CN112594768A - 一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统及运行方法，它包括太阳能集热器/蒸发器，所述太阳能集热器/蒸发器的出水口与压缩机相连，所述压缩机的出口与冷凝器相连，所述冷凝器的另一端通过膨胀阀与太阳能集热器/蒸发器相连，并构成循环系统；所述冷凝器上连接有冷水入口，另一端连接有热水出口。本系统能够有效解决太阳能集热器运行时集热效率不高的问题，同时也可解决在冬季低温条件等气候恶劣的情况下整个系统的有效运行等一些常见问题。

Description

一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统及运行方法
技术领域
本发明涉及太阳能采暖、太阳能热水器领域，尤其涉及用于供暖的太阳能热泵直膨式系统及方法。
背景技术
太阳能不但是一次能源，而且是可再生能源。它资源分布普遍，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。传统的太阳能光热太阳辐射的能量。再结合翅片和风机的推动作用，达到太阳能采集利用的最优效率，提高泵效率的同时也延长了泵的寿命。为供暖系统提供了充分的热水。
太阳能相关技术在我国已经得到普及，但由于太阳能存在能量密度低、不均匀性、间歇性问题，使得一些技术发展受到制约。随着国际提出的大力发展清洁能源，太阳能采暖、制冷将得到大力发展。在太阳能热泵运行时，集热器/蒸发器利用效率不高，在过渡季节、阴雨天气无法发挥其最佳优势。而且整个热泵系统如何最优蓄热、如何使集热器/蒸发器发挥最优作用，仍然是我们利用太阳能技术所需要突破的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统及使用方法，本系统能够有效解决太阳能集热器运行时集热效率不高的问题，同时也可解决在冬季低温条件等气候恶劣的情况下整个系统的有效运行等一些常见问题。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，它包括太阳能集热器/蒸发器，所述太阳能集热器/蒸发器的出水口与压缩机相连，所述压缩机的出口与冷凝器相连，所述冷凝器的另一端通过膨胀阀与太阳能集热器/蒸发器相连，并构成循环系统；
所述冷凝器上连接有冷水入口，另一端连接有热水出口。
所述太阳能集热器/蒸发器的蒸发器包括用于通入液态工质的扁平铝通道。
所述扁平铝通道内部布置有均布的管道，所述管道之间的间距越小，其具有更高的集热效率；所述扁平铝通道的其中一端设置有介质通道入口，在其另一端设置有介质通道出口，每根扁平铝通道之间通过管道串联起来，并只预留介质通道入口和介质通道出口两个通道口。
所述液态工质为制冷剂。
所述扁平铝通道的背面贴附有太阳能光伏太阳能光伏PV板，在扁平铝通道的正上面安装有翅片，所述翅片的截面采用三角形，以增大太阳能集热器吸热面积。
所述翅片上涂有蓄热涂料。
所述翅片上安装有用于对其进行防护并保温的保温板。
所述太阳能集热器/蒸发器的顶部安装有风机，在阴雨天气，整个系统运行时，太阳能集热器/蒸发器不能最佳运行，此时，在风机运行的作用下加大对流换热，提高换热效率，使太阳能集热器/蒸发器达到运行的最大效率化。
所述太阳能集热器/蒸发器内部设置用于检测集热系统工作温度的温度传感器；所述冷凝器中设置有用于检测冷凝器内所加热的水温的温度传感器。
用于供暖的太阳能热泵直膨式系统的运行方法：
天气晴朗情况下的供暖运行：
在天气晴朗下，太阳能热泵直膨式热泵系统的供暖运行：太阳能集热器/蒸发器接受到太阳辐照，由扁平铝通道的太阳能光伏PV板吸收太阳辐射能，在翅片的作用下加大换热面积，最大效率的吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道内的液态制冷剂升温，升温后进入压缩机，压缩机将升温后的制冷剂压缩升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器的金属盘管内，并对冷凝器内的水进行换热，制冷剂在冷凝器内得到冷却，同时冷凝器内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的；而冷却后的制冷剂蒸汽进入膨胀阀进行节流降压后进入太阳能集热器/蒸发器，如此往复循环；这一循环回路提高了太阳能的综合利用效率也提高了太阳能集热器的集热效率；
天气恶劣情况下的供暖运行：
在天气恶劣的情况下太阳能热泵直膨式热泵系统供暖运行：太阳能集热器/蒸发器接受到微弱的太阳辐照，由扁平铝通道的太阳能光伏PV板吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道内的液态制冷剂升温，但在该天气条件下无法满足供暖末端的需求；此时，在整个太阳能集热器/蒸发器部件的上端的风机启动运行，加大对流换热，同时在翅片加大换热面积的作用下，最大效率的吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道内的液态制冷剂再次升温，接着进入压缩机，压缩机将二次升温后的制冷剂通过压缩做工升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器的金属盘管内，并对冷凝器内的水进行换热，制冷剂在冷凝器内得到冷却，同时冷凝器内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的；而冷却后的制冷剂蒸汽进入膨胀阀进行节流降压后进入太阳能集热器/蒸发器，如此往复循环；这一循环回路提高了太阳能的综合利用效率也提高了太阳能集热器的集热效率。
本发明有如下有益效果：
1、本发明只有一个循环运行回路，它具有很高的集热效率，可在过渡季节或者阴雨天气仍能达到热泵的良好效益，最大程度的利用太阳能，提高了热泵的性能，可达到供暖、生活用热水的最佳效果。
2、本发明工质循环回路中，扁平铝通道部件的吸热板吸收太阳能，在涂有蓄热涂料的翅片作用下，增大了受热及吸热面积，可更高效的吸收太阳能，将热量传递给扁平铝通道中的流动的制冷剂，使制冷剂升温。
3、通过在太阳能集热器/蒸发器顶部的风机可在阴雨天气时发挥它的最大作用，可弥补扁平铝通道对吸热量的不足，保证热泵系统的稳定与运行。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1太阳能热泵直膨式系统原理图。
图2太阳能集热器/蒸发器结构示意图。
图3太阳能集热器/蒸发器结构剖面图。
图4扁平铝通道详图。
图中：1太阳能集热器/蒸发器、2风机、3压缩机、4冷凝器、5膨胀阀、6冷水入口、7热水出口8介质通道入口、9介质通道出口10扁平铝通道、11太阳能光伏PV板、12翅片、13保温板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1-4所示，一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，它包括太阳能集热器/蒸发器1，所述太阳能集热器/蒸发器1的出水口与压缩机3相连，所述压缩机3的出口与冷凝器4相连，所述冷凝器4的另一端通过膨胀阀5与太阳能集热器/蒸发器1相连，并构成循环系统；所述冷凝器4上连接有冷水入口6，另一端连接有热水出口7。通过采用上述的太阳能热泵直膨式系统，其只有一个循环回路，具有很高的集热效率，可在过渡季节或者阴雨天气仍能达到热泵的良好效益，最大程度的利用太阳能，提高了热泵的性能，可达到供暖、生活用热水的最佳效果。
进一步的，所述太阳能集热器/蒸发器1的蒸发器包括用于通入液态工质的扁平铝通道10。
进一步的，所述压缩机3将制冷剂压缩升温到高温高压的过热蒸汽状态，为热泵循环提供动力。
进一步的，所述冷凝器4与水箱为一体，水箱内设置金属盘管，将金属盘管内高温高压的蒸汽与水箱中的水进行换热，制冷剂在冷凝器中得到冷却，同时水箱中的水可被加热为生活用热水进行供暖或直接使用。
进一步的，所述膨胀阀5将冷凝后的制冷剂进行节流降压后再送入后序的工质蒸发阶段。
进一步的，太阳能集热器/蒸发器1主要是以扁平铝通道10为主的系统，系统接收到的太阳辐照中，长波部分则通过吸热板到扁平铝通道中，作为热泵蒸发器的的热源。
进一步的，所述扁平铝通道10内部布置有均布的管道，所述管道之间的间距越小，其具有更高的集热效率；所述扁平铝通道10的其中一端设置有介质通道入口8，在其另一端设置有介质通道出口9，每根扁平铝通道10之间通过管道串联起来，并只预留介质通道入口8和介质通道出口9两个通道口。
进一步的，所述液态工质为制冷剂。
进一步的，所述扁平铝通道10的背面贴附有太阳能光伏太阳能光伏PV板11，在扁平铝通道10的正上面安装有翅片12，所述翅片12的截面采用三角形，以增大太阳能集热器吸热面积。更加高效的吸收太阳能。
进一步的，所述翅片12上涂有蓄热涂料。通过涂覆蓄热涂料能够有效的提高热量的吸收效率。
进一步的，所述翅片12上安装有用于对其进行防护并保温的保温板13。通过上述的保温板13，在保护整个平板部件不受损坏的情况下减少了一定的热损失。优选的，所述保温板13采用保温棉材料制成。
进一步的，所述太阳能集热器/蒸发器1的顶部安装有风机2，在阴雨天气，整个系统运行时，太阳能集热器/蒸发器1不能最佳运行，此时，在风机2运行的作用下加大对流换热，提高换热效率，使太阳能集热器/蒸发器1达到运行的最大效率化。
进一步的，所述太阳能集热器/蒸发器1内部设置用于检测集热系统工作温度的温度传感器；所述冷凝器4中设置有用于检测冷凝器内所加热的水温的温度传感器。为用于使用需求，提供温度参考依据。
实施例2：
用于供暖的太阳能热泵直膨式系统的运行方法：
天气晴朗情况下的供暖运行：
在天气晴朗下，太阳能热泵直膨式热泵系统的供暖运行：太阳能集热器/蒸发器1接受到太阳辐照，由扁平铝通道10的太阳能光伏PV板11吸收太阳辐射能，在翅片12的作用下加大换热面积，最大效率的吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道10内的液态制冷剂升温，升温后进入压缩机，压缩机将升温后的制冷剂压缩升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器4的金属盘管内，并对冷凝器内的水进行换热，制冷剂在冷凝器4内得到冷却，同时冷凝器4内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的；而冷却后的制冷剂蒸汽进入膨胀阀5进行节流降压后进入太阳能集热器/蒸发器1，如此往复循环；这一循环回路提高了太阳能的综合利用效率也提高了太阳能集热器的集热效率；
实施例3：
天气恶劣情况下的供暖运行：
在天气恶劣的情况下太阳能热泵直膨式热泵系统供暖运行：太阳能集热器/蒸发器1接受到微弱的太阳辐照，由扁平铝通道10的太阳能光伏PV板11吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道内的液态制冷剂升温，但在该天气条件下无法满足供暖末端的需求；此时，在整个太阳能集热器/蒸发器1部件的上端的风机2启动运行，加大对流换热，同时在翅片12加大换热面积的作用下，最大效率的吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道内的液态制冷剂再次升温，接着进入压缩机3，压缩机3将二次升温后的制冷剂通过压缩做工升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器4的金属盘管内，并对冷凝器内的水进行换热，制冷剂在冷凝器内得到冷却，同时冷凝器内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的；而冷却后的制冷剂蒸汽进入膨胀阀5进行节流降压后进入太阳能集热器/蒸发器，如此往复循环；这一循环回路提高了太阳能的综合利用效率也提高了太阳能集热器的集热效率。

Claims (10)

1.一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：它包括太阳能集热器/蒸发器（1），所述太阳能集热器/蒸发器（1）的出水口与压缩机（3）相连，所述压缩机（3）的出口与冷凝器（4）相连，所述冷凝器（4）的另一端通过膨胀阀（5）与太阳能集热器/蒸发器（1）相连，并构成循环系统；
所述冷凝器（4）上连接有冷水入口（6），另一端连接有热水出口（7）。
2.根据权利要求1所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述太阳能集热器/蒸发器（1）的蒸发器包括用于通入液态工质的扁平铝通道（10）。
3.根据权利要求2所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述扁平铝通道（10）内部布置有均布的管道，所述管道之间的间距越小，其具有更高的集热效率；所述扁平铝通道（10）的其中一端设置有介质通道入口（8），在其另一端设置有介质通道出口（9），每根扁平铝通道（10）之间通过管道串联起来，并只预留介质通道入口（8）和介质通道出口（9）两个通道口。
4.根据权利要求2所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述液态工质为制冷剂。
5.根据权利要求2所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述扁平铝通道（10）的背面贴附有太阳能光伏太阳能光伏PV板（11），在扁平铝通道（10）的正上面安装有翅片（12），所述翅片（12）的截面采用三角形，以增大太阳能集热器吸热面积。
6.根据权利要求5所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述翅片（12）上涂有蓄热涂料。
7.根据权利要求5所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述翅片（12）上安装有用于对其进行防护并保温的保温板（13）。
8.根据权利要求1所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述太阳能集热器/蒸发器（1）的顶部安装有风机（2），在阴雨天气，整个系统运行时，太阳能集热器/蒸发器（1）不能最佳运行，此时，在风机（2）运行的作用下加大对流换热，提高换热效率，使太阳能集热器/蒸发器（1）达到运行的最大效率化。
9.根据权利要求1所述的一种用于供暖的太阳能热泵直膨式系统，其特征在于：所述太阳能集热器/蒸发器（1）内部设置用于检测集热系统工作温度的温度传感器；所述冷凝器（4）中设置有用于检测冷凝器内所加热的水温的温度传感器。
10.权利要求1-9任意一项所述用于供暖的太阳能热泵直膨式系统的运行方法，其特征在于：
天气晴朗情况下的供暖运行：
在天气晴朗下，太阳能热泵直膨式热泵系统的供暖运行：太阳能集热器/蒸发器（1）接受到太阳辐照，由扁平铝通道（10）的太阳能光伏PV板（11）吸收太阳辐射能，在翅片（12）的作用下加大换热面积，最大效率的吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道（10）内的液态制冷剂升温，升温后进入压缩机，压缩机将升温后的制冷剂压缩升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器（4）的金属盘管内，并对冷凝器内的水进行换热，制冷剂在冷凝器（4）内得到冷却，同时冷凝器（4）内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的；而冷却后的制冷剂蒸汽进入膨胀阀（5）进行节流降压后进入太阳能集热器/蒸发器（1），如此往复循环；这一循环回路提高了太阳能的综合利用效率也提高了太阳能集热器的集热效率；
天气恶劣情况下的供暖运行：
在天气恶劣的情况下太阳能热泵直膨式热泵系统供暖运行：太阳能集热器/蒸发器（1）接受到微弱的太阳辐照，由扁平铝通道（10）的太阳能光伏PV板（11）吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道内的液态制冷剂升温，但在该天气条件下无法满足供暖末端的需求；此时，在整个太阳能集热器/蒸发器（1）部件的上端的风机（2）启动运行，加大对流换热，同时在翅片（12）加大换热面积的作用下，最大效率的吸收太阳辐射能，并向液态工质传递热量，使扁平铝通道内的液态制冷剂再次升温，接着进入压缩机（3），压缩机（3）将二次升温后的制冷剂通过压缩做工升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器（4）的金属盘管内，并对冷凝器内的水进行换热，制冷剂在冷凝器内得到冷却，同时冷凝器内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的；而冷却后的制冷剂蒸汽进入膨胀阀（5）进行节流降压后进入太阳能集热器/蒸发器，如此往复循环；这一循环回路提高了太阳能的综合利用效率也提高了太阳能集热器的集热效率。
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