基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵及其控制方法技术

针对目前制冷剂无源喷射提升热泵性能有限、且不能用于极低温环境的技术瓶颈，本发明专利技术提出了一种基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵及其控制方法，其在太阳能充足的情况下，能够充分利用太阳能，将太阳能转化为高品位热源，引入到过冷器中与热泵机组的喷射制冷剂充分换热，获得热量的制冷剂喷射到压缩机中间压力腔，从而使外部热量转化到热泵机组中，并获得热功增益，大幅提高热泵的制热能力和能效。而在太阳能不充足时，又能充分利用自身产生的热能，将此热能输入到过冷器中与喷射制冷剂换热，获得热功增益，进而提高了热泵的制热能力和能效。本发明专利技术还使热泵能够应用于环境温度低于‑15℃地区，从而大大拓宽了热泵的适用范围。

【技术实现步骤摘要】
基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵及其控制方法
本专利技术涉及一种热泵，具体是一种基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵及其控制方法。
技术介绍
随着经济的发展和人们生活水平的不断提高以及城镇化建设的发展，空调采暖系统的应用日益广泛，由此带来的建筑能耗巨大。在全球范围内，发达国家建筑能耗约占社会总能耗的37-40％，我国建筑能耗占社会总能耗的33％以上，而在建筑能耗中，空调和采暖设备耗能占比最大，高达65％以上。另一方面，人们对居住环境的舒适性和卫生提出了更高的要求，常规空调由于能效普遍偏低，而且低温环境下制热量和能效衰减严重；而燃煤锅炉取暖，不仅不卫生，而且还污染环境，是产生雾霾的罪魁祸首，同时容易造成煤气中毒。因此常规的空调和采暖设备难以满足高品质生活的需求和能效要求。目前正在进行的“煤改电”项目，采用电能驱动的热泵，逐渐取代传统的采暖设备，已经成为大势所趋，在该项目的推动下，热泵已经开始进入普通家庭，并为广大消费者接受。热泵用于制热采暖时，存在低环境温度下制热能力和能效衰减严重的问题，这成为了阻碍该技术推广使用的主要因素。为解决上述问题，目前的热泵多采用喷气增焓技术，其原理是通过中间压力吸气孔吸入一部分中间压力的冷媒，与经过部分压缩的冷媒混合后再压缩，单台压缩机实现两级压缩，以此增加冷凝器中的制冷剂流量，加大主循环回路的焓差，进而提高压缩机的效率。上述的喷气增焓技术虽然在一定程度上提升了热泵的制热能力和能效，但是这种带有过冷器的制冷剂喷射，由于喷射制冷剂和主回路中的制冷剂采用的是内部热交换，并没有从外部吸收热量，是一种制冷剂无源喷射，因此在实际上对热泵的制热能力和能效的提升幅度有限，在实际应用过程中，上述这种制冷剂无源喷射热泵的制热量提升幅度一般在10％左右，采取优化控制措施后，最大提升幅度也不超过20％，而且热泵的能效提升幅度更是有限，这样就限制了热泵的使用，当环境温度低于-15℃以下时，低温热泵将无法发挥制热作用。
技术实现思路
本专利技术要解决的其中一个技术问题是，提供一种制热能力和能效好，适用范围广的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种以下结构的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵：热泵系统、喷射系统、太阳能供热系统以及水路切换机构，热泵系统包括保温水箱、主机水泵以及循环连通的压缩机、冷凝器、蒸发器、主节流阀和四通阀，保温水箱、主机水泵和冷凝器循环连通，喷射系统包括过冷器和过冷节流阀，过冷器上设有制冷剂换热管和换热水管，过冷节流阀一端与冷凝器的出口端连通，过冷节流阀的另一端与制冷剂换热管的进口端连通，制冷剂换热管的出口端与压缩机的中间压力腔连通，太阳能供热系统包括蓄热水箱和安装在蓄热水箱上的太阳能聚热板，换热水管与保温水箱及蓄热水箱之间通过水路切换机构循环连通，且水路切换机构用于控制切换换热水管与保温水箱之间的连通或换热水管与蓄热水箱之间的连通，换热水管与水路切换机构之间的管路上设有热源水泵。采用上述结构后，与现有技术相比，本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵具有以下优点：在太阳能充足的情况下，本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵能够充分利用太阳能，并将太阳能转化为高品位热源(蓄热水箱中蓄热水储存的热能)，再将此高品位热源输入到过冷器中，以此能够有效提高过冷器的换热性能；而在太阳能不充足时，本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵又能够充分利用自身产生的热能(保温水箱中保温水储存的热能)，再将此热能输入到过冷器中，以此能够有效提高过冷器的换热性能。由上可知，本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵不但大大提高了热泵的制热能力和能效，而且还解决了热泵在低环境温度下的制热能力和能效衰减严重的问题，使热泵能够应用于环境温度低于-15℃地区，从而大大拓宽了热泵的适用范围。本专利技术所述的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其中，水路切换机构包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，换热水管的一端与热源水泵的一端连通，热源水泵的一端同时与第一电磁阀的一端和第二电磁阀的一端连通，换热水管的另一端同时与第三电磁阀的一端和第四电磁阀的一端连通，第一电磁阀的另一端和第三电磁阀的另一端均与蓄热水箱连通，第二电磁阀的另一端和第四电磁阀的另一端均与保温水箱连通。上述结构的水路切换机构结构简单，控制方便。本专利技术所述的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其中，水路切换机构包括第一水路三通阀和第二水路三通阀，换热水管的一端与热源水泵的一端连通，第一水路三通阀的出水口与热源水泵的另一端连通，第一水路三通阀的两个进水口分别与保温水箱和蓄热水箱连通，第二水路三通阀的进水口与换热水管的另一端连通，第二水路三通阀的两个出水口分别与保温水箱和蓄热水箱连通。上述结构的水路切换机构结构简单，控制方便。本专利技术所述的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其中，蓄热水箱内设有蓄热水温度传感器，制冷剂换热管的进口端处设有进口温度传感器，制冷剂换热管的出口端处设有出口温度传感器。上述结构能够对水路切换机构的控制切换操作更为精确，从而不但能够使热泵的运行更为稳定，而且能够更为有效地保证热泵的制热能力和能效。本专利技术要解决的另一个技术问题是，提供一种上述基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵的控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，包括以下步骤：在热泵运行过程中，主节流阀和过冷节流阀按照一定的目标调节开度，控制外部热源泵保持持续运行状态，同时通过蓄热水温度传感器实时检测蓄热水箱内的蓄热水温度TTank，通过进口温度传感器实时检测制冷剂换热管进口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,in，通过出口温度传感器实时检测制冷剂换热管出口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,out；当蓄热水温度TTank≤过冷器喷射出口温度Tinj,out时，通过控制水路切换机构使换热水管与保温水箱连通，使保温水箱内的保温水能够进入到过冷器中；当蓄热水温度TTank＞过冷器喷射出口温度Tinj,out时，通过控制水路切换机构使换热水管与蓄热水箱连通，使蓄热水箱内的蓄热水能够进入到过冷器中。采用上述控制方法后，与现有技术相比，本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵的控制方法具有以下优点：在太阳能充足的情况下，能够使本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵充分利用太阳能，并将太阳能转化为高品位热源(蓄热水箱中蓄热水储存的热能)，再将此高品位热源输入到过冷器中，以此能够有效提高过冷器的换热性能；而在太阳能不充足时，又能够使本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵充分利用自身产生的热能(保温水箱中保温水储存的热能)，再将此热能输入到过冷器中，以此能够有效提高过冷器的换热性能。由上可知，本专利技术的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵的控制方法不但大大提高了热泵的制热能力和能效，而且还使热泵能够应用于环境温度低于-15℃地区，从而大大拓宽了热泵的适用范围。本专利技术所述的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，其中，在基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵中，与压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：包括热泵系统、喷射系统、太阳能供热系统以及水路切换机构，所述热泵系统包括保温水箱(9)、主机水泵(10)以及循环连通的压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)、主节流阀(4)和四通阀(5)，所述保温水箱(9)、主机水泵(10)和冷凝器(2)循环连通，所述喷射系统包括过冷器(16)和过冷节流阀(17)，所述过冷器(16)上设有制冷剂换热管(18)和换热水管(19)，所述过冷节流阀(17)一端与冷凝器(2)的出口端连通，所述过冷节流阀(17)的另一端与制冷剂换热管(18)的进口端连通，所述制冷剂换热管(18)的出口端与压缩机(1)的中间压力腔连通，所述太阳能供热系统包括蓄热水箱(20)和安装在蓄热水箱(20)上的太阳能聚热板(29)，所述换热水管(19)与保温水箱(9)及蓄热水箱(20)之间通过水路切换机构循环连通，且所述水路切换机构用于控制切换换热水管(19)与保温水箱(9)之间的连通或换热水管(19)与蓄热水箱(20)之间的连通，所述换热水管(19)与水路切换机构之间的管路上设有热源水泵(21)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：包括热泵系统、喷射系统、太阳能供热系统以及水路切换机构，所述热泵系统包括保温水箱(9)、主机水泵(10)以及循环连通的压缩机(1)、冷凝器(2)、蒸发器(3)、主节流阀(4)和四通阀(5)，所述保温水箱(9)、主机水泵(10)和冷凝器(2)循环连通，所述喷射系统包括过冷器(16)和过冷节流阀(17)，所述过冷器(16)上设有制冷剂换热管(18)和换热水管(19)，所述过冷节流阀(17)一端与冷凝器(2)的出口端连通，所述过冷节流阀(17)的另一端与制冷剂换热管(18)的进口端连通，所述制冷剂换热管(18)的出口端与压缩机(1)的中间压力腔连通，所述太阳能供热系统包括蓄热水箱(20)和安装在蓄热水箱(20)上的太阳能聚热板(29)，所述换热水管(19)与保温水箱(9)及蓄热水箱(20)之间通过水路切换机构循环连通，且所述水路切换机构用于控制切换换热水管(19)与保温水箱(9)之间的连通或换热水管(19)与蓄热水箱(20)之间的连通，所述换热水管(19)与水路切换机构之间的管路上设有热源水泵(21)。


2.根据权利要求1所述的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：所述水路切换机构包括第一电磁阀(30)、第二电磁阀(31)、第三电磁阀(32)和第四电磁阀(33)，所述换热水管(19)的一端与热源水泵(21)的一端连通，所述热源水泵(21)的一端同时与第一电磁阀(30)的一端和第二电磁阀(31)的一端连通，所述换热水管(19)的另一端同时与第三电磁阀(32)的一端和第四电磁阀(33)的一端连通，所述第一电磁阀(30)的另一端和第三电磁阀(32)的另一端均与蓄热水箱(20)连通，所述第二电磁阀(31)的另一端和第四电磁阀(33)的另一端均与保温水箱(9)连通。


3.根据权利要求1所述的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：所述水路切换机构包括第一水路三通阀(34)和第二水路三通阀(35)，所述换热水管(19)的一端与热源水泵(21)的一端连通，所述第一水路三通阀(34)的出水口与热源水泵(21)的另一端连通，所述第一水路三通阀(34)的两个进水口分别与保温水箱(9)和蓄热水箱(20)连通，所述第二水路三通阀(35)的进水口与换热水管(19)的另一端连通，所述第二水路三通阀(35)的两个出水口分别与保温水箱(9)和蓄热水箱(20)连通。


4.根据权利要求2或3所述的基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵，其特征在于：所述蓄热水箱(20)内设有蓄热水温度传感器(22)，所述制冷剂换热管(18)的进口端处设有进口温度传感器(23)，所述制冷剂换热管(18)的出口端处设有出口温度传感器(24)。


5.一种根据权利要求4所述基于太阳能的制冷剂有源喷射热泵的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
在热泵运行过程中，所述主节流阀(4)和过冷节流阀(17)按照一定的目标调节开度，控制所述外部热源泵(21)保持持续运行状态，同时通过所述蓄热水温度传感器(22)实时检测蓄热水箱(20)内的蓄热水温度TTank，通过进口温度传感器(23)实时检测制冷剂换热管(18)进口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,in，通过出口温度传感器(24)实时检测制冷剂换热管(18)出口端处的过冷器喷射入口温度Tinj,out；
当蓄热水温度TTank≤过冷器喷射出口温度Tinj,out时，通过控制水路切换机构使换热水管(19)与保温水箱(9)连通，使保温水箱(9)内的保温水能够进入到过冷器(16)中；
当蓄热水温度TTank＞过冷器喷射出...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓晨冕，涂虬，张杰，徐永华，
申请(专利权)人：宁波市海智普智能科技有限公司，宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33