翅片管腔蒸发空气太阳复合源采暖空调热水机

(一)技术领域

本发明涉及一种翅片管腔蒸发空气太阳复合源采暖空调热水机。

(二)背景技术

光管蒸发式冷凝器、空气源热泵、太阳能热泵的技术现状：

1、光管蒸发式冷凝器：环境空气被轴流风机驱动而在翅化比1的蒸发式冷凝器内低速向上流动，以使冷却水在光管外壁垂直循环喷淋冷却时，吸热升温至环境空气湿球温度5℃端差而负压降膜蒸发，加之管内热泵工质冷凝温度与负压降膜蒸发2℃端差，导致压缩式制冷机组的夏季制冷性能系数EER只能达到6。另一方面冬季无法从环境空气取热而实现热泵制热，导致客户必须配置空气源热泵和蒸发式冷凝器制冷机组两套设备，从而加倍项目投资。

2、空气源热泵驱动采暖空调热水机：作为采暖空调热水三功能使用的空气源热泵，已实现商业化普及，但其周期性融霜过程所存在(蒸发器+吸气管)/(冷凝器+排气管)的50℃温差热容波动，导致热泵部分制热量抵消融霜制冷量，加之国家标准规定融霜时间不超过融霜周期20％，因此40％属抵消运行期，使得满载制热能效比COP高达3的空气源热泵，其平均制热能效比COP只有1.8，从而导致空气源热泵在潮湿冬季的平均制热量严重不足。

3、太阳能热泵：太阳能平板式吸收器由迎光表面涂黑的双层铝板制造，双层铝板间形成热泵工质的分配器与流通管道；其中涂黑铝板用于吸收太阳辐射以提供热泵工质蒸发热量，设计成为热泵蒸发器，而分配器与流通管道则用于优化热泵循环的蒸发过程。由于每平方米面积所能接收的太阳辐照强度不超过1kW，由此限制热泵制热量的提高；此外该蒸发器由于不设翅片，导致夜晚无法从空气中吸收热量，从而降低产品使用率，只能应用于白天加热少量家庭用热水，其制热量远低于空气源热泵热水机。

综上所述，采暖空调热水市场迫切需要解决冬季空气源热泵融霜导致平均制热量严重衰减，以及把光管蒸发式冷凝器技术用于提升热泵夏季制冷性能系数EER。

(三)发明内容

本发明目的：构建翅片管蒸发+空气能+太阳能复合热源蒸发器/冷凝器，发明翅片管腔蒸发空气太阳复合源采暖空调热水机，以满足不断增长的生活需求。

本发明采用技术方案，即翅片管腔蒸发空气太阳复合源采暖空调热水机如附图1所示，其由：1-压缩机；1-1-气液分离器；2-四通换向阀；3-使用侧换热器；4-止回阀；5-高压储液器；6-经济器；6-1-经济器膨胀阀；7-干燥过滤器；8-热泵膨胀阀；9-翅片管腔蒸发式冷凝吸收器；10-轴流风机；11-布水盘；12-积水盘；13-排水阀；14-循环水泵；15-逆止阀；16-电动三通阀；17-风机盘管；18-自带手动阀的膨胀罐；19-过滤器；20-热水循环泵；21-热水逆止阀；22-热水加热器；23-保温热水箱；24-热水过滤器；25-液位开关；26-补水电动阀；27-手动调节阀；28-热水喷嘴；29-冷却循环泵；30-冷却逆止阀；31-冷却过滤器；32-冷却电动阀；33-除霜电动阀；34-翅片管腔蒸发空气太阳复合源箱体；35-脱水器；36-浮球补水器；37-自来水电动阀等组成，其特征在于：

通过热泵工质管道串联连接气液分离器1-1、压缩机1、四通换向阀2、使用侧换热器3热泵工质侧、三通、止回阀4、三通、高压储液器5、三通、经济器6过冷侧、干燥过滤器7、热泵膨胀阀8、三通、止回阀4、三通、翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9热泵工质侧、四通换向阀2、气液分离器1-1、压缩机1，组成热泵循环回路；

通过热泵工质管道串联连接三通、经济器膨胀阀6-1、经济器6热泵工质侧、压缩机1补气口，组成经济器补气增焓回路；

翅片管腔蒸发空气太阳复合源箱体34的顶部设置轴流风机10，驱使环境空气穿过东南西三个朝阳面而垂直布置的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的管间翅片并汇集后从上部流出，组成翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9；

东南西三个朝阳面分别垂直布置翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9，以在当地上午、中午、下午实现免跟踪吸收太阳辐照；

东南西三个朝阳面垂直布置的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的正下方设置水平带倾角的积水盘12，其倾角最低处的排水口通过排水管道连接排水阀13，组成凝露水、冲霜水、融霜水排放回路；

循环水泵14通过循环水管道串联连接逆止阀15、使用侧换热器3循环水侧、电动三通阀16、并联风机盘管17、汇流三通、自带手动阀的膨胀罐18、过滤器19、循环水泵14，组成采暖/空调功能循环回路；

循环水泵14通过循环水管道串联连接逆止阀15、使用侧换热器3循环水侧、电动三通阀16、热水加热器22循环水侧、汇流三通、自带手动阀的膨胀罐18、过滤器19、循环水泵14，组成热水功能循环回路；

热水循环泵20通过热水管道串联连接热水逆止阀21、热水加热器22热水侧、保温热水箱23、补水三通、热水过滤器24、热水循环泵20，组成热水循环加热回路；

保温热水箱23的上部液位开关25控制补水电动阀26的开度，而补水电动阀26的出口连接补水三通，组成补水回路；

保温热水箱23的底部热水出口通过热水保温管道串联连接热水三通、手动调节阀27、热水喷嘴28，组成热水喷淋回路；

积水盘12的冷却水出口通过冷却管道串联连接冷却过滤器31、冷却循环泵29、冷却逆止阀30、冷却电动阀32、切换三通、布水三通、布水盘11，组成蒸发冷却热水冲霜循环回路；

保温热水箱23的底部热水出口通过热水保温管道串联连接热水三通、除霜电动阀33、切换三通、布水三通、布水盘11，组成热水冲霜回路；

翅片管腔蒸发空气太阳复合源箱体34的顶部均匀布置轴流风机10，其东南西三个朝阳面垂直布置吸收阳光的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9，其北面设置封闭空腔以布置热泵机组，其底部布置积水盘12，组成翅片管蒸发空气太阳复合源；

翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9、脱水器35、轴流风机10，组成空气热质交换回路；

浮球补水器36通过自来水电动阀37连接上水管道，依据积水盘12水位补水，组成补水回路。

翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9是1排至10排翅片换热管的换热器。

翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片间距为1mm至10mm。

翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片表面涂黑；或者紧密附着可见光选择性涂层。

轴流风机10的台数为1台至40台。

翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9为紫铜管紫铜翅片；或者为不锈钢管不锈钢翅片；或者为铝管铝翅片；或者为碳钢管碳钢翅片；或者为紫铜管铝翅片。

布水盘11底部均匀分布向下内径0.3mm、长度2mm朔料圆形短管。

轴流风机10为变流量风机，其中冬季取热运行采用正常流量，夏季放热运行采用加倍流量，冬季冲霜运行采用加倍流量。

本发明工作原理结合附图1说明如下：

1、冬季热泵循环+热水融霜实现采暖功能：

(1)热泵循环：压缩机1驱动高压、过热气态热泵工质流经四通换向阀2、使用侧换热器3热泵工质侧，以向45℃循环水释放排气显热、冷凝潜热而成为高压、饱和液态热泵工质，然后经三通、止回阀4、三通、高压储液器5、三通、经济器6过冷侧、干燥过滤器7进入热泵膨胀阀8中，节流成为低压、低温两相热泵工质，再经三通、止回阀4、三通，流入翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9热泵工质侧，吸收环境空气降温显热、凝露潜热或凝霜潜热、太阳辐照而蒸发成为低压、过热气态热泵工质，并流经四通换向阀2和气液分离器1-1，重新被压缩机1压缩成为高压、过热气态热泵工质，而构成热泵循环。其中，高压储液器5出口的高压、饱和液态热泵工质流经三通进入经济器膨胀阀6-1中，节流成为中压、中温两相热泵工质，再流经经济器6蒸发侧，以吸收另侧热泵工质的降温过冷显热而蒸发成为中压、过热气态热泵工质，被吸入压缩机1补气口，而构成经济器补气增焓循环。

(2)吸收空气太阳复合热源：环境空气被正常流量轴流风机驱动，翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片表面和管道外壁所形成的翅片管腔，不仅吸收7℃环境空气降温显热、凝露潜热或凝霜潜热，而且免跟踪吸收太阳辐照，从而以空气太阳复合热源提高蒸发温度2℃并延缓翅片管腔结霜。由于蒸发温度低于环境空气温度而无热损，使得低温太阳能集热效率达到100％。在翅片管腔形成的凝露水受重力作用而落入垂直下方的积水盘12中，再由排水阀13排出。

(3)热水冲霜：环境空气被流量加倍轴流风机驱动，当翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片表面和管外壁结满霜后，开启除霜电动阀33以使保温热水箱23中的55℃热水在重力和高差作用下流经布水盘11，通过其均匀分布向下微孔而流入下部对应的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片管腔，再由热水的53℃降温显热和落差垂直循环喷淋，以混合放热融解翅片管腔霜层，确保热水与融霜水的混合温度高出冰点2℃以上，从而避免在排出积水盘12之前结冰而堵塞排水阀13。在翅片管腔形成的冲霜水、融霜水受重力作用而落入垂直下方的积水盘12中，再由排水阀13排出。流量加倍的环境空气吹干融霜水以避免结冰。

(4)自来水冲霜：当翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片表面和管外壁结满霜后，开启自来水电动阀37，由浮球补水器36补充22℃自来水，再由冷却循环泵29驱动而循环流经积水盘12底部出口、冷却过滤器31、冷却循环泵29、冷却逆止阀30、冷却电动阀32、切换三通、布水三通而流经布水盘11，通过其均匀分布向下微孔而流入下部对应的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片管腔，再由自来水的20℃降温显热和落差垂直循环喷淋，以混合放热融解翅片管腔霜层，确保自来水与融霜水的混合温度高出冰点2℃以上，从而避免在排出积水盘12之前结冰而堵塞排水阀13。在翅片管腔形成的冲霜水、融霜水受重力作用而落入垂直下方的积水盘12中，再由排水阀13排出。

热水和或自来水冲霜确保热泵连续制热，不仅避免空气源热泵融霜周期(蒸发器+吸气管)与(冷凝器+排气管)的50℃温差热容波动导致部分制热量抵消融霜制冷量，而且精确投放融霜热量，以把冬季热泵平均制热能效比COP从空气源热泵的1.8加倍至3.6。

(5)采暖循环：循环水泵14驱动循环水流经逆止阀15、使用侧换热器3循环水侧、电动三通阀16、分流三通、风机盘管17循环水侧、汇流三通、汇流三通、自带手动阀的膨胀罐18、过滤器19、循环水泵14，以把使用侧换热器3热泵工质侧的冷凝放热带至多组风机盘管17中，并排放至18℃的采暖室内回风，以热泵循环实现冬季采暖功能。

2、夏季制冷循环+蒸发式冷凝实现空调功能：

(1)制冷循环：压缩机1驱动高压、过热气态热泵工质流经四通换向阀2、翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9热泵工质侧，以向另侧的垂直循环喷淋扩展降膜蒸发冷却水和流经环境空气释放排气显热、冷凝潜热而成为高压、饱和液态热泵工质，然后经三通、止回阀4、三通、高压储液器5、三通、经济器6过冷侧、干燥过滤器7进入热泵膨胀阀8中，节流成为低压、低温两相热泵工质，再经三通、止回阀4、三通，流入使用侧换热器3热泵工质侧，吸收循环水降温显热而蒸发成为低压、过热气态热泵工质，并流经四通换向阀2和气液分离器1-1，重新被压缩机1压缩成为高压、过热气态热泵工质，而构成制冷循环。其中，高压储液器5出口的高压、饱和液态热泵工质流经三通进入经济器膨胀阀6-1中，节流成为中压、中温两相热泵工质，再流经经济器6蒸发侧，以吸收另侧热泵工质的降温过冷显热而蒸发成为中压、过热气态热泵工质，被吸入压缩机1补气口，而构成经济器补气增焓循环。

(2)翅片管腔蒸发式冷凝器：34℃/65％环境空气被流量加倍轴流风机10驱动而从东南西三个朝阳面流经翅化比15的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片管腔形成水平强迫对流。开启自来水电动阀37，浮球补水器36补充25℃自来水，再由冷却循环泵29驱动而循环流经积水盘12底部出口、冷却过滤器31、冷却循环泵29、冷却逆止阀30、冷却电动阀32、切换三通、布水三通而流经布水盘11，通过其均匀分布向下微孔而流入下部对应的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片管腔，再由补充自来水在翅片管腔垂直循环喷淋冷却时，吸热升温至环境空气湿球温度1℃端差就负压扩展降膜蒸发出水蒸汽，再由翅片管腔冷却降温后的空气流带出，部分被脱水器35扑捉而在重力作用下落入底部积水盘12中，其余随空气流而从翅片管腔蒸发空气太阳复合源箱体34顶部散失至环境空气；由其升温显热和蒸发潜热共同带走管内热泵工质冷凝热量，以把夏季制冷性能系数EER从空气源热泵的2.8加倍至7。循环喷淋冷却水受重力作用而落入垂直下方的积水盘12中，再由排水阀13排出。

(3)空调循环：循环水泵14驱动循环水流经逆止阀15、使用侧换热器3循环水侧、电动三通阀16、分流三通、风机盘管17循环水侧、汇流三通、汇流三通、自带手动阀的膨胀罐18、过滤器19、循环水泵14，以把使用侧换热器3热泵工质侧的蒸发冷量带至多组风机盘管17中，并吸收27℃的空调室内回风低位热能，以制冷循环实现夏季空调功能。

3、全年热泵循环+热水融霜实现热水功能：

(1)热泵循环：压缩机1驱动高压、过热气态热泵工质流经四通换向阀2、使用侧换热器3热泵工质侧，以向50℃循环水释放排气显热、冷凝潜热而成为高压、饱和液态热泵工质，然后经三通、止回阀4、三通、高压储液器5、三通、经济器6过冷侧、干燥过滤器7进入热泵膨胀阀8中，节流成为低压、低温两相热泵工质，再经三通、止回阀4、三通，流入翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9热泵工质侧，吸收环境空气降温显热、凝露潜热或凝霜潜热、太阳辐照而蒸发成为低压、过热气态热泵工质，并流经四通换向阀2和气液分离器1-1，重新被压缩机1压缩成为高压、过热气态热泵工质，而构成热泵循环。其中，高压储液器5出口的高压、饱和液态热泵工质流经三通进入经济器膨胀阀6-1中，节流成为中压、中温两相热泵工质，再流经经济器6蒸发侧，以吸收另侧热泵工质的降温过冷显热而蒸发成为中压、过热气态热泵工质，被吸入压缩机1补气口，而构成经济器补气增焓循环。

(2)吸收空气太阳复合热源：翅片管腔蒸发式冷凝吸收器9的翅片表面和管道外壁所形成的翅片管腔，不仅吸收20℃环境空气降温显热、凝露潜热或凝霜潜热，而且免跟踪吸收太阳辐照，从而以空气太阳复合热源提高蒸发温度2℃并延缓翅片管腔结霜。由于蒸发温度低于环境空气温度而无热损，使得低温太阳能集热效率达到100％。在翅片管腔形成的凝露水受重力作用而落入垂直下方的积水盘12中，再由排水阀13排出。

(3)热水循环：循环水泵14驱动循环水流经逆止阀15、使用侧换热器3循环水侧、电动三通阀16、热水加热器22循环水侧、汇流三通、自带手动阀的膨胀罐18、过滤器19、循环水泵14，以把使用侧换热器3热泵工质侧的冷凝放热带至热水加热器22中，并排放至50℃的热水，以热泵循环实现全年热水功能。

(4)热水洗浴：热水循环泵20驱动热水流经热水逆止阀21、热水加热器22热水侧、保温热水箱23、补水三通、热水过滤器24、热水循环泵20，以被热水加热器22循环加热升温。保温热水箱23的上部液位开关25控制补水电动阀26的开度，以实现补水。开启手动调节阀27，以使热水在重力作用下从保温热水箱23的底部热水出口通过热水管道流经并联的多组手动调节阀27和热水喷嘴28，以实现热水洗浴功能。

本发明集成空气源热泵、采暖空调热水机、翅片管腔蒸发式冷凝器、热水融霜、太阳能吸收器等热泵节能技术，从而使其具有技术优势如下：

(1)翅片管腔蒸发式冷凝吸收器的翅片管腔不仅吸收环境空气降温显热、凝露潜热或凝霜潜热，而且免跟踪吸收太阳辐照，从而以空气太阳复合热源提高蒸发温度2℃并延缓翅片管腔结霜。由于蒸发温度低于环境空气温度而无热损，使得低温太阳能集热效率达到100％。

(2)由热泵制取热水，再垂直循环喷淋混合放热融霜，以确保热泵连续制热，不仅避免空气源热泵融霜周期(蒸发器+吸气管)与(冷凝器+排气管)的50℃温差热容波动导致部分制热量抵消融霜制冷量，而且精确投放融霜热量，以把冬季热泵平均制热能效比COP从空气源热泵的1.8加倍至3.6。

(3)环境空气被轴流风机驱动而在翅化比15的翅片管腔蒸发式冷凝吸收器的翅片管腔形成水平强迫对流，以使补充自来水在翅片管腔垂直循环喷淋冷却时，吸热升温至环境空气湿球温度1℃端差就负压扩展降膜蒸发，由其升温显热和蒸发潜热共同带走管内热泵工质冷凝热量，以把夏季制冷性能系数EER从空气源热泵的2.8加倍至7。

(四)附图说明

附图1为本发明的系统流程图。

其中：1-压缩机；1-1-气液分离器；2-四通换向阀；3-使用侧换热器；4-止回阀；5-高压储液器；6-经济器；6-1-经济器膨胀阀；7-干燥过滤器；8-热泵膨胀阀；9-翅片管腔蒸发式冷凝吸收器；10-轴流风机；11-布水盘；12-积水盘；13-排水阀；14-循环水泵；15-逆止阀；16-电动三通阀；17-风机盘管；18-自带手动阀的膨胀罐；19-过滤器；20-热水循环泵；21-热水逆止阀；22-热水加热器；23-保温热水箱；24-热水过滤器；25-液位开关；26-补水电动阀；27-手动调节阀；28-热水喷嘴；29-冷却循环泵；30-冷却逆止阀；31-冷却过滤器；32-冷却电动阀；33-除霜电动阀；34-翅片管腔蒸发空气太阳复合源箱体；35-脱水器；36-浮球补水器；37-自来水电动阀。

(五)具体实施方式

本发明提出的翅片管腔蒸发空气太阳复合源采暖空调热水机的实施例如附图1所示，现说明如下，其由：体积排量12m

本发明实施例实现技术性能：

(1)在1台轴流风机驱动下由翅片管腔蒸发式冷凝吸收器的翅片管腔不仅免跟踪吸收1.5kW太阳辐照，而且吸收7℃环境空气降温显热、凝露潜热或凝霜潜热6kW，共计吸收空气太阳复合热源7.5kW热量以提供热泵工质蒸发潜热，从而以空气太阳复合热源提高蒸发温度2℃并延缓翅片管腔结霜；由于蒸发温度低于环境空气温度而无热损，使得低温太阳能集热效率达到100％。

(2)由热泵制取55℃热水，再垂直循环喷淋混合放热融霜，以及吸收1.5kW太阳辐照而确保热泵连续制热10.5kW，不仅避免空气源热泵部分制热量抵消融霜制冷量，而且精确投放融霜热量，压缩机输入电功率3kW，以把冬季热泵平均制热能效比COP从空气源热泵的1.8加倍至3.6。

(3)风量5600m