专利摘要

本发明是一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统及其控制方法，所述系统包括喷气增焓压缩机、四通换向阀、气液分离器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、室内换热器、室外换热器、热水箱、电加热器和相关的阀门，其特点是，还包括蓄热器、太阳能集热器。在冬季环境温度低于切换温度时，通过蓄热器将太阳能和空气源热泵耦合起来，当蓄热器的热量不足时，启动热泵蓄热过程。在其它季节时将太阳能直接用于制热水，从而充分发挥了太阳能的优势。本发明将蓄热器作为喷气支路的辅助热源，可大幅增加喷气路制冷剂的质量流量和机组的制热量，使机组在环境温度很低（如低于‑20℃）时依然稳定运行。同时也能很好的解决机组结霜除霜的问题。

权利要求

1.一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统，所述系统包括喷气增焓压缩机（1）、四通换向阀（2）、室内换热器（3）、第一电子膨胀阀（6）、第二电子膨胀阀（23）、室外换热器（24）和气液分离器（25），其特征在于，还包括蓄热器（4）、太阳能集热器（15）、热水箱（17）、第一电磁阀（10）、第二电磁阀（13）、第三电磁阀（18）、第四电磁阀（20）、第一管路（7）、第二管路（11）、第三管路（12）、第四管路（19）、第五管路（21）和第六管路（22），蓄热器（4）内含有第一螺旋盘管（5）、第二螺旋盘管（8）和第三螺旋盘管（9）并充有相变蓄热材料，太阳能集热器（15）位于热水箱（17）的下面，热水箱（17）内含有换热盘管（14）和电加热器（16），喷气增焓压缩机（1）的排气口与四通换向阀（2）的第一通孔连通，四通换向阀（2）的第二通孔与室内换热器（3）的入口端连通，室内换热器（3）的出口端同时与第一管路（7）的入口端和蓄热器（4）内第二螺旋盘管（8）的入口端连通，第一管路（7）的出口端与蓄热器（4）内第一螺旋盘管（5）的入口端连通，第一电子膨胀阀（6）设置在第一管路（7）上，第一螺旋盘管（5）的出口端与喷气增焓压缩机（1）的喷气口连通，第二螺旋盘管（8）的出口端与第六管路（22）的入口端连通，第六管路（22）的出口端与室外换热器（24）的入口端连通，第二电子膨胀阀（23）设置在第六管路（22）上，室外换热器（24）的出口端与四通换向阀（2）的第三通孔连通，四通换向阀（2）的第四通孔与气液分离器（25）的入口端连通，气液分离器（25）的出口端与喷气增焓压缩机（1）的吸气口连通，蓄热器（4）内第三螺旋盘管（9）的出口端与第二管路（11）的入口端连通，第二管路（11）的出口端同时与第三管路（12）的入口端和太阳能集热器（15）的入口端连通，第一电磁阀（10）设置在第二管路（11）上，第三管路（12）的出口端与热水箱（17）内换热盘管（14）的入口端连通，第二电磁阀（13）设置在第三管路（12）上，换热盘管（14）的出口端与第四管路（19）的入口端连通，第四管路（19）的出口端同时与第五管路（21）的入口端和太阳能集热器（15）的出口端连通，第三电磁阀（18）设置在第四管路（19）上，第五管路（21）的出口端与蓄热器（4）内第三螺旋盘管（9）的入口端连通，第四电磁阀（20）设置在第五管路（21）上。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统，其特征在于，所述蓄热器（4）中相变蓄热材料的相变温度在10-25℃之间。

3.根据权利要求1所述的一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统，其特征在于，所述系统的控制方法为：

1）制热控制：

a.当室外空气温度高于第一切换温度，第一切换温度在-5℃~0℃之间取值时，对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀（6）关闭，第二电子膨胀阀（23）正常动作；对于太阳能集热器侧，第二电磁阀（13）和第三电磁阀（18）打开，第一电磁阀（10）和第二电磁阀（20）关闭；

当太阳能不足时，启动电加热器（16），与太阳能联合或单独制热水；

b.当室外空气温度在第一切换温度与第二切换温度，第二切换温度在-20℃~-15℃之间取值时，对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀（6）和第二电子膨胀阀（23）正常动作；对于太阳能集热器侧，第一电磁阀（10）和第二电磁阀（20）打开，第二电磁阀（13）和第三电磁阀（18）关闭，由电加热器（16）负责制热水；

c.当室外空气温度低于所述第二切换温度时，对于空气源热泵侧，当室内温度低于设定值1℃，时，机组启动供热过程，第一电子膨胀阀（6）和第二电子膨胀阀（23）正常动作，室内换热器（3）的风机正常运转，该过程蓄热器（4）放热，室内温度上升，当室内温度高于设定值1℃时，机组启动蓄热过程，第一电子膨胀阀（6）和室内换热器（3）的风机关闭，第二电子膨胀阀（23）正常动作，该过程蓄热器（4）蓄热，室内温度下降，当室内温度低于设定值1℃时，机组又切换为供热过程；对于太阳能集热器侧，第一电磁阀（10）和第二电磁阀（20）打开，第二电磁阀（13）和第三电磁阀（18）关闭，由电加热器（16）负责制热水；

2）制冷控制：对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀（6）正常动作，第二电子膨胀阀（23）全开，对于太阳能集热器侧，第一电磁阀（10）和第四电磁阀（20）关闭，第二电磁阀（13）和第三电磁阀（18）打开，当太阳能不足时，启动电加热器（16），与太阳能联合或单独制热水。

说明书

技术领域

本发明涉及供热领域，是一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统及其控制方法。

背景技术

空气源热泵在低温环境（如低于-5℃）运行时由于压缩机压缩比的增加，会导致排气温度过高，制热效果变差，机组的能效比会大大降低，排气温度升高，可靠性变差，而且环境温度越低，这一问题愈严重，同时还伴随着机组结霜除霜的问题。传统的喷气增焓及双级压缩技术对改善机组低温下的制热性能有一定作用，但当室外温度很低时（如低于-20℃），机组仍然无法有效运行。

传统的逆循环除霜技术在除霜时系统由制热循环变为制冷循环，不仅不供热，还要从室内吸热用于除霜，致使室温下降剧烈（约下降5-8℃），严重影响室内舒适性，而且系统运行不稳定，可靠性差。因此，空气源热泵的结霜除霜问题成为了制约其高效运行的一个瓶颈，有待于解决。

太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，其利用一直是备受青睐。在供热领域，将太阳能和空气源热泵结合起来是一种利用太阳能的有效技术手段，但是冬季太阳辐射强度较弱，在低温下的集热效率较低，且集热器只在冬季使用，导致集热器的经济性不好。

发明内容

本发明的目的是提出一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统及其控制方法，旨在改善机组在低温下的制热性能，解决机组结霜除霜问题，提高集热器的利用效率和经济性。

本发明的目的是由以下技术方案来是实现的：一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统，所述系统包括喷气增焓压缩机1、四通换向阀2、室内换热器3、第一电子膨胀阀6、第二电子膨胀阀23、室外换热器24和气液分离器25，其特征在于，还包括蓄热器4、太阳能集热器15、热水箱17、第一电磁阀10、第二电磁阀13、第三电磁阀18、第四电磁阀20、第一管路7、第二管路11、第三管路12、第四管路19、第五管路21和第六管路22，蓄热器4内含有第一螺旋盘管5、第二螺旋盘管8和第三螺旋盘管9并充有相变蓄热材料，太阳能集热器15位于热水箱17的下面，热水箱17内含有换热盘管14和电加热器16，喷气增焓压缩机1的排气口与四通换向阀2的第一通孔连通，四通换向阀2的第二通孔与室内换热器3的入口端连通，室内换热器3的出口端同时与第一管路7的入口端和蓄热器4内第二螺旋盘管8的入口端连通，第一管路7的出口端与蓄热器4内第一螺旋盘管5的入口端连通，第一电子膨胀阀6设置在第一管路7上，第一螺旋盘管5的出口端与喷气增焓压缩机1的喷气口连通，第二螺旋盘管8的出口端与第六管路22的入口端连通，第六管路22的出口端与室外换热器24的入口端连通，第二电子膨胀阀23设置在第六管路22上，室外换热器24的出口端与四通换向阀2的第三通孔连通，四通换向阀2的第四通孔与气液分离器25的入口端连通，气液分离器25的出口端与喷气增焓压缩机1的吸气口连通，蓄热器4内第三螺旋盘管9的出口端与第二管路11的入口端连通，第二管路11的出口端同时与第三管路12的入口端和太阳能集热器15的入口端连通，第一电磁阀10设置在第二管路11上，第三管路12的出口端与热水箱17内换热盘管14的入口端连通，第二电磁阀13设置在第三管路12上，换热盘管14的出口端与第四管路19的入口端连通，第四管路19的出口端同时与第五管路21的入口端和太阳能集热器15的出口端连通，第三电磁阀18设置在第四管路19上，第五管路21的出口端与蓄热器4内第三螺旋盘管9的入口端连通，第四电磁阀20设置在第五管路21上。

所述蓄热器4中相变蓄热材料的相变温度在10-25℃之间。

所述系统的控制方法为：

1）制热控制：

a.当室外空气温度高于第一切换温度，第一切换温度在-5℃~0℃之间取值时，对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀6关闭，第二电子膨胀阀23正常动作；对于太阳能集热器侧，第二电磁阀13和第三电磁阀18打开，第一电磁阀10和第二电磁阀20关闭，当太阳能不足时，启动电加热器16，与太阳能联合或单独制热水；

b.当室外空气温度在第一切换温度与第二切换温度，第二切换温度在-20℃~-15℃之间取值时，对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀6和第二电子膨胀阀23正常动作；对于太阳能集热器侧，第一电磁阀10和第二电磁阀20打开，第二电磁阀13和第三电磁阀18关闭，由电加热器16负责制热水；

c.当室外空气温度低于所述第二切换温度时，对于空气源热泵侧，当室内温度低于设定值1℃，时，机组启动供热过程，第一电子膨胀阀6和第二电子膨胀阀23正常动作，室内换热器3的风机正常运转，该过程蓄热器4放热，室内温度上升，当室内温度高于设定值1℃时，机组启动蓄热过程，第一电子膨胀阀6和室内换热器3的风机关闭，第二电子膨胀阀23正常动作，该过程蓄热器4蓄热，室内温度下降，当室内温度低于设定值1℃时，机组又切换为供热过程；对于太阳能集热器侧，第一电磁阀10和第二电磁阀20打开，第二电磁阀13和第三电磁阀18关闭，由电加热器16负责制热水；

2）制冷控制：对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀6正常动作，第二电子膨胀阀23全开，对于太阳能集热器侧，第一电磁阀10和第四电磁阀20关闭，第二电磁阀13和第三电磁阀18打开，当太阳能不足时，启动电加热器16，与太阳能联合或单独制热水。

本发明的有益效果如下：

（1）用于制热使用时，蓄热器的设置可增加喷气支路的流量，大幅提高制热量和制热能效，对排气的冷却效果更好，使机组在环境温度很低（如低于-20℃）时依然稳定运行；特别适用我国北方冬季制热使用；

（2）集热器在冬季只需要集热到10-25℃，可大幅提升集热效率；夏季因太阳辐射较强，直接集热到所需的热水温度，如此可保证集热器全年使用，且冬夏均有较高的集热效率，经济性显著提高；

（3）太阳能集热系统和热泵系统相互独立，互不干扰，二者通过蓄热耦合起来，蓄热器蓄放热时间短，所需容积小，成本低，易于加工制作；

（4）除霜时除霜速度快，室内温度下降少，舒适性大大提高，同时机组运行稳定，除霜彻底。

附图说明

图1是本发明的一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统结构示意图。

具体实施方式

参照图1，一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统，所述系统包括喷气增焓压缩机1、四通换向阀2、室内换热器3、第一电子膨胀阀6、第二电子膨胀阀23、室外换热器24和气液分离器25，其特征在于，还包括蓄热器4、太阳能集热器15、热水箱17、第一电磁阀10、第二电磁阀13、第三电磁阀18、第四电磁阀20、第一管路7、第二管路11、第三管路12、第四管路19、第五管路21和第六管路22，蓄热器4内含有第一螺旋盘管5、第二螺旋盘管8和第三螺旋盘管9并充有相变蓄热材料，太阳能集热器15位于热水箱17的下面，热水箱17内含有换热盘管14和电加热器16，喷气增焓压缩机1的排气口与四通换向阀2的第一通孔连通，四通换向阀2的第二通孔与室内换热器3的入口端连通，室内换热器3的出口端同时与第一管路7的入口端和蓄热器4内第二螺旋盘管8的入口端连通，第一管路7的出口端与蓄热器4内第一螺旋盘管5的入口端连通，第一电子膨胀阀6设置在第一管路7上，第一螺旋盘管5的出口端与喷气增焓压缩机1的喷气口连通，第二螺旋盘管8的出口端与第六管路22的入口端连通，第六管路22的出口端与室外换热器24的入口端连通，第二电子膨胀阀23设置在第六管路22上，室外换热器24的出口端与四通换向阀2的第三通孔连通，四通换向阀2的第四通孔与气液分离器25的入口端连通，气液分离器25的出口端与喷气增焓压缩机1的吸气口连通，蓄热器4内第三螺旋盘管9的出口端与第二管路11的入口端连通，第二管路11的出口端同时与第三管路12的入口端和太阳能集热器15的入口端连通，第一电磁阀10设置在第二管路11上，第三管路12的出口端与热水箱17内换热盘管14的入口端连通，第二电磁阀13设置在第三管路12上，换热盘管14的出口端与第四管路19的入口端连通，第四管路19的出口端同时与第五管路21的入口端和太阳能集热器15的出口端连通，第三电磁阀18设置在第四管路19上，第五管路21的出口端与蓄热器4内第三螺旋盘管9的入口端连通，第四电磁阀20设置在第五管路21上。所述蓄热器4中相变蓄热材料的相变温度在10-25℃之间。

根据图1提供的一种蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统，所述系统的控制方法为：

1）制热控制，适用于寒冷的冬季制热使用：

a.当室外空气温度高于第一切换温度，第一切换温度在-5℃~0℃之间取值时，对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀6关闭，第二电子膨胀阀23正常动作，制冷剂的流程如下：从喷气增焓压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2进到室内换热器3中冷凝放热，实现向室内的供热，出来的制冷剂进到蓄热器4中过冷，将热量通过第二螺旋盘管8传递给相变蓄热材料储存起来，过冷后的制冷剂被第二电子膨胀阀23节流变成低温低压的液体，进到室外换热器24中吸收空气中的热量蒸发变成气体后经四通换向阀2、气液分离器25回到喷气增焓压缩机1的吸气口；对于太阳能集热器侧，第二电磁阀13和第三电磁阀18打开，第一电磁阀10和第二电磁阀20关闭，制冷剂的流程如下；从太阳能集热器15出来的高温气体制冷剂经第二电磁阀13进到热水箱17中冷凝放热，放出的热量通过换热盘管14被水吸收，之后变成液体经第三电磁阀18回到太阳能集热器15中继续被加热。该过程若出现太阳能不足，制取的热水不够时，则启动电加热器16，与太阳能联合制热水；

b.当室外空气温度在第一切换温度和第二切换温度，第二切换温度在-20℃~-15℃之间取值之间时，对于空气源热泵侧，第一电子膨胀阀6和第二电子膨胀阀23正常动作，制冷剂的流程如下：从喷气增焓压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2进到室内换热器3中冷凝放热，实现向室内的供热，出来的制冷剂分为两路，一路进到蓄热器4中过冷，将热量通过第二螺旋盘管8传递给相变蓄热材料储存起来，过冷后的制冷剂被第二电子膨胀阀23节流变成低温低压的液体，进到室外换热器24中吸收空气中的热量蒸发变成气体后经四通换向阀2、气液分离器25回到喷气增焓压缩机1的吸气口；另一路制冷剂被第一电子膨胀阀6节流变成低温低压的液体进到蓄热器4中，通过第一螺旋盘管5吸收相变蓄热材料中的热量蒸发变成气体后进到喷气增焓压缩机1的喷气口。对于太阳能集热器侧，控制方法如下，第一电磁阀10和第四电磁阀20打开，第二电磁阀13和第三电磁阀18关闭，制冷剂的流程如下：从太阳能集热器15出来的高温气体制冷剂经第一电磁阀10进到蓄热器4中冷凝放热，放出的热量通过第三螺旋盘管9传递给相变蓄热材料储存起来，出来的液态制冷剂经第四电磁阀20进到太阳能集热器15中继续被加热，热水箱中的热水由电加热器16制得；

c.当室外空气温度低于所述第二切换温度时，对于空气源热泵侧，当室内温度低于设定值1℃，如20℃（若设定值为21℃）时，机组启动供热过程，第一电子膨胀阀6和第二电子膨胀阀23正常动作，室内换热器3的风机正常运转，制冷剂的流程如下：从喷气增焓压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2进到室内换热器3中冷凝放热，实现向室内的供热，出来的制冷剂分为两路，一路进到蓄热器4中过冷，将热量通过第二螺旋盘管8传递给相变蓄热材料储存起来，过冷后的制冷剂被第二电子膨胀阀23节流变成低温低压的液体，进到室外换热器24中吸收空气中的热量蒸发变成气体后经四通换向阀2、气液分离器25回到喷气增焓压缩机1的吸气口；另一路制冷剂被第一电子膨胀阀6节流变成低温低压的液体进到蓄热器4中，通过第一螺旋盘管5吸收相变蓄热材料中的热量蒸发变成气体后进到喷气增焓压缩机1的喷气口，该过程蓄热器4放热，室内温度会上升；当室内温度高于设定值1℃，即22℃时，机组启动蓄热过程，第一电子膨胀阀6和室内换热器3的风机关闭，第二电子膨胀阀23正常动作，制冷剂的流程如下：从喷气增焓压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2、室内换热器3进到蓄热器4中冷凝放热，放出的热量通过第二螺旋盘管8传递给相变蓄热材料储存起来，出来的制冷剂被第二电子膨胀阀23节流变成低温低压的液体，进到室外换热器24中吸收空气中的热量蒸发变成气体后经四通换向阀2、气液分离器25回到喷气增焓压缩机1的吸气口，该过程蓄热器4蓄热，室内温度会下降，当室内温度低于设定值1℃，即20℃时，机组又切换为供热过程，至此完成了一个供热和蓄热循环。对于太阳能集热器侧，控制方法如下，第一电磁阀10和第四电磁阀20打开，第二电磁阀13和第三电磁阀18关闭，制冷剂的流程如下：从太阳能集热器15出来的高温气体制冷剂经第一电磁阀10进到蓄热器4中冷凝放热，放出的热量通过第三螺旋盘管9传递给相变蓄热材料储存起来，出来的液态制冷剂经第四电磁阀20进到太阳能集热器15中继续被加热。热水箱中的热水由电加热器16制得。

本发明在室外空气温度高于第一切换温度时无需启动喷气增焓支路，通过单级运行即可满足制热需求，此时的蓄热器4充当过冷器的作用，将机组多余的制热量储存在相变蓄热材料中，等到室外温度低于第一切换温度时再释放出来作为喷气支路的辅助热源，这样可实现能量的转移，系统更加节能；在室外空气温度低于第二切换温度时，由于蓄热器4内的压力为中间压力，这样在蓄热过程中压缩机的压缩比会大大降低。而在供热过程中，蓄热器4作为喷气路的辅助热源，由于其温度高，热量充足，可大幅增加喷气路制冷剂的质量流量，从而能够起到很好的冷却排气的作用，使机组在环境温度很低（如低于-20℃）时依然能稳定运行。而且在有太阳能时，机组的制热量还会大幅增加。

本发明中的喷气增焓压缩机1还可以和变频技术相结合，通过变频让机组在供热和蓄热工况下高频运行，这样不仅能大幅提高机组在低温下的制热量，还能缩短蓄热时间，进一步提高室内的舒适性，提高系统的能效比。

本发明中蓄热器的设置增加了喷气流量，提高了对压缩机排气冷却的效果，可应用到-30℃的低温环境下。

除霜运行时，第一电子膨胀阀6和室内换热器3的风机关闭，第二电子膨胀阀23正常动作，制冷剂的流程如下：从喷气增焓压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2进到室外换热器24中冷凝放热，放出的热量用于除霜，出来的制冷剂被第二电子膨胀阀23节流变成低温低压的液体进到蓄热器4中，通过第二螺旋盘管8吸收相变蓄热材料中的热量蒸发变成气体后经室内换热器3、四通换向阀2、气液分离器25回到喷气增焓压缩机1的吸气口。

本发明在除霜时蓄热器4作为低位热源，可为除霜过程提供充足的热量，不仅除霜速度快，除霜彻底，而且除霜期间系统运行稳定，室内温度下降少，舒适性大大提高。

本发明在夏季使用时，对于太阳能集热器侧，由于太阳能丰富，因此直接用于制热水。第一电磁阀10和第四电磁阀20关闭，第二电磁阀13和第三电磁阀18打开，制冷剂的流程如下：从太阳能集热器15出来的高温气体制冷剂经第二电磁阀13进到热水箱17中冷凝放热，放出的热量通过换热盘管14给水加热，之后变成液体经第三电磁阀18回到太阳能集热器15中继续被加热。该过程若出现太阳能不足，制取的热水不够时，则启动电加热器16，与太阳能联合制热水。对于空气源热泵侧，当需要制冷运行时，第一电子膨胀阀6正常动作，第二电子膨胀阀23全开，制冷剂的流程如下：从喷气增焓压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2进到室外换热器24中冷凝放热，放出的热量被室外空气带走，出来的制冷剂被第二电子膨胀阀23节流变成低温低压的液体经蓄热器4进到室内换热器3中，吸收室内空气的热量蒸发变成气体后经四通换向阀2、气液分离器25回到喷气增焓压缩机1的吸气口。

本发明的集热器在冬季只需要集热到10-25℃，可大幅提升集热效率；夏季因太阳辐射较强，可直接集热到所需的热水温度，如此可保证集热器全年使用，且冬夏均有较高的集热效率，经济性显著提高。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

蓄热式太阳能耦合喷气增焓型空气源热泵系统及其控制方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

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4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

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Q：专利转让变更，多久能出结果

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