太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組的製作方法

2023-06-14 21:49:26 1

專利名稱：太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組的製作方法
技術領域：
本發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-地能三熱源型熱泵空調機組。
背景技術：
目前，我國建築能耗的總量已佔到社會總能耗的46. 7%，其中採暖及空調能耗約佔 建築總能耗的65%，建築空調節能是建築節能的重中之重。為此，大力開發和有效利用可再 生能源已成為各國的優先發展戰略。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、清潔無汙染等特點受到 人們的重視，但由於太陽能受季節和天氣影響較大、熱流密度低，導致各種形式的太陽能直 接利用系統在應用中受到一定的限制；空氣源熱泵以空氣作為冷熱源，結構簡單，安裝使 用方便，可以充分利用空氣中的能源，是一種高效、節能的空調設備，但在冬季室外氣溫過 低時，空氣源熱泵系統蒸發溫度過低，COP (性能係數)急劇下降，系統能耗升高，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能裝置，具有環保、節能、經濟、 可靠等顯著的優點。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 系統的冷熱源，充分利用地熱能這一可再生能源，實現熱泵空調系統全年的高效運行，但地 源熱泵仍然存在地下水回灌困難，地下水循環量大，循環水泵能耗較高，地下埋管過多等 問題。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，該發明 中需要獨立的太陽能集熱板，使得整個熱泵結構複雜。也有採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，申請號 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器和地下放熱器以利用太 陽能和地能。中國發明專利「一種利用多種自然環保能源的空調裝置」(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，結構複雜，管 路較多，而且能量不集中，不利於提高使用效果。

發明內容
本發明的目的在於提供一種太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，所述的 這種太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵空調機組要解決現有技術中綜合利用太陽能、空氣 和地能的裝置結構複雜，能量不集中，影響使用效果的技術問題。本發明的目的是通過以下技術方案實現的包括壓縮機、室外機換熱器、用戶側換
3熱器、四通換向閥、節流閥和連接管路，壓縮機的出口通過四通換向閥分別連接用戶側換熱 器工質通道的一個接口及室外機換熱器工質通道的一個接口，用戶室內的空調機通過空調 供水管和空調回水管與用戶側換熱器相連接，所述室外機換熱器是太陽能-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遮陽板、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，以及外套管和翅片外表面上的太陽能輻射吸收性塗層， 內套管的外徑小於外套管的內徑，內套管外壁與外套管內壁之間的環形空間構成室外機換 熱器的工質通道，內套管與來自地能儲能庫的液態熱源的管路相連通，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 曲穿設於翅片之間。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 套設於外套管外側。在太陽能_空氣-地能三熱源換熱器上設有風機，風機位於太陽能_空氣雙熱源 換熱器的一側。太陽能輻射吸收性塗層通過電鍍方法設於外套管和翅片外表面。太陽能輻射吸收性塗層通過噴塗或塗刷方法設於外套管和翅片外表面。
單個翅片呈圓環形薄片。所述遮陽板採用可拆卸方式設於太陽能_空氣-地能三熱源換熱器上。所述遮陽板採用可拆疊方式設於太陽能_空氣-地能三熱源換熱器上。該遮陽板通過一個驅動機構與驅動電機相連接，驅動機構由齒輪齒條構成，遮陽 板通過鉸鏈和滑槽設於太陽能_空氣-地能三熱源換熱器上，齒軸固定於驅動電機的輸出 軸上，齒輪與齒條相嚙合，齒條一端通過銷軸與遮陽板相連接。本發明和已有技術相比，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塗太陽能輻射吸收性塗層，取代了傳統的太 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，並將氣態熱 源換熱器與液態熱源換熱器合二為一，設計成一體式結構的太陽能一空氣一地能三熱源復 合型換熱器，使整個系統對太陽能、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。同樣，在進行製冷循環時，太陽能-空氣-地 能三熱源換熱器可以同時利用空氣、地能作為熱泵的熱源，又可以單獨利用空氣、地能作為 熱泵的熱源。因此，該系統可顯著提高熱泵工作效率。當採用套片式結構時，由多個長方形 薄板翅片以一定間隔層疊構成，這時，外套管呈S形穿設於翅片中，這樣相鄰兩塊翅片之間 的間隙構成空氣氣流通道。當採用繞片式結構時，採用尺寸較小的翅片，多個翅片套設於外 套管上，再隨外套管彎曲呈S形，不過此時，也可要求上下兩層翅片上下對齊，這樣便於形 成上下空氣流通道，提高空氣流動效果。


圖1是本發明的工作原理圖。圖2是本發明實施例1的太陽能_空氣-地能三熱源換熱器主視圖。圖3是圖2的左視圖。圖4是圖2的右視圖。圖5是本發明實施例2的太陽能_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-地能三熱源型熱泵空調機組，包 括壓縮機1，太陽能_空氣-地能三熱源換熱器2，用戶側換熱器3，四通換向閥4，節流閥 5及連接管路；壓縮機1的出口通過四通換向閥4分別連接用戶側換熱器3及太陽能-空 氣_地能三熱源換熱器2製冷劑(工質)通道的一個接口，用戶側換熱器3及太陽能-空 氣_地能三熱源換熱器2製冷劑通道的另一個接口通過節流閥5相連接，用戶室內的空調 機通過空調供水管14和空調回水管15與用戶側換熱器相連接，所述太陽能_空氣-地能 三熱源換熱器2為帶遮陽板13和高效輻射熱吸收性塗層的太陽能一空氣一地能三熱源復 合型換熱器。本實施例中的地能通過液態水為媒介來利用，圖1沒有畫出地能儲能庫和相 關和管路，地能儲能庫可採用現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16與換熱器的內套管6相連通，進行熱交 換後，成為從地能回水管17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。如圖2、圖3、圖4所示，本發明中所述三熱源複合型換熱器2為帶夏季遮陽板和高 效輻射熱吸收性塗層的太陽能_空氣-地能三熱源換熱器，它包括可拆卸式遮陽板13、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、以及外套管外 表面及翅片外表面電鍍的黑色太陽能輻射吸收性塗層；所述內套管10外徑小於外套管6的 孔徑，並由內套管10外壁與外套管6內壁之間的環型空間構成熱泵工質通道8，內套管10 的管腔構成液態熱源通道11，該通道與來自地能供水的管路相連通；外套管6外壁與翅片 7之間構成氣態熱源通道9，帶太陽能輻射吸收性塗層的外套管6外表面與翅片7外表面構 成太陽能熱源的吸附表面。冬季採暖時，取下遮陽板13，熱泵工質可以同時吸收氣態熱源、 液態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塗層吸收的太陽能
5熱量；夏季製冷時，裝上遮陽板，熱泵工質可以同時釋放熱量給氣態熱源和液態熱源。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形彎曲穿設於翅片之間，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。由於翅片和外套管外表面鍍有太陽能輻射吸收性塗層，該 太陽能輻射吸收性塗層對太陽輻射有較強的吸收作用，可充分吸收太陽能，不需要採用太 陽能集熱器，簡化了換熱器的結構，以及管路結構。本發明中的壓縮機1可選定頻壓縮機或變頻壓縮機，可使用現有的常用工質和新 型環保工質做冷媒。熱泵工質可以同時吸收氣態熱源熱量和外套管外表面及翅片外表面的 太陽能輻射吸收性塗層吸收的太陽能熱量。本發明的工作流程如下 (1)制熱模式
該工作模式下，遮陽板13關閉(或拆除)，熱泵工質由壓縮機1壓縮，通過四通換向閥4， 進入用戶側換熱器3釋放熱量後，經節流閥5進入三熱源複合型換熱器2，同時或單獨吸收 氣態熱源、液態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塗層吸 收的太陽輻射能熱量後，通過四通換向閥4進入壓縮機1進入下一循環；用戶室內的空調機 通過空調供水管14和空調回水管15與用戶側換熱器進行熱量交換，實現室內的供暖。(2)製冷模式
該工作模式下，遮陽板13打開(或安裝於遮陽板式太陽能一空氣雙熱源換熱器2上部) 進行遮陽工作，熱泵工質由壓縮機1壓縮，通過四通換向閥4，進入三熱源複合型換熱器2， 同時或單獨釋放熱量給氣態熱源和液態熱源後，經節流閥5進入用戶側換熱器3，用戶室內 的空調機通過空調供水管14和空調回水管15與用戶側換熱器進行熱量交換，實現室內的 製冷，工質吸收來自用戶室內的熱量後，通過四通換向閥4進入壓縮機1進入下一循環。本發明的太陽能一空氣一地能三熱源複合型熱泵空調機組可以廣泛應用於民用 建築、公共建築、別墅建築等所有可以採用空氣源熱泵的場所。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區別在於，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，多個圓環形翅片7套設於外管外 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採用其它形式，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，以便於空 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塗層也可以採用其它具 有較好太陽輻射吸收性能的顏色，比如褐色，也可以通過噴塗或塗刷的方式塗覆於翅片和 外套管外表面。同時，所述遮陽板採用可拆疊方式設於太陽能_空氣-地能三熱源換熱器 上，該遮陽板通過一個驅動機構與驅動電機相連接，驅動機構由齒輪齒條構成，遮陽板通過 鉸鏈和滑槽設於太陽能_空氣-地能三熱源換熱器上，齒軸固定於驅動電機的輸出軸上，齒 輪與齒條相嚙合，齒條一端通過銷軸與遮陽板相連接，由驅動電機控制遮板的展開與收攏。
權利要求
一種太陽能 空氣 地能三熱源型熱泵空調機組，包括壓縮機(1)、室外機換熱器(2)、用戶側換熱器(3)、四通換向閥(4)、節流閥(5)和連接管路，其特徵在於壓縮機(1)的出口通過四通換向閥(4)分別連接用戶側換熱器(3)工質通道的一個接口及室外機換熱器(2)工質通道的一個接口，用戶室內的空調機通過空調供水管(14)和空調回水管(15)與用戶側換熱器(3)相連接，所述室外機換熱器(2)是太陽能 空氣 地能三熱源換熱器(2)，太陽能 空氣 地能三熱源換熱器包括遮陽板(13)、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)，以及外套管(6)和翅片(7)外表面上的太陽能輻射吸收性塗層，內套管(10)的外徑小於外套管(6)的內徑，內套管(10)外壁與外套管(6)內壁之間的環形空間構成室外機換熱器的工質通道(8)，內套管(10)與來自地能儲能庫的液態熱源的管路相連通，翅片(7)之間的間隙構成空氣熱源通道(9)。
2.如權利要求1所述的太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵在於所 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-空氣雙熱源換熱器的外形，外套管(6) 呈S形彎曲穿設於翅片(7 )之間。
3.如權利要求1所述的太陽能_空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵在於所 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) 套設於外套管(6)外側。
4.如權利要求1或2或3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵 在於在太陽能-空氣-地能三熱源換熱器(2)上設有風機(12)，風機(12)位於太陽能-空 氣雙熱源換熱器(2)的一側。
5.如權利要求1或2或3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵 在於太陽能輻射吸收性塗層通過電鍍方法設於外套管(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-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵 在於太陽能輻射吸收性塗層通過噴塗或塗刷方法設於外套管(6)和翅片(7)外表面。
7.如權利要求3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵在於單 個翅片(7)呈圓環形薄片。
8.如權利要求1或2或3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵 在於所述遮陽板(13)採用可拆卸方式設於太陽能_空氣-地能三熱源換熱器上。
9.如權利要求1或2或3所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵 在於所述遮陽板(13)採用可拆疊方式設於太陽能_空氣-地能三熱源換熱器上。
10.如權利要求8所述的太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，其特徵在於該 遮陽板(13)通過一個驅動機構與驅動電機相連接，驅動機構由齒輪齒條構成，遮陽板通過 鉸鏈和滑槽設於太陽能-空氣-地能三熱源換熱器上，齒軸固定於驅動電機的輸出軸上，齒 輪與齒條相嚙合，齒條一端通過銷軸與遮陽板相連接。
全文摘要
一種太陽能-空氣-地能三熱源型熱泵空調機組，包括壓縮機、室外機換熱器、用戶側換熱器、四通換向閥、節流閥和連接管路，室外機換熱器是太陽能-空氣-地能三熱源換熱器，包括遮陽板、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，以及外套管和翅片外表面上的太陽能輻射吸收性塗層，內套管與液態熱源的管路相連通，翅片之間的間隙構成空氣熱源通道。本發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係數COP和運行穩定性明顯提高的同時，使系統組成更為簡化，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，應用範圍廣泛。
文檔編號F25B30/02GK101929764SQ201010296739
公開日2010年12月29日 申請日期2010年9月29日 優先權日2010年9月29日
發明者劉寅, 周光輝, 李海軍, 王聰民, 董秀潔 申請人:中原工學院