專利名稱：一體化平板太陽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)，屬于太陽能熱利用范疇，太陽能熱水器及熱泵技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
太陽能熱利用發(fā)展到今天，無論是在集熱器的集熱效率方面，或是在性價比 方面都取得了巨大的進步。太陽能熱水器在中國具有非常廣闊的市場，并且隨著 能源危機的不斷加劇，太陽能的利用受到了國家越來越大的重視。但是，太陽能 利用的最不利因素在于太陽輻射的不穩(wěn)定性，太陽能熱水器無法保證隨時隨地的 熱水需要。當今市場上的太陽能熱水器大多采用輔助電加熱的方式彌補，這種對 高位能源的不合理使用造成了巨大的浪費。
將熱泵與太陽能熱水器相結(jié)合，在太陽輻射不充足時，采用熱泵系統(tǒng)制取熱 水，即能保持供熱的穩(wěn)定，又具有相對較高的制熱效率，節(jié)能效果顯著。目前研 究較多的太陽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輻 射蒸發(fā)；間接膨脹式太陽能熱泵的集熱器與蒸發(fā)器分開，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，但是在太陽輻射很充足時，熱 泵也保持開啟，造成了電能的浪費；間接膨脹式太陽能熱泵，在太陽輻射很充足 時可以直接產(chǎn)生熱水使用，但用來給蒸發(fā)器提供熱水時，輸送管路上會有熱量損 失，而且集熱效率會隨著集熱板溫度的提高而明顯降低。
將太陽能熱水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)集合成一個系統(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)問題本發(fā)明的目的是提供一種可以高效利用太陽輻射，將太陽能制熱水與熱泵制熱水結(jié)合起來，從而實現(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能熱泵熱水裝置將制冷劑管路與平板太陽能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽能集熱裝置；其中， 一體化平板式太陽能集熱器的冷凝劑管的出端通過第一止回閥接壓縮機的進端，壓縮機的出端接套管冷凝器的冷凝劑管的進端，套管冷凝器的冷凝劑管的出端通過電磁閥、電子膨脹閥接三通闊的進端；三通閥的出端分兩路，其中一路接一體化平板式太陽能集熱器的冷凝劑管的進端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器的進端，室外空氣源蒸發(fā)器的出端通過第二止回閥接在第一止回閥與壓縮機的進端之間；一體化平板式太陽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)定的時間由溫度檢測裝置檢測熱水箱I中的水溫，用來控制制冷劑三通閥開度。若太陽輻射充分，水箱中的水溫已經(jīng)滿足生活熱水要求，則控制器維持熱泵停機，系統(tǒng)以太陽能集熱器直接吸收太陽輻射制取熱水模式工作；若太陽輻射不充分，檢測水溫低于生活熱水要求時，控制器使熱泵開啟，并調(diào)節(jié)三通閥門開度，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)壓縮機壓縮后在套管冷凝器中冷凝放熱制取滿足溫度的熱水；當陰雨天完全沒有太陽輻射時，單獨使用空氣源熱泵模式制取熱水。
冬季，空氣源蒸發(fā)器停用。由于冬季太陽輻射普遍不充足，直接接收太陽輻射能獲得的熱水溫度往往無法滿足要求，此時制冷劑全部流經(jīng)一體化平板太陽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)壓縮機壓縮，在套管冷凝器中冷凝放熱，制取滿足溫度要求的熱水。
一體化平板太陽能集熱器將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽能集熱裝置；其中，平板太陽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、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，閥門位于制冷劑管道的進口或出口處。
有益效果本發(fā)明的有益效果是
1.將太陽能熱水系統(tǒng)與熱泵熱水系統(tǒng)相結(jié)合，能夠根據(jù)太陽輻射的不同以多種模式高效制取熱水；
2. —體化平板太陽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， 同時避免了間接膨脹式太陽能熱泵熱水輸送過程中的熱損失；
3. 在冬季太陽輻射普遍不充足，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。
4. 制冷劑從熱水中直接吸收熱量，使得在太陽輻射不充足情況下集熱效率 不至于因為集熱板溫度的逐漸升高而顯著降低。


圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖。其中有 一體化平板式太陽能集熱器l、壓縮 機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 裝置7、閥門開度控制器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能集熱器的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是一體化平板式太陽能集熱器正視圖。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17、控 制裝置18、保溫材料19、螺旋翅片20。
具體實施例方式
采用特殊設(shè)計的一體化平板太陽能集熱器，通過控制制冷劑三通閥門調(diào)節(jié)集 熱器制冷管道中的制冷劑流量。夏季，在設(shè)定的時間(如每天下午6點)由溫度 檢測裝置檢測集熱水箱的溫度。當太陽輻射充足，集熱器直接吸收太陽輻射所產(chǎn) 生的熱水溫度即能滿足使用要求時，控制器使通往集熱器制冷管道的閥門關(guān)閉， 熱泵停開，集熱器直接吸收太陽能制取熱水；當太陽輻射不充足，檢測熱水水溫 不能滿足要求時，控制器使通往集熱器制冷管道的閥門打開且調(diào)節(jié)其開度，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)壓縮機壓縮后在套管冷 凝器中冷凝放熱制取滿足溫度的熱水；當陰雨天完全沒有太陽輻射時，單獨使用 空氣源熱泵模式制取熱水。
太陽能集熱裝置采用一體化平板太陽能集熱器，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強化換熱效果，能夠有效的從水中吸取熱量。
一體化平板太陽能熱泵熱水裝置將制冷劑管路與平板太陽能集熱器的熱水
管路結(jié)合成一體形成太陽能集熱裝置；其中， 一體化平板式太陽能集熱器l的冷
凝劑管的出端通過第一止回閥10接壓縮機2的進端，壓縮機2的出端接套管冷 凝器3的冷凝劑管的進端，套管冷凝器3的冷凝劑管的出端通過電磁閥f、電子 膨脹閥4接三通閥5的進端；三通閥5的出端分兩路，其中一路接一體化平板式 太陽能集熱器1的冷凝劑管的進端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器6的進端，室外 空氣源蒸發(fā)器6的出端通過第二止回閥110接在第一止回閥10與壓縮機2的進 端之間； 一體化平板式太陽能集熱器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。
一體化平板太陽能集熱器1將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽能集 熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽能集熱裝置；其中，平板太陽能集熱器的熱 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17位于制冷劑管道16的進口或出口處。
采用特殊設(shè)計的一體化平板太陽能集熱器，將平板集熱器與制冷管道結(jié)合為 一體，通過控制器控制制冷劑三通閥門開度，從而調(diào)節(jié)集熱器制冷劑管道中的制 冷劑流量。當壓縮機停機時，三通閥門全部關(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吸氣口 ，蒸發(fā)器及集熱器中的制冷劑管道中幾乎沒有殘留 制冷劑。
夏季，在設(shè)定的時間(例如每天下午6點)由溫度檢測裝置(7)檢測集熱 水箱的溫度。當太陽輻射充足，集熱器直接吸收太陽輻射所產(chǎn)生的熱水溫度即能 滿足使用要求時，控制器(8)保持通往集熱器制冷管道的閥門關(guān)閉，管道中無 制冷劑，平板集熱器通過直接吸收太陽能制取熱水；當太陽輻射不充足，檢測熱 水水溫不能滿足要求時，控制器使得通往集熱器制冷管道的閥門打開且適當調(diào)節(jié) 其開度，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 壓縮后在套管冷凝器中冷凝放熱制取滿足溫度的熱水；當陰雨天完全沒有太陽輻
6射時，單獨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)器的閥門關(guān)閉。由于冬季太 陽輻射一般無法滿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)壓縮機壓縮成高壓制冷劑蒸汽進入套管冷凝器，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)。
太陽能集熱裝置釆用特殊設(shè)計的一體化平板太陽能集熱器。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強化換熱效果，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 度的吸收太陽輻射，同時減少熱量散失。
該系統(tǒng)充分的利用了太陽輻射制取熱水，而且與熱泵熱水系統(tǒng)結(jié)合起來，能 夠根據(jù)太陽輻射的不同以多種模式制取熱水。冬季利用已被太陽能加熱的熱水作 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。同時在冬季太陽 輻射普遍不強，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能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽能集熱裝置；其中，一體化平板式太陽能集熱器(1)的冷凝劑管的出端通過第一止回閥(10)接壓縮機(2)的進端，壓縮機(2)的出端接套管冷凝器(3)的冷凝劑管的進端，套管冷凝器(3)的冷凝劑管的出端通過電磁閥(f)、電子膨脹閥(4)接三通閥(5)的進端；三通閥(5)的出端分兩路，其中一路接一體化平板式太陽能集熱器(1)的冷凝劑管的進端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器(6)的進端，室外空氣源蒸發(fā)器(6)的出端通過第二止回閥(110)接在第一止回閥(10)與壓縮機(2)的進端之間；一體化平板式太陽能集熱器(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能熱泵熱水裝置，其特征在于一體化平板太陽能集熱器(1)將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽能集熱器的熱水管路結(jié)合成一體形成太陽能集熱裝置；其中，平板太陽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(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(17)位于制冷劑管道(16)的進口或出口處。
全文摘要
一體化平板太陽能熱泵熱水裝置將平板式太陽能熱水器與熱泵熱水系統(tǒng)結(jié)合為一體，其中，一體化平板式太陽能集熱器(1)的冷凝劑管的出端通過第一止回閥(10)接壓縮機(2)的進端，壓縮機的出端接套管冷凝器(3)的冷凝劑管的進端，套管冷凝器的冷凝劑管的出端通過電磁閥(f)、電子膨脹閥(4)接三通閥(5)的進端；三通閥的出端分兩路，其中一路接一體化平板式太陽能集熱器的冷凝劑管的進端，另一路接室外空氣源蒸發(fā)器(6)的進端，室外空氣源蒸發(fā)器的出端通過第二止回閥(110)接在第一止回閥(10)與壓縮機的進端之間；一體化平板式太陽能集熱器(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F24H4/04GK101498513SQ200910024948
公開日2009年8月5日 申請日期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 申請人:東南大學