fā)明提出的一種多模式太陽能熱泵冷熱水系統(tǒng),包括制冷劑循環(huán)回路、生活水循環(huán)回路、太陽能冷熱水回路,其中：

制冷劑循環(huán)回路包括：壓縮機(14)、第一換熱器(15)、四通換向閥(18)、第二換熱器(19)、U型管路A、U型管路B、U型管路C、U型管路D、儲液器(24)、過濾器(26)、電子膨脹閥(27)、第一電磁閥(5)、太陽能集熱板(6)、第二電磁閥(8)、第一單向閥(7)、第三電磁閥(9)、第四電磁閥(10)、第五電磁閥(25)、第二單向閥(12)、室外空氣源換熱器(11)、相變蓄熱裝置(13)以及適配的連接管道；其中，所述壓縮機(14)輸出端與所述第一換熱器(15)的第一輸入端(15a)連接，所述第一換熱器(15)的第一輸出端(15b)與所述四通換向閥(18)的第一輸入端(18a)連接，所述四通換向閥(18)的第一輸出端(18b)與所述第二換熱器(19)的第一輸入端(19a)連接，所述第二換熱器(19)的第一輸出端(19b)通過所述U型管路A接入所述儲液器(24)，所述儲液器(24)的輸出端與所述過濾器(26)的輸入端連接，所述過濾器(26)的輸出端與所述電子膨脹閥(27)的輸入端連接，所述電子膨脹閥(27)輸出端與所述U型管路D的輸入端連接，所述U型管路B與所述U型管路C均為制冷劑逆流流通的管路，所述U型管路D的輸出端出來的制冷劑分為兩路，一路通過所述第一電磁閥(5)與所述太陽能集熱板(6)的輸入端連接，太陽能集熱板(6)的輸出端與所述第一單向閥(7)的輸入端連接，另一路通過所述第二電磁閥(8)與所述第一單向閥(7)的輸出端交匯；所述第一單向閥(7)的輸出端出口分為兩路，一路通過所述第二單向閥(12)和所述第三電磁閥(9)與相變蓄熱裝置(13)的輸入端連接，所述第五電磁閥(25)所在支路為所述相變蓄熱裝置(13)的旁路，另一路通過所述第四電磁閥(10)與所述室外空氣源換熱器(11)輸入端連接，兩路交匯于所述相變蓄熱裝置(13)的輸出端，所述相變蓄熱裝置(13)的輸出端與所述四通換向閥第二輸入端(18c)連接，所述四通換向閥(18)的第二輸出端(18d)與壓縮機(14)的輸入端連接。

所述生活水循環(huán)回路包括：第一水箱(17)、第一循環(huán)水泵(16)、第一換熱器(15)；其中，所述第一水箱(17)的輸出端(17a)通過第一循環(huán)水泵(16)與所述第一換熱器(15)第二輸入端(15c)連接，所述第一換熱器(15)的第二輸出端(15d)與所述第一水箱(17)的輸入端(17b)連接。

所述太陽能冷熱水回路包括：第二循環(huán)水泵(20)、第二換熱器(19)、第二水箱(21)、相變蓄熱裝置(13)、第一流量調(diào)節(jié)閥(23)、第二流量調(diào)節(jié)閥(24)、第三循環(huán)水泵(22)；其中，所述第二水箱的第一輸出端(21a)通過第二循環(huán)水泵(20)與所述第二換熱器(19)的第二輸入端(19c)連接，所述第二換熱器(19)的第二輸出端(19d)與所述第二水箱(21)的第一輸入端(21b)連接，所述第二水箱(21)的第二輸出端(21c)與所述第三循環(huán)水泵(22)的輸入端連接，第三循環(huán)水泵(22)的輸出端出來的循環(huán)水分為兩路，一路通過所述第二流量調(diào)節(jié)閥(24)與冷熱水出水端連接，另一路通過所述第一流量調(diào)節(jié)閥(23)與所述相變蓄熱裝置(13)的輸入端(13a)連接，所述相變蓄熱裝置(13)的輸出端(13b)與所述第二水箱(21)的第二輸入端連接。

本發(fā)明提出的一種多模式太陽能熱泵冷熱水系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案是：

所述太陽能集熱板(6)與所述相變蓄熱裝置(13)為串聯(lián)運行，所述太陽能集熱板(6)與所述室外空氣源換熱器(11)為并聯(lián)運行。

所述太陽能集熱板(6)為采用高吸收涂層鋁平板的平板型太陽能集熱器板。

所述第一水箱(17)和所述第二水箱(21)的形狀均為圓柱形保溫水箱。

所述室外空氣源換熱器(11)為普通翅片式換熱器。

所述相變蓄熱裝置(13)的外殼為帶有保溫層的殼體(28)。

所述相變蓄熱裝置(13)內(nèi)設有制冷劑流通管路(29)及循環(huán)水流通管路(30)。

所述相變蓄熱裝置(13)的相變材料為石蠟。

具體實施例。結(jié)合圖1和圖2，以本發(fā)明在不同氣候條件下的工作模式為例，進一步公開本發(fā)明的具體應用過程如下：

實施例1。在冬季供熱及制熱水模式下，當白天有太陽能輻射時，制冷循環(huán)回路中的制冷劑被壓縮機(14)做功壓縮后排出，首先經(jīng)過第一換熱器(15)，第一循環(huán)水泵(16)不工作，制冷劑經(jīng)過四通換向閥(18)后進入第二換熱器(19)，第二循環(huán)水泵(20)處于運行狀態(tài)，制冷劑在第二換熱器(19)中放出熱量冷凝；此后，制冷劑經(jīng)過U型管A以此進入儲液器(24)、過濾器(26)，在電子膨脹閥(27)中節(jié)流降溫降壓后進過U型管D、第一電磁閥(5)進入太陽能集熱板(6)，此時第二電磁閥(8)關(guān)閉，制冷劑在太陽能集熱板(6)中吸熱升溫后經(jīng)過第一單向閥(7)、第三電磁閥(9)、第二單向閥(12)進入相變蓄熱裝置(13)，此時第四電磁閥(10)關(guān)閉，高溫制冷劑在相變蓄熱裝置(13)的溫度得到穩(wěn)定，并將部分熱量儲存于相變蓄熱裝置(13)中，當蓄熱裝置內(nèi)溫度大于制冷劑溫度時，第三電磁閥(9)關(guān)閉，第五電磁閥(25)開啟，此后制冷劑經(jīng)過四通換向閥(18)再次進入壓縮機(14)，蒸發(fā)吸熱完成循環(huán)；第三循環(huán)水泵(22)開啟，第一流量調(diào)節(jié)閥(23)以及第二流量調(diào)節(jié)閥(24)部分開啟，在保證供熱穩(wěn)定的情況下將多余熱量儲存于變蓄熱裝置(13)中并保證出口水溫穩(wěn)定。當需要制取生活熱水時，開啟第一循環(huán)水泵(16)，關(guān)閉第二循環(huán)水泵(20)，制冷劑在第一換熱器(15)中冷凝放熱，調(diào)整第一流量調(diào)節(jié)閥(23)、第二流量調(diào)節(jié)閥(24)開度，保持第二水箱(21)中水溫穩(wěn)定以及供暖需求。

在傍晚以及夜間時，制冷劑從壓縮機(14)排出后在第二換熱器(19)中冷凝放熱，制冷劑經(jīng)過U型管A，儲液器(24)，過濾器(26)，在電子膨脹閥(27)中降壓降溫，此后經(jīng)過U型管D、第二電磁閥(8)、第四電磁閥(10)，進入室外空氣源換熱器(11)，此時第一電磁閥(5)、第二電磁閥(9)關(guān)閉，制冷劑在室外空氣源換熱器(11)吸熱后經(jīng)過四通換向閥(18)進入壓縮機，完成制熱循環(huán)。當需要制取生活熱水時，開啟第一循環(huán)水泵(16)，關(guān)閉第二循環(huán)水泵(20)，制冷劑在第一換熱器(15)中冷凝放熱，調(diào)整第一流量調(diào)節(jié)閥(23)、第二流量調(diào)節(jié)閥(24)開度，保持第二水箱(21)中水溫穩(wěn)定以及供暖需求。

在凌晨室外環(huán)境溫度較低時，第一電磁閥(5)、第四電磁閥(10)關(guān)閉，第二電磁閥(8)，第三電磁閥(9)開啟，第五電磁閥(25)關(guān)閉，制冷劑在相變蓄熱裝置(13)中蒸發(fā)吸熱，經(jīng)過壓縮機(14)加壓升溫后，在第二換熱器(19)中冷凝放熱，用于供暖。

實施例2。在夏季制熱水及供冷模式下，冷熱聯(lián)供時，制冷劑被壓縮機(14)做功壓縮后排出，首先在第一換熱器中(15)冷凝換熱，此時第一循環(huán)水泵(16)運行，經(jīng)過四通換向閥(18)后經(jīng)過室外空氣源換熱器(11)，此時室外空氣源換熱器(11)不工作，制冷劑經(jīng)過第四電磁閥(10)，第二電磁閥(8)進入儲液器(24)，此時第一電磁閥(5)、第三電磁閥(9)、第五電磁閥(25)關(guān)閉，制冷劑經(jīng)過過濾器(26)、電子膨脹閥(27)后在第二換熱器(19)中蒸發(fā)吸熱，第二循環(huán)水泵(20)運行，制冷劑經(jīng)過四通換向閥(18)進入壓縮機完成循環(huán)。

單獨供冷時，第一電磁閥(5)、第三電磁閥(9)、第五電磁閥(25)關(guān)閉，第二電磁閥(8)、第四電磁閥(10)開啟，第一循環(huán)水泵(16)不運行，第二循環(huán)水泵(20)運行，室外空氣源換熱器(11)運行，制冷劑從壓縮機(14)出來后進過四通換向閥(18)進入室外空氣源換熱器(11)冷凝放熱，此后經(jīng)過電子膨脹閥(27)降溫降壓進入第二換熱器(19)制取冷水，經(jīng)過四通換向閥(18)進入壓縮機(14)，完成供冷循環(huán)。

單獨制熱水時，在有太陽輻射情況下，制冷劑在太陽能集熱板(6)中吸收太陽能，經(jīng)過相變蓄熱裝置(13)后進入壓縮機，在第一換熱器(15)中冷凝放熱，此時第一循環(huán)水泵(16)運行，第二循環(huán)水泵(20)不運行，制冷劑在電子膨脹閥(27)中降壓之后進入太陽能集熱板(6)，完成制熱水循環(huán)。

本發(fā)明的具體實施方式中凡未涉及的說明屬于本領(lǐng)域公知的技術(shù)，可參考公知技術(shù)加以實施。

本發(fā)明經(jīng)反復試驗驗證，取得了滿意的試用效果。

以上具體實施方式及實施例是對本發(fā)明提出的一種多模式太陽能熱泵冷熱水系統(tǒng)技術(shù)思想的具體支持，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在本技術(shù)方案基礎上所做的任何等同變化或等效的改動，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍。