CN100523658C - 太阳能与空气复合热源的储能型热泵装置 - Google Patents

Abstract

太阳能与空气复合热源的储能型热泵装置是一种太阳能和空气复合热源的储能型热泵，涉及太阳能利用以及热泵制造，该加热装置由压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)、热力膨胀阀(4)、辐射对流复合储能型换热器(5)、水泵(6)、水箱(7)所组成，其中，压缩机的吸气口与的辐射对流复合储能型换热器出口相连，压缩机的排气口与冷凝器的制冷剂入口相连，冷凝器的制冷剂出口与热力膨胀阀连接，热力膨胀阀的另一端连接辐射对流复合储能型换热器的入口；冷凝器的水入口与出口与水箱的连接，水箱设有热水出口和冷水的进口。辐射对流复合储能型换热器为夹层结构，即在循环管(51)与吸热外壳(52)之间还设有储能介质(8)。

Description

太阳能与空气复合热源的储能型热泵装置

技术领域

本发明是一种太阳能和空气复合热源的储能型热泵装置，涉及太阳能利用以及热泵制造的技术领域。

背景技术

热泵在获得较低品味的热量如生活热水、建筑供热以及低温干燥等方面有着较高的效率和独特的优势，正在越来越广泛的应用于工业和民用等领域。作为捷径的优质能源太阳能的利用一直是科学家关注的重点，现在又因为能源紧张而得到各国政府的关注。将太阳能和热泵结合提供较低品味的热量，如热水和建筑供热以及干燥等，可以节约电能的消耗、矿物燃料的燃烧，既节约能源又保护环境，是一种很好的节能方式。

在生活热水供应方面，目前，我国大多数家庭使用了燃气热水器，电热水器或者太阳能热水器，燃气热水器和电热水器都是通过高品位的燃料燃烧以及使用高品味的电能获得低品味的洗浴用热水(一般在50℃左右)。这是对能源的非常低效率的利用，对我国这样一个常规能源不足的大国，是对能源的一种浪费，与国际国内大力提倡的节能政策相背，而且使用成本相应也增加；太阳能热水器利用太阳辐射能提供热水，是一种符合我国以及全球能源发展规划，节约能源的好产品，在城乡得到越来越广泛的使用，但是为了克服太阳辐射较弱(冬季，阴雨天，晚上)时热水温度不够的弊病，普遍的采用电加热方式，而电加热仍然是一种低效率，高成本的加热方式。

而现在已有的热泵热水器大都利用空气作为环境热源，从空气中吸收低品味热能通过热泵的工作升温到50℃左右，热泵热水器有着明显高于电热水器的能源利用效率，但是热泵热水器在夏季太阳辐射很强时仍然消耗电能获得热水，不能利用太阳辐射能，在冬季空气气温较低时，热泵的效率明显降低，而且室外蒸发器因为结霜而无法工作。

一般的直接膨胀的太阳能热泵热水器利用太阳辐射能作为热源，达到了既利用太阳辐射能，又利用热泵生产低温热水高效率的优势，但是普通的太阳能热泵热水器在没有太阳辐射的情况下，受常规集热器结构的限制，热泵难以从空气中吸收热量，导致普通的太阳能热泵热水器在这种情况下的工作效率仍然不高。

在建筑物的供热方面，风冷和水源热泵已经被广泛的应用，类似热泵热水器，风冷热泵由于在冬季从空气中获得热量的热泵的效率降低，需要采取电加热或其他的辅助供热方式；冬季风冷热泵室外换热器结霜问题一直是制冷空调领域悬而未决的问题，影响热泵的运行；水源热泵有结合地下水应用的实例，但是受很多条件的限制，应用不多，水冷机组采用水冷冷水机组供冷其他设备如油炉等供热结合的方式，地源热泵的研究处于研究阶段，受条件限制未被广泛应用。而太阳辐射能作为一种非常容易获得的能源却没有被非常有效的应用于建筑物的供暖当中，主要因为太阳能辐射能是间断性的能源，需要有效的解决能量贮存问题。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种太阳能与空气复合热源的储能型热泵，该复合热源的热泵，在太阳辐射强时，不但可以有效的利用太阳辐射能，通过热泵的作用生产生活的热水，而且可以将多余的太阳辐射能储存，从而在太阳辐射弱时，储存的太阳辐射能可以通过热泵的升高热量品味，提供洗浴用的热水；而且在太阳辐射弱时，也可以从空气中吸收热量，通过热泵将热量的品升高，来提供洗浴或供热用热水。

技术方案：本发明的太阳能与空气复合热源的储能型热泵装置，包括压缩机、冷凝器、储液器和热力膨胀阀，该热泵装置还包括辐射对流复合储能型换热器、水泵、水箱；其中，压缩机的吸气口与辐射对流复合储能型换热器的出口相连，压缩机的排气口与冷凝器的制冷剂入口相连，冷凝器的制冷剂出口通过储液器与热力膨胀阀连接，热力膨胀阀的另一端连接辐射对流复合储能型换热器的入口；冷凝器的水入口通过水泵与水箱连接，冷凝器的水出口与水箱相连，水箱设有热水出口和冷水的进口；所述辐射对流复合储能型换热器包括循环管和吸热外壳，所述辐射对流复合储能型换热器为夹层结构，即在循环管与吸热外壳之间还设有储能介质。

冷凝器使用高效的逆流套管换热器，实现高的换热效率；

辐射对流复合储能型换热器使用冰箱蒸发器的结构形式，即铝片夹铜管，同时在铝板的表面上设置铝翅片。铝板的表面有增强太阳辐射吸收的涂层。达到可以利用太阳辐射能以及空气热量作为热源的双重目的。

工作过程为，经过冷凝器冷凝后的高温高压液体工质流经储液器后进入膨胀阀降温降压后变为低温低压液体进入辐射对流复合储能换热器，热泵工质液体在辐射对流复合储能换热器中吸取太阳辐射能或者空气或者储能介质中的热量，蒸发为气体，工质气体进入压缩机，升温升压后进入冷凝器中放热冷凝，工质变为高温高压的液体，同时工质放出的热量被水吸收，水的温度升高后进入水箱中，这样完成一个循环。

有益效果：本发明的有益效果是：

1.利用热泵工质在低温下蒸发吸收太阳辐射能，通过压缩机升温升压后在冷凝器中冷凝向水放出热量，得到热水。该热水器的效率远高于电热水器以及燃气热水器。

2.利用辐射对流换热器提高热泵在冬季运转效率；克服冬季热泵运转效率不高的弊病。

3，用辐射对流换热器，克服太阳能热水器无太阳辐射时需要电直接加热的弊病，提高能源利用效率，降低运行费用。

4，通过储能介质将太阳辐射能储存后在太阳辐射弱的夜晚或阴雨天气，向热泵的蒸发器放，通过热泵的作用生产热水，克服太阳能热水器无太阳辐射时需要电直接加热的弊病，提高能源利用效率，降低运行费用。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。其中有：压缩机1，冷凝器2，储液器3，热力膨胀阀4，辐射对流复合储能型换热器5，循环管51，吸热外壳52，水泵6，水箱7，储能介质8。

具体实施方式

本发明的太阳能与空气复合热源的热泵加热装置，由由压缩机1，冷凝器2，储液器3，热力膨胀阀4、辐射对流复合储能型换热器5，水泵6，水箱7所组成；其中，压缩机1的吸气口与辐射对流复合储能型换热器5出口相连，压缩机1的排气口与冷凝器2的制冷剂入口相连，冷凝器2的制冷剂出口通过储液器3与热力膨胀阀4连接，热力膨胀阀4的另一端连接辐射对流复合储能型换热器5的入口；冷凝器2的水入口与出口与水箱7连接，水箱7设有热水出口和冷水的进口。

辐射对流复合储能型换热器包括循环管51与吸热外壳52，该辐射对流复合储能型换热器为夹层结构，即在循环管51与吸热外壳52之间还设有储能介质8。

该发明的另一突出特点是蒸发器的铝板中间加入储能介质，在太阳辐射强时将太阳辐射能储存，储存的热量可以在太阳辐射弱的时候被热泵利用。

储能介质可以使用多种物质，本发明中使用的是相变介质，以便可以在太阳辐射很强的时候吸收热量变为液体，在太阳辐射不足时向热泵工质放出热量。相变储能介质应该具有较高的储能密度，使得热水器的重量减轻，造价降低。

该装置热泵系统中压缩机，冷凝器，辐射对流储能复合换热器，水泵设置在室外，即运转部分设置在室外，只将水箱设置在室内。热泵装置全部在工厂组装，调试完毕，安装时只有水路的连接，对安装的技术要求降低。消除运转时的噪音。安装时室内与室外只有水管的连接。

该装置的运转原理与一般热泵空调的原理相同，热泵工质经过压缩机压缩后进入冷凝器放出热量，加热水，冷凝后的热泵工质液体通过膨胀阀降温降压后进入辐射对流复合换热器，吸收太阳辐射能获空气中热量，蒸发成低温低压的气体，进入压缩机，完成一个工作循环。

本发明致力一种利用热泵的原理，充分有效的利用空气以及太阳辐射能作为热泵的热源，生产生活热水；对建筑物供热；提供干燥等需要的低品味的热量。

Claims (1)

1、一种太阳能与空气复合热源的储能型热泵装置，包括压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(3)和热力膨胀阀(4)，其特征在于该热泵装置还包括辐射对流复合储能型换热器(5)、水泵(6)、水箱(7)；其中，压缩机(1)的吸气口与辐射对流复合储能型换热器(5)的出口相连，压缩机(1)的排气口与冷凝器(2)的制冷剂入口相连，冷凝器(2)的制冷剂出口通过储液器(3)与热力膨胀阀(4)连接，热力膨胀阀(4)的另一端连接辐射对流复合储能型换热器(5)的入口；冷凝器(2)的水入口通过水泵(6)与水箱(7)连接，冷凝器(2)的水出口与水箱(7)相连，水箱(7)设有热水出口和冷水的进口；所述辐射对流复合储能型换热器(5)包括循环管(51)和吸热外壳(52)，所述辐射对流复合储能型换热器为夹层结构，即在循环管(51)与吸热外壳(52)之间还设有储能介质(8)。

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