專利名稱:直膨式太陽能熱泵熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型太陽能熱水器，尤其涉及一種直接膨脹式太陽能熱泵熱水器，屬于能源類供熱技術(shù)領(lǐng)域：
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但是，常規(guī)太陽能熱泵熱水器是將太陽能集熱回路與熱泵回路進(jìn)行串聯(lián)，通過循環(huán)泵或風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)集熱回路中的循環(huán)介質(zhì)(通常采用水或空氣)，使其在太陽能集熱器中能收集太陽輻射能，然后在蒸發(fā)器內(nèi)與制冷劑進(jìn)行熱量交換。常規(guī)太陽能熱泵熱水器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜、成本及安裝費(fèi)用也較高，因而難以獲得商業(yè)上的成功。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的直膨式太陽能熱泵熱水器的工作原理與典型的蒸汽壓縮式熱泵循環(huán)相同，只是將太陽能集熱器同時(shí)用作熱泵蒸發(fā)器，使太陽能的集熱過程與液態(tài)制冷劑的蒸發(fā)過程在一個(gè)設(shè)備中同時(shí)發(fā)生，從而取消了集熱回路及其循環(huán)泵，并節(jié)省了一個(gè)換熱設(shè)備。這不僅簡化了系統(tǒng)，降低了成本，同時(shí)也增強(qiáng)了系統(tǒng)的熱力性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案中，太陽能集熱器采用無蓋板、無底部保溫的平板集熱器，并在其表面噴涂選擇性涂層。理論及實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果表明，在非寒冷地區(qū)，與具有單層或多層蓋板的集熱器相比，這種全裸式平板集熱器的集熱性能并無明顯變化，然而其造價(jià)卻大大降低，并且更易于安裝在建筑物的屋頂或外墻之上。在直膨式太陽能熱泵循環(huán)中，太陽能集熱器的工作溫度較低，因而可利用多種熱源在白天，如果板溫高于環(huán)境溫度，集熱器只能獲得直接太陽能增益；在陰天和夜間，如果板溫低于環(huán)境溫度，集熱器就可以從大氣中獲得顯熱增益；如果板溫低于露點(diǎn)溫度，大氣中的水蒸氣在集熱器表面產(chǎn)生冷凝，集熱器則可以獲得一部分潛熱增益。由此可見，這種集熱器可使系統(tǒng)供熱能力均衡性得到極大的改善，增強(qiáng)系統(tǒng)的適用性。
在本發(fā)明設(shè)計(jì)的技術(shù)方案中，冷凝器布置在貯熱水箱之中，作為水箱的一個(gè)組成部分。這種結(jié)構(gòu)取消了獨(dú)立的熱泵冷凝器和供熱回路，并節(jié)省了一個(gè)循環(huán)泵，使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊、成本進(jìn)一步降低。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的直膨式太陽能熱泵熱水器為分體式結(jié)構(gòu)，即太陽能集熱器/蒸發(fā)器作為一個(gè)單獨(dú)部件(室外裝置)，可根據(jù)實(shí)際情況掛裝在建筑物的南向外墻之上或傾斜布置在南向屋頂之上；壓縮機(jī)、冷凝水箱及其余系統(tǒng)部件則作為一個(gè)整體部件(室內(nèi)裝置)放置在室內(nèi)；室內(nèi)裝置與室外裝置之間采用制冷劑管路連接。這種結(jié)構(gòu)大大簡化了系統(tǒng)的安裝過程，降低了安裝費(fèi)用，更易于在城鄉(xiāng)住宅中加以推廣和應(yīng)用，尤其適合于高層建筑住宅。
本發(fā)明所用的壓縮機(jī)為冰箱壓縮機(jī)，其電機(jī)功率小，使用220V的家用電源，因而不需要大電流的電氣連接。
本發(fā)明采用了特征溫度控制系統(tǒng)。所謂特征溫度，是指一個(gè)綜合考慮了太陽輻射強(qiáng)度和大氣溫度的等效溫度，用以表征太陽能集熱器/蒸發(fā)器工作條件。根據(jù)不同的天氣情況可選擇不同的特征溫度來控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)，使該熱水器能夠經(jīng)常處于最佳狀態(tài)下運(yùn)行。太陽能集熱/蒸發(fā)器上安裝了太陽輻射儀和溫度傳感器，將采集的表征太陽輻射強(qiáng)度及大氣溫度的熱電勢信號(hào)傳遞給控制器，由它將其轉(zhuǎn)換為特征溫度，并與設(shè)定值相比較，當(dāng)二者相等時(shí)，控制器自動(dòng)接通壓縮機(jī)電源。另外，在貯熱水箱中設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值(55℃)時(shí)，通過控制器自動(dòng)關(guān)閉壓縮機(jī)。
本發(fā)明將太陽能熱水技術(shù)與熱泵技術(shù)有機(jī)地結(jié)合起來，可以同時(shí)改善太陽能集熱器的集熱性能和熱泵的供熱性能，是一種新型的綠色環(huán)保型熱水器。同傳統(tǒng)的全天候太陽能熱水器(電輔助)相比，本發(fā)明具有節(jié)能效果顯著、可全天候供熱、全年適用性好等優(yōu)點(diǎn)；同常規(guī)太陽能熱泵熱水器相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、價(jià)格便宜、安裝及操作方便等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明設(shè)計(jì)的直膨式太陽能熱泵熱水器除壓縮機(jī)外沒有其它耗能和運(yùn)動(dòng)部件，因此整個(gè)裝置能耗少、噪音小、運(yùn)行安全、維護(hù)方便，而且不存在冬季防凍和管路腐蝕問題，特別適用于多陰雨天氣的地域。熱水器的太陽能集熱/蒸發(fā)器可采用緊貼外墻面的壁掛方式，因而可以有效地與建筑結(jié)合，適合于各種建筑的用戶。

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖所示，整個(gè)熱水器裝置主要包括太陽能集熱/蒸發(fā)器1、熱泵壓縮機(jī)2、冷凝器3、貯熱水箱4、貯液器5、干燥過濾器6、熱力膨脹閥7、控制器8等。太陽能集熱/蒸發(fā)器1的出口與熱泵壓縮機(jī)2的吸氣口相連，壓縮機(jī)2的排氣口與冷凝器3的進(jìn)氣口連接，冷凝器3的出液口與貯液器5相連，然后分別先后連接于干燥過濾器6、熱力膨脹閥7，最后使膨脹閥7的出口與集熱/蒸發(fā)器1的進(jìn)液口相連，從而形成制冷劑的閉合循環(huán)通道。冷凝器3布置在貯熱水箱4之中，熱力膨脹閥7的溫包設(shè)置在太陽能集熱/蒸發(fā)器1的出口管路上，集熱/蒸發(fā)器1上的太陽輻射儀、溫度傳感器以及貯熱水箱4中的溫度傳感器分別與控制器8的輸入接口連接，控制器8的控制接口與壓縮機(jī)電源開關(guān)連接。
太陽能集熱/蒸發(fā)器1為無蓋板、無底部保溫、表面噴涂光譜選擇性材料的平板型集熱器，同時(shí)兼作液體制冷劑的蒸發(fā)器。采用銅管/鋁板焊接方式或全鋁板熱壓吹脹方式制作太陽能集熱/蒸發(fā)器，管子外徑可取10～16mm，內(nèi)徑取8～13mm，板厚取0.5～1mm，管間距取50～150mm。
本發(fā)明采用分體式結(jié)構(gòu)，即太陽能集熱/蒸發(fā)器可單獨(dú)布置在室外，而壓縮機(jī)、冷凝器、貯熱水箱及其余部件做成一體，設(shè)置在室內(nèi)。
熱水器的循環(huán)工作過程如下經(jīng)熱力膨脹閥7節(jié)流降壓后的液體制冷劑流入太陽能集熱/蒸發(fā)器1中，獲取太陽能及空氣中熱量后得以蒸發(fā)，流出的制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)2吸入并被壓縮成高溫高壓的制冷劑蒸汽，然后流入布置在貯熱水箱4之中的冷凝器3，并將貯熱水箱4中的水加熱，冷凝后的液體制冷劑經(jīng)過貯液器5、干燥過濾器6，并被熱力膨脹閥7節(jié)流降壓以后又流回太陽能集熱/蒸發(fā)器1中重新吸熱、蒸發(fā)，由此完成一次循環(huán)。
貯液器5安裝在冷凝器4之后，是液體制冷劑的貯存罐，可使制冷劑的充灌量沒有嚴(yán)格的限制。干燥過濾器6安裝在熱力膨脹閥7之前，能夠防止水分、灰塵、金屬碎屑進(jìn)入膨脹閥造成堵塞。熱力膨脹閥7可實(shí)現(xiàn)制冷劑液體的節(jié)流降壓和循環(huán)流量的調(diào)節(jié)，并保證壓縮機(jī)吸入的制冷劑蒸汽具有一定的過熱度，避免“液擊”現(xiàn)象的發(fā)生。
太陽能集熱/蒸發(fā)器1上安裝了太陽輻射儀和溫度傳感器，將采集的表征太陽輻射強(qiáng)度及大氣溫度的熱電勢信號(hào)傳遞給控制器8，由它將其轉(zhuǎn)換為特征溫度，并與設(shè)定值相比較，當(dāng)二者相等時(shí)，控制器自動(dòng)接通壓縮機(jī)電源。另外，在貯熱水箱中設(shè)置一個(gè)溫度傳感器，當(dāng)水溫達(dá)到設(shè)定值(55℃)時(shí)，通過控制器8自動(dòng)關(guān)閉壓縮機(jī)?？刂破?可根據(jù)不同工作條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)的自動(dòng)啟/?？刂?，使該熱水器能夠經(jīng)常在最佳狀態(tài)下運(yùn)行。太陽輻射儀和兩個(gè)溫度傳感器分別為控制器8的傳感器件，壓縮機(jī)電源開關(guān)則為控制器8的執(zhí)行器件。
權(quán)利要求
1.一種直膨式太陽能熱泵熱水器，其特征在于主要包括太陽能集熱/蒸發(fā)器(1)、壓縮機(jī)(2)、冷凝器(3)、貯熱水箱(4)、貯液器(5)、干燥過濾器(6)、熱力膨脹閥(7)和控制器(8)等，太陽能集熱/蒸發(fā)器(1)的出口與壓縮機(jī)(2)的吸氣口相連，壓縮機(jī)(2)的排氣口與冷凝器(3)的進(jìn)氣口連接，冷凝器(3)的出液口與貯液器(5)相連，然后分別先后連接于干燥過濾器(6)、熱力膨脹閥(7)，最后使膨脹閥(7)的出口與集熱/蒸發(fā)器(1)的進(jìn)液口相連，從而形成制冷劑的閉合循環(huán)通道，冷凝器(3)布置在貯熱水箱(4)之中，熱力膨脹閥(7)的溫包設(shè)置在太陽能集熱/蒸發(fā)器(1)的出口管路上，集熱/蒸發(fā)器(1)上的太陽輻射儀、溫度傳感器以及貯熱水箱(4)中的溫度傳感器分別與控制器(8)的輸入接口連接，控制器(8)的控制接口與壓縮機(jī)電源開關(guān)連接。
2.如權(quán)利要求
1所說的直膨式太陽能熱泵熱水器，其特征在于太陽能集熱/蒸發(fā)器(1)為無蓋板、無底部保溫、表面噴涂光譜選擇性材料的平板型集熱器，同時(shí)兼作液體制冷劑的蒸發(fā)器。
3.如權(quán)利要求
1所說的直膨式太陽能熱泵熱水器，其特征在于采用分體式結(jié)構(gòu)，即太陽能集熱/蒸發(fā)器(1)單獨(dú)布置在室外，而壓縮機(jī)(2)、冷凝器(3)、貯熱水箱(4)及其余部件做成一體，設(shè)置在室內(nèi)。
專利摘要
一種直膨式太陽能熱泵熱水器，太陽能集熱器采用無蓋板、無底部保溫的平板型集熱器，兼作液體制冷劑的蒸發(fā)器，其出口與壓縮機(jī)的吸氣口相連，壓縮機(jī)的排氣口與冷凝器的進(jìn)氣口連接，冷凝器的出液口與貯液器相連，然后分別經(jīng)干燥過濾器、熱力膨脹閥與集熱/蒸發(fā)器的進(jìn)液口相連，形成制冷劑的閉合循環(huán)通道，冷凝器布置在貯熱水箱之中，太陽輻射儀及兩個(gè)溫度傳感器連接控制器。本發(fā)明節(jié)能效果顯著，采用特征溫度控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)，能使熱水器處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，取消了獨(dú)立的熱泵冷凝器和供熱回路，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更為緊湊、成本降低，采用的分體式結(jié)構(gòu)方便安裝，易于推廣。
文檔編號(hào)F24H4/04GKCN1125299SQ01126634
公開日2003年10月22日 申請日期2001年9月6日
發(fā)明者王如竹, 曠玉輝, 吳靜怡, 許煜雄 申請人:上海交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan