專利名稱：集熱器蓄熱器蒸發(fā)器三位一體太陽能熱泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從太陽全射輻射采熱并利用相變蓄熱的太陽能熱泵。
太陽能集熱器當集熱溫度較高時，環(huán)境熱損較大，導致集熱效率降低。此外在采暖地區(qū)，僅靠房屋陽面一個開間的采光面積，太陽能集熱器只能提供2/5進深面積的采暖供熱，其余3/5進深面積的采暖供熱，需靠電能補充。而采用太陽能熱泵可用1/8-2/5的電能，就可提供全進深面積的采暖供熱；因此，只有使太陽能集熱技術(shù)和熱泵技術(shù)相結(jié)合，才有可能把太陽能集熱技術(shù)更深層次地引向市場。
太陽能熱泵遲遲未能商業(yè)化的原因在于太陽能的瞬時性和晝夜間斷，決定了太陽能熱泵技術(shù)的實用化，必須以綜合利用太陽能集熱技術(shù)、蓄熱技術(shù)和熱泵技術(shù)為前提；然而現(xiàn)有太陽能熱泵只是把太陽能集熱器、蓄熱器等，通過熱媒循環(huán)系統(tǒng)分別與熱泵的蒸發(fā)器或冷凝器相聯(lián)，從而無疑增加了換熱器臺數(shù)、中間換熱環(huán)節(jié)和熱媒循環(huán)系統(tǒng)，使制造成本提高，并降低系統(tǒng)的供熱系數(shù)。
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種集熱器、蓄熱器、蒸發(fā)器三位一體的太陽能熱泵。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案，包括在漫反射板上設(shè)有多根平行相間的太陽能真空集熱管，其內(nèi)的金屬翼片中設(shè)有高效導熱管，這些高效導熱管的高端均插入外設(shè)保溫材料、內(nèi)部盛滿水的保溫箱內(nèi)，其特征在于在上述保溫箱殼體內(nèi)的水中，同時均勻布置著內(nèi)有制冷劑從下向上流過的蒸發(fā)管和內(nèi)存相變工質(zhì)的相變蓄熱管，其中蒸發(fā)管伸出保溫箱的高端接口和低端接口順次與壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥連接成熱泵循環(huán)回路。所說的高效導熱管可以是普通熱管，此時必須下熱上冷設(shè)置；也可是導熱系數(shù)遠高于普通熱管的無機熱傳導管，此時下熱上冷或水平設(shè)置均可。所說的金屬翼片，其形狀可以是Ω形，也可是X形；其材料可以是鋁、銅、鐵或其合金。所說的相變蓄熱管和蒸發(fā)管可以是直管，也可是螺旋盤管。所說的相變工質(zhì)可以是各種結(jié)晶水合鹽、各種石蠟、各種酯酸的一種，或其混合物。所說的漫反射板可以是平面反射板，也可由每根太陽能真空集熱管下面的V形反射面或復合拋物狀反射面組合而成。
本發(fā)明的工作原理結(jié)合附圖1、附圖2和附圖3說明如下白天，太陽全射輻射直接和經(jīng)漫反射板2反射后，被太陽能真空集熱管1內(nèi)壁外表面的選擇性涂層吸收，然后內(nèi)壁內(nèi)表面主要通過與其彈性緊連接的金屬翼片3的導熱作用，把太陽能集熱傳遞給高效導熱管4的下端，其上端插入保溫箱5內(nèi)，通過對流方式最終把太陽能集熱釋放給保溫箱5中的水6，相變蓄熱管7和蒸發(fā)管8浸泡在保溫箱5內(nèi)的水6中，蒸發(fā)管8沿熱泵循環(huán)方向順次與壓縮機9、冷凝器10和節(jié)流閥11相聯(lián)，構(gòu)成熱泵循環(huán)，以把蒸發(fā)管8從水6中吸收的一部分太陽能集熱，連續(xù)泵給冷凝器10中的熱媒；與此同時水6還通過對流方式把吸收的另一部分太陽能集熱傳遞給相變蓄熱管7，使其中的相變工質(zhì)溶解吸熱和蓄熱，以在夜晚沒有太陽時，再由相變蓄熱管7中發(fā)生凝固放熱，并經(jīng)過水6的兩次對流作用把相變蓄熱提供給蒸發(fā)管8。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下1、它第一次把太陽能熱利用技術(shù)中的集熱器、蓄熱器和熱泵技術(shù)中的蒸發(fā)器，通過高效導熱管、相變蓄熱管、蒸發(fā)管，整合到一個保溫箱殼體內(nèi)的水中，從而既減少了換熱環(huán)節(jié)，也省去了熱媒循環(huán)系統(tǒng)，使制造成本降低；2、由于本發(fā)明通過太陽能真空集熱管、高效導熱管、相變蓄熱管、保溫箱等的集熱、蓄熱和保溫的共同作用，可把熱泵蒸發(fā)溫度相對于環(huán)境溫度提高并維持在0-40℃之間的某一范圍，加之通過減少中間換熱環(huán)節(jié)和環(huán)境熱損，提高了熱泵供熱系數(shù)；3、由于熱泵的采熱要求和相變蓄熱過程，可把太陽能集熱溫度從常規(guī)的50-90℃，降低至0-40℃，這個更接近于環(huán)境的溫度，從而通過減少其環(huán)境熱損，以及水的良好熱傳遞特性，把本發(fā)明中太陽能集熱器的集熱效率從現(xiàn)有的62％進一步提高，從而使本發(fā)明在系統(tǒng)的水平上更有效地利用太陽能；4、把相變工質(zhì)填充于蓄熱管內(nèi)，既可減輕由于其導熱系數(shù)低和凝固收縮時產(chǎn)生空氣間隙所對蓄熱、放熱速率的影響，也可提高保溫箱內(nèi)的蓄熱密度，使其體積減??；5、水作為保溫箱內(nèi)具有良好熱傳遞特性的熱媒體，使高效導熱管的放熱、相變蓄熱管的蓄熱一放熱、蒸發(fā)管的吸熱等換熱環(huán)節(jié)均維持高效，從而通過減小換熱溫差，再次提高本發(fā)明的系統(tǒng)供熱系數(shù)；6、水的高比熱、高溶解熱及0℃溶點的熱物理特性，使其在嚴寒地區(qū)既可利用顯熱蓄熱，也可利用相變蓄熱，從而在相變工質(zhì)和水的溶點下，分別于相變蓄熱管內(nèi)和保溫箱中發(fā)生兩次相變，成為雙溫相變蓄熱管箱，從而確保本發(fā)明中蒸發(fā)管的采熱溫度不致低于0℃。


附圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖2為本發(fā)明實施例的剖面圖。
附圖3為本發(fā)明實施例中太陽能集熱器的剖面圖。
本發(fā)明提出的集熱器、蓄熱器、蒸發(fā)器三位一體太陽能熱泵的一個實施例如附圖1、附圖2和附圖3所示，現(xiàn)說明如下兩邊各有一塊11個V形鋁板組合成的漫反射板上，共設(shè)有22根長1.5m、外徑50mm、平行相間50mm的太陽能真空集熱管，其內(nèi)的Ω形鋁翼片中各設(shè)有一根長1.6m、外徑8mm的無機熱傳導管，所有這些與太陽能真空集熱管同心的無機熱傳導管均以5度角兩邊向下傾斜，而中間高端均插入外設(shè)保溫材料、內(nèi)部盛滿水，且高3.0m、內(nèi)徑380mm的垂直保溫箱內(nèi)，在上述保溫箱殼體內(nèi)的水中，均勻布置著一根內(nèi)徑10mm、有制冷劑從下向上流過的螺旋蒸發(fā)盤管，以及16根內(nèi)徑15mm、填有40℃溶點石蠟的相變蓄熱直管，其中蒸發(fā)盤管伸出保溫箱的高端接口和低端接口順次與壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥連接成熱泵循環(huán)回路。本發(fā)明實施例在太陽全射輻射強度日平均值700W/m2、日照時間8小時、日平均環(huán)境氣溫-20℃的氣象條件下，供熱溫度為60℃時，可實現(xiàn)晝夜24小時平均供熱功率539W，供熱系數(shù)達5.0，所需耗電功率為108W。
權(quán)利要求
1.一種集熱器、蓄熱器、蒸發(fā)器三位一體太陽能熱泵，包括在漫反射板(2)上設(shè)有多根平行相間的太陽能真空集熱管(1)，其內(nèi)的金屬翼片(3)中設(shè)有高效導熱管(4)，這些高效導熱管(4)的高端均插入外設(shè)保溫材料、內(nèi)部盛滿水(6)的保溫箱(5)內(nèi)，其特征是在上述保溫箱(5)殼體內(nèi)的水(6)中，同時均勻布置著內(nèi)有制冷劑從下向上流過的蒸發(fā)管(8)和內(nèi)存相變工質(zhì)的相變蓄熱管(7)，其中蒸發(fā)管(8)伸出保溫箱(5)的高端接口和低端接口順次與壓縮機(9)、冷凝器(10)、節(jié)流閥(11)連接成熱泵循環(huán)回路。
2.如權(quán)利要求1、所述的太陽能熱泵，其特征在于高效導熱管(4)可以是普通熱管，此時必須下熱上冷設(shè)置；也可是導熱系數(shù)遠高于普通熱管的無機熱傳導管，此時下熱上冷或水平設(shè)置均可。
3.如權(quán)利要求1、所述的太陽能熱泵，其特征在于金屬翼片(3)的形狀可以是Ω形，也可是X形；材料可以是鋁、銅、鐵或其合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從太陽全射輻射采熱并利用相變蓄熱的太陽能熱泵。在漫反射板上設(shè)有多根平行相間的太陽能真空集熱管,其內(nèi)的金屬翼片中設(shè)有高效導熱管,其高端均插入內(nèi)部盛滿水且均勻布置蒸發(fā)管和相變蓄熱管的保溫箱中,蒸發(fā)管伸出保溫箱的高端和低端順次與壓縮機、冷凝器、節(jié)流閥連接成熱泵循環(huán)回路。本發(fā)明減少換熱環(huán)節(jié),省去熱媒循環(huán)系統(tǒng),降低制造成本,提高供熱系數(shù),有效利用太陽能,提高蓄熱密度,確保采熱溫度不低于0℃。
文檔編號F25B30/06GK1318724SQ00137579
公開日2001年10月24日 申請日期2000年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者侴喬力, 王志強, 劉殿銘, 張選施, 李子智, 刀鑫剛, 權(quán)田 申請人:大連冰山集團有限公司