利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统

摘要

本发明公开了一种利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统，包括压缩机和蒸发器，蒸发器的出口端与压缩机的入口连通，还包括：蓄热箱，蓄热箱内安装有蓄热箱换热器，蓄热箱换热器一端与压缩机的出口连通，另一端与太阳能水箱换热器连通；太阳能水箱，太阳能水箱内安装有太阳能水箱换热器和太阳能真空管；过冷水箱，过冷水箱位于太阳能水箱下部并与其连通，过冷水箱内安装有过冷水箱换热器。本发明所提供的换热系统，为了利用太阳能水箱底部的冷水，在太阳能水箱的底部设有过冷水箱，在冷媒进入蒸发器之前可以分别在太阳能水箱换热器和过冷水箱换热器中进行一次和二次过冷，两次降低冷媒的冷凝温度，有效提高制热量和能效比。

权利要求

1.一种利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统，包括压缩机(1)和蒸发器(10)，所述蒸发器(10)的出口端与所述压缩机(1)的入口连通，其特征在于，还包括：蓄热箱(3)，所述蓄热箱(3)内安装有蓄热箱换热器(4)，所述蓄热箱换热器(4)一端与所述压缩机(1)的出口连通，另一端与太阳能水箱换热器(9)连通；

太阳能水箱(8)，所述太阳能水箱(8)内安装有所述太阳能水箱换热器(9)和太阳能真空管；

过冷水箱(19)，所述过冷水箱(19)位于所述太阳能水箱(8)下部并与其连通，所述过冷水箱(19)内安装有过冷水箱换热器(18)，并且所述过冷水箱换热器(18)的一端与所述太阳能水箱换热器(9)连通，另一端与所述蒸发器(10)连通；

所述过冷水箱换热器(18)与所述蒸发器(10)之间通过两个并联的截止支路连接，一个所述截止支路上设有第一蒸发截止阀(13)，另一个所述截止支路上串联有第二蒸发截止阀(12)和蒸发节流部件(11)。

2.根据权利要求1所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，所述压缩机(1)与所述蓄热箱(3)之间设有四通阀(2)，所述四通阀(2)的第一端与所述压缩机(1)的出口连通，第二端与所述压缩机(1)的入口连通，第三端与所述蓄热箱换热器(4)连通，第四端与所述蒸发器(10)连通。

3.根据权利要求2所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，所述蓄热箱换热器(4)与所述太阳能水箱换热器(9)之间通过两个并联的截止支路连接，一个所述截止支路上设有第一太阳能水箱截止阀(5)，另一个所述截止支路上串联有第二太阳能水箱截止阀(7)和太阳能水箱节流部件(6)。

4.根据权利要求3所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，还包括储液器(17)，所述储液器(17)的一端与所述过冷水箱换热器(18)连通，另一端与所述蒸发器(10)连通。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，所述蒸发器(10)的一端还连接有附加换热器(14)，所述附加换热器(14)内设有相互独立的换热器本体和增焓支路，所述换热器本体的一端与所述蒸发器(10)连通，所述增焓支路的一端与所述压缩机(1)连通。

6.根据权利要求5所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，所述增焓支路与所述过冷水箱换热器(18)之间串联有增焓截止阀(16)和增焓节流部件(15)，所述换热器本体远离所述蒸发器(10)的一端与所述过冷水箱换热器(18)连通。

7.根据权利要求6所述的太阳能空气能换热系统，其特征在于，所述太阳能水箱(8)与所述过冷水箱(19)之间设有若干供冷热水自然对流的连通管。

说明书

利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统

技术领域

[0001] 本发明涉及换热设备领域，特别是涉及一种利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统。

背景技术

[0002] 随着太阳能制热系统和空气能制热系统的发展，两者的结合越来越普遍，目前，太阳能空气能产品是太阳能和空气能的组合体，将空气能热泵系统的冷凝器，即换热器，放到太阳能水箱内，太阳能水箱中的介质通过吸收太阳能和空气能进行制热。

[0003] 当水箱温度低于一定值时，没阳光条件下通过空气能单独加热，当水箱水温达到一定值时停止加热；有阳光条件下通过太阳能和空气能一起加热，当水温达到一定值后空气能热泵系统停止加热，太阳能继续加热。

[0004] 然而，由于太阳能加热不受温度限制，随着水箱温度的升高，空气能制热系统的冷凝器温度逐渐升高，冷凝温度跟着升高，系统制热量下降，功率逐渐升高，导致能效比下降，当水箱水温达到一定值时会引起空气能制冷系统排起保护。

[0005] 因此，如何提高太阳能空气能换热系统的能效比，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统，该太阳能空气能换热系统能够有效的提高自身的能效比，并且可以满足多种环境下的使用需求，适用性强。

[0007] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0008] 一种利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统，包括压缩机和蒸发器，所述蒸发器的出口端与所述压缩机的入口连通，还包括：

[0009] 蓄热箱，所述蓄热箱内安装有蓄热箱换热器，所述蓄热箱换热器一端与所述压缩机的出口连通，另一端与太阳能水箱换热器连通；

[0010] 太阳能水箱，所述太阳能水箱内安装有所述太阳能水箱换热器和太阳能真空管；

[0011] 过冷水箱，所述过冷水箱位于所述太阳能水箱下部并与其连通，所述过冷水箱内安装有过冷水箱换热器，并且所述过冷水箱换热器的一端与所述太阳能水箱换热器连通，另一端与所述蒸发器连通。

[0012] 优选的，所述压缩机与所述蓄热箱之间设有四通阀，所述四通阀的第一端与所述压缩机的出口连通，第二端与所述压缩机的入口连通，第三端与所述蓄热箱换热器连通，第四端与所述蒸发器连通。

[0013] 优选的，所述蓄热箱换热器与所述太阳能水箱换热器之间通过两个并联的截止支路连接，一个所述节流支路上设有第一太阳能水箱截止阀，另一个所述节流支路上串联有第二太阳能水箱截止阀和太阳能水箱节流部件。

[0014] 优选的，所述过冷水箱换热器与所述蒸发器之间通过两个并联的截止支路连接，一个所述节流支路上设有第一蒸发截止阀，另一个所述节流支路上串联有第二蒸发截止阀和蒸发节流部件。

[0015] 优选的，还包括储液器，所述储液器的一端与所述过冷水箱换热器连通，另一端与所述蒸发器连通。

[0016] 优选的，所述蒸发器的一端还连接有附加换热器，所述附加换热器内设有相互独立的换热器本体和增焓支路，所述换热器本体的一端与所述蒸发器连通，所述增焓支路的一端与所述压缩机连通。

[0017] 优选的，所述增焓支路与所述过冷水箱换热器之间串联有增焓截止阀和增焓节流部件，所述换热器本体远离所述蒸发器的一端与所述过冷水箱换热器连通。

[0018] 优选的，所述太阳能水箱与所述过冷水箱之间设有若干供冷热水自然对流的连通管。

[0019] 本发明所提供的太阳能空气能换热系统，包括压缩机和蒸发器，所述蒸发器的出口端与所述压缩机的入口连通，还包括：蓄热箱，所述蓄热箱内安装有蓄热箱换热器，所述蓄热箱换热器一端与所述压缩机的出口连通，另一端与太阳能水箱换热器连通；太阳能水箱，所述太阳能水箱内安装有所述太阳能水箱换热器和太阳能真空管；过冷水箱，所述过冷水箱位于所述太阳能水箱下部并与其连通，所述过冷水箱内安装有过冷水箱换热器，并且所述冷水箱换热器的一端与所述太阳能水箱换热器连通，另一端与所述蒸发器连通。该太阳能空气能换热系统，为了利用太阳能水箱底部的冷水，该系统在太阳能水箱的底部设有过冷水箱，在冷媒进入所述蒸发器之前可以分别在所述太阳能水箱换热器和所述过冷水箱换热器中进行一次和二次过冷，两次降低冷媒的冷凝温度，可以有效提高制热量和能效比。

[0020] 在一种优选实施方式中，所述蒸发器的一端还连接有附加换热器，所述附加换热器内设有相互独立的换热器本体和增焓换热器，所述换热器本体的一端与所述蒸发器连通，所述增焓换热器的一端与所述压缩机连通。上述设置，当环境温度低于一定值时，通过控制所述增焓换热器的开启，冷媒经节流后吸收主流路冷媒余热来蒸发，吸热蒸发后的冷媒流回压缩机，提高了热泵系统冷媒循环量，确保系统正常运行。

附图说明

[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1为本发明所提供的太阳能空气能换热系统一种具体实施方式的结构示意图；

[0023] 图2为图1所示的太阳能空气能换热系统在空气能制热、太阳能过冷时的工作示意图；

[0024] 图3为图1所示的太阳能空气能换热系统在空气能吸收太阳能制热时的工作示意图；

[0025] 图4为图1所示的太阳能空气能换热系统在除霜工作时的工作示意图；

[0026] 其中：压缩机1、四通阀2、蓄热箱3、蓄热箱换热器4、第一太阳能水箱截止阀5、太阳能水箱节流部件6、第二太阳能水箱截止阀7、太阳能水箱8、太阳能水箱换热器9、蒸发器10、蒸发节流部件11、第二蒸发截止阀12、第一蒸发截止阀13、附加换热器14、增焓节流部件15、增焓截止阀16、储液器17、过冷水箱换热器18、过冷水箱19。

具体实施方式

[0027] 本发明的核心是提供一种利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统，该太阳能空气能换热系统能够实现全天候高能效制热，制热效率高，适用性强。

[0028] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0029] 请参考图1至图4，图1为本发明所提供的太阳能空气能换热系统一种具体实施方式的结构示意图；图2为图1所示的太阳能空气能换热系统在空气能制热、太阳能过冷时的工作示意图；图3为图1所示的太阳能空气能换热系统在空气能吸收太阳能制热时的工作示意图；图4为图1所示的太阳能空气能换热系统在除霜工作时的工作示意图。

[0030] 在该实施方式中，太阳能空气能换热系统包括压缩机1和蒸发器10，压缩机1用于将冷媒压缩形成高温高压气体，蒸发器10用于冷媒蒸发为气态，蒸发器10的出口端与压缩机1的入口连通，该系统还包括：

[0031] 蓄热箱3，蓄热箱3内安装有蓄热箱换热器4，蓄热箱换热器4一端与压缩机1的出口连通，另一端与太阳能水箱换热器9连通；

[0032] 太阳能水箱8，太阳能水箱8内安装有太阳能水箱换热器9和太阳能真空管；

[0033] 过冷水箱19，过冷水箱19位于太阳能水箱8下部并与其连通，过冷水箱19内安装有过冷水箱换热器18，并且过冷水箱换热器18的一端与太阳能水箱换热器9连通，另一端与蒸发器10连通。

[0034] 具体的，压缩机1与蓄热箱3之间设有四通阀2，四通阀2的第一端与压缩机1的出口连通，第二端与压缩机1的入口连通，第三端与蓄热箱换热器4连通，第四端与蒸发器10连通。

[0035] 更进一步，蓄热箱换热器4与太阳能水箱换热器9之间通过两个并联的截止支路连接，一个节流支路上设有第一太阳能水箱截止阀5，另一个节流支路上串联有第二太阳能水箱截止阀7和太阳能水箱节流部件6。

[0036] 在上述各实施方式的基础上，过冷水箱换热器18与蒸发器10之间通过两个并联的截止支路连接，一个节流支路上设有第一蒸发截止阀13，另一个节流支路上串联有第二蒸发截止阀12和蒸发节流部件11。

[0037] 在上述各实施方式的基础上，该系统还包括储液器17，储液器17的一端与过冷水箱换热器18连通，另一端与蒸发器10连通。

[0038] 具体的，储液器17安装在过冷水箱换热器18与蒸发器10之间的两个并联的截止支路靠近过冷水箱换热器18的一侧。

[0039] 该太阳能空气能换热系统，为了利用太阳能水箱8底部的冷水，该系统在太阳能水箱8的底部设有过冷水箱19，在冷媒进入蒸发器10之前可以分别在太阳能水箱换热器9和过冷水箱换热器18中进行一次和二次过冷，两次降低冷媒的冷凝温度，可以有效提高制热量和能效比。

[0040] 在上述各实施方式的基础上，蒸发器10的一端，即蒸发器10与过冷水箱换热器18连通的一端，还连接有附加换热器14，具体的，附加换热器14安装在储液器17和截止支路之间，该截止支路是指过冷水箱换热器18与蒸发器10之间的两个并联的截止支路，附加换热器14内设有相互独立的换热器本体和增焓换热器，换热器本体的一端与蒸发器10连通，增焓换热器的一端与压缩机1连通。

[0041] 上述设置，当环境温度低于一定值时，通过控制增焓支路的开启，冷媒经节流后吸收主流路冷媒余热来蒸发，吸热蒸发后的冷媒流回压缩机1，提高了热泵系统冷媒循环量，确保系统正常运行。

[0042] 进一步，增焓换热器与过冷水箱换热器18之间串联有增焓截止阀16和增焓节流部件15，具体的，增焓截止阀16和增焓节流部件15设置在储液箱和增焓换热器之间，换热器本体远离蒸发器10的一端与过冷水箱换热器18连通，具体的，换热器本体与过冷水箱19之间通过储液箱连通，及由过冷水箱换热器18中流出的冷媒在经过储液箱之后，分为两路，一路通过换热器本体流入蒸发器10，另一路流过增焓截止阀16和增焓节流部件15后流回压缩机1。

[0043] 优选的，太阳能水箱8与过冷水箱19之间设有若干供冷热水自然对流的连通管，当然，太阳能真空管安装在太阳能水箱8和过冷水箱19之间，太阳能真空管用于吸收太阳能后加热太阳能真空管中的介质，并且在对流的作用下，完成对太阳能水箱8中介质的加热。

[0044] 具体的，本实施例所提供的太阳能空气能换热系统，至少具有三种功能，列举如下：

[0045] 1、空气能制热太阳能过冷功能的实施：

[0046] 如图2所示，当环境温度、蓄热箱3和太阳能水箱8的水温低于一定值时，增焓截止阀16打开，利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统启动对蓄热箱3制热运行。

[0047] 具体的，高温高压的冷媒由压缩机1流入四通阀2的第一端，即接口D，接着由四通阀2的第三端，即接口C，流向蓄热箱换热器4，冷媒在蓄热箱换热器4内放热降温，经首次放热后的冷媒由蓄热箱换热器4流向第一太阳能水箱截止阀5，接着由第一太阳能水箱截止阀5流向太阳能水箱换热器9，冷媒在太阳能水箱换热器9内接着放热降温，实现首次过冷，经首次过冷后的冷媒由太阳能水箱换热器9流向过冷水箱换热器18，冷媒在过冷水箱换热器
18内再次放热降温，进行二次过冷，经二次过冷后的冷媒流进储液器17，接着由储液器17流向附加换热器14的换热器本体的第一端，即接口a，接着由附加换热器14的换热器本体的第二端，即接口b，流向第一蒸发截止阀13，冷媒接着由第一蒸发截止阀13流向蒸发节流部件
11，经蒸发节流部件11节流后冷媒流入蒸发器10，冷媒在蒸发器10内吸热蒸发，经吸热蒸发后的冷媒由蒸发器10流向四通阀2的第四端，即接口E，最后由四通阀2的第二端，即接口S，流回压缩机1；通过上述主流路的循环，系统完成对蓄热箱3制热、制冷系统过冷的功能；

[0048] 增焓支路上增焓截止阀16打开时，冷媒经储液器17后一分为二，增焓支路上的冷媒由增焓截止阀16流向增焓节流部件15，经节流后的冷媒接着由增焓节流部件15流向增焓换热器的第一端，即接口d，增焓支路上的冷媒在增焓换热器内吸收经首次过冷后的冷媒的余热，吸热蒸发后的冷媒由增焓换热器的第二端，即接口c，流回压缩机1；通过上述流路的循环，系统完成增焓功能。

[0049] 通过上述主流路和增焓支路的循环，系统完成低温环境下空气能制热太阳能过冷功能。

[0050] 2、空气能吸收太阳能制热功能的实施：

[0051] 如图3所示，当环境温度较低，太阳能水箱8温度高于一定值时，为了对蓄热箱3进行快速制热，制冷系统吸收太阳能水箱8内的热量来制热，系统启动空气能系统吸收太阳能制热的运行。

[0052] 具体的，高温高压的冷媒由压缩机1流入四通阀2的接口D，接着由四通阀2的接口C流向蓄热箱3内的蓄热箱换热器4，冷媒在蓄热箱换热器4内进行热交换放热降温，放热降温后的冷媒由蓄热箱换热器4流向第二太阳能水箱截止阀7，接着由第二太阳能水箱截止阀7流向太阳能水箱节流部件6，冷媒经太阳能水箱节流部件6的节流后流向太阳能水箱8内的太阳能水箱换热器9，冷媒在太阳能水箱换热器9内吸热蒸发，吸热蒸发后的冷媒由太阳能水箱换热器9流向过冷水箱19内的过冷水箱换热器18，冷媒接着由过冷水箱换热器18流向储液器17，接着由储液器17流向附加换热器14的接口a，接着由附加换热器14的接口b流向第一蒸发截止阀13，冷媒接着由第一蒸发截止阀13流向蒸发器10，接着由蒸发器10流向四通阀2的接口E，最后由四通阀2的接口S流回压缩机1。

[0053] 通过上述主流路的循环，系统完成空气能吸收太阳能制热功能。

[0054] 3、除霜功能的实施：

[0055] 如图4所示，低温环境下，空气能系统的室外蒸发器10会结霜，当满足除霜条件时，系统启动除霜运行。

[0056] 具体的，高温高压的冷媒由压缩机1流入四通阀2的接口D，接着由四通阀2的接口E流向蒸发器10，冷媒在蒸发器10内放热化霜，放热化霜后的冷媒由蒸发器10流向第一蒸发截止阀13，接着由第一蒸发截止阀13流向附加换热器14的接口b，冷媒接着由附加换热器14的接口a流向储液器17，接着由储液器17流向过冷水箱19内的过冷水箱换热器18接着放热过冷，经首次过冷后冷媒由过冷水箱换热器18流向太阳能水箱8内的太阳能水箱换热器9，冷媒在太阳能水箱换热器9内再次放热过冷，二次过冷后的冷媒由太阳能水箱换热器9流向太阳能水箱节流部件6，经太阳能水箱节流部件6的冷媒流向第二太阳能水箱截止阀7，接着由第二太阳能水箱截止阀7流向蓄热箱3内的蓄热箱换热器4，冷媒在蓄热箱换热器4内吸热蒸发，经吸热蒸发后的冷媒由蓄热箱换热器4流到四通阀2的接口C，最后由四通阀2的接口S流回压缩机1。

[0057] 通过上述流路的循环，系统完成对空气能热泵系统室外蒸发器10的除霜功能。

[0058] 该系统通过控制蓄热箱3和太阳能水箱8的热量来实现对末端进行制冷、制热、制热水等功能。该系统在太阳能真空管底部设有过冷水箱19，该水箱温度相对于太阳能系统中的其它位置温度低；该系统将蓄热箱3冷媒引到太阳能水箱8进行换热，降低流进蒸发器10前冷媒的温度，实现对空气能热泵系统实现过冷；该系统将太阳能水箱8冷媒引到过冷水箱19进行换热，降低流进蒸发器10前冷媒温度，实现对空气能热泵系统实现过冷；该空气能热泵系统可吸收太阳能水箱8内的热量来制热，提高热源侧环境温度，实现快速制热功能；
该系统蓄热箱3和太阳能水箱8均与末端连接，可独立制冷、制热和制热水，实现多功能运行；通过蓄热箱3和太阳能水箱8独立设计，可将生活用水和取暖用水分开使用；该系统由太阳能系统和空气能系统组成，系统具有双热源全天候制热功能；该系统蓄热箱3和太阳能水箱8里的能量可以用来制热、制热水或制冷；蓄热箱3里的换热介质可以是水，也可以是其他介质；该空气能热泵系统设有增焓支路，机组可适用于常温和低温环境；该系统具有制冷、制热、制热水、蓄能、多源制热、过冷等功能，当然，该系统本身具有的功能不受本实施例所给出的功能限制。

[0059] 该系统具有以下有益效果：

[0060] 1能效高：比起常用太阳能空气能热泵产品，该发明采用过冷设计，降低冷媒冷凝温度来提高制热量和能效比；

[0061] 2制热速度快：低温环境下，比起单独空气能热泵产品制热，该热泵系统可吸收太阳能热量来制热，提高制热速度；

[0062] 3清洁卫生：系统设有多个换热箱，可将生活热水和取暖用水分开使用，生活用水更加清洁卫生；

[0063] 4多源制热：系统可通过太阳能制热蓄热，也可通过空气能制热蓄热；

[0064] 5适用范围广：双能源互补，可全天候24小时制热和使用。

[0065] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

[0066] 应当指出，上述仅为本发明阐述该利用冷热水自然对流进行过冷的太阳能空气能换热系统的组成形式、功能原理和部分功能实施，不限于阀体位置更换和换热器等材料种类的改变，凡是与本发明共同利用冷热水自然对流底部冷水对空气能热泵系统进行过冷的方式方法，均在本申请的保护范围内。