CN205373157U - 一种带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，属于太阳能热利用领域。包括盖板、吸热板、蓄热材料层、空气流道开关板、翅片式蒸发器、底板，其主要特征在于，通过将平板型太阳能空气集热器和空气源热泵蒸发器集成为一体化装置以及加入蓄热材料层，使装置获得了储热和进行热量转移的能力。在有太阳光照射时，被太阳能集热器加热的空气通过风机送入室内满足用户需求；在夜间，开启空气源热泵，蓄热材料蓄积的热量释放出来，加热进入蒸发器的空气，同时提高蒸发器环境温度，使蒸发器表面温度不易低于空气露点温度。本实用新型可以充分发挥太阳能空气集热器和空气源热泵的节能优势，提高能源的利用效率。

Description

一种带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器

技术领域

本实用新型涉及一种带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，属于太阳能热利用领域。

背景技术

现有的空气源热泵存在的问题是在低温寒冷地域、高湿度地区易结霜,使得热泵蒸发器的换热效率急剧下降,需要化霜后再运行,故耗能极大,这也是空气源热泵很难在寒冷地域大量使用的原因。目前解决空气源热泵蒸发器在某些地区易结霜的办法主要是采用太阳能集热等方式与空气源热泵蒸发器结合，提高热泵蒸发器环境温度，使其不低于换热器表面空气露点温度，从而避免结霜。目前将太阳能集热与空气源热泵结合的系统形式主要是在空气源热泵的蒸发器外面加装换热器，空气通过该换热器将太阳能热水的热量吸收预热后再经过蒸发器。申请号为201310693116.3、名称为《太阳能空气源热泵空调系统》中的冬季供热循环采用的就是这种模式，当太阳能集热器中的热水温度小于40℃时，则将集热器中热水接入空气源热泵蒸发器，对吸入空气进行预热，此时太阳能作为辅助热源对空气源热泵进行低温补偿，提高了进入蒸发器的空气温度，使其结霜的可能性降低，维持较高的换热效率。但是，其缺点是采用液体作为集热介质，增加了中间换热器，且在冬季太阳能热水器本身又有了换热管内水结冰的风险。本实用新型采用太阳能空气集热器与空气源热泵蒸发器配合，用空气作为集热介质，具有不需防结冰、不需防微小渗漏、重量轻承压小、不需防腐等优势，可以有效减少系统部件的数量并且降低成本，提高安全系数。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器。在有太阳光照射时，被太阳能集热器加热的空气通过风机送入室内满足室内热量需求，此时空气源热泵根据室内需求实际情况可以选择开启或者关闭。太阳能集热器中的蓄热材料在白天蓄积的富余热量在夜间无太阳光照射、空气温度低时释放，加热进入空气源热泵蒸发器的空气，增大蒸发器换热量，提高热泵能效，同时蓄热材料释放的热量提高蒸发器环境温度，有效解决空气源热泵蒸发器结霜的问题。

本实用新型公开了一种带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器。其主要特征是，主体包括一个长方体角钢框架，框架内衬支撑结构，框架上部设置透明玻璃盖板，盖板下为吸热板，所述盖板和吸热板之间形成加热层；吸热板下设置蓄热材料层，层内填充蓄热材料，所述吸热板与蓄热材料层之间形成蓄热层；蓄热材料层下设置有底板，所述蓄热材料层和底板之间为换热层，设置有翅片式蒸发器，如图1所示。所述翅片式蒸发器包括一段水平安置、呈蛇形环绕的蒸发器换热管，制冷剂从一头流入，吸收空气中热量后从另一头流出，如图2所示；在换热管上套有一定数量的翅片，翅片与换热管相互垂直，紧密连接，翅片上部紧贴蓄热材料，下部与底板留有适当间隙，如图3所示。

本实用新型可通过以下技术方案实现：

所述新型太阳能—空气源热泵蒸发器，外部形状为长方体型，可根据需求制作为不同尺寸，推荐长边和宽边的尺寸为2m和1m，每层厚度：加热层：6-10cm；蓄热层：6-10cm；换热层：6-12cm；此外，底板上所设置的保温层，根据材料不同，厚度介于2-6cm。

所述框架为长方体框架，可以采用角钢制作，连接方式为焊接；

所述透明盖板可以采用钢化玻璃盖板，双层玻璃盖板，单层玻璃盖板；除盖板外，其余各面设置保温材料以减少散热；

所述吸热板可以采用薄金属板制作，为了使吸热板可以最大限度地吸收太阳辐射能并将其转换成热能，在吸热板上应覆盖有深色的太阳能吸收涂层，黑铬涂层的热稳定性和抗高温性能很好，此外，黑铬涂层还具有较好的耐候性和耐蚀性，因此，可以采用镀有黑铬涂层的薄金属板制作吸热板。

所述蓄热材料可以采用相变蓄热材料或鹅卵石；蓄热材料填充厚度为2-4cm；

所述蒸发器蒸发盘管翅片上部紧贴蓄热材料，使其导热更加良好；下部与底板间留有3-5mm的间隙；翅片间距为4-6mm；

所述保温材料，可以是聚苯乙烯、岩棉、玻璃纤维棉等有机或无机类保温材料，底板保温层厚度前已述及，其余各面保温材料厚度约为3-5cm，加工时将保温材料嵌入到框架中；

优选的，所述的太阳能—空气源热泵蒸发器的蓄热材料层上设置有翅片，翅片中填充有蓄热材料，以加强空气和蓄热材料的接触和换热，如图4所示；

优选的，所述蓄热材料上的翅片，沿着气流通道长边方向垂直于蓄热材料层交错布置，起到导流作用，使流经加热层的空气与蓄热材料充分接触以加强换热，如图5所示；

所述的太阳能—空气源热泵蒸发器，分为白天和夜间两种工作模式。

白天(在有太阳光照射的条件下)工作模式：室外空气从进风口(1)流入，经过加热层的加热和蓄热层的二次加热，被加热的空气从出风口(7)流出，同时空气流经蓄热层时蓄热材料从空气中吸热，将热量蓄积起来；白天工作条件下空气源热泵可根据室内需求热量和从出风口(7)供入室内热量的比较情况选择开启或者关闭；若供入室内热量不满足室内需求，则开启空气源热泵，空气从进风口(10)流入，经过翅片和制冷剂管道的吸热后从出风口(11)流出；整个过程中蓄热层和换热层之间的空气流道开关板(6)处水平放置状态；

夜间工作模式：空气源热泵开启，进风口(10)关闭，开关板(6)竖直放置以打开空气向下的流道同时封闭出风口(7)。此时蓄热材料将白天蓄积的热量释放出来，空气从进风口(1)流入，吸热板对流入空气进行一次预热，随后空气流入蓄热层被蓄热材料向上放出的热量进行加热，之后空气向下进入换热层被蓄热材料向下放出的热量进行第二次加热，被加热的空气经过与蒸发器翅片和制冷剂管道的换热后从出风口(11)流出；

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型将传统的平板型太阳能空气集热器和和空气源热泵的蒸发器集成到一个装置中，与两套装置分别独立安置相比节约了材料和安装成本，减少了占地面积，相对的在有限空间中使可供太阳能集热器集热的面积增大，使整套系统的供热潜力大大增加；

本实用新型通过在集热器与蒸发器的交界面上设置蓄热材料，使得太阳能集热器在白天富余的热量可以对夜间流经蒸发器的空气进行加热，增大蒸发器换热量，提高热泵能效，同时蓄热材料释放的热量提高蒸发器环境温度，有效解决空气源热泵蒸发器结霜的问题。

本实用新型通过设置蓄热层和换热层之间的空气流道开关板(6)，使得空气的流向可以很方便的控制，开关板(6)竖直放置时，太阳能集热器和热泵蒸发器之间可以进行空气流通，在夜间空气流过蓄热层和换热层时，经过蓄热材料的两次加热，有效利用了蓄热材料中的热量，使得该装置对太阳能的利用更为充分。

本实用新型中蒸发器的翅片与蓄热材料下部紧密连接，通过导热强化了蓄热材料向蒸发器的热量传输；蒸发器翅片与底板并非完全接触，而是留有适当间隙，隔绝翅片与底板的接触导热，减少蒸发器向外界的散热；同时，空气流经翅片与底板之间的间隙，形成泄露涡，加强了空气的扰动，强化了空气与翅片和制冷剂管道的对流换热，提高蒸发器效率。本实用新型结构简单，成本低、实用性强，可以推广到供暖，干燥等多种应用领域，具有广阔市场前景。

附图说明

图1是本实用新型的结构图；

图2是一种典型的空气源热泵蒸发器的结构示意图；

图3是蒸发器翅片与底板间留有间隙的结构示意图；

图4是本实用新型的一种蓄热材料带有翅片的优选实施例的结构示意图；

图5是本实用新型优选实施例的蓄热材料及其翅片的结构示意图；

附图符号说明：1.进风口，2.透明盖板，3.四周围护结构，4.吸热板，5.蓄热材料层，6.空气流道开关板，7.出风口，8.制冷剂管道，9.蒸发器翅片，10.进风口，11.出风口，12.底板，13.导流翅片，14.制冷剂入口，15.制冷剂出口。

具体实施方式

下面根据附图和典型实施例对本实用新型作进一步详细说明：

本实用新型的核心创新点在于，通过将平板型太阳能空气集热器和空气源热泵蒸发器集成为一体化装置以及加入蓄热材料层，使整个系统获得了储热和进行热量转移的能力，通过对太阳能集热器和空气源热泵的启停进行合理调配(白天和夜间两种工作模式)，可以充分发挥二者的节能优势，提高能源的利用效率；同时由于蓄热材料释放的热量提高了蒸发器的环境温度，降低了蒸发器表面结霜的可能性，缩短了蒸发器融霜周期，提高了空气源热泵冬季能效。

如图1所示，本实用新型包括一个外部形状为长方体型的框架，可根据需求制作为不同尺寸，推荐长边和宽边的尺寸为2m和1m，框架内衬支撑结构，整个框架选用角钢焊接而成。框架上部设置透明玻璃盖板2，可以采用钢化玻璃盖板，双层玻璃盖板，单层玻璃盖板，推荐采用气密性较好的预制双层玻璃制作。盖板2下设置一块吸热板4，可以采用镀有黑铬涂层的薄金属板制作。吸热板4下设置蓄热材料层5，可以采用相变蓄热材料或鹅卵石填充，蓄热材料填充厚度为2-4cm。在蓄热材料层靠近出风口7的位置，设置有一个空气流道开关板6，开关板6水平放置时则将蓄热层和换热层之间的空气流道封闭，空气从出风口7流出；开关板6竖直放置时则将蓄热层和换热层之间的空气流道打开，将出风口7封闭，空气从蓄热层流入换热层。在蓄热材料层5与底板12之间，布置有翅片式蒸发器，主要包括制冷剂管道8和翅片9，翅片9上部紧贴或者嵌入蓄热材料层5一定深度，下部与底板12间留有3-5mm的间隙，翅片间距为4-6mm。装置下部为底板12，可采用薄铁皮制作。除盖板外，其余各面均设置保温材料，可以选用聚苯乙烯、岩棉、玻璃纤维棉等有机或无机类保温材料，底板保温材料厚度2-6cm，其余各面保温材料厚度可设置为3-5cm，加工时将保温材料嵌入到整体框架中。

参考图1，空气流通通道根据空间位置可分为三层，在盖板1和吸热板4之间形成加热层；在吸热板4与蓄热材料层5之间形成蓄热层；在蓄热材料层5和底板12之间为换热层，换热层中设置有翅片式蒸发器，该翅片式蒸发器包括一段水平安置、呈蛇形环绕的蒸发器换热管8，制冷剂从制冷剂进口14流入，吸收空气中热量后从制冷剂出口15流出，如图2所示；在换热管8上套有一定数量的翅片9，本实施例中共有七排翅片，每排均设置150片翅片，翅片与换热管相互垂直，紧密连接，翅片上部紧贴或者嵌入蓄热材料层5一段深度，下部与底板12留有适当间隙，一般为3-5mm，如图3所示。

本实用新型工作时分为白天和夜间两种工作模式。白天(在有太阳光照射的条件下)，室外空气从进风口1流入，经过加热层的加热和蓄热层的二次加热，被加热的空气从出风口7流出送往用户端，同时空气流经蓄热层5时蓄热材料从空气中吸热，将热量蓄积起来；白天工作条件下空气源热泵可根据室内需求热量和从出风口7供入室内热量的比较情况选择开启或者关闭；若供入室内热量不满足室内需求，则开启空气源热泵，空气从进风口10流入，经过翅片9和制冷剂管道8的吸热后从出风口11流出；整个过程中蓄热层和换热层之间的空气流道开关板6处水平放置状态，封闭蓄热层和换热层之间的空气流通通道；夜间，无太阳光照射，空气源热泵开启，进风口10关闭，空气流道开关板6竖直放置以打开空气向下的流道同时封闭出风口7。此时蓄热材料将白天蓄积的热量释放出来，空气从进风口1流入，吸热板4对流入空气进行一次预热，随后空气流入蓄热层被蓄热材料向上放出的热量进行加热，之后空气向下进入换热层被蓄热材料向下放出的热量进行第二次加热，同时被加热的空气与蒸发器翅片9和制冷剂管道8进行换热；换热层中的蒸发器翅片与蓄热材料层5下部紧贴，通过导热强化了蓄热材料向蒸发器的放热；蒸发器翅片9与底板12并非完全接触，而是留有3-5mm的间隙，隔绝翅片与底板的接触导热，减少蒸发器向外界的散热；同时，空气流经翅片与底板之间的间隙，形成泄露涡，加强了空气的扰动，强化了空气与翅片和制冷剂管道的对流换热，提高蒸发器效率。经过换热后的空气从出风口11流出；

在本实用新型的一种优选实施例中，还可以在蓄热材料层5上设置导流翅片13。

参考图4所示的本实用新型的实施例2的结构图，蓄热材料层5上设置有导流翅片13，并且翅片中填充有蓄热材料，导流翅片13沿着气流通道长边方向垂直于蓄热材料层5交错布置，形成一个蛇形通道，如图5所示，翅片数量可布置5-7片。采用本实施例，空气流经蓄热层时翅片13起到导流作用，使流经蓄热层的空气与蓄热材料充分接触以加强换热，提高空气出口温度。

Claims (7)

1.一种带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，其特征在于，包括盖板(2)、吸热板(4)、蓄热材料层(5)、空气流道开关板(6)、底板(12)和设置在蓄热材料层(5)和底板(12)之间的翅片式蒸发器，所述翅片式蒸发器包括制冷剂管道(8)和翅片(9)。

2.根据权利要求1所述的带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，其特征在于，所述翅片(9)紧贴或者嵌入蓄热材料层(5)。

3.根据权利要求1所述的带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，其特征在于，所述翅片(9)下部与底板(12)间留有3-5mm的间隙。

4.根据权利要求1所述的带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，其特征在于，所述盖板(2)和吸热板(4)之间形成加热层，所述吸热板(4)和蓄热材料层(5)之间形成蓄热层，所述蓄热材料层(5)和底板(12)之间形成换热层。

5.根据权利要求4所述的带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，其特征在于，在蓄热材料层(5)靠近出风口(7)的位置设置有空气流道开关板(6)；所述空气流道开关板(6)水平放置时，所述蓄热层和换热层之间的空气流道被封闭，空气从出风口(7)流出；所述空气流道开关板(6)竖直放置时，所述蓄热层和换热层之间的空气流道被打开，出风口(7)被封闭。

6.根据权利要求4所述的带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，其特征在于，还包括：在蓄热材料层(5)上设置有导流翅片(13)，翅片中填充有蓄热材料。

7.根据权利要求6所述的带太阳能蓄热的空气源热泵蒸发器，其特征在于，还包括：所述蓄热材料(5)上的导流翅片(13)，沿着气流通道长边方向垂直于蓄热材料层交错布置，形成一个蛇形通道。