太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統的製作方法
2023-04-27 16:28:21 1
太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，包括：太陽能集熱單元、熱泵主機單元、相變儲能單元、室內末端單元和控制單元，所述太陽能集熱單元、相變儲能單元和室內末端單元分別與熱泵主機單元連接，所述控制單元連接熱泵主機單元和室內末端單元。通過上述方式，本實用新型能夠在太陽輻照強度較高時，系統對多餘熱量進行相變儲能，在太陽輻照強度較低和夜間時，相變儲能材料儲存的熱量作為低溫熱源為室內供暖，保障供暖的連續性，系統始終保持高效運行，最大限度節省能源。
【專利說明】太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及太陽能熱泵供暖【技術領域】，特別是涉及一種太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統。
【背景技術】
[0002]煤炭、石油、天然氣等化石燃料的大量使用和過度開採，造成了嚴重的環境汙染和能源緊缺，環境汙染和能源緊缺問題已成為威脅人類生存的頭等大事，對清潔能源的開發利用就顯得尤為重要。
[0003]太陽能由於受天氣影響大、連續性差，在陰雨天和夜間無法為室內供暖，因而限制了太陽能在供暖中的使用。
[0004]鑑於此，有必要提供一種太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，相變儲能熱泵的利用可克服太陽能熱泵受環境條件影響的缺陷，保障系統每天穩定運行，並且提高系統綜合能源利用率。
實用新型內容
[0005]本實用新型主要解決的技術問題是提供一種太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，能夠在太陽輻照強度較高時，系統對多餘熱量進行相變儲能，在太陽輻照強度較低和夜間時，相變儲能材料儲存的熱量作為低溫熱源為室內供暖，保障供暖的連續性，系統始終保持高效運行，最大限度節省能源。
[0006]為解決上述技術問題，本實用新型採用的一個技術方案是:提供一種太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，包括:太陽能集熱單元、熱泵主機單元、相變儲能單元、室內末端單元和控制單元，所述太陽能集熱單元、相變儲能單元和室內末端單元分別與熱泵主機單元連接，所述控制單元連接熱泵主機單元和室內末端單元，
[0007]所述相變儲能單元包括:相變儲能箱、管翅式蒸發冷凝器和固液相變儲能材料，管翅式蒸發冷凝器置於相變儲能箱的內部，相變儲能箱內部充滿固液相變儲能材料，
[0008]所述熱泵主機單元包括:壓縮機、電子膨脹閥、第一電磁三通換向閥、第二電磁三通換向閥、第三電磁三通換向閥、第四電磁三通換向閥和板式換熱器，所述第一電磁三通換向閥的I接口端與所述太陽能集熱單元的蒸發換熱器出口端連接，第一電磁三通換向閥的II接口端與所述壓縮機的吸氣端連接，壓縮機的排氣端與所述第二電磁三通換向閥的I接口端連接，第二電磁三通換向閥的II接口端與所述板式換熱器的氟管連接，第二電磁三通換向閥的III接口端與相變儲能箱的一端連接，板式換熱器的氟管另一端與所述第四電磁三通換向閥的II接口端連接，相變儲能箱的另一端與第四電磁三通換向閥的III接口端連接，第四電磁三通換向閥的I接口端與所述電子膨脹閥連接，電磁膨脹閥的另一端與第三電磁三通換向閥的II接口端連接，第三電磁三通換向閥的I接口端與蒸發換熱器的入口端連接，所述第一電磁三通換向閥的III接口端、第三電磁三通換向閥的III接口端分別與相變儲能箱的兩接口端連接。
[0009]在本實用新型一個較佳實施例中，所述太陽能集熱單元包括:蒸發換熱器、吸熱翅片、透明蓋板、保溫邊框和保溫背板，蒸發換熱器和吸熱翅片通過焊接或脹接的方式連接成一個整體，多個吸熱翅片之間相互連接成一整板，吸熱翅片的上部安裝有透明蓋板，四周設置有保溫邊框，背部安裝有保溫背板。
[0010]在本實用新型一個較佳實施例中，所述室內末端單元包括:室內供暖末端和水泵，室內供暖末端的出口與水泵連接，水泵的另一端與熱泵主機單元中板式換熱器的水管一端連接，板式換熱器的水管另一端與室內供暖末端的入口連接。
[0011]在本實用新型一個較佳實施例中，所述控制單元包括:控制器、第一溫度信號探頭和第二溫度信號探頭，第一溫度信號探頭置於太陽能集熱蒸發器內，第二溫度信號探頭置於板式換熱器的水管出口處，控制器通過導線分別與第一電磁三通換向閥、第二電磁三通換向閥、第三電磁三通換向閥、第四電磁三通換向閥、水泵和壓縮機連接。
[0012]在本實用新型一個較佳實施例中，所述相變儲能箱的四周、底部和上蓋板均由保溫外殼組成。
[0013]本實用新型的有益效果是:本實用新型太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統能夠在太陽輻照強度較高時，系統對多餘熱量進行相變儲能，在太陽輻照強度較低和夜間時，相變儲能材料儲存的熱量作為低溫熱源為室內供暖，保障供暖的連續性，系統始終保持高效運行，最大限度節省能源。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本實用新型實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中:
[0015]圖1是本實用新型的太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統一較佳實施例的結構示意圖；
[0016]圖2是圖1中的相變儲能箱的結構示意圖；
[0017]圖3是圖1中的太陽能集熱蒸發器的A-A向結構示意圖；
[0018]附圖中各部件的標記如下:1、太陽能集熱蒸發器，101、蒸發換熱器，102、吸熱翅片，103、透明蓋板，104、保溫邊框，105、保溫背板，2、第一電磁三通換向閥，3、第二電磁三通換向閥，4、第三電磁三通換向閥，5、第四電磁三通換向閥,6、壓縮機,8、電子膨脹閥，9、相變儲能箱，91、管翅式蒸發冷凝器，92、固液相變儲能材料，93、保溫外殼，12、控制器，121、第一溫度信號探頭，122、第二溫度信號探頭，13、板式換熱器,14、水泵，15、室內供暖末端，16、房間。
【具體實施方式】
[0019]下面將對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
[0020]請參閱圖1至圖3，本實用新型實施例包括:
[0021]一種太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，包括:太陽能集熱單元、熱泵主機單元、相變儲能單元、室內末端單元和控制單元，所述太陽能集熱單元、相變儲能單元和室內末端單元分別與熱泵主機單元連接，所述控制單元連接熱泵主機單元和室內末端單元。
[0022]所述太陽能集熱單元包括:蒸發換熱器101、吸熱翅片102、透明蓋板103、保溫邊框104和保溫背板105，蒸發換熱器101和吸熱翅片102通過焊接或脹接的方式連接成一個整體，多個吸熱翅片102之間相互連接成一整板，吸熱翅片102的上部安裝有透明蓋板103，四周設置有保溫邊框104，背部安裝有保溫背板105。
[0023]所述相變儲能單元包括:相變儲能箱9、管翅式蒸發冷凝器91和固液相變儲能材料92，管翅式蒸發冷凝器91置於相變儲能箱9的內部，相變儲能箱9內部充滿固液相變儲能材料92，所述相變儲能箱9的四周、底部和上蓋板均由保溫外殼93組成。
[0024]所述熱泵主機單元包括:壓縮機6、電子膨脹閥8、第一電磁三通換向閥2、第二電磁三通換向閥3、第三電磁三通換向閥4、第四電磁三通換向閥5和板式換熱器13，所述第一電磁三通換向閥2的I接口端與所述太陽能集熱單元的蒸發換熱器101出口端連接，第一電磁三通換向閥2的II接口端與所述壓縮機6的吸氣端連接，壓縮機6的排氣端與所述第二電磁三通換向閥3的I接口端連接，第二電磁三通換向閥3的II接口端與所述板式換熱器13的氟管連接，第二電磁三通換向閥3的III接口端與相變儲能箱9的一端連接，板式換熱器13的氟管另一端與所述第四電磁三通換向閥5的II接口端連接，相變儲能箱9的另一端與第四電磁三通換向閥5的III接口端連接，第四電磁三通換向閥5的I接口端與所述電子膨脹閥8連接，電磁膨脹閥8的另一端與第三電磁三通換向閥4的II接口端連接，第三電磁三通換向閥4的I接口端與蒸發換熱器13的入口端連接，所述第一電磁三通換向閥2的III接口端、第三電磁三通換向閥4的III接口端分別與相變儲能箱9的兩接口端連接。
[0025]所述室內末端單元包括:室內供暖末端15和水泵14，室內供暖末端15的出口與水泵14連接，水泵14的另一端與熱泵主機單元中板式換熱器13的水管一端連接，板式換熱器13的水管另一端與室內供暖末端15的入口連接。其中所述室內供暖末端15可採用風機盤管、暖氣片或地板輻射供暖的方式，並且可以並聯多路。
[0026]所述控制單元包括:控制器12、第一溫度信號探頭121和第二溫度信號探頭122，第一溫度信號探頭121置於太陽能集熱蒸發器I內，用於測量集熱板芯的溫度；第二溫度信號探頭122置於板式換熱器13的水管出口處，用於測量室內末端單元的供水溫度；控制器12通過導線分別與第一電磁三通換向閥2、第二電磁三通換向閥3、第三電磁三通換向閥4、第四電磁三通換向閥5、水泵14和壓縮機6連接。
[0027]本實用新型中，控制器根據第一溫度信號探頭121和第二溫度信號探頭122的溫度信號，設有三種供暖運行模式:
[0028]太陽能熱泵供暖運行模式、太陽能熱泵供暖+相變儲能運行模式、相變儲能熱泵供暖運行模式，其中設Tb為太陽能集熱蒸發器I的板芯溫度，Tbg, Tbd分別為太陽能集熱蒸發器I的板芯預設的高溫和低溫，Tn為供暖末端的供水溫度，TNg、TNd分別為供暖末端供水的預設高和低溫；
[0029]a、太陽能熱泵供暖運行模式:當Tm < Tb < Tbg且TNd < Tn < TNg時，放置在太陽能集熱蒸發器I內的第一溫度信號探頭121和放置在板式換熱器13的水管出口處的第二溫度信號探頭122通過信號線把溫度信號傳輸給控制器12，控制器12對溫度信號進行邏輯分析後通過導線發出以下控制指令:
[0030]開啟第一電磁三通換向閥2 (I —II)，第二電磁三通換向閥3 (I —II)、第三電磁三通換向閥4 (II—I )、第四電磁三通換向閥5 (II—I);
[0031]具體工作過程為:工質在太陽能集熱蒸發器I中吸收太陽能熱量後變成氣態，氣態工質經過第一電磁三通換向閥2(1— II)進入壓縮機6變成高溫高壓的過熱氣態工質，高溫高壓的過熱氣態工質經第二電磁三通換向閥3(1— II)進入板式換熱器13冷凝成液態工質，冷凝熱全部用於室內供暖，冷凝後的液態工質經第四電磁三通換向閥5 (II— I )進入電子膨脹閥8，節流成低溫低壓的氣液兩相工質，低溫低壓的氣液兩相工質經第三電磁三通換向閥4 (II— I )進入太陽能集熱蒸發器I吸收太陽能熱量變成氣態，完成一個熱泵工質循環，工質如此往復循環工作，此運行模式適用於太陽輻照強度適中的時刻。
[0032]b、太陽能熱泵供暖+相變儲能運行模式:當(Tb > Tbd且1 > TNg)或(Tb > Tbg且Tn > TNd)時，放置在太陽能集熱蒸發器I內的第一溫度信號探頭121和放置在板式換熱器13的水管出口處的第二溫度信號探頭122通過信號線把溫度信號傳輸給控制器12，控制器12對溫度信號進行邏輯分析後通過導線把溫度信號傳輸給控制器12，控制器12對溫度信號進行邏輯分析後通過導線發出以下控制指令:
[0033]開啟第一電磁三通換向閥2 ( I —II)、第二電磁三通換向閥3 ( I — 11、111)、第三電磁三通換向閥4 (II—I)、第四電磁三通換向閥5 (I1、III—I)，此時太陽能作為低溫熱源，熱泵循環產生的冷凝熱一部分用於供暖，另一部分用於相變儲能；
[0034]具體工作過程:工質在太陽能集熱蒸發器I中吸收太陽能熱量後變成氣態，氣態工質經過第一電磁三通閥2(1— II)進入壓縮機6變成高溫高壓的過熱氣態工質，高溫高壓的過熱氣態工質經第二電磁三通閥3 ( 1-1IJII)分成兩路，一路高溫高壓的過熱氣態工質進入板式換熱器13冷凝成液態工質，冷凝熱用於室內供暖，另一路高溫高壓的過熱氣態工質進入相變儲能箱9冷凝成液態工質，冷凝熱用於相變儲能，相變儲能箱9和板式換熱器13冷凝後的液態工質通過第四電磁三通閥5 (II JI1-1 )進入電子膨脹閥8，節流成低溫低壓的氣液兩相工質，低溫低壓的氣液兩相工質經第三電磁三通閥4 (II— I )進入太陽能集熱蒸發器I吸收太陽能熱量變成氣態工質，完成一個熱泵工質循環，工質如此往復循環工作；此運行模式適用於太陽輻照強度較高的時刻。
[0035]C、相變儲能熱泵供暖運行模式:當Tb < Tbd*TN < TNd時，放置在太陽能集熱蒸發器I內的第一溫度信號探頭121和放置在板式換熱器13的水管出口處的第二溫度信號探頭122通過信號線把溫度信號傳輸給控制器12，控制器12對溫度信號進行邏輯分析後通過導線把溫度信號傳輸給控制器12，控制器12對溫度信號進行邏輯分析後通過導線發出以下控制指令:
[0036]開啟第一電磁三通換向閥2 (III—II)、第二電磁三通換向閥3 (I —II)、第三電磁三通換向閥4 (II—III)、第四電磁三通換向閥5 (II—I);
[0037]具體工作過程:工質在相變儲能箱9內吸收固液相變儲能材料92儲存的熱量後變成氣態，氣態工質經過第一電磁三通閥2 (III—II)進入壓縮機6變成高溫高壓的過熱氣態工質，高溫高壓的過熱氣態工質經第二電磁三通閥3( I —II)進入板式換熱器13冷凝成液態工質，冷凝熱全部用於室內供暖，冷凝後的液態工質經第四電磁三通閥5(11— I )進入電子膨脹閥8，節流成低溫低壓的氣液兩相工質，低溫低壓的氣液兩相工質經第三電磁三通閥
4(II —III)進入相變儲能箱9吸收固液相變儲能材料92儲存的熱量後變成氣態工質，完成一個熱泵工質循環，工質如此往復循環工作；此運行模式適用於太陽輻照強度較弱的時刻，例如晚上和陰雨天。
[0038]本實用新型太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統的有益效果是:
[0039]1、太陽輻照強度較大時，系統自動將多餘的熱量進行相變儲能，有效提高太陽能利用率；
[0040]2、相變儲能熱泵的利用可以克服太陽能熱泵受環境條件影響的缺陷，保障系統每天穩定運行、連續供暖；
[0041]3、將平板太陽能集熱板中的集熱板芯與熱泵蒸發器製成一體形成管翼式蒸發器，蒸發換熱均勻充分，整個集熱板芯表面溫度均勻，大大降低了表面熱遷移損失，同時汽液相變換熱是對流換熱的幾十倍，相對太陽能集熱系統效率極高；
[0042]4、採用製冷劑(R134a等)作為熱泵工質，製冷劑的冰點溫度為-100°C左右，徹底解決了平板太陽能集熱器的冬季防凍問題；
[0043]5、形成一種零排放、零汙染的高效供暖系統。
[0044]以上所述僅為本實用新型的實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的【技術領域】，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
【權利要求】
1.一種太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，其特徵在於，包括:太陽能集熱單元、熱泵主機單元、相變儲能單元、室內末端單元和控制單元，所述太陽能集熱單元、相變儲能單元和室內末端單元分別與熱泵主機單元連接，所述控制單元連接熱泵主機單元和室內末端單元， 所述相變儲能單元包括:相變儲能箱、管翅式蒸發冷凝器和固液相變儲能材料，管翅式蒸發冷凝器置於相變儲能箱的內部，相變儲能箱內部充滿固液相變儲能材料， 所述熱泵主機單元包括:壓縮機、電子膨脹閥、第一電磁三通換向閥、第二電磁三通換向閥、第三電磁三通換向閥、第四電磁三通換向閥和板式換熱器，所述第一電磁三通換向閥的I接口端與所述太陽能集熱單元的蒸發換熱器出口端連接，第一電磁三通換向閥的II接口端與所述壓縮機的吸氣端連接，壓縮機的排氣端與所述第二電磁三通換向閥的I接口端連接，第二電磁三通換向閥的II接口端與所述板式換熱器的氟管連接，第二電磁三通換向閥的III接口端與相變儲能箱的一端連接，板式換熱器的氟管另一端與所述第四電磁三通換向閥的II接口端連接，相變儲能箱的另一端與第四電磁三通換向閥的III接口端連接，第四電磁三通換向閥的I接口端與所述電子膨脹閥連接，電磁膨脹閥的另一端與第三電磁三通換向閥的II接口端連接，第三電磁三通換向閥的I接口端與蒸發換熱器的入口端連接，所述第一電磁三通換向閥的III接口端、第三電磁三通換向閥的III接口端分別與相變儲能箱的兩接口端連接。
2.根據權利要求1所述的太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，其特徵在於，所述太陽能集熱單元包括:蒸發換熱器、吸熱翅片、透明蓋板、保溫邊框和保溫背板，蒸發換熱器和吸熱翅片通過焊接或脹接的方式連接成一個整體，多個吸熱翅片之間相互連接成一整板，吸熱翅片的上部安裝有透明蓋板，四周設置有保溫邊框，背部安裝有保溫背板。
3.根據權利要求1所述的太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，其特徵在於，所述室內末端單元包括:室內供暖末端和水泵，室內供暖末端的出口與水泵連接，水泵的另一端與熱泵主機單元中板式換熱器的水管一端連接，板式換熱器的水管另一端與室內供暖末端的入口連接。
4.根據權利要求1所述的太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，其特徵在於，所述控制單元包括:控制器、第一溫度信號探頭和第二溫度信號探頭，第一溫度信號探頭置於太陽能集熱蒸發器內，第二溫度信號探頭置於板式換熱器的水管出口處，控制器通過導線分別與第一電磁三通換向閥、第二電磁三通換向閥、第三電磁三通換向閥、第四電磁三通換向閥、水泵和壓縮機連接。
5.根據權利要求1所述的太陽能熱泵與相變儲能熱泵聯合供暖系統，其特徵在於，所述相變儲能箱的四周、底部和上蓋板均由保溫外殼組成。
【文檔編號】F24D19/10GK204100360SQ201420467610
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】蔣綠林, 姜欽青 申請人:常州海卡太陽能熱泵有限公司