一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置

1.本技术涉及热泵应用技术领域，尤其是一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置。


背景技术：

2.在“煤改电”清洁供暖技术路线中，热泵技术受到广泛关注，其中空气源热泵系统因其布置简单、管理方便和清洁环保等优势成为替代燃煤锅炉，实现清洁供暖的重要选项。然而其运行过程中受室外气候条件的影响较大，当环境温度过低时，空气源热泵的运行想能下降明显，甚至无法制热，能效比较低。此外，在农村供热场景下，鉴于现有供热末端形式和室外温度，往往需要较高的温度提升，极端情况下，所需温升甚至大于80℃，而单级空气源热泵温度提升能力有限。另外，大规模空气源热泵的应用以及较低运行效率，给农村薄弱的配电网造成了巨大压力。
3.因此，针对上述问题提出一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置。


技术实现要素：

4.在本实施例中提供了一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置用于解决现有技术中的热泵装置能耗高的问题。
5.根据本技术的一个方面，提供了一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，包括由空气源蒸发器、中间换热器、高温级冷凝器、高温级蒸发器、气液分离器、低温级节流阀、高温级节流阀和蓄热水罐组成的双热源复叠式热泵装置；
6.其中，所述空气源蒸发器的低温工质出口与低温级压缩机的工质进口连接，所述低温级压缩机的工质出口与中间换热器的低温级工质进口连接；所述高温级冷凝器的高温工质出口通过所述高温级节流阀与高温级蒸发器的高温工质进口连接，所述高温级蒸发器的高温工质出口通过第四电磁阀与中间换热器的高温工质进口连接；
7.高温级节流阀出口与气液分离器的工质进口连接，所述气液分离器的气态工质出口与高温级压缩机的工质入口连接，所述气液分离器的液态工质出口通过第三电磁阀与中间换热器的高温工质进口连接，所述高温级蒸发器的太阳能热水出口与太阳能热水器的热水入口连接，所述太阳能热水器的热水出口通过太阳能热水泵与高温级蒸发器的太阳能热水入口连接。
8.进一步地，所述中间换热器的低温级工质出口与所述低温级节流阀的进口连接，所述低温级节流阀的出口与空气源蒸发器的低温工质进口连接。
9.进一步地，所述高温级压缩机的工质出口与高温级冷凝器的高温工质进口连接。
10.进一步地，所述中间换热器的高温工质出口与高温级压缩机的工质入口连接。
11.进一步地，所述高温级节流阀出口通过第二电磁阀以及第五电磁阀与气液分离器的工质进口连接，所述第二电磁阀与第一电磁阀位于并联的两条管路上。
12.进一步地，所述高温级冷凝器的制热水出口通过制热水循环泵与蓄热水罐的制热
水入口连接，所述蓄热水罐的制热水出口与高温级冷凝器制热水进口连接。
13.进一步地，所述高温级冷凝器的高温工质出口与高温级节流阀的进口连接。
14.进一步地，所述高温级节流阀的出口通过第一电磁阀与高温级蒸发器的高温工质进口连接。
15.进一步地，所述气液分离器的气态工质出口通过调压阀与高温级压缩机的工质入口连接。
16.进一步地，所述第三电磁阀(11)位于气液分离器(14)液态工质出口管路上，第五电磁阀(13)位于气液分离器(14)进口管路上。
17.通过本技术上述实施例，采用了太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，解决了热泵装置能耗高问题，利用复叠式热泵技术，能够实现较大的温度提升，制热温度高，满足农户多种供热末端需求，利用较高品位的太阳能热水作为热源，提高热泵性能，能够有效降热泵能耗，缓解了农村配电网压力，整体综合效益高，利用复叠式热泵技术，制备高温热水，相同蓄热体积下，所蓄能够用于供热的热量更多。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术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技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
19.图1为本技术一种实施例的工作原理流程示意图。
20.图中：1、空气源蒸发器，2、低温级压缩机，3、中间换热器，4、低温级节流阀，5、高温级压缩机，6、高温级冷凝器，7、高温级节流阀，8、第一电磁阀，9、高温级蒸发器，10、第二电磁阀，11、第三电磁阀，12、第四电磁阀，13、第五电磁阀，14、气液分离器，15、调压阀，16、制热水循环泵，17、蓄热水罐，18、太阳能热水泵，19、太阳能热水器。
具体实施方式
21.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都应当属于本技术保护的范围。
22.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
23.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或
位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
24.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
25.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
27.请参阅图1所示，一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，包括由空气源蒸发器1、中间换热器3、高温级冷凝器6、高温级蒸发器9、气液分离器14和蓄热水罐17组成的双热源复叠式热泵装置；
28.其中，所述空气源蒸发器1的低温工质出口与低温级压缩机2的工质进口连接，所述低温级压缩机2的工质出口与中间换热器3的低温级工质进口连接；所述高温级冷凝器6的高温工质出口通过高温级节流阀7与高温级蒸发器9的高温工质进口连接，所述高温级蒸发器9的高温工质出口通过第四电磁阀12与中间换热器3的高温工质进口连接；
29.高温级节流阀7出口与气液分离器14的工质进口连接，所述气液分离器14的气态工质出口与高温级压缩机5的工质入口连接，所述气液分离器14的液态工质出口通过第三电磁阀11与中间换热器3的高温工质进口连接，所述高温级蒸发器9的太阳能热水出口与太阳能热水器19的热水入口连接，所述太阳能热水器19的热水出口通过太阳能热水泵18与高温级蒸发器9的太阳能热水入口连接。
30.所述中间换热器3的低温级工质出口与低温级节流阀4的进口连接，所述低温级节流阀4的出口与空气源蒸发器1的低温工质进口连接；所述高温级压缩机5的工质出口与高温级冷凝器6的高温工质进口连接；所述中间换热器3的高温工质出口与高温级压缩机5的工质入口连接；所述高温级节流阀7出口通过第二电磁阀10以及第五电磁阀13与气液分离器14的工质进口连接，所述第二电磁阀10与第一电磁阀8位于两条管路上；所述高温级冷凝器6的制热水出口通过制热水循环泵16与蓄热水罐17的制热水入口连接，所述蓄热水罐17的制热水出口与高温级冷凝器6制热水进口；所述高温级冷凝器6的高温工质出口与高温级节流阀7的进口连接；所述高温级节流阀7的出口通过第一电磁阀8与高温级蒸发器9的高温工质进口连接；所述气液分离器14的气态工质出口通过调压阀15与高温级压缩机5的工质入口连接；所述第三电磁阀(11)位于气液分离器(14)液态工质出口管路上，第五电磁阀(13)位于气液分离器(14)进口管路上。
31.本技术中出现的电器元件在使用时均外接连通电源和控制开关，本技术在使用时，包括以下三种热泵运行模式：
32.热泵运行模式一：单空气源复叠式热泵运行；
33.在没有阳光的夜间和连续阴雨天气且蓄热水罐17的出口温度低于设计温度，蓄热水箱17热量耗尽时，系统开启单空气源复叠式热泵运行模式，太阳能热水器19无法正常制
热，此时第一电磁阀8关闭，系统能耗与常规复叠式空气源热泵相同，为了避免高温级节流阀7后气液混合物产生的气相工质和液相工质分离造成的中间换热器3内高温工质分配不均匀的情况，所以在中间换热器3高温工质入口前设置气液分离器14，经高温级节流阀7节流后的气液两相的高温工质经过第二电磁阀10和第五电磁阀13进入气液分离器14，气液两相充分分离后，液相工质经第三电磁阀11进入中间换热器3，气相工质经调压阀15进入高温级压缩机5。
34.热泵运行模式二：太阳能热源单级热泵运行；
35.当太阳能充足时，太阳能热水器19利用太阳能制热产生大量热量，蓄热水罐17的出口温度达到设计温度，基本满足建筑的热需求，系统开启太阳能热源单级热泵运行模式，此时第二电磁阀10关闭，复叠式空气源热泵低温级循环关闭，只运行其高温级热泵，系统能耗低。
36.热泵运行模式三：双热源复叠式热泵运行；
37.当阳光不充足时，太阳能热水器19产生的热量少，不足支持热需求时，系统开启双热源复叠式热泵运行模式，太阳能热水器19和复叠式空气源热泵均处于运行状态，此时第二电磁阀10关闭，太阳能热水器19产生的热水经高温级蒸发器9传递给复叠式空气源热泵系统，高温级压缩机5出口的高温工质经高温级冷凝器6向蓄热水罐17输送热量，此模式下系统能耗降低。
38.本技术的有益之处在于：
39.1.本技术利用复叠式热泵技术，能够实现较大的温度提升，制热温度高，满足农户多种供热末端需求；
40.2.本技术利用较高品位的太阳能热水作为热源，提高热泵性能，能够有效降热泵能耗，缓解了农村配电网压力，整体综合效益高；
41.3.本技术利用复叠式热泵技术，制备高温热水，相同蓄热体积下，所蓄能够用于供热的热量更多。
42.涉及到电路和电子元器件和模块均为现有技术，本领域技术人员完全可以实现，无需赘言，本技术保护的内容也不涉及对于软件和方法的改进。
43.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：包括由空气源蒸发器(1)、中间换热器(3)、高温级冷凝器(6)、高温级蒸发器(9)、气液分离器(14)和蓄热水罐(17)组成的双热源复叠式热泵装置；其中，所述空气源蒸发器(1)的低温工质出口与低温级压缩机(2)的工质进口连接，所述低温级压缩机(2)的工质出口与中间换热器(3)的低温级工质进口连接；所述高温级冷凝器(6)的高温工质出口与高温级蒸发器(9)的高温工质进口连接，所述高温级蒸发器(9)的高温工质出口通过第四电磁阀(12)与中间换热器(3)的高温工质进口连接；高温级节流阀(7)出口与气液分离器(14)的工质进口连接，所述气液分离器(14)的气态工质出口与高温级压缩机(5)的工质入口连接，所述气液分离器(14)的液态工质出口通过第三电磁阀(11)与中间换热器(3)的高温工质进口连接，所述高温级蒸发器(9)的太阳能热水出口与太阳能热水器(19)的热水入口连接，所述太阳能热水器(19)的热水出口通过太阳能热水泵(18)与高温级蒸发器(9)的太阳能热水入口连接。2.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述中间换热器(3)的低温级工质出口与低温级节流阀(4)的进口连接，所述低温级节流阀(4)的出口与空气源蒸发器(1)的低温工质进口连接。3.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述高温级压缩机(5)的工质出口与高温级冷凝器(6)的高温工质进口连接。4.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述中间换热器(3)的高温工质出口与高温级压缩机(5)的工质入口连接。5.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述高温级节流阀(7)出口通过第二电磁阀(10)以及第五电磁阀(13)与气液分离器(14)的工质进口连接，所述第二电磁阀(10)与第一电磁阀(8)位于两条管路上。6.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述高温级冷凝器(6)的制热水出口通过制热水循环泵(16)与蓄热水罐(17)的制热水入口连接，所述蓄热水罐(17)的制热水出口与高温级冷凝器(6)制热水进口连接。7.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述高温级冷凝器(6)的高温工质出口与高温级节流阀(7)的进口连接。8.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述高温级节流阀(7)的出口通过第一电磁阀(8)与高温级蒸发器(9)的高温工质进口连接。9.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述气液分离器(14)的气态工质出口通过调压阀(15)与高温级压缩机(5)的工质入口连接。10.根据权利要求1所述的一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，其特征在于：所述第三电磁阀(11)位于气液分离器(14)液态工质出口管路上，第五电磁阀(13)位于气液分离器(14)进口管路上。

技术总结
本申请公开了一种太阳能和空气能双热源复叠式热泵装置，包括空气源蒸发器、低温级压缩机、中间换热器、低温级节流阀、高温级压缩机、高温级冷凝器、高温级节流阀、第一电磁阀、高温级蒸发器、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、气液分离器、调压阀、制热水循环泵、蓄热水罐、太阳能热水泵和太阳能热水器。本申请利用双热源复叠式热泵技术，能够实现较大的温度提升，制热温度高，相同蓄热体积下，所蓄能够用于供热的热量更多，同时满足农户多种供热末端需求，利用较高品位的太阳能热水作为热源，提高热泵性能，能够有效降热泵能耗，缓解了农村配电网压力。缓解了农村配电网压力。缓解了农村配电网压力。


技术研发人员：董胜明 刘桐 胡晓微 张晨
受保护的技术使用者：天津商业大学
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/7/7