CN104482690B - 一种利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置,包括高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、聚光太阳能集热器、高温溶液热交换器、低温溶液热交换器和地埋管;高温溶液热交换器和低温溶液热交换器的第一溶液出口分别经过第二电磁阀和第一阀门切换装置与吸收器的浓溶液入口连接;吸收器的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和截止阀与高温溶液热交换器连接,吸收器的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和第一电磁阀与低温溶液热交换器连接;冷凝器的冷剂出口通过第二阀门切换装置与蒸发器的冷剂入口连接。该装置可以根据太阳能集热量的大小来决定机组的运行模式,以充分利用热源,发挥良好的节能效益。

Description

一种利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置
技术领域
本发明涉及一种利用太阳能热的制冷技术领域,具体来说,涉及一种利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置。
背景技术
随着人类消耗的能源越来越多,能源需求量的不断提高造成两个问题:能源危机与环境问题。在此背景下,利用低品位能源驱动吸收式机组得到越来越高的重视。在太阳能热利用领域中,太阳能制冷机组具有能量利用与季节相匹配,对环境无破坏作用等特点,得到了较大的发展。
吸收式制冷系统主要有单效和双效两种运行模式。单效吸收式制冷系统驱动热源要求温度较低,只需要大概70℃至90℃,且结构较为简单,成本较低,但性能系数较低,约为0.65~0.75。而双效吸收式制冷系统驱动热源要求温度较高,需要150℃至180℃,结构较为复杂,成本较高,但性能系数较高,约为1.1~1.2。而在冬季制热工况时,吸收式热泵有两种运行模式,第一类吸收式热泵利用少量高温热能产生大量的中温有用热能,故其性能系数大于1,一般为1.5~2.5;第二类吸收式热泵利用大量中温热源产生少量高温有用能,故其性能系数小于1,一般为0.4~0.5。
太阳能为清洁能源的一种,由于其可再生能源的特性,太阳能并不能为吸收式机组提供持续稳定的热量。因此,目前太阳能吸收式热泵系统的研究主要集中在单效吸收式热泵系统。在设计太阳能吸收式地源热泵系统时,可根据太阳能集热器的集热量的大小来决定吸收式地源热泵系统的运行模式,使得吸收式机组有较高的综合性能系数。同时通过实现第一类热泵和第二类热泵的相互切换,更有效地利用较低温度的太阳能热。
发明内容
技术问题:本发明要解决的技术问题是:提供一种利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置,该装置可以根据太阳能集热量的大小来决定机组的运行模式,以充分利用热源,创造较好的机组运行环境,发挥良好的节能效益。
技术方案:为解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置,包括高压发生器、低压发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、槽形抛物面型聚光太阳能集热器、高温溶液热交换器、低温溶液热交换器和地埋管;高压发生器的导热油出口通过第一导热油泵和聚光太阳能集热器的导热油入口连接,聚光太阳能集热器的导热油出口通过第三电磁阀与蒸发器的导热油入口连接,同时,聚光太阳能集热器的导热油出口和高压发生器的导热油入口连接;高压发生器的冷剂蒸汽出口通过第四电磁阀和低压发生器的热源入口连接,高压发生器的冷剂蒸汽出口通过第五电磁阀、低压发生器的冷剂蒸汽出口通过第六电磁阀、以及低压发生器的热源出口分别与冷凝器的冷剂入口连接;高压发生器的浓溶液出口与高温溶液热交换器的第一溶液入口连接,低压发生器的浓溶液出口与低温溶液热热交换器的第一溶液入口连接,高温溶液热交换器的第一溶液出口和低温溶液热交换器的第一溶液出口分别经过第二电磁阀和第一阀门切换装置与吸收器的浓溶液入口连接;吸收器的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和截止阀与高温溶液热交换器的第二溶液入口连接,吸收器的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和第一电磁阀与低温溶液热交换器的第二溶液入口连接;吸收器的溶液混合出口通过溶液泵与吸收器的喷淋装置入口连接,吸收器的冷却水入口通过第二十电磁阀与冷却塔的冷却水出口连接,吸收器的冷却水出口通过第十九电磁阀与冷却塔的冷却水入口连接,吸收器的热媒水出口通过第十八电磁阀和第十四电磁阀与供暖末端入口连接,吸收器的热媒水出口通过第十八电磁阀和第十五电磁阀与地埋管的冷却水入口连接;供暖末端出口通过第十三电磁阀后分为两路,一路经过第九电磁阀与冷凝器的热媒水入口连接,另一路经过第十七电磁阀与吸收器的热媒水入口连接;地埋管的冷却水出口通过冷却水泵分为两路输出,一路通过第二十七电磁阀与蒸发器的冷媒水入口连接,另一路通过第十六电磁阀分为两支路,一支路通过第十七电磁阀与吸收器的冷却水入口连接,另一支路通过第九电磁阀与冷凝器的冷却水入口连接;蒸发器的冷媒水出口通过第二十八电磁阀与地埋管的冷却水进口连接,吸收器的冷却水出口通过第十八电磁阀和第十五电磁阀与地埋管的冷却水进口连接,冷凝器的冷却水出口通过第十电磁阀和第十五电磁阀与地埋管的冷却水进口连接;
冷凝器的冷剂出口通过第二阀门切换装置与蒸发器的冷剂入口连接,冷凝器的热媒水出口通过第十电磁阀和第十四电磁阀与供暖末端入口连接;蒸发器的冷剂混合出口通过水泵与蒸发器的冷剂喷淋装置入口连接;蒸发器的冷媒水出口通过第十二电磁阀与供冷端入口连接,蒸发器的冷媒水入口通过第十一电磁阀与供冷端出口连接;蒸发器的导热油出口通过第二导热油泵与聚光太阳能集热器的导热油入口连接。
进一步,所述的第一阀门切换装置包括溶液泵,第二十一电磁阀、第二十二电磁阀、第二十三电磁阀、第二十四电磁阀、第二十五电磁阀、第二十六电磁阀、第一节流阀和第二节流阀,高温溶液热交换器的第一溶液出口和低温溶液热交换器的第一溶液出口连接后分为两路,一路经过依次经过第二十五电磁阀和第一节流阀与吸收器的浓溶液入口连接,另一路通过第二十六电磁阀与溶液泵的入口连接;吸收器的稀溶液出口分为两路,一路经过第二十二电磁阀与溶液泵的入口连接,另一路依次经过第二十一电磁阀和第二节流阀后分为两支路,一支路经过截止阀与高温溶液热交换器的第二溶液入口连接,另一支路经过第一电磁阀与低温溶液热交换器的第二溶液入口连接;溶液泵的出口分为两支路,一支路经过第二十四电磁阀与吸收器的浓溶液入口连接,另一支路经过第二十三电磁阀分为两子支路,一子支路经过截止阀与高温溶液热交换器的第二溶液入口连接,另一子支路经过第一电磁阀与低温溶液热交换器的第二溶液入口连接。
进一步,所述的第二阀门切换装置包括增压泵,第七电磁阀、第八电磁阀和第三节流阀,第七电磁阀和第三节流阀串联,第八电磁阀和增压泵串联,冷凝器的冷剂出口分别与第七电磁阀入口和第八电磁阀入口连接,第三节流阀的出口和增压泵的出口分别与蒸发器的冷剂入口连接。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1.本发明可以通过对阀门的控制,实现第一类热泵和第二类热泵的切换,以实现机组的对太阳能热的最大化利用,提高吸收式热泵系统的利用率;同时单/双效循环切换提供了吸收式热泵系统自适应驱动热源的能力,克服了热源不稳定的情况下单一化的运行模式,提高一种太阳能驱动吸收式地源热泵系统的综合性能系数。本发明的装置利用太阳能作为驱动热源,集热器内工作流体为导热油。以太阳能集热器集热量的大小来控制单效运行和双效运行两种模式,在太阳能集热较低而无法驱动第一类吸收式地源热泵时,系统通过阀门控制来实现第一种吸收式热泵和第二种吸收式热泵的切换,从而实现吸收式地源热泵系统的有效运行。吸收器内溶液通过并联的方式进入高压发生器和低压发生器,根据集热量大小来决定是否关闭低压发生器,保证运行工况和太阳能集热量的大小相匹配,保证该热泵系统的高效运行。当集热量较小时,采用第一类吸收式热泵单效模式运行;当集热量较大时,采用第一类吸收式热泵双效模式运行;在冬季集热量较低而无法驱动第一类热泵正常运行时,系统切换为第二类吸收式热泵系统运行。
2.本发明中热源工作介质为导热油,可以在低压力下形成较高的热源温度,创造了双效太阳能吸收式热泵系统的运行条件。
3.本发明中设置有地埋管,在夏季工作工况下,室外气温较高,冷却塔的换热工况恶劣,冷却水通过地埋管与温度较低的土壤恒温层进行换热,可以达到更低的温度,增大了热源与冷却水之间的传热温差,提高了太阳能吸收式热泵系统的运行效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中有:高压发生器1,低压发生器2,冷凝器3,蒸发器4,吸收器5,聚光太阳能集热器6,高温溶液热交换器7,低温溶液热交换器8,地埋管9,溶液泵201,增压泵202,冷剂泵203,第一导热油泵204,第二导热油泵205,冷却水泵206,增压泵207,截止阀101,第一电磁阀102,第二电磁阀103,第三电磁阀104,第四电磁阀105,第五电磁阀106,第六电磁阀107,第七电磁阀108,第八电磁阀109,第九电磁阀1010,第十电磁阀1011,第十一电磁阀1012,第十二电磁阀1013,第十三电磁阀1014,第十四电磁阀1015,第十五电磁阀1016,第十六电磁阀1017,第十七电磁阀1018,第十八电磁阀1019第十九电磁阀1020,第二十电磁阀1021,第二十一电磁阀1022,第二十二电磁阀1023,第二十三电磁阀1024,第二十四电磁阀1025,第二十五电磁阀1026,第二十六电磁阀1027,第二十七电磁阀1028,第二十八电磁阀1029,第一节流阀1030,第二节流阀1031,第三节流阀1032。
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1所示,本发明的一种利用太阳能热驱动的溴化锂吸收式地源热泵装置,包括高压发生器1、低压发生器2、冷凝器3、蒸发器4、吸收器5、槽形抛物面型聚光太阳能集热器6、高温溶液热交换器7、低温溶液热交换器8和地埋管9。高压发生器1的导热油出口通过第一导热油泵204和聚光太阳能集热器6的导热油入口连接,聚光太阳能集热器6的导热油出口通过第三电磁阀104与蒸发器4的导热油入口连接,同时,聚光太阳能集热器6的导热油出口和高压发生器1的导热油入口连接。高压发生器1的冷剂蒸汽出口通过第四电磁阀105和低压发生器2的热源入口连接,高压发生器1的冷剂蒸汽出口通过第五电磁阀106、低压发生器2的冷剂蒸汽出口通过第六电磁阀107、以及低压发生器2的热源出口分别与冷凝器3的冷剂入口连接。高压发生器1的浓溶液出口与高温溶液热交换器7的第一溶液入口连接,低压发生器2的浓溶液出口与低温溶液热热交换器8的第一溶液入口连接,高温溶液热交换器7的第一溶液出口和低温溶液热交换器8的第一溶液出口分别经过第二电磁阀103和第一阀门切换装置与吸收器5的浓溶液入口连接。吸收器5的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和截止阀101与高温溶液热交换器7的第二溶液入口连接,吸收器5的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和第一电磁阀102与低温溶液热交换器8的第二溶液入口连接。吸收器5的溶液混合出口通过溶液泵201与吸收器5的喷淋装置入口连接,吸收器5的冷却水入口通过第二十电磁阀1021与冷却塔的冷却水出口连接,吸收器5的冷却水出口通过第十九电磁阀1020与冷却塔的冷却水入口连接,吸收器5的热媒水出口通过第十八电磁阀1019和第十四电磁阀1015与供暖末端入口连接,吸收器5的热媒水出口通过第十八电磁阀1019和第十五电磁阀1016与地埋管9的冷却水入口连接。供暖末端出口通过第十三电磁阀1014后分为两路,一路经过第九电磁阀1010与冷凝器3的热媒水入口连接,另一路经过第十七电磁阀1018与吸收器5的热媒水入口连接。地埋管9的冷却水出口通过冷却水泵206分为两路输出,一路通过第二十七电磁阀1028与蒸发器4的冷媒水入口连接,另一路通过第十六电磁阀1017分为两支路,一支路通过第十七电磁阀1018与吸收器5的冷却水入口连接,另一支路通过第九电磁阀1010与冷凝器3的冷却水入口连接。蒸发器4的冷媒水出口通过第二十八电磁阀1029与地埋管9的冷却水进口连接,吸收器5的冷却水出口通过第十八电磁阀1019和第十五电磁阀1016与地埋管9的冷却水进口连接,冷凝器3的冷却水出口通过第十电磁阀1011和第十五电磁阀1016与地埋管的冷却水进口连接。冷凝器3的冷剂出口通过第二阀门切换装置与蒸发器4的冷剂入口连接,冷凝器3的热媒水出口通过第十电磁阀1011和第十四电磁阀1015与供暖末端入口连接。蒸发器4的冷剂混合出口通过水泵203与蒸发器4的冷剂喷淋装置入口连接。蒸发器4的冷媒水出口通过第十二电磁阀1013与供冷端入口连接,蒸发器4的冷媒水入口通过第十一电磁阀1012与供冷端出口连接。蒸发器4的导热油出口通过第二导热油泵205与聚光太阳能集热器6的导热油入口连接。
上述结构中,第一阀门切换装置包括溶液泵202,第二十一电磁阀1022、第二十二电磁阀1023、第二十三电磁阀1024、第二十四电磁阀1025、第二十五电磁阀1026、第二十六电磁阀1027、第一节流阀1030和第二节流阀1031。高温溶液热交换器7的第一溶液出口和低温溶液热交换器8的第一溶液出口连接后分为两路,一路经过依次经过第二十五电磁阀1026和第一节流阀1030与吸收器5的浓溶液入口连接,另一路通过第二十六电磁阀1027与溶液泵202的入口连接,溶液泵202的出口分为两支路,一支路经过第二十四电磁阀1025与吸收器5的浓溶液入口连接,另一支路经过第二十三电磁阀1024分为两子支路,一子支路经过截止阀101与高温溶液热交换器7的第二溶液入口连接,另一子支路经过第一电磁阀102与低温溶液热交换器8的第二溶液入口连接。吸收器5的稀溶液出口分为两路,一路经过第二十二电磁阀1023与溶液泵202的入口连接,溶液泵202的出口分为两支路,一支路经过第二十四电磁阀1025与吸收器5的浓溶液入口连接,另一支路经过第二十三电磁阀1024分为两子支路,一子支路经过截止阀101与高温溶液热交换器7的第二溶液入口连接,另一子支路经过第一电磁阀102与低温溶液热交换器8的第二溶液入口连接;另一路依次经过第二十一电磁阀1022和第二节流阀1031后分为两支路,一支路经过截止阀101与高温溶液热交换器7的第二溶液入口连接,另一支路经过第一电磁阀102与低温溶液热交换器8的第二溶液入口连接。
上述结构中,第二阀门切换装置包括增压泵207,第七电磁阀108、第八电磁阀109和第三节流阀1032,第七电磁阀108和第三节流阀1032串联,第八电磁阀109和增压泵207串联,冷凝器3的冷剂出口分别与第七电磁阀108入口和第八电磁阀109入口连接,第三节流阀1032的出口和增压泵207的出口分别与蒸发器4的冷剂入口连接。
本发明的装置中,供热管路连接如下:供热用户出口分为两路,一路经过第十三电磁阀1014和第九电磁阀1010与冷凝器3的热媒水入口连接,冷凝器3的热媒水出口经过第十电磁阀1011和第十四电磁阀1015与供热用户入口形成闭环连接;另一路经过第十三电磁阀1014和第十七电磁阀1018与吸收器5内的热媒水入口连接,吸收器5的热媒水出口经过第十八电磁阀1019和第十四电磁阀1015与供热用户入口形成闭环连接。
供冷管路连接如下:供冷用户出口经过第十一电磁阀1012与蒸发器冷媒水管路入口连接,蒸发器冷媒水管路出口经过第十二电磁阀1013与供冷用户入口连接。
上述结构的利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置的工作过程是:
A.当整个系统处于制冷工况流程时,系统为第一类吸收式热泵运行模式。具体来说,当太阳能集热量较大,系统所需热源充足时,系统按照双效模式运行。稀溶液从吸收器5出发,通过增压泵202增压,经过高温溶液热交换器7和低温溶液热交换器8,到达高压发生器1和低压发生器2。聚光太阳能集热器6提供驱动热源在高压发生器1内进行发生过程,发生出的冷剂蒸汽进入低压发生器2作为热源,之后低压发生器2发生出的冷剂蒸汽与高压发生器1的冷剂蒸汽进入冷凝器3进行冷凝,发生后的浓溶液在经过高温溶液热交换器7和低温溶液热交换器8,并通过第一节流阀1030节流后回到吸收器5。冷凝后的冷剂水通过第三节流阀1032进入蒸发器4进行蒸发以制取冷媒水,蒸发后的冷剂水进入吸收器5参与吸收过程,溶液泵201将吸收器5内溶液抽至吸收器5上部进行喷淋加强吸收过程。冷剂泵203将冷剂水抽至蒸发器4上部进行喷淋加强换热过程。同时吸收器3和冷凝器4中通过冷却水进行冷却,冷却水通过冷却塔或地埋管9进行换热。在此过程进行之前,各个阀门开闭情况为:处于开启状态的阀门为:截止阀101、第一电磁阀102、第二电磁阀103、第四电磁阀105、第五电磁阀106、第六电磁阀107、第七电磁阀108、第十一电磁阀1012、第十二电磁阀1013、第十五电磁阀1016、第十六电磁阀1017、第十七电磁阀1018、第十八电磁阀1019、第十九电磁阀1020、第二十电磁阀1021、第二十二电磁阀1023、第二十三电磁阀1024、第二十五电磁阀1026、第一节流阀1030和第三节流阀1032;处于关闭状态的阀门为:第三电磁阀104、第八电磁阀109、第九电磁阀1010、第十电磁阀1011、第十三电磁阀1014、第十四电磁阀1015、第二十一电磁阀1022、第二十四电磁阀1025、第二十六电磁阀1027、第二十七电磁阀1028、第二十八电磁阀1029和第二节流阀1031。第二导热油泵205也处于关闭状态。
B.在制冷工况下,当太阳能集热量较小,系统所需热源不充足时,系统切换为单效运行模式。系统单效运行时,稀溶液从吸收器5出发,通过增压泵202后再经过高温溶液热交换器7,进入高压发生器1进行发生过程,发生出的冷剂蒸汽直接进入冷凝器3进行冷凝,发生后的浓溶液在经过高温溶液热交换器7和第一节流阀1030后,回到吸收器5中。冷凝后的冷剂水通过第三节流阀1032进入蒸发器4进行蒸发过程制取冷媒水,蒸发后的冷剂水进入吸收器5参与吸收过程。溶液泵201将吸收器5内溶液抽至吸收器5上部进行喷淋加强吸收过程。冷剂泵203将冷剂水抽至蒸发器4上部进行喷淋加强换热过程。系统制冷单效运行之前,处于开启状态的阀门为:截止阀101、第五电磁阀106、第七电磁阀108、第十一电磁阀1012、第十二电磁阀1013、第十五电磁阀1016、第十六电磁阀1017、第十七电磁阀1018、第十八电磁阀1019、第十九电磁阀1020、第二十电磁阀1021、第二十二电磁阀1023、第二十三电磁阀1024、第二十五电磁阀1026、第一节流阀1030和第三节流阀1032;处于关闭状态的阀门为:第一电磁阀102、第二电磁阀103、第三电磁阀104、第四电磁阀105、第六电磁阀107、第八电磁阀109、第九电磁阀1010、第十电磁阀1011、第十三电磁阀1014、第十四电磁阀1015、第二十一电磁阀1022、第二十四电磁阀1025、第二十六电磁阀1027、第二十七电磁阀1028、第二十八电磁阀1029和第二节流阀1031。在此过程中,第二导热油泵205也处于关闭状态。
C.当系统处于供热工况时,系统为第一类或第二类吸收式热泵运行模式。当太阳能集热量较大,导热油温度较高时,系统采用第一类热泵运行模式,并用双效模式运行。具体来说,稀溶液从吸收器5出发,通过增压泵202经过高温溶液热交换器7和低温溶液热交换器8,到达高压发生器1和低压发生器2,聚光太阳能集热器6提供热源通往高压发生器1,在高压发生器1中发生出水蒸气,水蒸气再进入低压发生器2参与发生过程,产生的水蒸气进入到冷凝器3进行冷凝,热媒水与冷凝器3换热获得热量参与供热,同时冷凝后的冷剂蒸汽通过第三节流阀1032节流后进入蒸发器4蒸发,与来自地埋管9的冷却水换热,得到低温热源热量后进入吸收器5,与高压发生器1和低压发生器2发生后产生的浓溶液经过高温溶液热交换器7、低温溶液热交换器8和第一节流阀1030共同参与吸收过程,吸收过程放出热量,热媒水与之进行热交换。系统供热双效运行之前,处于开启状态的阀门为:截止阀101、第一电磁阀102、第二电磁阀103、第四电磁阀105、第五电磁阀106、第六电磁阀107、第七电磁阀108、第九电磁阀1010、第十电磁阀1011、第十三电磁阀1014、第十四电磁阀1015、第十七电磁阀1018、第十八电磁阀1019第二十二电磁阀1023、第二十三电磁阀1024、第二十五电磁阀1026、第二十七电磁阀1028、第二十八电磁阀1029、第一节流阀1030和第三节流阀1032;处于关闭状态的阀门为:第三电磁阀104、第八电磁阀109、第十一电磁阀1012、第十二电磁阀1013、第十五电磁阀1016、第十六电磁阀1017、第十九电磁阀1020、第二十电磁阀1021、第二十一电磁阀1022、第二十四电磁阀1025、第二十六电磁阀1027和第二节流阀1031。在此过程中,第二导热油泵205也处于关闭状态。
D.在供热工况下,当太阳能集热量较小,集热温度较低,但能驱动第一类吸收式热泵运行时,系统采用第一类吸收式热泵单效运行模式。系统单效运行时,稀溶液从吸收器5出发通过增压泵202经过高温溶液热交换器7,到达高压发生器1,聚光太阳能集热器6提供热源通往高压发生器1,在高压发生器1中发生出水蒸气,产生的水蒸气进入到冷凝器3进行冷凝,热媒水与冷凝器3换热获得热量参与供热,同时冷凝后的冷剂蒸汽通过第三节流阀1032节流后进入蒸发器4蒸发,与来自地埋管9的冷却水换热,得到低温热源热量后进入吸收器5,与高压发生器1发生后产生的浓溶液经过高温溶液热交换器7和第一节流阀1030共同参与吸收过程,吸收过程放出热量,热媒水与之进行热交换。系统供热单效运行之前,处于开启状态的阀门为:截止阀101、第五电磁阀106、第七电磁阀108、第九电磁阀1010、第十电磁阀1011、第十三电磁阀1014、第十四电磁阀1015、第十五电磁阀1016、第十六电磁阀1017、第十七电磁阀1018、第十八电磁阀1019、第二十二电磁阀1023、第二十三电磁阀1024、第二十五电磁阀1026、第一节流阀1030和第三节流阀1032;处于关闭状态的阀门有:第一电磁阀102、第二电磁阀103、第三电磁阀104、第四电磁阀105、第六电磁阀107、第八电磁阀109、第十一电磁阀1012、第十二电磁阀1013、第十九电磁阀1020、第二十电磁阀1021、第二十一电磁阀1022、第二十四电磁阀1025、第二十六电磁阀1027、第二十七电磁阀1028、第二十八电磁阀1029和第二节流阀1031。在此过程中,第二导热油泵205也处于关闭状态。
E.在供热工况下,当太阳能集热量较小,导热油温度较低而不足以驱动第一类热泵单效循环时,系统还可以切换至第二类热泵工作工况,产生出温度较高的热媒水用于生活供热。具体来说,稀溶液从吸收器5出发,通过第二节流阀1031和高温溶液热交换器7进入高压发生器1进行发生过程,发生出的冷剂蒸汽直接进入冷凝器3进行冷凝,发生后的浓溶液在经过高温溶液热交换器7并经过增压泵202后回到吸收器5。冷凝后的冷剂水经过增压泵207进入蒸发器4进行蒸发过程,导热油分别进入高压发生器1与蒸发器4进行热交换。蒸发后的冷剂水进入吸收器5参与吸收过程。此时热源通过蒸发器4将冷剂蒸发为较高温度,较高压力的冷剂蒸汽,再通往吸收器5内参与吸收过程,通过溶液的吸收过程放热制取热媒水进行供热。溶液泵201将吸收器5内溶液抽至吸收器5上部进行喷淋加强吸收放热。冷剂泵203将冷剂水抽至蒸发器4上部进行喷淋加强换热过程。同时冷凝器3与冷却塔中的冷却水进行换热冷却。系统进行第二类热泵供热模式运行之前,处于开启状态的阀门有:截止阀101、第三电磁阀104、第五电磁阀106、第八电磁阀109、第十三电磁阀1014、第十四电磁阀1015、第十七电磁阀1018、第十八电磁阀1019、第二十一电磁阀1022、第二十四电磁阀1025、第二十六电磁阀1027和第二节流阀1031;处于关闭状态的阀门有:第一电磁阀102、第二电磁阀103、第四电磁阀105、第六电磁阀107、第七电磁阀108、第九电磁阀1010、第十电磁阀1011、第十一电磁阀1012、第十二电磁阀1013、第十五电磁阀1016、第十六电磁阀1017、第十九电磁阀1020、第二十电磁阀1021、第二十二电磁阀1023、第二十三电磁阀1024、第二十五电磁阀1026、第二十七电磁阀1028、第二十八电磁阀1029、第一节流阀1030和第三节流阀1032。在此过程中,第二导热油泵205处于开启状态。
本发明的装置,夏季制冷工况时,系统通过阀门控制切换至第一类热泵系统,即太阳能热源通过导热油通往高压发生器1,发生出水蒸气后通往冷凝器3冷凝,最后在蒸发器4内蒸发,冷媒水在蒸发器4内放出热量获得冷量。冷却水经过地埋管9和冷却塔冷却后再进入吸收器5与冷凝器3进行冷却过程。根据聚光型集热器6太阳能集热量的大小与集热温度的高低可分为单效运行模式和双效运行模式。具体过程如上述工作过程A和工作过程B。
在冬季制热工况,当聚光太阳能集热器6集热量较大、集热温度较高时,系统通过阀门控制切换至第一类热泵系统工况,即太阳能热源通过导热油通往高压发生器1,发生出的水蒸气进入冷凝器3中进行冷凝放热,热媒水进入冷凝器3中获得热量,同时发生出的水蒸气在蒸发器4内蒸发吸热,再进入吸收器5内吸收放热,热媒水获得吸收器5内水蒸气与溶液混合过程放出的热量,蒸发器4中的低温热源水进入地埋管9换热。根据聚光型集热器6太阳能集热量的大小与集热温度的高低可分为单效运行模式和双效运行模式。具体过程如上述工作过程C和工作过程D。
在冬季制热工况,当聚光太阳能集热器6集热量较小、集热温度较低时,系统通过阀门控制切换至第二类热泵系统,即太阳能热源通过导热油通往高压发生器1与蒸发器4,发生出的水蒸气通往冷凝器3中冷凝,最后在蒸发器4内蒸发。热媒水获得吸收器5内水蒸汽与溶液的吸收过程放出的热量。冷却水进入冷却塔进行冷凝过程。具体过程如上述工作过程E。
本发明根据集热器集热量的大小,可以单效模式运行或双效模式运行。当集热量较小时,采用单效模式运行;当集热量较大时,采用双效模式运行。系统通过阀门控制可以切换为第一类热泵系统或第二类热泵系统,在冬夏两季集热量较大,导热油温度较高时,切换至第一类热泵系统实现供热/制冷;在冬季集热量较小,集热温度较低而不足以驱动第一类吸收式热泵时,切换至第二类热泵系统实现供热。

Claims (3)

1.一种利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置,其特征在于,该装置包括高压发生器(1)、低压发生器(2)、冷凝器(3)、蒸发器(4)、吸收器(5)、槽形抛物面型聚光太阳能集热器(6)、高温溶液热交换器(7)、低温溶液热交换器(8)和地埋管(9);
高压发生器(1)的导热油出口通过第一导热油泵(204)和聚光太阳能集热器(6)的导热油入口连接,聚光太阳能集热器(6)的导热油出口通过第三电磁阀(104)与蒸发器(4)的导热油入口连接,同时,聚光太阳能集热器(6)的导热油出口和高压发生器(1)的导热油入口连接;
高压发生器(1)的冷剂蒸汽出口通过第四电磁阀(105)和低压发生器(2)的热源入口连接,高压发生器(1)的冷剂蒸汽出口通过第五电磁阀(106)、低压发生器(2)的冷剂蒸汽出口通过第六电磁阀(107)、以及低压发生器(2)的热源出口分别与冷凝器(3)的冷剂入口连接;
高压发生器(1)的浓溶液出口与高温溶液热交换器(7)的第一溶液入口连接,低压发生器(2)的浓溶液出口与低温溶液热热交换器(8)的第一溶液入口连接,高温溶液热交换器(7)的第一溶液出口和低温溶液热交换器(8)的第一溶液出口分别经过第二电磁阀(103)和第一阀门切换装置与吸收器(5)的浓溶液入口连接;吸收器(5)的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和截止阀(101)与高温溶液热交换器(7)的第二溶液入口连接,吸收器(5)的稀溶液出口依次通过第一阀门切换装置和第一电磁阀(102)与低温溶液热交换器(8)的第二溶液入口连接;吸收器(5)的溶液混合出口通过溶液泵(201)与吸收器(5)的喷淋装置入口连接,吸收器(5)的冷却水入口通过第二十电磁阀(1021)与冷却塔的冷却水出口连接,吸收器(5)的冷却水出口通过第十九电磁阀(1020)与冷却塔的冷却水入口连接,吸收器(5)的热媒水出口通过第十八电磁阀(1019)和第十四电磁阀(1015)与供暖末端入口连接,吸收器(5)的热媒水出口通过第十八电磁阀(1019)和第十五电磁阀(1016)与地埋管(9)的冷却水入口连接;供暖末端出口通过第十三电磁阀(1014)后分为两路,一路经过第九电磁阀(1010)与冷凝器(3)的热媒水入口连接,另一路经过第十七电磁阀(1018)与吸收器(5)的热媒水入口连接;
地埋管(9)的冷却水出口通过冷却水泵(206)分为两路输出,一路通过第二十七电磁阀(1028)与蒸发器(4)的冷媒水入口连接,另一路通过第十六电磁阀(1017)分为两支路,一支路通过第十七电磁阀(1018)与吸收器(5)的冷却水入口连接,另一支路通过第九电磁阀(1010)与冷凝器(3)的冷却水入口连接;蒸发器(4)的冷媒水出口通过第二十八电磁阀(1029)与地埋管(9)的冷却水进口连接,吸收器(5)的冷却水出口通过第十八电磁阀(1019)和第十五电磁阀(1016)与地埋管(9)的冷却水进口连接,冷凝器(3)的冷却水出口通过第十电磁阀(1011)和第十五电磁阀(1016)与地埋管的冷却水进口连接;冷凝器(3)的冷剂出口通过第二阀门切换装置与蒸发器(4)的冷剂入口连接,冷凝器(3)的热媒水出口通过第十电磁阀(1011)和第十四电磁阀(1015)与供暖末端入口连接;蒸发器(4)的冷剂混合出口通过水泵(203)与蒸发器(4)的冷剂喷淋装置入口连接;蒸发器(4)的冷媒水出口通过第十二电磁阀(1013)与供冷端入口连接,蒸发器(4)的冷媒水入口通过第十一电磁阀(1012)与供冷端出口连接;蒸发器(4)的导热油出口通过第二导热油泵(205)与聚光太阳能集热器(6)的导热油入口连接。
2.根据权利要求1所述的利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置,其特征在于,所述的第一阀门切换装置包括溶液泵(202),第二十一电磁阀(1022)、第二十二电磁阀(1023)、第二十三电磁阀(1024)、第二十四电磁阀(1025)、第二十五电磁阀(1026)、第二十六电磁阀(1027)、第一节流阀(1030)和第二节流阀(1031),高温溶液热交换器(7)的第一溶液出口和低温溶液热交换器(8)的第一溶液出口连接后分为两路,一路依次经过第二十五电磁阀(1026)和第一节流阀(1030)与吸收器(5)的浓溶液入口连接,另一路通过第二十六电磁阀(1027)与溶液泵(202)的入口连接;
吸收器(5)的稀溶液出口分为两路,一路经过第二十二电磁阀(1023)与溶液泵(202)的入口连接,另一路依次经过第二十一电磁阀(1022)和第二节流阀(1031)后分为两支路,一支路经过截止阀(101)与高温溶液热交换器(7)的第二溶液入口连接,另一支路经过第一电磁阀(102)与低温溶液热交换器(8)的第二溶液入口连接;
溶液泵(202)的出口分为两支路,一支路经过第二十四电磁阀(1025)与吸收器(5)的浓溶液入口连接,另一支路经过第二十三电磁阀(1024)分为两子支路,一子支路经过截止阀(101)与高温溶液热交换器(7)的第二溶液入口连接,另一子支路经过第一电磁阀(102)与低温溶液热交换器(8)的第二溶液入口连接。
3.根据权利要求1所述的利用太阳能热驱动的吸收式地源热泵装置,其特征在于,所述的第二阀门切换装置包括增压泵(207),第七电磁阀(108)、第八电磁阀(109)和第三节流阀(1032),第七电磁阀(108)和第三节流阀(1032)串联,第八电磁阀(109)和增压泵(207)串联,冷凝器(3)的冷剂出口分别与第七电磁阀(108)入口和第八电磁阀(109)入口连接,第三节流阀(1032)的出口和增压泵(207)的出口分别与蒸发器(4)的冷剂入口连接。
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