[實用新型]一種單蒸發器型太陽能空氣源復合熱泵

有效

• 申請號: 201420509740.3
• 申請日: 2014-09-04
• 公開（公告）號: CN204084946U
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 李先庭;冉思源;吳偉;石文星;王寶龍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F25B29/00
• 分類號: F25B29/00;F25B27/00;F25B41/04;F25B41/06
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

背景技術

全球建筑供熱和生活熱水能耗很大，發達國家較高的生活水平以及生活習慣造成了巨大的熱水需求和能源消耗，而發展中國家則隨著城鎮化的發展和生活水平的提高會保持熱水能耗的高速增長。我國常用的供熱系統主要采用化石燃料燃燒的方式，不僅效率低，而且污染嚴重；而生活熱水系統則主要采用燃氣熱水器和電熱水器，存在能耗偏高和能源品位浪費的問題。供熱和生活熱水越來越成為節能減排、治理霧霾的重點關注領域之一。

近年來，太陽能熱水器和空氣源熱泵熱水器得到了較大的發展。但是太陽能存在能量密度較低和不穩定的缺點，當太陽輻射較弱時，傳統太陽能熱水器需要較大的安裝面積以保證制熱量，當夜晚無太陽輻射時，太陽能熱水器或供熱系統將無法制熱，通常需要一套備份電加熱系統以保證供熱的可靠性。因此，傳統太陽能熱泵需要較大的初投資和較高的運行費用，制約了其進一步大面積推廣應用。對于空氣源熱泵熱水器或供熱系統，由于其制熱效率和制熱量均會隨外界氣溫的降低而不斷衰減，也就降低了其低溫下的制熱可靠性。空氣源熱泵只能利用空氣中蘊含的熱能，無法有效利用太陽輻射能，而實際上冬季很多時候氣溫雖然很低，但太陽輻射強度仍足以制取所需要的熱水。

鑒于太陽能熱水器無法充分利用低輻射太陽能、空氣源熱泵無法利用太陽輻射能的問題，將太陽能和熱泵技術相結合的技術方案得到了越來越多的青睞。其中直膨式系統將制冷劑直接通入太陽能集熱器中，可以實現較高的蒸發溫度，有利于減少壓縮機電耗，是一種效率較高的系統形式。目前這類技術方案主要分為兩類：(1)只采用一個直膨式太陽能集熱器作為熱泵蒸發器，即太陽能是熱泵的唯一熱源(如專利CN201110388936.2)。與傳統太陽能熱水器相比，此類方案在一定程度上更充分的利用了較弱的太陽輻射，但夜晚無太陽輻射時仍然無法制熱，也無法利用空氣熱能，沒有解決無太陽能時的制熱問題；且太陽輻射較弱時，為了滿足制熱量的要求，需要采用面積較大的太陽能集熱器，使其成本較高；(2)采用一個直膨式太陽能集熱器和一個風冷蒸發器作為熱泵蒸發器，太陽能輻強的時候太陽能直接制熱，沒有太陽或輻射較弱的條件下運行空氣源熱泵模式(如專利CN201120054202.6)。此類方案可以利用太陽能，也可以利用空氣熱能，但熱泵系統需要采用兩個蒸發器，其成本過高，系統復雜，且該類方案也不能實現空氣熱能的直接制熱以及太陽能和空氣熱能的聯合制熱。

值得注意的是，當一些情況下需要的熱水溫度較低或外溫很高時(例如：夏天外溫30℃時，制取10～20℃的低溫熱水，用于空氣熱能的跨季節蓄存)，外界的空氣熱能也能夠直接制熱，而目前均是通過空氣源熱泵來實現的，導致制熱的能耗偏高。

實用新型內容

基于上述問題，本實用新型提出一種單蒸發器型太陽能空氣源復合熱泵，將太陽能利用技術和空氣熱能利用技術有機結合，實現這兩種可再生能源的優勢互補，有效降低制熱系統的初投資。根據太陽能輻射條件及室外氣溫，集熱-蒸發器在太陽能集熱模式、風冷換熱模式、太陽能集熱-風冷換熱聯合模式、自然對流風冷換熱模式以及太陽能集熱-自然對流風冷換熱聯合模式之間合理切換，系統流程在熱泵模式和熱管模式之間合理切換，最終實現高效供熱和供生活熱水。

本實用新型的技術方案如下：

一種單蒸發器型太陽能空氣源復合熱泵，包括集熱-蒸發器、壓縮機、冷凝器和節流閥；所述壓縮機、冷凝器、節流閥和集熱-蒸發器順次連接構成熱泵循環，其特征在于：所述壓縮機出口、集熱-蒸發器出口和冷凝器入口之間的管路上設置一個三通閥，在節流閥的兩端并聯一個閥門，集熱-蒸發器、三通閥、冷凝器和閥門依次構成熱管循環；所述集熱-蒸發器包括集熱板、制冷劑管道、玻璃蓋板、保溫材料和風機；所述制冷劑管道與集熱板構成無玻璃蓋板式太陽能集熱器，制冷劑管道與集熱板的上部設置玻璃蓋板，底部設置保溫材料，所述玻璃蓋板、保溫材料和前后兩側面圍合成空氣通道；在空氣通道的入口和出口分別設置第一圍合面和第二圍合面，第一圍合面和第二圍合面采用開閉式結構，風機位于空氣通道內。

本實用新型所述的一種單蒸發器型太陽能空氣源復合熱泵，其特征在于：所述冷凝器為水冷或風冷式換熱器。

本實用新型所述的一種單蒸發器型太陽能空氣源復合熱泵，其特征在于：所述第一圍合面和第二圍合面為風閥、保溫板、擋板或百葉簾。

本實用新型所述的一種單蒸發器型太陽能空氣源復合熱泵，其特征在于：所述風機位于第一圍合面與第二圍合面之間、第一圍合面外側或第二圍合面外側。

本實用新型所述的一種單蒸發器型太陽能空氣源復合熱泵，其特征在于：所述制冷劑管道位于集熱板的上部、下部或中間。