CN103322609B - 一种太阳能蓄热热泵采暖系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能蓄热热泵采暖系统，包括溴化锂溶液循环系统，水循环系统和太阳能蓄热加热系统。溴化锂溶液循环系统主要由吸收器、溶液泵、热交换器、溶液调节阀、热交换器、高压发生器、低压发生器组成。水循环系统主要由高压发生器、低压发生器、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器、溶液泵、热交换器、溶液调节阀、热交换器组成。太阳能蓄热加热系统主要由太阳能集热板、相变蓄热装置、电辅助加热装置组成。本发明的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，具有使得太阳能热系统能够存储热量并在太阳辐照度不够的情况下释放热量、解决了太阳能采暖的间歇性的问题、使用寿命长且耗电量低等优点。<!--1-->

Description

一种太阳能蓄热热泵采暖系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能蓄热热泵采暖系统。

背景技术

能源是人类赖以生存的基本要素,是中国经济和社会发展面临的最严重的问题之一。在我们现在所消耗的能量中的90％以上来源于矿物质燃烧，如煤、石油、天然气等。但是矿物质燃料的蕴藏量总是有限的，以目前的开采速度，煤和石油的贮藏量正在迅速减少。另外,矿物质燃料所造成的环境污染问题，已经成为人类的沉重负担。因此人类应当从生存、发展的长远利益考虑,开发新能源。太阳能是一种有效的可再生新能源，现在得到了越来越多的发展与应用。

然而，太阳能也有它相应的局限性，太阳能的分散性和间歇性决定了太阳能热泵系统的不稳定性。而且地域不同、季节不同、昼夜不同，太阳的日照强度会有很大的差别，并且随着昼夜交替和季节变换有规律的变化。同时气候条件对太阳辐射的影响也是很大的，比如阴雨天气将使太阳辐射能大为降低，甚至无法利用。因此，要想把这些能量密度低、间隙性、不稳定的能源为人们所用，就需要应用到蓄能技术，将晴朗白天收集到的太阳辐射能所转换成的热能存贮起来，以供阴雨天或夜间使用。

相变蓄能是能量存贮技术中最有良好前景的一项技术，它是利用物质在凝固/融化、凝结/汽化、凝华/升华以及其他形式的相变过程中，常伴有较大能量的吸收或释放的原理，蓄能技术即是应用该原理进行能量的蓄存和释放。相变蓄能具有蓄能密度大、温度变化小等许多优点,是目前国内外研究的热点，并已在工程中有应用。

在相变蓄热材料方面，我国已有一定的研究，对于单一相变材料如水合无机盐等有其相应的缺点，例如其大多相变温度都在30℃左右，很难用于高温蓄热，更无法用于蓄冷，因此，国内外已经开展了对于复合相变材料的研究，这不但将相变温度的范围拓广，更使得材料的温度波动小，蓄能量更大。目前，还没有设置相变蓄热装置的太阳能系统，因而开发一种带有相变蓄热装置的太阳能热采暖装置，可以使得太阳能采暖系统能够在阴雨天也能够正常应用，提高了太阳能产品的实用性。

发明内容

本发明是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种太阳能蓄热热泵采暖系统，以解决太阳能不能在阴雨天应用的问题。

本发明为解决技术问题采用以下技术方案。

一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其结构特点是，包括溴化锂溶液循环系统，水循环系统和太阳能蓄热加热系统；

所述溴化锂溶液循环系统主要由吸收器、溶液泵、第一热交换器、第二热交换器、高压发生器和低压发生器组成；所述吸收器与所述溶液泵相连，所述溶液泵与所述第一热交换器相连接，所述第一热交换器与所述高压发生器相连接，所述高压发生器与所述低压发生器相连接，所述低压发生器与所述第一热交换器和所述第二热交换器相连接；

所述水循环系统主要由高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、溶液泵、热交换器和热交换器组成；所述高压发生器和低压发生器均与所述冷凝器相连接，所述冷凝器与所述蒸发器相连接，所述蒸发器与所述吸收器相连接，从而形成一个环形的水循环系统；

所述太阳能蓄热加热系统主要由太阳能集热板、相变蓄热装置和电辅助加热装置组成；所述太阳能集热板与所述相变蓄热装置相连接，所述相变蓄热装置与所述电辅助加热装置相连接；所述蒸发器、高压发生器和低压发生器均与所述相变蓄热装置相连接；

所述冷凝器与风机盘管相连接。

本发明的一种太阳能蓄热热泵采暖系统的结构特点也在于：

所述第一热交换器和所述第二热交换器之间通过溶液调节阀相连接。

所述冷凝器与所述蒸发器之间通过节流阀相连接。

所述冷凝器的一条输出管路通过可调速水泵与所述风机盘管相连接，所述冷凝器的一条输入管路通过第一截止阀与所述风机盘管相连接。

所述低压发生器的一条输出管路通过第二截止阀与所述相变蓄热装置相连接，所述低压发生器的一条输入管路依次通过第一水泵和第三截止阀与所述相变蓄热装置相连接。

所述高压发生器的一条输出管路通过第四截止阀与所述相变蓄热装置相连接，所述高压发生器的一条输入管路依次通过第二水泵和第五截止阀与所述相变蓄热装置相连接。

所述太阳能集热板的输出管路依次通过第三水泵和第六截止阀与所述相变蓄热装置相连接，所述太阳能集热板的输入管路通过第七截止阀与所述相变蓄热装置相连接。

所述蒸发器的一条输出管路通过第九截止阀与所述相变蓄热装置相连接，所述蒸发器的一条输入管路依次通过第四水泵和第八截止阀与所述相变蓄热装置相连接。

所述相变蓄热装置包括进水口、出水口、保温箱、蓄热单元、太阳能放热盘管和电放热盘管；所述保温箱的顶板上开有所述出水口，所述保温箱的底板上开有所述进水口，所述保温箱的箱体内设置有所述蓄热单元，所述太阳能放热盘管插入于所述保温箱的箱体之内且位于所述蓄热单元的上方，所述电放热盘管插入于所述保温箱的箱体之内且位于所述蓄热单元的下方。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，主要由溴化锂溶液循环系统，水循环系统和太阳能蓄热加热系统三部分组成。溴化锂溶液循环系统主要由吸收器、热交换器、高压发生器和低压发生器组成；水循环系统主要由高压发生器、低压发生器、冷凝器和蒸发器组成；太阳能蓄热加热系统主要由太阳能集热板和蓄热相变装置组成。太阳能蓄热采暖装置通过调节溶液调节阀实现对溴化锂溶液循环量进行控制从而实现对制热量的控制。该套太阳能蓄热热泵可通过太阳能集热使蓄热介质发生相变进而将热能储存起来，在太阳辐照度不够的情况下通过释放蓄热介质的相变热能来驱动吸收式热泵循环从而完成采暖。同时配合电加热装置给蓄热介质加热使得系统能够连续运行。这种蓄热热泵采暖系统可大幅节约电能，这对降低能源消耗及可持续发展的国家战略有着深远的意义。同时给该系统配备相变蓄热装置和电加热装置辅助太阳能来驱动溴化锂吸收式热泵。本发明在降低电能消耗的基础上，利用相变蓄热装置实现太阳能吸收式热泵的连续运行，是一种高效、节能的采暖系统

本发明的一种太阳能蓄热热泵采暖系统主要有以下3个优点。

1)摆脱了传统热泵采暖系统对于高品位能源的依赖性，极大程度上利用了低品位能源即太阳能，这不但大幅减少能源在运送时的消耗同时降低了污染物的排放，使得在节约能源的同时又保护了环境。

2)改善了利用太阳能来采暖的局限性，即太阳能的不稳定性和间歇性。系统采用了相变蓄热装置，不但稳定了热能的输出还在一定范围内储存的太阳能，缓解了太阳能采暖的间歇性。

3)系统采用了溴化锂吸收式的热泵形式，减少了运转部件的使用，与传统热泵相比寿命更长，耗电量更少。

本发明的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，具有使得太阳能热系统能够存储热量并在太阳辐照度不够的情况下释放热量、解决了太阳能采暖的间歇性的问题、使用寿命长且耗电量低等优点。

附图说明

图1为本发明的一种太阳能蓄热热泵采暖系统的系统原理图。

图2为本发明的一种太阳能蓄热热泵采暖系统的相变蓄热装置的剖视图。

附图1～2中标号：1吸收器，2a溶液热交换器，2b溶液热交换器，3a高压发生器，3b低压发生器，4冷凝器，5蒸发器，6相变蓄热装置，601进水口，602出水口，603保温箱，604蓄热单元，605太阳能放热盘管，606电放热盘管，7太阳能集热器，8溶液调节阀，9溶液泵，10节流阀，11风机盘管，12可调速水泵，13第一截止阀，14第二截止阀，15第一水泵，16第三截止阀，17第四截止阀，18第五截止阀，19第二水泵，20电加热装置，21第六截止阀，22第七截止阀，23第三水泵，24第八截止阀，25第九截止阀，26第四水泵。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。

具体实施方式

参见图1～2，一种太阳能蓄热热泵采暖系统包括溴化锂溶液循环系统，水循环系统和太阳能蓄热加热系统；

所述溴化锂溶液循环系统主要由吸收器1、溶液泵9、第一热交换器2a、第二热交换器2b、高压发生器3a和低压发生器3b组成；所述吸收器1与所述溶液泵9相连，所述溶液泵9与所述第一热交换器2a相连接，所述第一热交换器2a与所述高压发生器3a相连接，所述高压发生器3a与所述低压发生器3b相连接，所述低压发生器3b与所述第一热交换器2a和所述第二热交换器2b相连接；

所述水循环系统主要由高压发生器3a、低压发生器3b、冷凝器4、蒸发器5、吸收器1、溶液泵9、热交换器2a和热交换器2b组成；所述高压发生器3a和低压发生器3b均与所述冷凝器4相连接，所述冷凝器4与所述蒸发器5相连接，所述蒸发器5与所述吸收器1相连接，从而形成一个环形的水循环系统；

所述太阳能蓄热加热系统主要由太阳能集热板7、相变蓄热装置6和电辅助加热装置20组成；所述太阳能集热板7与所述相变蓄热装置6相连接，所述相变蓄热装置6与所述电辅助加热装置20相连接；所述蒸发器5、高压发生器3a和低压发生器3b均与所述相变蓄热装置6相连接；

所述冷凝器4与风机盘管11相连接。

所述第一热交换器2a和所述第二热交换器2b之间通过溶液调节阀8相连接。

所述冷凝器4与所述蒸发器5之间通过节流阀10相连接。

所述冷凝器4的一条输出管路通过可调速水泵12与所述风机盘管11相连接，所述冷凝器4的一条输入管路通过第一截止阀13与所述风机盘管11相连接。

所述低压发生器3b的一条输出管路通过第二截止阀14与所述相变蓄热装置6相连接，所述低压发生器3b的一条输入管路依次通过第一水泵15和第三截止阀16与所述相变蓄热装置6相连接。

所述高压发生器3a的一条输出管路通过第四截止阀17与所述相变蓄热装置6相连接，所述高压发生器3a的一条输入管路依次通过第二水泵19和第五截止阀18与所述相变蓄热装置6相连接。

所述太阳能集热板7的输出管路依次通过第三水泵23和第六截止阀21与所述相变蓄热装置6相连接，所述太阳能集热板7的输入管路通过第七截止阀22与所述相变蓄热装置6相连接。

所述蒸发器5的一条输出管路通过第九截止阀25与所述相变蓄热装置6相连接，所述蒸发器5的一条输入管路依次通过第四水泵26和第八截止阀24与所述相变蓄热装置6相连接。

所述相变蓄热装置6包括进水口601、出水口602、保温箱603、蓄热单元604、太阳能放热盘管605和电放热盘管606；所述保温箱603的顶板上开有所述出水口602，所述保温箱603的底板上开有所述进水口601，所述保温箱603的箱体内设置有所述蓄热单元604，所述太阳能放热盘管605插入于所述保温箱603的箱体之内且位于所述蓄热单元604的上方，所述电放热盘管606插入于所述保温箱603的箱体之内且位于所述蓄热单元604的下方。

溴化锂溶液循环系统中，吸收器1与溶液泵9相连，使吸收器1中的稀溶液通过溶液泵9可以进入高压发生器3a，溶液泵9依次与热交换器2a、热交换器2b相连，同时在热交换器2a、热交换器2b之间设置溶液调节阀8，通过热交换器2b的溶液喷淋在高压发生器3a中，同时高压发生器3a一端与热交换器2b相连且通过热交换器2b再与低压发生器3b连接，低压发生器3b的一端与热交换器2a相连后通过溶液喷淋再回到吸收器1中。

水循环系统中，吸收器1中的溴化锂溶液通过溶液泵9的作用经过热交换器2a、热交换器2b进入高压发生器3a中，高压发生器3a的另一端与低压发生器3b的另一端相连后共同与冷凝器4相连，冷凝器4与节流阀10相连，溶液通过节流阀10喷淋到蒸发器5中，蒸发器5与吸收器1相连，来自蒸发器5的水蒸气在吸收器1中被来自低压发生器3b溴化锂浓溶液吸收后变成溴化锂稀溶液。再经过溴化锂溶液循环回到高压发生器3a中进行下一次水循环。另外，在冷凝器4中设置另一盘管管路吸收冷凝器4中的热量，其出口端连接可调速水泵12，再连接到风机盘管11中给房间供热，风机盘管11出口端连接一截止阀13后再使管路回到冷凝器4中进行盘管换热。

太阳能蓄热加热系统中，太阳能集热板7一端连接水泵23再连接截止阀21后可向相变蓄热装置6中供水，相变蓄热装置6的一出口端连接截止阀22后再连接太阳能集热板7使水可回到太阳能集热板7中。相变蓄热装置6有另三个出口，其一出口连接截止阀18后再连接水泵19，管路进入高压发生器3a中并设置盘管实现换热后连接截止阀17再接回到相变蓄热装置6；其二出口连接截止阀16后再连接水泵15，管路进入低压发生器3b中并设置盘管换热后连接截止阀14在接回相变蓄热装置6中；其三出口连接截止阀24后再连接水泵26，管路进入蒸发器5中设置盘管进行换热后连接截止阀25再接回相变蓄热装置6中。另外，再设置一电加热装置20连接到相变蓄热装置6中。

所述溴化锂溶液循环过程为：来自吸收器1中的溴化锂稀溶液经过溶液泵9的作用先后经过溶液热交换器2a和溶液热交换器2b进入到高压发生器3a中，高压发生器3a中的溴化锂稀溶液被来自相变蓄热装置6中的热水加热后进行发生作用，此时溴化锂稀溶液中的水不断的发生，从而使稀溶液变成溴化锂浓溶液。溴化锂浓溶液流经溶液热交换器2b后进入低压发生器3b被来自相变蓄热装置6中的热水加热后进一步发生，使得溴化锂溶液变得浓度更高，此后流经溶液热交换器2a后喷淋到吸收器1中并吸收来自蒸发器5中的水蒸气后使得溴化锂浓溶液变成溴化锂稀溶液进入下一次循环。

在溶液热交换器2a和溶液热交换器2b之间设置一溶液调节阀8用以控制溴化锂溶液的流量从而控制制热量。

所述水循环过程为：在高压发生器3a和低压发生器3b中受到来自相变蓄热装置6中的热水加热后发生出来的水蒸气混合后进入冷凝器4完成冷凝作用，散发出来的热量通过盘管换热后以水的形式输送至风机盘管11进行供暖。所述风机盘管11上设置有风扇。在冷凝器4中冷凝后的水通过节流阀10后喷淋再蒸发器5中，在蒸发器5中蒸发之后再进入吸收器1被重新吸收，进行下一次溴化锂溶液和水的循环。

相变蓄热装置6内部包含进水口601、出水口602、保温箱603、蓄热单元604、太阳能放热盘管605和电放热盘管606，来自太阳能集热板7和电加热装置20中的热量通过放热盘管在相变蓄热装置6中放热，使得蓄热单元中的相变材料从固态变为液态实现热量的储存。相变材料属于石蜡类蓄热材料，其分子式为C₄₀H₈₂，相变温度约为81.5℃，相变潜热约为240kj/kg。

本发明的系统属于一种利用太阳能驱动的溴化锂吸收式热泵，其特点在于它极大程度上收集和利用了太阳能，从而减少了其他能源的利用。系统在通过使用太阳能集热板有效的将太阳能转变成热能给高压发生器、低压发生器以及蒸发器供热的同时，辅以相变蓄热装置，在系统停运的前提下也可以收集太阳能转变的热量供系统使用。

Claims (9)

1.一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述热泵采暖系统为溴化锂吸收式热泵，包括溴化锂溶液循环系统，水循环系统和太阳能蓄热加热系统；

所述溴化锂溶液循环系统主要由吸收器(1)、溶液泵(9)、第一热交换器(2a)、第二热交换器(2b)、高压发生器(3a)和低压发生器(3b)组成；所述吸收器(1)与所述溶液泵(9)相连，所述溶液泵(9)与所述第一热交换器(2a)相连接，所述第一热交换器(2a)与所述高压发生器(3a)相连接，所述高压发生器(3a)与所述低压发生器(3b)相连接，所述低压发生器(3b)与所述第一热交换器(2a)和所述第二热交换器(2b)相连接；

所述水循环系统主要由高压发生器(3a)、低压发生器(3b)、冷凝器(4)、蒸发器(5)、吸收器(1)、溶液泵(9)、第一热交换器(2a)和第二热交换器(2b)组成；所述高压发生器(3a)和低压发生器(3b)均与所述冷凝器(4)相连接，所述冷凝器(4)与所述蒸发器(5)相连接，所述蒸发器(5)与所述吸收器(1)相连接，从而形成一个环形的水循环系统；

所述太阳能蓄热加热系统主要由太阳能集热板(7)、相变蓄热装置(6)和电辅助加热装置(20)组成；所述太阳能集热板(7)与所述相变蓄热装置(6)相连接，所述相变蓄热装置(6)与所述电辅助加热装置(20)相连接；所述蒸发器(5)、高压发生器(3a)和低压发生器(3b)均与所述相变蓄热装置(6)相连接；

所述冷凝器(4)与风机盘管(11)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述第一热交换器(2a)和所述第二热交换器(2b)之间通过溶液调节阀(8)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述冷凝器(4)与所述蒸发器(5)之间通过节流阀(10)相连接。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述冷凝器(4)的一条输出管路通过可调速水泵(12)与所述风机盘管(11)相连接，所述冷凝器(4)的一条输入管路通过第一截止阀(13)与所述风机盘管(11)相连接。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述低压发生器(3b)的一条输出管路通过第二截止阀(14)与所述相变蓄热装置(6)相连接，所述低压发生器(3b)的一条输入管路依次通过第一水泵(15)和第三截止阀(16)与所述相变蓄热装置(6)相连接。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述高压发生器(3a)的一条输出管路通过第四截止阀(17)与所述相变蓄热装置(6)相连接，所述高压发生器(3a)的一条输入管路依次通过第二水泵(19)和第五截止阀(18)与所述相变蓄热装置(6)相连接。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述太阳能集热板(7)的输出管路依次通过第三水泵(23)和第六截止阀(21)与所述相变蓄热装置(6)相连接，所述太阳能集热板(7)的输入管路通过第七截止阀(22)与所述相变蓄热装置(6)相连接。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述蒸发器(5)的一条输出管路通过第九截止阀(25)与所述相变蓄热装置(6)相连接，所述蒸发器(5)的一条输入管路依次通过第四水泵(26)和第八截止阀(24)与所述相变蓄热装置(6)相连接。

9.根据权利要求1所述的一种太阳能蓄热热泵采暖系统，其特征是，所述相变蓄热装置(6)包括进水口(601)、出水口(602)、保温箱(603)、蓄热单元(604)、太阳能放热盘管(605)和电放热盘管(606)；所述保温箱(603)的顶板上开有所述出水口(602)，所述保温箱(603)的底板上开有所述进水口(601)，所述保温箱(603)的箱体内设置有所述蓄热单元(604)，所述太阳能放热盘管(605)插入于所述保温箱(603)的箱体之内且位于所述蓄热单元(604)的上方，所述电放热盘管(606)插入于所述保温箱(603)的箱体之内且位于所述蓄热单元(604)的下方。