CN113063177A - 一种高效节能的空气源热泵采暖装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热泵技术领域。目的在于提供一种高效节能的空气源热泵采暖装置，包括依次连接构成制热循环回路的压缩机、室内换热器、膨胀阀和蒸发器；所述蒸发器包括呈长方体状的外壳，所述外壳内的上部和下部均设置有横向的隔板，所述隔板将外壳分隔为进气腔、热交换腔和出气腔；所述进气腔的顶部设置进气口，出气腔的底部设置出气口；所述热交换腔的正面腔壁由透光板构成，热交换腔的内部沿热交换腔的宽度方向均匀设置有若干吸热管式热交换机构，所述吸热管式热交换机构包括玻璃吸热管和换热铜管。本发明能够充分的利用太阳热辐射对蒸发器中的冷媒进行辅助加热，提高冷媒的吸热速度，不仅加热效率更高，且降低了蒸发器负担，延长了使用寿命。

Description

一种高效节能的空气源热泵采暖装置

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，具体涉及一种高效节能的空气源热泵采暖装置。

背景技术

热泵是利用逆卡诺原理，通过介质，把热量从低温物体处收集并传递到用热设备的一种采暖装置。简单而言，热泵主要包括压缩机、室内换热器、膨胀阀和蒸发器几大部件，其工作流程是压缩机将回流的低压冷媒压缩后，变成高温高压的气体排出，高温高压的冷媒气体流经室内换热器，与用热设备进行热交换，冷却下来的冷媒在压力的持续作用下变成液态，经膨胀阀后进入蒸发器，由于蒸发器的压力骤然降低，因此液态的冷媒在此迅速蒸发变成低温气态，并与空气进行热交换，吸收空气中的热量。随后吸收了一定能量的冷媒回流到压缩机，进入下一个循环。目前，传统热泵单纯通过冷媒与空气之间的热传导进行热交换，由于单位空气中蕴含的热量较低，要想满足冷媒的吸热需求，就需要大量的空气，这就导致蒸发器处的风扇负荷极大，长时间处在高功率运转的状态下，不仅不利于节能环保，同时还会产生巨大的噪音，且造成设备使用寿命降低的不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够充分利用太阳辐射的高效节能的空气源热泵采暖装置。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种高效节能的空气源热泵采暖装置，包括依次连接构成制热循环回路的压缩机、室内换热器、膨胀阀和蒸发器；

所述蒸发器包括呈长方体状的外壳，所述外壳内的上部和下部均设置有横向的隔板，所述隔板将外壳分隔为进气腔、热交换腔和出气腔；所述进气腔的顶部设置进气口，出气腔的底部设置出气口；

所述热交换腔的正面腔壁由透光板构成，热交换腔的内部沿热交换腔的宽度方向均匀设置有若干吸热管式热交换机构，所述吸热管式热交换机构包括玻璃吸热管和换热铜管；

所述玻璃吸热管包括沿竖向延伸的管体和设置在管体上下两端的管颈，所述管体两端的管颈穿过隔板伸入进气腔和出气腔内；所述换热铜管穿设在玻璃吸热管内，且换热铜管的上端与设置在进气腔内的冷媒输入管连通、下端与设置在出气腔内的冷媒输出管连通；所述冷媒输入管和冷媒输出管分别与膨胀阀和压缩机连通。

优选的，所述换热铜管在玻璃吸热管的管体内呈蛇形迂回延伸，且换热铜管上均匀分布有若干横向的换热翅片，所述换热翅片横跨换热铜管的各迂回段。

优选的，所述换热铜管在玻璃吸热管的管体内呈竖向的螺旋状盘绕。

优选的，所述吸热玻璃管的管体横截面呈扁平的长方形状，管体朝向透光板的一面为凸出的聚光面，管体与聚光面相反的一面外表面设置有反射涂层。

优选的，所述玻璃吸热管的管颈通过轴承安装在隔板上，并与隔板构成转动配合，所述换热铜管的上下两端分别通过旋转接头与冷媒输入管和冷媒输出管连接；

还包括安装在外壳外表面的用于检测太阳光线角度的光照角度传感器和用于驱动玻璃吸热管转动的随动调节机构；所述外壳的一侧设置有安装腔，所述随动调节机构包括设置在安装腔内的竖向的调节转杆，随动调节机构还包括设置在每一根玻璃吸热管管颈处的同步轮，所述调节转杆上对应同步轮的位置设置有主动轮，所述主动轮与同步轮之间通过同步带传动连接。

优选的，所述进气口内设置有相适配的进气滤网。

优选的，所述出气口内设置有朝外界送风的负压风机。

优选的，所述进气腔和出气腔内均适配有横向的匀风网板。

优选的，所述进气口的顶部设置有防雨罩，所述防雨罩通过短杆与外壳连接。

优选的，所述热交换腔的内壁上涂覆有吸光涂层。

本发明的有益效果集中体现在：能够充分的利用太阳热辐射对蒸发器中的冷媒进行辅助加热，提高冷媒的吸热速度，不仅加热效率更高，且降低了蒸发器负担，延长了使用寿命。具体来说，本发明在使用过程中，冷媒在整个制热循环回路中的工作原理与传统的热泵装置相同，其主要的区别在于蒸发器处的冷媒加热方式。冷媒从冷媒输入管流动至换热铜管内，再从换热铜管流入冷媒输出管中。外界空气依次流经进气口、进气腔、玻璃吸热管、出气腔、出气口。一方面冷媒在换热铜管内与空气进行热传导，另一方面外界阳光可通过透光板射入热交换腔内，在热交换腔内形成“温室”，同时玻璃吸热管还可以充分的吸收太阳辐射，从而形成对玻璃吸热管内部的加热；因此，本发明相较于传统的热泵，冷媒能够更加快速高效的在蒸发器处完成取热，提高了热泵的制热效果，减小了蒸发器总体的体积和重量，便于安装和布置。同时由于取热速度更快，且热源充足，冷媒回流时恢复到预设温度需要的空气量大大的较少，也就降低了蒸发器中风机的负荷，提高了其使用寿命，减少了噪声污染。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为蒸发器的结构示意图；

图3为蒸发器的内部结构示意图

图4为玻璃吸热管的结构示意图；

图5为玻璃吸热管的内部结构示意图；

图6为图5中A部放大图；

图7为图4中所示结构的B-B向视图。

具体实施方式

如图1-7所示的，一种高效节能的空气源热泵采暖装置，包括依次连接构成制热循环回路的压缩机、室内换热器、膨胀阀和蒸发器。压缩机用于对冷媒进行压缩，将回流的低温低压冷媒转变为高温高压冷媒，室内换热器与水箱、空调柜机等用热端进行热量交换，膨胀阀用于将冷凝的冷媒节流气化，蒸发器作为冷媒与空气进行热交换的场所。

本发明相较于传统的热泵而言，蒸发器的热交换方式存在巨大的区别，首先所述蒸发器包括呈长方体状的外壳，所述外壳内的上部和下部均设置有横向的隔板1，所述隔板1将外壳分隔为进气腔2、热交换腔3和出气腔4。所述进气腔2的顶部设置进气口5，出气腔4的底部设置出气口6。空气依次经过进气口5、进气腔2、吸热管式热交换机构、出气腔4、出气口6在外壳内流动。

如图2所示，所述热交换腔3的正面腔壁整个由透光板7构成，能够供阳光射入，形成“温室”，如图3所示，热交换腔3的内部沿热交换腔3的宽度方向均匀设置有若干吸热管式热交换机构，吸热管式热交换机构取热方式一方面来源于空气，一方面来源于太阳辐射。如图4和5所示，所述吸热管式热交换机构包括玻璃吸热管8和换热铜管9。

所述玻璃吸热管8包括沿竖向延伸的管体10和设置在管体10上下两端的管颈11，所述管体10两端的管颈11穿过隔板1伸入进气腔2和出气腔4内。所述换热铜管9穿设在玻璃吸热管8内，且换热铜管9的上端与设置在进气腔2内的冷媒输入管12连通、下端与设置在出气腔4内的冷媒输出管13连通。所述冷媒输入管12和冷媒输出管13分别与膨胀阀和压缩机连通。

本发明冷媒从冷媒输入管12流动至换热铜管9内，再从换热铜管9流入冷媒输出管13中。外界空气依次流经进气口5、进气腔3、玻璃吸热管8、出气腔4、出气口6。一方面冷媒在换热铜管9内与空气进行热传导，另一方面外界阳光可通过透光板7射入热交换腔3内，在热交换腔3内形成“温室”，同时玻璃吸热管8还可以充分的吸收太阳辐射，从而形成对玻璃吸热管8内部的加热；因此，本发明相较于传统的热泵，冷媒能够更加快速高效的在蒸发器处完成取热，提高了热泵的制热效果，减小了蒸发器总体的体积和重量，便于安装和布置。同时由于取热速度更快，且热源充足，冷媒回流时恢复到预设温度需要的空气量大大的较少，也就降低了蒸发器中风机的负荷，提高了其使用寿命，减少了噪声污染。

为了保证换热铜管9内的冷媒的热交换效果，通常换热铜管9不适宜设置为直管，而应当确保其具有足够的流动行程长度。为此，本发明可行的做法可以是，如图5、6和7中所示，所述换热铜管9在玻璃吸热管8的管体10内呈蛇形迂回延伸，且换热铜管9上均匀分布有若干横向的换热翅片14，所述换热翅片14横跨换热铜管9的各迂回段，这种情况更加适合如图7中所示的扁平式管体10。也可以是，所述换热铜管9在玻璃吸热管8的管体10内呈竖向的螺旋状盘绕。这种情况更加适合圆形的管体10。

当采用如图7中所示的管体10时，为了提高管体10的光热效果，所述吸热玻璃管8的管体10横截面呈扁平的长方形状，管体10朝向透光板7的一面为凸出的聚光面15，形成凸透镜，起到聚集光线的作用，管体10与聚光面15相反的一面外表面设置有反射涂层16，能够防止光线穿透吸热玻璃管8的管体10，起到锁热的作用。

本发明可采用竖直安装和倾斜安装的方式，在安装空间满足的条件下，以倾斜安装为佳，具体的倾斜角度可根据安装地区的纬度进行调整。为了使得吸热玻璃管8能够更好的适应太阳升降角度，本发明的吸热玻璃管8的角度还可以具备调节功能，这种情况下玻璃吸热管8的密度可适当降低，以防止在旋转的过程中出现遮光现象。其具体的可调节结构为，所述玻璃吸热管8的管颈11通过轴承安装在隔板1上，并与隔板1构成转动配合，所述换热铜管9的上下两端分别通过旋转接头17与冷媒输入管12和冷媒输出管13连接。

如图2和3所示，还包括安装在外壳外表面的用于检测太阳光线角度的光照角度传感器18和用于驱动玻璃吸热管8转动的随动调节机构。所述外壳的一侧设置有安装腔19，所述随动调节机构包括设置在安装腔19内的竖向的调节转杆20，调节转杆20可与安装腔19底部的步进电机0传动连接，用于接收调节动力。随动调节机构还包括设置在每一根玻璃吸热管8管颈11处的同步轮21，所述调节转杆20上对应同步轮21的位置设置有主动轮22，所述主动轮22与同步轮21之间通过同步带23传动连接。

除此之外，为了对本发明的各项性能进行进一步的完善，所述进气口5内设置有相适配的进气滤网24，以避免空气中的杂质进入外壳。本发明风机可设置在出气口6或进气口5处，当然，所述出气口6内设置有朝外界送风的负压风机25，通过负压风机25带动外壳内空气流动更佳。为了促进空气的均匀分布，所述进气腔2和出气腔4内均适配有横向的匀风网板26。为了防止雨水进入外壳，所述进气口5的顶部设置有防雨罩27，所述防雨罩27通过短杆与外壳连接。为了提高热交换腔3的“温室”作用，所述热交换腔3的内壁上涂覆有吸光涂层。

Claims (10)

1.一种高效节能的空气源热泵采暖装置，包括依次连接构成制热循环回路的压缩机、室内换热器、膨胀阀和蒸发器；

其特征在于：所述蒸发器包括呈长方体状的外壳，所述外壳内的上部和下部均设置有横向的隔板(1)，所述隔板(1)将外壳分隔为进气腔(2)、热交换腔(3)和出气腔(4)；所述进气腔(2)的顶部设置进气口(5)，出气腔(4)的底部设置出气口(6)；

所述热交换腔(3)的正面腔壁由透光板(7)构成，热交换腔(3)的内部沿热交换腔(3)的宽度方向均匀设置有若干吸热管式热交换机构，所述吸热管式热交换机构包括玻璃吸热管(8)和换热铜管(9)；

所述玻璃吸热管(8)包括沿竖向延伸的管体(10)和设置在管体(10)上下两端的管颈(11)，所述管体(10)两端的管颈(11)穿过隔板(1)伸入进气腔(2)和出气腔(4)内；所述换热铜管(9)穿设在玻璃吸热管(8)内，且换热铜管(9)的上端与设置在进气腔(2)内的冷媒输入管(12)连通、下端与设置在出气腔(4)内的冷媒输出管(13)连通；所述冷媒输入管(12)和冷媒输出管(13)分别与膨胀阀和压缩机连通。

2.根据权利要求1所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述换热铜管(9)在玻璃吸热管(8)的管体(10)内呈蛇形迂回延伸，且换热铜管(9)上均匀分布有若干横向的换热翅片(14)，所述换热翅片(14)横跨换热铜管(9)的各迂回段。

3.根据权利要求1所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述换热铜管(9)在玻璃吸热管(8)的管体(10)内呈竖向的螺旋状盘绕。

4.根据权利要求2所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述吸热玻璃管的管体(10)横截面呈扁平的长方形状，管体(10)朝向透光板(7)的一面为凸出的聚光面(15)，管体(10)与聚光面(15)相反的一面外表面设置有反射涂层(16)。

5.根据权利要求4所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述玻璃吸热管(8)的管颈(11)通过轴承安装在隔板(1)上，并与隔板(1)构成转动配合，所述换热铜管(9)的上下两端分别通过旋转接头(17)与冷媒输入管(12)和冷媒输出管(13)连接；

还包括安装在外壳外表面的用于检测太阳光线角度的光照角度传感器(18)和用于驱动玻璃吸热管(8)转动的随动调节机构；所述外壳的一侧设置有安装腔(19)，所述随动调节机构包括设置在安装腔(19)内的竖向的调节转杆(20)，随动调节机构还包括设置在每一根玻璃吸热管(8)管颈(11)处的同步轮(21)，所述调节转杆(20)上对应同步轮(21)的位置设置有主动轮(22)，所述主动轮(22)与同步轮(21)之间通过同步带(23)传动连接。

6.根据权利要求5所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述进气口(5)内设置有相适配的进气滤网(24)。

7.根据权利要求6所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述出气口(6)内设置有朝外界送风的负压风机(25)。

8.根据权利要求7所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述进气腔(2)和出气腔(4)内均适配有横向的匀风网板(26)。

9.根据权利要求8所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述进气口(5)的顶部设置有防雨罩(27)，所述防雨罩(27)通过短杆与外壳连接。

10.根据权利要求9所述的高效节能的空气源热泵采暖装置，其特征在于：所述热交换腔(3)的内壁上涂覆有吸光涂层。

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