一種氟泵與熱泵複合蓄熱型直膨式太陽能熱水系統的製造方法與工藝

2023-10-10 18:27:49

本發明涉及一種太陽能熱水系統，具體的說，是一種具有蓄熱功能的氟泵/熱泵複合型直膨式太陽能熱水系統。

背景技術：
近年來，隨著能源危機的加劇和環境汙染問題的突出，太陽能利用技術在建築節能領域備受關注，發展迅速。作為一種典型的太陽能利用技術形式，太陽能熱水系統通過光熱轉換過程滿足建築熱水需求，節能效益顯著。然而，傳統太陽能熱水系統的穩定性差，易受季節、氣候和晝夜溫差等環境因素影響。在建築熱水需求旺盛的陰雨天或夜晚，由於太陽輻射強度減弱，集熱器能夠收集的太陽能很少甚至為零，導致系統無法滿足用戶需求。雖然通過增設電輔助加熱系統能夠提升太陽能熱水系統的穩定性，但需要犧牲電能作為代價，社會經濟效益相對較差，且在電力緊張地區的大面積推廣應用會受到一定的限制。在此背景下，太陽能熱泵熱水系統通過將太陽能熱水系統和熱泵技術有機地結合，充分發揮二者優勢，實現系統的全天候運行，很好地提高了建築熱水供應系統的穩定性。太陽能熱泵熱水系統可以分為間接膨脹式和直接膨脹式兩種系統。直接膨脹式太陽能熱泵熱水系統將太陽能光熱系統的集熱器與熱泵系統的蒸發器在功能和結構上合二為一。製冷劑在集熱器/蒸發器蒸發吸收太陽輻射熱量，通過壓縮機壓縮提升溫度和壓力後，進入冷凝器加熱建築用熱水，再經膨脹閥節流回到集熱器/蒸發器中。與間接膨脹式太陽能熱泵熱水系統相比，直接膨脹式太陽能熱泵熱水系統減少了系統設備的複雜性，同時省去了集熱器與蒸發器之間的熱交換過程，提高了系統能效和經濟效益。但是，直接膨脹式太陽能熱泵熱水系統中存在集熱器/蒸發器與熱水系統之間的熱負荷匹配問題，嚴重影響系統整體能效。白天太陽輻射強度大時，建築熱水熱負荷小，壓縮機處於低負荷工況運行，效率低下，且系統富裕熱量難以利用；夜間，尤其是寒冷地區的冬季夜間，由於集熱效率下降導致蒸發溫度降低，系統COP明顯下降，甚至有時難以滿足建築熱水負荷需求。此外，系統中的壓縮機長時間在多種複雜工況下運轉，缺乏有效的保護裝置，壓縮機的使用壽命大幅降低。公開號為CN200972278Y公開了「一種直膨式太陽能熱泵熱水器」，通過增設蒸發換熱器和水泵系統，避免了壓縮機的長期運行，在一定程度上改善了壓縮機的運行工況。但是該系統沒有考慮對晴天白天太陽能集熱器富裕熱量的存儲，且更重要的是缺乏有效措施提高系統陰雨天或夜間運行時的蒸發溫度，從而提升系統的COP。公開號為CN104654656A公開了「一種太陽能熱泵製冷制熱系統」，通過引入相變蓄熱裝置對壓縮機進行了一定的保護，但是不能從根本上解決壓縮機長期運行的問題，在改善系統運行工況方面的能力同樣十分有限。

技術實現要素：
本發明要解決的具體技術問題是集熱器/蒸發器熱負荷與熱水熱負荷的匹配問題，有效存儲白天太陽能集熱器的富裕熱量並用於夜間或陰雨天壓縮機運行工況的改善，同時提供一種氟泵/熱泵複合蓄熱型直膨式太陽能熱水系統。本發明解決其技術問題所採用的技術方案如下。一種氟泵與熱泵複合蓄熱型直膨式太陽能熱水系統，包括集熱蒸發器、氟泵、壓縮機、冷凝器水箱、相變蓄熱裝置、溫度傳感器、控制器、電動三通閥、膨脹閥、儲液罐、電磁閥以及截止閥；其特徵在於：關閉壓縮機，開啟氟泵，來自儲液罐的低溫液態製冷劑在氟泵作用下流經截止閥Ⅱ，在集熱蒸發器中吸收熱量，流經截止閥Ⅵ和電動三通閥Ⅰ，在冷凝器水箱中放出熱量給水加熱後，重新流回至儲液罐；在冷凝器水箱中的熱水溫度達到生活熱水所需的溫度時，通過控制器調節電磁閥的開度使部分製冷劑經相變蓄熱器後流回儲液罐，將集熱蒸發器吸收的富裕熱量儲存在相變蓄熱器中，構成白天太陽能輻射熱水系統；關閉氟泵，開啟壓縮機，低溫製冷劑由儲液罐流經膨脹閥節流降壓後，由電動三通閥Ⅱ流入相變蓄熱器中，吸收相變蓄熱器中的熱量，並經壓縮機進一步壓縮升溫後，由電動三通閥Ⅰ流入冷凝器水箱中冷凝放出熱量給熱水加熱，後流回至儲液罐，構成夜間太陽能輻射熱泵系統。在上述技術方案中，關閉壓縮機、截止閥Ⅰ、膨脹閥和電磁閥；打開氟泵、截止閥Ⅱ、截止閥Ⅴ、截止閥Ⅵ、截止閥Ⅲ和截止閥Ⅳ；同時控制器調節電動三通閥Ⅰ，製冷劑沿BC方向流動，調節電動三通閥Ⅱ，製冷劑沿EF方向流動，由集熱蒸發器流出的高溫液態製冷劑流經截止閥Ⅵ和電動三通閥Ⅰ進入冷凝器水箱冷凝放熱，之後流經儲液罐、截止閥Ⅱ和氟泵，最後流到集熱蒸發器吸收熱量，冷水流經截止閥Ⅳ進入冷凝器水箱被流經銅管換熱器的高溫製冷劑加熱，最後通過截止閥Ⅲ供用戶使用。在上述技術方案中，在溫度傳...