本發(fā)明涉及空調(diào)領(lǐng)域和太陽能應用領(lǐng)域，特別涉及一種基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，全球能源枯竭問題與環(huán)境污染日益嚴重。能源已成為經(jīng)濟發(fā)展的命脈，世界上沒有哪一個國家能夠在能源供應不足的情況維持國家實力的穩(wěn)定上升。中國是世界最大的發(fā)展中國家，同時也是世界第二大能源消費國，中國的人均能源消費量也在不斷上升，1953年，中國人均能源消費量是0.09t標準煤，2005年中國人均能源消費量為1.71t標準煤，到2016年這一數(shù)字已達到3.16t。在不斷推進的工業(yè)化和城市化進程中，能源問題愈來愈中國經(jīng)濟發(fā)展和社會進步的瓶頸，因此，節(jié)約能源問題就顯得尤為重要

公知的空氣源熱泵在冬季工作時，蒸發(fā)溫度較低，空氣源熱泵制熱效率較低，要達到同等室內(nèi)設(shè)計溫度，必然需要運行更長時間，消耗更多能量。同時，目前常見的空氣源熱泵在冬季運行時都會產(chǎn)生結(jié)霜的問題，空調(diào)每運行一段時間都會有一個除霜過程，而在這個過程中，室外蒸發(fā)器轉(zhuǎn)為冷凝器使用，而室內(nèi)機則轉(zhuǎn)為蒸發(fā)器使用，室內(nèi)溫度會因此有一些降低。

太陽能蓄能熱泵技術(shù)是利用可再生能源的典范，是國內(nèi)外研究的重大課題。太陽能蓄能熱泵系統(tǒng)按蓄熱方式劃分主要有兩種形式，一種是顯熱蓄熱，一種是相變蓄熱。國內(nèi)外對顯熱蓄熱的研究比較多，技術(shù)比較成熟，相變蓄熱相對比較少，關(guān)于提高相變材料的蓄放能效率的研究較少。相變蓄熱相對于顯熱蓄熱擁有更強的蓄熱能力。

現(xiàn)技術(shù)對太陽能蓄能熱泵技術(shù)已有比較成熟研究，例如：

三套管蓄能型太陽能和空氣源熱泵集成系統(tǒng)。使得空氣源熱泵技術(shù)、太陽能熱泵技術(shù)和相變蓄能技術(shù)通過三套管蓄能換熱器有機結(jié)合在一起，組成一個有機的集成系統(tǒng)。該系統(tǒng)存在的問題：結(jié)構(gòu)比較復雜，工藝上不易實現(xiàn)，成本較高，對于相變材料的蓄能過程，放能過程效率偏低，冬季空氣源熱泵制熱時的容易產(chǎn)生結(jié)霜。

在太陽能熱泵系統(tǒng)中應用相變材料實現(xiàn)穩(wěn)定的供熱工況，提高系統(tǒng)性能。該系統(tǒng)存在的問題：直接添加相變材料，介質(zhì)之間的不相容性，相變材料的腐蝕性使得在原有系統(tǒng)中添加相變材料存在技術(shù)難度；

采用石蠟為介質(zhì)的一體化太陽能熱泵熱水器。采用蓄能材料為石蠟的一種新型集熱/蓄能/蒸發(fā)一體化太陽能熱泵熱水器。一種新型太陽能蓄能/蒸發(fā)/集熱器，一體化太陽能熱泵熱水系統(tǒng)。這三個系統(tǒng)具有較大的相似性，存在的問題是，蓄能、放能效率不高，系統(tǒng)的儲存熱量的大小受蒸發(fā)器大小的限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在不足，本發(fā)明提供了一種基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，可以防止冬季結(jié)霜、提高cop太陽能熱泵系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)上述技術(shù)目的的。

一種基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，包括膨脹閥、壓縮機、冷凝器、太陽能集熱蒸發(fā)器、熱管和蓄能器；所述太陽能集熱蒸發(fā)器包括蒸發(fā)器和太陽能輻射板；所述太陽能輻射板構(gòu)成箱體結(jié)構(gòu)，所述蒸發(fā)器位于箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所述箱體內(nèi)部填充液體介質(zhì)，用于將太陽能輻射板吸收的熱能儲存在液體介質(zhì)中；所述蒸發(fā)器通過管道依次與壓縮機、冷凝器和膨脹閥形成閉環(huán)連接；所述熱管一端插入箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)，另一端插入蓄能器內(nèi)，用于通過熱管在蓄能器和液體介質(zhì)之間熱能傳遞；所述熱管為封閉金屬管，內(nèi)部填充相變材料。

進一步，所述熱管兩端在箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)和蓄能器內(nèi)分別設(shè)有肋片。

進一步，所述蓄能器的外殼材料為塑料，所述蓄能器設(shè)有保溫層，所述保溫層內(nèi)填充巖棉；所述蓄能器內(nèi)填充相變蓄能材料cacl2·6h2o。

進一步，所述冷凝器優(yōu)選為風冷式冷凝器。

進一步，所述壓縮機優(yōu)選為高背壓式壓縮機。

進一步，所述膨脹閥優(yōu)選為內(nèi)平衡式膨脹閥。

進一步，所述熱管優(yōu)先為銅管，內(nèi)部填充優(yōu)先甲醇。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.本發(fā)明所述的基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，通過利用相變材料蓄能，使得熱泵的蒸發(fā)溫度提高，達到改善冬季空氣源熱泵制熱時的結(jié)霜問題。

2.本發(fā)明所述的基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，通過利用熱管作為傳熱材料，達到提高相變材料蓄能、放能過程的傳熱效率。

3.本發(fā)明所述的基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，通過利用熱管與相變材料結(jié)合的蓄能裝置、熱管雙向傳熱性能，達到熱量的充分利用，從而提升熱泵系統(tǒng)的制熱cop。

4.本發(fā)明所述的基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，通過改變蓄能罐容量大小，達到調(diào)節(jié)系統(tǒng)的蓄熱量。

5.本發(fā)明所述的基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，通過位置的布置，達到太陽能熱量的儲存與利用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述的基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)原理圖。

圖2為本發(fā)明所述熱管的工作原理圖。

圖中：

1-壓縮機；2-冷凝器；3-膨脹閥；4-蓄能器；5-熱管；6-太陽能集熱蒸發(fā)器；7-肋片；8-蒸發(fā)器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并不限于此。

如圖1所示，一種基于相變蓄熱和熱管傳熱的太陽能熱泵系統(tǒng)，包括膨脹閥3、壓縮機1、冷凝器2、太陽能集熱蒸發(fā)器6、熱管5和蓄能器4；所述太陽能集熱蒸發(fā)器6包括蒸發(fā)器8和太陽能輻射板；所述太陽能輻射板構(gòu)成箱體結(jié)構(gòu)，所述蒸發(fā)器位于箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所述箱體內(nèi)部填充液體介質(zhì)，用于將太陽能輻射板吸收的熱能儲存在液體介質(zhì)中；所述蒸發(fā)器8通過管道依次與壓縮機1、冷凝器2和膨脹閥3形成閉環(huán)連接；所述熱管5一端插入箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)，另一端插入蓄能器4內(nèi)，用于通過熱管5在蓄能器4和液體介質(zhì)之間熱能傳遞；所述熱管5為封閉金屬管，內(nèi)部填充相變材料。所述冷凝器2優(yōu)選為風冷式冷凝器。所述壓縮機1優(yōu)選為高背壓式壓縮機。所述膨脹閥3優(yōu)選為內(nèi)平衡式膨脹閥。

所述蓄能器的外殼材料為塑料，所述蓄能器設(shè)有保溫層，所述保溫層內(nèi)填充巖棉；所述蓄能器內(nèi)填充相變蓄能材料cacl2·6h2o。

工作過程：太陽能輻射板吸收的熱能儲存在液體介質(zhì)中，蒸發(fā)器8吸收液體介質(zhì)的熱量，將管道的介質(zhì)狀態(tài)由低溫液汽混合物變成低溫蒸汽。壓縮機1對管道的介質(zhì)做功，管道的介質(zhì)狀態(tài)由低溫蒸汽變成高溫蒸汽。經(jīng)過冷凝器2向外界放出熱量，管道的介質(zhì)狀態(tài)由高溫蒸汽變成高溫液體。管道的介質(zhì)經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流后，狀態(tài)高溫液體變成低溫液汽混合物，完成一個循環(huán)。

圖2所示，本系統(tǒng)在不同的太陽輻射強度情況下，通過利用熱管作為傳熱材料，可實現(xiàn)三個功能達到提高相變材料蓄能、放能過程的傳熱效率。具體如下：

供熱、蓄熱模式：太陽輻射強度較強時，太陽能輻射板吸收太陽能，蒸發(fā)器8吸收液體介質(zhì)的熱量，當蒸發(fā)器8溫度上升至大于等于tsd，其中tsd為設(shè)定的溫度，由液體介質(zhì)特性決定，液體介質(zhì)內(nèi)的熱量通過熱管5傳遞給蓄能罐4內(nèi)，蓄能罐中的介質(zhì)以固-液相變潛熱形式蓄積太陽能，可以使得熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器附近的溫度相對于環(huán)境溫度有所提高，從而提高熱泵制熱效果。

部分釋熱、供熱模式：當太陽輻射強度不足時，液體介質(zhì)的熱量下降，導致蒸發(fā)器8下降，此時蓄能罐4中的介質(zhì)通過熱管5釋放蓄積的熱能作為補充。

釋熱、供熱模式：夜間沒有太陽能可以利用時，蓄能罐4中的介質(zhì)釋放蓄積的太陽能，作為熱泵系統(tǒng)的低溫熱源。

所述熱管5兩端在箱體結(jié)構(gòu)內(nèi)和蓄能器4內(nèi)分別設(shè)有肋片7。這樣可以增加熱管的換熱面積，提高熱交換中的的效果。所述熱管5為銅管，內(nèi)部填充甲醇。

本系統(tǒng)可根據(jù)供熱需求，確定太陽能輻射板的面積尺寸，進一步確定相變材料的量，使得熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器的工作環(huán)境溫度維持在較高的溫度，改善了冬季熱泵系統(tǒng)制熱的結(jié)霜問題，使用了熱管作為傳熱材料，提高相變材料蓄能、放能過程的傳熱效率使得蒸發(fā)器附近溫度比較高，從而提升熱泵制熱效果，提升了熱泵系統(tǒng)cop，實現(xiàn)了節(jié)能。

所述實施例為本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式，但本發(fā)明并不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠做出的任何顯而易見的改進、替換或變型均屬于本發(fā)明的保護范圍。