一種空氣源‑太陽能雙熱源熱泵熱水系統的製作方法

2023-05-15 14:58:56 1

本實用新型屬於能源利用技術領域，尤其涉及一種空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統。

背景技術：

熱泵技術是一種廣泛應用的節能技術，其可以將熱量從低位熱源輸送至高位熱源。熱泵技術廣泛應用於採暖、製冷和制熱水等領域。同時，熱泵系統可以利用不同能源作為熱源，其中空氣源熱泵系統是應用最為廣泛的熱泵形式。但是普通空氣源熱泵的性能受環境溫度影響顯著，運行效率隨著環境溫度降低而顯著下降。

太陽能熱泵系統是指利用太陽能作為熱源的熱泵系統。由於利用太陽輻照作為熱源可以有效提高系統的蒸發溫度，因此太陽能熱泵可以克服普通空氣源熱泵系統在低環境溫度條件下運行效果差的問題。根據蒸發器與太陽能的結合方式，太陽能熱泵系統可以分為間接膨脹式太陽能熱泵系統和直接膨脹式太陽能熱泵系統。但是直接膨脹式太陽能熱泵系統性能受輻照條件影響較大，在低輻照和無輻照條件下運行效率低。

有鑑於此，確有必要提供一種空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統，其能夠解決傳統太陽能直接膨脹式熱泵系統在低輻照下運行效率低，傳統空氣源熱泵系統的性能受環境溫度影響大的問題，提高了系統在不同工況下運行的穩定性和效率。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於：針對現有技術的不足，而提供一種空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統，其能夠解決傳統太陽能直接膨脹式熱泵系統在低輻照下運行效率低，傳統空氣源熱泵系統的性能受環境溫度影響大的問題，提高了系統在不同工況下運行的穩定性和效率。

為了達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案：

一種空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統，包括冷凝水箱、毛細管、PV/T蒸發器、空氣源蒸發器、儲液罐、壓縮機、逆變器和蓄電池，所述毛細管、所述空氣源蒸發器、所述儲液罐、所述壓縮機和所述冷凝水箱依次相連構成閉合迴路，所述PV/T蒸發器的入口與所述毛細管出口連接，所述PV/T蒸發器的出口與所述儲液罐的入口連接，所述PV/T蒸發器還通過所述逆變器與所述蓄電池連接。

作為本實用新型空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統的一種改進，所述毛細管與所述空氣源蒸發器之間還設置有第一電動調節閥。

作為本實用新型空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統的一種改進，所述毛細管與所述PV/T蒸發器之間還設置有第二電動調節閥。

作為本實用新型空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統的一種改進，自上而下，所述PV/T蒸發器包括依次設置的玻璃蓋板、空氣層、光伏模塊、基板、銅管和保溫層。

作為本實用新型空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統的一種改進，所述空氣源蒸發器為翅片式蒸發器。

作為本實用新型空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統的一種改進，所述冷凝水箱包括水箱本體和設置於所述水箱本體內的銅製盤管。

作為本實用新型空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統的一種改進，所述儲液罐內充有氣相製冷劑。

作為本實用新型空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統的一種改進，所述氣相製冷劑為甲烷、乙烷、氨和二氧化碳中的至少一種。

所述基板的材質為不鏽鋼、聚碳酸酯或木材，所述保溫層的材質為酚醛泡沫、玻璃棉、巖棉和聚氨酯泡沫中的至少一種。

相對於現有技術，本實用新型至少具有如下有益效果：

第一，本實用新型通過綜合利用太陽能和空氣源，解決了傳統太陽能直接膨脹式熱泵系統在低輻照下運行效率低，傳統空氣源熱泵系統的性能受環境溫度影響大的問題，提高了系統在不同工況下運行的穩定性和效率。同時通過採用雙蒸發器(PV/T蒸發器、空氣源蒸發器)共用壓縮機、毛細管、儲液罐和冷凝水箱的結構使系統更加緊湊，可以達到節約空間的目的。

第二，本實用新型利用電動調節閥(第一電動調節閥和第二電動調節閥)根據運行工況和環境條件自動分配空氣源蒸發器和PV/T蒸發器兩支路中製冷劑的流量，實現熱泵系統性能在不同工況下的最優化。

第三，本實用新型使用PV/T蒸發器實現太陽能光伏光熱的綜合利用，PV/T蒸發器吸收的太陽輻照一部分轉化為熱能作為熱泵系統的熱源，另外一部分轉化為電能儲存在蓄電池中。

綜上所述，本實用新型解決了傳統太陽能直接膨脹式熱泵系統在低輻照下運行效率低，傳統空氣源熱泵系統性能受環境溫度影響大的問題，利用二者在結構上的一致性，綜合利用太陽能和空氣源，可以實現在不同工況下熱泵系統的高效穩定運行和性能最優化。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型中PV/T蒸發器的結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合具體實施例對本實用新型及其有益效果作進一步詳細的描述，但是，本實用新型的具體實施方式並不限於此。

如圖1和圖2所示，本實用新型提供的一種空氣源-太陽能雙熱源熱泵熱水系統，包括冷凝水箱1、毛細管2、PV/T蒸發器5、空氣源蒸發器6、儲液罐7、壓縮機8、逆變器9和蓄電池10，毛細管2、空氣源蒸發器6、儲液罐7、壓縮機8和冷凝水箱1依次相連構成閉合迴路，PV/T蒸發器5的入口與毛細管2出口連接，PV/T蒸發器5的出口與儲液罐7的入口連接，PV/T蒸發器5還通過逆變器9與蓄電池10連接。

毛細管2與空氣源蒸發器6之間還設置有第一電動調節閥4。

毛細管2與PV/T蒸發器5之間還設置有第二電動調節閥3。

第一電動調節閥3和第二電動調節閥4可以自動調節壓力，它們可以通過調節開度，自動分配製冷劑在空氣源蒸發器6和PV/T蒸發器5支路中的流量。

本實施例中，第一電動調節閥4與空氣源蒸發器6進口相連構成支路一，第二電動調節閥3與PV/T蒸發器5進口相連構成支路二，支路一與支路二並聯。兩支路會合後依次與儲液罐7、壓縮機8、冷凝水箱1和毛細管2相連，構成閉合迴路。

自上而下，PV/T蒸發器5包括依次設置的玻璃蓋板11、空氣層、光伏模塊12、基板13、銅管14和保溫層15。PV/T蒸發器5吸收太陽輻照，其中一部分轉化為熱能作為熱泵系統的熱源，另一部分轉換為電能，經逆變器9逆變儲存在蓄電池10中。

空氣源蒸發器6為翅片式蒸發器。儲液罐7為可承壓的密封結構儲液罐。

冷凝水箱1包括水箱本體16和設置於水箱本體16內的銅製盤管17。銅製盤管17沉浸在冷凝水中，通過自然對流的方式加熱冷凝水。

儲液罐7內充有氣相製冷劑。

氣相製冷劑為甲烷、乙烷、氨和二氧化碳中的至少一種。

基板13的材質為不鏽鋼、聚碳酸酯或木材，保溫層15的材質為酚醛泡沫、玻璃棉、巖棉和聚氨酯泡沫中的至少一種。

本實用新型的工作原理為：

(1)在低輻照或無輻照工況下，製冷劑經毛細管2節流後分為兩路，分別進入空氣源蒸發器6支路(支路一)和PV/T蒸發器5支路(支路二)。第一電動調節閥4開度自動調大，第二電動調節閥5開度自動調小。一部分製冷劑流經第一電動調節閥4後進入空氣源蒸發器6，吸收環境中的熱量蒸發。另一部分製冷劑流經第二電動調節閥3後進入PV/T蒸發器5，PV/T蒸發器5吸收太陽輻照，一部分轉換成熱能，被製冷劑吸收，另一部分轉化為電能。兩支路中的製冷劑經過混合後進入儲液罐7，儲液罐7排出的氣相製冷劑進入壓縮機8，壓縮機8將低溫低壓氣相製冷劑壓縮成為高溫高壓過熱製冷劑，經過壓縮的製冷劑在冷凝水箱1中通過銅製盤管17將熱量釋放到冷卻水中，最後經過冷凝的製冷劑進入毛細管2進行節流，以上是一個完整的熱泵循環。

(2)在太陽輻照充足的工況下，製冷劑經毛細管2節流後分為兩路，分別進入空氣源蒸發器6支路和PV/T蒸發器5支路。第一電動調節閥4開度自動調小，第二電動調節閥3開度自動調大。一部分製冷劑流經第一電動調節閥4後進入空氣源蒸發6器，吸收環境中的熱量蒸發。另一部分製冷劑進入PV/T蒸發器5，PV/T蒸發器5吸收太陽輻照，一部分轉換成熱能，被製冷劑吸收，另一部分轉化為電能。兩支路中的製冷劑經過混合後進入儲液罐7，儲液罐7排出的氣相製冷劑進入壓縮機8，壓縮機8將低溫低壓氣相製冷劑壓縮成為高溫高壓過熱製冷劑，經過壓縮的製冷劑在冷凝水箱1中通過銅製盤管17將熱量釋放到冷卻水中，最後經過冷凝的製冷劑進入毛細管2進行節流，以上是一個完整的熱泵循環。

隨著冷凝水箱1水溫升高，空氣源蒸發器6換熱能力減弱，第一電動調節閥4開度自動調小，進入空氣源蒸發器6的製冷劑流量減小，第二電動調節閥3開度自動調大，進入PV/T蒸發器5的製冷劑流量增大。

總之，本實用新型至少具有如下有益效果：

第一，本實用新型通過綜合利用太陽能和空氣源，解決了傳統太陽能直接膨脹式熱泵系統在低輻照下運行效率低，傳統空氣源熱泵系統的性能受環境溫度影響大的問題，提高了系統在不同工況下運行的穩定性和效率。同時通過採用雙蒸發器(PV/T蒸發器5、空氣源蒸發器6)共用壓縮機8、毛細管2、儲液罐7和冷凝水箱1的結構使系統更加緊湊，可以達到節約空間的目的。

第二，本實用新型利用電動調節閥(第一電動調節閥4和第二電動調節閥3)根據運行工況和環境條件自動分配空氣源蒸發器6和PV/T蒸發器5兩支路中製冷劑的流量，實現熱泵系統性能在不同工況下的最優化。

第三，本實用新型使用PV/T蒸發器5實現太陽能光伏光熱的綜合利用，PV/T蒸發器5吸收的太陽輻照一部分轉化為熱能作為熱泵系統的熱源，另外一部分轉化為電能儲存在蓄電池10中。

綜上，本實用新型通過綜合利用太陽能和空氣源，可以實現在不同工況下熱泵系統的高效穩定運行。

根據上述說明書的揭示和教導，本實用新型所屬領域的技術人員還可以對上述實施方式進行適當的變更和修改。因此，本實用新型並不局限於上面揭示和描述的具體實施方式，對本實用新型的一些修改和變更也應當落入本實用新型的權利要求的保護範圍內。此外，儘管本說明書中使用了一些特定的術語，但這些術語只是為了方便說明，並不對本實用新型構成任何限制。