本發(fā)明涉及制熱技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種綜合利用太陽能和空氣能的制熱系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

太陽能、空氣能作為重要的可再生清潔能源，其開發(fā)應(yīng)用日益受到重視。目前，太陽能的應(yīng)用主要在發(fā)電和制熱兩個方面；太陽能制熱最大的不足是有太陽光的白天才能較好地使用；利用空氣當(dāng)中的熱能制熱也已見研究，但單靠空氣能研制的空氣能熱水器其致熱系數(shù)提升有限，而且當(dāng)環(huán)境溫度較低時(shí)應(yīng)用受限，此外，當(dāng)前空氣能熱水器安裝占地面積大且價(jià)格不菲。

由于太陽能熱水器和空氣能熱水器各自存在的缺陷，因而研制能夠?qū)⑻柲芎涂諝饽芫C合應(yīng)用的如熱水器類的制熱系統(tǒng)或裝置，引起人們的極大興趣。如申請公布號為cn102393079a的中國專利文獻(xiàn)，公開了一種綜合利用太陽能和空氣能的集成供能系統(tǒng)；又如授權(quán)公告號為cn202267229u的中國專利文獻(xiàn)，其公開了一種空氣源、太陽能一體機(jī)；再如授權(quán)公告號為cn203719142u的中國專利文獻(xiàn)，其公開了一種太陽能空氣能一體式熱水系統(tǒng)，其采用2個水箱。但目前如前述舉例的利用太陽能和空氣能制熱的系統(tǒng)或裝置，要么技術(shù)不夠成熟，要么造價(jià)成本太高可推廣性不強(qiáng)，要么熱轉(zhuǎn)換效率過低使得使用成本過高。因而，繼續(xù)研發(fā)更加成熟高效的綜合利用太陽能和空氣能的制熱系統(tǒng)，顯得十分必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種造價(jià)成本不高、安裝使用方便、使用時(shí)熱轉(zhuǎn)換效率高且可全天候供熱的太陽能空氣能聚合制熱系統(tǒng)及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明的太陽能空氣能聚合制熱系統(tǒng)，包括用于將工質(zhì)與冷水進(jìn)行熱交換以輸出熱水的層級式相變儲熱水箱、用于利用太陽能和空氣能制熱的二元太陽能聚合板；上述的層級式相變儲熱水箱具有工質(zhì)進(jìn)嘴、工質(zhì)出嘴、冷水進(jìn)嘴和熱水出嘴；二元太陽能聚合板具有太陽能集熱板和空氣熱交換板，太陽能集熱板和空氣熱交換板均設(shè)有工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴；其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：

還包括壓縮機(jī)m1、渦輪泵m2、儲液罐、干燥過濾器、汽液分離器、控制器、工質(zhì)流通管道、傳感器組、流道控制組件和管道連接件；

上述的流道控制組件包括單向閥v1、單向閥v2、單向閥v3、單向閥v4、二通電磁閥ev1、二通電磁閥ev2、二通電磁閥ev3、二通電磁閥ev4、二通電磁閥ev5和電子膨脹閥eev；上述的管道連接件包括三通a、b、c、d、e、f、g和h；

上述的壓縮機(jī)m1出口、單向閥v1、三通h、三通b、層級式相變儲熱水箱的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、儲液罐、干燥過濾器、電子膨脹閥eev、三通e、三通d、空氣熱交換板的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v4、三通c、太陽能集熱板的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v3、三通a、汽液分離器5、三通g、二通電磁閥ev1、壓縮機(jī)m1進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道構(gòu)成第一制熱回路；

上述的壓縮機(jī)m1出口、單向閥v1、三通h、三通b、層級式相變儲熱水箱的制冷劑進(jìn)嘴和制冷劑出嘴、儲液罐、干燥過濾器、電子膨脹閥eev、三通e、三通d、空氣熱交換板的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v4、三通c、三通f、二通電磁閥ev4、三通a、汽液分離器、三通g、二通電磁閥ev1、壓縮機(jī)m1進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道構(gòu)成第二制熱回路；

上述的渦輪泵m2出口、單向閥v2、三通h、三通b、層級式相變儲熱水箱的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、儲液罐、干燥過濾器、電子膨脹閥eev、三通e、三通d、二通電磁閥ev5、三通c、太陽能集熱板的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v3、三通a、汽液分離器、三通g、二通電磁閥ev2、渦輪泵m2進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道構(gòu)成第三制熱回路；

上述的壓縮機(jī)m1出口、單向閥v1、三通h、三通b、二通電磁閥ev3、三通e、三通d、空氣熱交換板的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v4、三通c、二通電磁閥ev4、三通a、汽液分離器、三通g、二通電磁閥ev1、壓縮機(jī)m1進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道構(gòu)成除霜回路；

上述的傳感器組包括設(shè)于太陽能集熱板上的第一溫度傳感器、設(shè)于空氣能熱交換板上的第二溫度傳感器、設(shè)于三通c處的第三溫度傳感器以及設(shè)于三通b處的溫度壓力傳感器；傳感器組的各傳感器均與控制器電連接；

流道控制組件中的電子膨脹閥eev以及各個二通電磁閥均與控制器電連接；

使用時(shí)，控制器用于根據(jù)傳感器組中各傳感器上傳的檢測信號，通過控制壓縮機(jī)m1、渦輪泵m2、電子膨脹閥eev以及各個二通電磁閥的開啟或關(guān)閉，相應(yīng)選擇上述的第一至第三制熱回路或除霜回路投入工作。

一種由上述的太陽能空氣能聚合制熱系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：

①系統(tǒng)上電工作后，控制器實(shí)時(shí)接收第一溫度傳感器檢測上傳的溫度t1、第二溫度傳感器檢測上傳的溫度t2、第三溫度傳感器檢測上傳的溫度t3以及溫度壓力傳感器檢測上傳的溫度t4和壓力值p；并將t1與t2的差值t12與內(nèi)置的閾值y1進(jìn)行比較，若t12≥y1且t1≤90℃并且t3≥0℃，則進(jìn)入步驟②；若t12＜y1且t1≤90℃并且t3≥0℃，則進(jìn)入步驟③；若t1＞90℃，則進(jìn)入步驟④；若t3＜0℃，則進(jìn)入步驟⑤；

②控制器啟動上述的第一制熱回路制熱，并通過層級式相變儲熱水箱的熱水出嘴輸出熱水；同時(shí)，控制器將溫度壓力傳感器檢測上傳的溫度t4和壓力值p與內(nèi)置的第二閾值y2以及第三閾值y3進(jìn)行比較，若t4＞y2或p＞y3，控制器關(guān)閉第一制熱回路中的壓縮機(jī)m1，并返回步驟①；

③控制器啟動第二制熱回路制熱，并通過層級式相變儲熱水箱的熱水出嘴輸出熱水；同時(shí)，控制器將溫度壓力傳感器檢測上傳的溫度t4和壓力值p與內(nèi)置的第二閾值y2以及第三閾值y3進(jìn)行比較，若t4＞y2或p＞y3，控制器關(guān)閉第一制熱回路中的壓縮機(jī)m1，并返回步驟①；

④控制器啟動第三制熱回路制熱，并通過層級式相變儲熱水箱的熱水出嘴輸出熱水；

⑤控制器啟動除霜回路對空氣熱交換板除霜，同時(shí)，當(dāng)控制器判斷第三溫度傳感器檢測上傳的溫度t3>6℃時(shí)，控制器關(guān)閉除霜回路并返回步驟①。

進(jìn)一步的方案是：上述的閾值y1取值為5；閾值y2取值為100℃；閾值y3取值為2.8mpa。

本發(fā)明具有積極的效果：（1）本發(fā)明的太陽能空氣能聚合制熱系統(tǒng)，其為利用一種工質(zhì)將太陽能和大氣能有效轉(zhuǎn)化為熱能的全天候、高效的制熱循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)在使用時(shí)能效比達(dá)到5～6，高于目前常見的太陽能和熱泵制熱系統(tǒng)。（2）本發(fā)明的太陽能空氣能聚合制熱系統(tǒng)，其造價(jià)成本不高，安裝使用方便，全天候24小時(shí)均可工作，提供熱能輸出，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)熱水、取暖、干燥設(shè)備系統(tǒng)的供熱，適應(yīng)用強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

上述附圖中的附圖標(biāo)記如下：

壓縮機(jī)m1，渦輪泵m2，單向閥v1，單向閥v2，單向閥v3，單向閥v4，二通電磁閥ev1，二通電磁閥ev2，二通電磁閥ev3，二通電磁閥ev4，二通電磁閥ev5，電子膨脹閥eev；

層級式相變儲熱水箱1；儲液罐2；干燥過濾器3；二元太陽能聚合板4，太陽能集熱板41，空氣熱交換板42；汽液分離器5；控制器6；工質(zhì)流通管道7；第一溫度傳感器81，第二溫度傳感器82，第三溫度傳感器83，溫度壓力傳感器84。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

（實(shí)施例1）

見圖1，本實(shí)施例的太陽能空氣能聚合制熱系統(tǒng)，其主要由壓縮機(jī)m1、渦輪泵m2、層級式相變儲熱水箱1、儲液罐2、干燥過濾器3、二元太陽能聚合板4、汽液分離器5、控制器6、工質(zhì)流通管道7、傳感器組、流道控制組件和管道連接件組成。

流道控制組件包括單向閥v1，單向閥v2，單向閥v3，單向閥v4，二通電磁閥ev1，二通電磁閥ev2，二通電磁閥ev3，二通電磁閥ev4，二通電磁閥ev5，電子膨脹閥eev。

管道連接件包括三通a、b、c、d、e、f、g和h共8個三通。

層級式相變儲熱水箱1本實(shí)施例中優(yōu)選采用公開號為cn105972839a的中國專利文獻(xiàn)公開的層級式相變儲熱水箱，層級式相變儲熱水箱1具有箱體、工質(zhì)進(jìn)嘴、工質(zhì)出嘴、冷水進(jìn)嘴和熱水出嘴；層級式相變儲熱水箱1用于將高溫高壓氣態(tài)的工質(zhì)與輸入到箱體內(nèi)的冷水進(jìn)行熱交換對冷水加熱，由熱水出嘴輸出加熱后的熱水。

二元太陽能聚合板4本實(shí)施例中優(yōu)選采用公開號為cn105115174a的中國專利文獻(xiàn)公開的二元太陽能聚合板，二元太陽能聚合板4具有集成一體的太陽能集熱板41和空氣熱交換板42，太陽能集熱板41設(shè)有集熱管、工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴；空氣熱交換板42設(shè)有冷媒介質(zhì)流通管、換熱片、工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴。二元太陽能聚合板4用于利用空氣能和太陽能對流過的低溫高壓的工質(zhì)進(jìn)行加熱，輸出高溫工質(zhì)。

壓縮機(jī)m1出口、單向閥v1、三通h、三通b、層級式相變儲熱水箱1的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、儲液罐2、干燥過濾器3、電子膨脹閥eev、三通e、三通d、二元太陽能聚合板4的空氣熱交換板42的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v4、三通c、二元太陽能聚合板4的太陽能集熱板41的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v3、三通a、汽液分離器5、三通g、二通電磁閥ev1、壓縮機(jī)m1進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道7構(gòu)成第一制熱回路。第一制熱回路主要用于白天光照充足場合使用。

壓縮機(jī)m1出口、單向閥v1、三通h、三通b、層級式相變儲熱水箱1的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、儲液罐2、干燥過濾器3、電子膨脹閥eev、三通e、三通d、二元太陽能聚合板4的空氣熱交換板42的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v4、三通c、三通f、二通電磁閥ev4、三通a、汽液分離器5、三通g、二通電磁閥ev1、壓縮機(jī)m1進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道7構(gòu)成第二制熱回路。第二制熱回路主要用于夜間以及白天光照不足場合使用。此時(shí)，由于三通a處的壓力比三通c處高，單向閥v3關(guān)閉，因而由三通c、二元太陽能聚合板4的太陽能集熱板41的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴以及單向閥v3構(gòu)成的通道關(guān)閉。

渦輪泵m2出口、單向閥v2、三通h、三通b、層級式相變儲熱水箱1的制冷劑進(jìn)嘴和制冷劑出嘴、儲液罐2、干燥過濾器3、電子膨脹閥eev、三通e、三通d、二通電磁閥ev5、三通c、二元太陽能聚合板4的太陽能集熱板41的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v3、三通a、汽液分離器5、三通g、二通電磁閥ev2、渦輪泵m2進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道7構(gòu)成第三制熱回路。第三制熱回路主要用于晴朗盛夏高溫場合使用。此時(shí)，由于三通c處的壓力比三通d處的壓力高，單向閥v4關(guān)閉，因而由三通d、二元太陽能聚合板4的空氣熱交換板42的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴以及單向閥v4構(gòu)成的通道關(guān)閉。

壓縮機(jī)m1出口、單向閥v1、三通h、三通b、二通電磁閥ev3、三通e、三通d、二元太陽能聚合板4的空氣熱交換板42的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴、單向閥v4、三通c、二通電磁閥ev4、三通a、汽液分離器5、三通g、二通電磁閥ev1、壓縮機(jī)m1進(jìn)口以及工質(zhì)流通管道7構(gòu)成除霜回路。除霜回路主要用于二元太陽能聚合板4的空氣熱交換板42結(jié)霜時(shí)使用。此時(shí)，由于三通a處的壓力比三通c處高，單向閥v3關(guān)閉，因而由三通c、二元太陽能聚合板4的太陽能集熱板41的工質(zhì)進(jìn)嘴和工質(zhì)出嘴以及單向閥v3構(gòu)成的通道關(guān)閉。

傳感器組包括設(shè)于二元太陽能聚合板4的太陽能集熱板41上的第一溫度傳感器81、設(shè)于二元太陽能聚合板4的空氣能熱交換板42上的第二溫度傳感器82、設(shè)于三通c處的第三溫度傳感器83以及設(shè)于三通b處的溫度壓力傳感器84。傳感器組的各傳感器均與控制器6電連接。

流道控制組件中的電子膨脹閥eev以及各個二通電磁閥均與控制器6電連接。

控制器6用于根據(jù)傳感器組中傳感器上傳的檢測信號，通過控制壓縮機(jī)m1、渦輪泵m2、電子膨脹閥eev以及各個二通電磁閥的開啟或關(guān)閉，相應(yīng)選擇前述的第一至第三制熱回路或除霜回路投入工作。

前述的流道控制組件中的各單向閥優(yōu)選采用膜片式單向閥，單向閥的作用是保證工質(zhì)按照設(shè)定方向單向流動并防止回流；電子膨脹閥eev用于將高壓液態(tài)的工質(zhì)經(jīng)進(jìn)行節(jié)流降壓；電子膨脹閥eev的開度由控制器6控制，以相應(yīng)控制工質(zhì)的流量和過熱度，工質(zhì)經(jīng)電子膨脹閥eev的節(jié)流降壓后，溫度急驟降低，變成氣液混合態(tài)的工質(zhì)。

本實(shí)施例的太陽能空氣能聚合制熱系統(tǒng)，其工作方法包括以下步驟：

①系統(tǒng)上電工作后，控制器6實(shí)時(shí)接收第一溫度傳感器81檢測上傳的溫度t1、第二溫度傳感器82檢測上傳的溫度t2、第三溫度傳感器83檢測上傳的溫度t3以及溫度壓力傳感器84檢測上傳的溫度t4和壓力值p；并將t1與t2的差值t12與內(nèi)置的閾值y1進(jìn)行比較，若t12≥y1且t1≤90℃并且t3≥0℃，則進(jìn)入步驟②；若t12＜y1且t1≤90℃并且t3≥0℃，則進(jìn)入步驟③；若t1＞90℃，則進(jìn)入步驟④；若t3＜0℃，則進(jìn)入步驟⑤；

②控制器6啟動第一制熱回路制熱，并通過層級式相變儲熱水箱1的熱水出嘴輸出熱水；同時(shí)，控制器6將溫度壓力傳感器84檢測上傳的溫度t4和壓力值p與內(nèi)置的第二閾值y2以及第三閾值y3進(jìn)行比較，若t4＞y2或p＞y3，控制器6關(guān)閉第一制熱回路中的壓縮機(jī)m1，并返回步驟①；

③控制器6啟動第二制熱回路制熱，并通過層級式相變儲熱水箱1輸出熱水；同時(shí)，控制器將溫度壓力傳感器84檢測上傳的溫度t4和壓力值p與內(nèi)置的第二閾值y2以及第三閾值y3進(jìn)行比較，若t4＞y2或p＞y3，控制器6關(guān)閉第一制熱回路中的壓縮機(jī)m1，并返回步驟①；

④控制器6啟動第三制熱回路制熱，并通過層級式相變儲熱水箱1輸出熱水；

⑤控制器6啟動除霜回路對二元太陽能聚合板4的空氣熱交換板42除霜，同時(shí)，當(dāng)控制器6判斷第三溫度傳感器83檢測上傳的溫度t3>6℃時(shí)，控制器6關(guān)閉除霜回路并返回步驟①。

本實(shí)施例中，前述的閾值y1優(yōu)選取值為5；閾值y2優(yōu)選取值為100℃；閾值y3優(yōu)選取值為2.8mpa。

本實(shí)施例中，工質(zhì)優(yōu)選采用r407c制冷劑。

以上實(shí)施例是對本發(fā)明的具體實(shí)施方式的說明，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變換和變化而得到相對應(yīng)的等同的技術(shù)方案，因此所有等同的技術(shù)方案均應(yīng)該歸入本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。