CN102418838A - 基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于太阳能热泵技术和液化石油气气化技术领域的一种基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统及其应用，该系统包括直膨式太阳能热泵、蓄热水箱、热水循环泵、气化器和液化石油气钢瓶组等，液化石油气液相管线分别连接气化器的液相输入端和液化石油气钢瓶组的液相出口，所述气化器的热水输入端通过供水管线与蓄热水箱的热水输出端连接；气化器的热水输出端通过回水管线连接蓄热水箱的热水输入端；气化器的气相输出端通过气相管线与供气管网相连。本发明充分利用太阳能替代常规能源加热气化液化石油气，节能环保，具有良好的经济和社会效益。整个系统结构合理，使用方便，能够长期高效稳定地气化液化石油气，满足用户的用气需求。

Description

基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统及应用

技术领域

本发明涉及一种利用直膨式太阳能热泵制取热水用以气化液化石油气的系统及应用，属于太阳能热泵技术和液化石油气气化技术领域。

背景技术

液化石油气是我国城市燃气的主要气源，2009年全国消耗液化石油气1340万吨。其中，很大比例的液化石油气以液态形式经气化器加热强制气化成气态后，由供气管网供给燃气用户。传统的液化石油气气化器主要以电加热热水，热水(50℃左右)通过间壁式换热方式，使液态液化石油气气化成气态。气化1000kg液态液化石油气大约需要消耗电能127kWh，能耗大，不符合我国当前的节能要求。

由于具有节能、高效、利用可再生能源等诸多优点，太阳能热泵技术已成为世界范围内研究和应用的一个热点。太阳能热泵分为间接膨胀式(简称间膨式)和直接膨胀式(简称直膨式)。同间膨式相比，直膨式太阳能热泵将太阳能集热器同时用作热泵的蒸发器，简化了系统，降低了成本；此外，集热器中的制冷剂不仅可以吸收太阳能，还可以吸收集热器周围的空气能，提高了系统的热力性能。所以，直膨式太阳能系统具有良好的商业实用化前景。

太阳能热泵系统的应用研究目前集中在以下三个领域：①建筑采暖；②制取生活热水；③多功能应用(冬季采暖+夏季空调+全年生活热水)。太阳能热泵用于建筑采暖，用途单一，且采暖期外，设备闲置，系统利用率低。太阳能热泵热水系统目前仅局限于居民用户和公共建筑的生活热水，且只适宜小范围采用，应用区域过大将导致热水管道保温成本明显增加。多功能太阳能热泵系统虽然大大提高了设备的利用率，但是系统结构复杂，系统投资大，而且这种系统应用范围受限，如在热带和亚热带地区冬季基本无采暖负荷、寒冷地区夏季基本无空调负荷，在这些区域，系统的低使用率降低了其在经济上的可行性。因此，拓宽应用领域对太阳能热泵技术的发展至关重要。

发明内容

本发明的目的是设计一种基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统，它将直膨式太阳能热泵制取的中高温热水作为液态液化石油气的气化热源，能够全年保持较高效率运行，解决目前液化石油气气化能耗高的问题，拓宽太阳能热泵技术应用领域。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统，该系统包括直膨式太阳能热泵、蓄热水箱、热水循环泵、气化器、液化石油气钢瓶组、各种连接管线和阀门等；

所述直膨式太阳能热泵主要由太阳能集热器、气液分离器、压缩机、冷凝器、储液器、过滤干燥器、视液镜和膨胀阀组成，上述各组成部分由管路依次连接，形成闭合的制冷剂循环通道，冷凝器用于加热蓄热水箱中的水；所述蓄热水箱底部设有热水输入端和排污口，顶部设有热水输出端；

所述气化器设有液相输入端、气相输出端、热水输入端和热水输出端，所述气化器的液相输入端通过液相管线和液化石油气钢瓶组的液相出口连接，所述气化器的气相输出端通过气相管线与供气管网相连，所述气化器的热水输出端通过回水管线经热水循环泵、第二阀门与蓄热水箱的热水输入端相连，蓄热水箱的热水输出端通过供水管线依次经止回阀、第一阀门、调温阀、辅助加热设备与气化器的热水输入端连接；

所述供水管线和回水管线之间连有旁通管，旁通管与调温阀连接；

所述热水循环泵入口处设置有补水管；

所述液化石油气钢瓶组的气相出口通过气相管线与供气管网相连。

所述直膨式太阳能热泵的制冷剂在太阳能集热器中直接蒸发，所述太阳能集热器是全裸式平板集热器或加装玻璃透明盖板、底部设保温层的平板型集热器，所述压缩机为变频压缩机，所述冷凝器直接沉浸于蓄热水箱内部；

所述蓄热水箱为承压式保温水箱；所述气化器为热水循环式气化器，内部设置光管螺旋形盘管或带有翅片的螺旋形盘管，热水在盘管内流动，盘管外为液化石油气；

所述辅助加热设备为快速燃气热水器、电加热器或其他热源，优选采用液化石油气为燃料的快速燃气热水器，快速燃气热水器通过气相管线经燃气电动阀、燃气调压器与液化石油气钢瓶组的气相出口连接。

上述气化系统的应用：用气低谷时，液化石油气钢瓶组中的液态液化石油气自然气化满足用气负荷，直膨式太阳能热泵制热，并将热量蓄存于蓄热水箱；用气高峰时，液化石油气钢瓶组中的液态液化石油气进入气化器，吸收来自蓄热水箱的热水的热量而强制气化，满足用气负荷；用气高峰且光照不足时，直膨式太阳能热泵制取的热量不足以提供气化所需热量，不足的气化热由辅助加热设备补足；直膨式太阳能热泵发生故障或检修时，关闭蓄热水箱的热水输入、输出端阀门，旁通管打开，辅助加热设备提供气化热，满足用气负荷。

系统中设置蓄热水箱用于存储热水，其热水温度可取较高温度60～70℃，，优选70℃；当蓄热水箱内的水温升高到设定温度60～70℃(优选70℃)，则关闭压缩机，停止蓄热；当蓄热水箱内的水温降低到设定温度40～50℃(优选45℃)，则启动压缩机，运行直膨式太阳能热泵，加热蓄热水箱内的热水。

气化器的设计中，供水温度和回水温度可按常规选取，分别为50℃和45℃。

本发明具有以下积极效果和技术特征：

1.采用直膨式太阳能热泵为主要热源提供液化石油气气化所需热量，节能环保；

2.将太阳能热泵技术应用到燃气领域，太阳能热泵的服务范围借助燃气供气管网大范围延伸；

3.在避免压缩机排气温度过高的前提下，提高蓄热水箱内的水温设定值，用于多储存热量，减少辅助热源的运行时间，从而提高整个系统的性能系数；

4.该系统能够有效保证供气的可靠性。本发明采用快速燃气热水器作为辅助热源，当直膨式太阳能热泵不足以提供液化石油气气化所需热量时，快速燃气热水器工作；当直膨式太阳能热泵系统发生故障或检修时，蓄热水箱热水输入端和热水输出端的阀门关闭，旁通管打开，直接利用快速燃气热水器提供气化热，满足燃气用户的用气负荷。

总之，本发明充分利用太阳能替代常规能源加热气化液化石油气，节能环保，具有良好的经济和社会效益。整个系统结构合理，使用方便，能够长期高效稳定地气化液化石油气，满足用户的用气需求，适用于液化石油气用量较大的场合，如城市气化站、工业企业气化站等。

附图说明

图1是基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统流程图：

图中标号：1-太阳能集热器；2-气液分离器；3-压缩机；4-冷凝器；5-储液器；6-过滤干燥器；7-视液镜；8-膨胀阀；9-蓄热水箱；10-气化器；11-液化石油气钢瓶组；12-蓄热水箱热水输入端；13-蓄热水箱热水输出端；14-热水输入端；15-热水输出端；16-液相输入端；17-气相输出端；18-气相出口；19-液相出口；20-供水管线；21-回水管线；22-旁通管；23-补水管；24-液相管线；25-气相管线；26-快速燃气热水器；27-调温阀；28-热水循环泵；29-止回阀；30-第一阀门；31-第二阀门；32-第三阀门；33-第四阀门；34-燃气电动阀；35-燃气调压器；36-燃气电磁阀。

具体实施方式

本下面结合实施例和附图进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

如图1所示，本发明基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统，包括直膨式太阳能热泵、蓄热水箱9、热水循环泵28、气化器10、液化石油气钢瓶组11、各种连接管线和阀门。

所述直膨式太阳能热泵由太阳能集热器1、气液分离器2、压缩机3、冷凝器4、储液器5、过滤干燥器6、视液镜7和膨胀阀8依次连接组成，膨胀阀8与太阳能集热器1相连，形成闭合的制冷剂循环通道，所述直膨式太阳能热泵的制冷剂在太阳能集热器1中直接蒸发，所述太阳能集热器1是加装玻璃透明盖板、底部设保温层的平板型集热器，所述压缩机3为变频压缩机，所述冷凝器4直接沉浸于蓄热水箱9内部。

所述蓄热水箱9为承压式保温水箱，底部设有热水输入端12和排污口，顶部设有热水输出端13。

所述气化器10为热水循环式气化器，内部设置带有翅片的螺旋形盘管，热水在盘管内流动，盘管外为液化石油气。

所述气化器10设有液相输入端16、气相输出端17、热水输入端14和热水输出端15，所述气化器10的液相输入端16通过液相管线24和液化石油气钢瓶组11的液相出口19连接，所述气化器10的气相输出端17通过气相管线25与供气管网相连，所述气化器10的热水输出端15通过回水管线21经热水循环泵28、第二阀门31与蓄热水箱9的热水输入端12相连，蓄热水箱9的热水输出端13通过供水管线20依次经止回阀29、第一阀门30、调温阀27、快速燃气热水器26与气化器10的热水输入端14连接；

所述快速燃气热水器26通过气相管线25经燃气电动阀34、燃气调压器35与液化石油气钢瓶组11的气相出口18连接，快速燃气热水器26采用液化石油气为燃料。

所述供水管线20和回水管线21之间连有旁通管22，旁通管22与调温阀27连接。

补水管23经第三阀门32与热水循环泵28入口相连。

所述液化石油气钢瓶组11的气相出口18通过气相管线25与供气管网相连。

所述液相管线24上设置有燃气电磁阀36。

以下结合附图1，说明基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统的工作原理：

直膨式太阳能热泵可全天运行，当蓄热水箱9内热水温度升高到设定温度70℃，则关闭压缩机3，停止蓄热；当蓄热水箱9内的水温降低到设定温度45℃，则启动压缩机3，运行直膨式太阳能热泵，加热蓄热水箱9内的热水。

用气低谷时，第一阀门30、第二阀门31和第四阀门33关闭，燃气电磁阀36关闭，燃气电动阀34关闭，热水循环泵28、快速燃气热水器26和气化器10不工作，液化石油气钢瓶组11内的液态液化石油气吸收自身的显热及通过钢瓶瓶壁吸收周围环境介质的热量进行自然气化后，经气相出口18导出后进入气相管线25，由供气管网送至燃气用户，满足用气负荷。

用气高峰时，液化石油气钢瓶组11内的液态液化石油气依靠自然气化无法满足燃气用户的用气负荷，第一阀门30、第二阀门31和第四阀门33开启，燃气电磁阀36开启，热水循环泵28和气化器10工作，液化石油气钢瓶组11内的液态液化石油气依靠自身压力经液相管线24进入气化器10，蓄热水箱9内的热水由供水管线20进入气化器10，两者换热后，热水经热水循环泵28加压后，通过回水管线21返回蓄热水箱9，气化的液化石油气经气相输出端17进入气相管线25，通过供气管网供给燃气用户。如果热水输出端13的热水温度高于气化器10的供水设计温度50℃，利用调温阀27和旁通管22，混合一部分回水，保证供水温度恒定50℃。

用气高峰且光照不足时，直膨式太阳能热泵制取的热量不足，蓄热水箱9内的热水温度低于气化器10的供水设计温度50℃，第一阀门30、第二阀门31和第四阀门33开启，燃气电磁阀36开启，燃气电动阀34开启，热水循环泵28、快速燃气热水器26和气化器10工作，液化石油气钢瓶组11内的气态液化石油气从气相出口18导出进入气相管线25，经调压器35调压至快速燃气热水器26的额定压力后供给快速燃气热水器26使用，液化石油气钢瓶组11内的液态液化石油气依靠自身压力经液相管线24进入气化器10，蓄热水箱9内的热水由供水管线20进入快速燃气热水器26，加热至供水设计温度50℃后进入气化器10，液态液化石油气在气化器10内吸收热水的热量气化后经气相输出端17进入气相管线25，通过供气管网供给燃气用户，换热后的热水经热水循环泵28加压后，通过回水管线21返回蓄热水箱9。

当直膨式太阳能热泵发生故障或检修时，第一阀门30、第二阀门31关闭，供水管线20、气化器10、回水管线21、旁通管22构成闭合热水回路。用气高峰时，第四阀门33开启，燃气电磁阀36开启，燃气电动阀34开启，热水循环泵28、快速燃气热水器26和气化器10工作，液化石油气钢瓶组11内的气态液化石油气从气相出口18导出进入气相管线25，经调压器35调压至快速燃气热水器26的额定压力后供给快速燃气热水器26使用，液化石油气钢瓶组11内的液态液化石油气依靠自身压力经液相管线24进入气化器10，供水管线20内的热水进入快速燃气热水器26加热至供水设计温度50℃，进入气化器10气化液态液化石油气，气化后的液化石油气经气相输出端17进入气相管线25，通过供气管网供给燃气用户。如果闭合热水回路中水量不够，第三阀门32开启，通过补水管23往回路注水。

本发明采用分体式结构，太阳能集热器安装在室外，其余设备设置在室内，快速燃气热水器、热水循环泵及压缩机与液化石油气钢瓶组的距离满足防火间距要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于直膨式太阳能热泵的液化石油气气化系统，其特征在于：该系统包括直膨式太阳能热泵、蓄热水箱(9)、热水循环泵(28)、气化器(10)和液化石油气钢瓶组(11)；

所述直膨式太阳能热泵主要由太阳能集热器(1)、气液分离器(2)、压缩机(3)、冷凝器(4)、储液器(5)、过滤干燥器(6)、视液镜(7)和膨胀阀(8)组成，上述各组成部分由管路依次连接，形成闭合的制冷剂循环通道，冷凝器(4)用于加热蓄热水箱(9)中的水；

所述蓄热水箱(9)底部设有热水输入端(12)和排污口，顶部设有热水输出端(13)；

所述气化器(10)设有液相输入端(16)、气相输出端(17)、热水输入端(14)和热水输出端(15)，所述气化器(10)的液相输入端(16)通过液相管线(24)和液化石油气钢瓶组(11)的液相出口(19)连接，所述气化器(10)的气相输出端(17)通过气相管线(25)与供气管网相连，所述气化器(10)的热水输出端(15)通过回水管线(21)经热水循环泵(28)、第二阀门(31)与蓄热水箱(9)的热水输入端(12)相连，蓄热水箱(9)的热水输出端(13)通过供水管线(20)依次经止回阀(29)、第一阀门(30)、调温阀(27)、辅助加热设备与气化器(10)的热水输入端(14)连接；

所述供水管线(20)和回水管线(21)之间连有旁通管(22)，旁通管(22)与调温阀(27)连接；

所述热水循环泵(28)入口处设置有补水管(23)；

所述液化石油气钢瓶组(11)的气相出口(18)通过气相管线(25)与供气管网相连。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述气化器(10)为热水循环式气化器，内部设置光管螺旋形盘管或带有翅片的螺旋形盘管，热水在盘管内流动，盘管外为液化石油气。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述太阳能集热器(1)是全裸式平板集热器或加装玻璃透明盖板、底部设保温层的平板型集热器。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述压缩机(3)为变频压缩机。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述冷凝器(4)直接沉浸于蓄热水箱(9)内部。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述蓄热水箱(9)为承压式保温水箱。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述辅助加热设备为快速燃气热水器(26)或电加热器。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：所述辅助加热设备为采用液化石油气为燃料的快速燃气热水器(26)，快速燃气热水器(26)通过气相管线(25)经燃气电动阀(34)、燃气调压器(35)与液化石油气钢瓶组(11)的气相出口(18)连接。

9.根据权利要求1～8任意权利要求所述的系统的应用，其特征在于：用气低谷时，液化石油气钢瓶组(11)中的液态液化石油气自然气化满足用气负荷，直膨式太阳能热泵制热，并将热量蓄存于蓄热水箱(9)；用气高峰时，液化石油气钢瓶组(11)中的液态液化石油气进入气化器(10)，吸收来自蓄热水箱(9)的热水的热量而强制气化，满足用气负荷；用气高峰且光照不足时，直膨式太阳能热泵制取的热量不足以提供气化所需热量，不足的气化热由辅助加热设备补足；直膨式太阳能热泵发生故障或检修时，关闭蓄热水箱(9)的热水输入、输出端阀门，旁通管(22)打开，辅助加热设备提供气化热，满足用气负荷。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：蓄热水箱(9)内的水温升高到设定温度60～70℃，则关闭压缩机(3)，停止蓄热；当蓄热水箱内的水温降低到设定温度40～50℃，则启动压缩机(3)，运行直膨式太阳能热泵，加热蓄热水箱(9)内的热水。

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