本發(fā)明涉及一種集熱蒸發(fā)器，特別涉及一種雙源一體式高效集熱蒸發(fā)器。

背景技術(shù)：

將太陽能熱利用技術(shù)與熱泵技術(shù)有機(jī)結(jié)合的太陽能熱泵系統(tǒng)，能夠較好地解決“太陽能與建筑一體化”和“全天候供熱”的問題，且以高效、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點成為國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。該太陽能熱泵系統(tǒng)形式多樣、布置靈活，被廣泛應(yīng)用于集中供熱、空調(diào)及供熱水系統(tǒng)中。

集熱蒸發(fā)器是太陽能熱泵的關(guān)鍵設(shè)備，尤其在直膨式太陽能熱泵系統(tǒng)中，其性能和造價對該系統(tǒng)將產(chǎn)生重大影響。在現(xiàn)有技術(shù)中，對太陽能集熱器已有較多的研究和市場推廣，但目前直膨式太陽能熱泵集熱蒸發(fā)器基本上都是沿用太陽能平板式集熱器或螺旋管翅式蒸發(fā)器，最初使用普通的平板式太陽能集熱器，后來又發(fā)展為裸平板且有底部保溫層的平板集熱器，甚至還有結(jié)構(gòu)更為簡單的，既無玻璃蓋板也無保溫層的全裸平板式集熱器。

例如，申請日為：2015.11.10，申請?zhí)枮椋?01510760429.5的中國發(fā)明專利公開了帶太陽能集熱功能的風(fēng)冷蒸發(fā)器，該風(fēng)冷蒸發(fā)器依靠翅片管和風(fēng)機(jī)來實現(xiàn)制冷劑同時與空氣和太陽能換熱，類似“全裸板式集熱蒸發(fā)器”，翅片管表面設(shè)高效吸收太陽能涂層，對太陽能吸收能力較理想，可以提高蒸發(fā)溫度和系統(tǒng)的制熱效果。但當(dāng)太陽輻射強(qiáng)度不足時，換熱效果不佳，且通過風(fēng)機(jī)提供動力來抽吸空氣，需要多消耗電能。

申請日為：2014.09.04，申請?zhí)枮椋?01410449074.3的中國發(fā)明專利公開了一種單蒸發(fā)器型太陽能空氣源復(fù)合熱泵及其運(yùn)行方法，該發(fā)明提出的熱泵中，集熱-蒸發(fā)器采用將集熱板放入隔熱良好、上有透明蓋板的外殼內(nèi)，承壓不易結(jié)垢，制冷劑管聯(lián)置于集熱板下實現(xiàn)對太陽輻射能和空氣能同時吸收蒸發(fā)換熱。但本發(fā)明中，集熱板面沒有設(shè)置高效的太陽能吸收涂層，使得對太陽能吸收能力比較有限，而且集熱板占用空間面積大，吸熱面對流散熱損失大，底部保溫層及邊緣圍合面的密封性，也在一定程度上阻礙了空氣的對流換熱；同時，通過風(fēng)機(jī)來加強(qiáng)擾動氣流，需要多消耗電能。

申請日為：2013.08.15，申請?zhí)枮椋?01320497144.3的中國發(fā)明專利公開了一種高效太陽能熱泵集熱蒸發(fā)器，在該集熱蒸發(fā)器中，蒸發(fā)換熱管與吸熱翅片固定連接成一體形成的管翼式吸熱蒸發(fā)板，雖然設(shè)置吸熱翅片可以極大的強(qiáng)化傳熱，但對空氣能和太陽能的吸收能力仍比較差，效果也不理想。

申請日為：2009.11.10，申請?zhí)枮椋?00910193824.4的中國發(fā)明專利公開了一種新型太陽能/空氣能雙源一體式高效集熱蒸發(fā)器，該集熱器正面結(jié)構(gòu)類似于平板式太陽集熱器，剖面類似于翅片式空氣換熱器，并通過金屬翅片折角形成煙囪作用，類似“百葉窗型翅片”，可以強(qiáng)化自然對流條件下的空氣對流換熱，但本發(fā)明存在以下缺陷：翅片折角透光性差，會產(chǎn)生較大的太陽光余弦效應(yīng)，使有效吸熱面積減小，光熱轉(zhuǎn)換效率較低。

綜上所述，現(xiàn)有的集熱蒸發(fā)器都存在對不同輻射強(qiáng)度的太陽能和不同溫度的空氣熱能的利用效率不夠理想、光熱轉(zhuǎn)換效率較低、熱損失大等缺陷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題，在于提供一種雙源一體式高效集熱蒸發(fā)器，通過該高效集熱蒸發(fā)器來充分利用太陽能和空氣能進(jìn)行換熱，以實現(xiàn)太陽能熱泵的全天候高效供熱和提供生活熱水。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種雙源一體式高效集熱蒸發(fā)器，包括一蛇形制冷劑管、一吸熱翅片板、一圍合邊框、一透明玻璃蓋板、一上集管、一下集管以及若干根支管；

所述圍合邊框圍設(shè)在所述蛇形制冷劑管的外圍；所述透明玻璃蓋板蓋在所述圍合邊框的上方；每所述支管上均設(shè)置有多翼第一翅片，且各所述支管的一端均并聯(lián)連通所述上集管，另一端均并聯(lián)連通所述下集管；

所述蛇形制冷劑管的前段設(shè)置在所述吸熱翅片板上形成一第一制冷劑管段，該蛇形制冷劑管的后段穿設(shè)于各所述支管內(nèi)部形成一第二制冷劑管段；所述第二制冷劑管段的底部以及邊緣均設(shè)置有保溫層。

進(jìn)一步地，所述吸熱翅片板由若干片第二翅片組成，且所述蛇形制冷劑管的前段在每一直管段的兩側(cè)均水平設(shè)置有一所述第二翅片。

進(jìn)一步地，所述第二翅片上均勻設(shè)置有若干個第一開孔。

進(jìn)一步地，所述第一翅片和第二翅片的厚度均為0.1～0.3mm。

進(jìn)一步地，每所述第一翅片和第二翅片的表面均涂有一光譜選擇性吸收涂層。

進(jìn)一步地，所述光譜選擇性吸收涂層為黑鉻涂層。

進(jìn)一步地，圍設(shè)在所述第一制冷劑管段外圍的所述圍合邊框上設(shè)置有若干個第二開孔。

進(jìn)一步地，每所述支管上均設(shè)置有三翼第一翅片，且相鄰兩第一翅片之間的夾角為120°。

進(jìn)一步地，所述上集管和下集管的一端均封閉，另一端均不封閉。

進(jìn)一步地，所述蛇形制冷劑管的后段的每一直管段均依次穿過所述上集管、支管內(nèi)部以及下集管。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、高效集熱蒸發(fā)器的第一制冷劑管段近似“全裸板式”蒸發(fā)器，又使用帶第一開孔的第二翅片作為蒸發(fā)盤管，且第二翅片表面涂有光譜選擇性吸收涂層，可以在實現(xiàn)高效吸收太陽能的同時加強(qiáng)空氣的對流換熱，并減少散熱面積，降低熱量損失；

2、在高效集熱蒸發(fā)器的第二制冷劑管段中設(shè)置有帶第一翅片的支管，可以極大的利用太陽能同時加熱支管和蛇形制冷劑管，不僅可以提高蒸發(fā)溫度得到較高的COP值，且被加熱的支管內(nèi)的空氣或者熱水可以被額外利用，這大大提高了供熱系統(tǒng)的加熱效率和對不同輻射強(qiáng)度的太陽能的利用率；

3、在高效集熱蒸發(fā)器的上方設(shè)置有透明玻璃蓋板，可以有效克服因吸熱面被污染而導(dǎo)致集熱效率低下、光譜選擇性吸收涂層被腐蝕等問題出現(xiàn)，這有助于提高太陽能熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

4、可以根據(jù)太陽輻射條件和室外氣溫變化，在多種運(yùn)行模式之間進(jìn)行合理切換，并實現(xiàn)全天候高效供熱和提供生活熱水；同時，該高效集熱蒸發(fā)器安裝和維護(hù)都十分方便，且便于在工程中應(yīng)用推廣。

附圖說明

下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1為本發(fā)明雙源一體式高效集熱蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)示意圖(除去透明玻璃蓋板)。

圖2為本發(fā)明雙源一體式高效集熱蒸發(fā)器的正視圖。

圖3為圖2的仰視圖(帶透明玻璃蓋板)。

圖4為圖2的右視圖(帶透明玻璃蓋板)。

圖5為本發(fā)明中第一制冷劑管段的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明中第二制冷劑管段的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7為本發(fā)明中第二翅片與直管段的連接示意圖。

圖8為本發(fā)明中支管與直管段的連接示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

100-高效集熱蒸發(fā)器，1-蛇形制冷劑管，11-直管段，2-吸熱翅片板，21-第二翅片，211-第一開孔，3-圍合邊框，31-第二開孔，4-透明玻璃蓋板，5-上集管，6-下集管，7-支管，71-第一翅片，8-保溫層，a1-第一制冷劑管段，a2-第二制冷劑管段。

具體實施方式

請參照圖1至圖8所示，本發(fā)明一種雙源一體式高效集熱蒸發(fā)器100的較佳實施例，包括一蛇形制冷劑管1、一吸熱翅片板2、一圍合邊框3、一透明玻璃蓋板4、一上集管5、一下集管6以及若干根支管7；

所述圍合邊框3圍設(shè)在所述蛇形制冷劑管1的外圍；所述透明玻璃蓋板4蓋在所述圍合邊框3的上方，該透明玻璃蓋板4可以對整個高效集熱蒸發(fā)器100起到很好的保護(hù)作用，以避免吸熱面受到污染(例如灰塵等覆蓋在吸熱面上，這會影響到正常吸熱)；每所述支管7上均設(shè)置有多翼第一翅片71，以增大有效吸熱面積，提高熱效率，且各所述支管7的一端均并聯(lián)連通所述上集管5，另一端均并聯(lián)連通所述下集管6，在實施時，可以將空氣或者冷水從下集管6通入，空氣或者冷水在通過各支管7的過程中，可以吸收支管7上的熱量，這樣，就可以在上集管5中得到熱空氣或者熱水；

所述蛇形制冷劑管1的前段設(shè)置在所述吸熱翅片板2上形成一第一制冷劑管段a1，該第一制冷劑管段a1不設(shè)任何保溫措施，類似“全裸式”平板集熱蒸發(fā)器，既可以高效吸收太陽能，又可以極大的加強(qiáng)空氣的對流換熱，該蛇形制冷劑管1的后段穿設(shè)于各所述支管7內(nèi)部形成一第二制冷劑管段a2，該第二制冷劑管段a2通過將蛇形制冷劑管1穿設(shè)于支管7內(nèi)部，不僅可以充分利用太陽能對支管7和蛇形制冷劑管1進(jìn)行同時加熱，提高蒸發(fā)溫度得到更高的COP值，且支管7內(nèi)被加熱的熱空氣經(jīng)壓縮成高溫高壓氣流后，還可以與儲熱水箱(未圖示)中待加熱的水進(jìn)行換熱，而如果直接通入冷水，則可以將冷水加熱成熱水，因此，可以大大提高太陽能的利用率和系統(tǒng)的加熱效率；所述第二制冷劑管段a2的底部以及邊緣(即四周邊緣)均設(shè)置有保溫層8，可以減少散熱損失，極大的增加集熱效率，提高COP值。

所述吸熱翅片板2由若干片第二翅片21組成，且所述蛇形制冷劑管1的前段在每一直管段11的兩側(cè)均水平設(shè)置有一所述第二翅片21。由于蛇形制冷劑管1在彎折后都對應(yīng)有一直管段11，通過將該直管段11“貫穿”在兩個第二翅片21之間，可以提高蛇形制冷劑管1對熱量的吸收。

所述第二翅片21上均勻設(shè)置有若干個第一開孔211，設(shè)置第一開孔211可以減少散熱面積，降低熱量損失，并加強(qiáng)空氣的對流換熱，均勻設(shè)置可以使溫度分布更加均勻，對空氣能的吸收也更加有效。

所述第一翅片71和第二翅片21的厚度均為0.1～0.3mm，這有助于太陽能和空氣能的高效吸收，在加工時，可以采用紫銅或者鋁材加工而成。所述第一翅片71和第二翅片21的表面均涂有一光譜選擇性吸收涂層(未圖示)，以實現(xiàn)對太陽能進(jìn)行有效的吸收。為了提高太陽能的光熱轉(zhuǎn)換效率，所述光譜選擇性吸收涂層優(yōu)選為黑鉻涂層。

圍設(shè)在所述第一制冷劑管段a1外圍的所述圍合邊框3上設(shè)置有若干個第二開孔31，在設(shè)置該第二開孔31時，優(yōu)選為均勻設(shè)置第二開孔31，該第二開孔31可以實現(xiàn)在無動力的條件下，進(jìn)一步加強(qiáng)第一制冷劑管段a1內(nèi)空氣的對流換熱以及進(jìn)一步促進(jìn)對空氣能的有效吸收。

每所述支管7上均設(shè)置有三翼第一翅片71，且相鄰兩第一翅片71之間的夾角為120°。由于我國位于北半球，太陽能集熱器一般朝正南布置，且與水平面的傾斜角為20°左右。又因太陽東出西落的運(yùn)動特性，在早上和下午的太陽高度角比較低時，如果設(shè)置平面兩翼第一翅片71會產(chǎn)生較大的余弦效應(yīng)，使得對太陽光的有效吸熱面積變小，系統(tǒng)的熱效率較低；如果均勻設(shè)置上三翼第一翅片71，則無論太陽高度的角度如何，吸熱面產(chǎn)生的余弦效應(yīng)都比較弱，此時對太陽光的有效吸熱面積大，系統(tǒng)的熱效率高；而如果設(shè)置三翼以上第一翅片71，則不僅對余弦效應(yīng)的改善不明顯，且會增加第一翅片的材料消耗和熱損失(沒有太陽照射的第一翅片71相當(dāng)于是一塊散熱片)。

所述上集管5和下集管6的一端均封閉，另一端均不封閉，以使空氣或者水能夠從下集管6進(jìn)入，并從上集管5出來。

所述蛇形制冷劑管1的后段的每一直管段11均依次穿過所述上集管5、支管7內(nèi)部以及下集管6，在實施時，直管段11穿過上集管5和下集管6的部位需要用膠等封住，以確保內(nèi)部密封，減少熱量的散失。

在實施時，將本發(fā)明高效集熱蒸發(fā)器100應(yīng)用于直膨式太陽能熱泵上，可以最終實現(xiàn)全天候高效供熱和提供生活熱水。

請重點參照圖1和圖2所示，本發(fā)明的工作原理：高效集熱蒸發(fā)器100在工作過程中，當(dāng)太陽輻射比較充足時，吸熱面蒸發(fā)溫度會很快上升到環(huán)境溫度以上，此時就以太陽能作為該高效集熱蒸發(fā)器100的低位熱源，由第一翅片71和第二翅片21來高效吸收太陽能，并充分利用吸收的太陽能來同時加熱支管7和蛇形制冷劑管1，除了可以得到制冷劑，被加熱的支管7內(nèi)的空氣或者熱水可以被額外利用，大大提高了供熱系統(tǒng)的加熱效率和對不同輻射強(qiáng)度的太陽能的利用率；

當(dāng)太陽輻射出現(xiàn)不足情況時，吸熱面蒸發(fā)溫度低于環(huán)境溫度，此時蛇形制冷劑管1內(nèi)的制冷劑會同時吸收太陽能和空氣熱能，由于蛇形制冷劑管1的前段不設(shè)保溫層8，圍合邊框3上均勻開設(shè)有第二開孔31用于引導(dǎo)空氣流，使整個第一制冷劑管段a1近似“全裸板式”蒸發(fā)器，第二翅片21上均勻開設(shè)有第一開孔211用于加強(qiáng)空氣對流換熱，因此，可以促進(jìn)空氣能的高效吸收；蛇形制冷劑管1的后段設(shè)置有帶第一翅片71的支管7，可以極大的利用太陽能同時加熱支管7和蛇形制冷劑管1，實現(xiàn)太陽能的高效吸收利用，同時，在第二制冷劑管段a2設(shè)置有保溫層8，可以大大減少熱量的散失，提高加熱效率；

而在陰雨天或者夜間時，則只能從空氣中獲得熱量，由于第一制冷劑管段a1近似“全裸板式”蒸發(fā)器，又使用了帶第一開孔211的第二翅片21作為蒸發(fā)盤管，大大加強(qiáng)了內(nèi)部空氣的自然對流傳熱，使制冷劑能夠在蒸發(fā)溫度低于環(huán)境溫度的情況下，從環(huán)境中獲得足夠的熱量。

總之，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、高效集熱蒸發(fā)器的第一制冷劑管段近似“全裸板式”蒸發(fā)器，又使用帶第一開孔的第二翅片作為蒸發(fā)盤管，且第二翅片表面涂有光譜選擇性吸收涂層，可以在實現(xiàn)高效吸收太陽能的同時加強(qiáng)空氣的對流換熱，并減少散熱面積，降低熱量損失；

2、在高效集熱蒸發(fā)器的第二制冷劑管段中設(shè)置有帶第一翅片的支管，可以極大的利用太陽能同時加熱支管和蛇形制冷劑管，不僅可以提高蒸發(fā)溫度得到較高的COP值，且被加熱的支管內(nèi)的空氣或者熱水可以被額外利用，這大大提高了供熱系統(tǒng)的加熱效率和對不同輻射強(qiáng)度的太陽能的利用率；

3、在高效集熱蒸發(fā)器的上方設(shè)置有透明玻璃蓋板，可以有效克服因吸熱面被污染而導(dǎo)致集熱效率低下、光譜選擇性吸收涂層被腐蝕等問題出現(xiàn)，這有助于提高太陽能熱泵系統(tǒng)的穩(wěn)定性；

4、可以根據(jù)太陽輻射條件和室外氣溫變化，在多種運(yùn)行模式之間進(jìn)行合理切換，并實現(xiàn)全天候高效供熱和提供生活熱水；同時，該高效集熱蒸發(fā)器安裝和維護(hù)都十分方便，且便于在工程中應(yīng)用推廣。

雖然以上描述了本發(fā)明的具體實施方式，但是熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，我們所描述的具體的實施例只是說明性的，而不是用于對本發(fā)明的范圍的限定，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在依照本發(fā)明的精神所作的等效的修飾以及變化，都應(yīng)當(dāng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求所保護(hù)的范圍內(nèi)。