CN114857650A - 一种新型太阳能化霜空气源热泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，涉及可再生能源利用技术领域，其技术方案要点是：包括空气源热泵机组、新型太阳能集热装置和高效换热集热缓冲水箱，新型太阳能集热装置的出风口位于空气源热泵机组的吸热端位置，新型太阳能集热装置的出液端与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接；空气源热泵机组的散热端安装于高效换热集热缓冲水箱内。该装置以空气源热泵供暖技术为主，同时耦合太阳能热水集热器，实现生活热水与供暖用热的能量互补，同时构建太阳能集热腔体耦合相变蓄热材料的新型装置，充分利用温室效应实现能量的提升，可以实现相变蓄热材料白天集热蓄热同时加热腔体空气温度，夜间放热加热腔体空气温度。

Description

一种新型太阳能化霜空气源热泵装置
技术领域
本发明涉及可再生能源利用技术领域，更具体地说，它涉及一种新型太阳能化霜空气源热泵装置。
背景技术
随着清洁取暖政策的推动，空气源热泵供暖技术得到了广泛应用。然而空气源热泵冬季供暖时存在室外机蒸发器结霜的问题，机组冬季供暖运行过程中，结霜化霜会对室内温度产生波动，严重影响室内人员的舒适度。近年来居民生活水平提高对于生活热水的需求也越来越高。如何保证冬季农村居民空气源热泵取暖用能和生活热水用热的方便，洁净，低成本的获取级使用成为未来要解决的关键问题。
现有技术多采用将空气源热泵供暖机组与太阳能热水器相互耦合的技术措施，借助太阳能产生的清洁热水，来实现供暖与太阳能生活热水用热需求的互补，但是现有技术多采用多级换热效率低，产生不必要的能源浪费问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，该装置以空气源热泵供暖技术为主，同时耦合太阳能热水集热器，实现生活热水与供暖用热的能量互补，同时构建太阳能集热腔体耦合相变蓄热材料的新型装置，充分利用温室效应实现能量的提升，可以实现相变蓄热材料白天集热蓄热同时加热腔体空气温度，夜间放热加热腔体空气温度，将腔体空气送入空气源热泵室外机蒸发器，保证蒸发器可以处于较高空气温度下的工作环境，减少机组的结霜化霜停机和所引起的室内温度波动等问题。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，包括空气源热泵机组、新型太阳能集热装置和高效换热集热缓冲水箱，所述新型太阳能集热装置的出风口位于空气源热泵机组的吸热端位置，所述新型太阳能集热装置的出液端与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接；所述空气源热泵机组的散热端安装于高效换热集热缓冲水箱内。
通过采用上述技术方案，新型太阳能集热装置的出风口靠近空气源热泵机组的吸热端位置，这样通过将高于室外环境温度的空气送入空气源热泵机组的吸热端位置，可以有效减少空气源热泵机组的停机化霜和保障夜间低温环境下的持续高效稳定运行；通过将空气源热泵机组的散热端集成在高效换热集热缓冲水箱内，能够减少多级间接换热，减少不必要的换热损失，效率更高，更加节能；将新型太阳能集热装置的出液端与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接，通过将新型太阳能集热装置内的生活用水排入高效换热集热缓冲水箱中与供暖水换热，当阴雨天气时，高效换热集热缓冲水箱中的供暖水通过对流换热和热传导的方式将热量传递到生活热水内，使其温度升高，从而为居民持续稳定的提供生活热水；此外，当新型太阳能集热装置内温度高于供暖水的温度时，在高效换热集热缓冲水箱内进行反向热传导，使生活热水对供暖水进行加热，这样能够有效实现空气源热泵机组的供暖运行时长和能源消耗的降低。
本发明进一步设置为：所述新型太阳能集热装置包括玻璃罩、太阳能真空集热管、相变蓄热层、保温层、支架、风机、两条保温风管和保温水管；靠近所述玻璃罩端部的底部与支架的顶部固定连接，所述支架的底部与地面连接，使得玻璃罩与地面呈锐角倾斜；所述太阳能真空集热管位于玻璃罩内，所述太阳能真空集热管与保温水管的端部连接，所述保温水管远离太阳能真空集热管的端部与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接；所述保温层安装于玻璃罩的内侧底部，所述保温层的顶部与相变蓄热层的底部连接；所述玻璃罩靠近地面的侧壁设有多个进风口，所述玻璃罩靠近顶部的侧壁位置与其中一个保温风管连接，所述保温风管远离玻璃罩的端部与风机的进气端连接，所述风机的出气端与另一条保温风管的端部连接，与所述风机连接的保温风管的出风端靠近空气源热泵机组的吸热端。
通过采用上述技术方案，通过在玻璃罩内安装相变蓄热层，白天通过玻璃空腔产生温室效应升高空前内空气温度，通过风机将加热的空气吹入空气源热泵机组的吸热端，这样能够提高系统运行能效，降低能耗；此外，相变蓄热层在白天将热量储存于相变层，夜间温度降低时相变层向外界释放热量，这样在夜间也能保证输送到空气源热泵机组吸热端的空气温度高于室外环境温度，从而在夜间也能防止空气源热泵机组的吸热端结霜，保证夜间空气源热泵机组工作时的稳定运行，持续供热；通过在玻璃罩内安装太阳能真空集热管，从而实现对居民的生活用水进行加热。
本发明进一步设置为：所述高效换热集热缓冲水箱包括保温热水箱、换热隔片和多个温度传感器；所述换热隔片位于保温热水箱内并将保温热水箱分割为腔室一和腔室二，所述空气源热泵机组的散热端安装于腔室一内，所述腔室一的侧壁设有供暖进水口和供暖出水口，且所述供暖进水口和供暖出水口分别位于空气源热泵机组的散热端两侧；所述腔室二的侧壁设有生活热水进水口和生活热水出水口，所述生活热水进水口与保温水管连接；多个所述温度传感器安装于腔室一和腔室二内。
通过采用上述技术方案，保温热水箱被换热隔片分割为腔室一和腔室二，在腔室一的侧壁开设供暖进水口和供暖出水口，在腔室二的侧壁开设生活热水进水口和生活热水出水口，这样就可以将来自于太阳能真空集热管中的生活热水与供暖水进行换热，当生活热水的温度低于供暖水的温度时，供暖水对生活热水加热，以保证居民的生活热水温度，反之，生活热水对供暖水进行加热，从而能够有效实现空气源热泵机组的供暖运行时长和能源消耗的降低；在腔室一和腔室二内均安装温度传感器，这样可以实时监控生活热水和供暖水的温度；将空气源热泵机组的散热端安装于腔室一内，这样可以通过空气源热泵机组对供暖水进行加热。
本发明进一步设置为：所述空气源热泵机组包括蒸发器、节流阀、压缩机和冷凝器盘管；所述蒸发器、节流阀、压缩机和冷凝器盘管采用管路连接并形成一个压缩制热循环；所述蒸发器靠近保温风管的出风端，所述冷凝器盘管安装于腔室一内。
通过采用上述技术方案，将蒸发器靠近保温风管的出风端，通过保温风管将玻璃罩内的空气朝向蒸发器吹出，使其高于外界环境温度的空气与蒸发器表面强制对流换热，这样可以避免蒸发器结霜，从而减小压缩制热循环的停机化霜概率，并保障夜间低温环境下的持续高效稳定运行；通过将冷凝器盘管安装于腔室一内，冷凝器盘管将压缩制热循环产生的高温传递到供暖水中，从而实现对供暖水加热，保障了居民的供暖；当生活热水温度高于供暖水温度时，生活热水对供暖水加热，这样可以减小压缩制热循环的负荷，从而实现压缩制热循环的供暖运行时长和能源消耗的降低。
本发明进一步设置为：所述换热隔片为龙脊型高效换热隔片。
通过采用上述技术方案，将换热隔片设置为龙脊型高效换热隔片，这样可以增大生活热水和供暖水的换热面积，从而提高了换热效率。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、新型太阳能集热装置的出风口靠近空气源热泵机组的吸热端位置，这样通过将高于室外环境温度的空气送入空气源热泵机组的吸热端位置，可以有效减少空气源热泵机组的停机化霜和保障夜间低温环境下的持续高效稳定运行；
2、通过将空气源热泵机组的散热端集成在高效换热集热缓冲水箱内，能够减少多级间接换热，减少不必要的换热损失，效率更高，更加节能；
3、将新型太阳能集热装置的出液端与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接，通过将新型太阳能集热装置内的生活用水排入高效换热集热缓冲水箱中与供暖水换热，当阴雨天气时，高效换热集热缓冲水箱中的供暖水通过对流换热和热传导的方式将热量传递到生活热水内，使其温度升高，从而为居民持续稳定的提供生活热水；
4、当新型太阳能集热装置内温度高于供暖水的温度时，在高效换热集热缓冲水箱内进行反向热传导，使生活热水对供暖水进行加热，这样能够有效实现空气源热泵机组的供暖运行时长和能源消耗的降低。
附图说明
图1是本发明实施例中一种新型太阳能化霜空气源热泵装置的结构示意图；
图2是本发明实施例中新型太阳能集热装置的结构示意图。
图中：1、保温风管；2、风机；3、玻璃罩；4、太阳能真空集热管；5、进风口；6、保温层；7、相变蓄热层；8、支架；9、保温水管；10、生活热水进水口；11、保温热水箱；12、生活热水出水口；13、腔室二；14、换热隔片；15、腔室一；16、温度传感器；17、供暖出水口；18、冷凝器盘管；19、压缩机；20、蒸发器；21、节流阀；22、供暖进水口。
具体实施方式
以下结合附图1和附图2对本发明作进一步详细说明。
实施例：一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，如图1和图2所示，包括空气源热泵机组、新型太阳能集热装置和高效换热集热缓冲水箱，新型太阳能集热装置的出风口位于空气源热泵机组的吸热端位置，新型太阳能集热装置的出液端与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接；空气源热泵机组的散热端安装于高效换热集热缓冲水箱内。
新型太阳能集热装置包括玻璃罩3、太阳能真空集热管4、相变蓄热层7、保温层6、支架8、风机2、两条保温风管1和保温水管9；靠近玻璃罩3端部的底部与支架8的顶部固定连接，支架8的底部与地面连接，使得玻璃罩3与地面呈锐角倾斜；太阳能真空集热管4位于玻璃罩3内，太阳能真空集热管4与保温水管9的端部连接，保温水管9远离太阳能真空集热管4的端部与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接；保温层6安装于玻璃罩3的内侧底部，保温层6的顶部与相变蓄热层7的底部连接；玻璃罩3靠近地面的侧壁设有多个进风口5，玻璃罩3靠近顶部的侧壁位置与其中一个保温风管1连接，保温风管1远离玻璃罩3的端部与风机2的进气端连接，风机2的出气端与另一条保温风管1的端部连接，与风机2连接的保温风管1的出风端靠近空气源热泵机组的吸热端，用于对空气源热泵机组的吸热端进行化霜。
高效换热集热缓冲水箱包括保温热水箱11、换热隔片14和多个温度传感器16；换热隔片14位于保温热水箱11内并将保温热水箱11分割为腔室一15和腔室二13，空气源热泵机组的散热端安装于腔室一15内，腔室一15的侧壁设有供暖进水口22和供暖出水口17，且供暖进水口22和供暖出水口17分别位于空气源热泵机组的散热端两侧；腔室二13的侧壁设有生活热水进水口10和生活热水出水口12，生活热水进水口10与保温水管9连接；多个温度传感器16安装于腔室一15和腔室二13内。
空气源热泵机组包括蒸发器20、节流阀21、压缩机19和冷凝器盘管18；蒸发器20、节流阀21、压缩机19和冷凝器盘管18采用管路连接并形成一个压缩制热循环；蒸发器20靠近保温风管1的出风端，冷凝器盘管18安装于腔室一15内。
换热隔片14为龙脊型高效换热隔片14。
在本实施例中，当白天太阳光线较强时，会加热玻璃罩3内的空气和太阳能真空集热管4内的生活用水，由于风机2的作用下，使得外界空气通过进风口5进入玻璃罩3并被加热，加热的空气温度高于外界温度，通过保温风管1吹到蒸发器20表面进行对流换热，这样能够降低蒸发器20吸热是结霜的概率，保证了单级压缩制冷系统的稳定性；在太阳能真空集热管4内的生活用水被加热，并通过保温水管9流入保温热水箱11的腔室二13中，同时保温热水箱11通过供暖进水口22使得供暖水流入腔室一15中，供暖水和生活热水通过换热隔片14进行换热，如果供暖水的温度高于生活热水的温度，此时冷凝器盘管18对供暖水加热，供暖水对生活热水加热，这样就能够保证居民的生活用水温度；当生活热水的温度高于供暖水的温度时，此时生活热水和冷凝器盘管18均对供暖水进行加热，这样能够降低单级制热循环的负荷，保证了整个制热循环的稳定性，并通过太阳能的补偿，实现电能损耗的降低；由于玻璃罩3内安装了相变蓄热层7，白天会阳光对相变蓄热层7进行加热，并将热量储存到蓄热层内，夜晚时，蓄热层将热量排出，这样实现在夜晚时对玻璃罩3内的空气进行加热，降低了蒸发器20在夜晚温度较低时结霜的概率，从而保证了压缩制热循环系统的稳定性；当压缩制热循环系统稳定时，可以保证对生活热水和供暖水的持续加热，保障了夜间居民的供暖和用水问题；将换热隔片14设置为龙脊型，这样增大了供暖水和生活热水的换热面积，提高了换热效率。
工作原理：新型太阳能集热装置的出风口靠近空气源热泵机组的吸热端位置，这样通过将高于室外环境温度的空气送入空气源热泵机组的吸热端位置，可以有效减少空气源热泵机组的停机化霜和保障夜间低温环境下的持续高效稳定运行；通过将空气源热泵机组的散热端集成在高效换热集热缓冲水箱内，能够减少多级间接换热，减少不必要的换热损失，效率更高，更加节能；将新型太阳能集热装置的出液端与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接，通过将新型太阳能集热装置内的生活用水排入高效换热集热缓冲水箱中与供暖水换热，当阴雨天气时，高效换热集热缓冲水箱中的供暖水通过对流换热和热传导的方式将热量传递到生活热水内，使其温度升高，从而为居民持续稳定的提供生活热水；此外，当新型太阳能集热装置内温度高于供暖水的温度时，在高效换热集热缓冲水箱内进行反向热传导，使生活热水对供暖水进行加热，这样能够有效实现空气源热泵机组的供暖运行时长和能源消耗的降低。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (5)

1.一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，包括空气源热泵机组、新型太阳能集热装置和高效换热集热缓冲水箱，其特征是：所述新型太阳能集热装置的出风口位于空气源热泵机组的吸热端位置，所述新型太阳能集热装置的出液端与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接；所述空气源热泵机组的散热端安装于高效换热集热缓冲水箱内。
2.根据权利要求1所述的一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，其特征是：所述新型太阳能集热装置包括玻璃罩(3)、太阳能真空集热管(4)、相变蓄热层(7)、保温层(6)、支架(8)、风机(2)、两条保温风管(1)和保温水管(9)；靠近所述玻璃罩(3)端部的底部与支架(8)的顶部固定连接，所述支架(8)的底部与地面连接，使得玻璃罩(3)与地面呈锐角倾斜；所述太阳能真空集热管(4)位于玻璃罩(3)内，所述太阳能真空集热管(4)与保温水管(9)的端部连接，所述保温水管(9)远离太阳能真空集热管(4)的端部与高效换热集热缓冲水箱的进水口连接；所述保温层(6)安装于玻璃罩(3)的内侧底部，所述保温层(6)的顶部与相变蓄热层(7)的底部连接；所述玻璃罩(3)靠近地面的侧壁设有多个进风口(5)，所述玻璃罩(3)靠近顶部的侧壁位置与其中一个保温风管(1)连接，所述保温风管(1)远离玻璃罩(3)的端部与风机(2)的进气端连接，所述风机(2)的出气端与另一条保温风管(1)的端部连接，与所述风机(2)连接的保温风管(1)的出风端靠近空气源热泵机组的吸热端。
3.根据权利要求2所述的一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，其特征是：所述高效换热集热缓冲水箱包括保温热水箱(11)、换热隔片(14)和多个温度传感器(16)；所述换热隔片(14)位于保温热水箱(11)内并将保温热水箱(11)分割为腔室一(15)和腔室二(13)，所述空气源热泵机组的散热端安装于腔室一(15)内，所述腔室一(15)的侧壁设有供暖进水口(22)和供暖出水口(17)，且所述供暖进水口(22)和供暖出水口(17)分别位于空气源热泵机组的散热端两侧；所述腔室二(13)的侧壁设有生活热水进水口(10)和生活热水出水口(12)，所述生活热水进水口(10)与保温水管(9)连接；多个所述温度传感器(16)安装于腔室一(15)和腔室二(13)内。
4.根据权利要求3所述的一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，其特征是：所述空气源热泵机组包括蒸发器(20)、节流阀(21)、压缩机(19)和冷凝器盘管(18)；所述蒸发器(20)、节流阀(21)、压缩机(19)和冷凝器盘管(18)采用管路连接并形成一个压缩制热循环；所述蒸发器(20)靠近保温风管(1)的出风端，所述冷凝器盘管(18)安装于腔室一(15)内。
5.根据权利要求4所述的一种新型太阳能化霜空气源热泵装置，其特征是：所述换热隔片(14)为龙脊型高效换热隔片。
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