一種太陽能熱泵熱水系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種太陽能熱泵熱水系統及方法，包括太陽能蓄熱蒸發器、壓縮機、冷凝換熱器、節流膨脹閥、蓄熱水箱、水泵、旁路進口閥門、主水路進口閥、主水路出口閥、旁路出口閥、旁路管、主水管，太陽能蓄熱蒸發器包括吸熱涂層、吸熱板、工質管道、蓄熱層、熱水管道、密封板。本發明專利技術采用太陽能集熱器直接作為蒸發器，提高了蒸發器的換熱溫度，避免了蒸發器結霜結凍問題，而且本發明專利技術通過采用蓄熱結合很好的解決了太陽能的合理持續利用，采用旁路系統方法很好的解決了夏季蒸發器溫度過高導致壓力超載的問題，具有很好的應有前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及太陽能熱泵技術，尤其涉及一種太陽能熱泵熱水系統及方法。
技術介紹
熱泵作為一種高效節能設備，其主要通過利用部分低溫熱源(如空氣源、地熱源、水源等)，再通過做功實現高能效，具有廣闊的發展前景。熱泵的形式和分類很多，根據熱源的不同，類型的不同具有不同的分類。其中，對于空氣源熱泵而言，其關鍵問題之一就是低溫環境下的COP較低和結霜結凍問題。為了解決結霜結凍問題，中國專利ZL200910155863.5提出了一種自然通風鹽水冷卻塔方法解決冷卻塔結霜結凍問題，并利用該技術原理，應用于諸如中國專利ZL201110119871.1的熱泵系統中通過利用低凝固點鹽水工質二次換熱解決結霜結凍問題。需要指出的是，現有技術僅解決了冷卻塔的結霜結凍問題，而且，對于小型系統而言，自然循環無法采用，必須采用強制循環，從而增加功耗。而且，現有空氣源熱泵系統多數都是采用強制風機循環，一方面風冷換熱面積大導致主機笨重，另一方面，功耗大也大。因此，如何在解決蒸發器側冬季結霜問題的同時，進一步減小換熱功耗以及簡化蒸發器換熱結構，成為熱泵發展的方向之一。太陽能作為豐富的可再生能源，與熱泵結合具有很好的應用前景。然而，現有的太陽能熱泵主要采用的是太陽能熱水+熱泵熱水并聯的形式，達到了利用太陽能的目的，從而提高系統整體的能效。但是，太陽能技術的應用并沒有根本上解決熱泵系統自身存在的問題。而且，太陽能的應用收到天氣的制約，如何提高太陽能利用的平穩性也是太陽能熱泵發展面臨的困難。總之，如何利用太陽能技術解決傳統空氣源熱泵的冬季結霜問題以及提高熱泵系統的能效，簡化系統結構是太陽能熱泵發展的重要方向。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服上述問題，提供一種太陽能熱泵熱水系統及方法。為實現上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種太陽能熱泵熱水系統，包括太陽能蓄熱蒸發器、壓縮機、冷凝換熱器、節流膨脹閥、蓄熱水箱、水泵、旁路進口閥門、主水路進口閥、主水路出口閥、旁路出口閥、旁路管、主水管；太陽能蓄熱蒸發器與壓縮機、冷凝換熱器、節流膨脹閥順次連接構成熱泵循環回路，水泵與冷凝換熱器和蓄熱水箱之間通過主水管順次串聯連接構成熱泵熱水主換熱通路，旁路管分別與主水管的進出口以及太陽能蓄熱蒸發器串聯連接構成熱水換熱旁路，旁路管的進出口分別安裝有路進口閥門、旁路出口閥，主水管的進出口與冷凝換熱器之間分別安裝有主水路進口閥、主水路出口閥；太陽能蓄熱蒸發器包括吸熱涂層、吸熱板、工質管道、蓄熱層、熱水管道、密封板；吸熱板外表面鍍有吸熱涂層，吸熱板內部設有工質管道，工質管道的進出口分別與節流膨脹閥和壓縮機相連；密封板與吸熱板設有蓄熱層，蓄熱層內安裝有熱水管道，熱水管道的進出口分別與旁路管相連，蓄熱層與吸熱板之間通過密封板密封。所述的蓄熱層內的蓄熱材料為熔點在50～80℃的所有常見蓄熱相變材料，包括石蠟、脂酸類材料。所述的工質管道上安裝有壓力傳感器。一種所述太陽能熱泵熱水系統方法：太陽能蓄熱蒸發器的吸熱涂層吸收太陽光加熱吸熱板，當太陽能蓄熱蒸發器的加熱板吸熱功率高于蒸發器換熱功率時，吸熱板將熱量一部分用于加熱工質管道內的工質，一部分通過蓄熱層的蓄熱材料融化吸熱儲存，保證太陽能蓄熱蒸發器的溫度不高于閥值；工質通過在太陽能蓄熱蒸發器的工質管道相變蒸發吸熱，并通過壓縮機升壓后在冷凝換熱器中冷凝換熱加熱熱泵熱水主換熱通路中的水，最后經節流膨脹閥減壓后開始新的循環；當太陽能蓄熱蒸發器的加熱板吸熱功率低于蒸發器換熱功率時，蓄熱層的蓄熱材料通過凝固放熱，保證太陽能蓄熱蒸發器的蒸發溫度保持平穩，以保證熱泵系統COP。當太陽能蓄熱蒸發器的加熱板吸熱功率高于蒸發器換熱功率，且蓄熱層的蓄熱材料已經完全融化時，蓄熱達到極限，壓力傳感器達到臨界值，通過開啟旁路進口閥門、旁路出口閥，通過旁路系統將補水送入熱水管道進行換熱，進而增加太陽能蓄熱蒸發器的換熱功率，降低太陽能蓄熱蒸發器的溫度，進而保證太陽能蓄熱蒸發器工質管道內的壓力安全。與現有技術相比，本專利技術的主要優點在于：(1)本專利技術直接采用太陽能蓄熱蒸發器使得蒸發器的溫度相對較高，一方面提高了熱泵的能效比，另一方面有效避免了冬季低溫條件下的蒸發器結霜問題。(2)本專利技術采用在太陽能蓄熱蒸發器中通過蓄熱層，通過蓄、放熱過程，一方面保證太陽充足是富余能量的儲存，避免由于加熱板溫度過高導致熱泵系統回路壓力超過工作極限；另一方面保證太陽不足或加熱板吸熱不足時，減緩蒸發器溫度降低速率，保證COP平穩性，也避免了冬季低溫條件下的結霜問題。(3)本專利技術通過設計旁路系統，解決了蓄熱達到極限時避免熱泵系統回路壓力超過工作極限的問題，提高了系統工作的穩定性。附圖說明圖1是太陽能熱泵熱水系統示意圖；圖2太陽能蓄熱蒸發器截面示意圖；圖中：太陽能蓄熱蒸發器1、壓縮機2、冷凝換熱器3、節流膨脹閥4、蓄熱水箱5、水泵6、旁路進口閥門7、主水路進口閥8、主水路出口閥9、旁路出口閥10、旁路管11、主水管12、吸熱涂層13、吸熱板14、工質管道15、蓄熱層16、熱水管道17、密封板18、壓力傳感器19；具體實施方式如圖1所示，一種太陽能熱泵熱水系統，包括太陽能蓄熱蒸發器1、壓縮機2、冷凝換熱器3、節流膨脹閥4、蓄熱水箱5、水泵6、旁路進口閥門7、主水路進口閥8、主水路出口閥9、旁路出口閥10、旁路管11、主水管12；太陽能蓄熱蒸發器1與壓縮機2、冷凝換熱器3、節流膨脹閥4順次連接構成熱泵循環回路，水泵6與冷凝換熱器3和蓄熱水箱5之間通過主水管12順次串聯連接構成熱泵熱水主換熱通路，旁路管11分別與主水管12的進出口以及太陽能蓄熱蒸發器1串聯連接構成熱水換熱旁路，旁路管11的進出口分別安裝有路進口閥門7、旁路出口閥10，主水管12的進出口與冷凝換熱器3之間分別安裝有主水路進口閥8、主水路出口閥9；太陽能蓄熱蒸發器1包括吸熱涂層13、吸熱板14、工質管道15、蓄熱層16、熱水管道17、密封板18；吸熱板14外表面鍍有吸熱涂層13，吸熱板14內部設有工質管道15，工質管道15的進出口分別與節流膨脹閥4和壓縮機2相連；密封板18與吸熱板14設有蓄熱層16，蓄熱層16內安裝有熱水管道17，熱水管道17的進出口分別與旁路管11相連，蓄熱層16與吸熱板14之間通過密封板18密封。所述的蓄熱層16內的蓄熱材料為熔點在50～80℃的所有常見蓄熱相變材料，包括石蠟、脂酸類材料。所述的工質管道15上安裝有壓力傳感器19。一種所述太陽能熱泵熱水系統方法：太陽能蓄熱蒸發器1的吸熱涂層13吸收太陽光加熱吸熱板14，當太陽能蓄熱蒸發器1的加熱板14吸熱功率高于蒸發器換熱功率時，吸熱板將熱量一部分用于加熱工質管道15內的工質，一部分通過蓄熱層16的蓄熱材料融化吸熱儲存，保證太陽能蓄熱蒸發器1的溫度不高于閥值；工質通過在太陽能蓄熱蒸發器1的工質管道15相變蒸發吸熱，并通過壓縮機2升壓后在冷凝換熱器3中冷凝換熱加熱熱泵熱水主換熱通路中的水，最后經節流膨脹閥4減壓后開始新的循環；當太陽能蓄熱蒸發器1的加熱板14吸熱功率低于蒸發器換熱功率時，蓄熱層16的蓄熱材料通過凝固放熱，保證太陽能蓄熱蒸發器1的蒸發溫度保持平穩，以保證熱泵系統COP。當太陽能蓄熱蒸發器1的加熱板14吸熱功率高于蒸發器換熱功率，且蓄熱層16的蓄熱材料已經本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種太陽能熱泵熱水系統，其特征在于包括太陽能蓄熱蒸發器(1)、壓縮機(2)、冷凝換熱器(3)、節流膨脹閥(4)、蓄熱水箱(5)、水泵(6)、旁路進口閥門(7)、主水路進口閥(8)、主水路出口閥(9)、旁路出口閥(10)、旁路管(11)、主水管(12)；太陽能蓄熱蒸發器(1)與壓縮機(2)、冷凝換熱器(3)、節流膨脹閥(4)順次連接構成熱泵循環回路，水泵(6)與冷凝換熱器(3)和蓄熱水箱(5)之間通過主水管(12)順次串聯連接構成熱泵熱水主換熱通路，旁路管(11)分別與主水管(12)的進出口以及太陽能蓄熱蒸發器(1)串聯連接構成熱水換熱旁路，旁路管(11)的進出口分別安裝有路進口閥門(7)、旁路出口閥(10)，主水管(12)的進出口與冷凝換熱器(3)之間分別安裝有主水路進口閥(8)、主水路出口閥(9)；太陽能蓄熱蒸發器(1)包括吸熱涂層(13)、吸熱板(14)、工質管道(15)、蓄熱層(16)、熱水管道(17)、密封板(18)；吸熱板(14)外表面鍍有吸熱涂層(13)，吸熱板(14)內部設有工質管道(15)，工質管道(15)的進出口分別與節流膨脹閥(4)和壓縮機(2)相連；密封板(18)與吸熱板(14)設有蓄熱層(16)，蓄熱層(16)內安裝有熱水管道(17)，熱水管道(17)的進出口分別與旁路管(11)相連，蓄熱層(16)與吸熱板(14)之間通過密封板(18)密封。...

【技術特征摘要】
1.一種太陽能熱泵熱水系統，其特征在于包括太陽能蓄熱蒸發器(1)、壓縮機(2)、冷凝換熱器(3)、節流膨脹閥(4)、蓄熱水箱(5)、水泵(6)、旁路進口閥門(7)、主水路進口閥(8)、主水路出口閥(9)、旁路出口閥(10)、旁路管(11)、主水管(12)；太陽能蓄熱蒸發器(1)與壓縮機(2)、冷凝換熱器(3)、節流膨脹閥(4)順次連接構成熱泵循環回路，水泵(6)與冷凝換熱器(3)和蓄熱水箱(5)之間通過主水管(12)順次串聯連接構成熱泵熱水主換熱通路，旁路管(11)分別與主水管(12)的進出口以及太陽能蓄熱蒸發器(1)串聯連接構成熱水換熱旁路，旁路管(11)的進出口分別安裝有路進口閥門(7)、旁路出口閥(10)，主水管(12)的進出口與冷凝換熱器(3)之間分別安裝有主水路進口閥(8)、主水路出口閥(9)；太陽能蓄熱蒸發器(1)包括吸熱涂層(13)、吸熱板(14)、工質管道(15)、蓄熱層(16)、熱水管道(17)、密封板(18)；吸熱板(14)外表面鍍有吸熱涂層(13)，吸熱板(14)內部設有工質管道(15)，工質管道(15)的進出口分別與節流膨脹閥(4)和壓縮機(2)相連；密封板(18)與吸熱板(14)設有蓄熱層(16)，蓄熱層(16)內安裝有熱水管道(17)，熱水管道(17)的進出口分別與旁路管(11)相連，蓄熱層(16)與吸熱板(14)之間通過密封板(18)密封。2.根據權利要求1所述的一種太陽能熱泵熱水系統，其特征在于所述的蓄熱層(16)內的蓄熱...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張良，張曉鵬，范利武，鄭夢蓮，俞自濤，胡亞才，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33