太阳能辅助制热和天空辐射辅助蓄冷的空气源热泵系统的制作方法

1.本实用新型涉及热泵空调系统技术领域，具体地说是一种太阳能辅助制热和天空辐射辅助蓄冷的空气源热泵系统。


背景技术：

2.空气源热泵系统是以持续不断的风的供应作为热泵冷或热的能量来源，实现整套装置制冷制热持续运行的热泵系统。空气源热泵系统因为系统简单，投资较低，且节能环保，所以受到广泛的关注。
3.但是现有的空气源热泵系统，在低温环境下，会导致蒸发压力下降，从而使系统循环冷媒量变少，排气量会发生急剧降低，造成机组制热量严重偏低，影响冬季供暖的效果。空气源热泵系统低温时制热量严重偏低的主要原因是压缩机排气量比较低。因此，增加压缩机的排气量能够提高低温时系统机组的制热量。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本实用新型提供了一种太阳能辅助制热和天空辐射辅助蓄冷的空气源热泵系统，该系统能够在低温环境下提高压缩机的排气量的要求，从而保证低温环境下空气源热泵系统的制热效果。
5.本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：
6.太阳能辅助制热和天空辐射辅助蓄冷的空气源热泵系统，包括压缩机、四通阀、第一换热器、储液器、第二换热器和气液分离器，所述压缩机的出口通过第一管路与四通阀的第一接口相连；
7.所述四通阀的第二接口分别通过第二管路和第三管路与所述储液器的进口和出口相连，且所述所述的第二管路上设置有第一截止阀，所述的第三管路上设置有第一膨胀阀和第二截止阀，所述的第一换热器串联于所述第二管路和第三管路的公共部分上；
8.所述四通阀的第三接口分别通过第四管路和第五管路与所述储液器的进口和出口相连，所述所述的第四管路上设置有第三截止阀，所述的第五管路上设置有第二膨胀阀和第四截止阀，所述的第二换热器串联于所述第四管路和第五管路的公共部分上；
9.所述四通阀的第四接口通过第六管路与所述压缩机的进口相连，所述的气液分离器串联于所述的第六管路上；
10.所述储液器的出口通过第七管路与所述压缩机的进口相连，且所述的第七管路上依次设置有第一节流调速阀、第三膨胀阀和第一太阳能集热器。
11.进一步地，所述第二换热器通过第八管路与末端换热器相连，并形成了第一循环回路，所述的第一循环回路上设置有第二节流调速阀和与所述的第二节流调速阀并联的第一旁通支路和第二旁通支路，所述的第一旁通支路上设置有蓄冷水箱、第二循环泵和与所述的第二循环泵并联的第三旁通支路，所述的第三旁通支路上设置有第五截止阀，所述的第二旁通支路上设置有天空辐射制冷板和第六截止阀。
12.进一步地，所述第一循环泵和第二循环泵的出口处均设置有止回阀。
13.所述的太阳能辅助制热和天空辐射辅助蓄冷的空气源热泵系统，其特征在于：所述第二节流调速阀的进口侧设置有第七截止阀。
14.进一步地，所述的第一换热器设置于一壳体内，所述的壳体内位于所述第一换热器的左侧设置有第三换热器，所述的壳体内位于第一换热器的右侧设置有风扇；
15.所述的第三换热器通过第四旁通支路与太阳能热水器的第二太阳能集热器并联，且所述的第四旁通支路上设置有第三循环泵和第八截止阀，所述第二太阳能集热器的进口侧或出口侧设置有第九截止阀。
16.进一步地，所述的第九截止阀设置于所述第二太阳能集热器的进口侧。
17.进一步地，所述壳体的右侧壁上设置有安装孔，所述的风扇设置于所述的安装孔内，所述壳体的左侧壁上设置有允许气流通过的排风孔。
18.进一步地，所述的第一换热器和第三换热器均采用翅片式换热器。
19.进一步地，所述的第一膨胀阀位于所述第二截止阀的下游侧，所述的第二膨胀阀位于所述第四截止阀的下游侧。
20.本实用新型的有益效果是：
21.1、该系统能够通过对从储液罐流出的冷媒进行分流，使一部分冷媒流入第一太阳能集热器，从而通过第一太阳能集热器吸收热量蒸发，并通过管路直接喷射入压缩机中，从而补充压缩机的排气量，使该系统在低温环境下仍能保证压缩机的排气量要求，提高空气源热泵系统的制热效果。
22.2、该系统通过利用太阳能辅助蒸发的方式提高低温环境下压缩机的排气量，不需要消耗额外的能源，节能环保。
23.3、通过设置天空辐射制冷板和蓄冷水箱，并通过天空辐射制冷板和蓄冷水箱在夜晚蓄冷，有利于降低空气源热泵系统在夏季制冷时的能耗，达到节能降耗的目的。
24.4、通过系统在夏季制冷模式下，可以吸收冷凝器所产生的热量，用于加热生活用水，一方面提高了能源利用率，避免了能源浪费，另一方面也避免了冷凝器所散发的热量直接进入外界大气中，对环境造成影响。
附图说明
25.图1为太阳能辅助蒸发模式下，制热过程冷媒循环结构示意图；
26.图2为第一太阳能集热器不参与工作时，制冷过程冷媒循环结构示意图；
27.图3为第一太阳能集热器不参与工作时，制热过程冷媒循环结构示意图；
28.图4为图1中a部分的放大结构示意图。
29.图中：11
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压缩机，12
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四通阀，121
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第一接口，122
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第二接口，123
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第三接口，124
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第四接口，131
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第一换热器，132
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第三换热器，133
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壳体，134
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风扇，14
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储液器，15
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第二换热器，16
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气液分离器，17
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第一太阳能集热器，181
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第一管路，182
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第二管路，1821
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第一截止阀，183
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第三管路，1831
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第二截止阀，1832
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第一膨胀阀，184
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第四管路，1841
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第三截止阀，185
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第五管路，1851
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第四截止阀，1852
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第二膨胀阀，186
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第六管路，187
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第七管路，1871
‑
第一节流调速阀，1872
‑
第三膨胀阀，
30.21
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第一循环泵，22
‑
第二循环泵，23
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末端换热器，24
‑
蓄冷水箱，25
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天空辐射制冷
板，26
‑
第八管路，261
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第二节流调速阀，262
‑
第七截止阀，27
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第一旁通支路，271
‑
第三旁通支路，2711
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第五截止阀，28
‑
第二旁通支路，281
‑
第六截止阀，29
‑
止回阀，
31.31
‑
储水桶，32
‑
第二太阳能集热器，33
‑
第三循环泵，341
‑
进水管，342
‑
出水管，3421
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第九截止阀，343
‑
第四旁通支路，3431
‑
第八截止阀。
具体实施方式
32.如图1所示，太阳能辅助制热和天空辐射辅助蓄冷的空气源热泵系统包括压缩机11、四通阀12、第一换热器131、储液器14、第二换热器15和气液分离器16。
33.如图1和图4所示，所述的四通阀12包括四个接口，分别为第一接口121、第二接口122、第三接口123和第四接口124。其中所述压缩机11的出口通过第一管路181与所述四通阀12的第一接口121相连。所述四通阀12的第二接口122分别通过第二管路182和第三管路183与所述储液器14的进口和出口相连，且所述所述的第二管路182上设置有用于控制所述的第二管路182通断的第一截止阀1821，所述的第三管路183上设置有第一膨胀阀1832和用于控制所述第三管路183通断的第二截止阀1831。优选的，所述的第一膨胀阀1832位于所述第二截止阀1831的下游侧。所述第二管路182和第三管路183存在公共部分，且所述第二管路182和第三管路183的公共部分上串联有第一换热器131。
34.所述四通阀12的第三接口123分别通过第四管路184和第五管路185与所述储液器14的进口和出口相连，即所述的第二管路182和第四管路184并联在所述储液器14的进口上，所述的第三管路183和第五管路185并联在所述储液器14的出口上。所述所述的第四管路184上设置有用于控制所述的第四管路184通断的第三截止阀1841，所述的第五管路185上设置有第二膨胀阀1852和用于控制所述第五管路185通断的第四截止阀1851。优选的，所述的第二膨胀阀1852位于所述第四截止阀1851的下游侧。所述第四管路184和第五管路185存在公共部分，且所述第四管路184和第五管路185的公共部分上串联有第二换热器15。
35.所述四通阀12的第四接口124通过第六管路186与所述压缩机11的进口相连，且所述的第六管路186上串联有气液分离器16。
36.所述储液器14的出口通过第七管路187与所述压缩机11的进口相连，且所述的第七管路187上沿着冷媒的流动方向依次设置有第一节流调速阀1871、第三膨胀阀1872和第一太阳能集热器17，且所述的第一太阳能集热器17串联在所述的第七管路187上。
37.所述的第二换热器15为管壳换热器，且所述第二换热器15的管侧串联在所述第四管路184和第五管路185的公共部分上。所述第二换热器15的壳侧通过第八管路26与用于向室内供暖或功能的末端换热器23相连，且所述第二换热器15的壳侧、第八管路26和末端换热器23共同形成了第一循环回路。所述的第一循环回路内填充有介质，优选的，所述的介质为水。所述的第一循环回路上位于所述第二换热器的下游侧设置有第一循环泵21。
38.太阳能辅助蒸发模式下的制热过程，如图1所示，此时，所述的第一截止阀1821、第四截止阀1851处于关闭状态，第二截止阀1831、第三截止阀1841处于打开状态。
39.工作时，压缩机11产生的高温高压冷媒气体经过四通阀12进入到第二换热器15内(此时，四通阀12的第一接口121和第三接口123导通，第二接口122和第四接口124导通)，在第二换热器15内放热冷凝形成冷媒液体，并经第四管路184进入到储液器14内。与此同时，第一循环回路内的介质在第二换热器15内与冷媒发生热交换，吸收冷媒所放出的热量，并
依靠介质传递到末端换热器23内，为室内供暖。从储液器14流出的冷媒一部分经过第三管路183正常进入到第一换热器131内，在第一换热器131内蒸发形成冷媒气体，然后再经过四通阀12进入到气液分离器16，在气液分离器16内经过分离之后，低温低压的冷媒气体经过第六管路186进入到的压缩机11内，进入下一循环。从储液器14流出的另一部分冷媒经过第一节流调速阀1871进入到第一太阳能集热器17内，并在第一太阳能集热器17内吸收来自太阳的热量蒸发形成冷媒气体，其该冷媒气体经过第七管路187直接喷入压缩机11内。这样，在冬季虽然环境温度比较低，第二蒸发器由于能够吸收环境的热量有限，因此蒸发产生的冷媒气体有限，容易造成压缩机11排气量不足。但是第一太阳能集热器17能够吸收太阳的热量，即使在寒冷的冬季也能达到较高的温度，一部分冷媒经过第一太阳能集热器17产生冷媒气体，并喷入压缩机11内，能够有效的弥补冬季压缩机11排气量不足的问题，从而提高制热效果。
40.没有太阳能辅助蒸发模式下的制冷过程，如图2所示，此时，所述的第一截止阀1821、第四截止阀1851处于打开状态，第二截止阀1831、第三截止阀1841处于关闭状态，第一节流调速阀1871完全闭合，第七管路187处于阻断状态。
41.工作时，压缩机11产生的高温高压冷媒气体经过四通阀12进入到第一换热器131内(此时，四通阀12的第一接口121和第二接口122导通，第三接口123和第四接口124导通)，在第一换热器131内冷凝形成冷媒液体，并经第二管路182进入到储液器14内。从储液器14流出的冷媒经过第五管路185正常进入到第二换热器15内，在第二换热器15内蒸发形成冷媒气体，然后再经过四通阀12进入到气液分离器16，在气液分离器16内经过分离之后，低温低压的冷媒气体经过第六管路186进入到的压缩机11内，进入下一循环。与此同时，第一循环回路内的介质在第二换热器15内与冷媒发生热交换，冷媒吸收介质的热量蒸发成气体，介质的温度降低，并依靠介质将冷量传递到末端换热器23内，为室内降温。
42.没有太阳能辅助蒸发模式下的制热过程，如图3所示，此时，所述的第一截止阀1821、第四截止阀1851处于关闭状态，第二截止阀1831、第三截止阀1841处于打开状态，第一节流调速阀1871完全闭合，第七管路187处于阻断状态。
43.工作时，压缩机11产生的高温高压冷媒气体经过四通阀12进入到第二换热器15内(此时，四通阀12的第一接口121和第三接口123导通，第二接口122和第四接口124导通)，在第二换热器15内放热冷凝形成冷媒液体，并经第四管路184进入到储液器14内。与此同时，第一循环回路内的介质在第二换热器15内与冷媒发生热交换，吸收冷媒所放出的热量，并依靠介质传递到末端换热器23内，为室内供暖。从储液器14流出的冷媒经过第三管路183正常进入到第一换热器131内，在第一换热器131内蒸发形成冷媒气体，然后再经过四通阀12进入到气液分离器16，在气液分离器16内经过分离之后，低温低压的冷媒气体经过第六管路186进入到的压缩机11内，进入下一循环。
44.进一步地，如图1所示，所述的第八管路26上位于所述的第一循环泵21和末端换热器23的之间设置有第二节流调速阀261。所述的第八管路26上设置有第一旁通支路27和第二旁通支路28，所述的第一旁通支路27上设置有蓄冷水箱，所述的第二旁通支路28上设置有天空辐射制冷板，且所述的天空辐射制冷板、蓄冷水箱和第二节流调速阀261三者为并联关系。即所述第一旁通支路27和第二旁通支路28的进口分别与所述第二节流调速阀261的上游侧相连通，所述第一旁通支路27和第二旁通支路28的出口分别与所述第二节流调速阀
261的下游侧相连通。
45.如图1所示，所述的第一旁通支路27上设置有第二循环泵，所述的第一旁通支路27上设置有与所述的第二循环泵并联的第三旁通支路271，且所述的第三旁通支路271上设置有用于控制所述第三旁通支路271通断的第五截止阀2711。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的蓄冷水箱包括三个连接端口，为了方便描述，现将三个连接端口分别定义为第一连接端口、第二连接端口和第三连接端口。其中所述的第一连接端口通过管道与所述第二循环泵的进口相连，所述的第二连接端口通过管道与所述第五截止阀2711的出口相连，所述的第三连接端口通过管道与所述第二节流调速阀261的下游侧相连。所述的第二旁通支路28上设置有用于控制所述的第二旁通支路28通断的第六截止阀281。
46.所述的天空辐射制冷板25属于现有技术，在此不再对其内部结构及工作原理做过多赘述。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的天空辐射制冷板25采用宁波瑞凌辐射制冷科技有限公司制造的天空辐射制冷板25。
47.该循环系统具有以下四种工作模式：
48.第一种工作模式，第二节流调速阀261完全关闭，第五截止阀2711关闭，第六截止阀281打开，第一、第二循环泵均开启。此时，从第一循环泵泵送出去的介质经过第六截止阀281进入到天空辐射制冷板，在天空辐射制冷板内进一步降温。从天空辐射制冷板流出的介质，在第二循环泵的循环作用下，一部分进入到第一循环回路，另一部分通过第二旁通支路28回到天空辐射制冷板内，形成一个能够蓄冷的子循环。这样，一方面，第一循环回路内的介质经过第二换热器之后再进入可以继续对介质进行冷却的天空辐射制冷板，可以降低整个热泵系统的能耗；另一方面，通过蓄冷子循环可以实现蓄冷，在蓄冷水箱内储蓄冷冻水，待白天气温比较高时，天空辐射制冷板发挥不了作用或者发挥作用的程度比较低时，可以利用蓄冷水箱内储存的冷冻水，从而降低整个热泵系统的能耗。
49.第二种工作模式，当检测到蓄冷水箱内的温度达到设定的温度值时，第二循环泵停止工作，此时，从第一循环泵泵送出去的介质经过第六截止阀281进入到天空辐射制冷板，在天空辐射制冷板内进一步降温。从天空辐射制冷板流出的介质，全部进入第一循环回路。
50.第三种工作模式，当白天气温较高，天空辐射制冷板无法发挥作用或者发挥作用的程度比较低时，关闭第六截止阀281，打开第五截止阀2711和第二节流调速阀261。此时，受到第二节流调速阀261的限流作用，第一循环泵21泵送出来的介质，一部分经过第二节流调速阀261流向末端换热器23，另一部分经过第三旁通支路271上的第五截止阀2711进入到蓄冷水箱24内，由于蓄冷水箱24内充满蓄冷之后的介质，因此部分介质会从蓄冷水箱24的出口流出，并与经过第二节流调速阀261的流向末端换热器23的介质混合，从而降低介质的温度。通过调节第二节流调速阀261可以控制介质的混合比例，从而使末端换热器23维持在一个相对于稳定舒适的温度。
51.第四种工作模式，关闭第五截止阀2711和第六截止阀281，完全打开第二节流调速阀261，此时介质仅在第一循环回路内流动，仅第二换热器发挥作用。
52.进一步地，如图1所示，所述的第八管路26上位于所述第一水泵的出口处设置有止回阀29，所述的第一旁通支路27上位于所述第二水泵的出口处设置有止回阀29，所述的第八管路26上位于所述第二节流调速阀261的进口侧设置有第七截止阀262，且所述的第七截
止阀262与所述的蓄冷水箱、天空辐射制冷板并联。
53.进一步地，由于现在加工的太阳能热水器在天气晴朗的时候能够达到较高的温度，但阴天时所能够达到的温度较低，因此现有的太阳能一般具有电加热的辅助功能。
54.为了能够充分利用能源，如图1所示，所述的第一换热器131设置于一壳体133内，且所述的壳体133内位于所述第一换热器131的左侧设置有第三换热器132，所述的第三换热器132与所述的第一换热器131平行布置。所述的第一换热器131和第三换热器132分别通过螺钉与所述的壳体133固定连接。所述的壳体133内位于第一换热器131的右侧设置有风扇134。作为一种具体实施方式，本实施例中所述壳体133的右侧壁上设置有安装孔，所述的风扇134设置于所述的安装孔内，并通过螺钉与所述壳体133的侧壁固定连接。所述壳体133的左侧壁上设置有允许气流通过的排风孔。所述第一换热器131和第三换热器132的进口和出口均穿过所述的壳体133延伸至所述壳体133的外部。
55.如图1所示，所述的太阳能热水器包括储水桶31和第二太阳能集热器32，所述储水桶31的进口通过进水管341与所述第二太阳能集热器32的出口相连，所述第二太阳能集热器32的进口通过出水管342与所述储水箱的出口相连。所述的第三换热器132通过第四旁通支路343与所述的第二太阳能集热器32并联，且所述的第四旁通支路343上设置有第三循环泵33和第八截止阀3431。所述第二太阳能集热器32的进口侧或出口侧设置有第九截止阀3421。作为一种具体实施方式，本实施例中所述的第九截止阀3421设置于所述第二太阳能集热器32的进口侧。
56.进一步地，所述的第一换热器131和第三换热器132均采用翅片式换热器。