一種復(fù)合冷熱源系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及空調(diào)領(lǐng)域，特別是一種空調(diào)所使用的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)，以及該復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法。所述復(fù)合冷熱源系統(tǒng)包括空氣源和太陽能源，所使用的設(shè)備包括壓縮機（1）、空氣散熱器（2）、中間桶（3）、換熱盤管（4）、太陽能集熱器水箱（5）和太陽能集熱器面板（6）。中間桶（3）底部設(shè)有換熱盤管（4），其中的水和太陽能集熱器水箱（5）中的水進行交換以存儲更多的熱量。本發(fā)明的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)可采用市場上容易采購的設(shè)備來實現(xiàn)，可減少熱交換器的使用，并防止熱水被二次污染。
【專利說明】一種復(fù)合冷熱源系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空調(diào)領(lǐng)域，特別是一種空調(diào)所使用的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)，以及該復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在空調(diào)系統(tǒng)領(lǐng)域，節(jié)約能源是大勢所趨。傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)依靠電力作為唯一的能源輸入，空調(diào)系統(tǒng)制冷時所產(chǎn)生的熱量被擴散入空氣中，即以空氣作為冷源。為了節(jié)約電力能源，現(xiàn)有技術(shù)中提出了多種采用多冷熱源構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)。例如，中國專利公開CN101988775A公開了一種同時利用了地源、空氣源和太陽能的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)，中國實用新型專利CN202869082U公開了一種太陽能熱泵與光電結(jié)合的復(fù)合系統(tǒng)。但是，現(xiàn)有技術(shù)中所公開的多源系統(tǒng)中，太陽能集熱器所產(chǎn)生的能源均為通過熱交換器來接入復(fù)合系統(tǒng)中，作為傳熱介質(zhì)的水在多種熱源之間循環(huán)。這種設(shè)計有兩個缺點:
[0003]一是目前常用的太陽能集熱器均附帶有一個容量有限的水箱，太陽能集熱器的集熱管(例如真空玻璃管)與水相中的水直接接觸并對其加熱。如果使用熱交換器將太陽能集熱器接入復(fù)合系統(tǒng)，則不僅需要至少一臺液-液熱交換器，還需要對現(xiàn)有的太陽能集熱器的結(jié)構(gòu)做出改變，將其圓柱形水箱更換為便于換熱介質(zhì)(一般為水)循環(huán)的設(shè)備，常為采用小而薄的水箱。如此，整套的空調(diào)系統(tǒng)不僅難以利用市場中廣泛銷售的現(xiàn)有產(chǎn)品，而且需要增加額外的設(shè)備，最終導(dǎo)致了產(chǎn)品成本的提升。太陽能集熱器水箱體積的縮小也直接導(dǎo)致了用戶可用熱水量的下降。
[0004]二是太陽能熱水器的循環(huán)水需要遍歷整個空調(diào)系統(tǒng)的水相管路，不僅導(dǎo)致水受到二次污染而不宜被直接作為熱水以供應(yīng)用戶，而且用戶在使用熱水時、特別是進行諸如沐浴等大量耗水的用途時，水箱管路的水量迅速減少，嚴重影響了換熱效率乃至空調(diào)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0005]另外，現(xiàn)有設(shè)計中，太陽能集熱器僅作為供熱源，而不具有儲熱功能，在夜晚條件下，一旦水箱中存儲的熱水耗盡，往往需要電加熱等手段來提供熱水，反而增加了電量的使用和能源的消耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合冷熱源系統(tǒng)需要特殊和額外設(shè)備、環(huán)境適應(yīng)能力差等缺點，本發(fā)明提出了一種新的空調(diào)系統(tǒng)所使用的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)，構(gòu)成所述復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的設(shè)備包括壓縮機(I)、空氣散熱器(2)、中間桶(3)、換熱盤管(4)、太陽能集熱器水箱(5)和太陽能集熱器面板(6)，
[0007]所述復(fù)合冷熱源系統(tǒng)包括制冷劑循環(huán)管路(7)和水循環(huán)管路(8)，
[0008]所述壓縮機(I)和換熱盤管(4)位于制冷劑循環(huán)管路(7)之上，壓縮機(I)與空氣散熱器(2)并聯(lián)，空氣散熱器(2)前后分別設(shè)置有制冷劑閥門I (10-1)和制冷劑閥門2(10-2)，壓縮機(I)與空氣散熱器(2)的并聯(lián)管路與制冷劑閥門3 (10-3)和換熱盤管(4)串聯(lián)，
[0009]所述換熱盤管(4)位于中間桶(3)底部，其高度不超過中間桶(3)高度的1/5，
[0010]所述中間桶(3)和太陽能集熱器水箱(5)依次位于水循環(huán)管路(8)之上，中間桶至上而下1/3高度處設(shè)有水閥門I (9-1)和水閥門(9-3)、中間桶自下而上1/3高度處設(shè)有水閥門2 (9-2)和水閥門4 (9-4)，水閥門I (9-1)和水閥門2 (9_2)所在管路合流后引入太陽能集熱器水箱(5)，水閥門3 (9-3)和水閥門4 (9-4)所在管路合流后引入太陽能集熱器水箱(5)，所述水循環(huán)管路(8)上還設(shè)置有水循環(huán)泵，
[0011]太陽能集熱器面板(6 )集熱管末端伸入太陽能集熱器水箱(5 )中，太陽能集熱器水箱(5)設(shè)有熱水出口，
[0012]中間桶(3)頂部設(shè)有冷水入口，中間桶(5)水位不低于中間桶高度的4/5，中間桶外部設(shè)有保溫隔熱層。
[0013]所述復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制分為白天和夜間兩種情況。
[0014]白天，太陽能集熱器提供大量熱源，并對太陽能集熱器水箱(5)中的水加熱。當太陽能集熱器水箱(5)的水達到設(shè)定溫度1^時，熱水流入中間桶(5)中以存儲熱能；當太陽能集熱器水箱(5)的水低于Tffi時，則關(guān)閉水循環(huán)管路的閥門，從而對太陽能集熱器水箱(5)中的水進行加熱。當流出壓縮機的制冷劑的溫度低于警告溫度I?時，制冷劑僅通過加熱盤管(4)散熱，從而對中間桶(3)底部的水進行加熱；當高于I?時，則僅通過空氣散熱器(2)對制冷劑降溫。
[0015]所述T高為75-90°C，優(yōu)選85°C;所述T低為35-45°C，優(yōu)選40°C。所述T警為35-45°C，優(yōu)選40°C。
[0016]其具體流程為:
[0017]①太陽能集熱器水箱(5)的水達到T高時，水閥門2 (9-2)和水閥門3 (9_3)打開、水閥門I (9-1)和水閥門4 (9-4)關(guān)閉，太陽能集熱器水箱(5)的熱水通過水閥門3 (9-3)被注入中間桶(3)的上部，中間桶(3)下部的冷水經(jīng)換熱盤管(4)預(yù)熱后通過水閥門2(9-2)返回太陽能集熱器水箱(5)而被加熱。如此，太陽能集熱器面板(6)所轉(zhuǎn)化的多余的熱量可被存儲于中間桶(3)中。
[0018]②當太陽能集熱器水箱(5)的水溫低于T低時，水閥門2 (9-2)和水閥門3 (9-3)關(guān)閉，以使太陽能集熱器水箱(5)水溫可維持在適宜的溫度。
[0019]③當流出壓縮機的制冷劑的溫度小于Τ?時，制冷劑閥門I (10-1)和制冷劑閥門2 (10-2)關(guān)閉、制冷劑閥門3 (10-3)打開，制冷劑通過制冷劑閥門3 (10_3)直接流入加熱盤管(4)，以對中間桶(3 )底部的水進行加熱。
[0020]④當流出壓縮機的制冷劑的溫度高于Τ?時，制冷劑閥門I (10-1)和制冷劑閥門2 (10-2)打開、制冷劑閥門3 (10-3)關(guān)閉，制冷劑攜帶的熱量通過空氣散熱器(3)擴散入空氣中。
[0021]夜間，當太陽能集熱器水箱(5)的水溫高于T’胃時，水閥門關(guān)閉以維持水箱水溫；隨著用戶使用熱水，太陽能集熱器水箱(5)水位下降、或水溫降低至T’ffi以下時，中間桶(3)存儲的熱水流入太陽能集熱器水箱(5 )中并供應(yīng)用戶使用。由于夏季夜間空調(diào)一般持續(xù)工作以對室內(nèi)降溫，故壓縮機產(chǎn)生的熱量可用于對中間桶(3)的水加熱。當流出壓縮機的制冷劑的溫度低于警告溫度I?時，制冷劑僅通過加熱盤管(4)散熱，從而對中間桶(3)底部的水進行加熱；當高于I?時，則僅通過空氣散熱器(2)對制冷劑降溫。
[0022]T’ 高為 50_60°C，優(yōu)選 55°C ;T’ 低為 35_45°C，優(yōu)選 45°C。
[0023]其具體流程為:
[0024]①當沒有熱水使用、或太陽能集熱器水箱(5)的水達到T’高時，水閥門I (9_1)、2(9-2),3 (9-3),4 (9-3)均關(guān)閉，以保證供給熱水維持較高的溫度，方便用戶進行沐浴等需要大量熱水的操作。
[0025]②當太陽能集熱器水箱(5)水位降至其最高水位的1/3時、或太陽能集熱器水箱
(5)的水溫低于T’低時，水閥門I (9-1)、4 (9-4)打開，水閥門2 (9-2),3 (9_3)關(guān)閉，被加熱盤管(4)加熱的水利用中間桶(3)內(nèi)熱對流上升至桶頂部、并通過水閥門I (9-1)流入太陽能集熱器水箱(5)中，而溫度低于T’ 的冷水則通過水閥門4 (9-4)直接流向加熱盤管(4)。如此，壓縮機輸出熱量用于對水進行加熱，以保證晚間用戶進行洗手等低水用量的操作。
[0026]③當中間桶(3)的液面降至其最高液面的4/5時，冷水通過冷水入口被注入中間桶(3)中，以保證水循環(huán)管路(8)中水的供應(yīng)。
[0027]④當流出壓縮機的制冷劑溫度小于1?時，制冷劑閥門I (10-1)和制冷劑閥門2(10-2)關(guān)閉、制冷劑閥門3 (10-3)打開，制冷劑通過制冷劑閥門3 (10-3)直接流入加熱盤管(4)，以對中間桶(3)底部的水進行加熱。
[0028]⑤當流出壓縮機的制冷劑溫度大于1?時，制冷劑閥門I (10-1)和制冷劑閥門2(10-2)打開、制冷劑閥門3 (10-3)關(guān)閉，制冷劑攜帶的熱量通過空氣散熱器(3)擴散入空氣中。
[0029]所述復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制的實現(xiàn)，是在中間桶(3)、太陽能集熱器水箱(5)和制冷劑循環(huán)管路(7)中設(shè)置溫度傳感器和/或水位傳感器，微電腦獲取溫度傳感器反饋的溫度和水位等信息，并據(jù)此控制閥門開閉和水循環(huán)方向。所使用的具體設(shè)備均為本領(lǐng)域十分普遍的控制設(shè)備，此處不再贅述。
[0030]本發(fā)明所涉及的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)能達到如下的有益效果:
[0031]1.太陽能熱源的利用可采用市場易于購買的太陽能熱水器，唯一的改動僅是在其水箱上增加一個出水口，可以最大限度地利用市售設(shè)備實現(xiàn)本發(fā)明。
[0032]2.通過中間桶既實現(xiàn)了太陽能熱源的存儲，又將壓縮機帶來的熱量轉(zhuǎn)換為水熱量，提高了熱量存儲量。中間桶底部設(shè)置加熱盤管，可利用桶中冷熱水自循環(huán)實現(xiàn)熱量擴散，從而省去了熱交換器。如此，不僅可節(jié)約大量設(shè)備成本，也降低了整套系統(tǒng)復(fù)雜程度、便于系統(tǒng)的安裝和維護。
[0033]3.水循環(huán)管路形成一段封閉且長度有限的循環(huán)管路，防止了水相經(jīng)過復(fù)雜的環(huán)境而被二次污染，保證了用戶的用水安全。
[0034]4.充分利用了空調(diào)壓縮機產(chǎn)生的熱量，從而省去了原有設(shè)計中水相內(nèi)必不可少的電加熱設(shè)備，在降低成本的同時提高了系統(tǒng)安全性和可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1為本發(fā)明的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0036]其中:1、壓縮機；2、空氣散熱器、3、中間桶、4、換熱盤管、5、太陽能集熱器水箱；6、太陽能集熱器面板-J.水循環(huán)管路；8、制冷劑循環(huán)管路；9-1、水閥門I ;9-2、水閥門2 ;9-3、水閥門3 ;9-4、水閥門4 ;10-1、制冷劑閥門I ;10-2、制冷劑閥門2 ;10_3、制冷劑閥門3.
[0037]中間桶頂部設(shè)有冷水入口，太陽能集熱器水箱上設(shè)有熱水出口。中間桶液面以虛線表示。

【具體實施方式】
[0038]下面通過實施例進一步說明本復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法。
[0039]參見圖1:
[0040]白天時:
[0041]1.太陽能集熱器水箱的水達到85°C時，水閥門2和3打開、水閥門I和4關(guān)閉，太陽能集熱器水箱的熱水通過水閥門3被注入中間桶的上部，中間桶下部的冷水經(jīng)換熱盤管預(yù)熱后通過水閥門2返回太陽能集熱器水箱而被加熱。
[0042]2.當太陽能集熱器水箱的水溫低于40°C時，水閥門2和3關(guān)閉，以使太陽能集熱器水箱水溫可維持在適宜的溫度。
[0043]3.當流出壓縮機的制冷劑的溫度小于40°C時，制冷劑閥門I和2關(guān)閉、制冷劑閥門3打開，制冷劑通過制冷劑閥門3直接流入加熱盤管，以對中間桶底部的水進行加熱。
[0044]4.當流出壓縮機的制冷劑的溫度高于40°C時，制冷劑閥門I和制冷劑閥門2打開、制冷劑閥門3關(guān)閉，制冷劑攜帶的熱量通過空氣散熱器擴散入空氣中。
[0045]夜晚時，
[0046]1.當沒有熱水使用、或太陽能集熱器水箱的水達到55°C時，水閥門1-4均關(guān)閉，以保證供給熱水維持較高的溫度。
[0047]2.當太陽能集熱器水箱水位降至其最高水位的1/3時、或太陽能集熱器水箱的水溫低于45°C時，水閥門1、4打開，水閥門2、3關(guān)閉，被加熱盤管加熱的水利用中間桶內(nèi)熱對流上升至桶頂部、并通過水閥門I流入太陽能集熱器水箱中，而溫度低于T’ffi的冷水則通過水閥門4直接流向加熱盤管。
[0048]3.當中間桶的液面降至其最高液面的4/5時，冷水通過冷水入口被注入中間桶中，以保證水循環(huán)管路中水的供應(yīng)。
[0049]4.當流出壓縮機的制冷劑溫度小于40°C時，制冷劑閥門I和制冷劑閥門2關(guān)閉、制冷劑閥門3打開，制冷劑通過制冷劑閥門3直接流入加熱盤管，以對中間桶底部的水進行加熱。
[0050]5.當流出壓縮機的制冷劑溫度大于40°C時，制冷劑閥門I和制冷劑閥門2打開、制冷劑閥門3關(guān)閉，制冷劑攜帶的熱量通過空氣散熱器擴散入空氣中。
[0051]以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，對于本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合冷熱源系統(tǒng)，其特征在于，構(gòu)成所述復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的設(shè)備包括壓縮機(I)、空氣散熱器(2)、中間桶(3)、換熱盤管(4)、太陽能集熱器水箱(5)和太陽能集熱器面板(6 ), 所述復(fù)合冷熱源系統(tǒng)包括制冷劑循環(huán)管路(7 )和水循環(huán)管路(8 )， 所述壓縮機(I)和換熱盤管(4)位于制冷劑循環(huán)管路(7)之上，壓縮機(I)與空氣散熱器(2)并聯(lián)，空氣散熱器(2)前后分別設(shè)置有制冷劑閥門I (10-1)和制冷劑閥門2 (10-2)，壓縮機(I)與空氣散熱器(2)的并聯(lián)管路與制冷劑閥門3 (10-3)和換熱盤管(4)串聯(lián)， 所述換熱盤管(4)位于中間桶(3)底部，其高度不超過中間桶(3)高度的1/5， 所述中間桶(3)和太陽能集熱器水箱(5)依次位于水循環(huán)管路(8)之上，中間桶至上而下1/3高度處設(shè)有水閥門I (9-1)和水閥門(9-3)、中間桶自下而上1/3高度處設(shè)有水閥門2(9-2)和水閥門4 (9-4)，水閥門I (9-1)和水閥門2 (9_2)所在管路合流后引入太陽能集熱器水箱(5)，水閥門3 (9-3)和水閥門4 (9-4)所在管路合流后引入太陽能集熱器水箱(5)，所述水循環(huán)管路(8)上還設(shè)置有水循環(huán)泵， 太陽能集熱器面板(6 )集熱管末端伸入太陽能集熱器水箱(5 )中，太陽能集熱器水箱(5)設(shè)有熱水出口， 中間桶(3)頂部設(shè)有冷水入口，中間桶(5)水位不低于中間桶高度的4/5，中間桶外部設(shè)有保溫隔熱層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法根據(jù)白天和夜晚采取不同的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法白天采取的步驟為: ①太陽能集熱器水箱(5)的水達到1^時，水閥門2(9-2)和水閥門3 (9-3)打開、水閥門I (9-1)和水閥門4 (9-4)關(guān)閉，太陽能集熱器水箱(5)的熱水通過水閥門3 (9_3)被注入中間桶(3)的上部，中間桶(3)下部的冷水經(jīng)換熱盤管(4)預(yù)熱后通過水閥門2 (9-2)返回太陽能集熱器水箱(5)而被加熱； ②當太陽能集熱器水箱(5)的水溫低于1^時，水閥門2(9-2)和水閥門3 (9-3)關(guān)閉； ③當流出壓縮機的制冷劑的溫度小于Τ?時，制冷劑閥門I(10-1)和制冷劑閥門2(10-2)關(guān)閉、制冷劑閥門3 (10-3)打開，制冷劑通過制冷劑閥門3 (10-3)直接流入加熱盤管(4)，以對中間桶(3)底部的水進行加熱； ④當流出壓縮機的制冷劑的溫度高于Τ?時，制冷劑閥門I(10-1)和制冷劑閥門2(10-2)打開、制冷劑閥門3 (10-3)關(guān)閉，制冷劑攜帶的熱量通過空氣散熱器(3)擴散入空氣中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述控制方法晚上采取的步驟為: ①當沒有熱水使用、或太陽能集熱器水箱(5)的水達到T’^時，水閥門I(9-1)、2(9-2)、3(9-3),4 (9-3)均關(guān)閉； ②當太陽能集熱器水箱(5)水位降至其最高水位的1/3時、或太陽能集熱器水箱(5)的水溫低于T’低時，水閥門I (9-1)、4 (9-4)打開，水閥門2 (9-2),3 (9_3)關(guān)閉，被加熱盤管(4)加熱的水利用中間桶(3)內(nèi)熱對流上升至桶頂部、并通過水閥門I (9-1)流入太陽能集熱器水箱(5)中，而溫度低于T’ 的冷水則通過水閥門4 (9-4)直接流向加熱盤管(4)；③當中間桶(3)的液面降至其最高液面的4/5時，冷水通過冷水入口被注入中間桶(3)中； ④當流出壓縮機的制冷劑溫度小于！》時，制冷劑閥門1(10-1)和制冷劑閥門2(10-2)關(guān)閉、制冷劑閥門3 (10-3)打開，制冷劑通過制冷劑閥門3 (10-3)直接流入加熱盤管(4)，以對中間桶(3)底部的水進行加熱；⑤當流出壓縮機的制冷劑溫度大于！》時，制冷劑閥門1(10-1)和制冷劑閥門2(10-2)打開、制冷劑閥門3 (10-3)關(guān)閉，制冷劑攜帶的熱量通過空氣散熱器(3)擴散入空氣中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述1^為75-90 0C，優(yōu)選 85 0C，所述 T 低為 35-45 °C，優(yōu)選 40 °C。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的復(fù)合冷熱源系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述I?為35-45°C，優(yōu)選 40°C。
【文檔編號】F25B29/00GK104515321SQ201310446789
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】陳廷敏, 王學(xué)峰, 趙寶山, 張孝德, 邱斌 申請人:寧夏銀晨太陽能科技有限公司