CN112594769B - 一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置及方法，供热循环回路、供冷循环回路、太阳能集热循环回路以及多层双源换热模块；供热循环采用常规环保工质作为循环运行工质，将从铝制微通道阵列获得的热量对载冷介质水进行升温并送至用户末端可用作供暖或者生活热水。铝制微通道阵列采用基于热虹吸热管原理的结构进行高密度热量交换，同时可应用多种类型载能介质进行热量的转移与互换实现冷热双源的综合应用。

Description

一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置及方法

技术领域

本发明涉及新能源综合应用技术领域，尤其是涉及一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置及方法。

背景技术

太阳能是理想的可再生能源，其热利用技术目前还处于发展时期，其应用的一种重要形式是太阳能热水，该热水***可以实现建筑节能10%至15%，而住宅采用太阳能供暖***，将为建筑能耗节省45%左右；然而，目前市场上的太阳能热水利用装置设备普遍存在一些弊病，如：形式及功能单一（如单热水***、单供暖***或者单太阳能热泵空调***），全年综合利用效率偏低等，因此，有必要设计一种专门用于改进其功能及形式单一性，并提高其综合利用率的综合能源供应装置及操控方法，确保太阳能全功能全周期的可持续高效利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置及使用方法，此装置有效提高了热能的综合利用率，确保太阳能全功能全周期的可持续高效利用。

为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置，它包括：

供热循环回路，所述供热循环回路包括变频压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、多层双源换热模块和铝制微通道阵列；变频压缩机出口端连通于冷凝器放热侧的入口，变频压缩机另一端连通于铝制微通道阵列的出口侧；冷凝器放热侧出口连通于电子膨胀阀一端，电子膨胀阀的另一端连通于铝制微通道阵列的进口侧；供暖或生活热水管道与冷凝器外侧入口及冷凝器外侧出口相连通；

供冷循环回路，所述供冷循环回路包括变频冷冻水泵，变频冷冻水泵通过第二控制阀门与下层强化换热通道的下层强化换热通道总进口相连，变频冷冻水泵的另一端连接空调末端冷热风机盘管和第四控制阀门；风机盘管设置在变频冷冻水泵上游，并使得风机盘管出口连通变频冷冻水泵，风机盘管入口连通下层强化换热通道的下层强化换热通道总出口及第三控制阀门；

太阳能集热循环回路，所述太阳能集热循环回路包括变频水泵，变频水泵一端与第四控制阀门及第五四控制阀门相连通，另一端连通于太阳能集热器的进口；第五控制阀门另一端与上层强化换热通道的上层强化换热通道总出口相连通，太阳能集热器的出口与第一控制阀门一端相连通，第一控制阀门另一端与第三控制阀门及上层强化换热通道总进口相连通。

所述冷凝器外侧出口处设置有第二传感器，第二传感器通信连接于控制器，用于检测通过冷凝器吸热后送至末端的热水的温度、流量和压力。

所述风机盘管出口设置有第一传感器，第一传感器通信连接于控制器，用于检测冷热空调末端循环回水的温度、流量和压力。

所述上层强化换热通道总进口处设置有第三传感器，第三传感器通信连接于控制器，用于检测通过太阳能集热器吸热后送至上层强化换热通道的载冷介质的温度、流量和压力。

所述太阳能集热循环回路中的载冷循环介质为液态或者气态。

所述液态载冷循环介质采用水或乙醇溶液；所述气态载冷循环介质采用有机制冷工质。

所述多层双源换热模块由上、中、下三层组成，上层为上层强化换热通道，中层为铝制微通道阵列，下层为下层强化换热通道，且上、中、下三层之间采用导热强力胶水无缝贴合，热量可通过边界在中层与上下层之间高效传递。

所述上层强化换热通道及下层强化换热通道内部采用隔离的独立通道结构，且各个独立通道结构内部设置有强化换热的导热微翅片。

所述铝制微通道阵列内部各独立的单个微通道设计为均匀平行流结构，每个独立的单个微通道水力学直径在1mm以下，且均采用基于热虹吸热管原理结构设计。

用于供暖的太阳能热泵直膨式***的运行方法：

供热水供暖模式：

Step1.1：关闭第二控制阀门、第三控制阀门和第四控制阀门，开启阀门第一控制阀门和第五控制阀门；

Step1.2：启动太阳能集热循环回路中的变频水泵，通信控制器实时采集第三传感器的温度值，根据用户负荷需求调节变频水泵的运行频率以此平衡通过铝制微通道阵列的循环工质的吸热量；

Step1.3：启动供热循环回路中变频压缩机，电子膨胀阀自动调节供热循环回路的过热度，冷凝器持续不断将由冷凝器外侧入口进入的用户侧低温回水加热升温，然后经由送冷凝器外侧出口送往用户供应生活热水或进行采暖换热用，通信控制器实时采集冷凝器外侧出口处的第二传感器的温度值，根据设定生活热水或供暖温度调节变频压缩机的运行频率以此实现变容量运行，匹配用户热水或供暖需求；

冷热双供模式：

Step2.1：关闭第三控制阀门和第四控制阀门，开启第一控制阀门和第五控制阀门和第二控制阀门；

Step2.2：启动供冷循环回路中变频冷冻水泵，变频冷冻水泵将通过下层强化换热通道大量放热冷却后的冷冻水送至供冷末端冷风机盘管为用户进行空调制冷，通信控制器实时采集第一传感器的温度值，根据该回水温度值的实时变化调节变频冷冻水泵的运行频率以此满足用户的用冷需求；

Step2.3：启动运行供热循环回路，同供热水供暖模式中Step1.3；

Step2.4：启动运行太阳能集热循环回路，同供热水供暖模式中Step1.2；

太阳能直接供热模式：

Step3.1：关闭阀门第二控制阀门和第五控制阀门，开启第一控制阀门、第三控制阀门和第四控制阀门；

Step3.2：启动太阳能集热循环回路中的变频水泵，***切换为太阳能直接加热水循环进入室内风机盘管为用户进行供暖，通信控制器实时采集第一传感器的温度值，根据该回水温度值的实时变化调节变频冷冻水泵的运行频率以此满足用户的供暖需求。

本发明有如下有益效果：

通过采用本发明的装置，在夏季白天太阳能充足时进行生活热水供应，同时在双源铝制微通道热管阵列替换热泵蒸发器的分流作用下可进行建筑空调制冷，综合利用效率远超独立太阳能热水***；过度季节装置演变为常规的高效太阳能热水器；冬季利用热泵联合升温功能可为用户24小时不间断提供生活热水的同时进行持续的住宅供暖。所有的这些功能及运行特点可使整体太阳能的利用形式与功能多元化及综合利用率最大化，既能可持续运行，又能达到绿色且环保的要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1本发明***原理图。

图2本发明多层双源换热模块的结构简图。

图3本发明多层双源换热模块内部结构图。

图4本发明单个微通道结构图。

图中：1变频压缩机，2冷凝器，2a冷凝器外侧入口，2b冷凝器外侧出口，3电子膨胀阀，4多层双源换热模块，5风机盘管，6太阳能集热器，7铝制微通道阵列，7a铝制微通道阵列总进口，7b铝制微通道阵列总出口，8单个微通道，9上层强化换热通道，9a上层强化换热通道总进口，9b上层强化换热通道总出口，10下层强化换热通道，10a下层强化换热通道总出口，10b下层强化换热通道总进口，11层独立通道结构，12通信控制器，V1第一控制阀门，V2第二控制阀门，V3第三控制阀门，V4第四控制阀门，V5第五控制阀门，P1变频冷冻水泵，P2变频水泵，S1第一传感器，S2第二传感器，S3第三传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置，它包括：

供热循环回路I，所述供热循环回路I包括变频压缩机1、冷凝器2、电子膨胀阀3、多层双源换热模块4和铝制微通道阵列7；变频压缩机1出口端连通于冷凝器2放热侧的入口，变频压缩机1另一端连通于铝制微通道阵列7的出口侧7b；冷凝器2放热侧出口连通于电子膨胀阀3一端，电子膨胀阀3的另一端连通于铝制微通道阵列7的进口侧7a；供暖或生活热水管道与冷凝器外侧入口2a及冷凝器外侧出口2b相连通；

进一步的，供冷循环回路Ⅱ，所述供冷循环回路Ⅱ包括变频冷冻水泵P1，变频冷冻水泵P1通过第二控制阀门V2与下层强化换热通道10的下层强化换热通道总进口10b相连，变频冷冻水泵P1的另一端连接空调末端冷热风机盘管5和第四控制阀门V4；风机盘管5设置在变频冷冻水泵P1上游，并使得风机盘管5出口连通变频冷冻水泵P1，风机盘管5入口连通下层强化换热通道10的下层强化换热通道总出口10a及第三控制阀门V3；

进一步的，太阳能集热循环回路Ⅲ，所述太阳能集热循环回路Ⅲ包括变频水泵P2，变频水泵P2一端与第四控制阀门V4及第五四控制阀门V5相连通，另一端连通于太阳能集热器6的进口；第五控制阀门V5另一端与上层强化换热通道9的上层强化换热通道总出口9b相连通，太阳能集热器6的出口与第一控制阀门V1一端相连通，第一控制阀门V1另一端与第三控制阀门V3及上层强化换热通道总进口9a相连通。

进一步的，所述冷凝器外侧出口2b处设置有第二传感器S2，第二传感器S2通信连接于控制器12，用于检测通过冷凝器2吸热后送至末端的热水的温度、流量和压力。通过上述的控制方式能够配合供热循环回路I实现自动化控制。

进一步的，所述风机盘管5出口设置有第一传感器S1，第一传感器S1通信连接于控制器12，用于检测冷热空调末端循环回水的温度、流量和压力。通过上述的控制方式能够配合供冷循环回路Ⅱ实现自动化控制。

进一步的，所述上层强化换热通道总进口9a处设置有第三传感器S3，第三传感器S3通信连接于控制器12，用于检测通过太阳能集热器6吸热后送至上层强化换热通道9的载冷介质的温度、流量和压力。通过上述的控制方式能够配合太阳能集热循环回路实现自动化控制。

进一步的，所述太阳能集热循环回路Ⅲ中的载冷循环介质为液态或者气态。通过采用多种不同形式的载冷循环介质提高了其使用的灵和性。

进一步的，所述液态载冷循环介质采用水或乙醇溶液；所述气态载冷循环介质采用有机制冷工质。

进一步的，所述多层双源换热模块4由上、中、下三层组成，上层为上层强化换热通道9，中层为铝制微通道阵列7，下层为下层强化换热通道10，且上、中、下三层之间采用导热强力胶水无缝贴合，热量可通过边界在中层与上下层之间高效传递。

进一步的，所述上层强化换热通道9及下层强化换热通道10内部采用隔离的独立通道结构11，且各个独立通道结构11内部设置有强化换热的导热微翅片。

进一步的，所述铝制微通道阵列7内部各独立的单个微通道8设计为均匀平行流结构，每个独立的单个微通道8水力学直径在1mm以下，且均采用基于热虹吸热管原理结构设计。

实施例2：

用于供暖的太阳能热泵直膨式***的运行方法：

（1）供热水供暖模式：

Step1.1：关闭第二控制阀门V2、第三控制阀门V3和第四控制阀门V4，开启阀门第一控制阀门V1和第五控制阀门V5；

Step1.2：启动太阳能集热循环回路Ⅲ中的变频水泵P2，通信控制器12实时采集第三传感器S3的温度值，根据用户负荷需求调节变频水泵P2的运行频率以此平衡通过铝制微通道阵列7的循环工质的吸热量；

Step1.3：启动供热循环回路I中变频压缩机1，电子膨胀阀3自动调节供热循环回路的过热度，冷凝器2持续不断将由冷凝器外侧入口2a进入的用户侧低温回水加热升温，然后经由送冷凝器外侧出口2b送往用户供应生活热水或进行采暖换热用，通信控制器12实时采集冷凝器外侧出口2b处的第二传感器S2的温度值，根据设定生活热水或供暖温度调节变频压缩机1的运行频率以此实现变容量运行，匹配用户热水或供暖需求；

（2）冷热双供模式：

Step2.1：关闭第三控制阀门V3和第四控制阀门V4，开启第一控制阀门V1和第五控制阀门V5和第二控制阀门V2；

Step2.2：启动供冷循环回路Ⅱ中变频冷冻水泵P1，变频冷冻水泵P1将通过下层强化换热通道10大量放热冷却后的冷冻水送至供冷末端冷风机盘管5为用户进行空调制冷，通信控制器12实时采集第一传感器S1的温度值，根据该回水温度值的实时变化调节变频冷冻水泵P1的运行频率以此满足用户的用冷需求；

Step2.3：启动运行供热循环回路I，同供热水供暖模式中Step1.3；

Step2.4：启动运行太阳能集热循环回路Ⅲ，同供热水供暖模式中Step1.2；

（3）太阳能直接供热模式：

Step3.1：关闭阀门第二控制阀门V2和第五控制阀门V5，开启第一控制阀门V1、第三控制阀门V3和第四控制阀门V4；

Step3.2：启动太阳能集热循环回路Ⅲ中的变频水泵P2，***切换为太阳能直接加热水循环进入室内风机盘管为用户进行供暖，通信控制器12实时采集第一传感器S1的温度值，根据该回水温度值的实时变化调节变频冷冻水泵P1的运行频率以此满足用户的供暖需求。

Claims (6)

1.一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置，其特征在于，它包括：

供热循环回路（I），所述供热循环回路（I）包括变频压缩机（1）、冷凝器（2）、电子膨胀阀（3）、多层双源换热模块（4）和铝制微通道阵列（7）；变频压缩机（1）出口端连通于冷凝器（2）放热侧的入口，变频压缩机（1）另一端连通于铝制微通道阵列（7）的出口侧（7b）；冷凝器（2）放热侧出口连通于电子膨胀阀（3）一端，电子膨胀阀（3）的另一端连通于铝制微通道阵列（7）的进口侧（7a）；供暖或生活热水管道与冷凝器外侧入口（2a）及冷凝器外侧出口（2b）相连通；

供冷循环回路（Ⅱ），所述供冷循环回路（Ⅱ）包括变频冷冻水泵（P1），变频冷冻水泵（P1）通过第二控制阀门（V2）与下层强化换热通道（10）的下层强化换热通道总进口（10b）相连，变频冷冻水泵（P1）的另一端连接空调末端冷热风机盘管（5）和第四控制阀门（V4）；风机盘管（5）设置在变频冷冻水泵（P1）上游，并使得风机盘管（5）出口连通变频冷冻水泵（P1），风机盘管（5）入口连通下层强化换热通道（10）的下层强化换热通道总出口（10a）及第三控制阀门（V3）；

太阳能集热循环回路（Ⅲ），所述太阳能集热循环回路（Ⅲ）包括变频水泵（P2），变频水泵（P2）一端与第四控制阀门（V4）及第五四控制阀门（V5）相连通，另一端连通于太阳能集热器（6）的进口；第五控制阀门（V5）另一端与上层强化换热通道（9）的上层强化换热通道总出口（9b）相连通，太阳能集热器（6）的出口与第一控制阀门（V1）一端相连通，第一控制阀门（V1）另一端与第三控制阀门（V3）及上层强化换热通道总进口（9a）相连通；

所述多层双源换热模块（4）由上、中、下三层组成，上层为上层强化换热通道（9），中层为铝制微通道阵列（7），下层为下层强化换热通道（10），且上、中、下三层之间采用导热强力胶水无缝贴合，热量可通过边界在中层与上下层之间高效传递；

所述冷凝器外侧出口（2b）处设置有第二传感器（S2），第二传感器（S2）通信连接于控制器（12），用于检测通过冷凝器（2）吸热后送至末端的热水的温度、流量和压力；

所述风机盘管（5）出口设置有第一传感器（S1），第一传感器（S1）通信连接于控制器（12），用于检测冷热空调末端循环回水的温度、流量和压力；

所述上层强化换热通道总进口（9a）处设置有第三传感器（S3），第三传感器（S3）通信连接于控制器（12），用于检测通过太阳能集热器（6）吸热后送至上层强化换热通道（9）的载冷介质的温度、流量和压力。

2.根据权利要求1所述的一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置，其特征在于：所述太阳能集热循环回路（Ⅲ）中的载冷循环介质为液态或者气态。

3.根据权利要求2所述的一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置，其特征在于：所述液态载冷循环介质采用水或乙醇溶液；所述气态载冷循环介质采用有机制冷工质。

4.根据权利要求1所述的一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置，其特征在于：所述上层强化换热通道（9）及下层强化换热通道（10）内部采用隔离的独立通道结构（11），且各个独立通道结构（11）内部设置有强化换热的导热微翅片。

5.根据权利要求1所述的一种基于铝制微通道热管技术的多能供应装置，其特征在于：所述铝制微通道阵列（7）内部各独立的单个微通道（8）设计为均匀平行流结构，每个独立的单个微通道（8）水力学直径在1mm以下，且均采用基于热虹吸热管原理结构设计。

6.权利要求1-5任意一项所述基于铝制微通道热管技术的多能供应装置的运行方法，其特征在于：

（1）供热水供暖模式：

Step1.1：关闭第二控制阀门（V2）、第三控制阀门（V3）和第四控制阀门（V4），开启阀门第一控制阀门（V1）和第五控制阀门（V5）；

Step1.2：启动太阳能集热循环回路（Ⅲ）中的变频水泵（P2），通信控制器（12）实时采集第三传感器（S3）的温度值，根据用户负荷需求调节变频水泵（P2）的运行频率以此平衡通过铝制微通道阵列（7）的循环工质的吸热量；

Step1.3：启动供热循环回路（I）中变频压缩机（1），电子膨胀阀（3）自动调节供热循环回路的过热度，冷凝器（2）持续不断将由冷凝器外侧入口（2a）进入的用户侧低温回水加热升温，然后经由送冷凝器外侧出口（2b）送往用户供应生活热水或进行采暖换热用，通信控制器（12）实时采集冷凝器外侧出口（2b）处的第二传感器（S2）的温度值，根据设定生活热水或供暖温度调节变频压缩机（1）的运行频率以此实现变容量运行，匹配用户热水或供暖需求；

（2）冷热双供模式：

Step2.1：关闭第三控制阀门（V3）和第四控制阀门（V4），开启第一控制阀门（V1）和第五控制阀门（V5）和第二控制阀门（V2）；

Step2.2：启动供冷循环回路（Ⅱ）中变频冷冻水泵（P1），变频冷冻水泵（P1）将通过下层强化换热通道（10）大量放热冷却后的冷冻水送至供冷末端冷风机盘管（5）为用户进行空调制冷，通信控制器（12）实时采集第一传感器（S1）的温度值，根据该回水温度值的实时变化调节变频冷冻水泵（P1）的运行频率以此满足用户的用冷需求；

Step2.3：启动运行供热循环回路（I），同供热水供暖模式中Step1.3；

Step2.4：启动运行太阳能集热循环回路（Ⅲ），同供热水供暖模式中Step1.2；

（3）太阳能直接供热模式：

Step3.1：关闭阀门第二控制阀门（V2）和第五控制阀门（V5），开启第一控制阀门（V1）、第三控制阀门（V3）和第四控制阀门（V4）；

Step3.2：启动太阳能集热循环回路（Ⅲ）中的变频水泵（P2），***切换为太阳能直接加热水循环进入室内风机盘管为用户进行供暖，通信控制器（12）实时采集第一传感器（S1）的温度值，根据该回水温度值的实时变化调节变频冷冻水泵（P1）的运行频率以此满足用户的供暖需求。

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