本發(fā)明涉及熱泵供熱技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

北方地區(qū)冬季非常寒冷，需要供暖裝置提升室內(nèi)溫度，傳統(tǒng)的供暖設(shè)備大都采用燃煤供暖，這樣不僅會對礦物資源造成很大的浪費(fèi)，而且會造成空氣污染，因此，環(huán)保節(jié)能的熱泵供熱技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生?！盁岜谩笔且环N能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低位熱能，經(jīng)過電能做功，提供可被人們所用的高位熱能的裝置。

現(xiàn)有技術(shù)中家用的熱泵供暖設(shè)備通常為空氣源熱泵和地源熱泵。空氣源熱泵以無處不在的空氣中的能量作為主要動力，通過少量電能驅(qū)動壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)移，無需復(fù)雜的配置、昂貴的取水、回灌或者土壤換熱系統(tǒng)和專用機(jī)房，能夠逐步減少傳統(tǒng)采暖給大氣環(huán)境帶來的大量污染物排放，保證采暖功效的同時實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的有著使用成本低、易操作、采暖效果好、安全、干凈等多重優(yōu)勢。地下土壤中蘊(yùn)含著豐富的溫度資源，夏季地下土壤的溫度低于地上空間的溫度，冬季地下土壤的溫度高于地上空間的溫度。地溫?zé)岜霉┡夹g(shù)就是利用這種季節(jié)性溫度差，通過專門裝置在冬季將地下土壤的高溫資源轉(zhuǎn)提取上來，并通過地上室內(nèi)采暖末端，為室內(nèi)供暖。地源熱泵供暖不僅采暖范圍大，而且節(jié)能、環(huán)保、可再生、壽命長。

但是空氣源熱泵和地源熱泵均存在一些缺陷，空氣源熱泵在冬季室外溫度低的情況下，供熱效率會大幅度降低。地源熱泵供暖需要設(shè)置大量的基礎(chǔ)設(shè)施，且在溫度低的時候換熱效率低，受室外溫度影響較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中熱泵供熱效率降低的缺陷。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)，包括供熱單元、制冰單元和融冰單元；

所述供熱單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：壓縮機(jī)、冷凝器、膨脹閥、過冷卻器的第一流道，所述供熱單元的管路中通有制冷劑；

所述制冰單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：蓄冰槽、第一水泵、過冷卻器的第二流道；所述制冰單元的管路內(nèi)通有冷水；用于解除過冷的超聲波發(fā)生器設(shè)置在所述蓄冰槽內(nèi)，或設(shè)置在第二流道的出口與所述蓄冰槽的入口之間；

所述融冰單元包括太陽能集熱器和第二水泵；所述第二水泵將所述蓄冰槽中的水泵至所述太陽能集熱器加熱，加熱后的水通過集熱器回水管返回至所述蓄冰槽；

所述過冷卻器的第一流道和第二流道進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生過冷水。

其中，所述第一水泵與所述第二流道的入口之間設(shè)有冰晶過濾器。

其中，所述制冰單元中設(shè)有用于調(diào)節(jié)水的流量的流量調(diào)節(jié)閥。

其中，所述第二流道的出水管路延伸至所述蓄冰槽內(nèi)以形成出冰管路，所述出冰管路的末端向上折彎。

其中，在所述蓄冰槽內(nèi)，所述出冰管路的末端分為多條支路。

其中，在所述蓄冰槽內(nèi)，所述集熱器回水管的末端分為多條支路。

(三)有益效果

本發(fā)明提供的太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)，通過采用制冷劑與冷水直接換熱的方式制造過冷水，換熱效率高，設(shè)備初投資少。通過將過冷水制冰與太陽能化冰的過程相結(jié)合，將太陽能高效率地轉(zhuǎn)換為室內(nèi)空氣的熱能，提升室內(nèi)溫度，可以應(yīng)用在北方冬季集中供暖設(shè)備中，供熱效率高，成本低，且利用的是清潔能源，環(huán)保無污染。供熱過程中，不易受外界環(huán)境溫度影響，只要有太陽即可實現(xiàn)化冰過程，大大提高了供熱系統(tǒng)的供熱效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)示意圖；

圖2為圖1中的蓄冰槽結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1、壓縮機(jī)1；2、冷凝器；3、膨脹閥；4、過冷卻器；5、流量調(diào)節(jié)閥；6、電磁流量計；7、冰晶過濾器；8、第一水泵；9、蓄冰槽；10、超聲波發(fā)生器；11、第二水泵；12、太陽能集熱器；13、電磁閥；14、出冰管路；15、集熱器回水管；16、回水匯流排；17、出冰匯流排；18、冰水混合液18。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

圖1為本發(fā)明實施例中太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)示意圖；圖2為圖1中的蓄冰槽結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖1所示，本實施例提供一種太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)，包括供熱單元、制冰單元和融冰單元。

供熱單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：壓縮機(jī)1、冷凝器2、膨脹閥3、過冷卻器4的第一流道，供熱單元的管路中通有制冷劑。

供熱單元是利用制冷劑汽化時吸熱、冷凝時放熱的效應(yīng)來實現(xiàn)制冷的。當(dāng)制冷劑處在密閉容器中時，此容器中除了制冷劑及制冷劑本身所產(chǎn)生的蒸汽外，不存在其他任何氣體。制冷劑和制冷劑蒸汽將在某一壓力下達(dá)到平衡，此時的氣體稱為飽和蒸汽，壓力稱為飽和壓力，溫度稱為飽和溫度。達(dá)到平衡時制冷劑不再汽化，此時如果將一部分蒸汽從容器中抽走，液體制冷劑必然要繼續(xù)汽化產(chǎn)生一部分蒸汽來維持這一平衡。液體制冷劑汽化時要吸收熱量，此熱量稱為汽化潛熱。汽化潛熱來自被冷卻的對象，使被冷卻對象溫度降低。為了使這一過程連續(xù)進(jìn)行，就必須從容器中不斷地抽走蒸汽，當(dāng)蒸汽凝結(jié)成液態(tài)后再回到容器中去，如此循環(huán)即可不斷吸取被冷卻物質(zhì)的熱量，形成制冷循環(huán)。

本實施例中的壓縮機(jī)1將輸入的制冷劑壓縮后，形成高溫高壓的過熱蒸汽。壓縮機(jī)1與冷凝器2之間通過銅管連接，過熱蒸汽沿銅管形成的管路輸送至冷凝器2。冷凝器屬于換熱器的一種，能將內(nèi)部管子中的高溫物質(zhì)的熱量以很快的方式傳到管子附近的空氣中。冷凝器2放置在室內(nèi)，冷凝器2中設(shè)置有風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)的作用下，室內(nèi)空氣不斷流通，不斷與管子中的制冷劑進(jìn)行熱交換，冷凝器2工作過程是個放熱的過程，工作過程會提升室內(nèi)的溫度，實現(xiàn)室內(nèi)制熱的效果。高溫高壓的蒸汽通過冷凝器2后，熱量傳遞給環(huán)境中的空氣，溫度降低，形成中溫高壓的液態(tài)制冷劑，輸出至膨脹閥3。中溫高壓的液態(tài)制冷劑通過膨脹閥3的節(jié)流變?yōu)榈蜏氐蛪旱钠夯旌蠎B(tài)的制冷劑，輸出至過冷卻器4的第一流道，在第一流道內(nèi)的汽液混合態(tài)制冷劑與第二流道內(nèi)的冷水進(jìn)行換熱后，變?yōu)榈蜏氐蛪旱臍鈶B(tài)制冷劑，再被壓縮機(jī)1吸入后壓縮，變?yōu)楦邷馗邏旱恼羝?，完成一個循環(huán)。整個循環(huán)過程中，制冷劑不與外界的空氣接觸。

制冰單元包括通過管路順次連接以形成閉合回路的：蓄冰槽9、第一水泵8、過冷卻器4的第二流道。制冰單元的管路內(nèi)通有冷水；用于解除過冷的超聲波發(fā)生器10設(shè)置在蓄冰槽9內(nèi)，或設(shè)置在第二流道的出口與蓄冰槽9的入口之間。

制冰單元的原理是通過制造過冷水，再通過解過冷操作，使得過冷水產(chǎn)生晶核，進(jìn)而凝結(jié)為冰晶，生成冰漿，即流態(tài)冰。過冷水是在0℃以下仍然保持液態(tài)的冷水，因為水中缺少凝結(jié)核，液態(tài)水即使處于0℃以下，依然沒辦法凝結(jié)形成冰。過冷水是不穩(wěn)定的，只要水體中產(chǎn)生少許該物質(zhì)的晶核，便能誘發(fā)過冷水結(jié)晶，并使其溫度回升到凝固點(diǎn)，即過冷水通常處在亞穩(wěn)態(tài)，在微小擾動下就會很快轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)。

本發(fā)明中的制冰單元即利用解除過冷水的亞穩(wěn)態(tài)制冰。蓄冰槽9中儲存的是冰水混合物，既有由過冷水制得的冰晶，也有未結(jié)冰的0℃水。第一水泵8將蓄冰槽9中的水泵出后，通過管路輸送至過冷卻器4的第二流道，第一流道中流通的是低溫低壓的汽液混合態(tài)制冷劑，此時制冷劑吸收第二流道中0℃水的熱量，使第二流道中冷水的溫度繼續(xù)降低，此時由于0℃水中不含任何雜質(zhì)和冰晶，雖然水的溫度降低，但不會凝結(jié)出冰晶，進(jìn)而產(chǎn)生過冷水。過冷水由第二流道輸出至蓄冰槽9中。過冷水從第二流道的輸出口進(jìn)入蓄冰槽9之前，需要通過冷卻解除器進(jìn)行解過冷操作，即破壞過冷水的亞穩(wěn)態(tài)。例如，過冷卻解除器可以采用超聲波發(fā)生器10，可以是能產(chǎn)生高速氣流的裝置，或者能在過冷水流動過程中產(chǎn)生擾動的裝置。本實施例中采用超聲波發(fā)生器10，且設(shè)置在蓄冰槽9槽底。超聲波發(fā)生器10產(chǎn)生的超聲波使過冷水振動產(chǎn)生晶核，進(jìn)而使過冷水凝結(jié)生成冰漿并送入蓄冰槽9中。或者，超聲波發(fā)生器10也可設(shè)置在蓄冰槽9的內(nèi)部，對處于蓄冰槽9中的過冷水進(jìn)行解過冷。制冰單元的管路內(nèi)流通冷水，冷水流通過程中會有多種狀態(tài)，先變?yōu)檫^冷水，過冷水解過冷后變?yōu)楸鶟{進(jìn)入蓄冰槽9，在蓄冰槽9中冰水分離，冰通常飄在水面上層或懸浮在上層，在蓄冰槽9底部基本不含冰晶。第一水泵8從蓄冰槽9底部將分離后的水泵至第二流道，完成一次過冷水的制取流程。如此多次循環(huán)使蓄冰槽9中的冰得到積累，進(jìn)而儲存大量的冷能。過冷卻器4的第一流道和第二流道進(jìn)行熱交換的過程中，即產(chǎn)生過冷水。

融冰單元包括太陽能集熱器12、第二水泵11。第二水泵11將蓄冰槽9中的水泵至太陽能集熱器12加熱，太陽能集熱器12采用真空管式。加熱后的水返回至蓄冰槽9，由于此時的回水溫度高于0℃，回水放熱，冰吸熱融化，進(jìn)而將吸收的太陽能通過融冰過程存儲下來，再通過制冰循環(huán)中進(jìn)行的制冷劑與過冷水的熱交換，最終實現(xiàn)將收集的太陽能轉(zhuǎn)移至室內(nèi)空氣中，實現(xiàn)室內(nèi)制熱的目的。白天的時候太陽能集熱器12吸熱加熱集熱器內(nèi)的水，加熱后的水并不需要很高的溫度，通常10℃以下即可，這樣即使外界環(huán)境溫度較低時，也能保持較高的集熱效率。夜晚沒有太陽光的時候，制冰單元仍然可以繼續(xù)工作為室內(nèi)供熱，這樣即可將太陽能持續(xù)不斷地轉(zhuǎn)換為熱能，為室內(nèi)環(huán)境供熱。

本發(fā)明提供的太陽能冰源熱泵供熱系統(tǒng)，通過采用制冷劑與冷水直接換熱的方式制造過冷水，換熱效率高，設(shè)備初投資少。通過將過冷水制冰與太陽能化冰的過程相結(jié)合，將太陽能高效率地轉(zhuǎn)換為室內(nèi)的熱能，提升室內(nèi)溫度，可以應(yīng)用在北方冬季集中供暖設(shè)備中，供熱效率高，成本低，且利用的是清潔能源，環(huán)保無污染。供熱過程中，不易受外界環(huán)境溫度影響，只要有太陽即可實現(xiàn)化冰過程，大大提高了供熱系統(tǒng)的供熱效率。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，第一水泵8與第二流道的入口之間設(shè)有冰晶過濾器7。冰晶過濾器7通常與第一水泵8的出口處相連，用來過濾冷水中小冰晶，使得進(jìn)入第二流道的冷水中不含晶核，進(jìn)而保證過冷水的正常產(chǎn)生。第一水泵8需要將蓄冰槽9中的冷水泵至第二流道中，而蓄冰槽9中通常是冰水混合物，當(dāng)冰量較多時，會在蓄冰槽9的底層中也存在少量的小冰晶，在泵的吸力作用下，很容易進(jìn)入第二流道中，這樣在第二流道中就容易產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象，而設(shè)置冰晶過濾器7對進(jìn)入第二流道的冷水進(jìn)行過濾，即減小了冰堵發(fā)生的幾率，提高制冰效率。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，制冰單元中設(shè)有用于調(diào)節(jié)過冷水流量的流量調(diào)節(jié)閥5。例如，制冰期間，環(huán)境溫度的變化會影響制冷單元輸出的冷量，冷量的變化會影響過冷水的過冷度，通過設(shè)置流量調(diào)節(jié)閥5來對過冷水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。流量調(diào)節(jié)閥5設(shè)置在冷水進(jìn)入第二流道之前的管路中，流量調(diào)節(jié)閥5可以采用電動比例調(diào)節(jié)閥，通過調(diào)節(jié)電動比例調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)進(jìn)入第二流道的冷水的流量，用來保證產(chǎn)生的過冷水維持合適的過冷度，進(jìn)而能穩(wěn)定產(chǎn)生冰漿。還可以在制冰單元的管路中設(shè)置電磁流量計6，用來實時監(jiān)測通過的冷水的流量，方便控制。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，第二流道的出水管路延伸至蓄冰槽9內(nèi)以形成出冰管路14，出冰管路14的出口設(shè)有向上的折彎。如圖1中所示，出冰管路14有一個向上的折彎，目的是減緩進(jìn)入蓄冰槽9中冰漿的速度。冰漿在泵的作用下會產(chǎn)生較大的沖力，若出冰管路14豎直向下，冰漿在沖力作用下有可能直接沖至蓄冰槽9底部，再在第一泵的作用下流向第二流道，這樣既會導(dǎo)致第二流道發(fā)生冰堵現(xiàn)象，又浪費(fèi)了制造出來的冰晶，使得制冰效率下降。將出冰管路14設(shè)置向上的折彎，會很好地起到緩沖作用，降低冰漿向下的沖力，使得冰漿較緩慢地落入蓄冰槽9中，提高制冰效率。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，出冰管路14的末端包括多條支路，如圖2中所示。例如位于蓄冰槽9內(nèi)的出冰管路14的末端可制成出冰匯流排17，冰漿從出冰管路14輸出后，由出冰匯流排17進(jìn)行分流后落入蓄冰槽9中。由于蓄冰槽9體積通常比較大，通過出冰匯流排17對冰漿進(jìn)行分流后，能使冰漿更均勻地落入蓄冰槽9中，避免了大量的冰堆積在出冰管路14下，冰的流動性較差，很容易越積越高，當(dāng)累積至出冰管路14出口時，可能導(dǎo)致出冰管路14堵塞，設(shè)置出冰匯流排17即避免了這用情況的發(fā)生。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，太陽能集熱器12加熱后的水通過集熱器回水管15輸送至所述蓄冰槽9，所述集熱器回水管15延伸至蓄冰槽9內(nèi)，且末端包括多條支路。例如位于蓄冰槽9內(nèi)的集熱器回水管15的末端可制成回水匯流排16，如圖2中所示，熱水從集熱器回水管15輸出后，由回水匯流排16進(jìn)行分流后落入蓄冰槽9中。由于蓄冰槽9體積通常比較大，通過回水匯流排16對熱水進(jìn)行分流后，能使熱水均勻地分散在蓄冰槽9中，避免了熱水只聚集在某一處而降低化冰效率。另外。另外在太陽能集熱器到蓄冰槽的這段管路上，還可以設(shè)置電磁閥13，用來控制融冰單元管路的通斷，因為在夜晚，太陽能集熱器是不工作的，此時可以通過電磁閥切斷管路中水的流通，降低不必要的消耗。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。