CN201251284Y - 一种太阳能热泵热水器 - Google Patents

Abstract

一种太阳能热泵热水器，其特征是：蒸发器出口、太阳能集热器出口分别通过一电磁阀连接压缩机进口；压缩机经四通换向阀连接冷凝器；太阳能集热器出口还通过另外的电磁阀连接冷凝器进口；冷凝器出口经两路电磁阀、毛细管、干燥器、过滤器分别连接蒸发器进口、太阳能集热器进口；太阳能集热器上设置有太阳能光电池板；水箱内、太阳能集热器出口、蒸发器出口处均设有温度传感器；各温度传感器及太阳能光电池板与主控制器的输入端电连接；主控制器连接并控制压缩机开关及各电磁阀。它可根据太阳能光照辐射的强弱选择自然循环、太阳能热泵循环、太阳能+蒸发器热泵循环、蒸发器热泵循环来制取热水；使用更节能、经济。

Description

一种太阳能热泵热水器

技术领域

本实用新型涉及热水器技术领域，具体是一种太阳能热泵热水器。

背景技术

目前市场上普遍销售的太阳能热水器与燃气热水器、电热水器相比，具有不消耗燃气、电等能源，环保节能。但太阳能辐射不是连续，存在间歇性，因此太阳能热水器受太阳能辐射的影响而不能全天候供热，尤其是阴雨、雾、雪等无日照的天气。近年来，热泵技术作为新的制热节能技术被应用到热水器中。热泵热水器节电效果显著，而且不受太阳光辐射的影响，即使在太阳光照不好的天气时也不影响供热，还有日照时间短及太阳光弱的冬季也不影响其供热。但也正因为不靠吸收太阳光制热，所以热泵热水器不能在天气好太阳能辐射充足的天气时，充分利用太阳能，它的压缩机继续工作、继续耗电，所以热泵热水器的节能效果并不理想，使用起来并不能达到理想的经济效果。

太阳能辅助热泵技术(SAHP)的研究和发展是建立在太阳能热利用和热泵技术研究的基础之上，太阳能热泵热水器节能效果显著且不受光照辐射的影响能保证不间断供热。因此该种热水器有广阔的发展空间和应用前景。但目前的太阳能热泵热水器仍存在着许多问题：在运行控制方面大都仅采用水箱内的恒温器来实现简单的压缩机自动停机控制，不能根据运行环境的变化对运行参数进行及时调整，即使太阳光辐射强的时候，它不能只通过太阳能集热器单独供热，压缩机会继续工作，所以难以实现系统装置的经济、合理运行，不能达到最佳节能效果。此外，系统整体性的设计，使得与建筑一体化设计难以匹配。在实际应用方面，由于我国大部分地区存在冬冷夏热的气候特点，在冬季热泵除霜问题有待解决。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的是提供一种太阳能热泵热水器，它可根据太阳能光照辐射的强弱选择自然循环、太阳能热泵循环、太阳能+蒸发器热泵循环、蒸发器热泵循环来制取热水；从而达到更加经济、实用的目的。

为解决上述问题，本实用新型采用以下技术方案：该太阳能热泵热水器，包括水箱、太阳能集热器、蒸发器、压缩机、冷凝器；所述的冷凝器置于水箱内；所述的蒸发器的出气口经第一电磁阀、四通换向阀连接压缩机的进气口；所述的太阳能集热器的出气口通过第二电磁阀、减压阀、四通换向阀与压缩机进气口连通；太阳能集热器出气口连通的管道上设有膨胀罐；压缩机的出气口经四通换向阀连接冷凝器的进气口；太阳能集热器出气口经第三电磁阀连接冷凝器的进气口；冷凝器的出口经第四电磁阀、毛细管、干燥器、过滤器连接蒸发器的入口；冷凝器的出口经第五电磁阀、毛细管、干燥器、过滤器连接太阳能集热器的入口；太阳能集热器上设置有检测太阳能光照强度的太阳能光电池板；水箱内、太阳能集热器的出口处及蒸发器出口处均设有温度传感器；所述的各传感器及太阳能光电池板均与主控制器的输入端电连接；主控制器连接并控制压缩机开关及各电磁阀。

其中太阳能光电池板用于检测太阳光照强度；各温度传感器分别检测水箱水温、太阳能集热器出口温度、蒸发器出口温度。主控制器根据检测到的太阳光照强度、太阳能集热器出口温度、水箱水温、蒸发器出口温度来控制各电磁阀开闭及压缩机开停机，从而形成不同的供热模式。

供热模式共四种：

自然循环：利用太阳能集热器吸收热量，加热制冷剂工质，制冷剂工质通过第三电磁阀到达冷凝器，在水箱中放热，制取热水。

太阳能热泵循环：太阳能集热器做为蒸发器，通过太阳能集热器吸取能量，加热制冷剂工质，然后经第二电磁阀、减压阀、四通换向阀进入压缩机，经压缩机耗电做功，将工质变为高温高压制冷剂气体；然后经四通换向阀进入冷凝器，在水箱中放热制取热水。然后经毛细管变为常温常压制冷剂工质回到集热器，完成一个工作循环。

太阳能+蒸发器热泵循环：太阳能集热器与蒸发器同时吸收热量，将制冷剂工质加热为气态，然后送往压缩机，经压缩机转换为高温高压制冷剂气体，进入冷凝器制取热水后，转化为低温高压的制冷制气体，经毛细管变为低温低压液态制冷剂重新回到蒸发器与太阳能集热器中，完成整个循环。

蒸发器热泵循环：蒸发器吸取能量，加热制冷剂工质，然后进入压缩机，经压缩机耗电做功，将制冷剂工质变为高温高压制冷剂气体，经四通换向阀进入冷凝器，在水箱中放热制取热水，然后经毛细管变为常温常压制冷剂工质回到蒸发器，完成一个工作循环。

作为本实用新型的进一步的技术方案：在该太阳能热泵热水器中，所述的太阳能集热器采用U型管承压式太阳能集热器，便于与建筑一体化相结合。

本实用新型的有益效果是：它将太阳能集热器与传统的热泵蒸发器结合，在太阳能集热器上设置太阳能电池板，用于粗略检测太阳关照强度，根据太阳光照强度不同及检测到的太阳能集热器的出口温度，可选择自然循环、太阳能热泵循环、太阳能+蒸发器热泵循环、蒸发器热泵循环来制取热水。通过选择运行模式，充分利用太阳能，达到节能，使用更加经济，降低了使用成本。它满足各种工况的运行条件，并且性能系数(COP)值显著增高。此热水器可采用分体+整体相结合的方式制造安装，集热器选用U型管集热器，便于与建筑一体化相结合。水箱、压缩机、蒸发器等可采用整体式设计，置于室内，便于安装，夏季具有制冷效果，冬季具有防止结霜效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明：

图1是本实用新型的结构示意图；

图中：1太阳能集热器，2太阳能光电池板，3膨胀罐，4蒸发器，5第一电磁阀，6减压阀，7第二电磁阀，8第三电磁阀，9压缩机，10四通换向阀，11水箱，12冷凝器，13第一毛细管，14第四电磁阀，15第五电磁阀，16第二毛细管，17干燥器，18过滤器，19过滤器，20干燥器，21过滤器，22过滤器，71温度传感器，72温度传感器，73温度传感器。

具体实施方式

如图1所示，该太阳能热泵热水器主要包括水箱11、太阳能集热器1、蒸发器4、压缩机9、冷凝器12。水箱11为承压水箱，冷凝器12置于水箱11内。太阳能集热器1采用U型管承压式太阳能集热器，便于与建筑一体化相结合。

蒸发器4的出气口经第一电磁阀5、四通换向阀10连接压缩机9的进气口。太阳能集热器1的出气口通过第二电磁阀7、减压阀6、四通换向阀10与压缩机9进气口连通。太阳能集热器出气口连通的管道上设有膨胀罐3。压缩机9的出气口经四通换向阀10连接冷凝器12的进气口。太阳能集热器1出气口经第三电磁阀8连接冷凝器12的进气口。冷凝器12的出口经第四电磁阀14、干燥器20、过滤器21、第一毛细管13、过滤器22连接蒸发器4的入口。冷凝器12的出口经第五电磁阀15、干燥器17、过滤器18、第二毛细管16、过滤器19连接太阳能集热器1的入口。

太阳能集热器1上设置有检测太阳能光照强度的太阳能光电池板2。温度传感器71、72、73分别设置在太阳能集热器1的出口处、蒸发器4出口处、水箱11内。温度传感器71、72、73及太阳能光电池板2均与主控制器的输入端电连接；主控制器连接并控制压缩机9开关及第一电磁阀5、第二电磁阀7、第三电磁阀8、第四电磁阀14、第五电磁阀15。

工作时，由太阳能光电池板2检测太阳光照强度，以电流信号输入到主控制器，通过检测电流信号的强弱初步判断太阳光照强度。然后根据检测到的水箱水温、太阳能集热器出口温度、蒸发器出口温度选择工作模式。其工作模式分为自然循环、太阳能热泵循环、太阳能+蒸发器热泵循环、蒸发器热泵独立循环。

自然循环：当通过检测太阳能光电池板2的电流强弱判断出太阳光照强度大，且温度传感器71检测太阳能集热器出口温度，并通过主控制器判定达到制冷剂工质蒸发温度，则第三电磁阀8开启，系统进入自然循环方式。此时太阳能集热器1吸收热量，加热其中的制冷剂工质，制冷剂工质通过第三电磁阀8到达冷凝器12，在水箱中放热，从而用来制取热水。换热后的制冷剂工质从冷凝器经第五电磁阀15、第二毛细管16回至太阳能集热器内，完成一个工作循环。如此反复循环直至加热整箱水。该循环过程中，主控制器控制第一电磁阀5、第二电磁阀7、第四电磁阀14关闭，压缩机9停机。该工作模式完全不耗电。

太阳能热泵循环：当通过判断出太阳光照强度变小以及太阳能集热器出口温度降低，无法采用自然循环制取热水时，则系统进入太阳能热泵循环方式。以太阳能集热器1做为蒸发器，通过太阳能集热器1吸取能量，加热其中的制冷剂工质，然后经第二电磁阀7、减压阀6、四通换向阀10进入压缩机9。此时压缩机处于开机状态，经压缩机9消耗电能做功，将制冷剂工质变为高温高压制冷剂气体，然后再经四通换向阀10进入冷凝器12，在水箱11中放热。换热后的制冷剂第五电磁阀15、经第二毛细管16变为常温常压制冷剂工质回到太阳能集热器1，完成一个工作循环，通过如此反复循环直至达到制取热水目的。该循环过程中，主控制器控制第一电磁阀5、第三电磁阀8、第四电磁阀14关闭。该工作模式耗电量很少。

太阳能+蒸发器热泵循环：当太阳光照强度及太阳能集热器出口温度继续降低，系统进入此循环模式。此时太阳能集热器1与蒸发器4都相当于蒸发器，两者同时吸收热量将制冷剂工质加热为气态。由于太阳能集热器吸热效果好，因此在太阳能集热器1输出的制冷剂工质与蒸发器4输出的制冷剂工质汇合前，先将太阳能集热器1输出的制冷剂工质减压，使其压力与蒸发器4输出的压力相似，达到共同压力送往压缩机9，减压阀6就是起到该减压作用的。压缩机处于开机状态，经压缩机9耗电做功后转换为高温高压制冷剂气体，进入冷凝器，与水箱内水换热提升水温后，转化为低温高压的制冷剂气体。然后一部分经第四电磁阀14、第一毛细管13节流后变为低温低压液态制冷剂重新回到蒸发器4，另一部分经第五电磁阀15、第二毛细管16回到太阳能集热器1中，完成一个工作循环。如此反复，即可将整箱水加热。该循环过程中，第三电磁阀8关闭。该工作模式的耗电量较太阳能热泵循环模式的耗电量大。

蒸发器热泵循环：当检测无太阳光照、集热器出口温度最低时，则系统进入蒸发器热泵循环模式。此时，利用蒸发器4吸取能量加热制冷剂工质，然后经第一电磁阀5、四通换向阀10进入压缩机9进口，压缩机处于开机状态，经压缩机9耗电做功，将制冷剂工质变为高温高压制冷剂气体。然后经四通换向阀10进入冷凝器12，在水箱11中放热后，经第四电磁阀14、第一毛细管13变为常温常压制冷剂工质回到蒸发器4，完成一个工作循环，如此往复循环即可实现制取热水的目的。该循环过程中，第二电磁阀7、第三电磁阀8、第五电磁阀15关闭。该工作模式较其他三种工作模式的耗电量最大。

其余未述技术为公知技术。

Claims (2)

1、一种太阳能热泵热水器，包括水箱、太阳能集热器、蒸发器、压缩机、冷凝器；所述的冷凝器置于水箱内；其特征是：所述的蒸发器的出气口经第一电磁阀、四通换向阀连接压缩机的进气口；所述的太阳能集热器的出气口通过第二电磁阀、减压阀、四通换向阀与压缩机进气口连通；太阳能集热器出气口连通的管道上设有膨胀罐；压缩机的出气口经四通换向阀连接冷凝器的进气口；太阳能集热器出气口经第三电磁阀连接冷凝器的进气口；冷凝器的出口经第四电磁阀、毛细管、干燥器、过滤器连接蒸发器的入口；冷凝器的出口经第五电磁阀、毛细管、干燥器、过滤器连接太阳能集热器的入口；太阳能集热器上设置有检测太阳能光照强度的太阳能光电池板；水箱内、太阳能集热器的出口处及蒸发器出口处均设有温度传感器；所述的各温度传感器及太阳能光电池板均与主控制器的输入端电连接；主控制器连接并控制压缩机开关及各电磁阀。

2、根据权利要求1所述的一种太阳能热泵热水器，其特征是：所述的太阳能集热器采用U型管承压式太阳能集热器。

Images