CN105485759A - 太阳能储热、供热及发电系统 - Google Patents

太阳能储热、供热及发电系统 Download PDF

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刘忠宝
郭领波
赵丹峰
李骜
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    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D17/00—Domestic hot-water supply systems
    • F24D17/0015—Domestic hot-water supply systems using solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
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    • Y02B10/70—Hybrid systems, e.g. uninterruptible or back-up power supplies integrating renewable energies

Abstract

太阳能储热、供热及发电系统，该系统包括地板换热器、储热器、热量直接交换器、压缩机、旋转发电装置、冷凝器、蒸发器、水泵A、水泵B、储液罐、膨胀阀、水泵C、太阳能吸热管；上述构件通过连接管道连接；本发明涉及到的工质包括：水，乙二醇水溶液，R134A。R134A应用在郎肯循环和热泵循环中，乙二醇水溶液应用在太阳能吸热循环中，水应用在用户侧。本发明是一种以太阳能作为能量来源，用来供热、储热和发电的系统。系统有三种不同的循环模式：郎肯循环模式，热泵循环模式，热量直接交换模式，在不同的外界工况和热量需求下启动不同的模式。实现对太阳能的有效利用。

Description

太阳能储热、供热及发电系统
技术领域
本发明是一种以太阳能作为能量来源，用来供热、储热和发电的系统。系统有三种不同的循环模式：郎肯循环模式，热泵循环模式，热量直接交换模式，在不同的外界工况和热量需求下启动不同的模式。实现对太阳能的有效利用。
背景技术
在当代能源危机的大背景之下，太阳能作为一种新能源越来越备受人们的关注，利用太阳能供热、储热和发电的技术也在逐渐的发展之中，在日常生活中主要是利用太阳能来制取生活的所需的热水，在太阳能光照比较好的条件下，由于太阳能设备除了产生供我们所需的热水外还有多余的热量并没有被利用起来，所以在本发明中利用郎肯循环，可以有效的将这部分热量转化为电能。热泵技术也因为其节能性能也在实际中有了大量的应用，在本发明中也用到了蒸汽压缩的热泵循环，这是在不同的工况下获取热量的另外一种模式。
发明内容
本发明的目的在于：1)在太阳光照比较好的条件下实现对太阳能的有效利用，不仅仅是用来取热，还有将多余的热量储存起来或利用郎肯循环进行发电；2)在太阳光照比较差的情况下，采用直接热交换技术或者热泵循环技术来确保室内足够的热量供应。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为太阳能储热、供热及发电系统，该系统包括地板换热器(1)、储热器(2)、热量直接交换器(3)、压缩机(4)、旋转发电装置(5)、冷凝器(6)、蒸发器(7)、水泵A(8)、水泵B(9)、储液罐(10)、膨胀阀(11)、水泵C(12)、太阳能吸热管(13)；上述构件通过连接管道连接。
朗肯循环模块包括蒸发器(7)、旋转发电装置(5)、冷凝器(6)、储液罐(10)、水泵B(9)，其中的循环工质为R134A；蒸发器(7)、旋转发电装置(5)、冷凝器(6)、储液罐(10)、水泵B(9)依次相连组成朗肯循环模块；
热泵循环模块包括压缩机(4)、冷凝器(6)、储液罐(10)、节流阀11、蒸发器(7)，其中的循环工质为R134A；压缩机(4)、冷凝器(6)、储液罐(10)、膨胀阀(11)、蒸发器(7)依次相连组成热泵循环模块；膨胀阀(11)与水泵B(9)并联；压缩机(4)、旋转发电装置(5)并联。
用户侧包括地板换热器(1)、储热器(2)、水泵A(8)、冷凝器(6)；用户侧的水与工质R134A在冷凝器(6)中进行热量交换；地板换热器(1)、储热器(2)相并联并与水泵A(8)、冷凝器(6)串联；用户侧的循环工质为水。
太阳能侧包括蒸发器(7)、水泵C(12)、太阳能吸热管(13)；蒸发器(7)、水泵C(12)、太阳能吸热管(13)依次相串连，太阳能侧的循环工质为乙二醇水溶液。
热量直接交换器(3)设置在用户侧与太阳能侧之间，热量直接交换器(3)两端设置在冷凝器(6)、蒸发器(7)之间；在该热量直接交换器(3)中，太阳能侧的乙二醇水溶液与用户侧的水进行热量交换。
附图说明
图1为本发明的太阳能储热、供热及发电系统的结构图。
图中：1、地板换热器；2、储热器；3、热量直接交换器；4、压缩机；5、旋转发电装置；6、冷凝器；7、蒸发器；8、水泵A；9、水泵B；10、储液罐；11、膨胀阀；12、水泵C；13、太阳能吸热管
具体实施方式
图1为本发明的太阳能储热、供热及发电系统的结构图。本发明涉及到的工质包括：水，乙二醇水溶液，R134A。R134A应用在郎肯循环和热泵循环中，乙二醇水溶液应用在太阳能吸热循环中，水应用在用户侧。
三种工作模式：
热量直接交换工作模式
当阳光条件较好时，热量直接交换模式启动，在热量直接交换器(3)中，太阳能吸收的热量通过乙二醇水溶液与用户侧的水进行换热，用户侧的水吸收热量，然后热量被带入到储热器(2)和地板换热器(1)中，随后经水泵A(8)后再进入热量直接交换器(3)，如此进行循环。
郎肯循环工作模式
当阳光条件较好时，首先进行热量直接交换模式，满足用户储热器(2)以及地板换热器(1)的需求，当用户侧的需求已经被满足后，此时启动郎肯循环模式，13太阳能吸热管吸收热量之后被乙二醇水溶液带到蒸发器(7)中，在蒸发器(7)中进行热量交换，郎肯循环的工质是R134A，工质R134A吸收此热量后成为高压蒸汽，进入旋转发电装置(5)，带动转子转动，进行发电，高压蒸汽从旋转发电装置(5)出来之后变为低压蒸汽，随后工质R134A循环至冷凝器(6)，在冷凝器(6)中与用户侧的水进行换热，水吸收R134A的热量，随后水在地板换热器(1)中被冷却再循环至冷凝器(6)，而R134A蒸汽被冷凝成液体，经过储液罐(10)和水泵B(9)的加压，进入蒸发器(7)中，如此进行循环。
热泵循环工作模式
阳光条件较差时，直接换热工作模式仍然不能满足用户的热量需求时，此时热泵工作模式开始启动，在蒸发器(7)中工质R134A吸收乙二醇水溶液的热量，蒸发成气态，工质R134A进入压缩机(4)被压缩成高压蒸汽，随后在冷凝器(6)中与水进行换热，工质R134A冷凝放热，冷凝器另一侧的水吸收热量，供用户使用，R134A经过储液罐(10)，再通过膨胀阀(11)后压力变低，进入蒸发器(7)，如此进行循环。

Claims (2)

1.太阳能储热、供热及发电系统，其特征在于：该系统包括地板换热器(1)、储热器(2)、热量直接交换器(3)、压缩机(4)、旋转发电装置(5)、冷凝器(6)、蒸发器(7)、水泵A(8)、水泵B(9)、储液罐(10)、膨胀阀(11)、水泵C(12)、太阳能吸热管(13)；上述构件通过连接管道连接；
朗肯循环模块包括蒸发器(7)、旋转发电装置(5)、冷凝器(6)、储液罐(10)、水泵B(9)，其中的循环工质为R134A；蒸发器(7)、旋转发电装置(5)、冷凝器(6)、储液罐(10)、水泵B(9)依次相连组成朗肯循环模块；
热泵循环模块包括压缩机(4)、冷凝器(6)、储液罐(10)、节流阀11、蒸发器(7)，其中的循环工质为R134A；压缩机(4)、冷凝器(6)、储液罐(10)、膨胀阀(11)、蒸发器(7)依次相连组成热泵循环模块；膨胀阀(11)与水泵B(9)并联；压缩机(4)、旋转发电装置(5)并联；
用户侧包括地板换热器(1)、储热器(2)、水泵A(8)、冷凝器(6)；用户侧的水与工质R134A在冷凝器(6)中进行热量交换；地板换热器(1)、储热器(2)相并联并与水泵A(8)、冷凝器(6)串联；用户侧的循环工质为水；
太阳能侧包括蒸发器(7)、水泵C(12)、太阳能吸热管(13)；蒸发器(7)、水泵C(12)、太阳能吸热管(13)依次相串连，太阳能侧的循环工质为乙二醇水溶液；
热量直接交换器(3)设置在用户侧与太阳能侧之间，热量直接交换器(3)两端设置在冷凝器(6)、蒸发器(7)之间；在该热量直接交换器(3)中，太阳能侧的乙二醇水溶液与用户侧的水进行热量交换。
2.根据权利要求1所述的太阳能储热、供热及发电系统，其特征在于：本系统涉及到的工质包括：水，乙二醇水溶液，R134A；R134A应用在郎肯循环和热泵循环中，乙二醇水溶液应用在太阳能吸热循环中，水应用在用户侧；
三种工作模式：
热量直接交换工作模式
当阳光条件较好时，热量直接交换模式启动，在热量直接交换器(3)中，太阳能吸收的热量通过乙二醇水溶液与用户侧的水进行换热，用户侧的水吸收热量，然后热量被带入到储热器(2)和地板换热器(1)中，随后经水泵A(8)后再进入热量直接交换器(3)，如此进行循环；
郎肯循环工作模式
当阳光条件较好时，首先进行热量直接交换模式，满足用户储热器(2)以及地板换热器(1)的需求，当用户侧的需求已经被满足后，此时启动郎肯循环模式，13太阳能吸热管吸收热量之后被乙二醇水溶液带到蒸发器(7)中，在蒸发器(7)中进行热量交换，郎肯循环的工质是R134A，工质R134A吸收此热量后成为高压蒸汽，进入旋转发电装置(5)，带动转子转动，进行发电，高压蒸汽从旋转发电装置(5)出来之后变为低压蒸汽，随后工质R134A循环至冷凝器(6)，在冷凝器(6)中与用户侧的水进行换热，水吸收R134A的热量，随后水在地板换热器(1)中被冷却再循环至冷凝器(6)，而R134A蒸汽被冷凝成液体，经过储液罐(10)和水泵B(9)的加压，进入蒸发器(7)中，如此进行循环；
热泵循环工作模式
阳光条件较差时，直接换热工作模式仍然不能满足用户的热量需求时，此时热泵工作模式开始启动，在蒸发器(7)中工质R134A吸收乙二醇水溶液的热量，蒸发成气态，工质R134A进入压缩机(4)被压缩成高压蒸汽，随后在冷凝器(6)中与水进行换热，工质R134A冷凝放热，冷凝器另一侧的水吸收热量，供用户使用，R134A经过储液罐(10)，再通过膨胀阀(11)后压力变低，进入蒸发器(7)，如此进行循环。
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