一種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置，主要包括蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器、三股流復(fù)合換熱器、熱力膨脹閥、壓縮機(jī)、水冷冷凝器、儲(chǔ)水箱等，太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器與三股流復(fù)合換熱器連接，三股流復(fù)合換熱器通過(guò)水循環(huán)管路依次與水泵A、儲(chǔ)水箱、截止閥串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的水循環(huán)回路，同時(shí)，三股流復(fù)合換熱器通過(guò)熱泵蒸發(fā)器管路依次與壓縮機(jī)、水冷冷凝器的制冷劑管、水冷冷凝器、熱力膨脹閥串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的循環(huán)回路；水冷冷凝器與水冷冷凝器水管、儲(chǔ)水箱和水泵B串聯(lián)連接成水冷冷凝器的水循環(huán)回路。本裝置能提高熱泵系統(tǒng)的制熱效率，優(yōu)化蓄能型太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)的整體性能。
【專利說(shuō)明】一種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種供熱水裝置，具體說(shuō)是一種通過(guò)太陽(yáng)能集熱管集熱，蓄能材 料相變儲(chǔ)熱，振蕩熱管高效傳熱相結(jié)合的熱泵供熱裝置，屬于太陽(yáng)能利用領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，人們提升生活品質(zhì)的要求越來(lái)越高，采暖和生活對(duì)熱水供應(yīng)的 需求越來(lái)越強(qiáng)烈，這方面的能源消耗占建筑總能耗的比重在逐年增加。利用可再生能源， 走可持續(xù)發(fā)展道路是降低建筑能耗的有效途徑之一。《中國(guó)的能源政策（2012)》白皮書提 出大力發(fā)展新能源與可再生能源，指出"加大太陽(yáng)能熱水器普及力度，鼓勵(lì)太陽(yáng)能集中供熱 水、太陽(yáng)能采暖"。國(guó)務(wù)院印發(fā)了能源發(fā)展"十二五"規(guī)劃的通知，也指出"加快發(fā)展建筑一 體化太陽(yáng)能應(yīng)用，鼓勵(lì)太陽(yáng)能采暖"。太陽(yáng)能是可再生清潔能源，我國(guó)太陽(yáng)能資源資源豐富， 有2/3的地區(qū)年輻射總量大于5020MJ/m 2、年日照小時(shí)在2200h以上。目前，太陽(yáng)熱水器已得 到快速發(fā)展，但因太陽(yáng)能本身的不穩(wěn)定性和間歇性，使其不宜作為供熱水系統(tǒng)的主要熱源， 需要與輔助加熱設(shè)備一起使用。因此，發(fā)展全天候蓄能型太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)對(duì)節(jié)能降耗具有 重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 太陽(yáng)能是可再生清潔能源，常規(guī)低溫太陽(yáng)能集熱器集熱溫度在55_75°C，具有很高 的集熱效率，成本也相對(duì)低廉，低位太陽(yáng)能集熱器還有利于與建筑一體化結(jié)合。熱泵節(jié)能優(yōu) 勢(shì)明顯，因而太陽(yáng)能與熱泵聯(lián)合運(yùn)行時(shí)，太陽(yáng)能可提供比環(huán)境溫度高的熱源，作為熱泵系統(tǒng) 蒸發(fā)器側(cè)熱源后，可同時(shí)提高太陽(yáng)能集熱效率和熱泵的性能。但是太陽(yáng)輻射受各種復(fù)雜氣 象因素的影響強(qiáng)度隨時(shí)變化，具有不穩(wěn)定性和間歇性，從而導(dǎo)致太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)性能波動(dòng) 大，在陰雨天和日照時(shí)間短的冬季，很難實(shí)現(xiàn)全天候供熱水。一旦太陽(yáng)輻射強(qiáng)度低于250W/ m2時(shí)，集熱溫度比外界環(huán)境溫度還低，熱泵蒸發(fā)器側(cè)得不到足夠的熱量，系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行。相 變蓄能技術(shù)可以解決太陽(yáng)能供求在時(shí)間和空間上不匹配矛盾，也就是在能量多時(shí)可以蓄 能，在需要時(shí)釋放出來(lái)，從而提高能源利用率。且利用潛熱蓄能，蓄能密度大、溫度變化小。 目前的蓄能型太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)多為集熱器、蓄熱器、蒸發(fā)器分開(kāi)布置，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，制造 成本增大，且利用載熱介質(zhì)從蓄熱器中取出熱量作為熱泵低位熱源，而水系統(tǒng)在冬季夜間 有管路凍裂的危險(xiǎn)。
[0004] 中國(guó)專利CN200810020470. 9 "復(fù)合源集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水系統(tǒng)"和 CN200710190062. 3 "集熱蓄能蒸發(fā)一體化太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)"中，熱泵蒸發(fā)器均以U形管的形 式布置于太陽(yáng)能真空集熱管中，每根蒸發(fā)管與真空集熱管中間以相變材料填充起到蓄能容 器的作用，減少了中間換熱環(huán)節(jié)，節(jié)約了制造成本。但是這些系統(tǒng)制冷劑充灌量大，蒸發(fā)管 路長(zhǎng)導(dǎo)致管路壓降大，使得壓縮機(jī)容積效率減少，影響系統(tǒng)性能。振蕩熱管內(nèi)部傳熱集顯熱 傳熱、相變傳熱、汽泡體積變化做功于一體，且不需要熱管所必須的吸液芯，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 操作方便、成本低、無(wú)需動(dòng)力驅(qū)動(dòng)、可遠(yuǎn)距離傳輸、當(dāng)量導(dǎo)熱系數(shù)大、熱響應(yīng)快、可根據(jù)使用 要求彎曲等優(yōu)點(diǎn)，其傳熱性能是普通熱管的十幾倍。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)現(xiàn)有蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱系統(tǒng)的缺陷，本實(shí)用新型提供一種全天候運(yùn)行 的、高效、節(jié)能的太陽(yáng)能熱泵供熱裝置，目的在于合理有效地利用蓄能介質(zhì)實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的 收集及移峰填谷，并利用振蕩熱管進(jìn)行高效傳熱，從而提高熱泵系統(tǒng)的制熱效率，優(yōu)化蓄能 型太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)的整體性能。
[0006] 本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置，主要包括蓄能型太陽(yáng)能振蕩 熱管集熱器、三股流復(fù)合換熱器、熱力膨脹閥、壓縮機(jī)、水冷冷凝器、水泵A、水泵B、儲(chǔ)水箱 和截止閥，蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器與三股流復(fù)合換熱器連接，所述三股流復(fù)合換熱 器通過(guò)水循環(huán)管路依次與水泵A、儲(chǔ)水箱、截止閥串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的水循環(huán)回路，同時(shí)， 所述三股流復(fù)合換熱器通過(guò)熱泵蒸發(fā)器管路依次與壓縮機(jī)、水冷冷凝器的制冷劑管、水冷 冷凝器、熱力膨脹閥串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的循環(huán)回路；所述水冷冷凝器與水冷冷凝器水管、 儲(chǔ)水箱和水泵B串聯(lián)連接成水冷冷凝器的水循環(huán)回路。
[0008] 所述蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器包括太陽(yáng)能真空集熱管、蓄能材料和振蕩熱 管，振蕩熱管的蒸發(fā)段以U形管形式布置在太陽(yáng)能真空集熱管內(nèi)，蒸發(fā)段上還設(shè)有毛刷，蓄 能材料填充在振蕩熱管的蒸發(fā)段與太陽(yáng)能真空集熱管之間。
[0009] 所述三股流復(fù)合換熱器為套管式換熱器，由換熱器外殼、熱泵蒸發(fā)器管路和振蕩 熱管的冷凝段管路構(gòu)成，循環(huán)水管路的進(jìn)口和出口設(shè)置在換熱器外殼上，熱泵蒸發(fā)器管路 和振蕩熱管的冷凝段管路并行設(shè)置在換熱器外殼內(nèi)，換熱器外殼內(nèi)充滿循環(huán)水。
[0010] 本實(shí)用新型基于振蕩熱管作為熱傳遞媒介，將瞬時(shí)太陽(yáng)能或者集熱器中相變材料 儲(chǔ)存的太陽(yáng)能傳遞給三股流換熱器，直接供熱或利用熱泵循環(huán)加熱熱水，用以提供生活熱 水或者提供給散熱器用以冬季供暖，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0011] (1)合理有效地利用相變蓄能實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)能的集熱及移峰填谷，可以解決能量供 求在時(shí)間上的不匹配矛盾，也就是可以在能量多時(shí)可以蓄能，在需要時(shí)釋放出來(lái)，從而延長(zhǎng) 能源利用時(shí)間，提高能源利用率。
[0012] (2)分階段利用太陽(yáng)能，太陽(yáng)輻射強(qiáng)時(shí)，可以方便切換到蓄能型太陽(yáng)能集熱管加熱 水模式，當(dāng)太陽(yáng)輻射弱時(shí)，熱泵系統(tǒng)作為輔助加熱，夜間或連續(xù)陰雨天時(shí)，切換到蓄能型太 陽(yáng)能熱泵循環(huán)模式，發(fā)揮更高的熱力性能，從而解決太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)在能量供求空間上的 不匹配矛盾。
[0013] (3)該循環(huán)利用振蕩熱管進(jìn)行高效傳熱，將一體化蓄能型太陽(yáng)能熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)管 路從太陽(yáng)能集熱器中解耦出來(lái)，克服了蒸發(fā)管路長(zhǎng)、流動(dòng)阻力大、壓縮機(jī)性能差的缺點(diǎn)。系 統(tǒng)緊湊，動(dòng)力消耗小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，為太陽(yáng)能作為熱泵系統(tǒng)低溫?zé)嵩吹膽?yīng)用拓寬了途徑。
[0014] (4)為太陽(yáng)能作為熱泵低溫?zé)嵩刺峁┝艘环N可行的裝置與方案，只需要將技術(shù)已 經(jīng)很成熟的熱泵系統(tǒng)、振蕩熱管和蓄能型太陽(yáng)能真空管加以耦合和改造即可實(shí)現(xiàn)。
[0015] (5)可選用平板式集熱器，和建筑外墻結(jié)合，實(shí)現(xiàn)建筑一體化。
[0016] (6)可實(shí)現(xiàn)全年節(jié)能、環(huán)保、高效地向家庭、大型賓館、休閑場(chǎng)所、商務(wù)辦公樓等提 供熱水，或冬季向這些場(chǎng)所提供采暖熱水。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017] 圖1是本實(shí)用新型的裝置示意圖，其中：蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器1、三股流 復(fù)合換熱器2、熱力膨脹閥3、壓縮機(jī)4、水冷冷凝器5、水泵A6、水泵B7、儲(chǔ)水箱8和截止閥 9、循環(huán)水管路11、熱泵蒸發(fā)器管路12、水冷冷凝器的制冷劑管13、水冷冷凝器水管14。
[0018] 圖2是本實(shí)用新型裝置的夏季運(yùn)行模式示意圖。
[0019] 圖3是本實(shí)用新型裝置的冬季運(yùn)行模式示意圖。
[0020] 圖4是本實(shí)用新型裝置的過(guò)渡季節(jié)運(yùn)行模式示意圖。
[0021] 圖5是蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器示意圖。包括太陽(yáng)能真空集熱管19、振蕩熱 管10、毛刷21和相變材料20。
[0022] 圖6是三股流復(fù)合換熱器示意圖。其中，振蕩熱管10、循環(huán)水管路11、熱泵蒸發(fā)器 管路12、換熱器外殼15。
[0023] 圖7是三股流復(fù)合換熱器的截面圖。其中，蒸發(fā)器管路中的制冷劑16、循環(huán)水17、 熱管工質(zhì)18。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0025] 本實(shí)用新型提供了一種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置，其構(gòu)成如 圖1所示，由熱管工質(zhì)循環(huán)、熱泵制冷劑循環(huán)和循環(huán)水回路組成，包括蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱 管集熱器1、三股流復(fù)合換熱器2、熱力膨脹閥3、壓縮機(jī)4、水冷冷凝器5、水泵A6、水泵B7、 儲(chǔ)水箱8和截止閥9。
[0026] 所述蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器1包括太陽(yáng)能真空集熱管19、振蕩熱管10、毛 刷21和相變材料20,振蕩熱管10的蒸發(fā)段以U形管形式布置在太陽(yáng)能真空集熱管19內(nèi)。
[0027] 所述三股流復(fù)合換熱器2為套管式換熱器，由換熱器外殼15、熱泵蒸發(fā)器管路12 和振蕩熱管10的冷凝段構(gòu)成，套管換熱器外殼15內(nèi)有兩根傳熱管，一根是振蕩熱管10冷 凝段管段，和它并行的是熱泵蒸發(fā)器管段12,兩根并行管外大套管內(nèi)充滿的是來(lái)自水箱的 循環(huán)水17,循環(huán)水管路11的進(jìn)口和出口設(shè)置在換熱器外殼15上，振蕩熱管10冷凝段管段 內(nèi)流動(dòng)的是熱管工質(zhì)18,熱泵蒸發(fā)器管段12內(nèi)流動(dòng)的是制冷劑16。
[0028] 所述熱泵制冷劑循環(huán)由熱泵蒸發(fā)器管路12依次和壓縮機(jī)4、水冷冷凝器的制冷劑 管13、水冷冷凝器5、熱力膨脹閥3串聯(lián)而成。
[0029] 所述水循環(huán)由兩個(gè)并聯(lián)管路組成：水冷冷凝器5、水冷冷凝器水管14、儲(chǔ)水箱8和 水泵B7串聯(lián)連接成水冷冷凝器的水循環(huán)回路；三股流復(fù)合換熱器內(nèi)水循環(huán)管路11依次和 水泵A6、儲(chǔ)水箱8和截止閥9串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的水循環(huán)回路。
[0030] 本實(shí)用新型的裝置可以在以下三種模式運(yùn)行：
[0031] (1)夏季運(yùn)行時(shí)，所述熱管工質(zhì)循環(huán)：太陽(yáng)輻射充足，太陽(yáng)能真空集熱管19中蓄能 材料20傳遞的瞬時(shí)太陽(yáng)能或者白天儲(chǔ)存夜間放出的熱量足夠多，振蕩熱管10的蒸發(fā)段吸 收這部分太陽(yáng)能后，通過(guò)振蕩熱管內(nèi)的工質(zhì)18將熱量高效傳遞給振蕩熱管10的冷凝段，在 三股流復(fù)合換熱器2中振蕩熱管10直接將這部分熱量傳遞給復(fù)合換熱器中的循環(huán)水管路 11，從而實(shí)現(xiàn)供熱水。所述熱泵循環(huán)停止工作；所述水循環(huán)：在三股流復(fù)合換熱器2中得到 振蕩熱管10傳遞的熱量后溫度升高的水，通過(guò)水泵A6進(jìn)入儲(chǔ)水箱8,經(jīng)截止閥9調(diào)節(jié)流量 后進(jìn)入三股流復(fù)合換熱器2中繼續(xù)被加熱提高溫度。
[0032] (2)冬季運(yùn)行時(shí)，所述熱管工質(zhì)循環(huán)：太陽(yáng)輻射不足，太陽(yáng)能真空集熱管19中蓄能 材料20傳遞或者白天儲(chǔ)存夜間放出的熱量較低，振蕩熱管10的蒸發(fā)段吸收這部分太陽(yáng)能 后，通過(guò)振蕩熱管10內(nèi)的工質(zhì)18將熱量高效傳遞給振蕩熱管10的冷凝段，振蕩熱管10的 冷凝段和熱泵蒸發(fā)器管路12在三股流復(fù)合換熱器2中進(jìn)行熱交換。所述熱泵循環(huán)：熱泵蒸 發(fā)器管路12中的制冷劑16得到熱管傳遞的熱量后汽化成制冷劑蒸氣，經(jīng)壓縮機(jī)4加壓后 進(jìn)入水冷冷凝器5的制冷劑管路13,在其中放出熱量冷卻凝結(jié)后的制冷劑液體通過(guò)熱力膨 脹閥3節(jié)流，再進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器管路12中，繼續(xù)吸收振蕩熱管10傳遞的熱量，如此完成一 個(gè)循環(huán)。所述水循環(huán)：水冷凝器5的制冷劑管路13釋放的熱量用以加熱水冷冷凝器另一側(cè) 的循環(huán)水14,送至儲(chǔ)水箱8后又經(jīng)水泵B7,進(jìn)入水冷冷凝器5中繼續(xù)加熱到所需溫度；
[0033] (3)過(guò)渡季節(jié)運(yùn)行時(shí)，所述熱管工質(zhì)循環(huán)：輻射稍有不足，太陽(yáng)能真空集熱管19中 相變材料20傳遞或者白天儲(chǔ)存夜間放出的熱量通過(guò)振蕩熱管10傳遞后，不足以加熱熱水 到所需溫度，振蕩熱管10將這部分熱量一部分加熱三股流復(fù)合換熱器2中循環(huán)水17,另一 部分傳遞給三股流復(fù)合換熱器2中的熱泵蒸發(fā)器管路12。所述熱泵循環(huán)：熱泵蒸發(fā)器管路 12中的制冷劑16得到振蕩熱管10傳遞的熱量后汽化成制冷劑蒸氣，經(jīng)壓縮機(jī)4加壓后進(jìn) 入水冷冷凝器5的制冷劑管路13,在其中放出熱量冷卻凝結(jié)后的制冷劑液體通過(guò)熱力膨脹 閥3節(jié)流，再進(jìn)入熱泵蒸發(fā)器管路12中，繼續(xù)吸收振蕩熱管10傳遞的熱量，如此完成一個(gè) 循環(huán)。所述水循環(huán)由兩個(gè)并聯(lián)管路組成，一根循環(huán)水管路在三股流復(fù)合換熱器2中得到振 蕩熱管10傳遞的熱量后溫度升高，通過(guò)水泵A6進(jìn)入儲(chǔ)水箱8,經(jīng)截止閥9調(diào)節(jié)流量后再次 進(jìn)入三股流復(fù)合換熱器2中繼續(xù)被加熱提高溫度；另一根水管路在水冷凝器5中得到制冷 劑管路13釋放的熱量，然后被送至儲(chǔ)水箱8后又經(jīng)水泵B7,進(jìn)入水冷冷凝器5中繼續(xù)加熱 到所需溫度。
【權(quán)利要求】
1. 一種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置，主要包括蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱 管集熱器、三股流復(fù)合換熱器、熱力膨脹閥、壓縮機(jī)、水冷冷凝器、水泵A、水泵B、儲(chǔ)水箱和 截止閥，其特征在于，蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器與三股流復(fù)合換熱器連接，所述三股流 復(fù)合換熱器通過(guò)水循環(huán)管路依次與水泵A、儲(chǔ)水箱、截止閥串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的水循環(huán)回 路，同時(shí)，所述三股流復(fù)合換熱器通過(guò)熱泵蒸發(fā)器管路依次與壓縮機(jī)、水冷冷凝器的制冷劑 管、水冷冷凝器、熱力膨脹閥串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的循環(huán)回路；所述水冷冷凝器與水冷冷凝 器水管、儲(chǔ)水箱和水泵B串聯(lián)連接成水冷冷凝器的水循環(huán)回路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置，其特征 在于，所述蓄能型太陽(yáng)能振蕩熱管集熱器包括太陽(yáng)能真空集熱管、蓄能材料和振蕩熱管，振 蕩熱管的蒸發(fā)段以U形管形式布置在太陽(yáng)能真空集熱管內(nèi)，蒸發(fā)段上還設(shè)有毛刷，蓄能材 料填充在振蕩熱管的蒸發(fā)段與太陽(yáng)能真空集熱管之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全天候運(yùn)行的高效蓄能型太陽(yáng)能熱泵供熱裝置，其特征 在于，所述三股流復(fù)合換熱器為套管式換熱器，由換熱器外殼、熱泵蒸發(fā)器管路和振蕩熱管 的冷凝段管路構(gòu)成，循環(huán)水管路的進(jìn)口和出口設(shè)置在換熱器外殼上，熱泵蒸發(fā)器管路和振 蕩熱管的冷凝段管路并行設(shè)置在換熱器外殼內(nèi)，換熱器外殼內(nèi)充滿循環(huán)水。
【文檔編號(hào)】F24J2/05GK203880976SQ201420199291
【公開(kāi)日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】蘇鵬飛, 吳薇, 王琴, 褚沈嬌, 栗童, 王光耀, 陳黎, 周寧佼 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)