[發明專利]太陽能蓄熱地源熱泵供熱水系統

有效

• 申請號: 200910068803.X
• 申請日: 2009-05-11
• 公開（公告）號: CN101556082A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 李新國;李偉;王健;趙軍;管巧麗
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F24J2/00
• 分類號: F24J2/00;F24J2/30;F24J2/34;F24J2/40;F24J3/08;F25B30/06
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司
• 代理人: 董一寧

技術領域

本發明屬于太陽能與地源熱泵技術，具體涉及太陽能熱利用與地源熱泵相組合的供熱水系統。

背景技術

太陽能是一種清潔、可再生的能源。太陽能熱水器是吸收太陽熱輻射對水進行加熱的裝置。由于太陽能熱水系統在運行中受天氣的影響很大，其獨立應用存在間歇性、不穩定性和地區差異性，在太陽能應用中除利用集熱器將太陽能轉換成熱能外，應采取熱水保障系統(輔助加熱系統)和儲熱措施來確保太陽能熱水系統在全天候穩定供應熱水。地源熱泵是供暖空調的節能環保技術，目前應用十分廣泛。將太陽能與地源熱泵相結合應用于供熱水系統，是較為先進的能源組合利用方式。地源熱泵在北方地區夏季采用太陽能向地下土壤進行跨季節蓄熱，以提高秋、冬季節的地下土壤溫度，提高地源熱泵的制熱系數；同時在地源熱泵系統中利用相變材料進行蓄熱具有蓄能密度大，占用空間小，節省初投資及運行費用低等優點。以太陽能熱利用與含有相變蓄熱材料的地源熱泵結合起來進行供熱水，具有明顯的節能與環保效果和廣闊的應用前景。

發明內容

本發明的目的是，提供一種利用太陽能跨季節土壤蓄熱與含有相變蓄熱材料的地源熱泵相結合的輔助太陽能供熱水組合系統。

本發明采取的技術原理是：太陽能集熱器循環工質采用的是防凍液。利用太陽能集熱器吸收太陽熱輻射將集熱器中的防凍液加熱，然后送入換熱器與換熱器內低溫側的水進行換熱，防凍液回到集熱器中繼續吸收太陽輻射熱，構成工質(防凍液)閉路循環。在換熱器中與高溫防凍液換熱后的熱水先進入相變蓄熱器對其中的相變材料進行加熱(蓄熱)，然后熱水進入蓄熱水箱，即將熱能以潛熱方式蓄存于相變蓄熱器中，再以顯熱方式蓄存于蓄熱水箱中。自來水進入蓄熱水箱與“以顯熱方式蓄存于蓄熱水箱中的水”和來自于供熱水箱中的熱水進行混合，作為生活熱水提供給用戶。蓄熱水箱中的一部分水由水泵送回換熱器低溫側繼續吸收防凍液的熱量，構成循環。

當遇陰天或太陽輻射不足時，太陽能集熱器中防凍液的出口溫度低于換熱器水側進水溫度時，即防凍液吸收的熱量不足，不能用來對水加熱，與太陽能集熱器相連的電動閥關閉，防凍液停止循環。換熱器水側吸收相變蓄熱器中蓄存的潛熱，并與蓄熱水箱中的水以及流進該水箱的自來水混合作為生活熱水供給用戶使用。

蓄熱水箱中的熱量優先滿足用戶生活熱水的需要，在夏季水箱中的熱量在滿足生活熱水需要的同時還有富余時，第一個水泵和第二、第三個電動自動閥門開啟，熱水經水泵打入到地下埋管換熱器中，將此“多余的”的熱量蓄存，實現土壤跨季節蓄熱。如果夏季遭遇連續陰天或秋、冬、春季太陽輻射不足時，即蓄熱水箱的水溫不能滿足供熱水溫要求時，開啟熱泵機組，將供熱水箱中的水補充加熱至所需溫度后提供給用戶。

本發明在夏季或太陽輻射充足時進行地下蓄熱，可以提高春、秋、冬季熱泵機組熱源端(蒸發器)的溫度，提高其熱泵制熱系數，同時提高了供熱水溫度，實現無電輔助加熱。

附圖說明

附圖1為本發明系統結構原理圖。

具體實施方式

以下參考附圖并通過實施例對本發明的技術結構予以說明。太陽能蓄熱地源熱泵供熱水系統具有：太陽能集熱器、電動閥、換熱器、相變蓄熱器、水箱、水泵、工質泵、熱泵機組、地下埋管換熱器等。具體連接結構為：太陽能集熱器1上端工質出口與第一個電動閥3-1、工質泵2以及換熱器5工質側進口串接；太陽能集熱器1下端工質進口與換熱器5工質側出口連接，構成工質側的閉路循環。換熱器5水側出口與相變蓄熱器6和蓄熱水箱7的進口串接；換熱器5水側進口與第一個水泵4-1和蓄熱水箱7的出口串接，構成水側被加熱系統。自來水依次經過蓄熱水箱7、供熱水箱8和第二個水泵4-2送給用戶。地下埋管換熱器9的進水管經第四個水泵4-4、第二個電動閥3-2連接于蓄熱水箱7的下部；地下埋管換熱器9的出水管經第三個電動閥3-3亦接于蓄熱水箱7的下部，熱泵機組10的低溫熱源側出口經第四個電動閥3-4接于地下埋管換熱器9的進水管；熱泵機組10的低溫熱源側進口端經第五個電動閥3-5接于地下埋管換熱器9的出水管，熱泵機組10的供水管與供熱水箱8連接，熱泵機組10的回水管經第三個水泵4-3亦接于供熱水箱8，由此構成地源熱泵循環側。