CN1131399C - 集热器蓄热器蒸发器三位一体太阳能热泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从太阳全射辐射采热并利用相变蓄热的太阳能热泵。在漫反射板上设有多根平行相间的太阳能真空集热管，其内的金属翼片中设有高效导热管，其高端均插入内部盛满水且均匀布置蒸发管和相变蓄热管的保温箱中，蒸发管伸出保温箱的高端和低端顺次与压缩机、冷凝器、节流阀连接成热泵循环回路。本发明减少换热环节，省去热媒循环系统，降低制造成本，提高供热系数，有效利用太阳能，提高蓄热密度，确保采热温度不低于0℃。

Description

集热器蓄热器蒸发器三位一体太阳能热泵

本发明涉及一种从太阳全射辐射采热并利用相变蓄热的太阳能热泵。

太阳能集热器当集热温度较高时，环境热损较大，导致集热效率降低。此外在采暖地区，仅靠房屋阳面一个开间的采光面积，太阳能集热器只能提供2/5进深面积的采暖供热，其余3/5进深面积的采暖供热，需靠电能补充。而采用太阳能热泵可用1/8-2/5的电能，就可提供全进深面积的采暖供热；因此，只有使太阳能集热技术和热泵技术相结合，才有可能把太阳能集热技术更深层次地引向市场。

太阳能热泵迟迟未能商业化的原因在于太阳能的瞬时性和昼夜间断，决定了太阳能热泵技术的实用化，必须以综合利用太阳能集热技术、蓄热技术和热泵技术为前提；然而现有太阳能热泵只是把太阳能集热器、蓄热器等，通过热媒循环系统分别与热泵的蒸发器或冷凝器相联，从而无疑增加了换热器台数、中间换热环节和热媒循环系统，使制造成本提高，并降低系统的供热系数。

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种集热器、蓄热器、蒸发器三位一体的太阳能热泵。

本发明采用的技术方案，包括在漫反射板上设有多根平行相间的太阳能真空集热管，其内的金属翼片中设有高效导热管，这些高效导热管的高端均插入外设保温材料、内部盛满水的保温箱内，其特征在于：在上述保温箱壳体内的水中，同时均匀布置着内有制冷剂从下向上流过的蒸发管和内存相变工质的相变蓄热管，其中蒸发管伸出保温箱的高端接口和低端接口顺次与压缩机、冷凝器、节流阀连接成热泵循环回路。所说的高效导热管可以是普通热管，此时必须下热上冷设置；也可是导热系数远高于普通热管的无机热传导管，此时下热上冷或水平设置均可。所说的金属翼片，其形状可以是Ω形，也可是X形；其材料可以是铝、铜、铁或其合金。所说的相变蓄热管和蒸发管可以是直管，也可是螺旋盘管。所说的相变工质可以是各种结晶水合盐、各种石蜡、各种酯酸的一种，或其混合物。所说的漫反射板可以是平面反射板，也可由每根太阳能真空集热管下面的V形反射面或复合抛物状反射面组合而成。

本发明的工作原理结合附图1、附图2和附图3说明如下：白天，太阳全射辐射直接和经漫反射板2反射后，被太阳能真空集热管1内壁外表面的选择性涂层吸收，然后内壁内表面主要通过与其弹性紧连接的金属翼片3的导热作用，把太阳能集热传递给高效导热管4的下端，其上端插入保温箱5内，通过对流方式最终把太阳能集热释放给保温箱5中的水6，相变蓄热管7和蒸发管8浸泡在保温箱5内的水6中，蒸发管8沿热泵循环方向顺次与压缩机9、冷凝器10和节流阀11相联，构成热泵循环，以把蒸发管8从水6中吸收的一部分太阳能集热，连续泵给冷凝器10中的热媒；与此同时水6还通过对流方式把吸收的另一部分太阳能集热传递给相变蓄热管7，使其中的相变工质溶解吸热和蓄热，以在夜晚没有太阳时，再由相变蓄热管7中发生凝固放热，并经过水6的两次对流作用把相变蓄热提供给蒸发管8。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1、它第一次把太阳能热利用技术中的集热器、蓄热器和热泵技术中的蒸发器，通过高效导热管、相变蓄热管、蒸发管，整合到一个保温箱壳体内的水中，从而既减少了换热环节，也省去了热媒循环系统，使制造成本降低；

2、由于本发明通过太阳能真空集热管、高效导热管、相变蓄热管、保温箱等的集热、蓄热和保温的共同作用，可把热泵蒸发温度相对于环境温度提高并维持在0-40℃之间的某一范围，加之通过减少中间换热环节和环境热损，提高了热泵供热系数；

3、由于热泵的采热要求和相变蓄热过程，可把太阳能集热温度从常规的50-90℃，降低至0-40℃，这个更接近于环境的温度，从而通过减少其环境热损，以及水的良好热传递特性，把本发明中太阳能集热器的集热效率从现有的62％进一步提高，从而使本发明在系统的水平上更有效地利用太阳能；

4、把相变工质填充于蓄热管内，既可减轻由于其导热系数低和凝固收缩时产生空气间隙所对蓄热、放热速率的影响，也可提高保温箱内的蓄热密度，使其体积减小；

5、水作为保温箱内具有良好热传递特性的热媒体，使高效导热管的放热、相变蓄热管的蓄热一放热、蒸发管的吸热等换热环节均维持高效，从而通过减小换热温差，再次提高本发明的系统供热系数；

6、水的高比热、高溶解热及0℃溶点的热物理特性，使其在严寒地区既可利用显热蓄热，也可利用相变蓄热，从而在相变工质和水的溶点下，分别于相变蓄热管内和保温箱中发生两次相变，成为双温相变蓄热管箱，从而确保本发明中蒸发管的采热温度不致低于0℃。

附图说明：

附图1为本发明实施例的结构示意图。

附图2为本发明实施例的剖面图。

附图3为本发明实施例中太阳能集热器的剖面图。

本发明提出的集热器、蓄热器、蒸发器三位一体太阳能热泵的一个实施例如附图1、附图2和附图3所示，现说明如下：两边各有一块11个V形铝板组合成的漫反射板上，共设有22根长1.5m、外径50mm、平行相间50mm的太阳能真空集热管，其内的Ω形铝翼片中各设有一根长1.6m、外径8mm的无机热传导管，所有这些与太阳能真空集热管同心的无机热传导管均以5度角两边向下倾斜，而中间高端均插入外设保温材料、内部盛满水，且高3.0m、内径380mm的垂直保温箱内，在上述保温箱壳体内的水中，均匀布置着一根内径10mm、有制冷剂从下向上流过的螺旋蒸发盘管，以及16根内径15mm、填有40℃溶点石蜡的相变蓄热直管，其中蒸发盘管伸出保温箱的高端接口和低端接口顺次与压缩机、冷凝器、节流阀连接成热泵循环回路。本发明实施例在太阳全射辐射强度日平均值700W/m²、日照时间8小时、日平均环境气温-20℃的气象条件下，供热温度为60℃时，可实现昼夜24小时平均供热功率539W，供热系数达5.0，所需耗电功率为108W。

Claims (3)

1、一种集热器、蓄热器、蒸发器三位一体太阳能热泵，包括在漫反射板(2)上设有多根平行相间的太阳能真空集热管(1)，其内的金属翼片(3)中设有高效导热管(4)，其特征是：下热上冷设置的倾斜高效导热管(4)的高端均插入外设保温材料、内部盛满水(6)的顶部保温箱(5)内，在保温箱(5)壳体内的水(6)中，均匀、相间地布置着内有制冷剂从下向上流过的蒸发管(8)和内存相变工质的相变蓄热管(7)，其中蒸发管(8)伸出保温箱(5)的高端接口和低端接口顺次与压缩机(9)、冷凝器(10)、节流阀(11)连接成热泵循环回路。

2、如权利要求1所述的太阳能热泵，其特征在于：高效导热管(4)可以是普通热管，此时必须下热上冷设置；也可是导热系数远高于普通热管的无机热传导管，此时下热上冷或水平设置均可。

3、如权利要求1所述的太阳能热泵，其特征在于：金属翼片(3)的形状可以是Ω形，也可是X形；材料可以是铝、铜、铁或其合金。

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