CN102798250B - 一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统 - Google Patents

一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102798250B
CN102798250B CN201210314850.XA CN201210314850A CN102798250B CN 102798250 B CN102798250 B CN 102798250B CN 201210314850 A CN201210314850 A CN 201210314850A CN 102798250 B CN102798250 B CN 102798250B
Authority
CN
China
Prior art keywords
heat exchanger
heat
thermal
pump
heat pump
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210314850.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN102798250A (zh
Inventor
谢英柏
欧阳晶莹
刘春涛
王帅
吴宇
刘赟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN201210314850.XA priority Critical patent/CN102798250B/zh
Publication of CN102798250A publication Critical patent/CN102798250A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102798250B publication Critical patent/CN102798250B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems

Landscapes

  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Abstract

一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，它包括太阳能集热系统，吸附式制冷系统、CO2热泵系统和辅助换热器，所述辅助换热器内设置有三根换热管，第一换热管串接在CO2热泵系统的循环回路中，第二换热管串接在吸附式制冷系统的过冷管路中，所述太阳能集热系统输出的集热流体经热水循环水泵后分成两路，一路经制冷系统电磁阀驱动吸附式制冷系统，另一路经换热器电磁阀流经辅助换热器的第三换热管。本发明利用辅助换热器将太阳能集热系统和吸附式制冷系统与CO2热泵系统有机结合在一起，大大提高了系统的性能系数，增强了系统的地域适应性和系统稳定性，保证了太阳能的充分、合理利用，提高了部件利用率，降低了对环境造成的污染。

Description

一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统
技术领域
本发明涉及一种以太阳能为辅助能源的跨临界CO2多功能热泵系统，属热泵技术领域。
背景技术
石油、煤炭等化石能源的大量使用，不仅引发了全球范围的能源危机，同时也导致了酸雨，温室效应，气候变暖等一系列环境问题。因此，可再生新能源（如太阳能、风能、海洋能等）的开发和利用迫在眉睫。
热泵是一种从低温热源吸热送往高温热源的循环设备，其热效率大于1。用热泵生产低品位的热水时，其热效率可达到3以上。CO2是一种环保型工质，跨临界CO2热泵的排气温度比较高，一般在80℃以上（最高不超过130℃），并且放热过程在超临界压力下进行，有较大温度滑移，特别适合提供高温热水。另外，CO2热泵系统具有压缩机体积小，换热器结构紧凑等优势，有利于一体化装置的设计。对于CO2热泵来说，系统性能会随蒸发温度的下降急剧下降，过热过冷对CO2热泵制热制冷来说都是有利的，可以提高系统的性能系数。
太阳能热水器在我国广泛使用，但太阳能具有不稳定性，加热的温度也会因为每天辐射量不同而不同。而且在夏季气温高，太阳辐射充足，集热器收集的热量多，但热水的使用量却大大减少（人们在夏季主要需要的是冷量），导致太阳能热水器大多闲置，降低了设备的利用率。
因此，如果能够将太阳能热水器与CO2热泵有机结合在一起，充分利用收集到的太阳能，使CO2热泵在高蒸发温度下运行，冬季取暖，夏季制冷，不仅能提高系统的性能系数及各部件的年利用率，而且可以减少化石能源的使用量，降低环境污染。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足、提供一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，以提高热泵系统的性能系数及太阳能热水器的年利用率，减少化石能源的消耗，降低环境污染。
本发明所述问题是由以下技术方案实现的：
一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，它包括太阳能集热系统，吸附式制冷系统、CO2热泵系统和辅助换热器，所述辅助换热器内设置有三根换热管，第一换热管串接在CO2热泵系统的循环回路中，第二换热管串接在吸附式制冷系统的过冷管路中，所述太阳能集热系统输出的集热流体经热水循环水泵后分成两路，一路经制冷系统电磁阀驱动吸附式制冷系统，另一路经换热器电磁阀流经辅助换热器的第三换热管。
上述双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，所述CO2热泵系统包括压缩机、主换热器、室外换热器、两个节流阀、两个四通阀和两个电磁阀，所述压缩机接于第一四通阀的b口和d口之间，第一四通阀的c口依次经主换热器和第一节流阀接第二四通阀的c口，a口接第二四通阀的a口；第二四通阀的b口依次经第二节流阀、室外换热器和辅助换热器的第一换热管接第二四通阀的d口；两个电磁阀分别与两个节流阀并接；所述主换热器设置有生活热水、循环空调水和冷热风输出口。
上述双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器、太阳能集热箱和太阳能集热循环水泵，三者依次首尾相接构成集热流体循环系统，所述太阳能集热箱经热水循环水泵给吸附式制冷系统和CO2热泵系统提供集热流体。
上述双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，在太阳能集热箱内的集热流体中还设置有生活热水换热管。
上述双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，所述太阳能集热系统中的集热流体采用防冻液。
上述双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，所述CO2热泵系统为跨临界CO2循环系统。
本发明利用辅助换热器将太阳能集热系统和吸附式制冷系统与CO2热泵系统有机结合在一起，太阳能集热系统和吸附式制冷系统通过辅助换热器实现对CO2热泵系统的过热或过冷，大大提高了系统的性能系数，增强了系统的地域适应性和系统稳定性，保证了太阳能的充分、合理利用，提高了部件利用率，降低了对环境造成的污染。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图中各标号为：1、压缩机；2、第一四通阀；3、主换热器；4、第一节流阀；5、第二四通阀；6、第二节流阀；7、室外换热器；8、辅助换热器；9、A号电磁阀；10、B号电磁阀；11、吸附式制冷系统；12、制冷系统电磁阀；13、换热器电磁阀；14、热水循环水泵；15、太阳能集热箱；16、太阳能集热循环水泵；17、生活热水换热管；18、太阳能集热器。
具体实施方式
参看图1，本发明包括太阳能集热系统、吸附式制冷系统、CO2热泵系统和辅助换热器8。太阳能集热系统驱动吸附式制冷系统， CO2热泵系统通过辅助换热器与太阳能集热系统和吸附式制冷系统联接。
CO2热泵系统由压缩机1、第一四通阀2、主换热器3、第一节流阀4、第二四通阀5、第二节流阀6、室外换热器7、辅助换热器8、A号电磁阀9、B号电磁阀10组成。其中，第一四通阀2、主换热器3、第一节流阀4依次串联，第二四通阀5、第二节流阀6、室外换热器7、辅助换热器8依次串联，第一节流阀4和第二四通阀5相连，第一节流阀4与A号电磁阀9并联，第二节流阀6与B号电磁阀10并联，第一四通阀2的b口与压缩机1出口相连，第一四通阀2的c口与主换热器3相连，第一四通阀2的d口与压缩机1进口相连，第一四通阀2的a口与第二四通阀5的a口相连，第二四通阀5的b口与第二节流阀6相连，第二四通阀5的c口与第一节流阀4相连，第二四通阀5的d口与辅助换热器8相连。
太阳能集热系统由太阳能集热器18、太阳能集热箱15组成。其中，太阳能集热箱15与吸附式制冷系统11相连，中间连接有制冷系统电磁阀12和热水循环水泵14，太阳能集热箱15内部具有加热生活热水的换热管17，太阳能集热箱15与辅助换热器8相连，中间有换热器电磁阀13和温控流量的热水循环水泵14。
太阳能集热系统中的集热流体采用防冻液，CO2热泵系统为跨临界CO2循环，工质为CO2，其中所有设备应满足高压特点。
本发明有六种工作模式：太阳能热水模式、水源热泵热水模式、高温热水模式、空气源热泵热水模式、吸附式辅助制冷模式和热泵制冷模式。
本发明所有装置都处于室外，或者置于单独的设备房间内。太阳能集热器18置于屋顶或者阳台。可以通过管道把从太阳能集热箱15和主换热器3得到的高温热水、空调水和冷暖风送至室内。
    本装置中A号电磁阀9、B号电磁阀10、换热器电磁阀13、制冷系统电磁阀12默认情况下处于常闭状态；室外换热器7为风冷式翅片换热器，电风扇默认处于运行状态；主换热器3为套管式换热器或翅片式换热器。
太阳能集热系统中太阳能集热器18和太阳能集热循环水泵16有太阳辐射时运行，并把收集到的热量储存在太阳能集热箱15中，无太阳辐射时停止运行。
太阳能热水模式下，太阳能集热箱15温度超过50℃时，装置并不工作，通过太阳能加热换热管17中的水送至室内。
水源热泵热水模式下，太阳能集热箱15温度低于50℃，且室外温度在10℃以下时，A号电磁阀9和换热器电磁阀13打开，热水循环水泵14运行，室外换热器7的电风扇关闭。高温高压CO2流体从压缩机1出来，经第一四通阀2到主换热器3中换热降温，然后通过A号电磁阀9和第二四通阀5，经过第二节流阀6时节流蒸发，到室外换热器7中不换热，经辅助换热器8时与太阳能热水换热，然后再经过第二四通阀5和第一四通阀2，最后回到压缩机1，完成循环。此过程中室外换热器7不工作。热水循环水泵14可以控制工质的过热度。
高温热水模式下，太阳能集热箱15温度低于30℃，A号电磁阀9和换热器电磁阀13打开，热水循环水泵14运行。高温高压CO2流体从压缩机1出来，经第一四通阀2到主换热器3换热降温，然后通过A号电磁阀9和第二四通阀5，经过第二节流阀6时节流蒸发，到室外换热器7中换热，经过辅助换热器8时再与太阳能热水换热，然后再经过第二四通阀5和第一四通阀2，最后回到压缩机1，完成循环。热水循环水泵14可以控制CO2的过热度。
空气源热泵热水模式下，太阳能集热箱15温度低于0℃或者低于室外温度时，A号电磁阀9打开，换热器电磁阀13关闭。高温高压CO2流体从压缩机1出来，经第一四通阀2，到主换热器3换热降温，然后通过A号电磁阀9和第二四通阀5，经过第二节流阀6时节流蒸发，到室外换热器7中换热，经过辅助换热器8时不与太阳能热水换热，然后再经过第二四通阀5和第一四通阀2，最后回到压缩机1，完成循环。此过程中辅助换热器8不工作。
吸附式辅助制冷模式下，太阳能水箱17的温度高于吸附式制冷设定的驱动温度时，B号电磁阀10和制冷系统电磁阀12打开，热水循环水泵14运行。高温高压的CO2流体从压缩机1出来，通过第一四通阀2和第二四通阀5，经B号电磁阀10，到室外换热器7换热降温，经过辅助换热器8时与吸附式制冷系统11换热再降温，然后通过第二四通阀5，经过第一节流阀4时节流蒸发，到主换热器3中换热，再经过第一四通阀2，最后回到压缩机1，完成循环。
热泵制冷模式下，太阳能储热箱15的温度低于吸附式制冷机设定的驱动温度时，B号电磁阀10打开，制冷系统电磁阀12关闭。高温高压的CO2流体从压缩机1出来，通过第一四通阀2和第二四通阀5，经B号电磁阀10，到室外换热器7换热降温，然后通过辅助换热器8和第二四通阀5，经过第一节流阀4节流蒸发，到主换热器3中换热，再经过通过第一四通阀2，最后回到压缩机1，完成循环。此过程吸附式制冷机不工作。
假设太阳能热水器的容量为150L，北京冬季气温为-10℃，CO2热泵功率为2kw。假设跨临界CO2热泵高压压力为10MPa，气体冷却器的出口温度为40℃，压缩机效率为0.8，换热器换热温差为5℃，则蒸发温度设定在-15℃时，空气源热泵模式的制热效率为2.3；太阳能热水高于30℃时则蒸发温度设定在10℃时，则水源热泵模式的制热效率为3.8，热效率提高65%。
假设太阳能热水为40℃，在水源热泵模式下降温至30℃时，能在15分钟生产60℃热水42kg（自来水温度为15℃）；高温热水模式下，在蒸发温度为-15℃时，过热15℃可使CO2的放热焓差相比空气源热泵模式增加14%，在0℃最高过热度为25℃时，可使CO2的放热焓差相比空气源热泵模式增加25%。
假设在制冷工况下，跨临界CO2高压压力为10MPa，气体冷却器出口温度为40℃，压缩机效率为0.8，蒸发温度为5℃，则CO2热泵制冷模式下的COP为2.5,在吸附式辅助制冷模式下吸附式制冷机每过冷1℃系统COP增加3%左右。

Claims (6)

1.一双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，其特征是，它包括太阳能集热系统，吸附式制冷系统（11）、CO2热泵系统和辅助换热器（8），所述辅助换热器（8）内设置有三根换热管，第一换热管串接在CO2热泵系统的循环回路中，第二换热管串接在吸附式制冷系统（11）的过冷管路中，所述太阳能集热系统输出的集热流体经热水循环水泵（14）后分成两路，一路经制冷系统电磁阀（12）驱动吸附式制冷系统（11），另一路经换热器电磁阀（13）流经辅助换热器（8）的第三换热管。
2.根据权利要求1所述的双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，其特征在于，所述CO2热泵系统包括压缩机（1）、主换热器（3）、室外换热器（7）、两个节流阀、两个四通阀和两个电磁阀，所述压缩机（1）接于第一四通阀（2）的b口和d口之间，第一四通阀（2）的c口依次经主换热器（3）和第一节流阀（4）接第二四通阀（5）的c口，a口接第二四通阀（5）的a口；第二四通阀（5）的b口依次经第二节流阀（6）、室外换热器（7）和辅助换热器（8）的第一换热管接第二四通阀（5）的d口；两个电磁阀分别与两个节流阀并接；所述主换热器（3）设置有生活热水、循环空调水和冷热风输出口。
3.根据权利要求1或2所述的双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，其特征在于，所述太阳能集热系统包括太阳能集热器（18）、太阳能集热箱（15）和太阳能集热循环水泵（16），三者依次首尾相接构成集热流体循环系统，所述太阳能集热箱（15）经热水循环水泵（14）给吸附式制冷系统（11）和CO2热泵系统提供集热流体。
4.根据权利要求3所述的双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，其特征在于，在太阳能集热箱（15）内的集热流体中还设置有生活热水换热管（17）。
5.根据权利要求4所述的双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，其特征在于，所述太阳能集热系统中的集热流体采用防冻液。
6.根据权利要求5所述的双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统，其特征在于，所述CO2热泵系统为跨临界CO2循环系统。
CN201210314850.XA 2012-08-30 2012-08-30 一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统 Expired - Fee Related CN102798250B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210314850.XA CN102798250B (zh) 2012-08-30 2012-08-30 一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210314850.XA CN102798250B (zh) 2012-08-30 2012-08-30 一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102798250A CN102798250A (zh) 2012-11-28
CN102798250B true CN102798250B (zh) 2015-02-25

Family

ID=47197458

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210314850.XA Expired - Fee Related CN102798250B (zh) 2012-08-30 2012-08-30 一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102798250B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103615293B (zh) * 2013-10-29 2015-06-10 大连葆光节能空调设备厂 二氧化碳热泵与有机工质联合发电系统
CN105003951A (zh) * 2015-07-02 2015-10-28 哈尔滨商业大学 太阳能辅助co2热泵双水箱采暖系统及采暖方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0825398A2 (de) * 1996-08-08 1998-02-25 Thomas Sturm Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einer Wärmekraftmaschine
CN101354204A (zh) * 2008-09-09 2009-01-28 上海理工大学 一种可实现制冷、制热和供热水功能的三联供方法
CN101581518A (zh) * 2009-06-12 2009-11-18 华北电力大学（保定） 一种太阳能辅助热源二氧化碳跨临界节能热泵系统
CN102168871A (zh) * 2011-03-24 2011-08-31 上海交通大学 太阳能辅助二氧化碳热泵联合空调系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5515059B2 (ja) * 2009-02-17 2014-06-11 独立行政法人 宇宙航空研究開発機構 太陽光熱複合発電システムを利用した給湯装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0825398A2 (de) * 1996-08-08 1998-02-25 Thomas Sturm Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung mit einer Wärmekraftmaschine
CN101354204A (zh) * 2008-09-09 2009-01-28 上海理工大学 一种可实现制冷、制热和供热水功能的三联供方法
CN101581518A (zh) * 2009-06-12 2009-11-18 华北电力大学（保定） 一种太阳能辅助热源二氧化碳跨临界节能热泵系统
CN102168871A (zh) * 2011-03-24 2011-08-31 上海交通大学 太阳能辅助二氧化碳热泵联合空调系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN102798250A (zh) 2012-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107062698B (zh) 一种高效直膨式太阳能热泵与水源热泵耦合供热系统
CN100470170C (zh) 太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳热泵综合空调系统
CN204043049U (zh) 一种蓄热型太阳能地源热泵耦合系统
CN103983042B (zh) 一种太阳能室内冷热一体化系统
CN101571330B (zh) 一种无霜型多功能太阳能辅助热泵系统
CN203349573U (zh) 一种联合热泵及太阳能热水暖通系统
CN105042931A (zh) 一种跨临界循环与吸收式热泵联产的复合热泵系统
CN200996757Y (zh) 一种双源双工况热泵节能系统
CN105222404A (zh) 一种利用太阳能-空气能热泵系统
CN205026995U (zh) 自适应蓄热太阳能地源热泵装置
CN105004095A (zh) 一种跨临界循环与两级吸收式热泵联产的复合热泵系统
CN2800141Y (zh) 一种综合利用太阳能和地热能的建筑暖通空调装置
CN201387143Y (zh) 一种带储分器的低温空气源热泵高温节能型热水器装置
CN203785282U (zh) 太阳能复合多元热泵热水系统
CN205783497U (zh) 一种水蓄能设备
CN102798250B (zh) 一种双热源跨临界二氧化碳多功能热泵系统
CN204593929U (zh) 一种低温空气源地源双源热泵机组
CN201218630Y (zh) 一种低温热源驱动的吸收式地源热泵系统
CN201779922U (zh) 基于空调制冷、空调制热和卫生热水的户式三联供地源热泵机组
CN103822322A (zh) 风光联合驱动热泵的冷热联供系统及工作方法
CN107843026A (zh) 一种利用太阳能的制冷系统
CN102121765B (zh) 太阳能驱动制冷机与二氧化碳热泵的联合空调系统
CN102620476A (zh) 太阳能辅助空气源跨临界二氧化碳多功能热泵系统
CN206831867U (zh) 一种太阳能冷热联产装置
CN208312759U (zh) 一种与建筑空调系统耦合的太阳能动力装置系统

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150225

Termination date: 20150830

EXPY Termination of patent right or utility model