CN102538295A - 一种太阳能驱动的冷热源供应系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于可再生能源利用技术领域的一种太阳能驱动的冷热源供应系统。所述系统由喷射式热泵系统、高温驱动热源系统、冷却塔、生活热水器、溶液再生机组、连接管路、循环水泵、阀门及其它附件组成，连接管路分为热泵工质系统管路、除湿溶液系统管路和水系统管路。本发明的一种太阳能驱动的冷热源供应系统以太阳能作为主要驱动热源，以热水锅炉为辅助热源，通过各个子系统的优化集成对太阳能进行梯级利用，降低一次矿物能源的消耗。

Description

一种太阳能驱动的冷热源供应系统
技术领域
本发明属于可再生能源利用技术领域，具体涉及一种太阳能驱动的冷热源供应系统。
背景技术
目前，国内的矿物质能源供应紧张，且对环境污染严重，因此加大可再生清洁能源---太阳能的利用是解决能源供应紧张和环境污染严重等问题的关键技术途径。
一般来说，夏季辐射强度大、冷湿负荷需求也大，两者变化规律相似。对于高档会所、别墅等耗能场所，宜多采用太阳能-可再生能源以降低建筑能耗。目前，太阳能在夏季制冷、冬季制热，借助于溴化锂吸收式热泵技术或喷射式热泵技术。对于溴化锂吸收式热泵，其机组外形相对于压缩式热泵、喷射式热泵较大，且设备投资偏大。对于喷射式热泵，制取过低温度的冷媒水将致使机组性能偏低，但其结构简单、外形紧凑。根据温、湿度独立控制原理，可采用溶液除湿方法去除湿负荷，采用较高温度(如16～20℃)冷媒水去除显热负荷。太阳能集热器的集热效率受热水进口温度影响较大，常规集热器的热水进口温度偏高，致使太阳能热利用率低。
采用何种技术来提高可再生清洁能源-太阳能的利用份额以降低矿物质能源消耗是目前需要解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能驱动的冷热源供应系统，高效、深度利用太阳能以降低对矿物质能源的消耗，实现一机多用，全年运行，提高设备利用率，降低运行成本。
本发明的目的还在于提供上述太阳能驱动的冷热源供应系统在制取供热热水中的应用。
本发明的目的还在于提供上述太阳能驱动的冷热源供应系统在制取冷媒水及除湿溶液中的应用。
一种太阳能驱动的冷热源供应系统，由喷射式热泵、高温驱动热源系统、冷却塔CP、生活热水器Sw、溶液再生机组、第一循环水泵Pw1、第二循环水泵Pw2、连接管路和阀门组成；
所述连接管路分为热泵工质系统管路、除湿溶液系统管路和水系统管路；
所述热泵工质系统管路为：第一发生器G1依次与喷射器EJ、冷凝器C、储液罐SR、工质循环泵PR相连接，工质循环泵PR连接第一发生器G1，储液罐SR依次与回热器IHE、节流装置VR、蒸发器E相连接，蒸发器E依次与回热器IHE、喷射器EJ相连接，冷凝器C与生活热水器Sw相连接；
所述除湿溶液系统管路为：太阳能集热器SP依次与第二发生器G2、第一循环水泵Pw1相连接，第一循环水泵Pw1与太阳能集热器SP相连接，第二发生器G2与冷却器CR相连接，冷却器CR依次与第二循环水泵Pw2、冷却塔CP相连接，冷却塔CP与冷却器CR相连接；
所述水系统管路为：太阳能集热器SP的出口端管路与锅炉B出口端管路并联连接，然后依次连接第一发生器G1、水水换热器WEX、蒸发器E、第一循环水泵Pw1，第一循环水泵Pw1分别连接太阳能集热器SP和锅炉B。
所述喷射式热泵由第一发生器G1、喷射器EJ、冷凝器C、蒸发器E、工质循环泵PR、回热器IHE、节流装置VR、水水换热器WEX和储液罐SR组成。
所述高温驱动热源系统由太阳能集热器SP、锅炉B和第一循环水泵Pw1组成。
所述溶液再生机组由第二发生器G2和冷却器CR组成。
上述太阳能驱动的冷热源供应系统在制取供热热水中的应用，该系统中的太阳能集热器SP、锅炉B、生活热水器Sw和第一循环水泵Pw1运行，锅炉B作为太阳能集热器SP的补充热源。
上述太阳能驱动的冷热源供应系统在制取冷媒水及除湿溶液中的应用，该系统中的太阳能集热器SP、锅炉B、喷射式热泵、溶液再生机组和冷却塔CP运行，通过系统内的阀门切换实现在湿度大的环境下溶液再生机组与喷射式热泵同时运行，否则仅开启喷射式热泵，其中喷射式热泵中的水水换热器WEX在制冷工况下关闭。
本发明的有益效果：本发明太阳能驱动的冷热源供应系统以太阳能为主要热源，以热水锅炉作为辅助热源，采用喷射式热泵以提供中温冷媒水、采暖热水、生活热水，采用溶液除湿系统以提供溴化锂浓溶液，辅助热水锅炉用于提供补充能源，确保用户用能的连续性，通过各个子系统的优化集成对太阳能梯级利用，降低一次矿物能源的消耗。
附图说明
图1为太阳能驱动的冷热源供应系统组成及管路连接方式；
图2为太阳能驱动的冷热源供应系统在除湿工况下运行示意图；
图3为太阳能驱动的冷热源供应系统在制冷、除湿工况下运行示意图；
图4为太阳能驱动的冷热源供应系统在制冷工况下运行示意图；
图5为太阳能驱动的冷热源供应系统在制热工况下运行示意图；
图6为太阳能驱动的冷热源供应系统在制取生活热水工况下运行示意图；
图中，G1-第一发生器、G2-第二发生器、EJ-喷射器、C-冷凝器、E-蒸发器、PR-工质循环泵、IHE-回热器、VR-节流装置、WEX-水水换热器、SR-储液罐、SP-太阳能集热器、B-锅炉、Pw1-第一循环水泵、CR-冷却器、CP-冷却塔、Pw2-第二循环水泵、Sw-生活热水器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种太阳能驱动的冷热源供应系统由喷射式热泵、高温驱动热源系统、冷却塔CP、生活热水器Sw、溶液再生机组、连接管路、循环水泵、阀门V1-V22及其它附件组成。该系统中的连接管路分为热泵工质系统管路、除湿溶液系统管路和水系统管路，其中水系统管路分热水管路、冷却水管路、冷媒水管路、生活热水管路。喷射式热泵由第一发生器G1、喷射器EJ、冷凝器C、蒸发器E、工质循环泵PR、回热器IHE、节流装置VR、水水换热器WEX、储液罐SR、连接管路及其它附件组成。高温驱动热源系统由太阳能集热器SP、锅炉B、第一循环水泵Pw1、阀门及其它附件组成，其中锅炉B作为太阳能集热器的辅助热源，可通过阀门V21、V20切换实现太阳能集热器SP和锅炉B供应高温热水。溶液再生机组由第二发生器G2、冷却器CR、连接管路、阀门及其它附件组成。
在夏季高温、高湿环境下，启动溶液再生机组、冷却塔CP和喷射式热泵。该工况下的工作系统组成及管路连接，如图2所示，阀门V15、V13、V11、V3、V4、V5关闭，阀门V1、V2、V6、V7、V9、V14、V17、V18、V21、V22开启，启动第一循环水泵Pw1和第二循环水泵Pw2。来自太阳能集热器SP(或锅炉B)的高温热水分两路，一路进入溶液再生机组的第二发生器G2中放热降温制取浓溶液；另一路进入喷射式热泵的第一发生器G1中放热降温，两路降温后的热水汇合后，再经由第一循环水泵Pw1被加压后，返回至太阳能集热器SP(或锅炉B)；来自冷却塔CP的冷却水被第二循环水泵Pw2加压后，分为两路，一路进入溶液再生机组的冷却器CR中被加热升温，另一路进入喷射式热泵的冷凝器C中被加热升温后，进入生活热水器Sw中的换热器，然后两路热水汇合之后，再返回至冷却塔CP；来自空调末端装置的冷媒水进入喷射式热泵的蒸发器E被冷却降温后，再输送至空调末端装置；来自发生器的工质蒸气进入喷射器EJ的喷嘴增速降压，引射来自回热器IHE的过热工质蒸气后，两股工质蒸气混合、减速增压后，进入冷凝器C被冷凝成液态工质后，进入储液罐SR，液态工质然后分两路，一路工质进入回热器IHE被冷却后，经节流装置VR节流降压后，进入蒸发器E吸热蒸发后，进入回热器IHE吸收来自储液罐SR的液态工质的热而变成过热蒸气后，被引射至喷射器EJ，另一路工质在工质循环泵PR被加压后，进入第一发生器G1；来自末端的除湿器的稀溶液进入溶液再生机组中的第二发生器G2中被加热发生出冷剂蒸汽而变成浓溶液后，进入冷却器CR中被冷却降温后，返回至溶液除湿器；当太阳能集热器SP能够满足驱动热源需求时，阀门V20关闭，锅炉B处于关闭状态；当太阳能集热器SP不能满足需求时，阀门V20微开，锅炉B处于部分负荷运行状态；当太阳辐射强度较低，阀门V21关闭，阀门V20打开，锅炉B处于全负荷运行。
在高湿环境下，需要除湿功能时，开启溶液再生机组和冷却塔CP，关闭喷射式热泵。该工况下的工作系统组成及管路连接，如图3所示，阀门V17、V16、V21、V18、V22开启，其它阀门关闭，启动第一循环水泵Pw1和第二循环水泵Pw2。来自太阳能集热器SP(或锅炉B)的高温热水进入溶液再生机组中的第二发生器G2放热降温后经由第一循环水泵Pw1被加压后，返回至太阳能集热器SP(或锅炉B)；来自冷却塔CP的冷却水在第二循环水泵Pw2作用下，进入冷却器CR中吸热升温后，返回至冷却塔CP；来自除湿器中的稀溶液进入第二发生器G2被加热而发生出冷剂蒸气后，变成浓溶液后，进入冷却器CR中放热降温，然后返回至除湿器；当太阳能集热器SP能够满足驱动热源需求时，阀门V20关闭，锅炉B处于关闭状态；当太阳能集热器SP不能满足驱动热源需求时，阀门V20微开，锅炉B处于部分负荷运行状态；当太阳辐射强度较低，阀门V21关闭，阀门V20打开，锅炉B处于全负荷运行。
当制冷负荷较低或湿负荷较低时，关闭溶液再生机组，启动冷却塔CP和喷射式热泵。该工况下的工作系统组成及管路连接，如图4所示，阀门V15、V13、V11、V3、V4、V5、V9、V17、V18关闭，阀门V1、V2、V6、V7、V14、V21、V22开启，启动第一循环水泵Pw1和第二循环水泵Pw2。来自太阳能集热器SP(或锅炉B)的高温热水进入溶液再生机组的溶液发生器G2中放热降温制取浓溶液后，再经由第一循环水泵Pw1被加压后，返回至太阳能集热器SP(或锅炉B)；来自冷却塔的冷却水在第二循环水泵Pw2作用下，进入喷射式热泵的冷凝器C中被加热升温后，进入生活热水罐Sw中的换热器，再返回至冷却塔CP；来自空调末端装置的冷媒水进入喷射式热泵的蒸发器E被冷却降温后，再输送至空调末端装置；来自发生器的工质蒸气进入喷射器EJ的喷嘴增速降压，引射来自回热器IHE的过热工质蒸气后，两股工质蒸气混合、减速增压后，进入冷凝器C被冷凝成液态工质后，进入工质储液罐SR，液态工质然后分两路，一路工质进入回热器IHE被冷却后，经节流装置VR节流降压后，进入蒸发器E吸热蒸发后，进入回热器IHE吸收来自储液罐SR的液态工质的热而变成过热蒸气后，被引射至喷射器EJ，另一路工质在工质循环泵PR被加压后，进入发生器G；当太阳能集热器SP能够满足驱动热源需求时，阀门V20关闭，锅炉B处于关闭状态；当太阳能集热器SP不能满足需求时，阀门V20微开，锅炉B处于部分负荷运行状态；当太阳辐射强度较低时，阀门V21关闭，阀门V20打开，锅炉B处于全负荷运行。
在冬季供热时，关闭溶液再生机组和冷却塔CP，启动喷射式热泵。该工况下的工作系统组成及管路连接，如图5所示，阀门V17、V15、V14、V1、V2、V7、V6、V9、V17、V18、V22关闭，阀门V3、V4、V5、V11、V21、V13、V16、V19开启，启动第一循环水泵Pw1。来自太阳能集热器SP(或锅炉B)的高温热水进入喷射式热泵的第一发生器G1中放热降温后，再进入水水换热器WEX加热网热水而放热降温，最后经由第二循环水泵Pw1被加压后，返回至太阳能集热器SP(或锅炉B)；来自末端散热装置的热网热水分两路，分别进入水水换热器WEX和冷凝器C被加热升温后汇合，再被输送至末端散热装置；来自发生器的工质蒸气进入喷射器EJ的喷嘴增速降压，引射来自回热器IHE的过热工质蒸气后，两股工质蒸气混合、减速增压后，进入冷凝器被冷凝成液态工质后，进入工质储液罐SR，液态工质然后分两路，一路工质进入回热器IHE被冷却后，经节流装置VR节流降压后，进入蒸发器E吸热蒸发后，进入回热器IHE吸收来自储液罐SR的液态工质的热而变成过热蒸气后，被引射至喷射器EJ，另一路工质在工质循环泵PR被加压后，进入第一发生器G1；当太阳能集热器SP能够满足驱动热源需求时，阀门V20关闭，锅炉B处于关闭状态；当太阳能集热器SP不能满足驱动热源需求时，阀门V20微开，锅炉B处于部分负荷运行状态；当太阳辐射强度较低，阀门V21关闭，阀门V20打开，锅炉B处于全负荷运行。
在春秋过渡季节，仅制取生活热水时，关闭溶液再生机组和冷却塔CP，启动喷射式热泵。该工况下的工作系统组成及管路连接，如图6所示，阀门V17、V15、V14、V1、V2、V7、V6、V17、V18、V22关闭，阀门V3、V4、V5、V9、V11、V21、V13、V16、V19开启，启动第一循环水泵Pw1。来自太阳能集热器SP(或锅炉B)的高温热水进入喷射式热泵的发生器G1中放热降温后，再进入水水换热器WEX加热网热水而放热降温，最后经由循环水泵Pw1被加压后，返回至太阳能集热器SP(或锅炉B)；来自生活热水器Sw的换热器中的热水分成两路，分别进入水水换热器WEX和冷凝器C被加热升温后汇合，再进入生活热水器Sw的换热器加热罐内的热水，放热降温后，再经由阀门V9，进入喷射式热泵的冷却水管路中，不停的循环运行直至生活热水罐中的热水被加热到设定的温度；来自发生器的工质蒸气进入喷射器EJ的喷嘴增速降压，引射来自回热器IHE的过热工质蒸气后，两股工质蒸气混合、减速增压后，进入冷凝器被冷凝成液态工质后，进入储液罐SR，液态工质然后分两路，一路工质进入回热器IHE被冷却后，经节流装置VR节流降压后，进入蒸发器E吸热蒸发后，进入回热器IHE吸收来自储液罐SR的液态工质的热而变成过热蒸气后，被引射至喷射器EJ，另一路工质在工质循环泵PR被加压后，进入发生器G；当太阳能集热器SP能够满足驱动热源需求时，阀门V20关闭，锅炉B处于关闭状态；当太阳能集热器SP不能满足驱动热源需求时，阀门V20微开，锅炉B处于部分负荷运行状态；当太阳辐射强度较低，阀门V21关闭，阀门V20打开，锅炉B处于全负荷运行。

Claims (6)

1.一种太阳能驱动的冷热源供应系统，其特征在于，由喷射式热泵、高温驱动热源系统、冷却塔(CP)、生活热水器(Sw)、溶液再生机组、第一循环水泵(Pw1)、第二循环水泵(Pw2)、连接管路和阀门组成；
所述连接管路分为热泵工质系统管路、除湿溶液系统管路和水系统管路；
所述热泵工质系统管路为：第一发生器(G1)依次与喷射器(EJ)、冷凝器(C)、储液罐(SR)、工质循环泵(PR)相连接，工质循环泵(PR)连接第一发生器(G1)，储液罐(SR)依次与回热器(IHE)、节流装置(VR)、蒸发器(E)相连接，蒸发器(E)依次与回热器(IHE)、喷射器(EJ)相连接，冷凝器(C)与生活热水器(Sw)相连接；
所述除湿溶液系统管路为：太阳能集热器(SP)依次与第二发生器(G2)、第一循环水泵(Pw1)相连，第一循环水泵(Pw1)与太阳能集热器(SP)相连，第二发生器(G2)与冷却器(CR)相连，冷却器(CR)依次与第二循环水泵(Pw2)、冷却塔(CP)相连，冷却塔(CP)与冷却器(CR)相连；
所述水系统管路为：太阳能集热器(SP)的出口端管路与锅炉(B)出口端管路并联连接，然后依次连接第一发生器(G1)、水水换热器(WEX)、蒸发器(E)、第一循环水泵(Pw1)，第一循环水泵(Pw1)分别连接太阳能集热器(SP)和锅炉(B)。
2.根据权利要求1所述一种太阳能驱动的冷热源供应系统，其特征在于，所述喷射式热泵由第一发生器(G1)、喷射器(EJ)、冷凝器(C)、蒸发器(E)、工质循环泵(PR)、回热器(IHE)、节流装置(VR)、水水换热器(WEX)和储液罐(SR)组成。
3.根据权利要求1所述一种太阳能驱动的冷热源供应系统，其特征在于，所述高温驱动热源系统由太阳能集热器(SP)、锅炉(B)和第一循环水泵(Pw1)组成。
4.根据权利要求1所述一种太阳能驱动的冷热源供应系统，其特征在于，所述溶液再生机组由第二发生器(G2)和冷却器(CR)组成。
5.权利要求1所述太阳能驱动的冷热源供应系统在制取供热热水中的应用，其特征在于，该系统中的太阳能集热器(SP)、锅炉(B)、生活热水器(Sw)和第一循环水泵(Pw1)运行，锅炉(B)作为太阳能集热器(SP)的补充热源。
6.权利要求1所述太阳能驱动的冷热源供应系统在制取冷媒水及除湿溶液中的应用，其特征在于，该系统中的太阳能集热器(SP)、锅炉(B)、喷射式热泵、溶液再生机组和冷却塔(CP)运行，通过系统内的阀门切换实现在湿度大的环境下溶液再生机组与喷射式热泵同时运行，否则仅开启喷射式热泵，其中喷射式热泵中的水水换热器(WEX)在制冷工况下关闭。
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