專利名稱：集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種熱泵熱水器，具體說是一種集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱 泵熱水器，屬于太陽能利用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)和人民生活水平的不斷提高，家庭生活等對(duì)熱水 供應(yīng)的需求越來越強(qiáng)烈，這方面的能源消耗占總能源消耗的比重也逐年增加。 我國(guó)是一個(gè)常規(guī)能源并不富裕的國(guó)家，作為巿場(chǎng)上的主流產(chǎn)品，燃?xì)鉄崴骱?電熱水器給本來就緊張的能源及環(huán)境問題增加了壓力。熱泵作為 一種高效能源 轉(zhuǎn)化裝置，具有明顯的節(jié)能效果，為國(guó)內(nèi)外研究者和使用者所釆用，是國(guó)內(nèi)國(guó) 際的研究開發(fā)重點(diǎn)。巿場(chǎng)上新興起來的空氣源熱泵熱水器與傳統(tǒng)熱水器相比已 有較大的節(jié)能效果，但是其制熱效率受到環(huán)境條件的制約，尤其在寒冷天氣， 效率較低。
太陽能是一種節(jié)能環(huán)保、具有顯著社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的新能源。我國(guó)又是一個(gè) 太陽能資源非常豐富的國(guó)家。如果將太陽能利用技術(shù)和熱泵技術(shù)結(jié)合起來，以 太陽能作為熱泵的低溫?zé)嵩矗纱蟠筇岣邿岜玫闹茻嵝阅?，可?shí)現(xiàn)系統(tǒng)高效、 節(jié)能、穩(wěn)定、無污染地提供生活熱水，充分滿足現(xiàn)代家庭生活需求。
然而，由于太陽能的不連續(xù)性與對(duì)天氣的依賴性，普通的太陽能熱泵在夜 間及連續(xù)陰雨天無法正常工作，將太陽能熱泵系統(tǒng)與蓄能技術(shù)結(jié)合起來，能夠 很好的解決系統(tǒng)不能連續(xù)運(yùn)行的缺點(diǎn)。潛熱蓄能具有蓄能密度大、溫度變化小 等優(yōu)點(diǎn)，引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的普遍關(guān)注，并已得到廣泛的應(yīng)用。目前的蓄能型太
陽能熱泵系統(tǒng)多為集熱器、蓄熱器、蒸發(fā)器分開布置，在蓄熱器中充入相變材 料利用相變潛熱貯存能量，系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，制造成本增大，而利用載熱介質(zhì)從 蓄熱器中取出熱量作為熱泵低位熱源，二次傳熱熱損失大，且由于使用水為集 熱器內(nèi)的換熱介質(zhì)，集熱器內(nèi)溫度較高，集熱損失較大。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷， 提供一種節(jié)能型集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器，目的在合理有效地儲(chǔ)存、 利用太陽能來提高熱泵系統(tǒng)的制熱效率，減少傳統(tǒng)蓄能型太陽能熱泵系統(tǒng)多級(jí) 中間換熱的熱損失及制造成本，保證整個(gè)蓄能型太陽能熱泵裝置的高效與穩(wěn)定 運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保地提供生活熱水。
本實(shí)用新型集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器，包括壓縮機(jī)、水冷冷凝器、
太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器、空氣源熱泵蒸發(fā)器、水泵、水箱；其特征是所述
太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器和空氣源熱泵蒸發(fā)器并聯(lián)，并和壓縮機(jī)、水冷冷凝器
的制冷劑管串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的回路；水冷冷凝器通過水管與水泵、水箱串 聯(lián)連接成一個(gè)閉合的回路。
所述集熱/蓄能/蒸發(fā)器集太陽能集熱器、蓄能容器以及熱泵系統(tǒng)的 蒸發(fā)器于一體。由太陽能真空集熱管、熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器和相變材料構(gòu) 成；熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器以U形蒸發(fā)管的形式布置于太陽能真空集熱管中， 每根蒸發(fā)管與真空集熱管中間均以相變材料填充起到蓄能容器的作用。
所述的蒸發(fā)管內(nèi)部走制冷劑，以U形布置于真空集熱管中，各蒸發(fā)管 采用并聯(lián)的形式連接。經(jīng)過電磁閥節(jié)流降壓后的制冷劑經(jīng)過主管分別送至內(nèi) 置蓄能材料的真空集熱管內(nèi)的U形蒸發(fā)管，吸收太陽能或相變材料儲(chǔ)存的太陽 能后蒸發(fā)經(jīng)過制冷劑出口主管統(tǒng)一進(jìn)入壓縮機(jī)，再經(jīng)過水冷冷凝器后與電磁閥相連。
所述的蒸發(fā)管與真空集熱管中間以相變材料填充，蒸發(fā)管外每隔 一定 距離以盤繞的方式布置毛刷，解決相變材料相變時(shí)由于固液相密度變化 引起分布不均問題。
所述的相變材料可以選擇十水硫酸鈉、月桂酸、正十七烷、正十八烷 或石蠟等
該裝置的水環(huán)路由水冷冷凝器進(jìn)出水管、水泵、水箱串聯(lián)連接成一個(gè)閉合 的回路。水冷冷凝器放出的熱量由冷卻介質(zhì)一一水帶走，儲(chǔ)存在水箱中，用來 提供生活熱水。
本實(shí)用新型的主要有益效果有
1. 將集熱/蓄能/蒸發(fā)器與空氣源熱泵蒸發(fā)器并聯(lián)，可以在不同的工作條件
下以不同的工作模式運(yùn)行，提高工作效率；將太陽能集熱器和熱泵熱水器進(jìn)行 有機(jī)結(jié)合，利用太陽能作為熱泵的低溫?zé)嵩粗频脽崴?，突破了傳統(tǒng)熱水 器直接加熱的方式，同時(shí)克服了熱泵冬季運(yùn)行效率不高的缺陷，實(shí)現(xiàn)優(yōu) 勢(shì)互補(bǔ)，能夠全天候、高效、穩(wěn)定地提供生活熱水。
2. 集熱/蓄能/蒸發(fā)器集太陽能集熱器、蓄能容器以及熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器于 一體，減少中間換熱環(huán)節(jié)，節(jié)約制造成本。
3. 在太陽能集熱器中加入有機(jī)相變材料，以固-液相變潛熱對(duì)太陽能進(jìn)行 儲(chǔ)存，保障熱水器全天候地高效率工作，可望真正有效地解決太陽能的 間歇性所帶來的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的問題。
4. 除了適用于家庭生活外，還可以全年節(jié)能環(huán)保地向大型賓館、休閑場(chǎng) 所、泳池、美容美發(fā)店等提供熱水。


圖l是本實(shí)用新型集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器系統(tǒng)示意圖。其中1 是壓縮機(jī)，2是水冷冷凝器，3、 4是電磁閩，5是太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器，6 是空氣源熱泵，7是止回閥，8是水泵，9是水箱。
圖2是太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖。其中IO為真空集熱管，11 是制冷劑蒸發(fā)管，12是毛刷，13為相變材料。
圖3是太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器橫向剖面示意圖。
圖4是太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器縱向剖面示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(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)說明。
實(shí)施例如圖1所示，所述集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器，由壓縮機(jī) 1、水冷冷凝器2、電磁閩3、電磁閩4、太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器5、空氣源 熱泵蒸發(fā)器6、止回閥7、水泵8、水箱9組成。該裝置的太陽能集熱/蓄能/ 蒸發(fā)器和空氣源熱泵蒸發(fā)器并聯(lián)，并和壓縮機(jī)、水冷冷凝器的制冷劑管21串 聯(lián)連接成一個(gè)閉合的回路。水冷冷凝器通過水管22與水泵8、水箱9串聯(lián)連接 成一個(gè)閉合的回路。
如圖2、 3、 4所示，太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器集太陽能集熱器、蓄能容 器以及熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器于一體，由太陽能真空集熱管io、熱泵系統(tǒng)的 蒸發(fā)器11和相變材料13 (如十水硫酸鈉、月桂酸、正十七烷、正十八 烷或石蠟等)組成。熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器以U形蒸發(fā)管的形式布置于太陽 能真空集熱管中，每根蒸發(fā)管與真空集熱管中間均以相變材料填充起到 蓄能容器詢作用。蒸發(fā)管外每隔一定距離以盤繞的方式布置毛刷12，解 決相變材料相變時(shí)由于固液相密度變化引起分布不均問題。
U形蒸發(fā)管內(nèi)部走制冷劑，各蒸發(fā)管釆用并聯(lián)的形式連接。經(jīng)過電磁閩
節(jié)流降壓后的制冷劑經(jīng)過主管分別送至內(nèi)置蓄能材料的真空集熱管內(nèi)的u形 蒸發(fā)管，吸收太陽能或相變材料儲(chǔ)存的太陽能后蒸發(fā)，經(jīng)過制冷劑出口主管統(tǒng)
一進(jìn)入壓縮機(jī)，再經(jīng)過水冷冷凝器后與電磁閥4相連。
該裝置通過將太陽能和空氣源熱泵蒸發(fā)器并聯(lián)，利用太陽能作為熱泵的低 溫?zé)嵩粗迫崴?，同時(shí)克服空氣源熱泵冬季運(yùn)行效率低的缺陷，實(shí)現(xiàn)全天候、 高效、穩(wěn)定地提供生活熱水的目標(biāo)。當(dāng)系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)，水溫較低，太陽能集熱 /蓄能/蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑溫度較高，空氣源熱泵蒸發(fā)器單獨(dú)工作，太陽能集熱/
蓄能/蒸發(fā)器不工作。系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定以后(1)當(dāng)冬季氣候惡劣，環(huán)境溫度很 低時(shí)，空氣源熱泵運(yùn)行性能系數(shù)低，應(yīng)盡量避免空氣源熱泵蒸發(fā)器運(yùn)行，此時(shí) 電磁閥3關(guān)閉，電磁閥4開啟，太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器單獨(dú)工作，空氣源熱 泵蒸發(fā)器不工作；(2)當(dāng)遇到連續(xù)陰雨天氣，太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器儲(chǔ)存能 量較少時(shí)，電磁閥3開啟，電磁閥4關(guān)閉，空氣源熱泵蒸發(fā)器單獨(dú)工作，太陽 能集熱/蓄能/蒸發(fā)器不工作；(3)當(dāng)太陽能輻射強(qiáng)度不足或環(huán)境溫度較高時(shí)， 電磁閥3、 4同時(shí)開啟，太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器和空氣源熱泵蒸發(fā)器同時(shí)工 作。
該裝置的水環(huán)路由水冷冷凝器進(jìn)出水管、水泵、水箱串聯(lián)連接成一個(gè)閉合 的回路。水冷冷凝器放出的熱量由冷卻介質(zhì)一一水帶走，儲(chǔ)存在水箱中，用來 提供生活熱水。
該裝置主要有以下三種工作模式
1、空氣源熱泵工作模式機(jī)組在剛啟動(dòng)或連續(xù)陰雨天時(shí)，電磁閥3開啟， 電磁閥4關(guān)閉。壓縮機(jī)1排出的高溫高壓的制冷劑經(jīng)水冷冷凝器2冷卻凝結(jié)后， 經(jīng)電磁閥3送至空氣源熱泵蒸發(fā)器6，吸收空氣中的熱量蒸發(fā)后，制冷劑回到 壓縮機(jī)l，完成一次循環(huán)。此工作模式利用空氣源作為熱泵的低溫?zé)嵩?，提供生活用水?br> 2、 太陽能熱泵工作模式當(dāng)水箱水溫達(dá)到30~40度時(shí)，電磁閥3關(guān)閉， 電磁閥4開啟。(1)若此時(shí)外界太陽能輻射強(qiáng)度很大，真空集熱管將吸收太陽 能并儲(chǔ)存一部分能量，然后直接將熱量提供給蒸發(fā)管，此時(shí)蒸發(fā)管作為熱泵系 統(tǒng)的蒸發(fā)器，其內(nèi)部的制冷劑吸熱蒸發(fā)后進(jìn)入壓縮機(jī)l，經(jīng)壓縮機(jī)l壓縮升溫 后進(jìn)入冷凝器2，將熱量釋放給冷卻介質(zhì)-水，再經(jīng)過電磁閥4節(jié)流后進(jìn)入集 熱/蓄能/蒸發(fā)器5蒸發(fā)，完成一次循環(huán)。(2)若此時(shí)外界太陽能輻射強(qiáng)度不夠， 真空集熱管內(nèi)的蓄能介質(zhì)發(fā)生相變，釋放出相變熱傳遞給蒸發(fā)管，蒸發(fā)管內(nèi)部 的制冷劑吸熱后蒸發(fā)進(jìn)入壓縮機(jī)1，高溫高壓的制冷劑經(jīng)水冷冷凝器2冷凝后 再經(jīng)電磁閥4送至集熱/蓄能/蒸發(fā)器5,完成一次循環(huán)。
3、 復(fù)合源熱泵工作模式此模式下，由于外界太陽能輻射強(qiáng)度不夠，電磁 閥3、 4同時(shí)開啟，太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器5和空氣源熱泵蒸發(fā)器6并聯(lián)， 同時(shí)為壓縮機(jī)提供制冷劑蒸氣，從壓縮機(jī)1排出的高溫高壓的制冷劑經(jīng)水冷冷 凝器2冷卻凝結(jié)后，經(jīng)電磁閥3、 4分別送至太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器5和空 氣源熱泵蒸發(fā)器6，同時(shí)利用太陽能和空氣中的熱量，完成一個(gè)循環(huán)。
權(quán)利要求1、一種集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器，包括壓縮機(jī)(1)、水冷冷凝器(2)、太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器(5)、空氣源熱泵蒸發(fā)器(6)、水泵(8)、水箱(9)；其特征是所述太陽能集熱/蓄能/蒸發(fā)器(5)和空氣源熱泵蒸發(fā)器(6)并聯(lián)，并和壓縮機(jī)(1)、水冷冷凝器的制冷劑管(21)串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的回路；水冷冷凝器通過水管(22)與水泵(8)、水箱(9)串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的回路；所述集熱/蓄能/蒸發(fā)器(5)由太陽能真空集熱管(10)、熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器(11)和相變材料(13)構(gòu)成；熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器以U形蒸發(fā)管的形式布置于太陽能真空集熱管中，U形蒸發(fā)管與真空集熱管中間均以相變材料填充。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器，其特征是所 述的U形蒸發(fā)管外表每隔一定距離以盤繞的方式布置毛刷。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器，其特征是所 述的相變材料為十水硫酸鈉、月桂酸、正十七烷、正十八烷或石蠟。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化熱泵熱水器，包括壓縮機(jī)、水冷冷凝器、集熱/蓄能/蒸發(fā)器、空氣源蒸發(fā)器、水泵、水箱；集熱/蓄能/蒸發(fā)器和空氣源蒸發(fā)器并聯(lián)，并和壓縮機(jī)、水冷冷凝器的制冷劑管串聯(lián)連接成一個(gè)閉合的回路；水冷冷凝器通過水管與水泵、水箱串聯(lián)成閉合的回路。本裝置的集熱/蓄能/蒸發(fā)器集集熱器、蓄能容器及蒸發(fā)器于一體，減少中間換熱環(huán)節(jié)，節(jié)約制造成本。以固-液相變潛熱對(duì)太陽能進(jìn)行儲(chǔ)存，保障熱水器全天候地高效率工作，解決了太陽能的間歇性所帶來的系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的問題。利用太陽能作為熱泵的低溫?zé)嵩粗频脽崴?，突破了傳統(tǒng)熱水器直接加熱的方式，同時(shí)克服了熱泵冬季運(yùn)行效率不高的缺陷，能夠全天候穩(wěn)定地提供生活熱水。
文檔編號(hào)F24H4/02GK201181093SQ20082003280
公開日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者薇 吳, 牛寶聯(lián), 趙孝保 申請(qǐng)人:南京師范大學(xué)