一种家用小型太阳能空气源复合热泵系统

技术领域

本发明涉及太阳能空气能利用技术领域，具体涉及一种家用小型太阳能空气源复合热泵系统。

背景技术

为减少建筑碳排放量，达成双碳目标，国家鼓励通过太阳能、风能等可再生能源以及零碳能源核能的利用，来逐步代替煤炭、石油、天然气等化石能源，进行建筑供冷/暖。对于可再生能源的利用，目前通常采用光伏发电、风光发电等方法将其转化为电能，进行使用。空气源复合热泵作为一项高效用电技术，从空气中取热，将低品位热能转化为高品位热能，可以减少直接用电供冷/暖导致的电力浪费。

对于空气源热泵系统而言，传统室内机多为翅片管换热器，通过内置风扇对建筑进行供冷/暖。而翅片管换热器易沉积灰尘污垢，且不便清洗，易造成室内居住人员患上呼吸类疾病等健康问题。此外，传统室内机采用悬挂的安装方式，导致冬天采暖时，室内高处的温度较高，而人员工作、活动区域的温度较低，能量没有被有效合理的利用；而冬季除霜时，空气源热泵系统会从室内空气中吸热，造成室内温度下降，或者是系统需要增加电加热装置，导致其系统能效的进一步降低，影响用户使用体验的同时造成电源资源的浪费，增加用户的使用成本，不利于上述换热器在市场上的推广及应用。

为了解决上述技术问题，提高供暖舒适性，空气源热泵热水系统应运而生，其通过地板、墙板等以热辐射的形式进行室内供冷/暖，但该系统需要将制冷剂与水进行二次换热，能效下降，且设备结构复杂，初投资和运行费用都较高，因此不适用于一般的民用住宅，而且在夏季供冷时，结露问题会影响地板、墙板等的制冷效果，还易导致墙板脱落、地板翘边等问题，进一步增加用户的维护成本，不利于上述空气源热泵热水系统在市场上的推广及应用。

虽然现有家用空调技术中，已有部分室内机采用微通道换热器，但是其仅是将翅片管换热器替代为微通道换热器，与传统室内机结构相似，与室外新风没有直接换热，仅是通过换气模式来调节室内空气，使得室内空气质量一般，能耗增加；同时，现有落地式空调室内机多用于大空间中，例如客厅，空调出风口较高，导致出现风口附近温度最适宜，其他区域温度一般，热损失较大，用户体验感较差。

发明内容

为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供了带有平行流微通道换热器的太阳能空气源复合热泵系统，该系统通过太阳能和空气能多源供冷/暖，提高了系统的冷热转换效率，同时，采用平行流微通道换热器代替传统的室内/外机的翅片管换热器，进一步减少系统中制冷剂充注量，降低系统能耗的同时降低用户的使用成本，有利于带有平行流微通道换热器的太阳能空气源复合热泵系统在市场上的推广及应用。

为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案:

一种家用小型太阳能空气源复合热泵系统，包括室内换热器、节流阀、室外换热器、四通换向阀、气液分离器及压缩机，所述室内换热器和室外换热器均为平行流微通道换热器，

所述平行流微通道换热器包括壳体和位于壳体内的多个并联设置的换热模块，换热模块包括换热壳体、设于换热壳体内的多排平行流微通道和设于平行流微通道之间的翅片；壳体的上下两端分别设有出风模块与进风模块，空气由进风模块进入本体内与换热模块进行热交换之后，经出风模块排出；所述室内换热器中，进风模块与室外新风连通，出风模块与室内连通；所述室外换热器中，进风模块与出风模块均与室外空气连通；室外换热器的壳体表面光滑并设有吸热涂层。

作为本发明的优选方案之一，所述室内换热器中，进风模块包括新风管和新风阀，新风管的一端通过新风阀与室外空气连通，另一端通过槽口与本体内部空气连通，新风管面向用户的一侧设有进风栅栏和空气质量传感器；所述热泵系统还根据空气质量传感器的值实时控制新风阀的开度。

作为本发明的优选方案之一，所述室内换热器中，出风模块包括出风管、室内风机和出风栅栏；所述热泵系统还根据空气质量传感器的值实时控制室内风机的转速。

作为本发明的优选方案之一，所述空气质量传感器包括温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器。

作为本发明的优选方案之一，所述室内换热器中，换热模块还包括填充于换热壳体内的蓄冷/蓄热介质。

作为本发明的优选方案之一，所述室内换热器为落地式，出风栅栏位于出风管的顶部，室内风机将换热后的新风通过出风栅栏送入室内。

作为本发明的优选方案之一，所述室外换热器倾斜设置，室外换热器中，进风模块设有室外进风栅栏，出风模块内设有室外风机。

作为本发明的优选方案之一，所述室外换热器、节流阀、四通换向阀、气液分离器、压缩机均设于室外机组合支撑壳体内，室外换热器面向太阳的一面设有吸热涂层，背向太阳的一面设有反射板，反射板设于室外换热器与压缩机之间。

作为本发明的优选方案之一，所述室内换热器中，壳体内换热模块的底部设有凝结水盘。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)本发明所述家用小型太阳能空气源复合热泵系统，通过太阳能和空气能多源供冷/暖代替单一冷热源的供冷/暖，系统效率更高，提高了对太阳能可再生能源的利用率，同时降低供冷/暖带来的碳排放量，利于能源结构转型。

2)本发明所述家用小型太阳能空气源复合热泵系统，采用平行流微通道换热器代替原有室内/外换热器，减少了制冷剂充注量，保证换热效果的同时降低了输送能耗及能量损失，提高能源利用率。

3)本发明采用的平行流微通道换热器结构简单巧妙，制造方便，可模块化生产，降低制造成本，进而降低用户的使用成本，有利于上述阳能空气源复合热泵系统在市场上的推广及应用。

4)本发明中的室内换热器兼顾夏季供冷与冬季供热需求，落地式安装保证了人体活动区域的负荷需求，避免了热量集中于房顶造成热量浪费；且其内置蓄热/蓄冷介质，既为系统冬季除霜提供热量，又延长了冬、夏季系统停机后室内温度的延续时间，提高了室内的舒适性，也有利于电力的削峰填谷；通过设置了新风通道，确保新风需求，提供健康适宜的居住环境；平行流微通道换热器换热效果好，体积较小，大大节省建筑空间。

5)本发明中的室外换热器面向太阳的一面设有吸热涂层，加大太阳能热能的吸收；背向太阳的一面设置反射板，加强了与换热器的换热效率，同时避免阳光直射压缩机，造成压缩机过热损坏，保证系统高效运行，增强用户的使用体验。

附图说明

图1是本发明所述家用小型太阳能空气源复合热泵系统的结构示意图；

图2是本发明的室内换热器的结构示意图；

图3是本发明的室内换热器中平行流微通道呈横向排布的正视结构剖视图；

图4是本发明的室内换热器中平行流微通道呈纵向排布的正视结构剖视图；

图5是本发明的室内换热器的俯视结构示意图；

图6是本发明的室内换热器中平行流微通道呈横向排布的俯视结构剖视图；

图7是本发明的室内换热器内平行流微通道呈纵向排布的俯视结构剖视图；

图8是本发明的室内换热器的右视结构示意图；

图9是本发明的室内换热器内平行流微通道呈横向排布的右视结构剖视图；

图10是本发明的室内换热器内平行流微通道呈纵向排布的右视结构剖视图；

图11是本发明所述家用小型太阳能空气源复合热泵系统中室外机组的结构示意图；

图12是本发明的室外换热器内平行流微通道呈横向排布的正视结构剖视图；

图13是本发明的室外换热器内平行流微通道呈纵向排布的正视结构剖视图；

图14是本发明的室外换热器内平行流微通道呈横向排布的俯视结构剖视图；

图15是本发明的室外换热器内平行流微通道呈纵向排布的俯视结构剖视图；

图16是本发明的室外换热器内平行流微通道呈横向排布的右视结构剖视图；

图17是本发明的室外换热器内平行流微通道呈纵向排布的右视结构剖视图；

图18是本发明的室内/外换热器横向布置流动示意图。

附图标记：1、室内换热器；1-1、室内出风模块；1-2、室内进风模块；1-3、室内进风栏栅；1-4、蓄热介质进口；1-5、蓄热介质出口；1-6、室内进出制冷剂铜管；1-7、凝水接盘；1-8、室内微通道翅片；1-9、室内制冷剂总管；1-10、换热模块；1-11、蓄热介质总管；1-12、过滤网；1-13、室内风机；1-14、新风管；1-15、换热模块翅片；1-16、室内平行流微通道；1-17、换热壳体；1-18、室内分流板；2、室外换热器；2-1、反射板；2-2、室外进风栏栅；2-3、室外进风模块；2-4、室外出风模块；2-5、室外风机；2-6、室外进出制冷剂铜管；2-7、室外制冷剂总管；2-8、室外平行流微通道；2-9、室外微通道翅片；2-10、室外分流板；3、节流阀；4、四通换向阀；5、气液分离器；6、压缩机；7、控制装置；8、室外机组合支撑壳体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例作详细说明。

如图1至18所示，本发明所述家用小型太阳能空气源复合热泵系统，用于建筑夏季供冷、冬季供暖；主要包括室内换热器1、节流阀3、室外换热器2、四通换向阀4、气液分离器5及压缩机6，所述室内换热器1和室外换热器2均为平行流微通道换热器。

所述平行流微通道换热器包括壳体和位于壳体内的多个并联设置的换热模块，换热模块包括换热壳体、设于换热壳体内的多排平行流微通道和设于平行流微通道之间的翅片；壳体的上下两端分别设有出风模块与进风模块，空气由进风模块进入本体内与换热模块进行热交换之后，经出风模块排出；所述室内换热器中，进风模块与室外新风连通，出风模块与室内连通；所述室外换热器中，进风模块与出风模块均与室外空气连通；室外换热器的壳体表面光滑并设有吸热涂层。

该复合热泵系统使用的室内外换热器均为平行流微通道换热器，相比于传统空气源热泵系统，其可有效吸收太阳热量，通过太阳能和空气能多能源供冷/暖，提高了系统的运行效率。此外，相比于传统室内机中的翅片管换热器，平行流微通道换热器能够有效减少系统制冷剂充注量，降低了用户的使用成本，同时减少了由制冷剂制作导致的碳排放量，增强用户的使用体验，有利于上述复合热泵系统在市场上的推广及应用。

具体地，室内换热器中，换热模块包括室内平行流微通道1-16、换热壳体1-17和设于平行流微通道之间的室内微通道翅片1-8，室内平行流微通道1-16通过室内分流板1-18与室内制冷剂总管1-9连通，室内制冷剂总管1-9连通制冷剂铜管1-6，将制冷剂分配至各个室内平行流微通道1-16中进行换热。为了加强换热，换热壳体1-17为金属材质，优选为铝制壳体。同时，在换热壳体内平行流微通道之间填充蓄热/蓄冷介质1-5，蓄热/蓄冷介质既起到了保护室内平行流微通道1-16的作用，蓄存的热量可用于冬季除霜，蓄存的冷量可用于夏季制冷。

为了进一步加强换热，增强用户的使用体验，上述换热模块1-10的换热壳体外壁垂直布置有换热模块翅片1-15，多个上述换热模块1-10之间并联形成换热整体结构，并在换热整体结构外包覆有由金属材质制成的壳体，且相邻两个上述换热模块1-10之间留有距离设置，便于空气流通，并在室内换热器壳体的侧边开设蓄热介质进口1-4与蓄热介质出口1-5。

室内换热器1的壳体上下两端分别设有室内出风模块1-1、室内进风模块1-2。为了保证室内空气质量，室内进风模块1-2包括新风管1-14和新风阀，新风管的一端通过新风阀与室外空气连通，另一端通过槽口与壳体内空气连通。为了便于室内回风，室内进风模块1-2面向用户的一侧设有室内进风栅栏1-3和室内质量传感器，空气质量传感器包括温湿度传感器和二氧化碳浓度传感器，控制装置7可根据室内温湿度和二氧化碳浓度，自动调节新风阀的开度，以有效保证区域内人员的卫生健康。

为了便于空气与换热模块1-10之间换热，室内出风模块1-1包括出风管、出风栅栏和室内风机1-13，出风管下部开设有槽口，上部设有出风栅栏，出风栅栏安装有过滤网1-12。控制装置7还根据室内温湿度和二氧化碳浓度自动调节室内风机3的转速。值得一体的是，本专利中，出风管内也可不设室内风机，依靠自然对流以及辐射换热的方式，与室内空气及墙体进行换热，在提升室内舒适性的同时节约能源；此外，在春秋等过渡季节，通过新风通道，依靠自然对流，为室内空气送入新风，提供健康的居住环境。

室内换热器中，壳体内换热模块的底部设有凝结水盘1-7，凝结水盘1-7的设置便于夏季收集凝结水，避免凝结水对环境的影响。

优选地，室内换热器1设计为落地式，与传统的将制冷/热设备挂在墙体上相比，能够有效避免热量在高处堆积，新风经换热后由室内风机向上吹出，空间内的热量由低向高送出，类似于散热片，可加强换热器的换热强度，既有利于系统的蒸发/冷凝温度的降低，又可提高空间热舒适度，增强用户的使用体验。室内换热器1内部的室内平行流微通道1-16呈横向或纵向罗列排布，使其平面面对墙体，减少对建筑空间的占用，降低成本。

具体地，室外换热器中，室外进风模块2-3和室外出风模块2-4均与室外空气连通，在室外进风模块2-3的一侧设有室外进风栏栅2-2，室外出风模块2-4中安装室外风机2-5，通过室外风扇2-5加强各并联或串联的换热模块与空气的换热。

将室外进出制冷剂铜管2-6焊接在室外制冷剂总管2-7上，室外制冷剂总管2-7通过室外分流板2-10连通或横或纵组合排列的室外平行流微通道2-8，为了进一步加强换热，在每个室外平行流微通道换热器2的背面设置室外微通道翅片2-9。

室外换热器2为倾斜落地式，其与地面保持一定的倾斜角，以保证对太阳能的吸收，室外换热器2面向太阳的一面光滑并设有吸热涂层，便于吸热太阳热量。

为了保证系统的使用寿命，将室外2连同节流阀3、四通换向阀4、气液分离器5以及压缩机6共同安装在室外机组合支撑壳体8中。室外换热器2背后安装有反射板2-1，反射板2-1提高室外换热器2换热量的同时，也避免了太阳直射于压缩机6，保证了系统运行的可靠度，同时反射板2-1还可用于反射太阳光至换热器光滑背面，加强换热。

本发明所述家用小型太阳能空气源复合热泵系统，运行过程如下：

夏季制冷工况时，四通换向阀4动作，太阳能空气源复合热泵系统切换至制冷状态(如图1实心箭头所示)，低温低压的制冷剂进入室内换热器1，与室内空气进行换热，吸热蒸发成为气体。在该蒸发吸热过程中，室内换热器1中的传感器实时监测室内空气品质及室内温湿度，自动调节新风阀的开度与室内风机1-13的转速，在蒸发过程中的凝结水则通过光滑壁面流入换热器的凝水接盘1-7中，避免打湿地板。完成蒸发吸热后，低温低压的制冷剂气体进入压缩机6，压缩至高温高压制冷剂气体，进入室外换热器2，高温高压的制冷剂气体与室外空气进行换热，室外换热器2光滑的壁面有助于其在夜间通过天空辐射，向环境散热，在强迫换热和天空辐射共同作用下，高温高压制冷剂气体凝结成高温高压制冷剂液体，经过节流阀3后，变成低温低压的气液混合物，再次进入室内换热器1，如此循环，进行制冷。当夏季室外温度较高时，室外换热器散热能力不佳时，此时由于室内换热器含有蓄冷介质，蓄冷介质可吸收制冷剂的冷量并予以存储，也可有效保证室内的冷量，提升室内舒适性，此外，蓄冷介质的存在也可以延长系统停机后室内温度维系时间，也在一定程度上起到电力削峰填谷的作用。

冬季供热工况时，四通换向阀4动作，太阳能空气源复合热泵系统切换至供热状态(如图1空心箭头所示)，从压缩机6出来的高温高压气态制冷剂进入室内换热器1中，通过强迫对流和辐射，与房间进行换热。在该凝结放热过程中，蓄热介质将蓄存一部分热量，通过室内换热器1中的二氧化碳浓度传感器测量人体活动区域的温度以及二氧化碳浓度变化，调节新风阀以及室内风机1-13转速。从室内换热器1出来的高温高压液体制冷剂经过节流阀3变成低温低压的气液混合制冷剂，并进入室外换热器2中吸热蒸发。在该蒸发吸热过程中，通过室外换热器2表面的吸热涂层以及背后设置的反射板2-1，加大太阳热能的吸收，同时通过室外风机2-5，加强室外换热器2与室外空气之间的换热。蒸发后的制冷剂气体进入压缩机6，再进入室内换热器1，如此循环，进行供暖。冬季除霜工况时，四通换向阀4动作，将太阳能空气源复合热泵系统重新切换至制冷状态，此时，系统将吸收供暖状态下，室内换热器1中蓄热介质蓄存的热量，使制冷剂吸热蒸发进入室外换热器2中进行放热融霜。当室外换热器2没有霜层后，四通换向阀4重新换向，太阳能空气源复合热泵系统重新切换至供暖状态，进行供暖。

室内/外换热器结构及其流道布置如图2至图18所示，室内换热器中蓄热介质应综合考虑传热性能、经济性和腐蚀性等因素进行选择，可选择的材料包括但不限于水、导热油以及各类化学相变蓄热材料等；室外换热器的吸热涂层的选择应综合考虑吸收率、反射率、投射率、经济性、安全性和腐蚀性等因素，可选择的涂层包括但不限于黑铬涂层、黑钴涂层、铝阳极氧化涂层以及其他过渡金属复合氧化物涂层等。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。