[發明專利]一種太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器供暖系統

有效

• 申請號: 201610004669.7
• 申請日: 2016-01-07
• 公開（公告）號: CN105444246B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 魏毅立;吳振奎;楊培宏;張繼紅;齊曉軍
• 申請（專利權）人: 內蒙古科技大學;包頭市愛能控制工程有限責任公司
• 主分類號: F24D3/18
• 分類號: F24D3/18;F24D19/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器供暖系統，包括外殼、透明蓋板、吸熱板、保溫層、壓縮機、蓄熱水箱、冷凝器、控制器，其特征是：在吸熱板上以緊密結合的方式附著有承壓管，承壓管的一個端口通過管路連接壓縮機的入口、壓縮機的出口連接冷凝器，冷凝器通過節流閥連接承壓管的另一個端口，冷凝器置于蓄熱水箱中，蓄熱水箱上設有與散熱器連接的管道，且管道上設有循環水泵，在外殼上設有空氣流入管和空氣流出管，在空氣流出管上設有風機。其優點是：將太陽能空氣集熱器與太陽能熱泵集熱器融合在一起，并進行合理控制，初建投資低，集熱器效率高，運行成本低，能夠解決寒冷地區供暖問題。

技術領域

本發明涉及一種太陽能空氣與熱泵制熱劑復合集熱器供暖系統，屬于太陽能熱利用技術領域。

背景技術

平板集熱器主要由吸熱板、透明蓋板、絕熱材料、外殼等幾部分組成。平板集熱器工作時，太陽輻射能穿過透明蓋板后投射在吸熱板上，被吸熱板吸收并轉換為熱能，吸收板熱能傳遞給傳熱工質，使傳熱工質的溫度升高或發生相變，然后，集熱器通過傳熱工質輸出熱能。傳熱工質為空氣時，該平板集熱器就成為太陽能空氣集熱器；傳熱工質為液體時，該平板集熱器稱為太陽能液體集熱器；傳熱工質為制熱劑發生相變時，該平板集熱器就成為太陽能熱管集熱器或太陽能熱泵集熱器。集熱器是太陽能供暖的關鍵部件。

太陽能空氣集熱器，防凍措施簡單，腐蝕問題不嚴重，系統沒有過熱汽化的危險，微小的不嚴密封不會嚴重影響太陽能空氣集熱器的工作性能，經過加熱的空氣不需要中間換熱設備直接利用，與太陽能液體集熱器相比不存在冬季的結冰問題。用太陽能空氣集熱器的太陽能熱風采暖系統是最舒適的，再加集熱器結構簡單、易于維護，太陽能空氣集熱器供暖系統是有優勢的。太陽能空氣集熱器供暖系統由太陽能空氣集熱器、卵石蓄熱器（巖石堆積床）、風機、輔助熱源等組成。由于空氣的容積比熱容（）要比水的容積比熱容（）小得多，使得換熱需要大量的空氣，但由于風壓小，風機容量是不會很大的，風機要消耗一定的電能。白天集熱器加熱的空氣一部分直接用于采暖，另一部分要供給卵石蓄熱器，把空氣攜帶的熱能傳遞給卵石蓄熱器，以備夜間沒有太陽能時，用存貯在卵石蓄熱器的熱能供給房間，由于這個過程，需要提高集熱器出口空氣溫度，使得集熱器效率下降，限制了太陽能空氣集熱器供暖系統在嚴寒和寒冷地區的應用。

太陽能液體集熱器，應用于采暖系統，地暖要求集熱器出口液體溫度超過30℃；散熱器采暖，要求集熱器出口液體溫度超過50℃。由于集熱器出口液體溫度高，集熱器集熱效率下降，平板液體集熱器在寒冷地區的應用是困難的，一般采用真空玻璃管集熱器。

太陽能熱管集熱器，傳熱介質在集熱器中蒸發，發生相變，吸收太陽能，蒸氣不經過壓縮機壓縮直接傳遞到冷凝器，蒸氣在冷凝器中冷凝，蒸氣相變為液體，蒸氣熱能傳遞給冷凝器。集熱器本質上為蒸發器，蒸發器的溫度高于冷凝器，熱能從蒸發器到冷凝器的傳遞，本質上是從高溫到低溫的傳遞。集熱器作為蒸發器吸收太陽能，通過蒸氣，再經冷凝器，把熱能傳遞給冷凝器，冷凝器吸收的熱能用于供暖，由于集熱器溫度高于冷凝器，在寒冷地區平板集熱器效率下降很多，使得太陽能熱管平板集熱器供暖系統不能應用于寒冷地區的供暖。

太陽能熱泵集熱器供暖系統，傳熱工質在集熱器中相變蒸發吸收太陽能，集熱器即為熱泵蒸發器，該集熱器也可稱為集熱蒸發器，冷凝器直接加熱供暖水的供暖系統也可稱為直接膨脹式太陽能熱泵供暖系統。在太陽能熱泵集熱器供暖系統中，將太陽能集熱器作為熱泵的蒸發器，以低沸點傳熱工質作為太陽能集熱器的傳熱工質，熱泵的低沸點傳熱工質稱為制熱劑。太陽能集熱器吸收太陽輻射能并轉換成熱能，傳遞到集熱蒸發器內制熱劑，使制熱劑蒸發，太陽能集熱器輸出蒸氣，送到壓縮機進氣口，蒸氣經壓縮機壓縮成為高溫高壓氣體并從壓縮機排氣口輸出，然后，高溫高壓蒸氣傳遞到冷凝器，冷凝為高壓制熱劑液體，并把蒸氣熱能傳遞給冷凝器，冷凝器吸收的熱能再用于供暖，冷凝器出來的高壓制熱劑液體，經干燥過濾，再經節流閥（膨脹閥），成為低壓制熱劑液體，回送到太陽能集熱器，形成循環。熱能從太陽能集熱器低溫熱源傳遞到冷凝器成為高溫熱能以便供暖利用。由于集熱器溫度降低，因此可以提高集熱器的效率，但是，太陽能熱泵集熱器供暖系統中的壓縮機要消耗大量電能。