[发明专利]家用壁挂式平板太阳能热泵热水器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能热利用和热泵系统设计和制造技术领域，特别是涉及一种家用壁挂式平板太阳能热泵热水器及其控制方法。

背景技术

太阳能热水器走进城市的唯一途径是像安装分体式空气源热泵热水器一样安装分体壁挂式太阳能热水器。其具体实施的技术路线是将太阳能集热板安装在建筑南向外立面（如阳台、墙面、遮阳等），将储热水箱安装在室内，集热板和储热水箱件布置集热循环管路。

太阳能集热板安装在建筑外立面必须和建筑完美结合，即满足建筑一体化的要求，在众多的集热板中平板式太阳能集热板以其特有的优势——采光面积大、整体强度高、能够承压运行、抗腐蚀和外观美观而脱颖而出。但现有的平板太阳能集热板也因其固有的缺陷影响城市太阳能热水器市场的推广，这些缺陷包括：①低温环境和高温工作区效率低；②环境温度0℃以下集热板的防冻问题。

防冻是太阳能平板集热板最需要解决的问题，现有技术中解决防冻问题最好的方法是采用防冻液作为加热载体，但防冻液在经过夏天高温的暴晒会产生裂解失效，所以防冻液必须每年（至多2-3年）更换一次才能充分保证系统的正常运行。

空气源热泵热水器由于其节能和安装方便而得到了广泛的应用，但由于其在环境温度0℃以下需要除霜以及系统效率低受到使用限制，在我国北方地区几乎无法推广使用。

将热泵和太阳能热水器想结合，在太阳辐射不足时，采用热泵系统制取热水，既能保证供热的稳定，又具有相对较高的制热效率，节能效果显著。

目前研究较多的太阳能热水装置与热泵的结合主要有直接膨胀式和间接膨胀式两种，直接膨胀式太阳能热泵的集热器直接作为热泵系统的蒸发器，制冷剂直接吸收太阳辐射能蒸发；间接膨胀式太阳能热泵的集热器与热泵蒸发器分开，制冷剂从集热器获得的热水中吸收热量蒸发。

直接膨胀式太阳能热泵结构紧凑，并且由于制冷剂吸热蒸发，集热板芯温度相对不高且分布均匀，集热效率能始终保持在较高水平，所需太阳能集热器面积大大缩小，是实现家用壁挂式平板太阳能热泵热水器的最佳技术途径。但太阳能平板集热器的集热效率受太阳辐射强度和环境温度的影响很大，其中太阳辐射强度受气候（如冬夏两季）、环境（如间阴间晴）以及太阳能入射角的影响很大且极不稳定，使得太阳能集热器作为热泵的蒸发器承受巨大的考验，平板太阳能集热器的闷晒温度高达130℃以上，蒸发温度及压力的范围将变得很宽，现有热泵系统根本无法适应这些复杂多变的工况。

专利“直膨式太阳能热泵热水器”（授权公开号：CN2520486，申请号：01276456Y）采用无玻璃盖板、无底部保温的裸板式太阳能集热器作为热泵蒸发器，避开了平板太阳能集热器复杂多变的工况，但没有充分利用太阳能集热器太阳能光能转化效率高的优点，同时裸板容易受到环境污染（如表面粘附灰尘等），表面太阳选择性涂层必须具有极高的耐蚀性和耐候性。

发明专利“一种直膨式太阳能热泵热水系统”（申请号：201210157307.3）采用裸板式太阳能集热器和带玻璃太阳能集热器相结合作为热泵蒸发器，根据外界环境的变化通过PLC实时控制集热面积来实现热泵工况的相对稳定。此专利系统复杂，同样的裸板容易受到环境污染（如表面粘附灰尘等），表面太阳选择性涂层必须具有极高的耐蚀性和耐候性。

现有技术中的其他直膨式太阳能热泵方面都没有涉及到怎么控制和实现太阳能热泵复杂多变和各种恶劣的工况。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种家用壁挂式平板太阳能热泵热水器及其控制方法，能够解决：

1、分体壁挂式平板太阳能热水器：①低温环境和高温工作区效率低；②环境温度0℃以下集热板的防冻等问题；

2、空气源热泵热水器冬季除霜以及系统效率低的问题。

3、平板太阳能集热器的集热效率受太阳辐射强度和环境温度的影响很大，闷晒温度更是高达130℃以上，蒸发温度及压力的范围将变得很宽，现有直膨式太阳能热泵系统根本无法适应这些复杂多变和各种恶劣的工况。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种家用壁挂式平板太阳能热泵热水器，包括：室外机和室内机，所述室外机包括太阳能集热蒸发器，太阳能集热蒸发器内部设置有管翼式吸热蒸发板芯，管翼式吸热蒸发板芯由平板太阳能集热板中的集热板芯与热泵的蒸发器一体形成，所述室内机包括控制器、储热水箱以及设置在储热水箱内部的盘管式冷凝器。

在本发明一个较佳实施例中，所述管翼式吸热蒸发板芯上方或内部设置有蒸发换热管与吸热翅片，吸热翅片和蒸发换热管之间通过焊接或胀接方式连接成一整板，蒸发换热管的内部充注有制冷剂。