一种分区集热的太阳能空气源智能热泵系统的制作方法

本发明属于热水器技术领域，具体涉及一种分区集热的太阳能空气源智能热泵系统。

背景技术：

我国现代工业的发展和居民生活水平的不断提高，市场对热水器的需求量越来越大，而我国又是一个能源十分紧张的国家。太阳能空气源热水器的应用趋势将对我国提高能源利用率、缓解石油进口的压力、减少环境污染等起到的重要作用；空气源热泵作为电驱动可再生能源制热技术，设备安装灵活、运行自动化程度高，但空气源热泵在冬季制热性能波动较大，存在用户热负荷处于高位时，热泵制热性能处于低位的矛盾。

基于此，在现有技术中，热水器系统通常采用太阳能和热能相组合的形式，此种形式的热水器系统可以分为：直膨式系统和非直膨式系统。直膨式系统是一种基于逆卡诺循环的系统，将太阳能集热器与热泵蒸发器结合成一体，节省了非直膨式系统中集热循环与热泵循环之间的换热设备，但是直膨式太阳能空气源热泵热水系统由于系统复杂，需要对现有产品和技术进行重大调整，短期内很难得到推广应用。在非直膨式系统中，太阳能集热器与热泵蒸发器分开，通过集热介质在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传递给制冷剂，或者直接通过换热器将热量传递给需要预热的空气或水。串联非直膨式太阳能热泵热水系统只有一种工作模式，太阳能装置用于提高热泵的蒸发温度，从而提高压缩机的排气温度，显然这种设计方案适合环境温度比较低的情况下，克服热泵在低温环境下的cop较低的问题，这种装置在实际运用中较少，因为整个系统中仅太阳能集热器成为供热的热源，源头单一效率较低。

技术实现要素：

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种分区集热的太阳能空气源智能热泵系统，其能提高集热效率。

为了解决上述问题，本发明按以下技术方案予以实现的：

一种分区集热的太阳能空气源智能热泵系统，包括：

储热水箱；

太阳能集热模块，与所述储热水箱连接，用于将太阳能转换为热能并对所述储热水箱的内水进行加热；

热泵集热模块，与所述储热水箱连接，用于将低温热源转换为热能并对所述储热水箱的内水进行加热；

温度感应模块，设置在所述太阳能集热模块、所述热泵集热模块以及所述储热水箱上，用于获取所述太阳能集热模块、所述热泵集热模块的温度值以及所述储热水箱的热水温度值；

智能控制装置，与所述温度感应模块连接，用于获取所述温度值和所述热水温度值，所述智能控制装置还与所述太阳能集热模块以及所述热泵集热模块连接，用于根据所述温度值和所述热水温度值启动所述太阳能集热模块以及所述热泵集热模块、或关闭所述太阳能集热模块以及所述热泵集热模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在采用太阳能集热模块与热泵集热模块并联的基础上，增设温度感应模块和智能控制装置，使得在一个太阳能空气源智能热泵系统中，能够存在太阳能集热模块单独工作、太阳能集热模块与热泵集热模块同时工作、热泵集热模块单独工作多种模式，并通过对运行环境的实时监测，在不同的环境温度下，采用与之相适应的工作模式，提高集热效率。

作为本发明的进一步改进，所述太阳能集热模块包括：高区太阳能集热器、低区太阳能集热器和太阳能集热区循坏泵，所述高区太阳能集热器、所述低区太阳能集热器、所述太阳集热区循环泵和所述储热水箱顺次串联，并形成一闭合的循坏水路。

作为本发明的进一步改进，所述高区太阳能集热器设置有真空集热管，所述低区太阳能集热器设置有常规集热板。

作为本发明的进一步改进，所述热泵集热模块包括：热泵区循环泵、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、压缩机和四通阀；

所述储热水箱、所述热区循环泵和所述冷凝器顺次连接串联，并形成一闭合的循环水路；

所述压缩机出气端与所述四通阀的进气端连接，所述压缩机的进气端与所述四通阀的出气端连接，形成一闭合回路；

所述冷凝器、所述膨胀阀、所述蒸发机顺次连接，并形成一闭合的循环水路。

作为本发明的进一步改进，所述温度感应模块包括：储热水箱温度传感器；所述智能控制装置预设有第一温度值、第二温度值；

所述储热水箱温度传感器设置在所述储热水箱上，用于获取所述热水温度值；

所述智能控制装置与所述储热水箱温度传感器连接，用于获取所述热水温度值；

在所述热水温度值小于所述第一温度值时，所述智能控制装置启动所述太阳能集热模块、或启动所述热泵集热模块、或启动所述太阳能集热模块以及所述热泵集热模块；

在所述热水温度值大于所述第二温度值时，所述智能控制装置关闭所述太阳能集热模块以及所述热泵集热模块。

作为本发明的进一步改进，所述温度感应模块还包括：太阳能区温度传感器组，其设置在所述太阳能集热模块上，用于获取所述太阳能集热模块所处位置的太阳能区环境温度值；

所述智能控制装置与所述太阳能区温度传感器组连接，用于获取所述太阳能区环境温度值，所述智能控制装置还预设有第三温度值；

在所述热水温度值小于所述第一温度值，且所述太阳能区环境温度值大于所述第三温度值时，所述智能控制装置开启所述太阳能集热模块。

作为本发明的进一步改进，所述太阳能区温度传感器组包括：高区温度传感器和低区温度传感器；

所述高区温度传感器设置在所述智能控制装置与所述高区太阳能集热器连接的管道上，用于获取所述高区太阳能集热器所处位置的高区环境温度值；

所述低区温度传感器设置在所述高区太阳能集热器与所述低区太阳能集热器连接的管道上，用于获取所述低区太阳能集热器所处位置的低区环境温度值；

所述智能控制装置还与所述高区温度传感器以及所述低区温度传感器连接，用于获取所述高区环境温度值和所述低区环境温度值；

所述高区太阳能集热器和所述低区太阳能集热器之间还连接有流量调节阀，所述智能控制装置还与所述流量调节阀连接，用于根据所述高区环境温度值和所述低区环境温度值控制所述流量调节阀的开度。

作为本发明的进一步改进，所述智能控制装置还预设有第四温度值；

在所述热水温度值小于所述第一温度值，同时所述太阳能区环境温度值小于所述第三温度值且大于所述第四温度值时，所述智能控制装置开启所述太阳能集热模块和所述热泵集热模块。

作为本发明的进一步改进，在所述热水温度值小于所述第一温度值，且太阳能区环境温度值小于所述第四温度值时，所述智能控制装置开启所述热泵集热模块。

作为本发明的进一步改进，所述智能控制装置还预设有第五温度值，所述温度感应模块还包括；热泵区温度传感器组，其设置在所述热泵集热模块上，用于获取所述热泵集热模块所处位置的热泵区环境温度值；

所述智能控制装置与所述热泵区温度传感器组连接，用于获取所述热泵区环境温度值；

在所述太阳能集热模块和所述热泵集热模块同时开启后，若所述热泵区环境温度值大于所述第五温度值，所述智能控制装置增加所述太阳能集热模块的运行参数值和减小所述热泵集热模块的运行参数；

若所述热泵区环境温度值大于所述第五温度值，所述智能控制装置减小所述太阳能集热模块的运行参数值和增加所述热泵集热模块的运行参数。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本实施例的系统结构图；

图2为本实施例的工作流程示意图。

标记说明：1、储热水箱；2、太阳能集热模块；21、高区太阳能集热器；22、低区太阳能集热器；23、太阳集热区循环泵；3、热泵集热模块；31、热泵区循环泵；32、冷凝器；33、膨胀阀；34、蒸发器；35、压缩机；36、四通阀；4、温度感应模块；41、储热水箱温度传感器；42、太阳能区温度传感器组；421、高区温度传感器；422、低区温度传感器；43、热泵区温度传感器组；431、第一温度传感器；432、第二温度传感器；433、第三温度传感器；434、第四温度传感器；435、第五温度传感器；436、第六温度传感器；5、智能控制装置；6、流量调节阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

本实施例公开了一种分区集热的太阳能空气源智能热泵系统，包括：储热水箱1、太阳能集热模块2、热泵集热模块3、温度感应模块4和智能控制装置5，其中，太阳能集热模块2与储热水箱1连接，用于将太阳能转换为热能并对储热水箱1的内水进行加热；热泵集热模块3与储热水箱1连接，用于将低温热源转换为热能并对储热水箱1的内水进行加热；温度感应模块4设置在太阳能集热模块2、热泵集热模块3以及储热水箱1上，用于获取太阳能集热模块2、热泵集热模块3的温度值以及储热水箱1的热水温度值；智能控制装置5与温度感应模块4连接，用于获取温度值和热水温度值，智能控制装置5还与太阳能集热模块2以及热泵集热模块3连接，用于根据温度值和热水温度值启动太阳能集热模块2以及热泵集热模块3、或关闭太阳能集热模块2所述热泵集热模块3。

具体的，太阳能集热模块2包括：高区太阳能集热器21、低区太阳能集热器22和太阳能集热区循坏泵23，其中，高区太阳能集热器21位于整个系统较高的位置上，低区太阳能集热器22位于整个系统较低的位置上，高区太阳能集热器21、低区太阳能集热器22、太阳集热区循环泵23和储热水箱1顺次串联，并形成一闭合的循坏水路。

在上述实施例中，高区太阳能集热器21设置有真空集热管，低区太阳能集热器22设置有常规集热板，安装在不同位置的太阳能集热器采用不同的，能节约整个太阳能空气源智能热泵系统的制造成本。

在上述实施例中，热泵集热模块3包括：热泵区循环泵31、冷凝器32、膨胀阀33、蒸发器34、压缩机35和四通阀36；储热水箱1、热区循环泵和冷凝器32顺次连接串联，并形成一闭合的循环水路；压缩机35出气端与四通阀36的进气端连接，压缩机35的进气端与四通阀36的出气端连接，形成一闭合回路；冷凝器32、膨胀阀33、蒸发机顺次连接，并形成一闭合的循环水路。

在上述实施例中，温度感应模块4包括：储热水箱温度传感器41；智能控制装置5预设有第一温度值t1、第二温度值t2；储热水箱温度传感器41设置在储热水箱1上，用于获取热水温度值ta；智能控制装置5与储热水箱1温度传感器连接，用于获取热水温度值ta；在热水温度值ta小于第一温度值t1时，智能控制装置5启动太阳能集热模块2、或启动热泵集热模块3、或启动太阳能集热模块2以及热泵集热模块3；在热水温度值ta大于第二温度值t2时，智能控制装置5关闭太阳能集热模块2以及热泵集热模块3。

在上述实施例中，在分区集热的太阳能空气源智能热泵系统使用前，用户可设定温度值ti，第一温度值t1＝ti+8，第二温度值t2＝ti+2，当热水温度值ta小于第一温度值t1时，则说明当前储热水箱1内热水水温尚未达到预设值，系统需要开启，对热水进行加热；当热水温度值ta大于第二温度值t2时，则说明当前储热水箱1内热水水温已达到预设值，则整个系统停止工作，进入休眠状态。

进一步的，温度感应模块4还包括：太阳能区温度传感器组42，其设置在太阳能集热模块2上，用于获取太阳能集热模块2所处位置的太阳能区环境温度值ts；智能控制装置5与太阳能区温度传感器组42连接，用于获取太阳能区环境温度值ts，智能控制装置5还预设有第三温度值t3；在热水温度值ta小于第一温度值t1，且太阳能区环境温度值ts大于第三温度值t3时，智能控制装置5开启太阳能集热模块2。

在上述实施例中，第三温度值t3为太阳能集热模块2高效率工作温度，也就是说，太阳能区环境温度值ts大于第三温度值t3时，仅开启太阳能集热模块2能最大限度对高区的太阳能进行充分利用，提高加热效率。

进一步的，太阳能区温度传感器组42包括：高区温度传感器421和低区温度传感器422；高区温度传感器421设置在智能控制装置5与高区太阳能集热器21连接的管道上，用于获取高区太阳能集热器21所处位置的高区环境温度值ts1；低区温度传感器422设置在高区太阳能集热器21与低区太阳能集热器22连接的管道上，用于获取低区太阳能集热器22所处位置的低区环境温度值ts2；智能控制装置5还与高区温度传感器以及低区温度传感器连接，用于获取高区环境温度值ts1和低区环境温度值ts2，高区太阳能集热器21和低区太阳能集热器22之间还连接有流量调节阀6，智能控制装置5还与流量调节阀6连接，用于根据高区环境温度值ts1和低区环境温度值ts2控制流量调节阀6的开度；由于高区太阳能集热器21和低区太阳能集热器22的水温温度对整个太阳能集热模块2的工作效率是有影响的，且高区太阳能集热器21的真空集热管最佳效率温度比低区太阳能集热器22的太阳能平板集热板最佳效率温度高，热水经过低区太阳能集热器22加热后，再经过高区太阳能集热器21进行多级加热，从而有效提高太阳能集热模块2的集热效率。

具体的，智能控制器5根据高区环境温度值ts1和低区环境温度值ts2对流量调节阀6的开度进行控制，通过调节流量使水温达到高区太阳能集热器21和低区太阳能集热器22的最佳工作效率的水温。

在上述实施例中，智能控制装置5还预设有第四温度值t4；在热水温度值ta小于第一温度值t1，同时太阳能区环境温度值ts小于第三温度值t3且大于第四温度值t4时，智能控制装置5开启太阳能集热模块22和热泵集热模块23。

具体的，第四温度值t4为太阳能集热模块2最低工作温度，即太阳能集热模块2虽未达到高效率工作温度，但足以在最低工作温度下工作，为了进一步提高集热效率，对太阳能集热模块2和热泵集热模块3的运行进行合理分配，此时，同时开启热泵集热模块3对太阳能集热模块2进行集热补充。

在上述实施例中，在热水温度值ta小于第一温度值t1，且太阳能区环境温度值ts小于第四值t4时，智能控制装置5开启热泵集热模块3，即太阳能集热模块2在此时的温度下，无法正常运行，则仅开启热泵集热模块3，避免由于开启太阳能集热模块2而造成过多的损耗。

在上述实施例中，智能控制装置5还预设有第五温度值t5，温度感应模块4还包括；热泵区温度传感器组43，其设置在热泵集热模块3上，用于获取热泵集热模块3所处位置的热泵区环境温度值tr；智能控制装置5与热泵区温度传感器组43连接，用于获取热泵区环境温度值tr；在太阳能集热模块2和热泵集热模块3同时开启后，若热泵区环境温度值tr大于第五温度值t5，智能控制装置5增加太阳能集热模块2的运行参数值和减小热泵集热模块3的运行参数值；若热泵区环境温度值tr大于第五温度值t5，智能控制装置5减小太阳能集热模块2的运行参数值和增加热泵集热模块3的运行参数值。

第五温度值t5为热泵集热模块3较高工作效率环境温度，当热泵区环境温度值tr无法达到较高工作效率环境温度时，智能控制装置5增加太阳集热区循环泵23的工作时间和功率，并降低热泵区循环泵31的工作时间和功率；当热泵区环境温度值tr已经在较高工作效率环境时，智能控制装置5增加热泵区循环泵31的工作时间和功率，并降低太阳集热区循环泵23的工作时间和效率；基于此，可以减少不必要的水泵循环损失。

为了精确获取热泵区环境温度值tr，在热泵集热模块3上设置了：第一温度传感器431、第二温度传感器432、第三温度传感器433、第四温度传感器434、第五温度传感器435和第六温度传感器436；其中，第一温度传感器431设置在智能控制装置5与冷凝器32连接的管道上，第二温度传感器432设置在冷凝器32与热泵区循环泵31连接的管道上，第三温度传感器433设置在冷凝器32与膨胀阀33连接的管道上，第四温度传感器434设置在冷凝与四通阀36连接的管道上，第五温度传感器435设置在智能控制装置5与蒸发器34连接的管道上，第六温度传感器436设置在蒸发器34与四通阀36连接的管道上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。