一种太阳能、土壤源复合热泵结构及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种太阳能、土壤源复合热泵结构，包括太阳能吸收装置、地埋管换热器、太阳能功率驱动器和热泵机组四部分，通过对太阳能进行热能转换和电能转换，与地热进行综合利用。本发明专利技术还提供了一种上述太阳能、土壤源复合热泵结构的控制方法，通过合理选择阀门的开关和相应的开度，进一步提高了循环水对于热量的吸收和散发的效率。本发明专利技术能够改进现有技术的不足，提高了复合热泵的热效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热泵装置
，尤其是一种太阳能、土壤源复合热泵结构及其控制方法。
技术介绍
随着社会的发展，人们的环保意识也在不断提高，由于土壤源热泵环保节能优势明显，近年来已在一定程度上得到推广。然而在使用一段时间后，装置使用地区会出现土壤温度场的失衡问题，这一问题在寒冷的北方地区尤为突出。中国专利技术专利申请CN 103062820 A公开了一种土壤源热泵、太阳能联合蓄热供暖系统，保证冬季从大地吸取的热量与夏季向大地释放的热量平衡，保证土壤源热泵机组工作正常有效，同时通过控制系统使得土壤源热泵机组和太阳能集热器联合协调工作。但是，这种结构的复合热泵热效率较低。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种太阳能、土壤源复合热泵结构，能够解决现有技术的不足，提高了复合热泵的热效率。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案如下。一种太阳能、土壤源复合热泵结构，包括热泵机组和太阳能功率驱动器，热泵机组包括压缩机、四通阀、双向膨胀阀和两个蒸发式换热器，一个蒸发式换热器与用户端换热装置相连，另一个蒸发式换热器通过第六调节阀与分水器相连，并通过第一调节阀与集水器相连，分水器还通过第五调节阀、止回阀和第二调节阀与集水器相连，分水器还通过第八调节阀和第一循环泵与地埋管换热器相连，集水器通过第三调节阀和第十调节阀与地埋管换热器相连，第十调节阀和地埋管换热器之间的管路通过第十一调节阀、第十三调节阀、第十四调节阀、第十五调节阀、第二十调节阀和第四调节阀与集水器相连，第十三调节阀和第十四调节阀之间的管路通过第十二调节阀和第七调节阀与分水器相连，第一循环泵>
与地埋管换热器之间的管路通过第九调节阀和第二十一调节阀与盘管换热器相连，第十四调节阀和第十五调节阀之间的管路通过第十六调节阀与太阳能吸收装置的进水口相连，太阳能吸收装置的出水口通过第十七调节阀、第二循环泵和第十九调节阀与盘管换热器相连，第二循环泵和第十九调节阀之间的管路通过第十八调节阀连接至第十五调节阀和第二十调节阀之间的管路上，盘管换热器外侧设置有储热水箱，储热水箱分别通过第一温控阀和第二温控阀连接冷水进水管和热水出水管；太阳能吸收装置包括铝合金框架，铝合金框架顶部设置有玻璃盖板，玻璃盖板下方设置有太阳能电池片，玻璃盖板与太阳能电池片之间保留有空腔，太阳能电池片下方设置有吸热板，吸热板下方设置有若干个循环水排管，循环水排管下方设置有背板，循环水排管分别与太阳能吸收装置的出水口和出水口相连，太阳能功率驱动器分别与太阳能电池片和压缩机电气连接。作为优选，所述太阳能电池片的外侧设置有导热金属框，导热金属框的底面与吸热板接触，导热金属框与吸热板之间设置有若干个贯穿的通孔，通孔的顶部与空腔连接，通孔的底部与循环水排管连接，通孔中设置有球形腔室，相邻的球形腔室之间设置有橡胶隔膜，橡胶隔膜的顶部与球形腔室的顶部连接，橡胶隔膜的底部与球形腔室的底部选择性密封接触。作为优选，所述太阳能电池片和导热金属框与吸热板之间通过层压的方式连接。作为优选，所述吸热板与循环水排管之间通过导热胶或者焊接的方式连接。作为优选，所述循环水排管下部设置有保温棉。一种用于上述的太阳能、土壤源复合热泵结构的控制方法，包括以下步骤：供热时期，根据天气状况的不同分为三种情况，分别为系统单独依靠太阳能运行、系统单独依靠土壤源运行、系统依靠太阳能和土壤源同
时运行；当经过太阳能吸收装置的光热转换部分制得的热水可以达到热泵机组进水温度要求时，系统单独依靠太阳能运行供热，即在这种情况下工质在太阳能吸收装置的光热转换部分中吸热升温后进入热泵机组为其供热，具体循环流程为当循环水在太阳能吸收装置的光热转换部分中吸热升温后，在第二循环泵作用下经过第十九调节阀、盘管换热器和第四调节阀后进入集水器中，再从第一调节阀流出进入热泵机组的循环水侧换热器中，充分换热后流出，经过第六调节阀进入分水器中，从第七调节阀所在管路流出，流经过第十二调节阀、第十四调节阀和第十六调节阀后流入太阳能吸收装置的光热转换部分进口中重新吸热升温并开始下一循环，第二循环泵为工质提供循环动力，这一工况下系统循环管路中工质未流经的调节阀全部关闭；当户外是雨雪天气和夜晚时，系统单独依靠土壤源运行，即此工况中循环水在地埋管换热器中吸热升温后进入热泵机组为其供热，具体循环流程为当循环水在地埋管换热器中吸热升温后经过第十调节阀和第三调节阀进入集水器中，于第一调节阀所在的管路流出后进入热泵机组的循环水侧换热器中放热降温，换热后的循环水流出并经过第六调节阀进入分水器中，从第八调节阀所在管路流出，流经过第一循环泵流入地埋管换热器中重新吸热升温并开始下一循环，第一循环泵为工质提供循环动力，这一工况下系统循环管路中工质未流经的调节阀全部关闭；当户外天气状况为太阳辐射有一定的强度、太阳能吸收装置的光热转换部分的有效集热量大于零、但作为热泵机组的低位热源所得的制热量满足不了室内末端的热需要时，系统依靠太阳能和土壤源同时运行，本系统中联合运行方式为串联，串联顺序为工质先经过太阳能吸收装置再进入地埋管换热器继续吸热升温，然后进入热泵机组为热泵机组供热，此时循环流程为，当循环水在太阳能吸收装置的光热转换部分中吸热升温后在第二循环泵作用下经第十九调节阀、盘管换热器、第二十一调节阀和第九调节阀后，进入地埋管换热器中继续吸热升温，从地埋管换热器中流出后顺次经第十调节阀和第三调节阀进入集水器中，然后经第一调节阀所在的管路进入热泵机组的循环水侧换热器
中，充分换热后流出，经过第六调节阀进入分水器中，从第七调节阀所在管路流出，流经过第十二调节阀、第十四调节阀和第十六调节阀后流入太阳能吸收装置光热转换部分进口中重新吸热升温并开始下一循环，第二循环泵为工质提供循环动力，这一工况下系统循环管路中工质未流经的调节阀全部关闭；过渡时期，采用自然通风调节室内环境，无需热泵及室内设备为其工作，这时系统的运行工况为太阳能吸收装置的光热转换部分与地埋管换热器组成闭合回路，白天太阳能吸收装置持续工作，通过太阳能吸收装置的光热转换部分加热之后的热水在第二循环泵的作用下通过第十九调节阀、盘管换热器、第二十一调节阀和第九调节阀所在的管路送至地埋管换热器中，为土壤补热，避免土壤温度场失衡，多余出的热量加热储热水箱中的水，循环水在地埋管换热器中换热后通过第十一调节阀、第十三调节阀、第十四调节阀、第十六调节阀所在的管路回到太阳能吸收装置中继续吸热，并开始下一个循环，工质循环的动力由第二循环泵提供，这一工况下系统循环管路中工质未流经的调节阀全部关闭，夜间系统停止工作；供冷时期，服务对象的冷负荷完全由土壤场承担，热泵机组只依靠地埋管换热器供冷，太阳能吸收装置产生的热量直接用于加热生活热水，此时整个系统的工质分为两路循环，其中一路循环是地埋管换热器充当热泵机组的冷源的供冷循环，工质通过地埋管换热器与土壤换热降温，再到循环水侧换热器中吸热升温从而为热泵机组提供冷量，具体的循环流程是系统循环水在地埋管换热器中放热降温后，经过第十调节阀、第三调节阀所在的管路流入集水器中，然后从第一调节阀所在的管路流至热泵机组的循环水侧换热器中，在循环水侧换热器中与热泵制冷剂换热后升温，经过第六调节阀被送入分水器中，于第八调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能、土壤源复合热泵结构，包括热泵机组(1)和太阳能功率驱动器(33)，热泵机组(1)包括压缩机(35)、四通阀(34)、双向膨胀阀(38)和两个蒸发式换热器(2)，其特征在于：一个蒸发式换热器(2)与用户端换热装置(40)相连，另一个蒸发式换热器(2)通过第六调节阀(11)与分水器(10)相连，并通过第一调节阀(4)与集水器(3)相连，分水器(10)还通过第五调节阀(9)、止回阀(8)和第二调节阀(5)与集水器(3)相连，分水器(10)还通过第八调节阀(13)和第一循环泵(14)与地埋管换热器(16)相连，集水器(3)通过第三调节阀(6)和第十调节阀(17)与地埋管换热器(16)相连，第十调节阀(17)和地埋管换热器(16)之间的管路通过第十一调节阀(18)、第十三调节阀(20)、第十四调节阀(21)、第十五调节阀(22)、第二十调节阀(31)和第四调节阀(7)与集水器(3)相连，第十三调节阀(20)和第十四调节阀(21)之间的管路通过第十二调节阀(19)和第七调节阀(12)与分水器(10)相连，第一循环泵(14)与地埋管换热器(16)之间的管路通过第九调节阀(15)和第二十一调节阀(32)与盘管换热器(29)相连，第十四调节阀(21)和第十五调节阀(22)之间的管路通过第十六调节阀(23)与太阳能吸收装置(24)的进水口相连，太阳能吸收装置(24)的出水口通过第十七调节阀(25)、第二循环泵(26)和第十九调节阀(28)与盘管换热器(29)相连，第二循环泵(26)和第十九调节阀(28)之间的管路通过第十八调节阀(27)连接至第十五调节阀(22)和第二十调节阀(31)之间的管路上，盘管换热器(29)外侧设置有储热水箱(30)，储热水箱(30)分别通过第一温控阀(36)和第二温控阀(37)连接冷水进水管(41)和热水出水管(42)；太阳能吸收装置(24)包括铝合金框架(43)，铝合金框架(43)顶部设置有玻璃盖板(44)，玻璃盖板(44)下方设置有太阳能电池片(39)，玻璃盖板(44)与太阳能电池片(39)之间保留有空腔(45)，太阳能电池片(39)下方设置有吸热板(46)，吸热板(46)下方设置有若干个循环水排管(47)，循环水排管(47)下方设置有背板(53)，循环水排管(47)分别与太阳能吸收装置(24)的出水口和出水口相连，太阳能功率驱动器(33)分别与太阳能电池片(39)和压缩机(35)电气连接。...

【技术特征摘要】
1.一种太阳能、土壤源复合热泵结构，包括热泵机组(1)和太阳能功率驱动器(33)，热泵机组(1)包括压缩机(35)、四通阀(34)、双向膨胀阀(38)和两个蒸发式换热器(2)，其特征在于：一个蒸发式换热器(2)与用户端换热装置(40)相连，另一个蒸发式换热器(2)通过第六调节阀(11)与分水器(10)相连，并通过第一调节阀(4)与集水器(3)相连，分水器(10)还通过第五调节阀(9)、止回阀(8)和第二调节阀(5)与集水器(3)相连，分水器(10)还通过第八调节阀(13)和第一循环泵(14)与地埋管换热器(16)相连，集水器(3)通过第三调节阀(6)和第十调节阀(17)与地埋管换热器(16)相连，第十调节阀(17)和地埋管换热器(16)之间的管路通过第十一调节阀(18)、第十三调节阀(20)、第十四调节阀(21)、第十五调节阀(22)、第二十调节阀(31)和第四调节阀(7)与集水器(3)相连，第十三调节阀(20)和第十四调节阀(21)之间的管路通过第十二调节阀(19)和第七调节阀(12)与分水器(10)相连，第一循环泵(14)与地埋管换热器(16)之间的管路通过第九调节阀(15)和第二十一调节阀(32)与盘管换热器(29)相连，第十四调节阀(21)和第十五调节阀(22)之间的管路通过第十六调节阀(23)与太阳能吸收装置(24)的进水口相连，太阳能吸收装置(24)的出水口通过第十七调节阀(25)、第二循环泵(26)和第十九调节阀(28)与盘管换热器(29)相连，第二循环泵(26)和第十九调节阀(28)之间的管路通过第十八调节阀(27)连接至第十五调节阀(22)和第二十调节阀(31)之间的管路上，盘管换热器(29)外侧设置有储热水箱(30)，储热水箱(30)分别通过第一温控阀(36)和第二温控阀(37)连接冷水进水管(41)和热水出水管(42)；太阳能吸收装置(24)包括铝合金框架(43)，铝合金框架(43)顶部设置有玻璃盖板(44)，玻璃盖板(44)下方设置有太阳能电池片(39)，玻璃盖板(44)与太阳能电池片(39)之间保留有空腔(45)，太阳能电池片(39)下方设置有吸热板(46)，吸热板(46)下方设置有若干个循
\t环水排管(47)，循环水排管(47)下方设置有背板(53)，循环水排管(47)分别与太阳能吸收装置(24)的出水口和出水口相连，太阳能功率驱动器(33)分别与太阳能电池片(39)和压缩机(35)电气连接。2.根据权利要求1所述的太阳能、土壤源复合热泵结构，其特征在于：所述太阳能电池片(29)的外侧设置有导热金属框(48)，导热金属框(48)的底面与吸热板(46)接触，导热金属框(48)与吸热板(46)之间设置有若干个贯穿的通孔(49)，通孔(49)的顶部与空腔(45)连接，通孔(49)的底部与循环水排管(47)连接，通孔(49)中设置有球形腔室(50)，相邻的球形腔室(50)之间设置有橡胶隔膜(51)，橡胶隔膜(51)的顶部与球形腔室(50)的顶部连接，橡胶隔膜(51)的底部与球形腔室(50)的底部选择性密封接触。3.根据权利要求2所述的太阳能、土壤源复合热泵结构，其特征在于：所述太阳能电池片(39)和导热金属框(48)与吸热板(46)之间通过层压的方式连接。4.根据权利要求1所述的太阳能、土壤源复合热泵结构，其特征在于：所述吸热板(46)与循环水排管(47)之间通过导热胶或者焊接的方式连接。5.根据权利要求1所述的太阳能、土壤源复合热泵结构，其特征在于：所述循环水排管(47)下部设置有保温棉(52)。6.一种用于权利要求1所述的太阳能、土壤源复合热泵结构的控制方法，其特征在于包括以下步骤：供热时期，根据天气状况的不同分为三种情况，分别为系统单独依靠太阳能运行、系统单独依靠土壤源运行、系统依靠太阳能和土壤源同时运行；当经过太阳能吸收装置(24)的光热转换部分制得的热水可以达到热泵机组(1)进水温度要求时，系统单独依靠太阳能运行供热，即在这种情况下工质在太阳能吸收装置(24)的光热转换部分中吸热升温后进入热泵机组(1)为其供热，具体循环流程为当循环水在太阳能吸收装置(24)的光热转换部分中吸热升温后，在第二循环泵(26)作用下
\t经过第十九调节阀(28)、盘管换热器(29)和第四调节阀(7)后进入集水器(3)中，再从第一调节阀(4)流出进入热泵机组(1)的循环水侧换热器(2)中，充分换热后流出，经过第六调节阀(11)进入分水器(10)中，从第七调节阀(12)所在管路流出，流经过第十二调节阀(19)、第十四调节阀(21)和第十六调节阀(23)后流入太阳能吸收装置(24)的光热转换部分进口中重新吸热升温并开始下一循环，第二循环泵(26)为工质提供循环动力，这一工况下系统循环管路中工质未流经的调节阀全部关闭；当户外是雨雪天气和夜晚时，系统单独依靠土壤源运行，即此工况中循环水在地埋管换热器(16)中吸热升温后进入热泵机组(1)为其供热，具体循环流程为当循环水在地埋管换热器(16)中吸热升温后经过第十调节阀(17)和第三调节阀(6)进入集水...

【专利技术属性】
技术研发人员：高月芬，梁硕，赵峥峥，吴佳文，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：河北;13