CN107024029A - 直接蒸发式太阳能热电冷联产系统及其控制方法 - Google Patents

直接蒸发式太阳能热电冷联产系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种直接蒸发式太阳能热电冷联产系统，包括通过连接管路连接的直接蒸发式太阳能集热器、压缩膨胀双功能机头、永磁电动发电一体化电机、冷凝器、膨胀阀、工质泵、双效溴化锂吸收式制冷机组、热泵单向阀、发电单向阀和12个截止阀；通过控制阀体的通断状态可以实现太阳能采暖、太阳能低温发电和太阳能制冷。将太阳能采暖、低温发电与制冷空调技术有机的耦合在一起，结合建筑用能需求，与建筑一体化太阳能采暖系统相匹配，解决夏季部分建筑空间制冷的需求，并在过渡季产生绿色电能供建筑使用，提高了设备利用率和系统运行效率，在建筑能源结构中发挥更加重要的作用，是太阳能规模化、低成本、高产出应用的理想途径。

Description

直接蒸发式太阳能热电冷联产系统及其控制方法
技术领域
本发明属于太阳能利用技术领域，尤其涉及一种直接蒸发式太阳能热电冷联产系统。
背景技术
随着常规能源的日益短缺和环境质量的不断恶化，作为可再生能源主力的太阳能在全球能源供应中扮演的角色越来越重要。我国地域广阔，是太阳能资源丰富的国家之一，三分之二的地区年辐射总量大于5020MJ/m2，年日照时数在2200h以上，具有有效利用开发的潜力。
太阳能光热利用是太阳能利用的一种基本形式。根据功能不同可以分为太阳能热水系统、太阳能采暖、太阳能制冷空调、太阳能热发电、太阳能干燥、太阳能工业用热、太阳灶等。
太阳辐射热流密度低，在利用太阳能时为了获取足够的能量，或者为了提高温度，需要采用太阳能集热器进行采集，并将产生的热能传递到传热工质进行利用。根据太阳能集热器能够提供的温度，太阳能热利用分为低温利用(<80℃)、中温利用(80～250℃)和高温利用(>250℃)。从我国太阳能热利用行业的现状看，太阳能中高温应用目前正处在研发与示范推广阶段，而在太阳能的中低温应用领域，太阳能热水系统，因其与人民的日常生活密切相关，迅速成为我国太阳能热利用的“主力军”，是目前太阳能应用发展中最具经济价值、技术最成熟且已经商品化的一项技术。截止到2016年底，中国太阳能热利用保有量达到约4.6亿平方米，占到全球的近70％，成为全球太阳能热利用持续发展的主要力量，但我国光热产品主要是单一家庭住房家用热水系统和大型家用热水系统两类。因此，大力发展太阳能在采暖、制冷空调、低温发电等方面的中低温应用技术将具有良好的市场前景。
目前太阳能热水系统集热器主要有玻璃真空管式、热管真空管式、平板式和少量闷晒式，其中玻璃真空管式占80％以上。对于同一太阳能集热器，集热效率会随着温度的增加而降低，但大面积的采集，又必然会造成利用成本的增加，不利于推广使用。因此太阳能集热器的高效性和经济性成为人们研究的重点方向。
发明内容
针对现有技术中太阳能采暖系统规模化应用中带来的非采暖期热量浪费、设备闲置的问题，本发明将太阳能采暖、低温发电与制冷空调技术有机的耦合在一起，构成太阳能综合利用系统，实现太阳能利用与季节变化的最佳匹配，在全年范围内按需供能，即利用一套太阳能利用装置做到冬季采暖、过渡季发电和夏季制冷。因而该系统是太阳能规模化、低成本、高产出应用的理想途径。结合建筑用能需求，与建筑一体化太阳能采暖系统相匹配，解决夏季部分建筑空间制冷的需求，并在过渡季产生绿色电能供建筑使用，同时进一步提高设备利用率，系统运行效率、降低成本、减小尺寸，以便在建筑能源结构中发挥更加重要的作用。
为了解决上述技术问题，本发明提出的一种直接蒸发式太阳能热电冷联产系统，包括直接蒸发式太阳能集热器、压缩膨胀双功能机头、永磁电动发电一体化电机、冷凝器、膨胀阀、工质泵、双效溴化锂吸收式制冷机组、热泵单向阀、发电单向阀和12个截止阀；其中，12个截止阀记作第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀第五截止阀、第六截止阀、第七截止阀、第八截止阀、第九截止阀、第十截止阀、第十一截止阀和第十二截止阀；上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：
所述直接蒸发式太阳能集热器的出口依次连接有压缩膨胀双功能机头、冷凝器、膨胀阀；所述压缩膨胀双功能机头连接有永磁电动发电一体化电机，所述换热器的高温侧的两个端口与所述双效溴化锂吸收式制冷机组相连；所述热泵单向阀设置在所述压缩膨胀双功能机头压缩模式的出口端与所述冷凝器工质侧进口端之间的连接管段上；所述发电单向阀设置在所述工质泵出口端与所述直接蒸发式太阳能集热器进口端之间的连接管段上；所述第一截止阀设置在所述直接蒸发式太阳能集热器出口端与所述压缩膨胀双功能机头膨胀模式的进口端之间的连接管段上；所述第二截止阀设置在所述直接蒸发式太阳能集热器出口端与所述压缩膨胀双功能机头压缩模式的进口端之间的连接管段上；所述第三截止阀设置在所述压缩膨胀双功能机头膨胀模式的出口端与所述冷凝器工质侧进口端口之间的连接管段上；所述第四截止阀设置在所述冷凝器工质侧出口端与所述膨胀阀进口端之间的连接管段上；所述第六截止阀设置在所述膨胀阀出口端与所述直接蒸发式太阳能集热器进口端之间的连接管段上；所述第五截止阀设置在所述冷凝器工质侧出口端与所述工质泵进口端之间的连接管段上；所述冷凝器水侧出口端分别连接出冷却水出口支路和采暖供水支路，所述第七截止阀设置在所述冷却水出口支路上；所述第九截止阀设置在所述采暖供水支路上；所述冷凝器水侧进口端分别连接出冷却水进口支路和采暖回水支路，所述第八截止阀设置在所述冷却水进口支路上；所述第十二截止阀设置在所述采暖供水支路上；所述第十截止阀设置在所述冷凝器水侧出口端与所述双效溴化锂吸收式制冷机组相连的管路上；所述第十一截止阀设置在所述冷凝器的水侧进口端与所述双效溴化锂吸收式制冷机组相连的管路上。
本发明一种直接蒸发式太阳能热电冷联产系统的控制方法，通过控制上述系统中所有截止阀的通断，包括以下三种情形：
1)太阳能采暖过程：关闭第一截止阀、第三截止阀、第五截止阀、第七截止阀、第八截止阀、第十截止阀、第十一截止阀；打开第二截止阀、第四截止阀、第六截止阀、第九截止阀和第十二截止阀，低温低干度饱和工质在所述直接蒸发式太阳能集热器中吸热蒸发为干饱和蒸气，经过第二截止阀进入所述压缩膨胀双功能机头，所述压缩膨胀双功能机头以压缩模式运行，与此同时，所述永磁电动发电一体化电机以电动模式运行驱动所述压缩膨胀双功能机头，将气态工质加压升温，经过热泵单向阀进入所述冷凝器凝结成为饱和液体，经过第四截止阀进入所述膨胀阀降压降温为低干度湿蒸气，经过第六截止阀被引入到所述直接蒸发式太阳能集热器中，从而完成高温热泵工质侧循环；在高温热泵水侧，采暖回水通过第十二截止阀进入冷凝器与高温工质进行换热升温后通过第九截止阀排出；
2)太阳能低温发电过程：关闭第二截止阀、第四截止阀、第六截止阀、第九截止阀、第十截止阀、第十一截止阀和第十二截止阀，打开第一截止阀、第三截止阀、第五截止阀、第七截止阀和第八截止阀；低温液态工质在直接蒸发式太阳能集热器中吸热蒸发为高压高温的干饱和蒸气，经过第一截止阀进入压缩膨胀双功能机头，压缩膨胀双功能机头以膨胀模式运行，同时驱动永磁电动发电一体化电机以发电模式运行产生电能并输出，膨胀后的低压低温气态工质进入冷凝器凝结为饱和液体，经过第五截止阀被工质泵加压升温后经发电单向阀打入直接蒸发式太阳能集热器中，从而完成低温发电工质侧循环；在低温发电冷却水侧，低温冷却水通过第八截止阀进入冷凝器与高温工质进行换热升温后通过第七截止阀排出；
3)太阳能制冷过程：关闭第一截止阀、第三截止阀、第五截止阀、第七截止阀、第八截止阀、第九截止阀和第十二截止阀，打开第二截止阀、第四截止阀、第六截止阀、第十截止阀和第十一截止阀；低温低干度饱和工质在直接蒸发式太阳能集热器中吸热蒸发为干饱和蒸气，经过第二截止阀进入压缩膨胀双功能机头，所述压缩膨胀双功能机头以压缩模式运行，同时，永磁电动发电一体化电机以电动模式运行驱动所述压缩膨胀双功能机头，将气态工质加压升温，经过热泵单向阀进入冷凝器凝结成为饱和液体，经过第四截止阀进入膨胀阀降压降温为低干度湿蒸气，经过第六截止阀被引入到直接蒸发式太阳能集热器中，从而完成高温热泵工质侧循环；在高温热泵水侧，双效溴化锂吸收式制冷机组的制冷回水通过第十一截止阀进入冷凝器与高温工质进行换热升温后通过第十截止阀给所述双效溴化锂吸收式制冷机组供水，从而驱动双效溴化锂吸收式制冷机组运行进行制冷，完成制冷循环。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出的直接蒸发式太阳能热电冷联产系统利用压缩膨胀双功能机头与永磁电动发电一体化电机将高温热泵与有机朗肯循环低温发电机组有机的耦合在一起，构成太阳能综合利用系统，实现太阳能全年内按需采暖、发电与制冷的功能。其主要有益效果如下：
(1)太阳能热电冷联产系统具有优越的季节匹配性，利用一套太阳能利用装置做到冬季采暖、过渡季发电和夏季制冷，在全年范围内按需供能，最大幅度的提高太阳能全年利用率和运行经济性。解决目前各种独立的太阳能中低温应用技术中设备闲置时间长、热量浪费多、系统效率低，造价成本高，回收周期长等主要问题。此外，太阳能冷热电三联产系统与建筑的结合，将会为建筑用能系统发挥一定的作用。
(2)在采暖期与供冷期，利用高温热泵技术提升了太阳能的热能品位，扩展了应用领域，同时也提高了系统效率。例如，普通的太阳能集热器供应的热水温度很难满足采暖期供热系统对高温热水的需求，而采用高温热泵技术提高热水温度，使其达到供暖的设计标准，就可以采用价格低廉的末端散热装置(如铸铁散热器)，比普通的太阳能采暖系统中使用风机盘管或地板辐射供暖成本要低的多，甚至在既有建筑中还可以保留原有的散热装置，大大降低了应用投资；在供冷期，利用高温热泵产生高温热水，可以达到双效溴化锂吸收式制冷空调的热源工作温度，将极大的提高制冷系统的热力系数，解决低品位太阳能热驱动单效溴化锂吸收式制冷空调或双级溴化锂吸收式制冷空调热力系数低、所需集热面积大，经济性能差等问题。
(3)系统中采用直接蒸发式太阳能集热器省掉了二级换热设备，减少了不可逆热损失，结构简单、性能良好。此外，太阳能集热器与高温热泵(采暖期与供冷期)与低温发电(过渡期)的蒸发器在结构与功能上合二为一，使得太阳能集热温度与系统蒸发温度比较接近，相对于间接蒸发式系统，太阳能集热温度降低，而系统蒸发温度升高，这就使得集热器效率升高、投入面积减少，系统成本降低；同时，随着蒸发温度的升高，高温热泵与低温发电机组的性能也都将得到很大的改善。
附图说明
图1是本发明直接蒸发式太阳能热电冷联产系统示意图。
图中：
1-直接蒸发式太阳能集热器 2-压缩膨胀双功能机头
3-永磁电动发电一体化电机 4-冷凝器
5-膨胀阀 6-工质泵
7-双效溴化锂吸收式制冷机组 V1～V12均为截止阀
C1-热泵单向阀 C2-发电单向阀
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
本发明的设计思路是：基于高温热泵、有机朗肯循环低温发电以及吸收式制冷的原理实现太阳能的全年按需供能，将太阳能采暖、低温发电与制冷空调技术有机的耦合在一起，构成太阳能综合利用系统。利用压缩膨胀双功能机头与永磁电动发电一体化电机将高温热泵与有机朗肯循环低温发电机组有机的耦合在一起，实现太阳能全年内按需采暖、发电以及制冷的目的。
如图1所示，本发明提出的一种直接蒸发式太阳能热电冷联产系统，包括直接蒸发式太阳能集热器1、压缩膨胀双功能机头2、永磁电动发电一体化电机3、冷凝器4、膨胀阀5、工质泵6、双效溴化锂吸收式制冷机组7、热泵单向阀C1、发电单向阀C2和12个截止阀；其中，12个截止阀记作第一截止阀V1、第二截止阀V2、第三截止阀V3、第四截止阀V4第五截止阀V5、第六截止阀V6、第七截止阀V7、第八截止阀V8、第九截止阀V9、第十截止阀V10、第十一截止阀V11和第十二截止阀V12。
本发明中的压缩膨胀双功能机头2主要是利用活塞机、涡旋机、螺杆机以及离心机等设备的正反转运行实现工质的压缩与膨胀过程。永磁电动发电一体化电机3是利用永磁电机的正反转功能来实现驱动与发电过程。例如，当永磁电机沿正方向转动驱动机头做功时，压缩膨胀双功能机头进行压缩过程，系统进入热泵运行模式。反过来，当压缩膨胀双功能机头2以反方向运行进行膨胀过程时，便可推动永磁电机实施发电，系统进入发电运行模式。
上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：
所述直接蒸发式太阳能集热器1的出口依次连接有压缩膨胀双功能机头2、冷凝器4、膨胀阀5；所述压缩膨胀双功能机头2连接有永磁电动发电一体化电机3，所述换热器4的高温侧的两个端口与所述双效溴化锂吸收式制冷机组7相连。
所述热泵单向阀C1设置在所述压缩膨胀双功能机头2压缩模式的出口端与所述冷凝器4工质侧进口端之间的连接管段上；所述发电单向阀C2设置在所述工质泵6出口端与所述直接蒸发式太阳能集热器1进口端之间的连接管段上。
所述第一截止阀V1设置在所述直接蒸发式太阳能集热器1出口端与所述压缩膨胀双功能机头2膨胀模式的进口端之间的连接管段上；所述第二截止阀V2设有在所述直接蒸发式太阳能集热器1出口端与所述压缩膨胀双功能机头2压缩模式的进口端之间的连接管段上；所述第三截止阀V3设置在所述压缩膨胀双功能机头2膨胀模式的出口端与所述冷凝器4工质侧进口端之间的连接管段上；所述第四截止阀V4设置在所述冷凝器4工质侧出口端与所述膨胀阀5进口端之间的连接管段上；所述第六截止阀V6设置在所述膨胀阀5出口端与所述直接蒸发式太阳能集热器1进口端之间的连接管段上；所述第五截止阀V5设置在所述冷凝器4工质侧出口端与所述工质泵6进口端之间的连接管段上。
所述冷凝器4水侧出口端分别连接出冷却水出口支路和采暖供水支路，所述第七截止阀V7设置在所述冷却水出口支路上；所述第九截止阀V9设置在所述采暖供水支路上；所述冷凝器4水侧进口端分别连接出冷却水进口支路和采暖回水支路，所述第八截止阀V8设置在所述冷却水进口支路上；所述第十二截止阀V12设置在所述采暖供水支路上。
所述第十截止阀V10设置在所述冷凝器4水侧出口端与所述双效溴化锂吸收式制冷机组7相连的管路上；所述第十一截止阀V11设置在所述冷凝器4水侧进口端与所述双效溴化锂吸收式制冷机组7相连的管路上。
本发明直接蒸发式太阳能热电冷联产系统，在采暖期，系统转为高温热泵运行模式，系统工质同时作为集热介质直接在直接蒸发式太阳能集热器1中吸热蒸发，然后通过热泵循环将冷凝热释放给采暖系统；过渡期运行工况下，系统转为低温发电模式，将太阳能低温热通过有机朗肯循环转化为电能供用户使用；在供冷期，系统则以高温热泵模式运行，将产生的高温热水提供给双效溴化锂吸收式制冷机组用于制冷空调。这样就实现了太阳能一机多功能、全年按需输出的综合利用模式。其中高温热泵运行模式主要由直接蒸发式太阳能集热器(蒸发器)、压缩膨胀双功能机头(压缩模式)、永磁电动发电一体化电机(电动模式)、冷凝器、膨胀阀以及热泵单向阀等组成，而发电功能则由直接蒸发式太阳能集热器(蒸发器)、压缩膨胀双功能机头(膨胀模式)、永磁电动发电一体化电机(发电模式)、冷凝器、工质泵以及发电单向阀等组成。
通过控制所有截止阀的通断，可以形成太阳能采暖系统、太阳能低温发电系统和太阳能制冷系统。
所述太阳能采暖系统由相互连接的直接蒸发式太阳能集热器1、压缩膨胀双功能机头2、永磁电动发电一体化电机3、冷凝器4和膨胀阀5及第二、第四、第六、第九和第十二截止阀V4、V6、V9、V12和热泵单向阀C1组成。实现太阳能采暖的过程是：关闭第一截止阀V1、第三截止阀V3、第五截止阀V5、第七截止阀V7、第八截止阀V8、第十截止阀V10、第十一截止阀V11；打开第二截止阀V2、第四截止阀V4、第六截止阀V6、第九截止阀V9和第十二截止阀V12，低温低干度饱和工质在所述直接蒸发式太阳能集热器1中吸热蒸发为干饱和蒸气，经过第二截止阀V2进入所述压缩膨胀双功能机头2，所述压缩膨胀双功能机头2以压缩模式运行，与此同时，所述永磁电动发电一体化电机3以电动模式运行驱动所述压缩膨胀双功能机头2，将气态工质加压升温，经过热泵单向阀C1进入所述冷凝器4凝结成为饱和液体，经过第四截止阀V4进入所述膨胀阀5降压降温为低干度湿蒸气，经过第六截止阀V6被引入到所述直接蒸发式太阳能集热器1中，从而完成高温热泵工质侧循环；在高温热泵水侧，采暖回水通过第十二截止阀V12进入冷凝器4与高温工质进行换热升温后通过第九截止阀V9排出。
所述太阳能低温发电系统由相互连接的直接蒸发式太阳能集热器1、压缩膨胀双功能机头2、永磁电动发电一体化电机3、冷凝器4和工质泵6，及第一、第三、第五、第七、第八截止阀V1、V3、V5、V7、V8和发电单向阀C2组成。实现太阳能低温发电的过程是：关闭第二截止阀V2、第四截止阀V4、第六截止阀V6、第九截止阀V9、第十截止阀V10、第十一截止阀V11和第十二截止阀V12，打开第一截止阀V1、第三截止阀V3、第五截止阀V5、第七截止阀V7和第八截止阀V8；低温液态工质在直接蒸发式太阳能集热器1中吸热蒸发为高压高温的干饱和蒸气，经过第一截止阀V1进入压缩膨胀双功能机头2，压缩膨胀双功能机头2以膨胀模式运行，同时驱动永磁电动发电一体化电机3以发电模式运行产生电能并输出，膨胀后的低压低温气态工质进入冷凝器4凝结为饱和液体，经过第五截止阀V5被工质泵6加压升温后经发电单向阀C2打入直接蒸发式太阳能集热器1中，从而完成低温发电工质侧循环；在低温发电冷却水侧，低温冷却水通过第八截止阀V8进入冷凝器4与高温工质进行换热升温后通过第七截止阀V7排出；
所述太阳能制冷系统由相互连接的直接蒸发式太阳能集热器1、压缩膨胀双功能机头2、永磁电动发电一体化电机3、冷凝器4、膨胀阀5和双效溴化锂吸收式制冷机组7及第二、第四、第六、第十、第十一截止阀V2、V4、V6、V10、V11和热泵单向阀C1组成。太阳能制冷的过程是：关闭第一截止阀V1、第三截止阀V3、第五截止阀V5、第七截止阀V7、第八截止阀V8、第九截止阀V9和第十二截止阀V12，打开第二截止阀V2、第四截止阀V4、第六截止阀V6、第十截止阀V10和第十一截止阀V11；低温低干度饱和工质在直接蒸发式太阳能集热器1中吸热蒸发为干饱和蒸气，经过第二截止阀V2进入压缩膨胀双功能机头2，所述压缩膨胀双功能机头2以压缩模式运行，同时，永磁电动发电一体化电机3以电动模式运行驱动所述压缩膨胀双功能机头2，将气态工质加压升温，经过热泵单向阀C1进入冷凝器4凝结成为饱和液体，经过第四截止阀V4进入膨胀阀5降压降温为低干度湿蒸气，经过第六截止阀V6被引入到直接蒸发式太阳能集热器1中，从而完成高温热泵工质侧循环；在高温热泵水侧，双效溴化锂吸收式制冷机组7的制冷回水通过第十一截止阀V11进入冷凝器4与高温工质进行换热升温后通过第十截止阀V10给所述双效溴化锂吸收式制冷机组7供水，从而驱动双效溴化锂吸收式制冷机组7运行进行制冷，完成制冷循环。
以天津市(东经117°10′，北纬39°06′)为例，本发明提出的直接蒸发式太阳能热电冷联产系统全年内产生的经济以及环境效益分析如下。
天津市位于东经117°10′，北纬39°06′，属于我国太阳能资源很丰富的地区，全年辐射量在5040～6300MJ/m2之间，相当于172～215kg标准煤燃烧所发出的热量。根据《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》，天津市太阳能工程设计所用的各月气象参数如表1所示，其中：
Ta-月平均室外气温，℃；
Ht-水平面太阳总辐射月平均日辐照量，MJ/(m2·d)；
Hd-水平面太阳散射辐射月平均日辐照量，MJ/(m2·d)；
Hb-水平面太阳直射辐射月平均日辐照量，MJ/(m2·d)；
H-倾角等于当地纬度倾斜表面上太阳总辐射月平均日辐照量，MJ/(m2·d)；
H0-大气层上界面上太阳总辐射月平均日辐照量，MJ/(m2·d)；
Sm-月日照小时数，h；
Kt-大气晴朗指数。
表1
取天津市采暖期为11月15日至3月15日，共121天；供冷期为6月15日至9月15日，共93天；过渡期天数为151天。以倾角等于当地纬度倾斜表面上太阳总辐射月平均日辐照量进行单位平方面积直接蒸发式太阳能热电冷联产系统采暖期供热量、过渡期发电量以及供冷期制冷量的计算，结果如表2所示。其中太阳能集热器集热效率按50％计；根据课题组相关实验结果取系统高温热泵运行模式机组的供热系数为2.5，低温发电运行模式机组的发电效率为6％，供冷期双效溴化锂吸收式制冷机组的热力系数为1.2；取系统供热与供冷的计量价格分别为每千瓦时0.25元与0.52元，太阳能热发电上网电价为每千瓦时1.15元；此外，热力与标准煤的折算系数按热量当量值进行计算，而电力的折标系数则根据电力行业2016年度发展报告取0.315kg/(kW·h)，同时取单位标煤CO2排放量为2.65kg/kg，SO2排放量为1.49g/kg，NOx排放量为1.37g/kg。
表2
从表2可以看出，以天津市为例，本发明提出的直接蒸发式太阳能热电冷联产系统单位平方面积内全年经济收益总值为356元，节省标煤107kg，CO2、SO2、NOx减排量分别为282.35kg、158.93g、145.40g。可见，直接蒸发式太阳能热电冷联产系统的实施将会带来巨大的经济与环境效益。
尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (2)

1.一种直接蒸发式太阳能热电冷联产系统，包括直接蒸发式太阳能集热器(1)、压缩膨胀双功能机头(2)、永磁电动发电一体化电机(3)、冷凝器(4)、膨胀阀(5)、工质泵(6)、双效溴化锂吸收式制冷机组(7)、热泵单向阀(C1)、发电单向阀(C2)和12个截止阀；其中，12个截止阀记作第一截止阀(V1)、第二截止阀(V2)、第三截止阀(V3)、第四截止阀(V4)第五截止阀(V5)、第六截止阀(V6)、第七截止阀(V7)、第八截止阀(V8)、第九截止阀(V9)、第十截止阀(V10)、第十一截止阀(V11)和第十二截止阀(V12)；
上述各设备和阀体之间通过连接管路连接，连接关系如下：
所述直接蒸发式太阳能集热器(1)的出口端依次连接有压缩膨胀双功能机头(2)、冷凝器(4)、膨胀阀(5)；所述压缩膨胀双功能机头(2)连接有永磁电动发电一体化电机(3)，所述换热器(4)的高温侧的两个端口与所述双效溴化锂吸收式制冷机组(7)相连；
所述热泵单向阀(C1)设置在所述压缩膨胀双功能机头(2)压缩模式的出口端与所述冷凝器(4)工质侧进口端之间的连接管段上；
所述发电单向阀(C2)设置在所述工质泵(6)出口端与所述直接蒸发式太阳能集热器(1)进口端之间的连接管段上；
所述第一截止阀(V1)设置在所述直接蒸发式太阳能集热器(1)出口端与所述压缩膨胀双功能机头(2)膨胀模式的进口端之间的连接管段上；
所述第二截止阀(V2)设置在所述直接蒸发式太阳能集热器(1)出口端与所述压缩膨胀双功能机头(2)压缩模式的进口端之间的连接管段上；
所述第三截止阀(V3)设置在所述压缩膨胀双功能机头(2)膨胀模式的出口端与所述冷凝器(4)工质侧进口端之间的连接管段上；
所述第四截止阀(V4)设置在所述冷凝器(4)工质侧出口端与所述膨胀阀(5)进口端之间的连接管段上；
所述第六截止阀(V6)设置在所述膨胀阀(5)出口端与所述直接蒸发式太阳能集热器(1)进口端之间的连接管段上；
所述第五截止阀(V5)设置在所述冷凝器(4)工质侧出口端与所述工质泵(6)进口端之间的连接管段上；
所述冷凝器(4)水侧出口端分别连接出冷却水出口支路和采暖供水支路，所述第七截止阀(V7)设置在所述冷却水出口支路上；所述第九截止阀(V9)设置在所述采暖供水支路上；
所述冷凝器(4)水侧进口端分别连接出冷却水进口支路和采暖回水支路，所述第八截止阀(V8)设置在所述冷却水进口支路上；所述第十二截止阀(V12)设置在所述采暖供水支路上；
所述第十截止阀(V10)设置在所述冷凝器(4)水侧出口端与所述双效溴化锂吸收式制冷机组(7)相连的管路上；
所述第十一截止阀(V11)设置在所述冷凝器(4)水侧进口端与所述双效溴化锂吸收式制冷机组(7)相连的管路上。
2.一种直接蒸发式太阳能热电冷联产系统的控制方法，其特征在于，通过控制所有截止阀的通断，具有以下三种情形：
1)太阳能采暖过程是：关闭第一截止阀(V1)、第三截止阀(V3)、第五截止阀(V5)、第七截止阀(V7)、第八截止阀(V8)、第十截止阀(V10)、第十一截止阀(V11)；打开第二截止阀(V2)、第四截止阀(V4)、第六截止阀(V6)、第九截止阀(V9)和第十二截止阀(V12)，低温低干度饱和工质在所述直接蒸发式太阳能集热器(1)中吸热蒸发为干饱和蒸气，经过第二截止阀(V2)进入所述压缩膨胀双功能机头(2)，所述压缩膨胀双功能机头(2)以压缩模式运行，与此同时，所述永磁电动发电一体化电机(3)以电动模式运行驱动所述压缩膨胀双功能机头(2)，将气态工质加压升温，经过热泵单向阀(C1)进入所述冷凝器(4)凝结成为饱和液体，经过第四截止阀(V4)进入所述膨胀阀(5)降压降温为低干度湿蒸气，经过第六截止阀(V6)被引入到所述直接蒸发式太阳能集热器(1)中，从而完成高温热泵工质侧循环；在高温热泵水侧，采暖回水通过第十二截止阀(V12)进入冷凝器(4)与高温工质进行换热升温后通过第九截止阀(V9)排出；
2)太阳能低温发电过程：关闭第二截止阀(V2)、第四截止阀(V4)、第六截止阀(V6)、第九截止阀(V9)、第十截止阀(V10)、第十一截止阀(V11)和第十二截止阀(V12)，打开第一截止阀(V1)、第三截止阀(V3)、第五截止阀(V5)、第七截止阀(V7)和第八截止阀(V8)；低温液态工质在直接蒸发式太阳能集热器(1)中吸热蒸发为高压高温的干饱和蒸气，经过第一截止阀(V1)进入压缩膨胀双功能机头(2)，压缩膨胀双功能机头(2)以膨胀模式运行，同时驱动永磁电动发电一体化电机(3)以发电模式运行产生电能并输出，膨胀后的低压低温气态工质进入冷凝器(4)凝结为饱和液体，经过第五截止阀(V5)被工质泵(6)加压升温后经发电单向阀(C2)打入直接蒸发式太阳能集热器(1)中，从而完成低温发电工质侧循环；在低温发电冷却水侧，低温冷却水通过第八截止阀(V8)进入冷凝器(4)与高温工质进行换热升温后通过第七截止阀(V7)排出；
3)太阳能制冷过程：关闭第一截止阀(V1)、第三截止阀(V3)、第五截止阀(V5)、第七截止阀(V7)、第八截止阀(V8)、第九截止阀(V9)和第十二截止阀(V12)，打开第二截止阀(V2)、第四截止阀(V4)、第六截止阀(V6)、第十截止阀(V10)和第十一截止阀(V11)；低温低干度饱和工质在直接蒸发式太阳能集热器(1)中吸热蒸发为干饱和蒸气，经过第二截止阀(V2)进入压缩膨胀双功能机头(2)，所述压缩膨胀双功能机头(2)以压缩模式运行，同时，永磁电动发电一体化电机(3)以电动模式运行驱动所述压缩膨胀双功能机头(2)，将气态工质加压升温，经过热泵单向阀(C1)进入冷凝器(4)凝结成为饱和液体，经过第四截止阀(V4)进入膨胀阀(5)降压降温为低干度湿蒸气，经过第六截止阀(V6)被引入到直接蒸发式太阳能集热器(1)中，从而完成高温热泵工质侧循环；在高温热泵水侧，双效溴化锂吸收式制冷机组(7)的制冷回水通过第十一截止阀(V11)进入冷凝器(4)与高温工质进行换热升温后通过第十截止阀(V10)给所述双效溴化锂吸收式制冷机组(7)供水，从而驱动双效溴化锂吸收式制冷机组(7)运行进行制冷，完成制冷循环。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110486779A (zh) * 2019-08-19 2019-11-22 东北电力大学 一种利用土壤冷量冷却光伏电池的太阳能综合利用系统
CN111351110A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 大连民族大学 太阳能供给的溴化锂热泵给热方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101033900A (zh) * 2007-04-18 2007-09-12 哈尔滨工业大学 三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统
CN101392736A (zh) * 2008-05-29 2009-03-25 中国科学技术大学 太阳能低温热发电及冷热联供系统
JP2009257685A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Zeneral Heat Pump Kogyo Kk コージェネレーション代替省エネルギーシステム
CN101800500A (zh) * 2010-03-22 2010-08-11 南京师范大学 一种小温差热发电装置
CN102235772A (zh) * 2010-04-20 2011-11-09 上海电气集团股份有限公司 一种基于太阳能中高温利用的冷热多联供系统

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101033900A (zh) * 2007-04-18 2007-09-12 哈尔滨工业大学 三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统
JP2009257685A (ja) * 2008-04-18 2009-11-05 Zeneral Heat Pump Kogyo Kk コージェネレーション代替省エネルギーシステム
CN101392736A (zh) * 2008-05-29 2009-03-25 中国科学技术大学 太阳能低温热发电及冷热联供系统
CN101800500A (zh) * 2010-03-22 2010-08-11 南京师范大学 一种小温差热发电装置
CN102235772A (zh) * 2010-04-20 2011-11-09 上海电气集团股份有限公司 一种基于太阳能中高温利用的冷热多联供系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111351110A (zh) * 2018-12-20 2020-06-30 大连民族大学 太阳能供给的溴化锂热泵给热方法
CN110486779A (zh) * 2019-08-19 2019-11-22 东北电力大学 一种利用土壤冷量冷却光伏电池的太阳能综合利用系统
CN110486779B (zh) * 2019-08-19 2020-11-24 东北电力大学 一种利用土壤冷量冷却光伏电池的太阳能综合利用系统

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