CN108050696A - 一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，属于太阳能热泵和能源供热领域。其包括集热器、冷凝器、蓄热水箱、电子膨胀阀、压缩机及相关连接管路，集热器包括集管一和若干个微通道管路，相邻的微通道管路通过集管一连接，在每个微通道管路外均套置有真空玻璃管，微通道管路为圆弧形扁管，且其圆弧凹面面向太阳光，真空玻璃管正对微通道管路凸面的内表面侧涂抹有反射涂料，反射涂料用于将从微通道管路两侧的空隙泄露未被利用的太阳光照利用真空玻璃管内的反光涂料收集起来，并反射到微通道管路的凸面侧进行二次利用。本发明中各个部件都对能源利用做到最优化把控，全方位的减少了能量损失，具有设备利用率高、节能环保效果显著等优点。

Description

一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器

技术领域

本发明属于太阳能热泵和能源供热领域，涉及一种太阳能热水器，具体涉及一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器。

背景技术

生活热水、空调、供暖等建筑能源消耗占据全国商品能源消耗的五分之一以上。节能减排作为寻找新能源之后能够实现能源节约、污染控制和提高能源利用效率的重要课题，已成为解决环境问题和实现经济快速增长并延长新能源寻求时间的重要手段。我国太阳能集热器现有产品在玻璃透过率、高效选择性涂层、整体结构设计和生产工艺方面存在能源利用效率不高等问题。氢氯氟烃类制冷剂R22在大气层中分解出的氯原子会对大气臭氧层产生强烈的破坏作用，环境污染问题严重。常规集热器热量利用率低，太阳光照损失较严重，各流道流量分布不均造成温度场和速度场的分布不均进而造成水箱水温分布不均的问题。

直膨式太阳能热泵技术从根本上解决太阳能供应不稳定问题，太阳能集热器即为热泵蒸发器，制冷剂作为集热介质在太阳能集热/蒸发器中直接吸收太阳辐射能而蒸发，有效降低集热器表面温度，有利于提高集热效率；对于热泵系统而言，它可以有效提高蒸发温度，热泵机组性能将得到很大改善，这使得系统供热性能系数COP较高，节能效果明显。制冷剂丙烷R290是环保型工质，热传递性好而且流动粘度系数小，成本价格低，且消耗臭氧潜能值(ODP)为零，全球变暖潜能值(GWP)极小，具有良好的环保特性，但它易燃易爆的缺点是目前限制其大规模推广的最大障碍。

发明内容

本发明的任务在于提供一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其中主要通过对集热器和冷凝器进行优化及改进，提高了太阳能利用率及热力性能，同时更兼环保节能的特性。

其技术解决方案包括：

一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其包括集热器、冷凝器、蓄热水箱、电子膨胀阀及相关连接管路，所述集热器包括集管一和若干个微通道管路，相邻的微通道管路通过所述集管一连接，在每个微通道管路外均套置有真空玻璃管，所述微通道管路为圆弧形扁管，且其圆弧凹面面向太阳光，所述真空玻璃管正对所述微通道管路凸面的内表面侧涂抹有反射涂料，所述反射涂料用于将从微通道管路两侧的空隙泄露未被利用的太阳光照利用真空玻璃管内的反光涂料收集起来，并反射到微通道管路的凸面侧进行二次利用。

上述技术方案中，微通道管路设计为圆弧行扁管，圆弧凹面面向太阳，且微通道圆弧扁管外套有真空玻璃管，真空玻璃管正对微通道圆弧扁管凸面的内表面侧涂抹太阳能高效反射涂料，将从微通道圆弧扁管两侧的空隙泄露未被利用的太阳光照利用真空玻璃管内的反光涂料收集起来再反射到微通道圆弧扁管的凸面侧进行二次利用，使微通道圆弧扁管从正面和背面都能够吸收太阳光照，提高太阳能利用效率，既能利用直射太阳光线，也能充分利用四周的散射的光线，全方位的太阳光都能被集热器所吸收，因此相当于聚光型集热器。

作为本发明的一个优选方案，所述冷凝器包括集管二和若干个微通道冷凝管道，所述微通道冷凝管道以圆环状排列方式垂直均匀包覆于所述蓄热水箱的内胆水箱外侧，所述集管二采用放射状导流管均匀分配制冷剂于微通道冷凝管道内。

上述技术方案中，微通道冷凝管道以圆环状排列方式垂直均匀包覆于内胆水箱外侧，避免与水直接接触而导致的腐蚀，提高冷凝器的可靠性。集管二采用放射状导流管均匀分配制冷剂于微通道流道内，解决离心力和重力问题造成的制冷剂分配不均而导致的换热不均匀。为提高保温效果，整个蓄热水箱外壁采用聚氨酯发泡材料保温，同时有彩钢板加以保护，水箱内上部设有温度传感器和进水口；底部增加排污管和出水口，通过水压即可直接将热水自动排出，无需循环水泵，简化水箱结构。

作为本发明的另一个优选方案，所述集热器上面加装有真空型玻璃盖板。

上述技术方案中，通过在集热器上面加装真空型玻璃盖板，使散热尽可能留在盖板内部，减少热量的损失，最大程度的利用太阳光照，保温节能。

优选的，所述集管一上下各一，形状为倒漏斗状圆形集管，所述集管一的截面与微通道管路的流道流向垂直。

上述技术方案中，集管一与每个微通道管路之间尽可能同程，保证各管道的阻力尽量相等，并且集管一采用竖向流入，入口处增加导流管，平均分配流量，解决离心力和重力问题造成的制冷剂分配不均而导致的换热不均匀。

进一步的，在所述压缩机的排气管路、及电子膨胀阀的出口管路上分别设有一个用于防止微通道管路堵塞的过滤器。

上述技术方案带来的直接有益效果为：为了防止灰尘、金属碎屑等杂物进入微通道换热器中造成堵塞。

进一步的，所述压缩机为带有视液镜的变频压缩机。

采用了带有视液镜的变频压缩机和相匹配的电子膨胀阀，可根据温度变化迅速调整步数值，消除延迟，最大限度的调节功率和制冷剂流量，使热泵系统快速达到稳定状态，让太阳能利用率达到最优化。

进一步的，所述微通道管路和集管一均采用工业纯铝配合热轧吹胀法制作而成。

进一步的，所述集管一入口处设置有导流片与导流管。

入口处增加导流片与导流管，平均分配制冷剂流量，解决离心力和重力问题造成的制冷剂分配不均而导致的换热不均匀。

本发明中各个部件都对能源利用做到最优化把控，全方位的减少了能量损失，具有寿命长、设备利用率高、节能环保效果显著、热力性能高、技术经济性能高等优点，是一种节能环保型的建筑复合能量系统。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为新型微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器结构图

图2为微通道太阳能集热/蒸发器的整体结构图

图3为微通道集热器上换热管与真空管细节图

图4为微通道冷凝器及蓄热水箱的结构图

1、微通道管路，2、高效反射涂料，3、真空玻璃管，4、集管一，5、均流器，6、导流管，7、导流片，8、内胆水箱，9、外壳体，10、导流钢球，11、导流管，12、微通道冷凝管道，13、支撑架，14、压缩机。

具体实施方式

本发明公开了一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

结合图1-图4所示，本发明微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器包括集热器、冷凝器、蓄热水箱、电子膨胀阀及相关连接管路，其中作为本发明的主要改进点之一的集热器，其由集热器外框、若干个微通道管路1、真空玻璃管3、集管一4和真空型玻璃盖板组成，相邻的微通道管路1通过集管一4连接，在每个微通道管路外均套置有真空玻璃管3，微通道管路1为圆弧形扁管，且其圆弧凹面面向太阳光，真空玻璃管3正对微通道管路凸面的内表面侧涂抹有高效反射涂料2，高效反射涂料2用于将从微通道管路两侧的空隙泄露未被利用的太阳光照利用真空玻璃管内的反光涂料收集起来，并反射到微通道管路的凸面侧进行二次利用。冷凝器包括集管二和若干个微通道冷凝管道12，微通道冷凝管道以圆环状排列方式垂直均匀包覆于蓄热水箱的内胆水箱8外侧，集管二采用放射状导流管均匀分配制冷剂于微通道冷凝管道内。

微通道管路与集管一相连，集管一采用倒三角漏斗状圆形集管，集管一的截面与微通道管路的流道流向垂直，集管一与各个微通道管路之间尽可能同程，保证各管路的阻力尽量相等，并且集管一采用竖向流入，入口处增加导流片7和导流管6，平均分配流量。

整个集热器外部加装真空型玻璃盖板的配套外框，真空型玻璃盖板与外框相扣。装设真空型玻璃盖板的作用是使散热尽可能留在盖板内部，减少热量的损失，最大程度的利用太阳光照，保温节能。

为了防止灰尘、金属碎屑等杂物进入集热器中造成堵塞，在压缩机14排气管和电子膨胀阀出口管处分别设有一个过滤器以保护微通道换热器来防止堵塞。集热器内部流道很小，工质流速很快，有利于工质在扁管中快速换热，而微通道冷凝器可以有效降低系统工质充注量，减少了冷凝器压力损失，提高了制热量，因此提高了整个系统的能源利用率。

本发明微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，采用环保型工质R290。R290具有优良的热力性能，单位容积制冷量较大，物理性质与R22及其接近，属于直接替代物，价格低廉，而且与普通润滑油和机械结构材料具有兼容性，特别适用于小型热泵空调系统。对比其他制冷剂，自然工质R290对臭氧层没有任何影响，对温室效应影响非常小，这较其他制冷剂优势明显。

采用带有视液镜的变频压缩机和与整个系统相匹配的电子膨胀阀，电子膨胀阀可根据温度变化迅速调整步数值，消除延迟，使热泵系统快速达到稳定状态。同时压缩机为变频控制压缩机，可通过调整频率来实现压缩机转速的改变。夏季，热水需求量小，让压缩机以低转速运行，在保证了夏季供热的前提下最大程度的省电，提高空气能产品的经济效益；冬季温度低，热量需求提升，就提高压缩机的转速，让制热更有效，因此可通过适时改变压缩机频率可使系统达到最佳的全年工作性能。另外在压缩机吸气管上加装了一个视液镜，通过观察压缩机入口处的制冷剂状态，配合调节电子膨胀阀，减少在压缩机吸气带液现象，从而保护压缩机14。

如图4所示，压缩机14出口管道连接外壳体9中的冷凝器，冷凝器由微通道冷凝管道12组成，微通道冷凝管道12以圆环状排列方式垂直均匀包覆于内胆水箱8外侧，制冷剂流经微通道冷凝管道12后均匀进入导流管11内，导流钢球10内置于导流管11入口和出口处，内胆水箱8由支撑架13支撑，支撑架13置于外壳体9底部。冷凝器出口管路经节流阀与集热器微通道管路1相连接，导流片7内置于集热器集管一内。微通道管路1固定放置于真空玻璃管3内，真空玻璃管3正对微通道管路1凸面的内表面侧涂抹有高效反射涂料2，导流管6以放射状固定于集管一4中，导流管6出口聚集于均流器5内。集热器出口管路与压缩机14入口管路相连接，完成了整个系统的配合。

本发明一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器的大体工作过程如下：制冷剂流经集热器内微通道管路时吸热蒸发，集热器集管一内置的导流片使制冷剂均匀分布到微通道管路中，制冷剂竖向流入解决因重力问题造成的微通道管路制冷剂流量分配不均的问题，集管一的截面与微通道管路的流道流向垂直，集管一与各个微通道管路之间尽可能同程，保证各管路的阻力尽量相等。集热器选择微通道管路，增加了管道内部制冷剂流速，实现液体及时被气体带走，避免液体在微通道管路底部聚集的现象。利用真空玻璃管内涂有的高效反射涂料将未利用的太阳能反射到微通道管路背面进一步加热制冷剂，同时也利用真空玻璃管的保温效果减小制冷剂对外界的散热损失。集热器上部集管一内的导流管使制冷剂均匀流出蒸发器，避免制冷剂阻塞及过大的压力损失。制冷剂经过压缩机进一步的提温升压，以过热态进入到冷凝器。当制冷剂流入冷凝器时，利用微通道冷凝管道入口的导流钢球均匀分布到各个导流管内，使内胆水箱均匀受热避免水温分布不均的现象，同时冷凝器包覆于内胆水箱外部，避免高温热水对于冷凝器直接接触的热腐蚀。制冷剂放热降温后经节流阀以低温低压态再次进入集热器。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员还可以做出这样或那样的容易变化方式，诸如等同方式，或明显变形方式。上述的变化方式均应在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其包括集热器、冷凝器、蓄热水箱、电子膨胀阀、压缩机及相关连接管路，其特征在于：所述集热器包括集管一和若干个微通道管路，相邻的微通道管路通过所述集管一连接，在每个微通道管路外均套置有真空玻璃管，所述微通道管路为圆弧形扁管，且其圆弧凹面面向太阳光，所述真空玻璃管正对所述微通道管路凸面的内表面侧涂抹有反射涂料，所述反射涂料用于将从微通道管路两侧的空隙泄露未被利用的太阳光照利用真空玻璃管内的反射涂料收集起来，并反射到微通道管路的凸面侧进行二次利用。

2.根据权利要求1所述的一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其特征在于：所述冷凝器包括集管二和若干个微通道冷凝管道，所述微通道冷凝管道以圆环状排列方式垂直均匀包覆于所述蓄热水箱的内胆水箱外侧，所述集管二采用放射状导流管均匀分配制冷剂于微通道冷凝管道内。

3.根据权利要求1或2所述的一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其特征在于：所述集热器上面加装有真空型玻璃盖板。

4.根据权利要求2所述的一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其特征在于：所述集管一上下各一，形状为倒漏斗状圆形集管，所述集管一的截面与微通道管路的流道流向垂直。

5.根据权利要求2所述的一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其特征在于：在所述压缩机的排气管路、及电子膨胀阀的出口管路上分别设有一个用于防止微通道管路堵塞的过滤器。

6.根据权利要求2所述的一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其特征在于：所述压缩机为带有视液镜的变频压缩机。

7.根据权利要求2所述的一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其特征在于：所述微通道管路和集管一均采用工业纯铝配合热轧吹胀法制作而成。

8.根据权利要求2所述的一种微通道丙烷直膨式太阳能热泵热水器，其特征在于：所述集管一入口处设置有导流片与导流管。