專(zhuān)利名稱(chēng)：一體化平板太陽(yáng)能熱泵熱水裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種將傳統(tǒng)的平板式太陽(yáng)能熱水器與熱泵熱水系統(tǒng)結(jié)合在一起的 一體化系統(tǒng)，屬于太陽(yáng)能熱利用范疇，太陽(yáng)能熱水器及熱泵技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能熱利用發(fā)展到今天，無(wú)論是在集熱器的集熱效率方面，或是在性?xún)r(jià)比 方面都取得了巨大的進(jìn)步。太陽(yáng)能熱水器在中國(guó)具有非常廣闊的市場(chǎng)，并且隨著 能源危機(jī)的不斷加劇，太陽(yáng)能的利用受到了國(guó)家越來(lái)越大的重視。但是，太陽(yáng)能 利用的最不利因素在于太陽(yáng)輻射的不穩(wěn)定性，太陽(yáng)能熱水器無(wú)法保證隨時(shí)隨地的 熱水需要。當(dāng)今市場(chǎng)上的太陽(yáng)能熱水器大多采用輔助電加熱的方式彌補(bǔ)，這種對(duì) 高位能源的不合理使用造成了巨大的浪費(fèi)。
將熱泵與太陽(yáng)能熱水器相結(jié)合，在太陽(yáng)輻射不充足時(shí)，采用熱泵系統(tǒng)制取熱 水，即能保持供熱的穩(wěn)定，又具有相對(duì)較高的制熱效率，節(jié)能效果顯著。目前研 究較多的太陽(yáng)能熱水裝置與熱泵的結(jié)合主要有直接膨脹式和間接膨脹式兩種，直 接膨脹式太陽(yáng)能熱泵的集熱器直接作為熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器，制冷劑直接吸收太陽(yáng)輻 射蒸發(fā)；間接膨脹式太陽(yáng)能熱泵的集熱器與蒸發(fā)器分開(kāi)，制冷劑從集熱器獲得的 熱水中吸收熱量蒸發(fā)。
直接膨脹式太陽(yáng)能熱泵結(jié)構(gòu)緊湊，由于制冷劑吸熱蒸發(fā)，集熱板溫度相對(duì)不 高且分布均勻，集熱效率能始終保持在較高水平，但是在太陽(yáng)輻射很充足時(shí)，熱 泵也保持開(kāi)啟，造成了電能的浪費(fèi)；間接膨脹式太陽(yáng)能熱泵，在太陽(yáng)輻射很充足 時(shí)可以直接產(chǎn)生熱水使用，但用來(lái)給蒸發(fā)器提供熱水時(shí)，輸送管路上會(huì)有熱量損 失，而且集熱效率會(huì)隨著集熱板溫度的提高而明顯降低。
將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)集合成一個(gè)系統(tǒng)，結(jié)合直接膨脹式與間接 膨脹式概念為一體將是一種有意義的嘗試。

發(fā)明內(nèi)容
3技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提供一種可以高效利用太陽(yáng)輻射，將太陽(yáng)能制熱水與熱泵制熱水結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)高效節(jié)能制取熱水的系統(tǒng)。
技術(shù)方案本發(fā)明的一體化平板太陽(yáng)能熱泵熱水裝置將制冷劑管路與平板太陽(yáng)能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽(yáng)能集熱裝置；其中， 一體化平板式太陽(yáng)能集熱器的冷凝劑管的出端通過(guò)第一止回閥接壓縮機(jī)的進(jìn)端，壓縮機(jī)的出端接套管冷凝器的冷凝劑管的進(jìn)端，套管冷凝器的冷凝劑管的出端通過(guò)電磁閥、電子膨脹閥接三通闊的進(jìn)端；三通閥的出端分兩路，其中一路接一體化平板式太陽(yáng)能集熱器的冷凝劑管的進(jìn)端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器的進(jìn)端，室外空氣源蒸發(fā)器的出端通過(guò)第二止回閥接在第一止回閥與壓縮機(jī)的進(jìn)端之間；一體化平板式太陽(yáng)能集熱器的水回路與第一水箱連通，套管冷凝器的水回路與第二水箱連通。
夏季，在設(shè)定的時(shí)間由溫度檢測(cè)裝置檢測(cè)熱水箱I中的水溫，用來(lái)控制制冷劑三通閥開(kāi)度。若太陽(yáng)輻射充分，水箱中的水溫已經(jīng)滿(mǎn)足生活熱水要求，則控制器維持熱泵停機(jī)，系統(tǒng)以太陽(yáng)能集熱器直接吸收太陽(yáng)輻射制取熱水模式工作；若太陽(yáng)輻射不充分，檢測(cè)水溫低于生活熱水要求時(shí)，控制器使熱泵開(kāi)啟，并調(diào)節(jié)三通閥門(mén)開(kāi)度，使得一部分制冷劑流向熱水管內(nèi)的制冷劑管路，這部分制冷劑從已經(jīng)被加熱至一定溫度的水中吸取熱量蒸發(fā)，與在室外空氣源蒸發(fā)器吸收室外環(huán)境空氣熱量蒸發(fā)的制冷劑混合，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后在套管冷凝器中冷凝放熱制取滿(mǎn)足溫度的熱水；當(dāng)陰雨天完全沒(méi)有太陽(yáng)輻射時(shí)，單獨(dú)使用空氣源熱泵模式制取熱水。
冬季，空氣源蒸發(fā)器停用。由于冬季太陽(yáng)輻射普遍不充足，直接接收太陽(yáng)輻射能獲得的熱水溫度往往無(wú)法滿(mǎn)足要求，此時(shí)制冷劑全部流經(jīng)一體化平板太陽(yáng)能集熱器的制冷劑管道，吸收管道外熱水管中已經(jīng)被加熱至一定溫度的熱水的熱量蒸發(fā)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，在套管冷凝器中冷凝放熱，制取滿(mǎn)足溫度要求的熱水。
一體化平板太陽(yáng)能集熱器將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽(yáng)能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽(yáng)能集熱裝置；其中，平板太陽(yáng)能集熱器的熱水管路包括集水管道、分水管道、熱水管道、集熱翅片，集水管道、分水管道、分別位于兩側(cè)，熱水管道位于集水管道與分水管道之間并將二者連通，在熱水管道的外側(cè)面連接集熱翅片；熱泵熱水裝置的制冷劑管路包括制冷劑管道、閥門(mén)、螺旋翅片，其中，制冷劑管道的外側(cè)設(shè)有螺旋翅片，并位于集水管道、分水管道、熱水管道中，閥門(mén)位于制冷劑管道的進(jìn)口或出口處。
有益效果本發(fā)明的有益效果是
1.將太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)相結(jié)合，能夠根據(jù)太陽(yáng)輻射的不同以多種模式高效制取熱水；
2. —體化平板太陽(yáng)能集熱器將制冷劑管道直接置于熱水管道中，結(jié)構(gòu)緊湊， 同時(shí)避免了間接膨脹式太陽(yáng)能熱泵熱水輸送過(guò)程中的熱損失；
3. 在冬季太陽(yáng)輻射普遍不充足，溫度普遍較低的環(huán)境下，制冷劑直接從集 熱水管道中吸取熱量，蒸發(fā)溫度高于從環(huán)境中直接吸收熱量，而且避免了空氣源 熱泵在冬季蒸發(fā)器容易結(jié)霜的危險(xiǎn)。
4. 制冷劑從熱水中直接吸收熱量，使得在太陽(yáng)輻射不充足情況下集熱效率 不至于因?yàn)榧療岚鍦囟鹊闹饾u升高而顯著降低。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。其中有 一體化平板式太陽(yáng)能集熱器l、壓縮 機(jī)2、套管冷凝器3、電子膨脹閥4、三通閥5、室外空氣源蒸發(fā)器6、溫度檢測(cè) 裝置7、閥門(mén)開(kāi)度控制器8、循環(huán)水泵9、第一止回閥10、第二止回閥110、電 磁閥f。
圖2是一體化平板式太陽(yáng)能集熱器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是一體化平板式太陽(yáng)能集熱器正視圖。其中有玻璃蓋板11、集水管 道12、分水管道13、熱水管道14、集熱翅片15，制冷劑管道16、閥門(mén)17、控 制裝置18、保溫材料19、螺旋翅片20。
具體實(shí)施例方式
采用特殊設(shè)計(jì)的一體化平板太陽(yáng)能集熱器，通過(guò)控制制冷劑三通閥門(mén)調(diào)節(jié)集 熱器制冷管道中的制冷劑流量。夏季，在設(shè)定的時(shí)間(如每天下午6點(diǎn))由溫度 檢測(cè)裝置檢測(cè)集熱水箱的溫度。當(dāng)太陽(yáng)輻射充足，集熱器直接吸收太陽(yáng)輻射所產(chǎn) 生的熱水溫度即能滿(mǎn)足使用要求時(shí)，控制器使通往集熱器制冷管道的閥門(mén)關(guān)閉， 熱泵停開(kāi)，集熱器直接吸收太陽(yáng)能制取熱水；當(dāng)太陽(yáng)輻射不充足，檢測(cè)熱水水溫 不能滿(mǎn)足要求時(shí)，控制器使通往集熱器制冷管道的閥門(mén)打開(kāi)且調(diào)節(jié)其開(kāi)度，使管 道中有一定制冷劑，這部分制冷劑直接從熱水管道中吸收熱量蒸發(fā)，與在室外空 氣源蒸發(fā)器吸收室外環(huán)境空氣熱量蒸發(fā)的制冷劑混合，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后在套管冷 凝器中冷凝放熱制取滿(mǎn)足溫度的熱水；當(dāng)陰雨天完全沒(méi)有太陽(yáng)輻射時(shí)，單獨(dú)使用 空氣源熱泵模式制取熱水。
太陽(yáng)能集熱裝置采用一體化平板太陽(yáng)能集熱器，在傳統(tǒng)平板集熱器的集熱管 道內(nèi)部加設(shè)制冷劑管道，二者同軸布置。制冷劑管道外套螺旋翅片用來(lái)強(qiáng)化換熱效果，能夠有效的從水中吸取熱量。
一體化平板太陽(yáng)能熱泵熱水裝置將制冷劑管路與平板太陽(yáng)能集熱器的熱水
管路結(jié)合成一體形成太陽(yáng)能集熱裝置；其中， 一體化平板式太陽(yáng)能集熱器l的冷
凝劑管的出端通過(guò)第一止回閥10接壓縮機(jī)2的進(jìn)端，壓縮機(jī)2的出端接套管冷 凝器3的冷凝劑管的進(jìn)端，套管冷凝器3的冷凝劑管的出端通過(guò)電磁閥f、電子 膨脹閥4接三通閥5的進(jìn)端；三通閥5的出端分兩路，其中一路接一體化平板式 太陽(yáng)能集熱器1的冷凝劑管的進(jìn)端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器6的進(jìn)端，室外 空氣源蒸發(fā)器6的出端通過(guò)第二止回閥110接在第一止回閥10與壓縮機(jī)2的進(jìn) 端之間； 一體化平板式太陽(yáng)能集熱器1的水回路與第一水箱I連通，套管冷凝器 3的水回路與第二水箱II連通。
一體化平板太陽(yáng)能集熱器1將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽(yáng)能集 熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽(yáng)能集熱裝置；其中，平板太陽(yáng)能集熱器的熱 水管路包括集水管道12、分水管道13、熱水管道14、集熱翅片15，集水管道 12、分水管道13、分別位于兩側(cè)，熱水管道14位于集水管道12與分水管道13 之間并將二者連通，在熱水管道14的外側(cè)面連接集熱翅片15;熱泵熱水裝置的 制冷劑管路包括制冷劑管道16、閥門(mén)17、螺旋翅片20，其中，制冷劑管道16 的外側(cè)設(shè)有螺旋翅片20，并位于集水管道12、分水管道13、熱水管道14中， 閥門(mén)17位于制冷劑管道16的進(jìn)口或出口處。
采用特殊設(shè)計(jì)的一體化平板太陽(yáng)能集熱器，將平板集熱器與制冷管道結(jié)合為 一體，通過(guò)控制器控制制冷劑三通閥門(mén)開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)集熱器制冷劑管道中的制 冷劑流量。當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，三通閥門(mén)全部關(guān)閉，電磁閥及止回閥保證制冷劑基 本上全部集中在壓縮機(jī)吸氣口 ，蒸發(fā)器及集熱器中的制冷劑管道中幾乎沒(méi)有殘留 制冷劑。
夏季，在設(shè)定的時(shí)間(例如每天下午6點(diǎn))由溫度檢測(cè)裝置(7)檢測(cè)集熱 水箱的溫度。當(dāng)太陽(yáng)輻射充足，集熱器直接吸收太陽(yáng)輻射所產(chǎn)生的熱水溫度即能 滿(mǎn)足使用要求時(shí)，控制器(8)保持通往集熱器制冷管道的閥門(mén)關(guān)閉，管道中無(wú) 制冷劑，平板集熱器通過(guò)直接吸收太陽(yáng)能制取熱水；當(dāng)太陽(yáng)輻射不充足，檢測(cè)熱 水水溫不能滿(mǎn)足要求時(shí)，控制器使得通往集熱器制冷管道的閥門(mén)打開(kāi)且適當(dāng)調(diào)節(jié) 其開(kāi)度，使管道中有一定流量的制冷劑，這部分制冷劑直接從熱水管道中吸收熱 量，與在室外空氣源蒸發(fā)器吸收室外環(huán)境空氣熱量蒸發(fā)的制冷劑混合，經(jīng)壓縮機(jī) 壓縮后在套管冷凝器中冷凝放熱制取滿(mǎn)足溫度的熱水；當(dāng)陰雨天完全沒(méi)有太陽(yáng)輻
6射時(shí)，單獨(dú)使用空氣源熱泵模式制取熱水。
冬季，空氣源蒸發(fā)器不再使用，通往空氣源蒸發(fā)器的閥門(mén)關(guān)閉。由于冬季太 陽(yáng)輻射一般無(wú)法滿(mǎn)足直接加熱熱水至需要溫度，系統(tǒng)完全釆用水源熱泵方式制取 熱水。此時(shí)制冷劑全部流經(jīng)集熱器制冷劑管道，直接從熱水管道中吸收熱量蒸發(fā)， 經(jīng)壓縮機(jī)壓縮成高壓制冷劑蒸汽進(jìn)入套管冷凝器，在套管冷凝器中冷凝放熱，產(chǎn) 生較高溫度的熱水。冷凝后的制冷劑液體經(jīng)電子膨脹閥節(jié)流降壓，回到平板集熱 器中的制冷劑管道，完成熱泵循環(huán)。
太陽(yáng)能集熱裝置釆用特殊設(shè)計(jì)的一體化平板太陽(yáng)能集熱器。這種集熱器是在 在傳統(tǒng)平板集熱器的集熱熱水管道內(nèi)部加設(shè)制冷劑管道，二者同軸布置。制冷劑 管道外采用螺旋翅片用來(lái)強(qiáng)化換熱效果，能夠有效的從已加熱至一定溫度的熱水 中吸取熱量。整個(gè)集熱器鋪設(shè)有透明玻璃蓋板，背部設(shè)有保溫材料，能夠最大限 度的吸收太陽(yáng)輻射，同時(shí)減少熱量散失。
該系統(tǒng)充分的利用了太陽(yáng)輻射制取熱水，而且與熱泵熱水系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，能 夠根據(jù)太陽(yáng)輻射的不同以多種模式制取熱水。冬季利用已被太陽(yáng)能加熱的熱水作 為吸熱熱源，提高了蒸發(fā)溫度，制熱效率比空氣源熱泵熱水系統(tǒng)有較大的提升， 而且避免了空氣源熱泵從空氣中吸熱，蒸發(fā)器可能結(jié)霜的危險(xiǎn)。同時(shí)在冬季太陽(yáng) 輻射普遍不強(qiáng)，溫度通常較低的情況下，制冷劑的不斷蒸發(fā)維持了吸熱板在較低 溫度下，集熱效率不至于很低。
權(quán)利要求
1. 一種一體化平板太陽(yáng)能熱泵熱水裝置，其特征在于該裝置將制冷劑管路與平板太陽(yáng)能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽(yáng)能集熱裝置；其中，一體化平板式太陽(yáng)能集熱器(1)的冷凝劑管的出端通過(guò)第一止回閥(10)接壓縮機(jī)(2)的進(jìn)端，壓縮機(jī)(2)的出端接套管冷凝器(3)的冷凝劑管的進(jìn)端，套管冷凝器(3)的冷凝劑管的出端通過(guò)電磁閥(f)、電子膨脹閥(4)接三通閥(5)的進(jìn)端；三通閥(5)的出端分兩路，其中一路接一體化平板式太陽(yáng)能集熱器(1)的冷凝劑管的進(jìn)端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器(6)的進(jìn)端，室外空氣源蒸發(fā)器(6)的出端通過(guò)第二止回閥(110)接在第一止回閥(10)與壓縮機(jī)(2)的進(jìn)端之間；一體化平板式太陽(yáng)能集熱器(1)的水回路與第一水箱(I)連通，套管冷凝器(3)的水回路與第二水箱(II)連通。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一體化平板太陽(yáng)能熱泵熱水裝置，其特征在于一體化平板太陽(yáng)能集熱器(1)將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽(yáng)能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽(yáng)能集熱裝置；其中，平板太陽(yáng)能集熱器的熱水管路包括集水管道(12)、分水管道(13)、熱水管道(14)、集熱翅片(15)，集水管道(12)、分水管道(13)、分別位于兩側(cè)，熱水管道(14)位于集水管道(12)與分水管道(13)之間并將二者連通，在熱水管道(14)的外側(cè)面連接集熱翅片(15);熱泵熱水裝置的制冷劑管路包括制冷劑管道(16)、閥門(mén)(17)、螺旋翅片(20)，其中，制冷劑管道(16)的外側(cè)設(shè)有螺旋翅片(20)，并位于集水管道(12)、分水管道(13)、熱水管道(14)中，閥門(mén)(17)位于制冷劑管道(16)的進(jìn)口或出口處。
全文摘要
一體化平板太陽(yáng)能熱泵熱水裝置將平板式太陽(yáng)能熱水器與熱泵熱水系統(tǒng)結(jié)合為一體，其中，一體化平板式太陽(yáng)能集熱器(1)的冷凝劑管的出端通過(guò)第一止回閥(10)接壓縮機(jī)(2)的進(jìn)端，壓縮機(jī)的出端接套管冷凝器(3)的冷凝劑管的進(jìn)端，套管冷凝器的冷凝劑管的出端通過(guò)電磁閥(f)、電子膨脹閥(4)接三通閥(5)的進(jìn)端；三通閥的出端分兩路，其中一路接一體化平板式太陽(yáng)能集熱器的冷凝劑管的進(jìn)端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器(6)的進(jìn)端，室外空氣源蒸發(fā)器的出端通過(guò)第二止回閥(110)接在第一止回閥(10)與壓縮機(jī)的進(jìn)端之間；一體化平板式太陽(yáng)能集熱器(1)的水回路與第一水箱(I)連通，套管冷凝器的水回路與第二水箱(II)連通。
文檔編號(hào)F24H4/04GK101498513SQ200910024948
公開(kāi)日2009年8月5日 申請(qǐng)日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者張小松, 磊 楊 申請(qǐng)人:東南大學(xué)