CN204593893U - 分离热管型太阳能热泵复合加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种分离热管型太阳能热泵复合加热装置，包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器和保温水箱，所述冷凝器置于所述保温水箱内，所述压缩机输出端与冷凝器连接，所述冷凝器通过节流装置与蒸发器连接，所述蒸发器与压缩机输入端连接；所述蒸发器出口与冷凝器入口之间设置连接一个单向阀的第一分支管路；所述冷凝器出口与蒸发器入口之间设置连接一个单向阀的第二分支管路。本实用新型优点是：能够大幅度提高热水器效率，结构简单可靠，与空气源热泵热水器相比，无蒸发集热板比管翅式蒸发器有更好的带霜工作能力，冬季工作能力更强。

Description

分离热管型太阳能热泵复合加热装置

【技术领域】

本实用新型涉及热水器领域，特别涉及一种分离热管型太阳能热泵复合加热装置。

【背景技术】

目前，在热泵热水器和太阳能热水器行业中，如何提高热水器的工作能力，进一步提高***效率，防止低温冻损，解决体积过大等问题，将太阳能和空气源热泵结合起来，是两个行业的共同目标需要。当前，一般为了达到更好的使用效果，是把两种热水器各装一套；但这样成本较高，且都不具备好的低温工作能力，在冬季的阴天和夜间，太阳能无法工作，而空气源热泵由于低温和结霜等原因也将显著的降低工作能力。如何将热泵热水器和太阳能热水器结合起来，一直是节能工作者的目标。早期提出的直膨式太阳能热泵热水器，就是在这样的背景下设计的，但是由于直膨式太阳能热泵热水器只有热泵模式一个，并且无法解决由于固定的蒸发器面积与太阳能辐照强度变化的矛盾，在配置上顾及了夏天就难以适应冬季。同时在使用中，这种设计没有真正高效的利用太阳能，反而会由于太阳能辐射较强时造成压缩机回气过热，影响设备使用的可靠性。所以直膨式太阳能热泵热水器尽管已经推广了数十年，至今依然没有达到规模应用。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种节能环保，且能充分保障用户使用的分离热管型太阳能热泵复合加热装置。

为了实现上述目的，本实用新型是这样实现的：分离热管型太阳能热泵复合加热装置，包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器和保温水箱，所述冷凝器置于所述保温水箱内，所述压缩机输出端与冷凝器连接，所述冷凝器通过节流装置与蒸发器连接，所述蒸发器与压缩机输入端连接，形成一个换热循环；

所述蒸发器出口与冷凝器入口之间设置连接一个单向阀的第一分支管路，所述第二分支管路在蒸发器出口与冷凝器入口之间与压缩机所在管路呈并联设置。

所述冷凝器出口与蒸发器入口之间设置连接一个单向阀的第二分支管路，所述第二分支管路中所述冷凝器出口与蒸发器入口与节流装置所在管路呈并联设置。

所述单向阀为重力式单向阀。

所述蒸发器可以为太阳能蒸发集热器，可以有效的利用太阳能进行加热。

分离热管型太阳能热泵复合加热装置具有太阳能模式和热泵模式两个工作模式：

当太阳能模式工作时，压缩机关闭，单向阀和单向阀开启，工质在太阳能蒸发集热器中获得热量后蒸发为气态上升，经过与压缩机并联的单向阀后，进入冷凝器释放热量并冷凝为液态，在自身重力的作用下，经过单向阀流进太阳能蒸发集热器继续吸热汽化并上升。

当装置以热泵模式工作时，压缩机启动运行，单向阀和单向阀在压缩机运行形成的较大压差下自行关闭，工质在太阳能蒸发集热器内吸收热量后汽化，被吸入压缩机压缩为高温高压的气态工质，再进入冷凝器放热冷凝为液态，然后经过节流装置节流降压，进入太阳能蒸发集热器内再次吸热汽化。

本实用新型涉及一种采用空气能热泵技术及分离式热管太阳能热水器技术进行制热的装置，将两个节能型热水器结合起来，充分利用太阳能，并能够在阴雨天和夜间以热泵循环进行加热，以保障用户的使用，本***利用分离式热管，在阳光充分的时候以太阳能加热模式工作，并通过两个单向阀使其与热泵***互联，在阳光不利于太阳能模式工作时，可以以热泵模式开始工作。本实用新型不同于原有设计的太阳能热泵装置，是在于原有设计的太阳能热泵，无论太阳能状态如何，都必须启动压缩机以实现制热，而本实用新型则可以视太阳能状况的不同，使用不同的加热模式，即太阳能加热模式和热泵加热模式来进行加热，在太阳能模式工作时，压缩机、电磁阀等用电零部件都不工作。本实用新型能够大幅度提高热水器效率，结构简单可靠，与空气源热泵热水器相比，无蒸发集热板比管翅式蒸发器有更好的带霜工作能力，冬季工作能力更强。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和有益技术效果如下：具有太阳能工作模式和热泵工作模式，在阳光条件较好时能够和传统太阳能热水器一样，不消耗电力而把太阳能蒸发集热器接收的热量传递到冷凝器，此模式下的制热效率为无穷大；在太阳能条件不足时又可以以热泵模式工作，同时由于蒸发集热器有更大的霜容量，使其带霜工作能力极强，除霜时霜层以固体形态脱离太阳能蒸发集热板，减少了空气源热泵除霜时必须将霜层融化为液态所消耗的能量，并有机会获得太阳能的辐照加热而提高蒸发温度，效率远高于传统的空气源热泵。

【附图说明】

图1为本实用新型分离热管型太阳能热泵复合加热装置的***结构图；

图2为太阳能蒸发集热器的横截面结构示意图1；

图3为太阳能蒸发集热器的横截面结构示意图2；

图4为太阳能蒸发集热器带超声波功能夹具的横截面结构示意图；

图5为超声波功能夹具的结构示意图；

图6为太阳能蒸发集热器的装配图；

图7为太阳能蒸发集热器的集热机构的俯视图；

图8为加热管的剖视图；

图9为加热管A-A部剖视图。

【具体实施方式】

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细的描述说明。

分离热管型太阳能热泵复合加热装置，如图1所示，包括2个重力单向阀(第一重力单向阀1和第二重力单向阀2)、压缩机3、冷凝器4、节流装置6、太阳能蒸发集热器7、保温水箱5等组成。所述冷凝器4置于所述保温水箱5内，所述压缩机3输出端与冷凝器4连接，所述冷凝器4通过节流装置6与太阳能蒸发集热器7连接，所述太阳能蒸发集热器7与所述压缩机3输入端连接，形成一个换热循环。在所述太阳能蒸发集热器7出口与冷凝器4入口之间设置连接第一重力单向阀1的第一分支管路，所述第一分支管路在太阳能蒸发集热器7出口与冷凝器4入口之间，与压缩机3所在管路呈并联设置。所述冷凝器4出口与太阳能蒸发集热器7入口之间设置连接第二重力单向阀2的第二分支管路，所述第二分支管路中所述冷凝器4出口与太阳能蒸发集热器7入口连接，与节流装置6所在管路呈并联设置。

本实用新型具有太阳能模式和热泵模式两个工作模式：当太阳能模式工作时，所述压缩机3关闭，所述第一重力单向阀1和第二重力单向阀2开启，换热工质在太阳能蒸发集热器7中获得热量后蒸发为气态上升，经过与压缩机3并联的第一重力单向阀1后，进入冷凝器4释放热量并冷凝为液态，在自身重力的作用下，经过第二重力单向阀2流进太阳能蒸发集热器7继续吸热汽化并上升，工质液体在位差的作用下低速流过第二重力单向阀2时，其流动较慢，不足以克服第二重力单向阀2内阀芯的重力，使工质可以流过；如此循环加热保温水箱5内的水。

当装置以热泵模式工作时，所述压缩机3启动运行，第一重力单向阀1和第二重力单向阀2在压缩机3运行形成的较大压差下自行关闭，此时的运行原理与传统热泵原理无异：换热工质在太阳能蒸发集热器7内吸收热量后汽化，被吸入压缩机3压缩为高温高压的气态工质，再进入冷凝器4放热冷凝为液态，然后经过节流装置6节流降压，进入太阳能蒸发集热器7内再次吸热汽化，如此循环加热保温水箱5内的热水。自来水从进水口8进入保温水箱5，热水从出水口9流出，供用户使用。

其中，所述节流装置6可以是节流阀。在使用时，依照太阳能蒸发集热器7的温度和保温水箱5的关系确定机组的工作模式。本实用新型还包括电控器和温度传感器，用于控制压缩机3的工作。所述温度传感器安装于太阳能蒸发集热器7内，用于监控太阳能蒸发集热器7内的温度。当温度低于设定值时(太阳能热量无法蒸发制冷剂时)，将启动热泵模式工作模式，否则电抗器将一直以太阳能模式工作。

本实用新型在制热原理和方式上，是现有的分离热管型太阳能热水器7和空气源热泵热水装置的结合。分离热管型太阳能热泵热水装置，是利用分离热管和热泵管理，通过在热泵循环中增加两个单向阀，分别与压缩机和节流装置并联，以形成两个不同的工作模式。两个单向阀为重力单向阀，垂直设置，在有压缩机启动后形成的压差时关闭，在压缩机停止时***平衡时开启。当太阳能辐照强度不足或者完全没有时，装置以热泵模式工作，压缩机启动运行，两单向阀在压差作用下自行关闭，***以热泵循环方式工作，与常规热泵工作方式相同：此时太阳能蒸发集热板作为***的蒸发器，为***提供热量，从环境空气和阳光中吸收热量，***的工质吸热蒸发，被吸入压缩机压缩后，压力和温度均升高，然后进入冷凝器释放热量，并冷凝为液态，成为高压的液态工质，再经过节流装置降压后，进入太阳能蒸发集热器蒸发吸热汽化，如此循环，把蒸发集热器吸收的低温热量，提高温度后送入冷凝器；当太阳能辐照强度充足时，装置以分离热管型太阳能模式工作，此时压缩机不启动，两单向阀中的阀芯在重力作用下下落，单向阀开启，太阳能蒸发集热器中的工质，吸收太阳能热量后蒸发汽化，并通过汽侧的单向阀，进入冷凝器进行冷凝放热为液态，在自身重力的作用下，通过液侧的单向阀回流至太阳能蒸发集热器，继续吸热汽化，如此循环，把太阳能的热量在不耗能的条件下自动输送到保温水箱。

所述太阳能蒸发集热器，如图2-7所示，可以包括平板外框75，透明密封盖板73和蒸发集热机构，蒸发集热机构装设在平板外框75内，在蒸发集热机构与平板外框75之间填充有保温材料76，所述保温材料76可以是海绵体或者岩棉，可以有效地避免蒸发集热机构内的热量散失。在蒸发集热机构的上方覆盖聚光透镜盖板73，聚光透镜盖板73被压框71固定在平板外框75的边缘，在聚光透镜盖板73与平板外框75边缘之间设置有密封框72。压框71与平板外框75的侧面可以是通过定位钉74固定，使压框71、密封框72和聚光透镜盖板73气密封的紧密结合在一起，在平板外框75底部内壁处设置有支架79，蒸发集热机构固定在支架79上。所述聚光透镜盖板73将太阳透射后聚集于蒸发集热机构上，提高热效率。所述聚光透镜盖板73可以是菲涅尔透镜。综上所设置，可以避免聚光透镜盖板73与蒸发集热机构直接接触，延长聚光透镜盖板73的使用寿命；同时也可以对蒸发集热机构起到固定保护作用。所述平板外框75可以为由底板的四边弯折形成边框的直接一体式结构。平板外框75的外侧壁设置有凹槽，以便于在安装时，压框71可以通过凹槽的槽壁进行卡位，便于牢固安装。压框71的两端部设置有卡位，可以将聚光透镜盖板73卡住在平板外框75上。在平板外框75的四角可以通过护角710来进一步加固。护角710包住边框四角上的进液管和出汽管相应的接口，护角710上设置有进液集热管和出液集热管穿过的相应的通孔，这样可以有效的固定蒸发集热机构。

所述蒸发集热机构，包括集热板78和加热管77、进液管714和出汽管712，所述加热管77的两端分别与进液管714和出汽管712焊接连通为一体，加热管77与集热板78的底面紧密接触为一体。集热板78表面涂覆有利于吸热和减少热损失的涂层。蒸发集热机构在平板外框75内的安装方式可以是加热管77竖向安装或者加热管77横向安装。加热管77、进液管14和出汽管12可以采用铝、铜等传导性能好的材料制成。在加热管77的表面，如果是铜管则镀有黑铬，或者真空溅射有其它吸热与防护的镀层，如果是铝管则在表面进行阳极化，以产生吸热和防护表面层。所述加热管77排布在所述集热板78上方，且分别与进液管714和出汽管712连接。所述加热管77，如图8-9所示，包括蒸发管771和全玻璃真空管778，所述全玻璃真空管778套设在蒸发管771的外侧，在蒸发管771与全玻璃真空管778之间设置微热管7710，将全玻璃真空管778吸收的太阳能热量通过空气与蒸发管771对流热交换的同时通过微热管7710高效、快速的传递到蒸发管771中，对制冷器进行快速加热。所述微热管7710一端固定连接在蒸发管771的外侧壁上，另一端通过自身的弹性形变与全玻璃真空管778侧壁紧密接触，以达到有效的传热，同时也组装方便。微热管7710可以根据全玻璃真空管778的长度在全玻璃真空管778内可以是一个，或者是一个以上。微热管7710在全玻璃真空管778内可以为规则或者不规则排布。全玻璃真空管778内壁上设置有透明镀膜779。所述透明镀膜779优化的设置方式是设置在全玻璃真空管778内层的内壁上。微热管依靠其内部工质相变进行热量传递，具有传热效率高，均温性能好，无需外加动力等特点，微热管可使用芯片、器件、***冷却等领域广泛的应用的微热管。在全玻璃真空管778内可以设置有1/4～1/2圆的弧形反射板7712，弧形反射板7712的聚焦区集中于蒸发管771，以将透射进来的阳光聚焦在蒸发管771内。弧形反射板7712可以是铝，其反射面为镜面，在全玻璃真空管内的弧形反射板可以有效的防止氧化以及外界灰尘的影响。弧形反射板7712与蒸发管771通过连接件7713连接固定，连接件7713可以是是微热管，微热管焊接在弧形反射板7712与蒸发管771之间。所述蒸发管771的一端与进液管714连接，另一端与出汽管712连接。

在平板外框75的边框四角侧面上设置有与进液管和出汽管相应的接口711，进液管和出汽管与接口711之间设置有密封固定胶圈垫715，使进液管和出汽管与接口处于同心圆位置，减少因对流造成的热损失。接口711在平板外框75上可以是突出结构或者是凹陷结构。

在进液管的接口711处可以装设有超声波防垢设备718，超声波防垢设备718开启后能有效的防止加热管、进液管和出汽管内壁结垢。因为水垢会严重影响传热，并且存在爆管的危险。超声波防垢设备718可以是圆管钳夹式超声波功能装置，安装在进液管的接口711处的外壁上。平板外框75的底部设置有恒压孔717，以利于平板集热器内空间与外界保持适度的连通，从而平板集热器内能维持一个大气压的内在压力，也防止当空气湿度大的时候，平板内的湿度得到控制，保证透明密封盖板内壁面不会因空气含有过饱和水汽而发生冷冻结露现象，同时可以有效减少当PH值小于7的呈酸性水珠形成，从而保证无水珠落在吸热涂层避免腐蚀。所述的恒压孔717设置有若干个，直径可以为5～12mm，在孔壁处设置有护孔胶圈。在平板外框底板的恒压孔717内壁固定着一个圆形的无纺布网袋，网袋内盛装着吸湿的硅胶颗粒，正好覆盖住恒压孔717，使空气可以通过恒压孔717自如的进出，但外界的水份湿气被无纺布袋内的硅胶所吸收，因而能适度隔绝水份直接进入平板集热器内。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例，应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型构思在现有技术基础上通过逻辑分析、推理或者根据有限的实验可以得到的技术方案，均应该在由本权利要求书所确定的保护范围之中。

Claims (4)

1.分离热管型太阳能热泵复合加热装置，包括压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器和保温水箱，所述冷凝器置于所述保温水箱内，所述压缩机输出端与冷凝器连接，所述冷凝器通过节流装置与蒸发器连接，所述蒸发器与压缩机输入端连接；其特征在于：

所述蒸发器出口与冷凝器入口之间设置连接第一单向阀的第一分支管路，所述第一分支管路在蒸发器出口与冷凝器入口之间与压缩机所在管路呈并联设置；

所述冷凝器出口与蒸发器入口之间设置连接第二单向阀的第二分支管路，所述第二分支管路中所述冷凝器出口与蒸发器入口与节流装置所在管路呈并联设置。

2.如权利要求1所述的分离热管型太阳能热泵复合加热装置，其特征在于：所述单向阀为重力式单向阀。

3.如权利要求1所述的分离热管型太阳能热泵复合加热装置，其特征在于：所述蒸发器为太阳能蒸发集热器。

4.如权利要求1-3任一所述的分离热管型太阳能热泵复合加热装置，其特征在于：具有太阳能模式和热泵模式两个工作模式：

当太阳能模式工作时，压缩机关闭，单向阀和单向阀开启，工质在太阳能蒸发集热器中获得热量后蒸发为气态上升，经过第一单向阀后，进入冷凝器释放热量并冷凝为液态，在自身重力的作用下，经过第二单向阀流进太阳能蒸发集热器继续吸热汽化并上升；

当装置以热泵模式工作时，压缩机启动运行，第一单向阀和第二单向阀在压缩机运行形成的较大压差下自行关闭，工质在太阳能蒸发集热器内吸收热量后汽化，被吸入压缩机压缩为高温高压的气态工质，再进入冷凝器放热冷凝为液态，然后经过节流装置节流降压，进入太阳能蒸发集热器内再次吸热汽化。