CN102853555B - 一种弯折型太阳能热泵集热器 - Google Patents
一种弯折型太阳能热泵集热器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明实施例提供一种弯折型太阳能热泵集热器，包括一集热板，所述集热板内部设置有第一工作介质流通通道和第二工作介质流通通道；所述第一工作介质流通通道的一端形成第一工作介质进口，另一端形成第一工作介质出口；所述第二工作介质流通通道的一端形成第二工作介质进口，另一端形成第二工作介质出口；所述第一工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的第一工作介质热交换器相连通，组成太阳能热交换循环回路，所述第二工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的冷凝器以及水箱外部的压缩机相连通，组成热泵循环回路；所述集热板沿着第一通道和第二通道排列方向的截面呈锯齿状。
Description
技术领域
本发明属于太阳能技术领域，尤其涉及弯折型太阳能热泵集热器。
背景技术
因为节能和环保，太阳能技术在日常生活中得到了广泛应用。例如将太阳能技术应用在热水器领域中就形成了太阳能热水器。
常见的太阳能热水器包括集热器和水箱，集热器内集热板接收太阳能，温度升高，并加热在集热板内流通的工作介质，温度升高后的工作介质通过管路流过水箱，与水箱中的水进行热交换，在热交换的过程中，水箱中的水的温度升高，工作介质的温度降低；温度降低后的工作介质再通过管路流回集热器中继续被加热；以此循环。
但是上面现有技术中的太阳能热水器能够正常工作的前提条件是：集热板的温度要比室内水箱中水的温度高出一定程度。如果集热板的温度与室内水箱中水的温度已经差不多，或者更严重集热板的温度低于室内水箱中水的温度，则上面描述的太阳能热水器将无法正常工作，因为集热板中的工作介质已经不能将集热板吸收的内能再转移给水箱里的水了。而这种情况通常在光照条件不是特别好的时段经常发生，例如傍晚或者阴天的时候，而通常这个时候集热板仍然在吸收太阳能，但是却无法将这部分内能传递给水箱中的水，致使整个太阳能热水器的太阳能利用率不是很高。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种弯折型太阳能热泵集热器，能够提高集热板吸收的太阳能的利用效率。
为实现上述目的，本发明的一个实施例提供一种弯折型太阳能热泵集热器，包括一集热板，所述集热板内部设置有第一工作介质流通通道和第二工作介质流通通道；
所述第一工作介质流通通道的一端形成第一工作介质进口，另一端形成第一工作介质出口；
所述第二工作介质流通通道的一端形成第二工作介质进口，另一端形成第二工作介质出口；
所述第一工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的第一工作介质热交换器相连通，组成太阳能热交换循环回路，所述第二工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的冷凝器以及水箱外部的压缩机相连通，组成热泵循环回路；
所述集热板沿着第一通道和第二通道排列方向的截面呈锯齿状。
本发明实施例提供的太阳能热泵集集热器将太阳能和热泵两种对水箱内的水进行加热的方式整合在了一起，同时在集热板内又为这两种热循环的方式同时设置了两种工作介质的流通通道。当光照条件不是太好但是集热板仍然能够吸收太阳能时，虽然集热板的温度相对于水箱中水的温度不是太高，但是可以通过集热板的强制循环，将集热板上内能强制搬运至水箱中，进而提高集热板吸收的太阳能的利用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明中的太阳能热泵集热器中的集热板一个实施例的轴测图；
图2是本发明中的太阳能热泵集热器中的集热板另一个实施例的轴测图；
图3是图2中的集热板的左视图；
图4是图2中的集热板的右视图；
图5是一个集热板单元的轴测图；
图6是图5中的集热板单元的左视图；
图7是利用本发明实施例中的集热器组成的太阳能热泵集热系统的一个实施例的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种弯折型太阳能热泵集热器，该太阳能热泵集热器的示意图，该集热器包括一弯折型的集热板，该集热板沿着第一通道和第二通道排列方向的截面呈锯齿状，集热板内设置有第一工作介质流通通道和第二工作介质流通通道。第一工作介质流通通道的一端形成第一工作介质进口，另一端形成第一工作介质出口。第二工作介质流通通道的一端形成第二工作介质进口，另一端形成第二工作介质出口。
第一工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的第一工作介质热交换器相连通，组成太阳能热交换循环回路，第二工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的冷凝器以及水箱外部的压缩机相连通，组成热泵循环回路。
本发明实施例提供的太阳能热泵集集热器将太阳能和热泵两种对水箱内的水进行加热的方式整合在了一起，同时在集热板内又为这两种热循环的方式同时设置了两种工作介质的流通通道。当光照条件不是太好但是集热板仍然能够吸收太阳能时，虽然集热板的温度相对于水箱中水的温度不是太高，但是可以通过集热板的强制循环，将集热板上内能强制搬运至水箱中，进而提高集热板吸收的太阳能的利用效率，因此在本发明中，热泵的热循环和太阳能的热循环达到了有机的配合。此外，集热板设计成锯齿状，可以最大程度地提高朝阳面的光照效率，因为通常阳光都是斜着入射竖直平面的，而将集热板本身设计成锯齿状，可以使得朝向上倾斜的一面受到阳光的垂直入射。
根据实际的需要，上述太阳能热泵集热器中的流通通道的排列方式可以有很多种，以下以几个典型的例子详细说明。
实施例一
图1示出了本发明中的太阳能热泵集热器中的集热板一个实施例的轴测图，请参见图1，该实施例中的集热板中的第一工作介质流通通道由设置在集热板内的多条平行的第一通道111以及连接相邻两条第一通道的第一弯管113组成，第二工作介质流通通道由设置在集热板内的多条平行的第二通道112和连接相邻两条第二通道的第二弯管114组成。本实施例中的集热板为一个整体的板状结构，并且沿着第一通道和第二通道排列方向的截面呈锯齿状。
本领域技术人员应该能够理解，满足上述条件的第一通道和第二通道可以整体上在集热板上分成两个区域。例如一个区域内排列的都是第一通道，该区域实际上就是形成第一工作介质流通通道的区域；另一个区域裴烈的都是第二通道，该区域实际上就是形成第二工作介质流通通道的区域。
但是为了使得第一工作介质流通通道和第二工作介质流通通道都能够充分并且平均的利用整个集热板的各个区域吸收的太阳能，图1中示出的集热板中，第一通道111和第二通道112在集热板内是交替排列的。这样，当太阳能热交换循环回路因为光照条件有限而无法正常工作时，与第一通道111相邻的第二通道112可以很容易地从附近将集热板上的内能搬运至水箱中。
由于集热板上的第一通道111和第二通道112是交替排列的，那么在集热板内部实现连接相邻第一通道111的弯管113以及实现连接相邻第二通道的112的弯管114就很困难，因为这样很容易使得第一工作介质流通通道和第二工作介质流通通道之间产生交叉。因为为了客服这种问题，优选地，用于连接第一通道111的弯管113和连接第二通道112的弯管114均设置在集热板的外部。参见图1可知，当弯管113和弯管114为设置在集热板外部的独立弯管时，可以通过合理的设计，避免弯管113和114交叉。
实施例二
本实施例提供另一种结构的集热板，该集热板与实施例一中的集热板的不同在于：集热板是由多个集热板单元通过扣接的方式拼接在一起的，这种方式可以方便集热板的加工，形成模块化加工，并且运输和安装方便。
具体地，图2示出了该集热板的轴测图，图3为图2中的集热板的左视图，图4为图2中的集热板的右视图。请同时参见图2至图4，该集热板中的第一工作介质流通通道仍然由设置在集热板内的多条平行的第一通道111以及连接相邻两条第一通道的第一弯管113组成，第二工作介质流通通道仍然由多条平行的第二通道112和连接相邻两条第二通道的第二弯管114组成，其中图3和图4中示出的左视图和右视图，省略了第一弯管和第二弯管的结构。
同时，在图2至图4中，第一通道111和第二通道112在集热板内是交替排列的。连接第一通道111的弯管113和连接第二通道112的弯管114均设置在集热板的外部。
此外，本实施例中的集热板是由多个沿第一通道111和第二通道112排列方向划分的集热板单元11a拼接而成，为了方便加工，每个集热板单元11a的结构可以完全相同，例如尺寸相同，其上分布的第一通道111和第二通道112的个数和位置相同。在图2至图4中，热别地，以每个集热板单元11a上设置一条第一通道111和一条第二通道为例，图5特别示出了一个集热板单元的基本结构轴测图，图6为图5中的集热板单元的左视图。
以下详细说明本发明实施例提供的太阳能热泵集热器的使用方法。
图7是利用本发明中的集热器组成的太阳能热泵集热系统的剖视图，如图7所示，该系统总体上包括水箱2和集热器1。集热器1中包括上述实施例中的集热板，集热板中设有第一工作介质流通通道和第二工作介质流通通道。
在水箱2中设置有冷凝器6和第一工作介质热交换器5。
在水箱2外部设置压缩机3，该压缩机3通过管路41、44、45和46与水箱2中的冷凝器6和集热板中设置的第二工作介质流通通道相同，组成热泵循环回路。该热泵循环回路用于通过热泵的方式，将外部集热板的热量搬运至水箱2中。
在水箱外部还设置水泵9，水泵通过管路47、42和43与水箱中的第一工作介质热交换器5和集热板中的第一工作介质流通通道相连通，组成太阳能热交换循环回路。该太阳能热交换循环回路用于将集热板吸收的太阳能转换成热能，并搬运至水箱2内。
在本发明中，第二工作介质可以为氟利昂，第一工作介质的材料可以为太阳能热水器中常用的热交换循环介质。
由此可见，本发明实施例提供的太阳能热泵集热系统将太阳能和热泵两种对水箱内的水进行加热的方式整合在了一起，同时在集热板内又为这两种热循环的方式同时设置了两种工作介质的流通通道。但光照条件不是太好但是集热板仍然能够吸收太阳能时，虽然集热板的温度相对于水箱中水的温度不是太高，但是可以通过热板的强制循环，将集热板上内能强制搬运至水箱中，进而提高集热板吸收的太阳能的利用效率，因此在本发明中，热泵的热循环和太阳能的热循环达到了有机的配合。
以下对本发明的具体结构做详细说明。
为了提高热交换的效率，在水箱2中的冷凝器6可以为螺线管形状的结构，并且螺线管的两端通过管路45和46与压缩机相通。第一工作介质热交换器5也可以设置为螺线管形状的结构。其中，第一工作介质热交换器5可以套在冷凝器6的外部，这样可以进一步提高整个水箱内的热交换效率。
压缩机3可以设置在水箱2的顶部，同时为了安装和运输方便，以及外观美观，将水箱2和压缩机3以及必要的管路设置在一个外壳7中。
太阳能循环回路结构是这样的：集热板上的第一工作介质流通通道的两端分别为第一工作介质进口1-2和第一工作介质出口1-3。集热板的第一工作介质出口1-3通过管路43与水箱2中的第一工作介质热交换器5的一端相连通，该第一工作介质热交换器5的另一端通过管路42、47和水泵9与集热板的第一工作介质进口1-2相连通。
热泵循环回路结构是这样的：集热板上的第二工作介质流通通道的两端分别为第二工作介质进口1-1和第二工作介质出口1-4。集热板的第二工作介质出口1-1通过管路41与水箱2中的压缩机3的进口相连通，压缩机3的出口通过管路44与集热板的第二工作介质进口1-4相连通。在压缩机3的进口和出口之间还有一段通路就是管路45、46和冷凝器6组成的通路。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种弯折型太阳能热泵集热器，包括一集热板，其特征在于，所述集热板内部设置有第一工作介质流通通道和第二工作介质流通通道；所述第一工作介质流通通道由设置在集热板内的多条平行的第一通道以及连接相邻两条第一通道的第一弯管组成；所述第二工作介质流通通道由设置在集热板内的多条平行的第二通道以及连接相邻两条第二通道的第二弯管组成；所述第一工作介质流通通道的一端形成第一工作介质进口，另一端形成第一工作介质出口；
所述第二工作介质流通通道的一端形成第二工作介质进口，另一端形成第二工作介质出口；
所述第一工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的第一工作介质热交换器相连通，组成太阳能热交换循环回路，所述第二工作介质流通通道用于通过管路与水箱中的冷凝器以及水箱外部的压缩机相连通，组成热泵循环回路；
所述冷凝器和所述第一工作介质热交换器均为螺线管结构，且所述第一工作介质热交换器套在所述冷凝器的外部；
所述集热板沿着第一通道和第二通道排列方向的截面呈锯齿状。
2.根据权利要求1所述的太阳能热泵集热器，其特征在于，所述第一通道和第二通道在集热板内交替排列。
3.根据权利要求2所述的太阳能热泵集热器，其特征在于，所述第一弯管和第二弯管均为设置在集热板外部的弯管。
4.根据权利要求1至3任一项所述的太阳能热泵集热器，其特征在于，所述集热板为一个整体的板状结构。
5.根据权利要求2或3所述的太阳能热泵集热器，其特征在于，所述集热板由沿第一通道和第二通道排列方向划分的多个集热板单元组成，所述集热板单元之间通过扣接的方式拼接。
6.根据权利要求5所述的太阳能热泵集热器，其特征在于，每个集热板单元中设置一条第一通道和一条第二通道。
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