CN106369841A - 一种热传递式无压缩机太阳能热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热水器制造技术领域，具体是一种热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其包括太阳能吸热板和保温水箱，所述的太阳能吸热板背面安装有多个液体换热器，保温水箱的上部通过热水导管与液体换热器的铜管上端连接，保温水箱的下部通过冷水导管与液体换热器的铜管下端连接；所述的液体换热器包括保温罩、电子热泵和铜管，电子热泵通过控制线路与电源控制器连接，电子热泵吸热的一面与太阳能吸热板背面连接，电子热泵放热的一面安装有铜板，铜管安装在铜板上；保温罩将铜板、电子热泵和铜管罩在太阳能吸热板的背面。本发明热能利用率高，产水量大，制热水效果好，安装使用方便，制造成本低。

Description

一种热传递式无压缩机太阳能热泵热水器

技术领域

本发明涉及热水器制造技术领域，具体是一种热传递式无压缩机太阳能热泵热水器。

背景技术

随着世界范围内煤炭、石油等传统能源日益枯缺，能源供应紧张已成为制约一个国家经济发展的瓶颈问题。发展应用太阳能、风能、核能等清洁能源成为中国当代与未来的战略性新兴产业，太阳能作为取之不尽的清洁能源正在被人类广泛应用，太阳能热水器正成为进入普通百姓家庭的家用电器之一，产品普及处于平稳增长阶段。太阳能热水器是利用太阳能作为能源来加热热水，即是利用太阳的能量将水从低温度加热到高温度的装置，是一种热能产品，太阳作为一种绿色能源，在建筑等领域得到了广泛的应用。太阳能热利用发展到今天，无论是在集热器(亦称吸热器)的集热效率方面，或是在性价比方面都取得了巨大的进步。太阳能热水器在中国具有非常广阔的市场，并且随着能源危机的不断加剧，太阳能的利用受到了国家越来越大的重视。每平方米平板太阳能集热器平均每个正常日照日，可产生相当于2.5度电的热量，每年可节约标准煤250公斤左右，可以减少700多公斤二氧化碳的排放量。太阳能热水器的广泛运用，包括生活用热水，采暖，空调，在省钱的同时必将极大地改善地球的污染状况。太阳能热水器的优点很多，甚至还可以开发出更多性能。

目前传统太阳能热水器的推广遇到许多制约问题，主要表现有：

一是对于南方来说，冬季低温阳光少，春季低温阴雨无太阳，传统家庭用的太阳能热水器制热水量有限，很难满足家庭全天候需要；有的家庭还要使用电能或燃气热水器，辅助能耗高，安装空间有限。二是中国城市人口密集，高楼林立，楼顶空间有限，太阳直射面少，受日照时间和位置的局限性约束大，特别在南方日照时间短。太阳能热水器集热器真空管（平板集热器）、蓄水箱与压缩机分离、笨重，安装不方便，能效低，空气能热水器也是如此，在南方难以满足高层住户安装太阳能热水器的需求。

为了方便安装及使用，人们发明了平板(真空管)太阳能热水器；然而目前平板(真空管)太阳能热水器存在以下缺点：1、未能完全利用太阳能所产生的热水，因为其工作原理是通过温差控制水泵启动，使水循环经过集热器，以获得热水，该热水流向水箱后，推动水箱内的冷水，流回集热器，当两边的水温平衡时，水泵停止工作，这样就导致一部分水还遗留在集热器中，造成不必要的热能浪费；2、现有的平板( 真空管)集热器太过笨重，安装要求技术高、材料成本高；3、受太阳光照的限制，生产热水受天气的制约。4、平板太阳能热水器与保温水箱管路连接复杂安装不便。因此，人们又发明了阳台壁挂式太空能热水器。阳台壁挂式太空能热水器，包括平板太阳能集热器、压缩机、截流器和过滤器和内部设有热交换器的一体化保温水箱，平板太阳能集热器安放在阳台或墙壁上，压缩机、截流器和过滤器和内部设有热交换器的一体化保温水箱，安装成一圆柱状或方形状的一体水箱。阳台壁挂式太空能热水器利用逆卡诺循环工作原理，在阳光下吸收热量的同时，还能在晚间通过温差来吸收热量，通过介质流动实现热量传导，进而将一体化保温水箱内的水加热，实现全天候快速制热水的目的。

经研究发现，阳台壁挂式太空能热水器有压缩机，需利用制冷介质（氟利昂），安装工艺要求高，制造成本较高，压缩机的故障率也较高，压缩机工作时也会产生噪音。

因此，市场急需全天候、24小时不受太阳的限制，无需压缩机的，安装方便简单的，适宜城市高层建筑住户方便安装使用的太阳能热泵热水器，能够提供全天候使用、不受太阳光照的限制、热能高效利用、方便高楼安装使用，安全、节能、成本低的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器。公开文献还未见报道有无压缩机的太阳能热泵热水器。

发明内容

本发明的目的是提供一种热能利用率高，产水量大，制热水效果好，安装使用方便，制造成本低，无噪音，能全天候提供热水的新型热传递式无压缩机太阳能热泵热水器。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其包括太阳能吸热板和保温水箱，所述的太阳能吸热板背面安装有多个液体换热器，保温水箱的上部通过热水导管与液体换热器的铜管上端连接，保温水箱的下部通过冷水导管与液体换热器的铜管下端连接；工作时，通过电源控制器设定热水温度设定值，并启动电子热泵，电子热泵将太阳能吸热板及空气中的热量吸收并传递到铜板上，铜板的热量通过热传递，传递到铜管内的水，铜管内的水温升高，热水上浮，通过水路内循环，铜管内的热水通过热水导管进入保温水箱，保温水箱内的冷水通过冷水管进入铜管，不停的循环，形成热水自循环。

所述的液体换热器包括保温罩、电子热泵和铜管，电子热泵通过控制线路与电源控制器连接，电子热泵吸热的一面与太阳能吸热板背面连接，电子热泵放热的一面安装有铜板，铜管安装在铜板上；保温罩将铜板、电子热泵和铜管罩在太阳能吸热板的背面。铜板、电子热泵和铜管与保温罩之间不留有空气，防止热量跑失。电子热泵即为热电制冷器，热电制冷的机理完全不同于蒸汽压缩式制冷、吸收式制冷。它是以温差电现象为基础的制冷方法。用两种不同的金属丝相互连接在一起，形成一个闭合电路，把两个连接点分别放在温度不同的两处，就会在两个连接点之间产生一个电势差--接触电动势。同时闭合电路中就有电流通过。反过来，将两种不同的金属线相互连接形成的闭合线路已通直流电，会产生两个不同温度的连接点。只要通以直流电，就会是其中一个连接点变热，另一个连接点变冷。这就是帕尔帖效应，亦称温差电现象。生产冷端就是我们需要的制冷。热电制冷器在工作时是作为一个热泵，将热量从一点转移到另一点，而不是普通的吸热过程或者魔术般的将热量消耗掉的过程。通电之后，热电制冷器的一面会变冷而另一面变热。被制冷一面的热量将被传递到热端，完全符合热力学过程。为了完成一个热流的循环过程，热电制冷器的热端必须要连接在一个合适的散热器上，从而释放掉从冷端传递过来的热量和器件运行过程中产生的热量。

所述的太阳能吸热板由多块铝合金吸热板拼接而成，铝合金吸热板的前面设置有吸热翅片。太阳能吸热板可以安装在阳台上，吸收太阳光的热量，安装管路较短，安装较为方便，克服了传统太阳能热水器需安装在楼顶，安装管路较长，安装困难。

所述的保温水箱与热水导管的连通位置比热水出口的位置高。

所述的保温水箱与冷水导管的连通位置比补水进水口的位置低。

每个液体换热器的铜板上都均布有两根或两根以上铜管，充分吸收铜板的热量，加快电子热泵散热的同时，还加快了保温水箱内水的自循环加热。

所述的保温罩由复合聚醚材料制成；

所述的由复合聚醚材料的原料和重量份数如下：

水溶性聚醚 50～65份；

聚苯乙烯 8～12份；

蛭石 8～12份；

聚乙烯醇 5～8份；

云母 2～5份；

氯甲基硅烷 2～4份；

三氧化二锑 2～3份；

所述的水溶性聚醚由以下重量份数的原料混合制成：

甘油聚醚树脂5～7份、乙二醇醚树脂3～5份、棕榈油0.2～0.3份、催化剂N，N—二甲基环已胺0.2 ～0.4 份、固化剂二月桂酸二丁基锡0.1～0.3份、去离子水水0.2 ～0.4 份。

隔热层也可以用上述的原料制成。

本发明的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器突出的实质性特点和显著的进步是：

1、本发明的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，是经过多年的生产安装使用中总结得到的，其热能利用率高，产水量大，制热水效果好，安装使用方便，无噪音，制造成本低；本发明的热水器也可全天候提供热水需求，避免压缩机工作产生的噪音，解决传统太阳能热泵热水器使用压缩机，产生的高成本和高故障率的难题。本发明的太阳能吸热板比真空管或普通平板集热器重量减轻三分之二以上，吸热效率高出35%。

2、本发明的太阳能吸热板可以安装在阳台上，吸收太阳光的热量，安装管路较短，方便高楼安装使用，克服了传统太阳能热水器需安装在楼顶，安装管路较长，安装困难；本发明的热水器通过电子热泵的热转换，比纯电加热的热水器的热效率高5倍以上；实现人们追求的没有太阳也能使用太阳能热水器的梦想。

3、本发明的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器的推广应用将广泛应用于城市家庭、中小型酒店、农村等，为全面推广和普及太阳能热水器和促进产品更新换代提供新选择，将极大地促进国内特别是广西太阳能产业的技术革新与发展。

4、本发明采用的电子热泵的工作电压为12-36伏属于安全电压，不会造成触电伤亡的风险。

附图说明

图1为本发明热传递式无压缩机太阳能热泵热水器的结构示意图；

图2为图1中液体换热器的B-B向示意图；

图3为太阳能吸热板的结构示意图；

图4为图3中铝合金吸热板的结构示意图；

图中序号的名称为：

1、太阳能吸热板，2、液体换热器，3、保温罩，4、铜板，5、电子热泵，6、铜管，7、热水导管，8、保温水箱，9、冷水导管，10、控制线路，11、电源控制器，12、铝合金吸热板，13、吸热翅片。

具体实施方式

为了更加详细的介绍本发明，下面结合实施例和附图，对本发明做进一步说明。

如图所示：

实施例1

本发明热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其包括太阳能吸热板1和保温水箱8，所述的太阳能吸热板1背面安装有多个液体换热器2，保温水箱8的上部通过热水导管7与液体换热器2的铜管6上端连接，保温水箱8的下部通过冷水导管9与液体换热器2的铜管6下端连接；

所述的液体换热器2包括保温罩3、电子热泵5和铜管6，电子热泵5通过控制线路10与电源控制器11连接，电子热泵5吸热的一面与太阳能吸热板1背面连接，电子热泵5放热的一面安装有铜板4，铜管6安装在铜板4上；保温罩3将铜板4、电子热泵5和铜管6罩在太阳能吸热板1的背面。

所述的太阳能吸热板1由多块铝合金吸热板12拼接而成，铝合金吸热板12的前面设置有吸热翅片13。

所述的保温水箱8与热水导管7的连通位置比热水出口的位置高。

所述的保温水箱8与冷水导管9的连通位置比补水进水口的位置滴。

每个液体换热器2的铜板4上都均布有两根或两根以上铜管6。

实施例2

本发明热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其包括太阳能吸热板1和保温水箱8，所述的太阳能吸热板1背面安装有多个液体换热器2，保温水箱8的上部通过热水导管7与液体换热器2的铜管6上端连接，保温水箱8的下部通过冷水导管9与液体换热器2的铜管6下端连接；

所述的液体换热器2包括保温罩3、电子热泵5和铜管6，电子热泵5通过控制线路10与电源控制器11连接，电子热泵5吸热的一面与太阳能吸热板1背面连接，电子热泵5放热的一面安装有铜板4，铜管6安装在铜板4上；保温罩3将铜板4、电子热泵5和铜管6罩在太阳能吸热板1的背面。

所述的太阳能吸热板1由多块铝合金吸热板12拼接而成，铝合金吸热板12的前面设置有吸热翅片13。

所述的保温水箱8与热水导管7的连通位置比热水出口的位置高。

所述的保温水箱8与冷水导管9的连通位置比补水进水口的位置滴。

每个液体换热器2的铜板4上都均布有两根或两根以上铜管6。

上述的保温罩和隔热层由复合聚醚材料制成；

所述的由复合聚醚材料的原料和重量份数如下：

水溶性聚醚 50～65份；

聚苯乙烯 8～12份；

蛭石 8～12份；

聚乙烯醇 5～8份；

云母 2～5份；

氯甲基硅烷 2～4份；

三氧化二锑 2～3份；

所述的水溶性聚醚由以下重量份数的原料混合制成：

甘油聚醚树脂5～7份、乙二醇醚树脂3～5份、棕榈油0.2～0.3份、催化剂N，N—二甲基环已胺0.2 ～0.4 份、固化剂二月桂酸二丁基锡0.1～0.3份、去离子水水0.2 ～0.4 份。

本发明热传递式无压缩机太阳能热泵热水器的太阳能吸热板1可以安装在阳台的护栏上，保温水箱8安装在室内，需要使用热水时，通过电源控制器11设定热水温度设定值，并启动电子热泵5，电子热泵5将太阳能吸热板1及空气中的热量吸收并传递到铜板4上，铜板4的热量通过热传递，传递到铜管6内的水，铜管6内的水温升高，热水上浮，通过水路内循环，铜管6内的热水通过热水导管7进入保温水箱8，保温水箱8内的冷水通过冷水管9进入铜管6，不停的循环，当保温水箱8内的热水达到设定值后，电子热泵5停止工作，完成热水加热。

应用实施例

1、广西南宁某公司，利于本发明的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器分别与真空管太阳能热水器、平板太阳能热水器和纯电加热热水器相比，本发明采用的太阳能吸热板比真空管和普通平板集热器重量减轻三分之二以上，吸热效率高出35%以上，安装制造成本比真空管太阳能热水器和平板太阳能热水器的低350元，相同的使用时间，真空管太阳能热水器和平板太阳能热水器分别出现2次和3次故障，本发明的热水器未出现故障。本发明的热水器比纯电加热的热水器热效率高5倍以上。

上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，包括太阳能吸热板（1）和保温水箱（8），其特征在于：所述的太阳能吸热板（1）背面安装有多个液体换热器（2），保温水箱（8）的上部通过热水导管（7）与液体换热器（2）的铜管（6）上端连接，保温水箱（8）的下部通过冷水导管（9）与液体换热器（2）的铜管（6）下端连接，工作时形成热水自循环；

所述的液体换热器（2）包括保温罩（3）、电子热泵（5）和铜管（6），电子热泵（5）通过控制线路（10）与电源控制器（11）连接，电子热泵（5）吸热的一面与太阳能吸热板（1）背面连接，电子热泵（5）放热的一面安装有铜板（4），铜管（6）安装在铜板（4）上；保温罩（3）将铜板（4）、电子热泵（5）和铜管（6）罩在太阳能吸热板（1）的背面。

2.根据权利要求1所述的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其特征在于：所述的太阳能吸热板（1）由多块铝合金吸热板（12）拼接而成，铝合金吸热板（12）的前面设置有吸热翅片（13）。

3.根据权利要求1所述的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其特征在于：所述的保温水箱（8）与热水导管（7）的连通位置比热水出口的位置高。

4.根据权利要求1所述的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其特征在于：所述的保温水箱（8）与冷水导管（9）的连通位置比补水进水口的位置低。

5.根据权利要求1所述的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其特征在于：每个液体换热器（2）的铜板（4）上都均布有两根或两根以上铜管（6）。

6.根据权利要求1所述的热传递式无压缩机太阳能热泵热水器，其特征在于：所述的保温罩（3）由复合聚醚材料制成。