一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統，包括太陽能集熱器、超低溫空氣源熱泵、換熱水箱、制冷風盤和供暖管路，太陽能集熱器和換熱水箱通過走水循環管路連接而形成太陽能供熱回路，超低溫空氣源熱泵、換熱水箱和供暖管路通過另一走水循環管路連接而形成供暖回路，超低溫空氣源熱泵和制冷風盤連接成制冷回路；超低溫空氣源熱泵包括依次連接的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器，壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器形成冷媒回路，制冷風盤吹動的空氣流經所述蒸發器。本發明利用太陽能實現供暖供熱，節能環保；結合超低溫空氣源熱泵實現供暖補熱與制冷兩種功能，充分利用了能源，能夠節約運行成本。
【專利說明】一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統
【技術領域】
[0001] 本發明涉及太陽能集熱【技術領域】，具體涉及一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱 泵的供熱與制冷系統，用于供暖、供生活熱水和制冷。
【背景技術】
[0002] 在很多北方城市，冬季特別寒冷，所以供暖成為了一種必然需求。采用燃煤或者天 然氣作為燃料的供暖系統，或多或少都會在價格或者環境污染方面不符要求，因此，促進了 太陽能供暖和空氣源熱泵供暖行業的發展。
[0003] 在冬天，太陽能集熱模塊需要汲取太陽能的熱量來供暖，但是冬天溫度本來就比 較低，日照時間又短，加之太陽光強度不夠，所以大部分時間還得依靠電能、燃煤、燃氣等其 他能源供暖。
[0004] 一般采用空調制冷制熱，但是現如今，空調在冬天制熱運行時也并不算節能，因為 冬天北方天氣寒冷，制熱能效低，需要輔助補熱。
【發明內容】
[0005] 本發明提供一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供暖與制冷系統，盡可能的 使用太陽能這種環保安全無污染的節能產品，并且在很大程度上減少了電量的消耗。解決 傳統燃煤供暖、電加熱供暖和空調制冷能源消耗大的問題。
[0006] 本發明的技術方案是這樣實現的：
[0007] -種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統，包括太陽能集熱器、 超低溫空氣源熱泵、換熱水箱、制冷風盤和供暖管路，其中，所述太陽能集熱器和換熱水箱 通過走水循環管路連接而形成太陽能供熱回路，所述超低溫空氣源熱泵、換熱水箱和供暖 管路通過另一走水循環管路連接而形成供暖回路，所述超低溫空氣源熱泵和制冷風盤連接 成制冷回路；所述超低溫空氣源熱泵包括依次連接的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器，所 述壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器形成冷媒回路，所述制冷風盤吹動的空氣流經所述蒸發 器。
[0008] 在優選的方案中，所述太陽能集熱器為雙真空超導集熱器，包括集熱聯箱和內部 設有導熱液的雙真空超導熱管，所述雙真空超導熱管包括蒸發段和外設護套管的冷凝段， 所述護套管的內壁上設置有翅片，所述雙真空超導熱管與所述護套管之間的結合處設置有 膠圈，所述雙真空超導熱管的設置有護套管的一端設置在所述集熱聯箱內。
[0009] 在優選的方案中，所述翅片為0. 2-0. 5mm厚的鋁波紋板。
[0010] 在優選的方案中，所述制冷回路中設置有夏開冬關閥門，所述制冷回路與所述換 熱水箱之間的連接管路中設置有冬開夏關閥門。
[0011] 在優選的方案中，所述換熱水箱內設置有電輔助加熱器。
[0012] 在優選的方案中，所述的太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統還 包括設置在所述供暖回路中的供暖控制閥門和用于測量所述供暖回路的水溫的第一溫度 探頭，當第一溫度探頭測量的溫度低于設定供暖溫度時自動打開所述供暖控制閥門，以便 通過所述供暖回路向所述供暖管路供應熱媒。
[0013] 在優選的方案中，所述的太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統還 包括設置在所述太陽能集熱器的進口處的第六溫度探頭和出水口處的第四溫度探頭，以及 用于控制所述太陽能供熱回路的溫差循環泵；當第六溫度探頭測量到的溫度與第四溫度探 頭測量到的溫度之間的差值大于設定溫差時，啟動溫差循環泵使得所述太陽能集熱器循環 運行，給所述換熱水箱升溫。
[0014] 在優選的方案中，所述的太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統還 包括設置在所述換熱水箱中的水位探頭，當所述換熱水箱中的水位低于設定水位時，向所 述換熱水箱中注水。
[0015] 在優選的方案中，所述的太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統還 包括設置在換熱水箱內的第三溫度探頭，當所述太陽能供熱回路和供暖回路同時啟動的情 況下仍然不能滿足換熱水箱所設定的溫度，即第三溫度探頭探測到的溫度低于所設定的溫 度時，電輔助加熱啟動，對水箱中的水進一步加熱，來滿足供給需求（此情況大部分出現在 連續陰雪天氣時）。
[0016] 本發明的有益效果如下：
[0017] 本發明利用太陽能實現供暖供熱，節能環保，結合超低溫空氣源熱泵輔助實補熱 與實現制冷兩種功能，充分利用了能源，能夠節約運行成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1為本發明實施例的太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統的 示意圖；
[0020] 圖2為圖1中太陽能集熱器中雙真空超導熱管的示意圖；
[0021] 圖3為沿著圖2中的雙真空超導熱管的徑向切割而獲得的截面圖；
[0022] 圖4為圖1中太陽能集熱器中雙真空超導熱管的另一實施例的不意圖。
[0023] 附圖標記說明：
[0024] 1、太陽能集熱器，2、超低溫空氣源熱泵，3、制冷風盤，4、供暖管路，5、排氣閥，6、第 一溫度探頭，7、第二溫度探頭，8、第三溫度探頭，9、第四溫度探頭，10、水位計，11、第六溫度 探頭，12、屋頂，13、地面，14、夏開冬關閥門，15、冬開夏關閥門，16、生活用水出口，17、自來 水口，18、自動補水閥，19、冷凝水管，20、膨脹閥，21、分水器，22、溫控電動閥，23、集熱聯箱， 24、蒸發段，25、冷凝段，26、護套管，27、膠圈，28、翅片，29、缺口，30、換熱水箱，31、047硅膠 圈，32、O 58硅膠圈，33、溫差循環泵，34、熱循環泵。
【具體實施方式】
[0025] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0026] 太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵供熱與制冷的原理介紹如下：
[0027] 本實施例的太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統包括太陽能集 熱器1、超低溫空氣源熱泵2、換熱水箱30、制冷風盤3和供暖管路4,其中，太陽能集熱器1 和換熱水箱30通過走水循環管路連接而形成太陽能供熱回路，超低溫空氣源熱泵2、換熱 水箱30和供暖管路4通過另一走水循環管路連接而形成供暖回路，超低溫空氣源熱泵2和 制冷風盤3連接成制冷回路；超低溫空氣源熱泵2包括依次連接的壓縮機、冷凝器、膨脹閥 和蒸發器，壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器形成冷媒回路，制冷風盤3吹動的空氣流經蒸 發器。
[0028] 太陽能集熱器1設置在屋頂12上，供暖管路4的地熱部分設置在地面13下，換熱 水箱30有生活用水出口 16和自來水口 17。排氣閥5用于為包括太陽能集熱器1的太陽能 集熱模塊放氣。自動補水閥18用于為供暖回路供水。冷凝水管19用于為制冷回路供水。
[0029] 下面我將整個系統分為四部分來講，一部分是太陽能集熱模塊（太陽能集熱器 1)，一部分是超低溫空氣源熱泵2,還有一部分是地暖管路（走水循環管路），最后一部分是 制冷風盤3 :
[0030] 第一部分是太陽能集熱模塊部分。可以采用傳統的全玻璃真空管來收集太陽能， 并且將熱能傳遞到集熱聯箱中的水，加熱后的水通過太陽能供熱回路流動到換熱水箱。也 可以采用雙真空超導集熱器，包括集熱聯箱23和內部設有導熱液的雙真空超導熱管，雙 真空超導熱管包括蒸發段24和外設護套管26的冷凝段25,護套管26的內壁上設置有翅 片28,雙真空超導熱管與護套管26之間的結合處設置有膠圈27,雙真空超導熱管的設置 有護套管26的一端設置在集熱聯箱23內。翅片28與雙真空超導熱管之間的間隔距離為 I. 5mm-2. Omm之間。參見圖4,膠圈27由047硅膠圈31和058硅膠圈32組成（047表 示直徑47mm，058表示直徑58mm)，047硅膠圈31是在護套管26內的，設置在冷凝段25 與蒸發段24的分界處，0 58硅膠圈32卡在集熱聯箱23的內壁處，能夠起到很好的密封作 用；集熱聯箱23包括聚氨酯發泡層，還可以包括不銹鋼層。護套管26可以由不銹鋼制成， 優選為304BB不銹鋼制成。
[0031] 其中，翅片28的設計不是整個圓形，而是有個缺口，這樣設計是方便在將雙真空 超導熱管插入后，翅片28可以受力縮緊，一側與護套管26的內側貼緊，另一側與雙真空超 導熱管外側貼緊，既可以箍住雙真空超導熱管使它不至于在里面動蕩，不穩固，更重要的是 通過翅片28的熱傳導，可以最大效率將雙真空超導熱管的熱量通過金屬套管26傳遞到水 中，從而使水升溫。
[0032] 雙真空超導熱管中存有3ml至8ml，優選為5ml的導熱液，導熱液包括純凈水（H 2O) 和/或乙醇，還可以包括硫酸銅等添加劑，純凈水和/或乙醇是起主要作用的導熱液。導熱 液沸點低，冬天早上八點左右的光照溫度就足以將它蒸發。工作時，雙真空超導熱管吸收太 陽輻射熱，傳輸給蒸發段24,使管內導熱液體受熱氣化，以極低的熱阻，幾乎無損失地高速 地傳輸到冷凝段25,通過與集熱聯箱23內的水進行熱交換，使水溫上升，氣態導熱液放出 潛熱后冷凝，依靠重力回流至蒸發段24繼續吸熱氣化，如此不斷循環往復，將雙真空超導 熱管獲得的太陽輻射能傳遞到集熱聯箱23。在太陽下山后，雙真空超導熱管因管內不走水 而使熱量無殘存，減少了雙真空超導熱管在夜間無光照時的熱量損失，可以將雙真空超導 熱管中的能量充分回收。
[0033] 第二部分是超低溫空氣源熱泵。下文中使用的溫度探頭均為溫度傳感器。在超低 溫空氣源熱泵的所有循環回路中，由第二溫度探頭7來探測流入到超低溫空氣源熱泵中的 水溫，在水溫超過設定溫度時，熱泵不啟動，水直接順著管路通過；當溫度低于設定溫度時， 首先是熱循環泵34啟動，在熱循環泵34啟動約幾秒內，超低溫空氣源熱泵2啟動。超低溫 空氣源熱泵2包含四個核心部件：壓縮機，冷凝器，膨脹閥，蒸發器：壓縮機將回流的低壓冷 媒壓縮后，變成高溫高壓的氣體排出，高溫高壓的冷媒氣體流經纏繞在冷凝器中的銅管，熱 量經銅管傳導到水中，并被循環水帶走，冷卻下來的冷媒在壓力的持續作用下變成液態，經 膨脹閥后進入蒸發器，由于蒸發器的壓力驟然降低，因此液態的冷媒在此迅速蒸發變成氣 態，并吸收大量的熱量，同時，在制冷風盤3的作用下，大量的空氣流過蒸發器外表面，空氣 中的能量被蒸發器吸收，空氣溫度迅速降低，變成冷氣釋放，隨后開始下一個制冷循環。
[0034] 第三部分是供暖管路。從換熱水箱30中出來的熱水經過分水器21進入地暖，從 地暖管中出來的水經過第一溫度探頭6的探測后，若回水溫超過設定溫度，此時室內供暖 溫度達到設定值，則溫控電動閥22打開，直接從溫控電動閥22短路回到超低溫空氣源熱泵 2最后回到水箱，不經過地暖管；而如若水溫低于設定溫度，則溫控電動閥22關閉，經過分 水器21進入地暖管，給室內供暖，再經分水器21流出通過熱泵回到換熱水箱30。
[0035] 第四部分是制冷系統。即就是超低溫空氣源熱泵2結合制冷風盤3制冷，在空氣 源熱泵的整個回路中，有兩個閥門，一個是冬開夏關閥門14,一個是夏開冬關閥門15。在冬 天時，只打開冬開夏關閥門14,這樣超低溫空氣源熱泵2直接和地暖這部分形成回路供暖； 在夏天，只打開夏開冬關閥門15,這樣，超低溫空氣源熱泵2和制冷風盤3形成回路，整個脫 離太陽能集熱部分，成為獨立的系統，太陽能集熱部分繼續形成回路供給生活熱水需求。而 超低溫空氣源熱泵2和制冷風盤3形成的回路切換為夏季供給制冷模式，相當于空調使用。
[0036] 在整個系統中，還有很重要的一個器件：換熱水箱中的電輔助加熱，當第三溫度探 頭8探測到空氣源熱泵2和太陽能模塊兩部分都不足以滿足換熱水箱30所需溫度時，電輔 助加熱啟動，可以保證整個系統在任何狀況下水箱溫度都能滿足客戶需求。
[0037] 這樣，整個太陽能結合空氣源熱泵工程就可以完成循環，下面細講每部分選材的 優勢。
[0038] 下面的表1描述了本發明采用的雙真空超導熱管與傳統全玻璃真空管的區別。
[0039]表1:
[0040]
【權利要求】
1. 一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統，其特征在于，包括太陽 能集熱器、超低溫空氣源熱泵、換熱水箱、制冷風盤和供暖管路，其中，所述太陽能集熱器和 換熱水箱通過走水循環管路連接而形成太陽能供熱回路，所述超低溫空氣源熱泵、換熱水 箱和供暖管路通過另一走水循環管路連接而形成供暖回路，所述超低溫空氣源熱泵和制冷 風盤連接成制冷回路；所述超低溫空氣源熱泵包括依次連接的壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸 發器，所述壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器形成冷媒回路，所述制冷風盤吹動的空氣流經 所述蒸發器。
2. 根據權利要求1所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，所述太陽能集熱器為雙真空超導集熱器，包括集熱聯箱和內部設有導熱液的 雙真空超導熱管，所述雙真空超導熱管包括蒸發段和外設護套管的冷凝段，所述護套管的 內壁上設置有翅片，所述雙真空超導熱管與所述護套管之間的結合處設置有膠圈，所述雙 真空超導熱管的設置有護套管的一端設置在所述集熱聯箱內。
3. 根據權利要求2所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，所述翅片為0. 2-0. 5mm厚的鋁波紋板。
4. 根據權利要求1所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，所述制冷回路中設置有夏開冬關閥門，所述制冷回路與所述換熱水箱之間的 連接管路中設置有冬開夏關閥門。
5. 根據權利要求1所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，所述換熱水箱內設置有電輔助加熱器。
6. 根據權利要求1所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，還包括設置在所述供暖回路中的供暖控制閥門和用于測量所述供暖回路的水 溫的第一溫度探頭，當第一溫度探頭測量的溫度低于設定供暖溫度時自動打開所述供暖控 制閥門，以便通過所述供暖回路向所述供暖管路供應熱媒。
7. 根據權利要求1所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，還包括設置在所述太陽能集熱器的進口處的第六溫度探頭和出水口處的第四 溫度探頭，以及用于控制所述太陽能供熱回路的溫差循環泵；當第六溫度探頭測量到的溫 度與第四溫度探頭測量到的溫度之間的差值大于設定溫差時，啟動溫差循環泵使得所述太 陽能集熱器循環運行，給所述換熱水箱升溫。
8. 根據權利要求1所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，還包括設置在所述換熱水箱中的水位計，當所述換熱水箱中的水位低于設定 水位時，向所述換熱水箱中注水。
9. 根據權利要求5所述的一種太陽能集熱結合超低溫空氣源熱泵的供熱與制冷系統， 其特征在于，還包括設置在換熱水箱內的第三溫度探頭，當所述太陽能供熱回路和供暖回 路同時啟動的情況下仍然不能滿足換熱水箱所設定的溫度，即第三溫度探頭探測到的溫度 低于所設定的溫度時，電輔助加熱啟動，對水箱中的水進一步加熱，來滿足供給需求。
【文檔編號】F25B41/00GK104315751SQ201410433337
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】朱建雨, 朱婉欣 申請人:朱建雨, 朱婉欣