專利名稱：太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵熱水器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及太陽利用裝置，特別涉及利用太陽能的熱泵裝置，具體是一種太陽 能-空氣-地能三熱源型熱泵熱水器。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，用于采暖、空調及制取生活用熱水方面 的能耗占能源總量的比例越來越大。為此，大力開發(fā)和有效利用可再生能源已成為各國的 優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略?？諝庠礋岜靡钥諝庾鳛槔錈嵩矗Y構簡單，安裝使用方便，可以充分利用空氣中的 能源，是一種高效、節(jié)能的空調設備。但在冬季室外氣溫過低時，空氣源熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)溫度 過低，COP (性能系數)急劇下降，系統(tǒng)能耗升高，甚至不能正常啟動，不能滿足正常供暖要 求。地源熱泵是一種高效節(jié)能裝置，具有環(huán)保、節(jié)能、經濟、可靠等顯著的優(yōu)點。地源熱 泵利用地下水、地下土壤、江河湖泊水中的熱量作為熱泵空調系統(tǒng)的冷熱源，充分利用地熱 能這一可再生能源，實現(xiàn)熱泵空調系統(tǒng)全年的高效運行。但地源熱泵仍然存在地下水回灌 困難，地下水循環(huán)量大，循環(huán)水泵能耗較高，地下埋管過多等問題。太陽能作為擁有巨大應用前景和市場的可再生清潔能源，其開發(fā)和有效利用越來 越受到廣泛的重視。太陽能以其取之不盡、廉價、安全、無需運輸、清潔無污染等特點受到人 們的重視，但由于太陽能受季節(jié)和天氣影響較大、熱流密度低，導致各種形式的太陽能直接 利用系統(tǒng)在應用中受到一定的限制。太陽能熱泵將太陽能集熱技術與熱泵技術有機集成， 可同時提高太陽能集熱效率和熱泵系統(tǒng)性能。目前清潔能源的利用方面，大多為太陽能_空氣能源相結合。中國發(fā)明專利“太陽 能-空氣熱泵熱水器”(申請日2003年8月28日，授權公告日2008年8月28日，授權公 告號CN 100398936C)公開了一種太陽能-空氣熱泵熱水器，由太陽能集熱板、空調風扇、 通風口、殼體等部件組成，將太陽能集熱器和空氣換熱器以緊湊結構形式組合起來，該發(fā)明 中需要獨立的太陽能集熱板，使得整個熱泵結構復雜。也有采用太陽與地能相結合的，中 國實用新型專利“太陽能一地源熱泵空調熱水設備”(申請日2003年10月11日，申請?zhí)?200320101152. 8，授權公告號CN 2748843Y)公開了一種太陽能一地源熱泵空調熱水設備， 結構上是在己有的熱泵熱水設備基礎上，增設太陽能集熱管蒸發(fā)器和地下放熱器以利用太 陽能和地能。中國發(fā)明專利“一種利用多種自然環(huán)保能源的空調裝置”(申請日2007年1月 25日，授權公告日2009年3月11日，授權公告號CN 100467964C)公開的技術方案中，將太 陽能、空氣能和地能綜合利用，但其中針對三種能源分別有設一套換熱系統(tǒng)，結構復雜，管 路較多，而且能量不集中，不利于提高使用效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，所述的這
3種太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵熱水器要解決現(xiàn)有技術中太陽能_空氣熱源熱泵結構 復雜、容易出故障的技術問題。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的包括壓縮機、換熱器、蓄熱水箱、節(jié) 流閥、熱水換熱盤管和連接管路，所述換熱器是太陽能-空氣-地能三熱源換熱器，太陽 能-空氣-地能三熱源換熱器的一個接口及熱水換熱盤管的一個接口通過壓縮機相連接， 太陽能-空氣-地能三熱源換熱器的另一個接口及熱水換熱盤管的另一個接口通過節(jié)流閥 相連接，熱水換熱盤管設于蓄熱水箱內，蓄熱水箱設有補水口和熱水供水口，該太陽能_空 氣-地能三熱源換熱器包括外套管、穿設在外套管內的內套管、與外套管外壁相結合的翅 片，以及設于外套管和翅片外表面上的太陽能輻射吸收性涂層，內套管的外徑小于外套管 的內徑，內套管外壁與外套管內壁之間的環(huán)形空間構成熱泵工質通道，內套管與來自地能 儲能庫的液態(tài)熱源的管路相連通，翅片之間的間隙構成空氣熱源通道。所述太陽能_空氣-地能三熱源換熱器為套片式結構，翅片呈長方形薄板，相鄰兩 塊翅片之間設有間隙，翅片層疊構成該太陽能-空氣雙熱源換熱器的外形，外套管呈S形彎 曲穿設于翅片之間。所述太陽能-空氣-地能三熱源換熱器為繞片式結構，其外套管呈S形彎曲，翅片 套設于外套管外側。在太陽能-空氣-地能三熱源換熱器上設有風機，風機位于太陽能-空氣雙熱源 換熱器的一側。太陽能輻射吸收性涂層通過電鍍方法設于外套管和翅片外表面。太陽能輻射吸收性涂層通過噴涂或涂刷方法設于外套管和翅片外表面。單個翅片呈圓環(huán)形薄片。本發(fā)明和已有技術相比，其效果是積極和明顯的。本太陽能-空氣-地能三熱源型 熱泵空調機組只使用一個太陽能-空氣-地能三熱源換熱器即可實現(xiàn)同時從太陽輻射、空 氣和地能中獲取熱量，在外套管和翅片外表面涂太陽能輻射吸收性涂層，取代了傳統(tǒng)的太 陽能集熱器，一方面簡化了換熱器結構，另一方面也簡化了管路結構，提高熱泵的可靠性， 將太陽能集熱技術、空氣源熱泵技術和地源熱泵技術進行了科學合理的結合，并將氣態(tài)熱 源換熱器與液態(tài)熱源換熱器合二為一，設計成一體式結構的太陽能-空氣-地能三熱源復 合型換熱器，使整個系統(tǒng)對太陽能、空氣熱源和地能的利用方式更加靈活多變，在進行熱泵 循環(huán)時，通過對管路上閥門的控制，太陽能-空氣-地能三熱源換熱器既可以同時利用太陽 能、空氣、地能作為熱泵的熱源，又可以單獨利用太陽能、空氣、地能作為熱泵的熱源，還可 以任意選擇上述三者中的二者作為熱泵熱源，因此，該系統(tǒng)可顯著提高熱泵工作效率。當采 用套片式結構時，由多個長方形薄板翅片以一定間隔層疊構成，這時，換熱管呈S形穿設于 翅片中，這樣相鄰兩塊翅片之間的間隙構成空氣氣流通道。當采用繞片式結構時，采用尺寸 較小的翅片，多個翅片套設于換熱管上，再隨換熱管彎曲呈S形，翅片之間的間隙形成上下 空氣流通道。


圖1是本發(fā)明的工作原理圖。圖2是本發(fā)明實施例1的太陽_空氣-地能三熱源換熱器主視圖。
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圖3是圖2的左視圖。圖4是圖2的右視圖。圖5是本發(fā)明實施例2的太陽_空氣-地能三熱源換熱器主視圖。圖6是圖5的左視圖。圖7是圖6的右視圖。
具體實施例方式下面結合附圖通過實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。實施例1
如圖1、圖2、圖3和圖4所示，圖1中省去了補水管路和熱水供水管路、地能儲能部分 以工作必須的閥門組件，在本實施例中，該太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，包括 壓縮機1，換熱器2，蓄熱水箱3，熱水換熱盤管4，節(jié)流閥5及連接管路；其中換熱器2熱泵 工質通道的一個接口及熱水換熱盤管4的一個接口通過壓縮機1相連接，換熱器2熱泵工 質通道的另一個接口及熱水換熱盤管4的另一個接口通過節(jié)流閥5相連接；所述熱水換熱 盤管4置于蓄熱水箱3內，蓄熱水箱3設置有補水口和熱水供水口，熱水供水管13與熱水供 水口相連接，向用戶供熱水，補水管14與補水口相連接，由自來水網向蓄熱水箱3補充水。 所述換熱器2為帶高效太陽能輻射熱吸收性涂層的太陽能_空氣-地能三熱源換熱器，它 包括外套管6、穿裝在外套管管腔中的內套管10、與外套管6外壁相結合的翅片7、以及外套 管6外表面及翅片7外表面電鍍的黑色太陽能輻射吸收性涂層；所述內套管10外徑小于外 套管6的孔徑，并由內套管10外壁與外套管6內壁之間的環(huán)型空間構成熱泵工質通道8，內 套管10的管腔構成液態(tài)熱源通道11 ；外套管6外壁與翅片7之間構成氣態(tài)熱源通道9，帶 太陽能輻射吸收性涂層的外套管6外表面與翅片7外表面構成太陽能熱源的吸附表面。熱 泵工質可以同時吸收氣態(tài)熱源、液態(tài)熱源的熱量和外套管6外表面及翅片7外表面的太陽 能輻射吸收性涂層吸收的太陽輻射能熱量。本實施例中的地能通過液態(tài)水為媒介來利用，圖1沒有畫出地能儲能庫和相關和 管路，地能儲能庫可采用現(xiàn)有的人防工程或廢棄的礦山工程建設而成，或由天然地下巖洞 建設而成，或由人工地下爆破建成，庫壁由鋼筋混凝土襯砌而成，為了增加地下儲蓄冷熱能 庫的密封保溫性，在襯砌層內側設保溫層，保溫層內側設密封層，通過水泵和閥門使水流經 儲能庫，從儲能庫出來的水通過地能供水管15與換熱器的內套管6相連通，進行熱交換后， 成為從地能回水管16又流回儲能庫再次進行交換。通過對管路上閥門的控制，本太陽能-空氣-地能三熱源熱泵空調機組的熱泵工 質既可以同時利用太陽能、空氣、地能的能量，又可以單獨利用太陽能、空氣或地能，還可以 任意選擇上述三者中的二者。所述太陽能_空氣-地能三熱源換熱器2為套片式結構，翅片7呈長方形薄板，相 鄰兩塊翅片7之間設有間隙構成空氣熱源通道9，翅片層疊構成該太陽能-空氣-地能三熱 源換熱器的外形，外套管6呈S形彎曲穿設于翅片之間，在換熱器2 —側設有風機12，以加 強空氣流動，充分利用空氣熱源。由于翅片和外套管外表面鍍有太陽能輻射吸收性涂層，該 太陽能輻射吸收性涂層對太陽輻射有較強的吸收作用，可充分吸收太陽能，不需要采用太 陽能集熱器，簡化了換熱器的結構，以及管路結構。
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本發(fā)明中的壓縮機1可選定頻壓縮機或變頻壓縮機，可使用現(xiàn)有的常用工質和新 型環(huán)保工質做冷媒。本發(fā)明的工作流程如下
熱泵工質由壓縮機1壓縮，經管路至熱水換熱盤管4，向蓄熱水箱3中待加熱的水釋放 熱量后，經節(jié)流閥5進入三熱源復合型換熱器2，同時或單獨吸收氣態(tài)熱源、液態(tài)熱源的熱 量及外套管6外表面及翅片7外表面的太陽能輻射吸收性涂層吸收的太陽能熱量后，進入 壓縮機1進入下一循環(huán)。蓄熱水箱3中的熱水經熱水供水口流出，待加熱的水經補水口進 入蓄熱水箱3。實施例2
如圖1、圖5、圖6和圖7所示，本實施例與實施例1區(qū)別在于，其所述太陽能-空氣-地 能三熱源換熱器為繞片式結構，其外套管6呈S形彎曲，多個圓環(huán)形翅片7套設于外套管外 側，上、下相鄰兩層翅片為分離結構，上、下相鄰兩層翅片中的單個翅片呈上下對齊，構成空 氣流動通道。除了上述方案之外，本發(fā)明的多處結構還可以許多變形。比如，太陽能-空氣-地 能三熱源換熱器的外形也可以采用其它形式，不必是方形，這可通過改變實施例1中翅片 的形狀，以及實施例2中翅片的排列方式即可，同時，翅片還可設置呈一定造型，以便于空 氣流動，提高換熱效率。翅片和外套管外表面的太陽能輻射吸收性涂層也可以采用其它具 有較好太陽輻射吸收性能的顏色，比如褐色，也可以通過噴涂或涂刷的方式涂覆于翅片和 外套管外表面。
權利要求
一種太陽能 空氣 地能三熱源型熱泵熱水器，包括壓縮機(1)、換熱器(2)、蓄熱水箱(3)、節(jié)流閥(5)、熱水換熱盤管(4)和連接管路，其特征在于所述換熱器(2)是太陽能 空氣 地能三熱源換熱器(2)，太陽能 空氣 地能三熱源換熱器(2)的一個接口及熱水換熱盤管(4)的一個接口通過壓縮機(1)相連接，太陽能 空氣 地能三熱源換熱器(2)的另一個接口及熱水換熱盤管(4)的另一個接口通過節(jié)流閥(5)相連接，熱水換熱盤管(4)設于蓄熱水箱(3)內，蓄熱水箱(3)設有補水口和熱水供水口，該太陽能 空氣 地能三熱源換熱器(2)包括外套管(6)、穿設在外套管(6)內的內套管(10)、與外套管外壁相結合的翅片(7)，以及設于外套管(6)和翅片(7)外表面上的太陽能輻射吸收性涂層，內套管(10)的外徑小于外套管(6)的內徑，內套管(10)外壁與外套管(6)內壁之間的環(huán)形空間構成熱泵工質通道(8)，內套管(10)與來自地能儲能庫的液態(tài)熱源的管路相連通，翅片(7)之間的間隙構成空氣熱源通道。
2.如權利要求1所述的太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，其特征在于所述 太陽能_空氣-地能三熱源換熱器(2)為套片式結構，翅片(7)呈長方形薄板，相鄰兩塊翅 片(7)之間設有間隙，翅片(7)層疊構成該太陽能_空氣雙熱源換熱器(2)的外形，外套管 (6)呈S形彎曲穿設于翅片之間。
3.如權利要求1所述的太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，其特征在于所述 太陽能_空氣-地能三熱源換熱器(2)為繞片式結構，其外套管(6)呈S形彎曲，翅片(7) 套設于外套管(6)外側。
4.如權利要求1或2或3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，其特征在 于在太陽能_空氣-地能三熱源換熱器(2)上設有風機(12)，風機(12)位于太陽能-空 氣雙熱源換熱器的一側。
5.如權利要求1或2或3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，其特征在 于太陽能輻射吸收性涂層通過電鍍方法設于外套管(6)和翅片(7)外表面。
6.如權利要求1或2或3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，其特征在 于太陽能輻射吸收性涂層通過噴涂或涂刷方法設于外套管(6)和翅片(7)外表面。
7.如權利要求3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵熱水器，其特征在于單個 翅片(7)呈圓環(huán)形薄片。
全文摘要
一種太陽能-空氣-地能三熱源熱泵熱水器，包括壓縮機、蓄熱水箱、節(jié)流閥、熱水換熱盤管和連接管路，換熱器是太陽能-空氣-地能三熱源換熱器，太陽能-空氣-地能三熱源換熱器包括外套管、穿設在外套管內的內套管、與外套管外壁相結合的翅片，以及設于外套管和翅片外表面上的太陽能輻射吸收性涂層。本發(fā)明只使用一個太陽能-空氣-地能三熱源換熱器，在使熱泵機組的供熱性能系數COP和運行穩(wěn)定性明顯提高的同時，使系統(tǒng)組成更為簡化，可單獨利用太陽能、空氣和地能三種可再生清潔能源，又可同時利用太陽能、空氣、地能任意兩種或同時利用該三種可再生能源，應用范圍廣泛。
文檔編號F25B30/06GK101929733SQ20101029673
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權日2010年9月29日
發(fā)明者劉寅, 周光輝, 崔四齊, 董秀潔 申請人:中原工學院