CN104142036B - 一种太阳能、沼气联合热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能、沼气联合热泵系统，包括沼气供应系统、热泵工质循环系统、太阳能利用系统和尾气热回收净化系统。沼气供应系统包括沼气池、储气罐和加热器，加热器安装于沼气池内，热泵工质循环系统包括压缩机、冷凝盘管、节流阀、中间换热器、沼气内燃机、水箱、空气源换热器、四通换向阀、第一三通阀和第二三通阀，沼气内燃机驱动压缩机，太阳能利用系统包括太阳能集热器、水泵、第三三通阀和第四三通阀,尾气热回收净化系统包括所述加热器和尾气净化装置。该系统利用沼气驱动将夏季制冷、冬季供暖以及提供热水结合起来，利用沼气燃烧的尾气加热沼气池，促进微生物的发酵，从而保证了沼气的产量，保证系统的可靠持续运行。

Description

一种太阳能、沼气联合热泵系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能、沼气联合热泵系统。

背景技术

随着能源的日益紧张，国家大力提倡开发新能源，鼓励使用二次能源。

农村资源较为丰富，如人畜粪便和大量的秸秆等均是生产沼气的原材料，因此能进行大量的生产沼气，这种“自产自消”型生产沼气方式能保证沼气的供应。

太阳能是一种巨大的可再生清洁能源，具有取之不尽、廉价、安全和清洁无污染等特点，目前越来越受到人们的重视，太阳能利用技术得到迅速的发展。

然而太阳能不稳定，沼气的制取极大的受到温度的制约，因此如何解决太阳能不稳定、如何提高沼气池内的温度，提高沼气的产量，保证沼气的可靠持续供应，同时如何为用户提供更多的所需热量是目前所面临的难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种太阳能、沼气联合热泵系统，利用太阳能提供的能量作为低位热源为用户提供热量，在利用沼气燃烧驱动压缩机的同时，利用尾气加热沼气池，提高沼气产量。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种太阳能、沼气联合热泵系统，包括沼气供应系统、热泵工质循环系统、太阳能利用系统和尾气热回收净化系统，所述沼气供应系统包括沼气池、储气罐和加热器，所述加热器安装于所述沼气池内，所述沼气池产生的沼气存储于所述储气罐中；所述热泵工质循环系统包括压缩机、冷凝盘管、节流阀、中间换热器、沼气内燃机、水箱、空气源换热器、四通换向阀、第一三通阀和第二三通阀，所述沼气内燃机驱动所述压缩机，所述储气罐与所述沼气内燃机的供气端连接；所述压缩机的出口与所述四通换向阀的第一接口连接，所述四通换向阀的第二接口与所述冷凝盘管的入口连接，所述冷凝盘管的出口通过所述节流阀与所述第一三通阀的第一接口连接，所述第一三通阀的第二接口与所述空气源换热器的入口连接，所述第一三通阀的第三接口与所述中间换热器制冷工质入口连接，所述中间换热器的制冷工质出口与所述第二三通阀的第一接口连接，所述空气源换热器的出口与所述第二三通阀的第二接口连接，所述第二三通阀的第三接口与所述四通换向阀的第三接口连接，所述四通换向阀的第四接口与所述压缩机的入口连接，形成制冷工质的循环；所述太阳能利用系统包括太阳能集热器、水泵、第三三通阀和第四三通阀，所述太阳能集热器的出口与所述第三三通阀的第一接口连接，所述第三三通阀的第二接口与所述中间换热器的水入口连接，所述第三三通阀的第三接口与所述水箱的入口连接，所述中间换热器的水出口与所述第四三通阀的第一接口连接，所述第四三通阀的第二接口与所述水泵入口连接，所述水泵出口与所述太阳能集热器的入口连接，所述第四三通阀的第三接口与所述水箱的出口连接，形成水循环；所述尾气热回收净化系统包括所述加热器和尾气净化装置，所述沼气内燃机的尾气出口与所述加热器的入口连接，所述加热器的出口与所述尾气净化装置连接；制热时，当太阳辐射强度足够大时，使太阳能集热器、第三三通阀、水箱、第四三通阀和水泵形成水循环，直接利用太阳能为用户供热；当太阳辐射强度很小以致水温很低时，通过调节第二三通阀与第一三通阀使工质依次流过压缩机、冷凝盘管、节流阀、空气源换热器回到压缩机，所述空气源换热器吸收空气中的热量以供用户使用；当太阳辐射强度不足时,调节所述第三三通阀和第四三通阀，使太阳能集热器、第三三通阀、中间换热器、第四三通阀和水泵形成水循环，吸收太阳能集热器中的热量以供用户使用，在太阳能供热的同时，通过调节第二三通阀与第一三通阀使工质依次流过压缩机、冷凝盘管、节流阀、中间换热器、四通换向阀回到所述压缩机，补充太阳能供热的不足；制冷时，利用四通换向阀改变制冷工质在管道中的流动方向，通过调节第二三通阀与第一三通阀使工质依次流过压缩机、空气源换热器、节流阀、冷凝盘管回到所述压缩机，为用户侧提供冷量。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的太阳能、沼气联合热泵系统利用沼气这一二次能源驱动将夏季制冷、冬季供暖以及提供热水结合起来，提高了太阳能热泵系统的利用率和减少了一次能源的利用；并且，利用沼气燃烧的尾气加热沼气池，促进微生物的发酵，从而保证了沼气的产量，保证系统的可靠持续运行，具有能量利用率高以及稳定性好的优点。同时，利用尾气净化装置对环境无污染。

附图说明

图1所示为本发明一种太阳能、沼气联合热泵系统的原理图；

图2所示为利用太阳能直接供热部分的示意图；

图3所示为空气源热泵供热部分示意图；

图4所示为太阳能热泵供热部分示意图；

图5所示为太阳能、沼气联合热泵系统制冷示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明太阳能、沼气联合热泵系统的示意图如图1-图5所示，包括沼气供应系统、热泵工质循环系统、太阳能利用系统和尾气热回收净化系统。所述沼气供应系统包括沼气池8、储气罐6和加热器7，所述加热器7安装于所述沼气池8内，所述沼气池8内产生的沼气存储于所述储气罐6中。所述热泵工质循环系统包括压缩机1、冷凝盘管15、节流阀3、中间换热器12、沼气内燃机5、水箱2、空气源换热器4、四通换向阀10、第一三通阀11和第二三通阀16，所述沼气内燃机5驱动所述压缩机1，所述储气罐6与所述沼气内燃机5的供气端连接。所述压缩机1的出口与所述四通换向阀10的第一接口连接，所述四通换向阀10的第二接口与所述冷凝盘管15的入口连接，所述冷凝盘管15的出口通过节流阀3与所述第一三通阀11的第一接口连接，所述第一三通阀11的第二接口与空气源换热器4的入口连接，所述第一三通阀11的第三接口与所述中间换热器12制冷工质入口连接，所述中间换热器12的制冷工质出口与所述第二三通阀16的第一接口连接，所述空气源换热器4的出口与所述第二三通阀16的第二接口连接，所述第二三通阀16的第三接口与所述四通换向阀10的第三接口连接，所述四通换向阀10的第四接口与所述压缩机1的入口连接，形成制冷工质的循环。所述太阳能利用系统包括太阳能集热器13、水泵14、第三三通阀17和第四三通阀18，所述太阳能集热器13的出口与所述第三三通阀17的第一接口连接，所述第三三通阀17的第二接口与中间换热器12的水入口连接，所述第三三通阀17的第三接口与所述水箱2的入口连接，所述中间换热器12的水出口与所述第四三通阀18的第一接口连接，所述第四三通阀18的第二接口与所述水泵14入口连接，所述水泵14出口与所述太阳能集热器13的入口连接，所述第四三通阀18的第三接口与所述水箱2的出口连接，形成水循环。所述尾气热回收净化系统包括所述加热器7和尾气净化装置9，所述沼气内燃机5的尾气出口与所述加热器7的入口连接，所述加热器7的出口与所述尾气净化装置9连接。

本发明的太阳能、沼气联合热泵系统供热时，有三种工作方式：①太阳辐射强度足够大时，通过调节第三三通阀17与第四三通阀18，使太阳能集热器13、第三三通阀17、水箱2、第四三通阀18和水泵14组成水循环，太阳能集热器13产生的热水直接进入水箱2内，直接利用太阳能为用户供热，其内部介质循环过程如图2所示；②太阳辐射强度很小以致水温很低时，通过调节第二三通阀16与第一三通阀11使热泵系统中的工质依次流过压缩机1、冷凝盘管15、节流阀3、空气源换热器4回到压缩机1，空气源换热器4吸收空气中的热量以供用户使用，其内部介质循环过程如图3所示；③外界条件介于两者温度之间时(即单独利用太阳能供热不足时),调节第三三通阀17和第四三通阀18，使太阳能集热器13、第三三通阀17、中间换热器12、第四三通阀18和水泵14形成水循环，吸收太阳能集热器13中的热量以供用户使用，在太阳能供热的同时，通过调节第二三通阀16与第一三通阀11使热泵系统中的工质依次流过压缩机1、冷凝盘管15、节流阀3、中间换热器12、四通换向阀10回到压缩机1，利用热泵系统补充太阳能供热的不足，其内部介质循环过程如图4所示。

本发明的太阳能、沼气联合热泵系统制冷时，利用四通换向阀10改变制冷工质在管道中的流动方向，通过调节第二三通阀16与第一三通阀11使热泵系统中的工质依次流过压缩机1、空气源换热器4、节流阀3、冷凝盘管15回到压缩机1，为用户侧提供冷量，其工作原理如图5所示。

沼气内燃机5燃烧后的尾气通过沼气池8中加热器7回收其中的热量，提高发酵温度，以提高沼气产气量，保障系统可靠持续的运行，采用尾气净化装置9吸收尾气中的有害气体，最终排向大气。

本发明利用沼气这一二次能源驱动能进行夏季制冷、冬季供暖，能提高能源利用率和减少一次能源利用；并且，通过尾气热回收促进微生物的发酵，保证系统的可靠持续运行。同时，利用尾气净化装置对环境无污染。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种太阳能、沼气联合热泵系统，其特征在于，包括沼气供应系统、热泵工质循环系统、太阳能利用系统和尾气热回收净化系统，所述沼气供应系统包括沼气池、储气罐和加热器，所述加热器安装于所述沼气池内，所述沼气池产生的沼气存储于所述储气罐中；所述热泵工质循环系统包括压缩机、冷凝盘管、节流阀、中间换热器、沼气内燃机、水箱、空气源换热器、四通换向阀、第一三通阀和第二三通阀，所述沼气内燃机驱动所述压缩机，所述储气罐与所述沼气内燃机的供气端连接；所述压缩机的出口与所述四通换向阀的第一接口连接，所述四通换向阀的第二接口与所述冷凝盘管的入口连接，所述冷凝盘管的出口通过所述节流阀与所述第一三通阀的第一接口连接，所述第一三通阀的第二接口与所述空气源换热器的入口连接，所述第一三通阀的第三接口与所述中间换热器制冷工质入口连接，所述中间换热器（12）的制冷工质出口与所述第二三通阀的第一接口连接，所述空气源换热器的出口与所述第二三通阀的第二接口连接，所述第二三通阀的第三接口与所述四通换向阀的第三接口连接，所述四通换向阀的第四接口与所述压缩机的入口连接，形成制冷工质的循环；所述太阳能利用系统包括太阳能集热器、水泵、第三三通阀和第四三通阀，所述太阳能集热器的出口与所述第三三通阀的第一接口连接，所述第三三通阀的第二接口与所述中间换热器的水入口连接，所述第三三通阀的第三接口与所述水箱的入口连接，所述中间换热器的水出口与所述第四三通阀的第一接口连接，所述第四三通阀的第二接口与所述水泵入口连接，所述水泵出口与所述太阳能集热器的入口连接，所述第四三通阀的第三接口与所述水箱的出口连接，形成水循环；所述尾气热回收净化系统包括所述加热器和尾气净化装置，所述沼气内燃机的尾气出口与所述加热器的入口连接，所述加热器的出口与所述尾气净化装置连接；制热时，当太阳辐射强度足够大时，使所述太阳能集热器、第三三通阀、水箱、第四三通阀和水泵形成水循环，直接利用太阳能为用户供热；当太阳辐射强度很小以致水温很低时，通过调节所述第二三通阀与第一三通阀使工质依次流过所述压缩机、冷凝盘管、节流阀、空气源换热器回到所述压缩机，所述空气源换热器吸收空气中的热量以供用户使用；当太阳辐射强度不足时,调节所述第三三通阀和第四三通阀，使所述太阳能集热器、第三三通阀、中间换热器、第四三通阀和水泵形成水循环，吸收所述太阳能集热器中的热量以供用户使用，在太阳能供热的同时，通过调节所述第二三通阀与第一三通阀使工质依次流过压缩机、冷凝盘管、节流阀、中间换热器、四通换向阀回到所述压缩机，补充太阳能供热的不足；制冷时，利用所述四通换向阀改变制冷工质在管道中的流动方向，通过调节所述第二三通阀与第一三通阀使工质依次流过所述压缩机、空气源换热器、节流阀、冷凝盘管回到所述压缩机，为用户侧提供冷量。