[发明专利]塔式太阳能热泵热水系统

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热泵热水系统，具体是指一种塔式太阳能热泵热水系统。

背景技术

太阳能与热泵技术的组合称之为太阳能热泵系统，太阳能热泵是将太阳能集热器与热泵蒸发器结合，通过直接利用周围环境的低品位热源(太阳辐射能为主，空气热源为辅)，使得制冷剂的蒸发过程与太阳能的集热过程在同一装置中进行，根据太阳集热器与热泵蒸发器的组合形式，可分为直膨式(direct-expansion soalar assisted heat pump，DX-SAHP)和非直膨式。在直膨式系统中，太阳集热器与热泵蒸发器合二为一，即制冷工质直接在太阳集热器中吸收太阳辐射能而得到蒸发。在非直膨式系统中，太阳集热器与热泵蒸发器分立，通过集热介质(一般采用水、空气、防冻溶液)在集热器中吸收太阳能，并在蒸发器中将热量传递给制冷剂，或者直接通过换热器将热量传递给需要预热的空气或水。

目前的太阳能热泵系统，不管是采用直膨式或非直膨式的组合形式，都存在系统热量损失的问题，并且由于没有很好的保温措施，使得系统热效率降低；采用的风机消耗了不少电能，无形中也增加了太阳能热泵系统的运行成本；因此应该采用一种结构设计更为合理的太阳能热泵系统，有效地降低系统对环境的散热损失，提高系统的工作性能，保证其稳定性和高效性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足之处，提供一种塔式太阳能热泵热水系统，其采用了独特的太阳集热器与热泵蒸发器的组合方式，很好地解决了系统热损失以及热效率不高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

塔式太阳能热泵热水系统，包括由蒸发器、压缩机、膨胀阀和冷凝器构成的循环换热系统；其中冷凝器设于水箱的内部，并通过管路与设于水箱顶部的蒸发器、压缩机和膨胀阀连接；蒸发器连接有集热板，所述集热板在蒸发器四周展开形成塔式结构，将循环热交换系统与水箱罩于塔内。

所述集热板为不锈钢或铝合金金属板，外表面上喷涂有选择性太阳能吸收层和保护层，用于吸收太阳能，充分利用太阳能作为热泵热源。

为了更充分发挥集热板的作用，蒸发器的上方还设有一电动开关风口。

由于采用了蒸发器与集热板相互连接组成的塔式结构，压缩机、冷凝器和膨胀阀等组成的循环换热系统和水箱都在塔式结构的保护下，当电动开关风口关闭的时候，集热板外表面吸收太阳能，通过对塔内进行辐射和热对流作用，使塔内空气被加热，从而可以对水箱和压缩机进行保温，可以减少水箱对外散热量，防止压缩机过冷，从而省去压缩机普遍存在的预热装置，此过程中太阳能转化为空气能存储在塔内。

而在电动开关风口打开时，集热板通过吸收太阳能加热塔内空气，形成“烟囱效应”，即塔内高温空气的密度相对于塔外空气的密度小，因此产生大气浮力，高温空气上升并通过蒸发器流向塔外，塔底部形成负压，外部空气从塔底部不断地流入补充。

为了强化传热效果，增强“烟囱效应”的作用，在电动开关风口对应位置的下方可安装一电动风机，在“烟囱效应”的自然推动力和电动风机的共同作用下，大量的高温空气流过蒸发器，空气中的热量被蒸发器吸收，空气温度迅速降低并释放到塔外。此过程中太阳能转化为空气能并且和原先存储在塔内的空气能都被蒸发器吸收。

优选地，可将电动开关风口替换为无动力风机，在自然风推动无动力风机的涡轮旋转产生的离心力以及蒸发器与集热板形成的塔式结构的“烟囱效应”的共同作用下，流经蒸发器的空气流量已经可以满足换热需求，因此还可以省去电动风机，在降低系统噪音的同时实现无电能消耗的自动换热功能。

集热板可以根据实际情况制作成不同的形状，并且还可同时配置展开式可调支架，将水箱与循环换热系统放置在展开式可调支架上。

展开式可调支架的展开角度和长度可调节，可以配合集热板张开不同角度，适应不同的安装环境。

本发明相比现有技术具有以下优点及有益效果：

1、本发明采用蒸发器与集热板相互结合，不仅具有换热功能还提供吸收太阳能的功能，在利用空气能同时最大限度利用太阳能作为热泵热源；将循环热交换系统与水箱置于塔内，因此具有显著的防压缩机过冷功能、水箱保温功能和耐侯性能，进一步减少系统对环境散热损失，提高热效率。

2、利用塔式结构所形成“烟囱效应”可以减少电动风机消耗的电能，如采用无动力风机替换电动风机，则可以实现无电能消耗的自动换热功能，能进一步降低系统的制造、运行和维护成本。

3、本发明结构紧凑，占地面积小，可根据情况选择不同的集热板形状，并且张开角度可调节，适应不同的安装环境。

附图说明