[发明专利]基于重力供液的两循环PVT热泵热水系统

说明书

本发明提供一种基于重力供液的两循环PVT热泵热水系统，包括压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、截止阀、PVT组件、气液分离器、单向阀和逆变器。压缩机排气口与冷凝器制冷剂进口及单向阀出口连接，冷凝器制冷剂出口与储液器进口连接；膨胀阀与截止阀并联连接后的一端与储液器出口连接，另一端与气液分离器进液口连接，气液分离器出液口与PVT组件换热管进口连接，PVT组件换热管出口与气液分离器回气口连接，气液分离器出气口与单向阀进口及压缩机吸气口连接；PVT组件中光伏电池与所述逆变器连接。本发明PVT热泵热水系统可运行蒸气压缩式和热虹吸式重力循环。PVT组件内制冷剂为自身重力供液，不输入额外功，耗电少，PVT组件温度均匀，发电效率高。

技术领域

本发明涉及太阳能热泵技术领域，更具体的说，是涉及一种可实现基于重力供液的两循环PVT热泵热水系统。

背景技术

国际上将太阳能光伏光热综合利用技术称为PVT技术(Photovoltaic-thermal)，PVT技术可产生电、热两种能量收益，具有较高的太阳能综合利用效率。将PVT技术与热泵技术相结合构成PVT热泵，PVT热泵中PVT组件内光伏电池在有制冷剂蒸发的低温条件下工作，具有较高的发电效率，同时，由于热泵循环以太阳能辐照的集热组件作为蒸发热源，制热性能系数也有明显提高，因此PVT热泵极具开发与应用潜力。

现有的PVT热泵热水系统采用制冷剂直接膨胀式供液，来自膨胀阀的制冷剂气液混合物从换热管的一端进入，液体部分蒸发吸收光伏电池热量变为气体，在达到换热管另一端时全部气化被压缩机吸入。PVT热泵热水系统采用这种供液方式存在以下不足：

一、PVT蒸发器换热率低，进入PVT组件的制冷剂为气液两相混合物，气体部分在换热管内形成换热热阻；占比较小的液体部分对管内润湿度低；供液方式为压缩机驱动的单倍供液，制冷剂流速较低；这些限制了PVT组件整体换热效率。

二、不适用于中大型PVT热泵热水系统，中大型PVT热泵热水系统包含多个PVT阵列，每个阵列又有多个PVT组件，PVT组件总体数量大，由膨胀阀流出进入各PVT阵列的制冷剂为气液两相流，易出现分液不均匀，对各PVT组件间的供液不均匀，对全天热负荷变化较为强烈的PVT组件尤为明显，会造成PVT阵列温度分布不均匀，PVT阵列不能充分利用，还会导致PVT组件内光伏电流和电压的差异。

三、高温高光照强度工况下加热中断，在炎热光照强度较大的夏天，PVT组件内制冷剂压力较高，压缩机在过高蒸发压力工况下因压力保护无法开机运行，不再能为高温光伏电池冷却，光伏电池发电效率降低，同时，由于制冷剂循环暂停，热泵热水系统的冷凝器处热水加热中断。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种既可实现制冷剂蒸气压缩式重力供液循环、又可实现制冷剂虹吸式重力供液循环的PVT热泵热水系统。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明基于重力供液的两循环PVT热泵热水系统的原理图如图1所示，系统包括压缩机、冷凝器、储液器、膨胀阀、截止阀、PVT组件、气液分离器、单向阀和逆变器。所述压缩机排气口与所述冷凝器制冷剂进口及所述单向阀出口连接，所述冷凝器制冷剂出口与所述储液器进口连接；所述膨胀阀与所述截止阀并联连接后的一端与所述储液器出口连接，另一端与所述气液分离器进液口连接，所述气液分离器出液口与所述PVT组件换热管进口连接，所述PVT组件换热管出口与所述气液分离器回气口连接，所述气液分离器出气口与所述单向阀进口及所述压缩机吸气口连接；所述PVT组件中光伏电池与所述逆变器连接。

本发明基于重力供液的两循环PVT热泵热水系统可依据环境温度、光照强度分为制冷剂蒸气压缩式重力供液的PVT热泵循环、制冷剂虹吸式重力供液的PVT热泵循环两种循环运行。