專利名稱：一體化平板太陽能集熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是一種將傳統(tǒng)的平板式太陽能集熱器與熱泵熱水系統(tǒng)的制冷劑管道結合 為一體的集熱裝置，屬于太陽能熱利用范疇，太陽能集熱技術領域。
背景技術：
太陽能熱利用發(fā)展到今天，無論是在集熱器的集熱效率方面，或是在性價比方 面都取得了巨大的進步。太陽能熱水器在中國具有非常廣闊的市場，并且隨著能源 危機的不斷加劇，太陽能的利用受到了國家越來越大的重視。目前市場上常用的太 陽能集熱器主要有真空管式、平板式等。其中，平板式集熱器由于其結構因素易于 與建筑相結合并且可以承壓使用，發(fā)展前景廣闊。但存在熱損失較嚴重，隨著集熱 水溫的升高，集熱效率下降很快的問題。另外，由于太陽輻射的不穩(wěn)定，太陽能熱 水器無法保證隨時隨地的熱水需要。當今市場上的太陽能熱水器大多采用輔助電加 熱的方式彌補，這種對高位能源的不合理使用造成了巨大的浪費。
將熱泵與太陽能熱水器相結合，在太陽輻射不充足時，采用熱泵制取熱水，即 能保持供熱的穩(wěn)定，又具有相對較高的制熱效率，節(jié)能效果顯著。目前研究較多的 太陽能熱水裝置與熱泵的結合主要有直接膨脹式和間接膨脹式兩種，直接膨脹式太 陽能熱泵的集熱器直接作為熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器，制冷劑直接吸收太陽輻射蒸發(fā)；間接 膨脹式太陽能熱泵的集熱器與蒸發(fā)器分開，制冷劑從集熱器獲得的熱水中吸收熱量 蒸發(fā)。
直接膨脹式太陽能熱泵結構緊湊，由于制冷劑吸熱蒸發(fā)，集熱板溫度相對不高 且分布均勻，集熱效率能始終保持在較高水平，但是在太陽輻射很充足時，熱泵也 保持開啟，造成了電能的浪費；間接膨脹式太陽能熱泵，在太陽輻射很充足時可以 直接產(chǎn)生熱水使用，但用來給蒸發(fā)器提供熱水時，輸送管路上會有熱量損失，而且 集熱效率會隨著集熱板溫度的提高而明顯降低。
將平板太陽能集熱器與熱泵熱水系統(tǒng)的制冷劑管道結合為一體，制冷劑直接 從水中吸取熱量以減少輸送管路上的熱損，同時在環(huán)境溫度較低的情況下能維持集 熱效率不至于過低，是一種在集熱器結構和應用方面的有益嘗試。

發(fā)明內(nèi)容
技術問題本發(fā)明的目的是提供一種可以高效利用太陽輻射，將平板太陽能集 熱器與熱泵熱水系統(tǒng)的制冷劑管道結合為一體的集熱裝置，從而實現(xiàn)充分利用太陽 能，高效制取熱水的功能。
技術方案本發(fā)明的一體化平板太陽能集熱器，將熱泵熱水裝置的制冷劑管路 與平板太陽能集熱器的熱水管路結合成一體形成太陽能集熱裝置；其中，平板太陽 能集熱器的熱水管路包括集水管道、分水管道、熱水管道、集熱翅片，集水管道、 分水管道、分別位于上下兩側，熱水管道位于集水管道、分水管道之間并將二者連 通，在熱水管道的側面連接集熱翅片；熱泵熱水裝置的制冷劑管路包括制冷劑管道、 閥門、螺旋翅片，其中，制冷劑管道的外側設有螺旋翅片，并位于集水管道、分水 管道、熱水管道中，閥門位于制冷劑管道的進口或出口處。
熱水管道的內(nèi)壁是銅管，該銅管被上下兩片薄鋁翅片緊緊包裹在中間，集熱翅 片與銅管的接觸處用導熱膠粘連，集熱翅片呈波紋狀且翅片表面涂有高吸收低反射 率的涂料。制冷劑管道采用紫銅管制作，管外加工有鋁螺旋翅片，強化制冷劑與水 之間的換熱；制冷劑管道安裝在熱水管道軸心處，同程式布置平衡各個流道阻力， 使得分配在每根管道里的制冷劑量基本相同，這種設計能夠使制冷劑蒸發(fā)均勻，使 得集熱溫度也能相對均勻。
制冷劑管道安裝在熱水管道軸心處，同程式布置平衡各個流道阻力，使得分配 在每根管道里的制冷劑量基本相同，這種設計能夠使制冷劑蒸發(fā)均勻，使得集熱溫 度也能相對均勻。制冷劑管道通過制冷劑總管與集熱器外框架結合來固定，閥門安 裝在制冷劑總管上，控制裝置接收溫度型號，控制閥門開度。頂部安裝單層玻璃蓋 板，背部安裝保溫材料，最大程度的減少熱量散失，維持集熱效率。
夏季，太陽輻射充足時，控制器關閉制冷劑管道閥門，太陽能集熱器直接利用 太陽輻射獲取熱水；若太陽輻射不充分，控制器調節(jié)閥門開度，使得制冷劑流向熱 水管內(nèi)的制冷劑管路， 一體化集熱器與熱泵熱水系統(tǒng)聯(lián)合使用，啟動熱泵循環(huán)。制 冷劑從水中吸取熱量蒸發(fā)，在熱泵熱水器冷凝端制取滿足溫度的熱水。
冬季太陽輻射普遍不充足，制冷劑管道闊門常開。熱泵熱水器以該集熱器積 蓄的熱水作為熱源，制冷劑吸收管道外熱水管中已經(jīng)被加熱至一定溫度的熱水的熱 量蒸發(fā)，經(jīng)壓縮機壓縮，在冷凝端冷凝放熱，制取滿足溫度要求的熱水。
有益效果本發(fā)明的有益效果是
1.將平板太陽能集熱器與熱泵熱水系統(tǒng)制冷劑管道結合為一體，結構新穎緊
4湊，避免了間接膨脹式太陽能熱泵熱水輸送過程中的熱損失，特別適合與熱泵熱水 系統(tǒng)聯(lián)合使用；
2. 在冬季太陽輻射普遍不充足，溫度普遍較低的環(huán)境下，制冷劑直接從集熱水 管道中吸取熱量，蒸發(fā)溫度高于從環(huán)境中直接吸收熱量，而且避免了空氣源熱泵熱 水裝置在冬季蒸發(fā)器容易結霜的危險。
3. 制冷劑從熱水中直接吸收熱量，使得集熱效率不會因為集熱板溫度的升高而 顯著降低。在太陽輻射普遍不足，環(huán)境溫度普遍較低的冬季效果尤為顯著。


圖1是一體化平板式太陽能集熱器的結構圖。其中有玻璃蓋板1、集水管道2、 分水管道3、熱水管道4、集熱翅片5、制冷劑管道6、閥門7、控制裝置8、保溫材 料9、螺旋翅片IO。
圖2是一體化平板式太陽能集熱器的正視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明一體化平板太陽能集熱器由玻璃蓋板、集水管道、分水管道、熱水管道、 集熱翅片、制冷劑管道、.閥門、控制裝置、保溫材料、螺旋翅片等部分組成。
將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽能集熱器的熱水管路結合成一體形成 太陽能集熱裝置；其中，平板太陽能集熱器的熱水管路包括集水管道2、分水管道3、 熱水管道4、集熱翅片5，集水管道2、分水管道3、分別位于上下兩側，熱水管道 4位于集水管道2、分水管道3之間并將二者連通，在熱水管道4的側面連接集熱翅 片5;熱泵熱水裝置的制冷劑管路包括制冷劑管道6、閥門7、螺旋翅片IO，其中，
制冷劑管道6的外側設有螺旋翅片10，并位于集水管道2、分水管道3、熱水 管道4中，閥門7位于制冷劑管道6的進口或出口處。
一體化平板太陽能集熱器的熱水管道4采用銅管，每根熱水銅管被上下兩片薄 鋁翅片5緊緊包裹在中間，翅片與銅管的接觸處用導熱膠粘連，翅片經(jīng)過處理呈波 紋狀且翅片表面涂有高吸收低反射率的涂料。能滿足最大限度的吸收太陽輻射的要 求，同時保持翅片與銅管之間的高導熱系數(shù)，使得太陽輻射能能夠快速有效的傳遞 到熱水管道。制冷劑管道6釆用紫銅管制作，管外加工有鋁螺旋翅片10，強化制冷 劑與水之間的換熱。制冷劑管道安裝在熱水管道軸心處，同程式布置平衡各個流道 阻力，使得分配在每根管道里的制冷劑量基本相同，這種設計能夠使制冷劑蒸發(fā)均
5勻，使得集熱溫度也能相對均勻。制冷劑管道通過制冷劑總管與集熱器外框結合來 固定，閥門7安裝在總管上，控制裝置8接收溫度型號，控制閥門開度。
整個集熱器頂部鋪設有透明玻璃蓋板l，背部設有保溫材料9，能夠最大限度的 吸收太陽輻射，同時減少熱量散失。
制冷劑管道上的閥門7由控制裝置8調節(jié)其開度，可以與熱泵熱水系統(tǒng)聯(lián)合起 來使用。夏季，太陽輻射充足時，控制器關閉制冷劑管道閥門，管內(nèi)無制冷劑流通， 太陽能集熱器直接利用太陽輻射獲取熱水；若太陽輻射不充分，直接利用太陽輻射 獲得的熱水無法滿足溫度要求時，控制器調節(jié)閥門開度，使得制冷劑流向熱水管內(nèi) 的制冷劑管路， 一體化集熱器與熱泵熱水系統(tǒng)聯(lián)合使用，啟動熱泵循環(huán)。制冷劑從 水中吸取熱量蒸發(fā)，在熱泵熱水器冷凝端制取滿足溫度的熱水。
冬季太陽輻射普遍不充足，直接接收太陽輻射能獲得的熱水溫度往往無法滿足
要求，此時制冷劑管道閥門常開。熱泵熱水器以該集熱器積蓄的熱水作為熱源，制 冷劑吸收管道外熱水管中已經(jīng)被加熱至一定溫度的熱水的熱量蒸發(fā)，經(jīng)壓縮機壓縮， 在冷凝端冷凝放熱，制取滿足溫度要求的熱水，完成熱泵循環(huán)。
該一體化平板太陽能集熱器能充分利用太陽輻射制取熱水。冬季利用已被太陽 能加熱的熱水作為吸熱熱源，提高了蒸發(fā)溫度，制熱效率得以提升，而且避免了空 氣源熱泵熱水器從空氣中吸熱，蒸發(fā)器有可能結霜的危險。同時在冬季太陽輻射普 遍不強，溫度通常較低的情況下，制冷劑的不斷蒸發(fā)維持了吸熱板在較低溫度下， 吸熱效率不至于很低。
權利要求
1. 一種一體化平板太陽能集熱器，其特征在于將熱泵熱水裝置的制冷劑管路與平板太陽能集熱器的熱水管路結合成一體形成太陽能集熱裝置；其中，平板太陽能集熱器的熱水管路包括集水管道(2)、分水管道(3)、熱水管道(4)、集熱翅片(5)，集水管道(2)、分水管道(3)、分別位于兩側，熱水管道(4)位于集水管道(2)與分水管道(3)之間并將二者連通，在熱水管道(4)的外側面連接集熱翅片(5)；熱泵熱水裝置的制冷劑管路包括制冷劑管道(6)、閥門(7)、螺旋翅片(10)，其中，制冷劑管道(6)的外側設有螺旋翅片(10)，并位于集水管道(2)、分水管道(3)、熱水管道(4)中，閥門(7)位于制冷劑管道(6)的進口或出口處。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一體化平板太陽能集熱器，其特征在于熱水管道(4) 的內(nèi)壁是銅管，該銅管被上下兩片薄鋁翅片緊緊包裹在中間，集熱翅片(5)與銅管 的接觸處用導熱膠粘連，集熱翅片(5)呈波紋狀且翅片表面涂有高吸收低反射率的 涂料。
3. 根據(jù)權利要求1所述的一體化平板太陽能集熱器，其特征在于制冷劑管道 (6)采用紫銅管制作，管外加工有鋁螺旋翅片(10)，強化制冷劑與水之間的換熱；制冷劑管道安裝在熱水管道(4)軸心處，同程式布置平衡各個流道阻力，使得分配 在每根管道里的制冷劑量基本相同，這種設計能夠使制冷劑蒸發(fā)均勻，使得集熱溫 度也能相對均勻。
全文摘要
一體化平板太陽能集熱器將普通平板式太陽能集熱器與熱泵熱水系統(tǒng)的蒸發(fā)器制冷劑管道結合為一體，二者同軸布置，充分利用太陽輻射能。其中，平板太陽能集熱器的熱水管路的集水管道(2)、分水管道(3)、分別位于上下兩側，熱水管道(4)位于集水管道(2)、分水管道(3)之間并將二者連通，在熱水管道(4)的側面連接集熱翅片(5)；熱泵熱水裝置的制冷劑管路中，制冷劑管道(6)的外側設有螺旋翅片(10)，并位于集水管道(2)、分水管道(3)、熱水管道(4)中，閥門(7)位于制冷劑管道(6)的進口或出口處。與熱泵熱水系統(tǒng)聯(lián)合使用，在太陽輻射充分時，直接吸收太陽輻射能制取熱水；太陽輻射不充足時，利用熱泵循環(huán)高效制取熱水。
文檔編號F28F21/08GK101498514SQ20091002496
公開日2009年8月5日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權日2009年2月27日
發(fā)明者張小松, 磊 楊 申請人:東南大學