[发明专利]双温区蓄能供热型太阳能热水系统及其工作方法

权利要求书

1.双温区蓄能供热型太阳能热水系统，包括储水箱和太阳能反射板，储水箱一端进水，另一端出水，其特征在于：还包括双温区蓄能型太阳能集热器、热泵制冷剂回路和重力热管；储水箱设于双温区蓄能型太阳能集热器上方，双温区蓄能型太阳能集热器包括至少两根太阳能真空集热管，太阳能真空集热管内填充有复合相变蓄能材料；太阳能真空集热管设于太阳能反射板的向阳面；热泵制冷剂回路包括以制冷剂管路依次串联的热泵蒸发器、压缩机、冷凝器和电子膨胀阀，热泵蒸发器的蒸发管路以U形管的形式布置在太阳能真空集热管内，并采用并联的方式连接，冷凝器的冷凝管路以环绕的方式布置于储水箱内；重力热管的冷凝段插入储水箱下端，并在连接处做密封处理，重力热管的蒸发段插入太阳能真空集热管内。

2.根据权利要求1所述的双温区蓄能供热型太阳能热水系统，其特征在于：储水箱中水的流向与冷凝器内的制冷剂的流向形成逆流传热，且储水箱的热水出水口通过出水阀设于冷凝器进储水箱处的上方，储水箱的冷水进水口通过进水阀设于冷凝器出储水箱处的下方。

3.根据权利要求1所述的双温区蓄能供热型太阳能热水系统，其特征在于：重力热管的蒸发段布置在太阳能真空集热管的向阳面，热泵蒸发器的蒸发管路布置在太阳能真空集热管的背阴面。

4.根据权利要求1所述的双温区蓄能供热型太阳能热水系统，其特征在于：复合相变蓄能材料由高熔点相变材料和低熔点相变材料复合而成，复合相变蓄能材料采用62#石蜡和癸酸或采用62#石蜡和月桂酸。

5.根据权利要求1所述的双温区蓄能供热型太阳能热水系统，其特征在于：复合相变蓄能材料根据不同季节分高温区蓄热模式和低温区蓄热模式，高温区蓄热模式时复合相变蓄能材料在高相变温区蓄能和释能，低温区蓄热模式时复合相变蓄能材料在低相变温区蓄能和释能，具体过程如下：

（1）高温区蓄热模式：夏季时，太阳辐射充足，双温区蓄能型太阳能集热器内温度高，高熔点相变材料先以固态显热蓄热，达到相变温度后继续以潜热形式蓄热；而低熔点相变材料先以固态显热蓄热，达到相变温度后利用潜热蓄热，相变完成后继续以液态显热蓄热；夜间复合相变蓄能材料释能时稳定在高相变温区；

（2）低温区蓄热模式：过渡季节或冬季时，太阳辐射不足，双温区蓄能型太阳能集热器内温度低，达不到高熔点相变材料的相变温度，高熔点相变材料始终以固态显热形式蓄热，未发生相变；低熔点相变材料分别以固态显热、相变潜热储存太阳能；夜间复合相变蓄能材料释能时稳定在低相变温区。

6.根据权利要求1所述的双温区蓄能供热型太阳能热水系统，其特征在于：冷凝管路的环绕半径为储水箱半径的2/3到3/4之间。

7.根据权利要求1所述的双温区蓄能供热型太阳能热水系统，其特征在于：储水箱的容积为150L-250L，其外表面裹覆保温层，储水箱的上方设有安全阀，下方设有排污阀。

8.根据权利要求1所述的双温区蓄能供热型太阳能热水系统的工作方法，其特征在于：双温区蓄能供热型太阳能热水系统的工作方法包括高温区工作模式和低温区工作模式，按重力热管的热管工质循环和热泵的制冷剂循环，具体过程如下：

（1）高温区工作模式

夏季时，关闭压缩机，热泵制冷剂回路停止工作，只有重力热管在工作；

热管工质循环：太阳能真空集热管中的复合相变蓄能材料在高温相变温区蓄能和释能，传递的瞬时太阳能或者白天储存夜间放出的热量足够多，重力热管的蒸发段吸收这部分能量后，热管工质吸热汽化进入重力热管的冷凝段，随后在冷凝段放热，热管工质释放的热量直接加热储水箱中的水，冷凝后的热管工质在重力作用下返回蒸发段继续吸收复合相变蓄能材料的热量，如此循环往复完成热管工质循环；

（2）低温区工作模式

过渡季节及冬季时，重力热管和热泵制冷剂回路同时工作；

热管工质循环：太阳能真空集热管中的复合相变蓄能材料在低温相变温区蓄能和释能，复合相变蓄能材料温度高于储水箱内的循环水温时，重力热管将复合相变蓄能材料传递的或者白天储存夜间放出的一部分热量传给储水箱中的循环水；复合相变蓄能材料温度低于储水箱内的循环水温时，重力热管工质循环停止，且不进行反向传热；

热泵的制冷剂循环：布置在太阳能真空集热管内的热泵蒸发器的蒸发管路中的制冷剂得到复合相变蓄能材料传递或释放的另一部分热量后汽化成制冷剂蒸气，制冷剂蒸气经压缩机加压后进入冷凝器，冷凝器中制冷剂蒸气释放热量直接加热储水箱中的循环水，制冷剂蒸气放出热量后冷却凝结为制冷剂液体，制冷剂液体通过电子膨胀阀节流降压，再进入热泵蒸发器的蒸发管路中，继续吸收来自复合相变蓄能材料的热量，如此周而复始完成热泵制冷剂循环。