太陽能光伏空調冷熱機組的製作方法

2023-05-29 23:19:56

專利名稱：太陽能光伏空調冷熱機組的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種利用太源能光伏直流電源驅動、用於製冷和/或加熱的冷熱系統。
背景技術：
現有的太陽能光伏蒸氣壓縮式製冷系統均使用了逆變器，工作時需要通過逆變器將太陽能光伏板輸出的直流電先進行升壓、逆變成交流電，然後以交流電去驅動交流壓縮機以製取熱量和冷量。而逆變器的價格昂貴，增加了系統的製作成本，另外，當太陽光強度不足時，還需要將太陽能光伏電源和市電對接去混合驅動壓縮機。普通的太陽能熱水器是利用平板式集熱器、真空玻璃管集熱器等收集太陽光的能量，從而將冷水加溫的裝置。但此太陽能熱水器不能在製取熱水的同時製取冷水，另外，儘管太陽能本身是取之不盡、用之不竭的清潔能源，但在陰天最需要熱水的時候，普通太陽能熱水器卻由於陽光強度不足而無法取得熱水。為此，中國專利號為「ZL 200910076400. X」的專利公開了一種太陽能光伏一市電
混合驅動蓄冷蓄熱型熱泵機組，其具有互為補充的一個直流壓縮機和一個交流壓縮機，當陽光充足時，利用太陽能電池板產生的直流電直接驅動直流壓縮機以製取熱量和冷量，而所產生的冷量和熱量一方面可直接提供給需要冷量或熱量的室內環境，對室內空氣進行降溫或加溫，另一方面，也可通過相變的蓄冷和蓄熱介質將冷量或熱量儲存起來，然後通過儲存了冷量或熱量的蓄冷介質或蓄熱介質對水進行降溫或升溫，為用戶提供所需的冷水和/ 或熱水。而當陽光不足時，則通過市電來驅動交流壓縮機，從而使系統繼續工作，此太陽能光伏一市電混合驅動蓄冷蓄熱型熱泵機組與現有的太陽能光伏蒸汽壓縮式製冷系統相比， 其無需使用價格昂貴的逆變器將直流電先進行升壓、逆變成交流電後，以交流電去驅動交流壓縮機，從而降低了系統的成本；與普通的太陽能熱水器相比，其可同時製取冷水和熱水，而當陽光不足時，則可通過市電來驅動交流壓縮機從而製取冷水和熱水。但是，此太陽能光伏一市電混合驅動蓄冷蓄熱型熱泵機組尚有不足這之處，首先， 該熱泵機組的光伏直流子系統僅為一個較大功率的直流壓縮機供電，而直流壓縮機的最小運行功率是不變的，太陽能電池光伏板的實際輸出功率卻是隨光照強度的增大或減小而相應地增加或減少的，因此，當光照強度較弱時(如，陰天、雨天、早晨或者傍晚等情況下)，該光伏直流子系統輸出的功率往往小於該直流壓縮機的最小運行功率，此時，直流壓縮機無法正常工作，必須用市電來驅動熱泵機組運行，因此，光伏直流子系統以及直流壓縮機的使用率較低，工作時間較少，仍無法充分利用太陽能；其次，當陽光充足時，直流壓縮機的轉速是隨著光伏直流子系統輸出的功率的增加而增大的，而直流壓縮機轉動做功所相應產生的製冷量或制熱量雖然會隨壓縮機的轉速的增大而增加，但是其製冷量或制熱量的增加率卻低於直流壓縮機的運行功率的增加率，特別是直流壓縮機進入高速旋轉狀態時，即使直流壓縮機的運行功率大幅度上升，但其做功所相應產生的製冷量或制熱量卻是只有小幅度上升，因此，在這種運行狀態下，直流壓縮機做功所相應產生的製冷量與其運行所消耗的能量(電能)的功率比在3倍以下，直流壓縮機做功所相應產生的制熱量與其運行所消耗的能量 (電能)的功率比則在4倍以下。遠低於直流壓縮機在接近最小運行功率狀態轉動時(即直流壓縮機低速轉動時)，直流壓縮機做功所相應產生的製冷量與其運行所消耗的能量(電能) 的功率比，顯然該熱泵機組對太陽能的利用率較低。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種能夠更充分利用太陽能，且製冷、制熱效率更高的太陽能光伏空調冷熱機組。本實用新型所述的一種太陽能光伏空調冷熱機組，包括多套冷熱機子系統，每套冷熱機子系統包括小功率直流壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、以及蒸發器，所述的小功率直流壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、以及蒸發器通過管路連接形成一個供製冷劑循環流動的迴路；光伏直流電源系統，用於對冷熱機子系統供電；控制器的一端與光伏直流電源系統連接，另一端並聯有多套冷熱機子系統，控制器根據光伏直流電源系統輸出的功率來控制對應數量的冷熱機子系統，使該冷熱機子系統的小功率直流壓縮機啟動或停機。本實用新型由於設置有多套具有小功率直流壓縮機的冷熱機子系統，並通過一個控制器將光伏直流電源系統與多套冷熱機子系統連接，該控制器可根據光伏直流電源系統輸出的功率來控制對應數量的冷熱機子系統、使該冷熱機子系統的直流壓縮機啟動或者停機，因此，當光照強度較弱時(如，陰天、雨天、早晨或者傍晚等情況下)，該光伏直流電源系統輸出的功率雖然相對較小，但小功率壓縮機的最小運行功率相對更小，所以很容易滿足至少一個小功率直流壓縮機的最小運行功率，此時，控制器根據光伏直流電源系統輸出的功率，啟動相應數量的直流壓縮機運行(例如，當光伏直流電源系統輸出的功率大於一臺小功率直流壓縮機的最小運行功率時，控制器啟動一臺直流壓縮機運行，當光伏直流電源系統輸出的功率大於兩臺直流壓縮機的最小運行功率之和時，控制器就啟動相應的兩臺直流壓縮機運行，以此類推)，以製取冷量或熱量，顯然提高了光伏直流電源系統以及直流壓縮機的使用率，延長直流壓縮機每天的工作時間，更為充分地利用太陽能；而當陽光充足時， 光伏直流電源系統則通過控制器將輸出的功率分配給多套冷熱機子系統，使每臺小功率直流壓縮機均可處於較低轉速運轉，在這種運行狀態下，直流壓縮機做功所相應產生的製冷量與其運行所消耗的能量的功率比能達到4倍以上，直流壓縮機做功所相應產生的制熱量與其運行所消耗的能量的功率比則在5倍以上，顯然，與現有技術相比，本實用新型所述的冷熱機組對太陽能的利用率更高，更能滿足節能的目的。

圖1是本實用新型的一種示意圖。圖2、圖3是本實用新型一種實施方式的示意圖。圖4、圖5是本實用新型的另一種實施方式的示意圖。
具體實施方式
[0015]如圖1所示，本實用新型所述的太陽能光伏空調冷熱機組，包括多套冷熱機子系統10，每套冷熱機子系統10包括小功率直流壓縮機3、冷凝器5、電子膨脹閥4、以及蒸發器 6，所述的小功率直流壓縮機3、冷凝器5、電子膨脹閥4、以及蒸發器6通過管路連接形成一個供製冷劑循環流動的迴路；光伏直流電源系統1，用於對冷熱機子系統10供電，光伏直流電源系統1由多個太陽能電池組件按照負載的要求串聯和並聯連接而成；控制器2的一端與光伏直流電源系統連接，另一端並聯有多套冷熱機子系統10，控制器2根據光伏直流電源系統1輸出的功率來控制對應數量的冷熱機子系統10，使該冷熱機子系統10的小功率直流壓縮機3啟動或停機，所述的冷熱機子系統10的數量可根據光伏直流電源系統1的最大輸出功率以及每套冷熱機子系統10的功率來設定(如圖1所示為兩套冷熱機子系統10的情況)。當光照強度較弱時(如，陰天、雨天、早晨或者傍晚等情況下)，該光伏直流電源系統 1輸出的功率雖然相對較小，但小功率壓縮機3的最小運行功率相對更小，所以很容易滿足至少一臺小功率直流壓縮機3的最小運行功率，此時，控制器2根據光伏直流電源系統輸出的功率，啟動相應數量的直流壓縮機3運行(例如，當光伏直流電源系統輸出的功率大於一臺小功率直流壓縮機的最小運行功率時，控制器啟動一臺直流壓縮機運行，當光伏直流電源系統輸出的功率大於兩臺直流壓縮機的最小運行功率之和時，控制器就啟動相應的兩臺直流壓縮機運行，以此類推)，以製取冷量或熱量，顯然提高了光伏直流電源系統1以及直流壓縮機3的使用率，延長直流壓縮機每天的工作時間，更為充分地利用太陽能；而當陽光充足時，光伏直流電源系統1則通過控制器2將輸出的功率分配給多套冷熱機子系統10，使每臺小功率直流壓縮機3均可處於較低轉速運轉，在這種運行狀態下，直流壓縮機3做功所相應產生的製冷量與其運行所消耗的能量的功率比能達到4倍以上，直流壓縮機3做功所相應產生的制熱量與其運行所消耗的能量的功率比則在5倍以上，顯然，本實用新型所述的冷熱機組對太陽能的利用率更高，更能滿足節能的目的。所述的直流壓縮機3的電機可採用直流無刷永磁電機，也可以採用直流有刷永磁電機，但由於直流有刷永磁電機的炭刷的使用壽命較短，更換頻率較高，並且更換操作較為麻煩，為此，直流壓縮機的電機可優先選用直流無刷永磁電機；另外，為降低直流壓縮機3 的最小運行功率，直流壓縮機的泵體可採用旋轉式壓縮泵。所述的控制器2可通過整流設備(圖中未表示)與交流電源(圖中未表示)電連接， 這樣，當光伏直流電源系統的太陽能光伏組件不足、或者夜晚無光照時，可將交流電源作為補充電源，先通過整流設備將交流電源(如市電)輸出的交流電整流成直流電，再輸送給控制器2，以供控制器2來驅動冷熱機子系統10。實施例1 所述的冷凝器5可以為風冷冷凝器，也可以為水冷冷凝器；蒸發器6可以為風冷蒸發器，也可以為水冷蒸發器，如圖1所示是冷凝器5為風冷冷凝器、蒸發器6為風冷蒸發器的情況。如圖2所示是蒸發器6為水冷蒸發器，冷凝器5為風冷冷凝器的情況， 該水冷蒸發器的製冷盤管置於蓄冷箱20內(各個水冷蒸發器的製冷盤管可分別置於不同的蓄冷箱內，也可全部或部分置同一蓄冷箱內，如圖2所示為多個製冷盤管置於同一蓄冷箱內的情形)，可對蓄冷箱20內的液體(如水)進行降溫，該製冷盤管可以為銅管，也可以為不鏽鋼管，經降溫的水可直接作為生活用冷水；也可以由水泵30抽出並由風機盤管40將其冷量散發到需要降溫的室內空氣中，該水泵30通過管道分別與蓄冷箱20的進水口以及出水口連通，形成供水流動的循環迴路；當然，還可以由水泵30抽出並通過冷氣片(圖中未表示)將其冷量散發到需要降溫的室內空氣中，該水泵30的進水口與蓄冷箱20的出水口通連，冷氣片的進水口和出水口則分別與水泵的出水口和蓄冷箱的進水口連通，所述的冷氣片為現有技術(如可採用中國專利公開號為「CN 1079041」的專利申請所述的冷氣片)，這裡不再對其具體結構進行贅述，而由於冷氣片對室內空氣降溫時，冷氣片和室內空氣的溫度差會使冷氣片外表面形成凝露水並滴落而弄溼地面，為此，可在冷氣片的下方放置盛水盆(圖中未表示)，以盛放從冷氣片上滴落的凝露水。蓄冷箱20上可設置溫度傳感器(圖中未表示)，該溫度傳感器與控制器電連接，當溫度傳感器檢測到的蓄冷箱20內的液體溫度達到設定值時，控制器2使相應的冷熱機子系統10的直流壓縮機3停止工作，採用此種方式能夠更充分的利用太陽能，陽光充足時儲存在蓄冷箱20的液體中的冷量可以在光照強度極弱的時候(如夜晚，雨天等)時由水泵抽出供風機盤管將其冷量散發到室內空氣中，而無需像現有技術一般需通過市電來驅動熱泵系統以製取冷量，顯然，可節省大量能源，另外， 通過風機盤管40吹散出來或者通過冷氣片散發出來的冷量更為涼爽，而不像風冷蒸發器直接吹出來的冷氣那般剌冷而使體質較弱的人難以適應。同理，當冷凝器5為水冷冷凝器時，其加熱盤管可置蓄熱箱中，經加熱盤管加熱的水直接可作為生活熱水，也可通過風機盤管或者暖氣片將其熱量吹散或者散發到需要升溫的室內環境中。如圖3所示，為了使太陽能光伏空調冷熱機組滿足不同的需求並節省系統製作成本，可在冷熱機子系統10上設置可使直流壓縮機3流出的製冷劑正向流經冷凝器5和蒸發器6、或者反向流經冷凝器5和蒸發器6後回流到壓縮機3的四通換向閥71，其流動方向的切換是通過四通換向閥71上的切換閥門來實現的，其中，製冷劑的正向流動方向是壓縮機3 —四通換向閥71 —冷凝器5 —電子膨脹閥4 —蒸發器6 —四通換向閥71 —壓縮機3 ； 製冷劑的反向流動方向則是壓縮機3 —四通換向閥71 —蒸發器6 —電子膨脹閥4 —冷凝器5—四通換向閥71—壓縮機3。通過四通換向閥71使製冷劑反向循環流動後，冷凝器5 可由製冷劑正向流動時的產生熱量變成產生冷量，而蒸發器6則由製冷劑正向流動時的產生冷量變成產生熱量。實施例2 如圖4、圖5所示，為更好地利用太陽能，所述的電子膨脹閥4和直流壓縮機3之間通過三通換向閥72耦合有加熱盤管8，該加熱盤管8可以為銅管，也可以為不鏽鋼管，加熱盤管8置於保溫熱水箱50內，可對其內的水進行加熱，經加熱的水可直接作為生活用水使用，保溫熱水箱50和電子膨脹閥4、以及冷凝器5與電子膨脹閥4之間分別設置用以控制保溫熱水箱50和電子膨脹閥4、以及冷凝器5和電子膨脹閥4之間的管路通與斷的單向閥91、92，保溫熱水箱50上可設置溫度傳感器(圖中未表示)，該溫度傳感器與控制器2 電連接，當該溫度傳感器檢測到保箱熱水箱50內的液體溫度達到設定值時(該設定值一般為50-60°C，較多情況下為55°C )，控制器2啟動三通換向閥72，使製冷劑由流向保溫熱水箱 50內的加熱盤管切換為流向冷凝器5，並由單向閥91將保溫熱水箱和電子膨脹閥4之間的管路切斷；同理，也可以通過控制器2控制三通換向閥72，以使製冷劑不流經冷凝器5。所述的冷凝器5可以為水冷冷凝器，也可以為風冷凝器，蒸發器可以為水冷蒸發器，也可以為風冷蒸發器，如圖4所示，是蒸發器6為水冷蒸發器，冷凝器5為風冷冷凝器的情況，該水冷蒸凝器的降溫盤管置於蓄冷箱20內，可對蓄冷箱20的液體(如水)進行降溫，經降溫的水可直接作為生活用的冷水，也可以由水泵30抽出並由風機盤管40將其冷量散發到需要降溫的室內空氣中，該水泵30通過管道分別與蓄冷箱的進水口以及出水口連通，形成供液體流動的循環迴路；還可以由水泵30抽出並通過冷氣片將其冷量散發到需要降溫的室內空氣中， 該水泵的進水口與蓄冷箱的出水口通連，冷氣片的進水口和出水口則分別與水泵的出水口和蓄冷箱的進水口連通，而由於冷氣片對室內空氣降溫時，冷氣片和室內空氣的溫度差會使冷氣片外表面形成凝露水並滴落而弄溼地面，為此，可在冷氣片的下方放置盛水盆(圖中未表示)，以盛放從冷氣片上滴落的凝露水。如圖5所示，是蒸發器6為風冷蒸發器，冷凝器 5為水冷冷凝器的情況，水冷冷凝器的加熱盤管置於蓄熱箱60中，可對蓄熱箱60的液體(如水)進行加熱，經加熱的水可直接作為生活用的熱水，也可以由水泵抽出並由風機盤管或者暖氣片(圖中未表示)將其熱量散發到需要升溫的室內空氣中，該水泵通過管道分別與蓄熱箱的進水口以及出水口連通，形成供水流動的循環迴路。
權利要求1.太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於，包括多套冷熱機子系統，每套冷熱機子系統包括小功率直流壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、 以及蒸發器，所述的小功率直流壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、以及蒸發器通過管路連接形成一個供製冷劑循環流動的迴路；光伏直流電源系統，用於對冷熱機子系統供電；控制器，控制器的一端與光伏直流電源系統連接，另一端並聯有多套冷熱機子系統，控制器根據光伏直流電源系統輸出的功率來控制對應數量的冷熱機子系統，使該冷熱機子系統的小功率直流壓縮機啟動或停機。
2.根據權利要求1所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的控制器通過整流設備與交流電源電連接。
3.根據權利要求1所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的直流壓縮機的電機為直流無刷永磁電機，泵體則為旋轉式壓縮泵。
4.根據權利要求1所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的光伏直流電源系統由多個太陽能電池組件按照負載的要求串聯和並聯連接而成。
5.根據權利要求1所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的電子膨脹閥和直流壓縮機之間通過三通換向閥耦合有加熱盤管，加熱盤管置於保溫熱水箱內。
6.根據權利要求5所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的保溫熱水箱和電子膨脹閥、以及冷凝器與電子膨脹閥之間分別設置用以控制保溫熱水箱和電子膨脹閥、以及冷凝器和電子膨脹閥之間的管道通與斷的單向閥，保溫熱水箱上可設置溫度傳感器，該溫度傳感器與控制器相連。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的蒸發器為風冷蒸發器或水冷蒸發器；當蒸發器為水冷蒸發器時，水冷蒸發器的製冷盤管置於蓄冷箱內。
8.根據權利要求7所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的蓄冷箱的出水口通連有水泵，水泵的出水口通連有冷氣片或者風機盤管，冷氣片或者風機盤管的出水口則與蓄冷箱的進水口連通，形成供冷水流動的循環迴路。
9.根據權利要求1至6中任一項所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的冷凝器為風冷冷凝器或水冷冷凝器；當冷凝器為水冷冷凝器時，水冷冷凝器的加熱盤管置於蓄熱箱中。
10.根據權利要求9所述的太陽能光伏空調冷熱機組，其特徵在於所述的蓄熱箱上設有溫度傳感器，該溫度傳感器與控制器相連。
專利摘要本實用新型公開了一種在白天可以完全利用太陽能光伏驅動的空調冷熱機組，包括多套冷熱機子系統，用於對冷熱機子系統供電的光伏直流電源系統，控制器的一端與光伏直流電源系統連接，另一端並聯有多套冷熱機子系統，其中，每套冷熱機子系統包括小功率直流壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、以及蒸發器，小功率直流壓縮機、冷凝器、電子膨脹閥、以及蒸發器通過管路連接形成一個供製冷劑循環流動的迴路；控制器可根據光伏直流電源系統輸出的功率來控制對應數量的冷熱機子系統。本實用新型可提高光伏直流電源系統以及直流壓縮機的使用率，延長直流壓縮機每天的工作時間，充分利用太陽能，並且對太陽能的利用率更高，更能滿足節能的目的。
文檔編號F25B49/02GK202229460SQ20112037329
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者李士龍 申請人:廣州西河冷熱設備工程有限公司