低温空气能与微通道直接蒸发式太阳能耦合热泵机组及方法与流程

文档序号：12464080阅读：341来源：国知局

本发明涉及一种低温空气能与微通道直接蒸发式太阳能耦合热泵机组，属于可再生能源应用领域。

背景技术：

我国北方地区冬季寒冷、室外环境温度低。现有空气源热泵制热技术由于受热泵机组自身热力特性局限性的影响，室外环境温度越低、热泵机组的制热效率也随之大幅降低，极大限制了现有空气源热泵技术在北方地区冬季低温环境供暖应用。

技术实现要素：

在可再生能源中，太阳能以其来源广泛、使用简单的特点受到了青睐。本发明充分利用我国北方地区冬季虽室外环境温度低、但太阳辐照强度大且日照时间长的特点，创新性的提出了一种新型微通道直接膨胀式太阳能空气能双源一体低温热泵制热技术。该技术具有太阳能集热效率高、太阳能和空气能利用效率高、成本低、占用空间小、使用与维护简单等特点，可广泛用于我国北方地区建筑冬季低温环境热泵机组供热系统。

本发明采用了如下技术方案：

低温空气能与微通道直接蒸发式太阳能耦合热泵装置，由微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1、空气通道2、风阀3、风机4、空气能/工质换热装置5、蒸发压力调节器6、压缩机7、四通阀8、工质/水换热装置9、第一膨胀阀10、第二膨胀阀11构成。

低温空气能与微通道直接蒸发式太阳能耦合热泵制热系统，其特征在于：

所述微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1由四部分构成，带摺叠状肋片的微通道太阳能集热板1.1(以后简称为集热板)、槽式反射板1.2(以后简称为反射板)、玻璃盖板1.3、上空腔1.4、下空腔1.5。所述反射板1.2与玻璃盖板1.3和集热板1.1构成上空腔1.4和下空腔1.5；所述集热板1.1由两部分构成，微通道板1.1A(厚度2～3.5mm、宽度25～120mm、长度1200～1500mm)和折叠状肋片1.2B(肋高8～15mm、波峰间距3～4.5mm)，所述集热板1.1由反射板的端口钢支架支撑固定并与地面成一定倾斜角度θ，该角度以保证冬季10:00～14:00时间段集热板1.1累计接收的太阳能最大为原则确定；所述反射板1.2槽口采用玻璃盖板1.3并密封。

微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1通过空气通道2和风阀3与进入空气能/工质换热装置5连接，空气能/工质换热装置内放置有风机，微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1通过蒸发压力调节器6连接到四通阀8上，四通阀8和压缩机7形成回路；四通阀8连接到工质/水换热装置；所述工质/水换热装置9分别通过第一膨胀阀10连接微通道直接蒸发式太阳能空气/工质换热装置1和工质/水换热装置9通过第二膨胀阀11连接空气能/工质换热装置5。

室外低温空气进入所述微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1的上空腔1.4流入、从其下空腔1.5通过出风口流出，并在风机4的作用力下通过空气通道2和风阀3与进入空气能/工质换热装置5的室外低温空气混合后被风机4压出同时与空气能/工质换热装置5内的工质进行间接换热。

从所述微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1流出的工质通过蒸发压力调节器6后与所述空气能/工质换热装置5流出的工质并联后通过四通阀的C-B通道进入压缩机7；从所述压缩机7流出的工质通过四通阀8的A-D通道流入工质/水换热装置9；从所述工质/水换热装置9流出的工质分别通过第一膨胀阀10(蒸发压力0.5～1.0MPa)和第二膨胀阀11(蒸发压力0.15～0.25MPa)流入微通道直接蒸发式太阳能空气/工质换热装置1和空气能/工质换热装置5。

进一步，所述集热板1.1板的附在微通道板1.1A下表面的摺叠状肋片1.1B的高度为8～15mm，集热板1.1板之间的空隙距离5～10mm。

进一步，所述反射板1.2由三层构成，外层为多曲面外保护板，中间为保温板，内层为金属板。

更进一步，所述反射板1.2的保温层厚度20～50mm、导热系数λ≦0.06W/(m·℃)。

进一步，所述玻璃板盖板1.3厚度5～8mm。

本发明的工作过程如下：

1)冬季制热工况

第三电磁阀14关闭，四通阀8置于制热模式(A-D通道、B-C通道)。

投射并透过玻璃盖板1.2的太阳光直接投射到集热板1.1上提高集热板温度，为流过微通道1.1A的工质提供蒸发膨胀热能；在风机4的作用力下室外低温空气通过摺叠状微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1的进风口进入上空腔1.4内，掠过集热板1.1上表面及其带摺叠状肋片1.1B下表面的空气通道进行对流换热，被加热后空气进入下空腔1.5，继续通过空气通道2和风阀3流入空气能/工质换热装置5的空气侧，与直接进入空气能/工质换热装置5空气侧的室外低温空气混合后被风机4压出并与空气能/工质换热装置5内的工质进行间接换热。

来自工质/水换热装置9的工质分别过电磁阀第12与第一膨胀阀10和第二电磁阀13与第二膨胀阀11，以不同的蒸发压力分别在微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1和空气能/工质换热装置5内完成蒸发换热过程；由于流出微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1的工质压力高于流出空气能/工质换热装置5的工质压力，因此将流出微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1的工质通过蒸发压力调节器6降压后再与流出空气能/工质换热装置5的工质混合，然后顺序流入四通阀的B-C通道和压缩机7、四通阀8的A-D通道和工质/水换热装置9；周而复始。

2)夏季制冷工况

风阀3关闭，第一电磁阀12关闭，第三电磁阀14开启，四通阀8置于制冷模式(A-B通道、D-C通道)。

微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1停止工作。

来自工质/水换热装置9的工质顺序流入四通阀的D-C通道和压缩机7、四通阀的A-B通道、第三电磁阀14，和进入空气能/工质换热装置5内完成冷凝换热过程；然后经过第二膨胀阀11、第二电磁阀进入工质/水换热装置9；周而复始。

本发明的有益效果为：冬季制热工况，发明的低温空气能与微通道直接蒸发式太阳能耦合热泵机组，晴好天气时微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1利用太阳能大幅提高了工质的蒸发器温度，进而提高了进入压缩机7的工质温度以及吸气压力，使得热泵机组的制热效率较现有的单一空气能热泵机组显著提升；另外，微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1中的集热板1.1采用了带折叠式肋片的微通道板作为工质与太阳能的蒸发换热元件，显著提高了工质的太阳能热利用效率；再者，调节风阀3的开度可以调节掠过集热板1.1之间空气通道的空气流量，进而控制流出微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1的工质温度，以达到更好平衡其与流出空气能/工质换热装置5的工质压力的目的。本发明可在低温环境下(<-10℃)提高热泵机组综合能效比20％以上，并且构造简单、维护方便。

附图说明

图1本发明的微通道直接蒸发式太阳能/工质换热装置1构造图

图2本发明的带摺叠状肋片的微通道太阳能集热板1.1构造图

图3本发明的微通道直接膨胀式太阳能空气能双源一体低温热泵制热系统原理图

图4本发明的微通道直接膨胀式太阳能空气能双源一体低温热泵制冷系统原理图

图中：1、蜂窝状微通道直接膨胀型太阳能/工质换热装置(1.1、带蜂窝空气通道的微通道太阳能集热板，1.2、槽式反射板1.2，1.3玻璃盖板，1.4、上空腔1.4，1.5下空腔)，2、空气通道，3、风阀，4、风机，5、空气能/工质换热装置，6、蒸发压力调节器，7、压缩机，8、四通阀，9、工质/水换热装置，10、第一膨胀阀，11、第二膨胀阀，12、第一电磁阀，13、第二电磁阀，14、第三电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图3对本发明的低温空气能与微通道直接蒸发式太阳能耦合热泵机组制热技术进行详细说明。