一体化平板太阳能热泵热水装置.pdf

一体化平板太阳能热泵热水装置将平板式太阳能热水器与热泵热水系统结合为一体，其中，一体化平板式太阳能集热器(1)的冷凝剂管的出端通过第一止回阀(10)接压缩机(2)的进端，压缩机的出端接套管冷凝器(3)的冷凝剂管的进端，套管冷凝器的冷凝剂管的出端通过电磁阀(f)、电子膨胀阀(4)接三通阀(5)的进端；三通阀的出端分两路，其中一路接一体化平板式太阳能集热器的冷凝剂管的进端，另一路接室外空气源蒸发器(6)的进端，室外空气源蒸发器的出端通过第二止回阀(110)接在第一止回阀(10)与压缩机的进端之间；一体化平板式太阳能集热器(1)的水回路与第一水箱(I)连通，套管冷凝器的水回路与第二水箱(II)连通。

1.  一种一体化平板太阳能热泵热水装置，其特征在于该装置将制冷剂管路与平板太阳能集热器的热水管路结合成一体形成太阳能集热装置；其中，一体化平板式太阳能集热器(1)的冷凝剂管的出端通过第一止回阀(10)接压缩机(2)的进端，压缩机(2)的出端接套管冷凝器(3)的冷凝剂管的进端，套管冷凝器(3)的冷凝剂管的出端通过电磁阀(f)、电子膨胀阀(4)接三通阀(5)的进端；三通阀(5)的出端分两路，其中一路接一体化平板式太阳能集热器(1)的冷凝剂管的进端，另一路接室外空气源蒸发器(6)的进端，室外空气源蒸发器(6)的出端通过第二止回阀(110)接在第一止回阀(10)与压缩机(2)的进端之间；一体化平板式太阳能集热器(1)的水回路与第一水箱(I)连通，套管冷凝器(3)的水回路与第二水箱(II)连通。

2.  根据权利要求1所述的一体化平板太阳能热泵热水装置，其特征在于一体化平板太阳能集热器(1)将热泵热水装置的制冷剂管路与平板太阳能集热器的热水管路结合成一体形成太阳能集热装置；其中，平板太阳能集热器的热水管路包括集水管道(12)、分水管道(13)、热水管道(14)、集热翅片(15)，集水管道(12)、分水管道(13)、分别位于两侧，热水管道(14)位于集水管道(12)与分水管道(13)之间并将二者连通，在热水管道(14)的外侧面连接集热翅片(15)；热泵热水装置的制冷剂管路包括制冷剂管道(16)、阀门(17)、螺旋翅片(20)，其中，制冷剂管道(16)的外侧设有螺旋翅片(20)，并位于集水管道(12)、分水管道(13)、热水管道(14)中，阀门(17)位于制冷剂管道(16)的进口或出口处。

一体化平板太阳能热泵热水装置
技术领域
本发明是一种将传统的平板式太阳能热水器与热泵热水系统结合在一起的一体化系统，属于太阳能热利用范畴，太阳能热水器及热泵技术领域。
背景技术
太阳能热利用发展到今天，无论是在集热器的集热效率方面，或是在性价比方面都取得了巨大的进步。太阳能热水器在中国具有非常广阔的市场，并且随着能源危机的不断加剧，太阳能的利用受到了国家越来越大的重视。但是，太阳能利用的最不利因素在于太阳辐射的不稳定性，太阳能热水器无法保证随时随地的热水需要。当今市场上的太阳能热水器大多采用辅助电加热的方式弥补，这种对高位能源的不合理使用造成了巨大的浪费。
将热泵与太阳能热水器相结合，在太阳辐射不充足时，采用热泵系统制取热水，即能保持供热的稳定，又具有相对较高的制热效率，节能效果显著。目前研究较多的太阳能热水装置与热泵的结合主要有直接膨胀式和间接膨胀式两种，直接膨胀式太阳能热泵的集热器直接作为热泵系统蒸发器，制冷剂直接吸收太阳辐射蒸发；间接膨胀式太阳能热泵的集热器与蒸发器分开，制冷剂从集热器获得的热水中吸收热量蒸发。
直接膨胀式太阳能热泵结构紧凑，由于制冷剂吸热蒸发，集热板温度相对不高且分布均匀，集热效率能始终保持在较高水平，但是在太阳辐射很充足时，热泵也保持开启，造成了电能的浪费；间接膨胀式太阳能热泵，在太阳辐射很充足时可以直接产生热水使用，但用来给蒸发器提供热水时，输送管路上会有热量损失，而且集热效率会随着集热板温度的提高而明显降低。
将太阳能热水系统与热泵热水系统集合成一个系统，结合直接膨胀式与间接膨胀式概念为一体将是一种有意义的尝试。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种可以高效利用太阳辐射，将太阳能制热水与热泵制热水结合起来，从而实现高效节能制取热水的系统。
技术方案：本发明的一体化平板太阳能热泵热水装置将制冷剂管路与平板太阳能集热器的热水管路结合成一体形成太阳能集热装置；其中，一体化平板式太阳能集热器的冷凝剂管的出端通过第一止回阀接压缩机的进端，压缩机的出端接套管冷凝器的冷凝剂管的进端，套管冷凝器的冷凝剂管的出端通过电磁阀、电子膨胀阀接三通阀的进端；三通阀的出端分两路，其中一路接一体化平板式太阳能集热器的冷凝剂管的进端，另一路接室外空气源蒸发器的进端，室外空气源蒸发器的出端通过第二止回阀接在第一止回阀与压缩机的进端之间；一体化平板式太阳能集热器的水回路与第一水箱连通，套管冷凝器的水回路与第二水箱连通。
夏季，在设定的时间由温度检测装置检测热水箱I中的水温，用来控制制冷剂三通阀开度。若太阳辐射充分，水箱中的水温已经满足生活热水要求，则控制器维持热泵停机，系统以太阳能集热器直接吸收太阳辐射制取热水模式工作；若太阳辐射不充分，检测水温低于生活热水要求时，控制器使热泵开启，并调节三通阀门开度，使得一部分制冷剂流向热水管内的制冷剂管路，这部分制冷剂从已经被加热至一定温度的水中吸取热量蒸发，与在室外空气源蒸发器吸收室外环境空气热量蒸发的制冷剂混合，经压缩机压缩后在套管冷凝器中冷凝放热制取满足温度的热水；当阴雨天完全没有太阳辐射时，单独使用空气源热泵模式制取热水。
冬季，空气源蒸发器停用。由于冬季太阳辐射普遍不充足，直接接收太阳辐射能获得的热水温度往往无法满足要求，此时制冷剂全部流经一体化平板太阳能集热器的制冷剂管道，吸收管道外热水管中已经被加热至一定温度的热水的热量蒸发，经压缩机压缩，在套管冷凝器中冷凝放热，制取满足温度要求的热水。
一体化平板太阳能集热器将热泵热水装置的制冷剂管路与平板太阳能集热器的热水管路结合成一体形成太阳能集热装置；其中，平板太阳能集热器的热水管路包括集水管道、分水管道、热水管道、集热翅片，集水管道、分水管道、分别位于两侧，热水管道位于集水管道与分水管道之间并将二者连通，在热水管道的外侧面连接集热翅片；热泵热水装置的制冷剂管路包括制冷剂管道、阀门、螺旋翅片，其中，制冷剂管道的外侧设有螺旋翅片，并位于集水管道、分水管道、热水管道中，阀门位于制冷剂管道的进口或出口处。
有益效果：本发明的有益效果是：
1.将太阳能热水系统与热泵热水系统相结合，能够根据太阳辐射的不同以多种模式高效制取热水；
2.一体化平板太阳能集热器将制冷剂管道直接置于热水管道中，结构紧凑，同时避免了间接膨胀式太阳能热泵热水输送过程中的热损失；
3.在冬季太阳辐射普遍不充足，温度普遍较低的环境下，制冷剂直接从集热水管道中吸取热量，蒸发温度高于从环境中直接吸收热量，而且避免了空气源热泵在冬季蒸发器容易结霜的危险。
4.制冷剂从热水中直接吸收热量，使得在太阳辐射不充足情况下集热效率不至于因为集热板温度的逐渐升高而显著降低。
附图说明
图1是本发明的系统示意图。其中有：一体化平板式太阳能集热器1、压缩机2、套管冷凝器3、电子膨胀阀4、三通阀5、室外空气源蒸发器6、温度检测装置7、阀门开度控制器8、循环水泵9、第一止回阀10、第二止回阀110、电磁阀f。
图2是一体化平板式太阳能集热器的结构图。
图3是一体化平板式太阳能集热器正视图。其中有：玻璃盖板11、集水管道12、分水管道13、热水管道14、集热翅片15，制冷剂管道16、阀门17、控制装置18、保温材料19、螺旋翅片20。
具体实施方式
采用特殊设计的一体化平板太阳能集热器，通过控制制冷剂三通阀门调节集热器制冷管道中的制冷剂流量。夏季，在设定的时间(如每天下午6点)由温度检测装置检测集热水箱的温度。当太阳辐射充足，集热器直接吸收太阳辐射所产生的热水温度即能满足使用要求时，控制器使通往集热器制冷管道的阀门关闭，热泵停开，集热器直接吸收太阳能制取热水；当太阳辐射不充足，检测热水水温不能满足要求时，控制器使通往集热器制冷管道的阀门打开且调节其开度，使管道中有一定制冷剂，这部分制冷剂直接从热水管道中吸收热量蒸发，与在室外空气源蒸发器吸收室外环境空气热量蒸发的制冷剂混合，经压缩机压缩后在套管冷凝器中冷凝放热制取满足温度的热水；当阴雨天完全没有太阳辐射时，单独使用空气源热泵模式制取热水。
太阳能集热装置采用一体化平板太阳能集热器，在传统平板集热器的集热管道内部加设制冷剂管道，二者同轴布置。制冷剂管道外套螺旋翅片用来强化换热效果，能够有效的从水中吸取热量。
一体化平板太阳能热泵热水装置将制冷剂管路与平板太阳能集热器的热水管路结合成一体形成太阳能集热装置；其中，一体化平板式太阳能集热器1的冷凝剂管的出端通过第一止回阀10接压缩机2的进端，压缩机2的出端接套管冷凝器3的冷凝剂管的进端，套管冷凝器3的冷凝剂管的出端通过电磁阀f、电子膨胀阀4接三通阀5的进端；三通阀5的出端分两路，其中一路接一体化平板式太阳能集热器1的冷凝剂管的进端，另一路接室外空气源蒸发器6的进端，室外空气源蒸发器6的出端通过第二止回阀110接在第一止回阀10与压缩机2的进端之间；一体化平板式太阳能集热器1的水回路与第一水箱I连通，套管冷凝器3的水回路与第二水箱II连通。
一体化平板太阳能集热器1将热泵热水装置的制冷剂管路与平板太阳能集热器的热水管路结合成一体形成太阳能集热装置；其中，平板太阳能集热器的热水管路包括集水管道12、分水管道13、热水管道14、集热翅片15，集水管道12、分水管道13、分别位于两侧，热水管道14位于集水管道12与分水管道13之间并将二者连通，在热水管道14的外侧面连接集热翅片15；热泵热水装置的制冷剂管路包括制冷剂管道16、阀门17、螺旋翅片20，其中，制冷剂管道16的外侧设有螺旋翅片20，并位于集水管道12、分水管道13、热水管道14中，阀门17位于制冷剂管道16的进口或出口处。
采用特殊设计的一体化平板太阳能集热器，将平板集热器与制冷管道结合为一体，通过控制器控制制冷剂三通阀门开度，从而调节集热器制冷剂管道中的制冷剂流量。当压缩机停机时，三通阀门全部关闭，电磁阀及止回阀保证制冷剂基本上全部集中在压缩机吸气口，蒸发器及集热器中的制冷剂管道中几乎没有残留制冷剂。
夏季，在设定的时间(例如每天下午6点)由温度检测装置(7)检测集热水箱的温度。当太阳辐射充足，集热器直接吸收太阳辐射所产生的热水温度即能满足使用要求时，控制器(8)保持通往集热器制冷管道的阀门关闭，管道中无制冷剂，平板集热器通过直接吸收太阳能制取热水；当太阳辐射不充足，检测热水水温不能满足要求时，控制器使得通往集热器制冷管道的阀门打开且适当调节其开度，使管道中有一定流量的制冷剂，这部分制冷剂直接从热水管道中吸收热量，与在室外空气源蒸发器吸收室外环境空气热量蒸发的制冷剂混合，经压缩机压缩后在套管冷凝器中冷凝放热制取满足温度的热水；当阴雨天完全没有太阳辐射时，单独使用空气源热泵模式制取热水。
冬季，空气源蒸发器不再使用，通往空气源蒸发器的阀门关闭。由于冬季太阳辐射一般无法满足直接加热热水至需要温度，系统完全采用水源热泵方式制取热水。此时制冷剂全部流经集热器制冷剂管道，直接从热水管道中吸收热量蒸发，经压缩机压缩成高压制冷剂蒸汽进入套管冷凝器，在套管冷凝器中冷凝放热，产生较高温度的热水。冷凝后的制冷剂液体经电子膨胀阀节流降压，回到平板集热器中的制冷剂管道，完成热泵循环。
太阳能集热装置采用特殊设计的一体化平板太阳能集热器。这种集热器是在在传统平板集热器的集热热水管道内部加设制冷剂管道，二者同轴布置。制冷剂管道外采用螺旋翅片用来强化换热效果，能够有效的从已加热至一定温度的热水中吸取热量。整个集热器铺设有透明玻璃盖板，背部设有保温材料，能够最大限度的吸收太阳辐射，同时减少热量散失。
该系统充分的利用了太阳辐射制取热水，而且与热泵热水系统结合起来，能够根据太阳辐射的不同以多种模式制取热水。冬季利用已被太阳能加热的热水作为吸热热源，提高了蒸发温度，制热效率比空气源热泵热水系统有较大的提升，而且避免了空气源热泵从空气中吸热，蒸发器可能结霜的危险。同时在冬季太阳辐射普遍不强，温度通常较低的情况下，制冷剂的不断蒸发维持了吸热板在较低温度下，集热效率不至于很低。