CN101799211A - 承压式太阳能热泵热水器 - Google Patents

Abstract

一种承压式太阳能热泵热水器，属于太阳能热水器技术领域。包括由水箱、一组真空集热管及支架构成的太阳能集热装置和由压缩机、蒸发器及冷凝器构成的热泵装置，水箱和一组真空集热管共同地设在支架上，并且各真空集热管的管腔与水箱的水箱腔相通，在水箱上延设有水箱进、回水接口，进、回水接口与所述水箱腔相通，特点是：所述的水箱腔内设置有一换热管；所述的冷凝器包括螺旋形弯曲的冷凝套管和制冷介质管，冷凝套管的一端连接有热泵出水管，所述的热泵出水管的管路上设有循环泵。本技术方案由热泵装置协同太阳能集热装置对水箱腔中的水加热，保障热水的供应；具有显著的节约电能的效果；可改善喷淋洗浴效果；不存在水质遭到细菌污染的情形。

Description

承压式太阳能热泵热水器

技术领域

本发明属于太阳能热水器技术领域，具体涉及一种承压式太阳能热泵热水器。

背景技术

人们对日常生活用水的加热的加热方式主要有以下四种：一是传统的用植物秸秆并且借助于农家炉灶烧水，此方式在农村较为普遍；二是采用燃气热水器；三是采用电加热热水器(简称电热水器)；四是采用太阳能热水器。上述四种方式中的第一种方式虽有综合利用自然能源(植物秸秆)之效，但烧燃值较低，加热时间冗长系其缺憾。第二种方式具有即时使用的优势，即一经打火点燃，便可获得热水，但安全性和经济性较差为其缺憾。第三种方式(电加热热水器)与第二种方式的燃气热水器相比，安全性得以显著改善，但若要将水加热到适于使用的温度如50-60℃左右，则需要等待一个合理的加热过程，例如采用1千瓦的电加热热水器，将常温15℃的水(80升)加热至洗浴温度50-60℃需要3-4小时以上，如果加大加热元件的功率，虽可缩短加热过程，但普通的家庭线路难以承受，而且有失经济性。第四种方式是目前公认的并且最为器重的依靠自然能源(太阳能)和绿色环保的加热方式。然而，太阳能热水器也存在着自身无法弥补的不足：冬季日照不足，往往达不到合适水温，尤其遇到阴雨雾雪天气，加热功能丧失。为此，不少是家庭和单位所用的太阳能热水器都带有电加热的辅助功能，或另行配备有燃气热水器或电热水器，以弥补太阳能热水器的不足。太阳能热水器，还具有出水压力弱的欠缺，由于其是非承压式的，仅靠水的高度差取水，因此通常因淋蓬头都难以喷开，水流表现为自流的柱状，喷淋淋浴效果差。

关于太阳能热水器的技术信息可在文献例如中国专利文献中大量见诸，具有代表性的如文献A).实用新型专利授权公告号CN2804720Y推荐的热泵式太阳能热水器，又如文献B).CN2932221Y介绍的壁挂式太阳能热水器，再如文献C).CN2935013Y提供的太阳能热泵热水器，还如文献D).CN201265963Y公开的承压式太阳能热水器。

上述文献A)是将由压缩机、蒸发器和冷凝器构成的热泵机构的冷凝器设置在太阳能热水器的储水箱的水腔中，当热泵机构工作时，由冷凝器的放热将储水箱中的水加热，即，储水箱中的水吸收来自于冷凝器的热量，从而能够弥补太阳能加热装置所存在的由气候因素(如阴雨雪雾)及季节因素(如冬季)导致的加热欠缺。但是，该专利方案存在以下欠缺：一是结构形式表现为非承压式，靠高度差出水，淋浴效果并不理想，也就是说水的压力不足以使出自淋蓬头的水以喷淋状态喷出；二是难以保障水的卫生，因为取用的水来自于储水箱，而储水箱内容易滋生细菌而造成污染，因此储水箱内的水仅供洗浴使用，而并不能用于作炊或煮开后作为开水饮用；三是安装位置具有挑剔性，例如当作壁挂式使用时，因受高度制约，难以保障出水效果，因而通常安装于屋顶，以弥补非承压式的出水欠缺。

上述文献B)的欠缺已由文献D)的背景技术栏所评及，见文献D)的说明书第1页第16至25行，因此本申请人不再复述。上述文献C)提供的技术方案除了存在文献A)的欠缺之一和之二外，还存在结构复杂的问题，无论是制造、安装和使用均具有一定的难度。

上述文献D)的结构优势在于弥补了前述文献A)、B)和C)的非承压式的欠缺，由外部水源压力如自来水管路压力保障出水效果，对洗浴时的喷淋能发挥良好的作用，该专利技术方案是在储水箱的内胆的底部设置具有进、出水口的换热腔，换热腔的上表面与内胆的底表面共面(形成公共面)，将太阳能集热装置的输液口和回液口与换热腔的进、出水口连通，构成循环回路。加热原理是：由太阳能集热器加热换热腔中的水(循环回流)，进而由换热腔将热量以热传递方式使内胆中的水加热，以便取用内胆中的水。该专利方案同样存在以下弊端：一是由于内胆中的水同样会滋生细菌而遭到污染，出自内胆中的水仅可用于洗濯、洗浴而并不能用于炊事或经煮开(煮熟)后饮用；二是受气候影响，当遇及阴雨天气及冬季时，太阳能集热装置的效能受到影响，难以提供适用温度的热水。

综观上述已有技术，有必要加以探索，以便将上述专利方案的所有优点兼得并且将所有不足加以弥补，为此，本申请人进行了长期的实践，找到了解决问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的任务在于提供一种既可有效地弥补太阳能集热装置因受气候和季节影响而导致的加热效果差的欠缺，又具有理想的能效比而藉以节约能源和体现经济性，有利于保障承压运行而藉以改善喷淋洗浴效果，有助于避免滋生细菌而藉以确保卫生的承压式太阳能热泵热水器。

本发明的任务是这样来完成的，一种承压式太阳能热泵热水器，包括由水箱、一组真空集热管及支架构成的太阳能集热装置和由压缩机、蒸发器及冷凝器构成的热泵装置，水箱和一组真空集热管共同地设在支架上，并且各真空集热管的管腔与水箱的水箱腔相通，在水箱上延设有水箱进、回水接口，进、回水接口与所述水箱腔相通，特征在于：所述的水箱腔内设置有一换热管，该换热管的一端伸展到所述水箱腔外构成用于与水源管路连接的换热管进水接口，而换热管的另一端同样伸展到水箱腔外构成与取用水管路配接的换热管出水接口；所述的冷凝器包括螺旋形弯曲的冷凝套管和制冷介质管，制冷介质管的中部位于冷凝套管的冷凝套管腔中并且随冷凝套管弯曲成螺旋形，制冷介质管的一端与所述压缩机连接，另一端与所述蒸发器连接，在冷凝套管的一端连接有一与所述冷凝套管腔相通的热泵出水管的一端，而热泵出水管的另一端与所述的进水接口配接，在冷凝套管的另一端连接有一同样与所述冷凝套管腔相通的热泵进水管的一端，而热泵进水管的另一端与所述的回水接口配接，其中，所述的热泵出水管的管路上设有一循环泵。

在本发明的一个具体的实施例中，所述的换热管以弯曲状态设置在所述的水箱腔中，并且以水箱腔的长度方向设置。

在本发明的另一个具体的实施例中，所述的换热管为铜管，并且换热管的总长度为35-45m，内径为10-12mm。

在本发明的又一个具体的实施例中，所述的弯曲为螺旋形弯曲。

在本发明的再一个具体的实施例中，所述的冷凝套管的外部设置有冷凝套管保温层。

在本发明的还有一个具体的实施例中，所述的水箱外设有水箱保温层，并且在水箱的长度方向的一端的上部还配设有一副水箱，在水箱上还设有一用于感知所述水箱腔的水温的测温探头，该测温探头由线路与热泵装置的热泵控制器电气连接，所述的压缩机和循环泵与所述热泵控制器电路连接。

本发明提供的技术方案由热泵装置协同太阳能集热装置对水箱腔中的水加热，从而可克服太阳能集热装置对气候和季节的挑剔性的欠缺，保障热水的供应；由于热泵装置的能量与热量之间的转换比率(COP)是电加热装置的倍左右，因此采用热泵装置具有显著的节约电能的效果；由于换热管与水源管路相连接，因此表现为承压运行，从而可改善喷淋洗浴效果；由于取用的是换热管内的水，因此不存在水质遭到细菌污染的情形。

附图说明

附图为本发明的一个具体的实施例结构图。

具体实施方式

为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

实施例1：

请见附图，图中示出的太阳能集热装置1包括水箱1、一组数量不受图示数量制约的真空集热管12和支架13，各真空集热管12的下端支承在支架13的真空管座131上，而各真空集热管12的上端即真空集热管12的敞口端与水箱11配接，并且与水箱腔111相通。在水箱11的一端即由目前附图所示的位置状态的左端延接有一进水接口112和一回水接口113，进、回水接口112、113均与水箱腔111相通。为了使水箱11具有良好的保温效果，因此在水箱11外设有水箱保温层114，更具体地讲，在水箱11的内腔与外筒板之间设置水箱保温层114。在水箱11上还设有副水箱115，副水箱115的结构及功用(作用)与已有技术相同(因为在已有技术中的太阳能热水器上均设有类似的副水箱)，在副水箱115内设有浮球阀，用于控制水箱腔111中的水位。

作为本发明的技术方案的技术要点，在水箱腔111中并且按水箱腔111的长度方向以螺旋形盘管的形式即以螺旋形弯曲的方式设有一换热管3，在本实施例中，选用内径为10mm的并且总长度为45m的铜管充任换热管，也就是说将内径10mm和长度为45m的换热管3加工成螺旋形，并且以水平状态置于水箱腔111中，换热管3的一端伸至水箱腔111外，构成用于与水源管路即自来水管路相配接的换热管进水接口31，而换热管3的另一端同样伸出到水箱腔111外，构成用于与取用水管路相配接的换热管出水接口32。十分明显，出自换热管3中的热水是具有压力的，因而能够改善喷淋效果，例如十分有利于洗浴。前述的进、回水接口112、113与本发明提供的热泵装置2连接。

请继续见附图，优选而非限于的热泵装置2包括压缩机21、蒸发器22和冷凝器23，依据公知的常识，将压缩机21、蒸发器22和冷凝器23管路连结成制冷系统回路，即连结成热泵装置2的回路。较为优选的方案是将前述的压缩机21、蒸发器22和冷凝器23集合于同一箱体内。本发明推荐的冷凝器23与已有技术中的热泵装置所用的冷凝器的结构有着本质区别，具体如下：冷凝器23由冷凝套管231和制冷介质管232构成，冷凝套管231优选为螺旋形盘管的结构形式(本实施例即是)，将制冷介质管232的中部置于冷凝套管231的冷凝套管腔2311中，并且随冷凝套管231弯曲成螺旋形盘管的结构形式。由上述说明以及由附图所示结构可知，制冷介质管232与冷凝套管231之间所形成的是隔套管的关系，又，由于制冷介质管232的一端与压缩机21连接，另一端与蒸发器22连接，因此在整个热泵装置2处于工作状态时，即压缩机21工作，由制冷介质管232放热(释放热量)，使前述的冷凝套管腔2311中的水加热。在冷凝套管231的一端固接热泵出水管2312的一端，而热泵出水管2312的另一端与前述的进水接口112配接，在冷凝套管231的另一端固接热泵进水管2312的一端，而热泵进水管2312的另一端与前述的回水接口113配接。并且在热泵出水管2312的管路上设置循环泵2314，如前述，当压缩机21、循环泵2314处于工作状态，制冷介质管2314释放的热量由冷凝套管腔2311中的水吸收，升温的水在循环泵2314的作用下经热泵出水管2314和进水接口112进入水箱腔111中，而水箱腔111中的水又经回水接口113和热泵进水接口2312进入冷凝套管腔2311，如此循环而将水箱腔111中的水加热。水箱腔111中的热水供换热管3换热，使换热管3内的水的温度提高，当换热管进水接口31将自来水引入换热管3直至从换热管出水接口32引出时即得到适于使用的温度为50-60℃的热水，而且可以连续提供热水。

在水箱11上设有一测温探头116，用于测知水箱腔111中的水温，该测温探头116由线路与热泵装置2的热泵控制器24连接，并且前述的压缩机21和循环泵2314均与热泵控制器24电气连接。为了使冷凝套管231具有理想的保温效果，则在冷凝套管231外设置冷凝套管保温层2315。

使用时，由一组真空集热管12对水箱腔111中的水加热，当遇到阴雨天气及冬季，由于真空集热管12的水箱腔111中的水的加热效果无法保障，因此可启用本发明提供的热泵装置2对水箱腔111中的水加热。由于热泵装置2的设置，可保障出自换热管3中的水维持在合理的如50-60℃的温度。如业界所知之理，由于热泵加热装置2以吸取空气中的热量的加热方式的加热效率远远高于电加热元件，所耗电能显著低于电加热元件，因为电加热元件的1W(1瓦)的功率最大只能发挥1W的功能，而热泵装置2的1W的功率可发挥4W以上的功率(相对于电加热元件)，能量与热量之间的转换比率即转换率为COP4.0左右，因此具有理想的节能效果。

实施例2：

仅将换热管3的内径改为12mm并且将总长度改为40m，其余均同对实施例1的描述。

经申请人试验：将水箱腔111内的100L的水采用功率为1.5匹即1.1025千瓦的热泵装置2从常温15℃加热至50-60℃，仅需30min。采用本发明提供的技术方案既无需担忧太阳能集热装置1受气候及季节之影响，又不必担心出自换热管3中的水的洁净问题，此外，由于换热管3与自来水管路连接，因此具有理想的喷淋效果。

Claims (6)

1.一种承压式太阳能热泵热水器，包括由水箱(11)、一组真空集热管(12)及支架(13)构成的太阳能集热装置(1)和由压缩机(21)、蒸发器(22)及冷凝器(23)构成的热泵装置(2)，水箱(11)和一组真空集热管(12)共同地设在支架(13)上，并且各真空集热管(12)的管腔与水箱(11)的水箱腔(111)相通，在水箱(11)上延设有水箱进、回水接口(112、113)，进、回水接口(112、113)与所述水箱腔(111)相通，其特征在于：所述的水箱腔(111)内设置有一换热管(3)，该换热管(3)的一端伸展到所述水箱腔(111)外构成用于与水源管路连接的换热管进水接口(31)，而换热管(3)的另一端同样伸展到水箱腔(111)外构成与取用水管路配接的换热管出水接口(32)；所述的冷凝器(23)包括螺旋形弯曲的冷凝套管(231)和制冷介质管(232)，制冷介质管(232)的中部位于冷凝套管(231)的冷凝套管腔(2311)中并且随冷凝套管(231)弯曲成螺旋形，制冷介质管(232)的一端与所述压缩机(21)连接，另一端与所述蒸发器(22)连接，在冷凝套管(231)的一端连接有一与所述冷凝套管腔(2311)相通的热泵出水管(2312)的一端，而热泵出水管(2312)的另一端与所述的进水接口(112)配接，在冷凝套管(231)的另一端连接有一同样与所述冷凝套管腔(2311)相通的热泵进水管(2312)的一端，而热泵进水管(2312)的另一端与所述的回水接口(113)配接，其中，所述的热泵出水管(2312)的管路上设有一循环泵(2314)。

2.根据权利要求1所述的承压式太阳能热泵热水器，其特征在于所述的换热管(3)以弯曲状态设置在所述的水箱腔(111)中，并且以水箱腔(111)的长度方向设置。

3.根据权利要求1或2所述的承压式太阳能热泵热水器，其特征在于所述的换热管(3)为铜管，并且换热管(3)的总长度为35-45m，内径为10-12mm。

4.根据权利要求2所述的承压式太阳能热泵热水器，其特征在于所述的弯曲为螺旋形弯曲。

5.根据权利要求1所述的承压式太阳能热泵热水器，其特征在于所述的冷凝套管(231)的外部设置有冷凝套管保温层(2315)。

6.根据权利要求1所述的承压式太阳能热泵热水器，其特征在于所述的水箱(11)外设有水箱保温层(114)，并且在水箱(11)的长度方向的一端的上部还配设有一副水箱(115)，在水箱(11)上还设有一用于感知所述水箱腔(111)的水温的测温探头(116)，该测温探头(116)由线路与热泵装置(2)的热泵控制器(24)电气连接，所述的压缩机(21)和循环泵(2314)与所述热泵控制器(24)电路连接。

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