直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统及控制方法技术方案

一种直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统及控制方法，系统包括压缩机，压缩机出口连接储水箱入口，储水箱的出口分为两路，一路通过电磁阀依次连接太阳能集热器、电磁阀和喷射器工作流体入口；另一路通过电磁阀连接喷射器的工作流体入口；喷射器出口连接气液分离器入口，气液分离器出口分为两路，一路饱和制冷剂液体出口依次连接节流机构、蒸发器、喷射器的被引射流体入口；另一路饱和制冷剂气体出口直接连接压缩机入口，形成制冷剂的闭合循环通道；太阳能辐射仪和三个温度传感器连接控制器输入端，控制器输出端连接三个电磁阀；本发明专利技术还提供了该系统的控制方法，可以充分利用太阳能和空气源两种能源，保证该系统可以全天候情况下保持较高的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热泵
，具体涉及一种直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统及控制方法。
技术介绍
热泵热水系统是一种应用逆卡诺循环原理从空气源、地源和水源等吸取低品位能量来加热热水的系统，相对于常用的电热水器和燃气热水器具有高效节能的特点，因而受到了市场的广泛青睐。近年来随着节能减排的压力和环境气候问题的日益突出，对热泵热水系统在节能、环保等方面提出更高的要求，因此，如何提高热泵热水系统的能效成为了其主要的发展方向。常规的热泵热水系统通常采用膨胀阀作为节流部件，在节流过程中会存在较大的节流损失，而实际上是可以通过使用喷射器替代膨胀阀来回收部分膨胀功从而提高系统能效的。同时，喷射器本身结构简单、成本低廉、无运动部件,适于包括两相流的任何流体使用，所以在热泵热水系统中采用喷射器替代膨胀阀来提高系统能效是一种经济可行的方案。另外，作为一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，太阳能也是可以用来提高热泵热水系统的能效，降低能源消耗的。专利《直膨式太阳能热泵热水器》和《一种直膨式太阳能热泵热水系统》等公布了常规的直膨式太阳能热泵热水系统及其改进系统，这些系统中都是采用平板型集热板兼做太阳能集热器和蒸发器。研究证明，在晴空强光照条件下，相对于常规的空气源热泵热水系统，直膨式太阳能热泵热水系统能大大提高热泵热水器的性能，但是在低光照或无照条件下，直膨式太阳能热泵热水系统的性能反而低于常规的空气源热泵热水系统。这是因为在高光照条件下，集热/蒸发器可以吸收大量的太阳能从而大大提高了系统的蒸发温度，有效改善系统的性能。但是，在低光照或无照条件下，由于直膨式太阳能热泵热水系统采用的平板式集热/蒸发器与空气的换热性能要远逊于常规空气源热泵系统所采用的翅片管式蒸发器，故而不能从空气中吸收足够的热量来弥补太阳能的不足，从而导致其性能反而低于常规的空气源热泵热水系统，甚至不能保证正常的热水供应。为了提高热泵热水器的性能同时解决现有的直膨式太阳能热泵存在的不能充分利用空气源的问题，结合喷射器具有的回收膨胀功的能力，本专利技术提出了一种直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，该系统可以充分利用太阳能和空气源两种能源，保证该系统全天候保持较高的性能。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，该系统包含两种工作模式：太阳能辅助工作模式和空气源工作模式，在强光照条件下，该系统采用太阳能辅助工作模式充分利用太阳能来帮助提高系统性能；在低光照或无光照条件下，该系统采用空气能工作模式通过充分利用空气能来保证系统仍然可以获得较高的能效；简言之，该系统可以充分利用太阳能和空气能两种能源，保证该系统全天候保持较高的性能。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，包括压缩机1，压缩机1出口连接储水箱2的外盘管冷凝器的入口，储水箱2的外盘管冷凝器的出口分为两路，一路依次连接第一电磁阀9、太阳能集热器3、第二电磁阀10和喷射器4的工作流体入口；另一路通过第三电磁阀11直接连接喷射器4的工作流体入口；喷射器4的出口连接气液分离器5的入口，气液分离器5的出口分为两路，一路饱和制冷剂液体出口通过节流机构6连接蒸发器7的入口，蒸发器7的出口连接喷射器4的被引射流体入口；另一路饱和制冷剂气体出口直接连接压缩机1的入口，形成制冷剂的闭合循环通道；太阳辐射仪12、环境温度传感器13、设置在太阳能集热器3中心的制冷剂管路上的制冷剂温度传感器14以及设置在储水箱2中的水温度传感器15连接控制器8的输入端，控制器8的输出端连接第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11和压缩机1；太阳辐射仪12检测太阳集热器3上的太阳辐射强度，环境温度传感器13检测外界环境温度，制冷剂温度传感器14检测太阳能集热器3中制冷剂管内的制冷剂的蒸发温度，水温度传感器15检测储水箱2中水的温度。所述的储水箱2为外盘管式静态加热水箱，储水箱从内到外依次由内胆、缠绕于内胆外侧面的冷凝器管路、保温层和外壳组成。所述的太阳能集热器3为带玻璃盖板，底部有隔热保温层的平板式集热器。所述的节流机构6为热力膨胀阀或者电磁膨胀阀。所述的蒸发器7为风冷式翅片管蒸发器。所述控制器8为可编式程序控制器，输入端连接太阳辐射仪12、环境温度传感器13、制冷剂温度传感器14和水温度传感器15，输出端连接第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11和压缩机1。所述太阳辐射仪12和环境温度传感器13布置于太阳能集热器3上方，制冷剂温度传感器14布置于太阳能集热器3中心的制冷剂管路上，水温度传感器15布置于储水箱2内水中。所述压缩机1和第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11的开关受控制器8的控制，进行系统工作模式的切换。当压缩机1开启，第一电磁阀9和第二电磁阀10开启，第三电磁阀11关闭时，系统开启太阳能辅助工作模式；当压缩机1开启，第三电磁阀11开启，第一电磁阀9和第二电磁阀10关闭时，系统开启空气源工作模式。相对于常规的热泵循环系统和直膨式热泵循环系统，该直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统可以达到如下有益效果：(1)相对于常规的热泵循环系统热泵系统，在高光照条件下，本系统可以采用太阳能辅助工作模式充分利用太阳能来提高系统的性能；在低光照和无光照条件下，本系统采用空气源工作模式，系统中的喷射器可以回收节流过程的部分膨胀功，相对于常规的空气源热泵热水系统仍然可以保持相对较高的性能。(2)该系统克服了常规直膨式热泵热水系统在低光照或无光照条件下不能充分利用空气源导致能效低的缺点，在低光照或无光照条件下该系统通过将工作模式切换到空气源工作模式来充分利用空气能，从而保证仍然可以获得较高的能效。(3)该系统能根据太阳能辐射强度、环境温度和集热器中制冷剂温度来判定系统的最佳工作模式，保证系统全天候保持较高的性能附图说明图1是本专利技术系统的结构示意图。图2是本专利技术系统的控制方法流程图。具体实施方式本专利技术主要由压缩机1、储水箱2、太阳能集热器3、喷射器4、气液分离器5、节流机构6、蒸发器7、控制器8、第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11、太阳能辐射仪12，环境温度传感器13，制冷剂温度传感器14和水温度传感器15组成，分为制冷剂循环和控制电路两个部分。制冷剂循环：压缩机1出口连接储水箱2的外盘管冷凝器的入口，储水箱2的外盘管冷凝器的出口分为两路，一路储水箱2的外盘管冷凝器的出口、第一电磁阀9、太阳能集热器3、第二电磁阀10和喷射器4的工作流体入口依次连接；另一路，储水箱2的外盘管冷凝器的出口通过第三电磁阀11直接连接喷射器4的工作流体入口。喷射器4的出口连接气液分离器5的入口，气液分离器5的出口分为两路，一路饱和制冷剂液体出口通过节流机构6连接蒸发器7的入口，蒸发器7的出口连接喷射器4的被引射流体入口；另一路饱和制冷剂气体出口直接连接压缩机1的入口，形成制冷剂的闭合循环通道。控制电路：太阳辐射仪12、环境温度传感器13、制冷剂温度传感器14和水温度传感器15连接控制器8的输入端，控制器8的输出端连接第一电磁阀9、第二电磁阀10、第三电磁阀11和压缩机1，其中太阳辐射仪12和环境温度传感器13布置于太本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，包括压缩机(1)，其特征在于：压缩机(1)出口连接储水箱(2)的外盘管冷凝器的入口，储水箱(2)的外盘管冷凝器的出口分为两路，一路依次连接第一电磁阀(9)、太阳能集热器(3)、第二电磁阀(10)和喷射器(4)的工作流体入口；另一路通过第三电磁阀(11)直接连接喷射器(4)的工作流体入口；喷射器(4)的出口连接气液分离器(5)的入口，气液分离器(5)的出口分为两路，一路饱和制冷剂液体出口通过节流机构(6)连接蒸发器(7)的入口，蒸发器(7)的出口连接喷射器(4)的被引射流体入口；另一路饱和制冷剂气体出口直接连接压缩机(1)的入口，形成制冷剂的闭合循环通道；太阳辐射仪(12)、环境温度传感器(13)、制冷剂温度传感器(14)以及水温度传感器(15)连接控制器(8)的输入端，控制器(8)的输出端连接第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)和压缩机(1)。

【技术特征摘要】
1.一种直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，包括压缩机(1)，其特征在于：压缩机(1)出口连接储水箱(2)的外盘管冷凝器的入口，储水箱(2)的外盘管冷凝器的出口分为两路，一路依次连接第一电磁阀(9)、太阳能集热器(3)、第二电磁阀(10)和喷射器(4)的工作流体入口；另一路通过第三电磁阀(11)直接连接喷射器(4)的工作流体入口；喷射器(4)的出口连接气液分离器(5)的入口，气液分离器(5)的出口分为两路，一路饱和制冷剂液体出口通过节流机构(6)连接蒸发器(7)的入口，蒸发器(7)的出口连接喷射器(4)的被引射流体入口；另一路饱和制冷剂气体出口直接连接压缩机(1)的入口，形成制冷剂的闭合循环通道；太阳辐射仪(12)、环境温度传感器(13)、制冷剂温度传感器(14)以及水温度传感器(15)连接控制器(8)的输入端，控制器(8)的输出端连接第一电磁阀(9)、第二电磁阀(10)、第三电磁阀(11)和压缩机(1)。2.根据权利要求1所述的直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，其特征在于：所述的储水箱(2)为外盘管式静态加热水箱，储水箱从内到外依次由内胆、缠绕于内胆外侧面的冷凝器管路、保温层和外壳组成。3.根据权利要求1所述的直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，其特征在于：所述的太阳能集热器(3)为带玻璃盖板，底部有隔热保温层的平板式集热器。4.根据权利要求1所述的直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，其特征在于：所述的节流机构(6)为热力膨胀阀或者电磁膨胀阀。5.根据权利要求1所述的直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，其特征在于：所述的蒸发器(7)为风冷式翅片管蒸发器。6.根据权利要求1所述的直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统，其特征在于：所述太阳辐射仪(12)和环境温度传感器(13)布置于太阳能集热器(3)上方，制冷剂温度传感器(14)布置于太阳能集热器(3)中心的制冷剂管路上，水温度传感器(15)布置于储水箱(2)内水中；太阳辐射仪(12)检测太阳集热器(3)上的太阳辐射强度，环境温度传感器(13)检测外界环境温度，制冷剂温度传感器(14)检测太阳能集热器(3)中制冷剂管路内的制冷剂的蒸发温度，水温度传感器(15)检测储水箱(2)中水的温度。7.权利要求1所述的直膨式太阳能辅助的喷射器增效热泵热水系统的控制方法，其特征在于：根据太阳辐射强度的不同，该系统有两种工作模式供选择：太阳能辅助工作模式和空气源工作模式；其中太阳能辅助工作模式适用于强光照工作条件，空气源工作模...

【专利技术属性】
技术研发人员：鱼剑琳，陈佳恒，晏刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61