CN207365451U - 一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，包括菲涅尔线聚光集热器、相变储热集热器和以空气源为热源的热泵集热器；菲涅尔线聚光集热器利用菲涅尔透镜对太阳能进行聚焦集热，相变储热集热器对太阳能的热量进行储存利用，菲涅尔线聚光集热器、相变储热集热器和热泵集热器分别与同一个储水箱的换热器连接成回路进行热交换，各回路中分别设置有电磁阀。因此可以针对不同的气候条件，通过电磁阀控制各回路的通断，使不同的集热器单独或者组合工作进行集热，再通过换热器进行热交换加热储水箱中的水，这样可以最大限度地利用太阳能，提高集热效率，从而减少因采用热泵集热器进行长时间的供热而消耗的电量。

Description

一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置

技术领域

本实用新型涉及供热热水设备技术领域，更具体地说，涉及一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置。

背景技术

随着城乡居民对家庭室内热水的需求不断增长，热水器在提供热水方面得到广泛应用。

目前市场上销售较多的为以太阳能为主、空气源为辅的太阳能-空气复合热源热泵热水器。在晴天太阳辐射足够强时，以太阳能作为热泵热源，此时热泵具有较高的蒸发温度，热泵性能系数(COP)很高，能够实现环保、节能运行。在阴雨天、夜间等光照不足的情况下，以空气源来驱动热泵，因此可以不受太阳辐射变化的影响而正常运行。太阳能-空气复合热源热泵热水器交替使用太阳能、空气两热源的热泵运行方式，实现了全年、全天候提供生活热水，满足城乡居民的生活需求。

然而，现有的太阳能-空气复合热源热泵热水器对太阳能的利用不够充分，集热效率较低，另外，以空气源为热源的热泵模式需要消耗大量电能，存在电量消耗大的局限性。

综上所述，如何提供一种集热效率较高且电量消耗小的热水装置，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，该装置可以最大限度地利用太阳能，其集热、储热效率较高，因而可以减少以空气源为热源的热泵模式消耗的电量。

为了实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，包括：

利用菲涅尔透镜对太阳能进行聚焦集热的菲涅尔线聚光集热器；

对太阳能的热量进行储存利用的相变储热集热器；

以空气源为热源的热泵集热器；

所述菲涅尔线聚光集热器、所述相变储热集热器和所述热泵集热器分别与同一个储水箱的换热器连接成回路进行热交换，各回路中分别设置有用于控制通断的电磁阀。

优选地，所述换热器为盘管状换热器。

优选地，所述电磁阀包括第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，所述第一三通电磁阀的三个端口分别连接所述菲涅尔线聚光集热器的出口、所述相变储热集热器的出口和所述换热器的进口；所述第二三通电磁阀的三个端口分别连接所述菲涅尔线聚光集热器的进口、所述相变储热集热器的进口和所述换热器的出口。

优选地，所述菲涅尔线聚光集热器包括至少一个设有所述菲涅尔透镜的菲涅尔线聚光集热单元。

优选地，所述菲涅尔线聚光集热单元包括用于实现二次聚光的复合抛物面聚光器。

优选地，所述储水箱为双筒承压式水箱。

优选地，所述双筒承压式水箱的内外筒之间设有保温层。

优选地，所述保温层为聚氨酯发泡层。

本实用新型提供的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，包括菲涅尔线聚光集热器、相变储热集热器和以空气源为热源的热泵集热器；菲涅尔线聚光集热器利用菲涅尔透镜对太阳能进行聚焦集热，相变储热集热器对太阳能的热量进行储存利用，菲涅尔线聚光集热器、相变储热集热器和热泵集热器分别与同一个储水箱的换热器连接成回路进行热交换，并通过电磁阀控制各回路的通断。

因此，本实用新型提供的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，可以针对不同的气候条件，通过电磁阀控制各回路的通断，使不同的集热器单独或者组合工作进行集热，再通过换热器进行热交换加热储水箱中的水。例如在太阳辐射较强的白天，控制电磁阀的通断，使菲涅尔线聚光集热器、相变储热集热器和热泵集热器同时工作，利用菲涅尔线聚光集热器对太阳能集热，并通过换热器加热储水箱中的水，满足用户的热水需求，利用相变储热集热器对太阳能的热量进行储存，以在光照不足的夜晚释放热量通过换热器对储水箱中的水进行加热，以空气源为热源的热泵集热器则作为辅助供热源；只有在无光照的阴雨天，才采用以空气源为热源的热泵集热器单独供热，这样可以最大限度地利用太阳能，提高集热效率，从而减少因采用热泵集热器进行长时间的供热而消耗的电量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置的结构示意图；

图2为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光集热器的结构示意图；

图3为本实用新型所提供的相变储热集热器的结构示意图；

图4为本实用新型所提供的热泵集热器结构示意图；

图5为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光集热单元的结构示意图；

图6为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光集热组合的结构示意图；

图7为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光结合复合抛物面的剖视图。

图1-7中：

1为菲涅尔线聚光集热器、2为相变储热集热器、3为热泵集热器、4为换热器、5为储水箱、6为电磁阀、11为菲涅尔线聚光集热单元、111为菲涅尔透镜、112为复合抛物面聚光器、113为真空管、31为蒸发器、32为压缩机、33为节流阀、34为冷凝器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的核心是提供一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，该装置可以最大限度地利用太阳能，其集热、储热效率较高，因而可以减少以空气源为热源的热泵模式消耗的电量。

请参考图1-图7，图1为本实用新型所提供的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置的结构示意图；图2为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光集热器的结构示意图；图3为本实用新型所提供的相变储热集热器的结构示意图；图4为本实用新型所提供的热泵集热器结构示意图；图5为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光集热单元的结构示意图；图6为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光集热组合的结构示意图；图7为本实用新型所提供的菲涅尔线聚光结合复合抛物面的剖视图。

本实用新型提供的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，包括菲涅尔线聚光集热器1、相变储热集热器2和以空气源为热源的热泵集热器3；菲涅尔线聚光集热器1利用菲涅尔透镜111对太阳能进行聚焦集热，相变储热集热器2对太阳能的热量进行储存利用，菲涅尔线聚光集热器1、相变储热集热器2和热泵集热器3分别与同一个储水箱5的换热器4连接成回路进行热交换，各回路中分别设置有用于控制通断的电磁阀6。

需要说明的是，菲涅尔线聚光集热器1利用菲涅尔透镜111对太阳能进行聚焦集热，菲涅尔透镜111可以将太阳能辐射光线的热量聚焦，从而提高集热效率。菲涅尔透镜111通常为由聚烯烃材料注压而成的薄片，也可以采用一种透明塑料(PMMA)加工而成，具体可以根据用户的实际情况来选择，这里不做限定。

相变储热集热器2对太阳能的热量进行储存利用，在相变储热集热器2内设有相变储能材料，相变储能材料随温度的变化吸收或释放大量的潜热，因此相变储热集热器2在白天太阳辐射较强时进行相变吸热并储存能量，在夜间温度降低时进行相变，释放相变储能材料的潜热，加热储水箱5内的水，从而向用户提供热水。

需要说明的是，相变储热集热器2的相变材料可以为无机水合盐及其二元或多元共晶盐，将这种相变材料作为储能材料的主体，通过吸附手段形成复合相变材料，可以使相变储热集热器2具有较大的潜热；当然，相变储热集热器2的相变材料也可以为其它相变材料，只要能实现相变储能材料随温度的变化吸收或释放大量的潜热，达到为用户提供热水的目的即可。

热泵集热器3以空气源为热源，热泵集热器3包括蒸发器31、压缩机32、节流阀33和冷凝器34。蒸发器31从周围环境的空气中吸取热量以蒸发传热工质，工质蒸汽经压缩机32压缩后温度和压力上升，高温高压蒸汽通过冷凝器34冷凝成液体时，释放出热量传递给储水箱5中的水将其加热供用户使用，冷凝后的液态工质再经节流阀33回流到蒸发器31，实现工质的循环和传热。

综上所述，本实用新型提供的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，可以针对不同的气候条件，通过若干个电磁阀6控制各回路的通断，使不同的集热器单独或者组合工作进行集热，再通过换热器4进行热交换加热储水箱5中的水。例如在太阳辐射较强的白天，通过控制电磁阀6的通断，使菲涅尔线聚光集热器1、相变储热集热器2和热泵集热器3同时工作，利用菲涅尔线聚光集热器1对太阳能集热，并通过换热器4加热储水箱5中的水，满足用户的热水需求，利用相变储热集热器2对太阳能的热量进行储存，以在光照不足的夜晚释放热量并通过换热器4对储水箱5中的水进行加热，以空气源为热源的热泵集热器3则作为辅助供热源；只有在无光照的阴雨天，才采用以空气源为热源的热泵集热器3单独供热，这样可以最大限度地利用太阳能，提高集热效率，减少因采用热泵集热器进行长时间的供热而消耗的电量。

为了更好地保证工艺过程对工质所要求的特定温度和更有效地对储水箱5中的水进行加热，在一个具体实施例中，换热器4为盘管状换热器，采用这样的结构可以提高换热效率。

为了便于菲涅尔线聚光集热器1、相变储热集热器2和热泵集热器3三者的切换，在一个具体实施例中，电磁阀6包括第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，第一三通电磁阀的三个端口分别连接菲涅尔线聚光集热器1的出口、相变储热集热器2的出口和换热器4的进口；第二三通电磁阀的三个端口分别连接菲涅尔线聚光集热器1的进口、相变储热集热器2的进口和换热器4的出口。

在太阳辐射较强的白天，开启第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，使菲涅尔线聚光集热器1、相变储热集热器2和热泵集热器3同时工作，菲涅尔线聚光集热器1利用菲涅尔透镜111对太阳能集热以加热储水箱5中的水，为用户提供热水；并利用相变储热集热器2对太阳能的热量进行储存，以在光照不足的夜晚释放热量对储水箱5中的水进行加热；以空气源为热源的热泵集热器3则只作为辅助供热装置，在相变储热集热器2供热不足时才启动。开启第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，并关闭通向相变储热集热器2的进出口的端口时，则可形成太阳能热泵复合热水装置；在无光照的阴雨天，同时关闭第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，热泵集热器3工作，采用热泵集热器3单独供热，满足用户的热水需求。因此用户可以根据自己的需求多样化地切换不同的工作模式。

考虑到用户对热水的需求量不同则需要有效集热的采光面积也不同，因此，对菲涅尔线聚光集热器1进行模块化处理，在一个具体实施例中，菲涅尔线聚光集热器1包括至少一个设有菲涅尔透镜111的菲涅尔线聚光集热单元11。当用户需求的热水比较少时，菲涅尔线聚光集热器1只需较小的采光面积即可满足需要，为了避免不必要的采光面积产生浪费，可以只包括一个菲涅尔线聚光集热单元11，当用户需求热水较多，较大的采光面积才能满足用户需求时，则可以将多个菲涅尔线聚光集热单元11进行组合使用，以实现高效地为用户提供充足热水的同时，避免菲涅尔线聚光集热器1采光面积的浪费。另外，对菲涅尔线聚光集热器1进行模块化处理，还便于企业的设计、生产和运输等。

为了提高菲涅尔透镜111的聚焦性，降低菲涅尔透镜111的光学损失，在一个具体实施例中，菲涅尔线聚光集热单元11包括用于实现二次聚光的复合抛物面聚光器112。复合抛物面聚光器112可以对太阳光进行有效的收集，达到相对较大的聚光比，减少光学损失。且复合抛物面聚光器112可以使得聚光集斑始终落在吸热用真空管113上，不需要随时跟踪太阳位置，因此一个菲涅尔线聚光集热单元11只需要一根真空管113，即提高了集热效率，又节约了成本。

考虑到储水箱5的出水压力问题，在一个具体实施例中，储水箱5为双筒承压式水箱。双筒承压式水箱的出水压力较大，能够更好的满足用户的需求。可选的，双筒承压式水箱的容积为150至180升。

另外，为了增强储水箱5的保温效果，在一个具体实施例中，双筒承压式水箱的内外筒之间设有保温层。保温层具有绝热保温的作用，从而可以减少储水箱5中已加热热水的热量损失。

在一个具体实施例中，保温层为聚氨酯发泡层，实际应用表明：该聚氨酯发泡层可以有效地减少储水箱5中已加热热水的热量损失，使绝热保温效果较佳。可选的，该聚氨酯发泡层的厚度范围为50至100mm，优选地为60至90mm。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本实用新型所提供的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，包括：

利用菲涅尔透镜(111)对太阳能进行聚焦集热的菲涅尔线聚光集热器(1)；

对太阳能的热量进行储存利用的相变储热集热器(2)；

以空气源为热源的热泵集热器(3)；

所述菲涅尔线聚光集热器(1)、所述相变储热集热器(2)和所述热泵集热器(3)分别与同一个储水箱(5)的换热器(4)连接成回路进行热交换，各所述回路中分别设置有用于控制通断的电磁阀(6)。

2.根据权利要求1所述的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，所述换热器(4)为盘管状换热器。

3.根据权利要求2所述的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，所述电磁阀(6)包括第一三通电磁阀和第二三通电磁阀，所述第一三通电磁阀的三个端口分别连接所述菲涅尔线聚光集热器(1)的出口、所述相变储热集热器(2)的出口和所述换热器(4)的进口；所述第二三通电磁阀的三个端口分别连接所述菲涅尔线聚光集热器(1)的进口、所述相变储热集热器(2)的进口和所述换热器(4)的出口。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，所述菲涅尔线聚光集热器(1)包括至少一个设有所述菲涅尔透镜(111)的菲涅尔线聚光集热单元(11)。

5.根据权利要求4所述的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，所述菲涅尔线聚光集热单元(11)包括用于实现二次聚光的复合抛物面聚光器(112)。

6.根据权利要求5所述的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，所述储水箱(5)为双筒承压式水箱。

7.根据权利要求6所述的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，所述双筒承压式水箱的内外筒之间设有保温层。

8.根据权利要求7所述的基于菲涅尔线聚光集热的热泵联合热水装置，其特征在于，所述保温层为聚氨酯发泡层。