[發明專利]一種蓄能型太陽能振蕩熱管熱泵供熱系統及其方法

有效

• 申請號: 201310176619.3
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103245085A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 吳薇;武文彬;牛寶聯;張甜湉;王玲瓏;蘇鵬飛;張凡;王紅
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: F24J2/05
• 分類號: F24J2/05;F24J2/24;F24J2/32;F24J2/30;F24J2/34;F24J2/46
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明涉及一種供熱水系統及其方法，具體說是一種通過太陽能集熱管集熱，相變材料儲存熱量，振蕩熱管高效傳熱相結合的熱泵供熱系統和方法，屬于太陽能利用領域。

背景技術

隨著國民經濟的持續增長和人民生活水平的不斷提高，采暖和生活對熱水供應的需求越來越強烈，這方面的能源消耗占建筑總能耗的比重也逐年增加。我國目前城鎮民用建筑運行耗電占總發電量的22％～24％，城市民用建筑能耗僅洗澡熱水用能就占近20％，而各類商業建筑能耗中熱水能耗占10％～40％。利用可再生能源，走可持續發展道路是降低建筑能耗的有效途徑之一。太陽能是可再生清潔能源，我國太陽能資源資源豐富，有2/3的地區年輻射總量大于5020MJ/m²、年日照小時在2200h以上。在民用供熱、采暖等領域充分利用太陽能資源，將節約常規能源，減少環境污染，為我國節能減排做出重要貢獻。目前，太陽熱水器已得到快速發展，但因太陽能本身的不穩定性和間歇性，使其不宜作為供熱水系統的主要熱源，需要與輔助加熱設備一起使用。

將太陽能利用技術和熱泵技術結合起來，以太陽能作為熱泵的低溫熱源，系統整體性能提高，但是在夜間及連續陰雨天無法正常工作。將太陽能熱泵系統與蓄能技術結合起來，利用蓄能材料儲存太陽能起到移峰填谷的作用，很好地解決系統不能連續運行的問題。潛熱蓄能具有蓄能密度大、溫度變化小等優點，引起國內外學者的普遍關注，并已得到廣泛的應用。目前的蓄能型太陽能熱泵系統多為集熱器、蓄熱器、蒸發器分開布置，系統相對復雜，制造成本增大，且利用載熱介質從蓄熱器中取出熱量作為熱泵低位熱源，二次傳熱熱損失大。而一體化蓄能型太陽能熱泵系統雖然將太陽能集熱器、熱泵蒸發器和相變材料蓄能容器集于一體，系統簡化，但是蒸發器管路長，制冷劑充灌量大，且蒸發管路壓降大使得壓縮機容積效率減少，影響系統性能。

中國專利CN200810020470.9“復合源集熱/蓄能/蒸發一體化熱泵熱水系統”和CN200710190062.3“集熱蓄能蒸發一體化太陽能熱泵系統”中，熱泵蒸發器均以U形管的形式布置于太陽能真空集熱管中，每根蒸發管與真空集熱管中間以相變材料填充起到蓄能容器的作用，減少了中間換熱環節，節約了制造成本。但是這些系統制冷劑充灌量大，蒸發管路長導致管路壓降大，使得壓縮機容積效率減少，影響系統性能。而振蕩熱管具有結構簡單、極小溫差傳熱、熱響應快、形狀可任意彎曲等優點。有鑒于此，本發明提出利用振蕩熱管做媒介將集熱器中相變材料儲存的熱量傳遞給熱泵系統蒸發器，縮短熱泵系統的管路，有效提高系統整體性能。

發明內容

本發明提供一種節能、高效、易行的熱泵供熱系統及其方法，目的在于合理有效地利用蓄能介質實現對太陽能的收集及移峰填谷，并利用振蕩熱管進行高效傳熱，從而提高熱泵系統的制熱效，優化蓄能型太陽能熱泵熱水系統的整體性能。

為解決上述技術問題，本發明系統提供的技術方案為：

一種蓄能型太陽能振蕩熱管熱泵供熱系統，包括蓄能型振蕩熱管太陽能集熱器、冷凝/蒸發換熱器、壓縮機、水冷冷凝器、節流閥、水箱和水泵；所述蓄能型振蕩熱管太陽能集熱器包括太陽能真空集熱管、振蕩熱管和相變材料，振蕩熱管的蒸發段以U形管形式布置在太陽能真空集熱管內；所述冷凝/蒸發換熱器為套管式換熱器，由換熱器外殼、熱泵蒸發器管路和振蕩熱管的冷凝段構成，換熱器外殼套在振蕩熱管的冷凝段外部，換熱器管外殼內流動的是熱泵蒸發器的制冷劑，所述換熱器外殼與熱泵蒸發器管路連通；多個熱泵蒸發器管路串聯后，再和壓縮機、水冷冷凝器的制冷劑管、水冷冷凝器、節流閥串聯連接成一個閉合的制冷劑循環回路；所述水冷冷凝器、水冷冷凝器水管、水泵和水箱串聯連接成一個閉合的水循環回路。

所述振蕩熱管蒸發段和真空集熱管之間填充相變材料，可為石蠟、月桂酸、癸酸、十水硫酸鈉、正十七烷、正十八烷或以上材料任意組合，也可為裝有上述相變材料的膠囊并以水填充在膠囊的空隙間。

所述振蕩熱管蒸發段的管外設置有翅片，翅片選銅、鐵、鋁或合金為材料，以螺旋形盤繞在振蕩熱管的蒸發段外面，翅片的形狀可為H形、三角形、梯形或矩形。