一种太阳能-空气能集热蒸发器及使用方法与流程

1.本发明属于太阳能热泵领域，具体涉及一种太阳能-空气能集热蒸发器及使用方法。


背景技术：

2.近年来，传统能源的减少及其在燃烧过程中带来的环境污染问题日益严峻，为此，加大可再生能源的利用成为助力建设环境友好型社会的不二之选。其中，太阳能作为取之不尽用之不竭的清洁能源，受到越来越多的重视。在太阳能的利用形式中，太阳能热泵技术在建筑节能中应用广泛，其核心部件集热蒸发器的太阳能利用效率对于整个热泵系统而言至关重要。
3.但由于太阳辐射强度受环境影响较大，且夜间无太阳辐射，故太阳能热泵应用一般同时采用空气能作为补充，传统的太阳能光热空气源热泵系统的蒸发器在太阳能充足时，往往面临着辐照强度大导致蒸发温度升高，蒸发压力增大，压缩机吸气压力也将增大，对蒸发器和压缩机的设备造成一定程度的损害。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种太阳能-空气能集热蒸发器及使用方法，以解决太阳能热泵对太阳辐射的利用率较低，且采用空气能作为补充时对设备造成的损害较大的问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
6.第一方面，本发明提供一种太阳能-空气能集热蒸发器，包括：
7.外壳保温板和盖板；盖板设置在集热蒸发器的顶面；外壳保温板设置在集热蒸发器底面和侧面；
8.铜管设置在集热蒸发器内部；铜管上固定连接有多个波纹翅片；集热蒸发器底面的顶部设置上部风口，集热蒸发器底面的底部设置下部风口；上部风口和下部风口均连接有风道，风道上均设置有风阀，下部风口与风阀间设置有风机。
9.进一步的，所述铜管横向设置在集热蒸发器内，铜管内设置有制冷剂。
10.进一步的，所述铜管呈s型布置，铜管与波纹翅片垂直布置。
11.进一步的，所述波纹翅片均呈波纹结构，波纹翅片间隔均匀设置。
12.进一步的，使用状态时，盖板朝向太阳光，集热蒸发器与地面呈一定夹角，所述夹角的取值范围为：大于0度，小于90度。
13.进一步的，所述盖板采用透明的聚碳酸脂板材制成，盖板外层喷涂有防紫外线层。
14.进一步的，所述保温板采用挤塑聚苯板制成。
15.进一步的，所述铜管的一端与供液干管相连，铜管的另一端与回气干管相连。
16.进一步的，所述回气干管的直径大于供液干管的直径。
17.第二方面，本发明提供一种太阳能-空气能集热蒸发器的使用方法，基于上述中任
一项所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，包括：
18.将制冷剂输入铜管；太阳辐射强度为0时，打开风机；太阳辐射强度低于阈值时，通过变频使风速降低；太阳辐射强度大于阈值时，蒸发温度与室外空气温度相同时，关闭风机；太阳辐射强度达到峰值时，打开风机；
19.下部风口的风阀控制进风量，上部出风口的风阀控制出风量；当太阳辐射强度为0时，打开上部与下部的风阀及风机，从室外抽风，向室外排风；根据监测的蒸发温度与室外温度，判断是否开启两个风阀与风机，以及开启的大小；当蒸发温度低于室外温度时，开启两个风阀与风机；当蒸发温度大于室外温度时，关闭风机和两个风阀；根据集热蒸发器出口过热度，控制风机的风量及两个风阀的开启大小；集热蒸发器出口过热度大于阈值时，开启风机和两个风阀。
20.本发明至少具有以下有益效果：
21.1、本发明中集热蒸发器在铜管上采用波纹翅片，可有效增大太阳能集热面积，并使风机吹进集热蒸发器中的空气发生湍流效应。在太阳辐射不足时保证空气与铜管、波纹翅片能够充分换热，吸收空气能；在太阳能充足时，可以借助太阳能提升蒸发温度和蒸发压力，提升热泵制热能效，能对太阳能高效利用。盖板采用透明的聚碳酸脂板材且外表面涂覆有防紫外线层，提高材料及系统使用寿命，翅片及铜管喷涂吸收率高反射率低的选择性吸收涂料，加大太阳辐射的吸收。其中翅片采用波纹式，使空气在翅片中呈z字型运动，增强湍流，使换热更加充分。
22.2、本发明集热蒸发器设有风机，使空气与翅片、铜管强迫对流换热，增大换热效率，保证热泵在太阳辐射小或夜间能利用空气能正常运转。同时可以在太阳辐照强度高时，继续吹风使蒸发温度高、蒸发压力高、压缩机吸气压力高等现象对设备带来的负面影响降到最低，充分利用太阳能，给热泵蒸发器进行提温。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
24.图1为太阳能-空气能集热蒸发器的内部结构示意图；
25.图2为太阳能-空气能集热蒸发器的a-a剖面图；
26.图3为太阳能-空气能集热蒸发器的原理图；
27.图4为波纹翅片侧视图；
28.图5为波纹翅片正视图；
29.图6为空气在波纹翅片中流向示意图。
30.附图标记：1、下部风口；2、上部风口；3、保温板；4、供液干管；5、回气干管；6、铜管；7、波纹翅片；8、风机；9、风阀；10、盖板。
具体实施方式
31.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
32.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另
有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
33.实施例1
34.如图1-图2所示，一种太阳能-空气能集热蒸发器，包括：
35.外壳保温板3和盖板10；
36.盖板10设置在集热蒸发器的顶面；外壳保温板3设置在集热蒸发器底面和侧面；使用状态时，盖板10朝向太阳光，集热蒸发器与地面呈夹角，夹角的取值范围为：大于0度，小于90度。
37.铜管6设置在集热蒸发器内部，铜管6的一端与供液干管4相连，铜管6的另一端与回气干管5相连；铜管6上固定连接波纹翅片7。集热蒸发器底面的顶部设置上部风口2，集热蒸发器底面的底部设置下部风口1；如图3所示，上部风口2和下部风口1均连接有风道，风道上均设置有风阀9，下部风口1与风阀9间设置有风机8；风阀9带自动控制系统；
38.铜管6横向设置在集热蒸发器内，铜管6内设置有制冷剂，铜管6与波纹翅片7垂直布置；铜管6呈s型布置，制冷剂从供液干管4流入，从回气干管5流出，下进上出，有效避免蒸发后的气态制冷剂出现逆流。铜管6上固定连接有多个波纹翅片7，通过外壳保温板3加以固定；如图4-图6所示，波纹翅片7呈波纹结构，采用铝箔制成，增大太阳能集热面积，并加大湍流及空气扰动，波纹翅片7间隔均匀设置，空气从波纹翅片7间由底部流向顶部。
39.波纹翅片7和铜管6表面喷涂有吸收率高反射率低的选择性吸收涂料，保证太阳光的高效吸收。盖板10采用透明的聚碳酸脂板材制成，并在盖板10外层喷涂有防紫外线层，在保证太阳辐射高效通过的前提下同时减少常年辐射下的盖板损坏；保温板3采用挤塑聚苯板制成。
40.太阳光通过盖板10直射铜管6与波纹翅片7，其上喷涂吸收率高反射率低的选择性吸收涂料，保证了太阳能的吸收及利用。
41.下部风口1设置的风机8，给内部压送空气，使空气与波纹翅片7、铜管6强迫对流换热，增大换热效率。下部风口1压送的空气经换热后，由上部风口2吹出，整套设备做好密封与保温效果。
42.集热蒸发器在不影响风道使用条件下，可根据太阳角度调整，使与地面的夹角α为正午太阳高度角的余角，加大太阳辐射的吸收。
43.由于进口制冷剂为液态，蒸发后变为气态，体积增大，因此回气干管5的直径大于供液干管4的直径。
44.实施例2
45.一种太阳能-空气能集热蒸发器的使用方法，包括：
46.冬季热泵系统运行时，将制冷剂输入铜管6，制冷剂在蒸发器的铜管6内流动，既能带走铜管6与肋片7吸收的太阳能，又能通过铜管6与空气的强迫对流换热吸收空气能。在没有太阳辐射的阴雨天与夜晚，太阳辐射强度为0时，打开风机8，风机8满频运行，使制冷剂充分吸收空气能；随着太阳辐射出现时，制冷剂蒸发所吸收的热量同时来自太阳能和空气能；随着太阳辐射的增强，太阳辐射强度低于阈值时，蒸发温度升高，制冷剂蒸发所吸收的热量大部分来自太阳能，此时通过变频使风速降低，可设置自动控制；随着太阳辐射的进一步增
强，太阳辐射强度大于阈值时，蒸发温度若升高至与室外空气温度相同时，应当关闭风机8，这时制冷剂蒸发所吸收的热量将全部来自于太阳辐射；正午时分，太阳辐射更加强烈，蒸发温度、蒸发压力、压缩机吸气压力开始逐步升高，太阳辐射强度达到峰值时，此时打开风机8，通过室外空气降低蒸发器过热度增大带来的危害。
47.下部风口1的风阀9控制进风量，上部出风口2的风阀9控制出风量。当太阳辐射少或夜间，太阳能不能满足蒸发器集热需求，太阳辐射强度为0时，打开上部与下部的风阀9及风机8，集热蒸发器吸收空气能，从室外抽风，向室外排风。当太阳辐射强度高时，需根据监测的蒸发温度与室外温度，判断是否开启两个风阀9与风机8，以及开启的大小。当蒸发温度低于室外温度时，开启两个风阀9与风机8，通过空气中的热量进一步提升蒸发温度；当蒸发温度大于室外温度时，关闭风机8和两个风阀9。根据集热蒸发器出口过热度，控制风机8的风量及两个风阀9的开启大小。当太阳辐照强度过高，造成集热蒸发器出口过热度大于阈值时，开启风机8和两个风阀9，通过室外空气降低蒸发器过热度。
48.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
49.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，包括：外壳保温板(3)和盖板(10)；盖板(10)设置在集热蒸发器的顶面；外壳保温板(3)设置在集热蒸发器底面和侧面；铜管(6)设置在集热蒸发器内部；铜管(6)上固定连接有多个波纹翅片(7)；集热蒸发器底面的顶部设置上部风口(2)，集热蒸发器底面的底部设置下部风口(1)；上部风口(2)和下部风口(1)均连接有风道，风道上均设置有风阀(9)，下部风口(1)与风阀(9)间设置有风机(8)。2.根据权利要求1所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，所述铜管(6)横向设置在集热蒸发器内，铜管(6)内设置有制冷剂。3.根据权利要求1所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，所述铜管(6)呈s型布置，铜管(6)与波纹翅片(7)垂直布置。4.根据权利要求1所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，所述波纹翅片(7)均呈波纹结构，波纹翅片(7)间隔均匀设置。5.根据权利要求1所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，使用状态时，盖板(10)朝向太阳光，集热蒸发器与地面呈夹角，所述夹角的取值范围为：大于0度，小于90度。6.根据权利要求1所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，所述盖板(10)采用透明的聚碳酸脂板材制成，盖板(10)外层喷涂有防紫外线层。7.根据权利要求1所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，所述保温板(3)采用挤塑聚苯板制成。8.根据权利要求1所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，所述铜管(6)的一端与供液干管(4)相连，铜管(6)的另一端与回气干管(5)相连。9.根据权利要求8所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，其特征在于，所述回气干管(5)的直径大于供液干管(4)的直径。10.一种太阳能-空气能集热蒸发器的使用方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任一项所述的一种太阳能-空气能集热蒸发器，包括：将制冷剂输入铜管(6)；太阳辐射强度为0时，打开风机(8)；太阳辐射强度低于阈值时，通过变频使风速降低；太阳辐射强度大于阈值时，蒸发温度与室外空气温度相同时，关闭风机(8)；太阳辐射强度达到峰值时，打开风机(8)；下部风口(1)的风阀(9)控制进风量，上部出风口(2)的风阀(9)控制出风量；当太阳辐射强度为0时，打开上部与下部的风阀(9)及风机(8)，从室外抽风，向室外排风；根据监测的蒸发温度与室外温度，判断是否开启两个风阀(9)与风机(8)，以及开启的大小；当蒸发温度低于室外温度时，开启两个风阀(9)与风机(8)；当蒸发温度大于室外温度时，关闭风机(8)和两个风阀(9)；根据集热蒸发器出口过热度，控制风机(8)的风量及两个风阀(9)的开启大小；集热蒸发器出口过热度大于阈值时，开启风机(8)和两个风阀(9)。

技术总结
本发明属于太阳能热泵领域，具体公开了一种太阳能-空气能集热蒸发器及使用方法，本发明中集热蒸发器在铜管上采用波纹翅片，可有效增大太阳能集热面积，并使风机吹进集热蒸发器中的空气发生湍流效应。在太阳辐射不足时保证空气与铜管、波纹翅片能够充分换热，吸收空气能；在太阳能充足时，可以借助太阳能提升蒸发温度和蒸发压力，提升热泵制热能效，能对太阳能高效利用。盖板采用透明的聚碳酸脂板材且外表面涂覆有防紫外线层，提高材料及系统使用寿命，翅片及铜管喷涂吸收率高反射率低的选择性吸收涂料，加大太阳辐射的吸收。其中翅片采用波纹式，使空气在翅片中呈Z字型运动，增强湍流，使换热更加充分。使换热更加充分。使换热更加充分。


技术研发人员：禹丽爽 郝志刚 刘博文 郭原湖 贾祎漪 张文雯 李永杰 喻晖 彭茂君 徐颖 曾渊 王军 范莹 王丽杰 邢云 王波
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/19