CN102748899A - 一种具有太阳能和空气能的采能装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有太阳能和空气能的采能装置及其方法，包括窗框，所述窗框内间隔设置有双层玻璃，所述双层玻璃密封固定在所述窗框内形成中空结构，所述双层玻璃之间设置有传热导管，所述传热导管引出窗框，所述窗框的外部设置有室外风机、高压储存器、气液分离器、压缩机、蒸发器、四通换向阀、降压节流阀、储液箱、室内风机和冷凝器，所述储液箱内设置有冷媒系统换热管、冷热水换热器、太阳能热交换器，所述太阳能热交换器通过热循环管与所述传热导管连接，所述冷热水换热器通过冷热水循环管与外部连接。本发明具备充分有效利用空间、降低室内温度、充分利用室外热能、智能双向转换工作模式的节能减排、低碳环保的特点。

Description

一种具有太阳能和空气能的采能装置及其方法

【技术领域】

本发明涉及一种太阳能和空气能的装置，具体来说是涉及一种具有太阳能和空气能的采能装置及其方法。

【背景技术】

目前，各种类型的住房或商务用房中，如高层建筑别墅、乡村小洋房、大中型宾馆、医院、学校及商铺等安装的窗户，只能起着隔音、防风、防尘、防热、防晒的功能。特别是在夏天，因房屋外的余热和太阳光辐射到窗户，令室内气温升高，不仅增加了居室使用空调降温时耗电量，同时又不断向窗外排出大量的热量，令室外环境气温升高，既污染了环境，又加剧了地球大气层温室效应恶化，窗户吸收的大量热量在目前根本没有有效利用和使用。

现有房屋的室内在解决热水沐浴、取暖时通常使用的是电热水器、燃油热水器、太阳能热水器，电热水器具备使用方便，但耗电大，有触电危险；燃气、燃油热水器加热快，但燃烧时排出的废气含有一氧化碳等有害物质，容易让使用者在使用过程造成中毒的危险。目前使用的太阳能热水器都是安装在房顶或楼顶，不但需要一个笨重的支架才能安装，而且从热水器到房间还需要很长的一段水管，这样不但造成材料上的浪费，而且在使用时，用户必须先将水管内的冷水全部放掉，才能用上热水，造成水资源的严重浪费，特别是住在城市里高层建筑内的居民，太阳能热水器受安装场所的影响，许多高层住宅没法安装，太阳能热水器也受阴雨天的影响，使用受到一定的限制。

热泵技术为二十一世纪的一个能源技术，能通过热泵的形式提高能效的利用，能效的利用有两个含义，从环境角度来讲，可以减少温室气体的排放，减少对环境的有害的因素，从另外一个方面来说，能够解决电力高空负荷的一项技术。空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术。空气源热泵系统通过空气蓄热获取低温热源，经系统高效集热整合后成为高温热源，用来取暖或供应应热水，整个系统集热效率比较高。

从工作原理上讲，不属于传统太阳能产品，热泵产品与常规太阳能产品区别较大，常规太阳能产品利用水为介质，必须依靠太阳光的直射或辐射才能达到供热效果，而空气能利用制冷剂吸收空气中的热能和太阳辐射能，并通过压缩机压缩制热后与水交换热量来达到供热效果，空气能与空调原理基本相同。

在炎热的夏天，窗机在制冷运行时，室外的热交换器排放出大量的热量，这些热量排放出来如果不能充分利用就是一种浪费，也是一种污染，在全球温室效应越来越严重的情况下，在全球呼吁节能减排的形势下，充分利用空调余热及大自然热量供热或/和供热水是值得社会各界提倡和广泛应用的技术。

【发明内容】

本发明解决的技术问题是提供一种具有太阳能和空气能的采能装置，本结构能有效利用空间、降低室内温度、充分利用室外热能、智能双向转换工作模式的节能减排低碳环保装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有太阳能和空气能的采能装置，其特征在于。包括窗框，所述窗框内间隔设置有双层玻璃，所述双层玻璃密封固定在所述窗框内形成中空结构，所述双层玻璃之间设置有传热导管，所述传热导管引出窗框，所述窗框的外部设置有室外风机、高压储存器、气液分离器、压缩机、蒸发器、四通换向阀、降压节流阀、储液箱、室内风机和冷凝器，所述储液箱内设置有冷媒系统换热管、冷热水换热器、地暖换热器、太阳能热交换器，所述高压储存器、气液分离器、压缩机通过冷媒循环管连接并与所述四通换向阀连接形成循环导通，所述冷媒循环管穿过蒸发器和冷凝器与所述四通换向阀连接形成循环导通，所述蒸发器和冷凝器之间设置有降压节流阀，对应蒸发器的位置设置有室外风机，对应冷凝器的位置设置有室内风机；所述冷媒系统换热管与所述蒸发器热交换，所述太阳能热交换器通过热循环管与所述传热导管连接，所述冷热水换热器通过冷热水循环管与外部连接，所述地暖换热器通过地暖水循环管与外部连接。

优选地，所述冷媒系统换热管、冷热水换热器、地暖换热器、太阳能热交换器、蒸发器、冷凝器及传热导管上设置有温度探头，所述温度探头通过智能控制器控制。

优选地，所述窗框的一侧设置有太阳能储热槽。

优选地，所述双层玻璃的边沿通过绝缘保温胶固定在所述窗框上，所述双层玻璃的内部、与窗框接触的周围边沿还设置有一层金属铝片。

优选地，所述窗框的旁边还设置有排水管，所述排水管与所述冷凝器连接。

优选地，所述双层玻璃中靠近室内的玻璃外表面设置有低辐射膜。

本发明与现有技术相比的有益效果是：由于在窗框内设置有吸收太阳能的双层玻璃，太阳能通过热转换装置能够在冬天供暖，全年供热水的功能；在窗框外部安装有制冷/制热的空气能装置，可以在没有太阳的天气下实现设备切换使空气能装置运转，通过空气能装置实现冬天供暖、夏天制冷及全年供热水的功能；本发明具备充分有效利用空间、降低室内温度、充分利用室外热能、智能双向转换工作模式的节能减排、低碳环保的特点。

本发明解决的另一技术问题是提供一种具有太阳能和空气能的采能方法，本方法具有有效降低室内温度、充分利用室外热能、智能双向转换工作模式的节能减排、低碳环保的特点。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种具有太阳能和空气能的采能方法，包括如下原理，a.太阳能通过窗框内设置的密封双层玻璃吸收，双层玻璃聚集的热量由传热导管导出，传热导管导出的热量通过热循环管及太阳能热交换器将热量传递给储液箱内存储；b.空气能通过室外风机及蒸发器吸收外界空气热量，通过冷媒循环管将吸收的热量依次传递给降压节流阀、冷凝器、四通换向阀、高压储存器、气液分离器和压缩机，压缩机将液态冷媒压缩为高温高压的气态冷媒，再通过冷媒循环管将高温高压的气态冷媒传递到冷媒系统换热管，冷媒系统换热管将热量存储在储液箱内；c.智能控制器分别监控设置在冷媒系统换热管、冷热水换热器、地暖换热器、蒸发器、冷凝器、太阳能热交换器和传热导管上温度探头，智能控制器并对太阳能装置和空气能装置二者的启动、转换和关闭作出控制。

优选地，所述窗框的一侧设置有太阳能储热槽。

本发明与现有技术相比的有益效果是：由于在窗框内设置有吸收太阳能的双层玻璃，太阳能通过热转换装置能够在冬天供暖，全年供热水的功能；在窗框外部安装有空气能装置，可以在没有太阳的天气下实现设备切换使空气能装置运转，通过空气能装置实现冬天供暖及全年供热水的功能；本发明具有有效降低室内温度、充分利用室外热能、智能双向转换工作模式的节能减排、低碳环保的特点。

【附图说明】

此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1所示A-A的剖视图；

图3为图1所示B-B的剖视图；

图4为图1所示的仰视图；

图5为本发明的工作原理图。

附图标记说明：1-高压储存器；2-压缩机；3-冷媒循环管；4-智能控制器；5-双层玻璃；6-温度探头；7-入风口；8-室内循环入风口；9-窗框；10-太阳能储热槽；11-热循环管；12-太阳能热交换器；13-储液箱；14-冷媒系统换热管；15-冷热水换热器；16-地暖水循环管；17-冷热水循环管；18-排水管；19-地暖换热器；20-室外风机；21-蒸发器；22-太阳能玻璃外板；23-太阳能玻璃内板；24-绝缘保温胶；25-传热导管；26-室内风机；27-冷凝器；28-金属铝片；29-低辐射膜；30-气液分离器；31-降压节流阀；32-四通换向阀。

【具体实施方式】

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

参照附图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明公开了一种具有太阳能和空气能的采能装置，包括窗框9，所述窗框9内间隔设置有双层玻璃5，所述双层玻璃5密封固定在所述窗框9内形成中空结构，所述双层玻璃5之间设置有传热导管25，所述传热导管25引出窗框9，所述窗框9的外部设置有室外风机20、高压储存器1、气液分离器30、压缩机2、蒸发器21、四通换向阀32、降压节流阀31、储液箱13、室内风机26和冷凝器27，所述储液箱13内设置有冷媒系统换热管14、冷热水换热器15、地暖换热器、太阳能热交换器12，所述高压储存器1、气液分离器30、压缩机2通过冷媒循环管14连接并与所述四通换向阀32连接形成循环导通，高压储存器1通过冷媒循环管3与四通换向阀32的s端连通，蒸发器21通过冷媒循环管3与四通换向阀32的d端连通，所述冷媒循环管穿过蒸发器和冷凝器与所述四通换向阀连接形成循环导通，室外风机20通过冷媒循环管3与四通换向阀32的e端连通，冷凝器27通过冷媒循环管3与四通换向阀32的c端连通，所述蒸发器21和冷凝器27之间设置有降压节流阀31，对应蒸发器21的位置设置有室外风机20，对应冷凝器27的位置设置有室内风机26；所述冷媒系统换热管14与所述蒸发器21热交换，所述太阳能热交换器12通过热循环管11与所述传热导管25连接，所述冷热水换热器15通过冷热水循环管17与外部连接，所述地暖换热器19通过地暖水循环管16与外部连接。本实施例的室外风机20、高压储存器1、气液分离器30、压缩机2、蒸发器21、四通换向阀32、降压节流阀31、储液箱13分别设置在窗框9的下部，室内风机26和冷凝器27设置在窗框9上部，对应冷凝器27的位置设置有入风口7和室内循环入风口8。所述冷媒系统换热管14、冷热水换热器15、地暖换热器19、太阳能热交换器12、蒸发器21、冷凝器27及传热导管25上设置有温度探头6，所述温度探头6通过智能控制器4控制。在冷媒系统换热管14、冷热水换热器15、地暖换热器19、太阳能热交换器12、蒸发器21、冷凝器27及传热导管25上分别设置有温度探头6的目的在于通过智能控制器4监控各处的温度，当各处设置的温度达到时，太阳能的热量将转换储存在太阳能储热槽10内，同时也可以使用智能控制器4控制在没有太阳的天气下实现设备切换使空气能装置运转，通过空气能装置实现冬天供暖、夏天制冷及全年供热水的功能。所述双层玻璃5的边沿通过绝缘保温胶24固定在所述窗框9上，所述双层玻璃5的内部、与窗框9接触的周围边沿还设置有一层金属铝片28。所述窗框9的一侧设置有太阳能储热槽10。所述窗框9的旁边还设置有排水管18，所述排水管18与所述冷凝器27连接。所述双层玻璃5靠近室内的玻璃外表面设置有低辐射膜29。所述双层玻璃5包括太阳能玻璃外板22和太阳能玻璃内板23，所述双层玻璃5中靠近室内的玻璃外表面设置有低辐射膜29，即太阳能玻璃内板23的表面设置有低辐射膜29。

本发明在窗框9内设置有吸收太阳能的双层玻璃5，太阳能通过热转换装置能够在冬天供暖，全年供热水的功能；在窗框9外部安装有制冷/制热的空气能装置，可以在没有太阳的天气下实现设备切换使空气能装置运转，通过空气能装置实现冬天供暖、夏天制冷及全年供热水的功能；本结构具备充分有效利用空间、降低室内温度、充分利用室外热能、智能双向转换工作模式的节能减排、低碳环保的特点。本结构是采用双层玻璃5形成中空结构用于吸收太阳能，太阳能通过热循环管11将传热导管25与设置在储液箱13内的太阳能热交换器12连接导热实现能量储存转换，本发明能够有效利用空间、降低室内温度、充分利用室外热能，同时也能缓解地球太气层温室效应恶化的特点。

参照附图1、图2、图3、图4、图5所示，本发明还公开了一种具有太阳能和空气能的采能方法，包括如下原理，a.太阳能通过窗框9内设置的密封双层玻璃5吸收，双层玻璃5聚集的热量由传热导管25导出，传热导管25导出的热量通过热循环管11及太阳能热交换器12将热量传递给储液箱13内存储；b.空气能通过室外风机20及蒸发器21吸收外界空气热量，通过冷媒循环管3将吸收的热量依次传递给降压节流阀31、冷凝器27、四通换向阀32、高压储存器1、气液分离器30和压缩机2，压缩机2将液态冷媒压缩为高温高压的气态冷媒，再通过冷媒循环管3将高温高压的气态冷媒传递到冷媒系统换热管14，冷媒系统换热管14将热量存储在储液箱13内；c.智能控制器4分别监控设置在冷媒系统换热管14、冷热水换热器15、地暖换热器19、蒸发器21、冷凝器27、太阳能热交换器12和传热导管25上温度探头6，智能控制器4并对太阳能装置和空气能装置二者的启动、转换和关闭作出控制。所述窗框的一侧设置有太阳能储热槽10。实际工作时，在有太阳的天气下，智能控制器4设定各参数并开启节能装置，太阳能装置工作，吸收的太阳能通过上述原理将热量传递到储液箱13内存储，智能控制器4监测到设置在地暖换热器19和太阳能热交换器12的温度探头6已达到预定值时，储液箱13停止储存热量，太阳能装置收集的热量将切换存储到太阳能储热槽10内；在没有太阳的阴雨天气候，智能控制器4监测到设置在传热导管25上温度探头6偏低，此时启动空气能装置，当智能控制器4监测到设置在冷媒系统换热管14、冷热水换热器15、地暖换热器19、蒸发器21、冷凝器27的温度探头6已达到预定值时，空气能装置将暂时断天电源，停止热量收集工作。通过智能控制器4控制太能能装置和空气能装置二者的启动、转换和关闭，实现冬天供暖及全年供热水的功能。

目前能集制热水、取暖、制冷的的一体式空气能窗在运行中能解决全年热水供应，冬天暖气供应，夏天制冷的窗户的产品在全球市场上还是空白。本发明的目的在于提供一种设计合理能制热水的空气能窗，通过在现有的基础上，对传统的结构进行合理的改进，实现一体化的设计，采用太阳能集热器、空气能换热器、热泵制热系统、冷凝器、蒸发器、水箱等部件，真正实现白天有太阳时就通过窗户采集太阳能制热水，没太阳时或采集热量未达到生活需求时，又可通过空气能热泵装置吸收室外空气制热水。该技术不仅解决了人们生活热水、暖气等需求，又节能、环保、实用。空气能热泵装置主要应用了逆卡诺原理，以制冷剂作为媒介，通过冷媒吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机压缩，变为高温热能，再把这种高温热能传递给水箱，从而把水加热。整个过程只是热量的转移，而非转换。

本发明主要应用了能量相变储存原理，太阳能辐射原理，逆卡诺原理，以制冷剂作为媒介。用少量的电能，通过冷媒吸收空气中大量的低温热能，经过压缩机压缩，变为高温热能，再把这种高温热能和白天太阳能辐射产生的能量及一体窗的空调制冷时排出的高温热量等传递给储存能量的储存箱，从而实现全年为家居提供55°C以上热水，冬天提供20°C以上暖气，夏天为房间提供舒的冷气。

本发明与现在产品相比的优势如下：

1、空气能智能窗解决冬天制热，地板取暖比城市中央取暖节能30～50%;比电热取暖节能50～70%；比燃油、天然气节能40～60%。

2、空气能智能窗全年制热水比用传统能源：燃煤节能30～50%;比电热取暖节能70～80%；比燃油、天然气节能60～70%。

3、空气能智能窗可一窗三用，解决一家夏天制冷，冬天取暖，全年供应热水；夏天制冷比用传统空调节能30～40%，在制冷时并可把室内的热气回收免费供应家庭热水沐浴及厨房热水。冬天不用冷气又可单独制热水全年可比传统煤、电、天然气、柴油等节能50～60%。

4、产品环保性，空气能智能窗实现制热功能并非是用传统的煤、电、天然气等作为能源，而是采用我们供热系统的逆卡诺原理进行吸收空气中低温能量，通过空气交换、热量压缩、高低压循环转换，热量传递等系统集成而成，核心技术就是如何把空气中的热量回收利用问题，系统是吸入大气中的空气，而排出的却是经过能量转换后的低温冷气，对缓解地球温室效应非常有帮助，现时整个地球的气温正处在上升阶段，就是我们源源不断地向空间排放的废热所致的根源，该技术不仅变废为宝，应用到日常生活中解决了人们所需大量的热能，而且利国利民，与国家倡导的节能减排政策相吻合。

5、一体化设计：节省地方、吸热、净化，储能、交换、隔热、隔音，热水供应一体化。

以上所述仅用以方便说明本发明，在不脱离本发明创作的精神范畴内，熟悉此技术的本领域的技术人员所做的各种简单的变相与修饰仍属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有太阳能和空气能的采能装置，其特征在于：包括窗框，所述窗框内间隔设置有双层玻璃，所述双层玻璃密封固定在所述窗框内形成中空结构，所述双层玻璃之间设置有传热导管，所述传热导管引出窗框，所述窗框的外部设置有室外风机、高压储存器、气液分离器、压缩机、蒸发器、四通换向阀、降压节流阀、储液箱、室内风机和冷凝器，所述储液箱内设置有冷媒系统换热管、冷热水换热器、地暖换热器、太阳能热交换器，所述高压储存器、气液分离器、压缩机通过冷媒循环管连接并与所述四通换向阀连接形成循环导通，所述冷媒循环管穿过蒸发器和冷凝器与所述四通换向阀连接形成循环导通，所述蒸发器和冷凝器之间设置有降压节流阀，对应蒸发器的位置设置有室外风机，对应冷凝器的位置设置有室内风机；所述冷媒系统换热管与所述蒸发器热交换，所述太阳能热交换器通过热循环管与所述传热导管连接，所述冷热水换热器通过冷热水循环管与外部连接，所述地暖换热器通过地暖水循环管与外部连接。

2.根据权利要求1所述具有太阳能和空气能的采能装置，其特征在于：所述冷媒系统换热管、冷热水换热器、地暖换热器、太阳能热交换器、蒸发器、冷凝器及传热导管上设置有温度探头，所述温度探头通过智能控制器控制。

3.根据权利要求1所述具有太阳能和空气能的采能装置，其特征在于：所述窗框的一侧设置有太阳能储热槽。

4.根据权利要求1所述具有太阳能和空气能的采能装置，其特征在于：所述双层玻璃的边沿通过绝缘保温胶固定在所述窗框上，所述双层玻璃的内部、与窗框接触的周围边沿还设置有一层金属铝片。

5.根据权利要求1所述具有太阳能和空气能的采能装置，其特征在于：所述窗框的旁边还设置有排水管，所述排水管与所述冷凝器连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述具有太阳能和空气能的采能装置，其特征在于：所述双层玻璃中靠近室内的玻璃外表面设置有低辐射膜。

7.一种具有太阳能和空气能的采能方法，包括如下原理：

a.太阳能通过窗框内设置的密封双层玻璃吸收，双层玻璃聚集的热量由传热导管导出，传热导管导出的热量通过热循环管及太阳能热交换器将热量传递给储液箱内存储；

b.空气能通过室外风机及蒸发器吸收外界空气热量，通过冷媒循环管将吸收的热量依次传递给降压节流阀、冷凝器、四通换向阀、高压储存器、气液分离器和压缩机，压缩机将液态冷媒压缩为高温高压的气态冷媒，再通过冷媒循环管将高温高压的气态冷媒传递到冷媒系统换热管，冷媒系统换热管将热量存储在储液箱内；

c.智能控制器分别监控设置在冷媒系统换热管、冷热水换热器、地暖换热器、蒸发器、冷凝器、太阳能热交换器和传热导管上温度探头，智能控制器并对太阳能装置和空气能装置二者的启动、转换和关闭作出控制。

8.根据权利要求7所述具有太阳能和空气能的采能方法，其特征在于：所述窗框的一侧设置有太阳能储热槽。

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