CN108019983A - 新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵 - Google Patents

新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵 Download PDF

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Abstract

本发明提供了新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵,涉及制冷工程技术领域,该热泵包括:热源系统和工作系统;所述热源系统包括太阳能集热装置和相变蓄热装置,所述相变蓄热装置用于储存由热源系统吸收的热量;所述工作系统包括依次连接的发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环泵和溶液热交换器,且所述溶液热交换器与所述发生器连接,以使工质在工作系统内循环流动;所述热源系统与所述发生器连接,用于对所述发生器进行加热。相变蓄热装置的体积小,热效率高,在阳光充足的时间段,可以通过太阳能集热装置吸收能量并保存,等到阳光照射不足的时候,可以采用相变蓄热装置对发生器进行持续加热,提高了工作的效率。

Description

新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵
技术领域
[0001] 本发明涉及制冷工程技术领域,尤其是涉及一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式 热泵。
背景技术
[0002] 随着世界经济的发展和人民生活水平的提高,人们对空调的需求日益增多,空调 能耗迅速增长,但化石能源却逐渐减少。因此,迫切需要一种利用可再生能源的高效制冷技 术。
[0003] 相对于传统电制冷需要消耗大量电能,吸收式制冷机组具有不含氟利昂等对臭氧 层有破坏的物质且能够利用廉价能源和低品位热能解决电力供应不足的优势,正逐渐得到 推广应用。与传统的压缩式制冷相比,吸收式制冷具有可以依靠热能驱动、可以在比较大的 热源温度波动范围内工作、对环境无害等优点。不过,它也存在C0P较低等问题,并未完全被 人们接受,还处在研发阶段。
[0004] 而太阳能作为一种可再生能源,清洁安全,近乎取之不尽、用之不竭,无疑是环保 背景下的首选能源之一。以太阳能作为热源驱动吸收式制冷机组,形成太阳能吸收式制冷 机组,是一种高效的技术手段,正逐渐得到大家的重视。不过,在传统太阳能热泵系统中,常 采用显热蓄能技术。通过在系统中设置集热水箱,这将导致系统的蓄能效率以及太阳能利 用率较低,同时系统的体积比较庞大,不利于小型化。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵,以缓解了系统 的蓄能效率以及太阳能利用率较低的现状,同时系统的体积比较庞大,不利于小型化的技 术问题。
[0006]第一方面,本发明提供了一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗,包括:热源系 统和工作系统;所述热源系统包括太阳能集热装置和相变蓄热装置,所述相变蓄热装置用 于储存由热源系统吸收的热量; '
[0007]所述工作系统包括依次连接的发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环栗和 溶液热交换器,且所述溶液热交换器与所述发生器连接,以使工质在工作系统内循环流动; [0008]所述热源系统与所述发生器连接,用于对所述发生器进行加热。 ’
[0009]结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式,其中,所 述太阳遗集热装置与发生器之间设置有循环进管和循环出管,以使导热媒介能够对发生器 供热;
[0010]所述相变蓄热装置并联在所述循环进管和循环出管之间,以使所述太阳能集执装 置能够对相变蓄热装置供热,且所述相变蓄热装置能够对发生器供热。 ^
[0011]、结合第一方面的第一种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第二种 可能的实施方式,其中,所述太阳能集热装置的媒介入口和媒介出口位置处分别设置有第 了阀门和弟二阀门;所述相变蓄热装置的进口和出口位置分别设置有第三阀门和第四阀 门,以使所述第一阀门和第二阀门处于开启状态,所述第三阀门和第四阀门处于关闭状态 时、,戶阳能集热装置对所述发生器供热;以使所述第一阀门和第二阀门处于开启状态, 所述第三阀门和第四阀门处于开启状态时,所述太阳能集热装置对所述发生器和相变蓄热 装置供热;所述第一阀门和第二阀门处于关闭状态,所述第三阀门和第四阀门处于开启状 态时,所述相变蓄热装置向所述发生器供热。
[0012]、结合第一方面的第二种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第三种 可能的实施方式,其中,所述第一阀门与太阳能集热装置之间的循环入管上设置有第一泵, 以使导热媒介能够在太阳能集热装置和相变蓄热装置之间循环流动;所述发生器与第三阀 门之间设置有第二泵,以使所述导热媒介能够在发生器和相变蓄热装置之间循环流动。 [0013]结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式,其中,所 述相变蓄热装置包括相变蓄热部,沿所述相变蓄热装置的进口向出口方向,所述相变蓄热 部设置有多根平行且均匀的换热管,多根所述换热管之间填充有相变材料,以使传热流体 流过换热管与相变材料进行换热。
[0014]结合第一方面的第四种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第五种 可能的实施方式,其中,所述相变蓄热装置包括显热蓄热部,所述显热蓄热部包括容纳腔 体,所述容纳腔体内盛放有填充材料,所述填充材料用于吸收及散发热量。
[0015]结合第一方面的第五种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第六种 可能的实施方式,其中,所述填充材料包括熔融盐、石英石和石英砂。
[0016]结合第一方面的第六种可能的实施方式,本发明实施例提供了第一方面的第七种 可能的实施方式,其中,所述相变蓄热装置的进口和出口均设置有散流器。
[0017]结合第一方面,本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式,其中,所 述循环泵包括气泡发生器、气泡收集装置和高位储液器,且所述气泡发生装置与相变蓄热 装置之间连接有辅助进管和辅助出管,以使所述相变蓄热装置能够对所述气泡发生器进行 供热。
[0018]本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵及太阳能热栗系统的 有益效果:
[0019]本发明提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵,包括:热源系统和工作系统, 热源系统与工作系统连接,热源系统用于向工作系统提供热量。热源系统包括太阳能集热 装置和相变蓄热装置,太阳能集热装置可以吸收太阳能,并将这部分热量传递给相变蓄热 装置,相变蓄热装置可以储存由热源系统吸收的热量。工作系统包括依次连接的发生器、冷 凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环栗和溶液热交换器,且所述溶液热交换器与所述发生器 连接,以使工质在工作系统内循环流动,所述热源系统与所述发生器连接,用于对所述发生 器进行加热。当太阳能集热装置与相变蓄热装置对发生器进行加热时,由于工质容易汽化, 在发生器中产生一定压力的蒸汽,产生的蒸汽进入冷凝器定压放热,实现对外供热。高温、 高压蒸汽流经膨胀阀节流降温,实现蒸发器内定压吸热。蒸发器中低压蒸汽进入吸收器内, 工质在吸收器中被吸收后的稀溶液进入发生器,周而复始地完成整个循环。相变蓄热装置 的体积小,热效率高,在阳光充足的时间段,可以通过太阳能集热装置吸收能量并保存,等 到阳光照射不足的时候,可以采用相变蓄热装置对发生器进行持续加热,提高了工作的效 率。
附图说明
[0020] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体 实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的 附图是本发明的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前 提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021] 图1为本发明实施例提供的一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的示意图;
[0022] 图2为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗中热源系统的示 意图;
[0023] 图3为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗的相变蓄热装置 的示意图;
[0024] 图4为本发明实施例提供的另一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的示意 图。
[0025] 图标:110-太阳能集热装置;120-相变蓄热装置;121-相变蓄热部;122-显热蓄热 部;130-第一阀门;140-第二阀门;150-第三阀门;160-第四阀门;210-发生器;220_冷凝器; 230-膨胀阀;240-蒸发器;250-吸收器;260-循环栗;261-气泡发生器;262_气泡收集装置; 263-高位储液器;270-溶液热交换器。
具体实施方式
[0026]下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施 例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术 人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。 [0027]在本发明的描述中,需要说明的是,如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、 “竖直”、“水平”、“内”、“外”等,其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关 系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,如出现术 语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0028]图1为本发明实施例提供的一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗的示意图, 图2为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗中热源系统的示意图,如 图1-2所述,本发明提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗,包括:热源系统和工作系 统,热源系统与工作系统连接,热源系统用于向工作系统提供热量。热源系统包括太阳能集 热装置110和相变蓄热装置120,太阳能集热装置110可以吸收太阳能,并将这部分热量传递 给相变蓄热装置120,相变蓄热装置120可以储存由热源系统吸收的热量。工作系统包括依 次连接的发生器210、冷凝器220、膨胀阀230、蒸发器240、吸收器250、循环杲260和溶液热交 换器270,且所述溶液热交换器270与所述发生器210连接,以使工质在工作系统内循环流 动,所述热源系统与所述发生器210连接,用于对所述发生器210进行加热。当太阳能集热装 置110与相变蓄热装置120对发生器210进行加热时,由于工质容易汽化,在发生器210中产 生一定压力的蒸汽,产生的蒸汽进入冷凝器220定压放热,实现对外供热。高温、高压蒸汽流 经膨胀阀230节流降温,实现蒸发器240内定压吸热。蒸发器240中低压蒸汽进入吸收器250 内,工质在吸收器250中被吸收后的稀溶液进入发生器210,周而复始地完成整个循环。相变 蓄热装置120的体积小,热效率高,在阳光充足的时间段,可以通过太阳能集热装置11〇吸收 能量并保存,等到阳光照射不足的时候,可以采用相变蓄热装置120对发生器210进行持续 加热,提高了工作的效率。
[0029]本装置依靠太阳能作为热源的吸收式热泵系统,相变蓄热装置120作为维持系统 全天候运行的储能装置。夏季供冷时,通过用户侧管路阀门开断的转换,可以通过蒸发器 240实现用户侧制冷;同理冬季供热时,可以通过冷凝器220实现用户侧制热;同时不论在冬 季还是夏季系统运行时,吸收器250都在不断放热,可以全年为用户提供热水。
[0030]太阳能集热装置110与发生器210之间可以设置有循环进管和循环出管,循环进管 和循环出管的材质可以为金属铜,铜管的外壁可以包裹有多层保温材料,用于防止热量散 失,使用太阳能集热装置110对发生器210进行供热。
[0031]相变蓄热装置120可以并联在所述循环进管和循环出管之间,通过阀门的控制可 以使太阳能集热装置110对相变蓄热装置120供热,同时,相变蓄热装置120能够对发生器 210供热。
[0032]在一个可以实施的方案中,在太阳能集热装置110的媒介入口和媒介出口位置处 分别设置有第一阀门130和第二阀门140。相变蓄热装置12〇的进口和出口位置分别设置有 第三阀门15〇和第四阀门160,通过控制上述多个阀门,可以更改热源系统的工作状态。
[0033] 1.当第一阀门130和第二阀门140处于开启状态,第三阀门150和第四阀门160处于 关闭状态时,管路中发生器210和太阳能集热装置110连通,而相变蓄热装置120被断开,太 阳能集热装置110单纯地对所述发生器210供热,可以快速地对发生器210快速加热。
[0034] 2 •当第一阀门1:3〇和第二阀门140处于开启状态,第三阀门15〇和第四阀门160处于 开启状态时,太阳能集热装置110可以同时对所述发生器210和相变蓄热装置120进行供热。 在白天阳光充足的时候,可以在对发生器210进行供热的同时,将多余的热量储存在相变蓄 热装置120中。
[0035] 3•当第一阀门130和第二阀门140处于关闭状态,所述第三阀门150和第四阀门160 处于开启状态时,相变蓄热装置120可以向所述发生器210供热。当外界阳光不足时,可以采 用相变蓄热装置120对发生器210进行加热。
[0036]为了可以使太阳能集热装置110和相变蓄热装置120顺利对发生器210进行供热, 第一阀门130与太阳能集热装置11〇之间的循环入管上设置有第一泵,可以使导热媒介能够 在太阳能集热装置110和相变蓄热装置120之间循环流动;所述发生器210与第三阀门150之 间设置有第二栗,可以使所述导热媒介能够在发生器210和相变蓄热装置120之间循环流 动。
[0037]图3为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的相变蓄热装置 的示意图,如图3所示,相变蓄热装置120可以包括相变蓄热部121,沿所述相变蓄热装置12〇 的进口向出口方向,所述相变蓄热部设置有多根平行且均匀的换热管,并且在多根换热 管之间填充有相变材料,换热管的材料可以为金属铜,传热流体流过换热管后,与相变材料 发生热交换,传热流体的材料可以包括:二元硝酸盐,三元硝酸盐,水或者导热油等。
[0038]相变材料(PCM)具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固一液相变为 例,在加热到熔化温度时,就产生从固态到液态的相变,熔化的过程中,相变材料吸收并储 存大量的潜热;当相变材料冷却时,储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去,进 行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中,所储存或释放的能量称为相变潜热。物理 状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变,形成一个宽的温度平台,虽 然温度不变,但吸收或释放的潜热却相当大。
[0039]相变材料可以为无机PCM和有机PCM。其中,无机类PCM可以为结晶水合盐类、熔融 盐类、金属或合金类等;有机类PCM可以为石蜡、醋酸和其他有机物;复合相变储热材料。 [0040]在一个可以实施的方案中,所述相变蓄热装置120可以包括显热蓄热部122,显热 蓄热部122包括容纳腔体,在容纳腔体内盛放有填充材料,所述填充材料包括熔融盐、石英 石和石英砂,所述填充材料用于吸收及散发热量。显热蓄热部122位于相变蓄热部121的上 方,之所以设置显热蓄热部12 2,是因为单纯的相变蓄热部121在放热时,放热初期,会存在 放热慢、效率低的现象,而在相变蓄热装置120中增加显热蓄热部122,熔融盐、石英石和石 英砂等填充材料,在放热初期放热效率更高,所以可以提高相变蓄热装置120整体的放热效 率。
[0041] 相变蓄热装置120的进口和出口均设置有散流器,以保证熔融盐在流过整个显热 蓄热段时的流场是均匀。
[0042] 图4为本发明实施例提供的另一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗的示意 图,如图4所示,循环栗260可以包括气泡发生器261、气泡收集装置262和高位储液器263,且 所述气泡发生装置与相变蓄热装置120之间连接有辅助进管和辅助出管,以使所述相变蓄 热装置120能够对所述气泡发生器261进行供热。气泡发生器261被加热后,产生气泡并向上 运动,将工质带入高位储液器263,随后进入到溶液热交换器270中。所以循环泵260采用热 量作为动力源,可以使整个新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗几乎完全依靠太阳能工 作。
[0043] 最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽 管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术 方案的范围。

Claims (9)

1. 一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵,其特征在于,包括:热源系统和工作系 统;所述热源系统包括太阳能集热装置和相变蓄热装置,所述相变蓄热装置用于储存由热 源系统吸收的热量; M 所述工作系统包括依次连接的发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环泵和溶液 热交换器,且所述溶液热交换器与所述发生器连接,以使工质在工作系统内循环流动; 所述热源系统与所述发生器连接,用于对所述发生器进行加热。
2.根据权利要求1所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗,其特征在于,所述太阳 能集热装置与发生器之间设置有循环进管和循环出管,以使导热媒介能够对发生器供热; 所述相变蓄热装置并联在所述循环进管和循环出管之间,以使所述太阳能集热装置能 够对相变蓄热装置供热,且所述相变蓄热装置能够对发生器供热。
3. 根据权利要求2所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵,其特征在于,所述太阳 能集热装置的媒介入口和媒介出口位置处分别设置有第一阀门和第二阀门;所述相变蓄热 装置的进口和出口位置分别设置有第三阀门和第四阀门,以使所述第一阀门和第二阀门处 于开启状态,所述第三阀门和第四阀门处于关闭状态时,所述太阳能集热装置对所述发生 器供热;以使所述第一阀门和第二阀门处于开启状态,所述第三阀门和第四阀门处于开启 状态时,所述太阳能集热装置对所述发生器和相变蓄热装置供热;所述第一阀门和第二阀 门处于关闭状态,所述第三阀门和第四阀门处于开启状态时,所述相变蓄热装置向所述发 生器供热。
4. 根据权利要求3所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵,其特征在于,所述第一 阀门与太阳能集热装置之间的循环入管上设置有第一栗,以使导热媒介能够在太阳能集热 装置和相变蓄热装置之间循环流动;所述发生器与第三阀门之间设置有第二泵,以使所述 导热媒介能够在发生器和相变蓄热装置之间循环流动。
5.根据权利要求1所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗,其特征在于,所述相变 蓄热装置包括相变蓄热部,沿所述相变蓄热装置的进口向出口方向,所述相变蓄热部设置 有多根平行且均匀的换热管,多根所述换热管之间填充有相变材料,以使传热流体流过换 热管与相变材料进行换热。
6.根据权利要求5所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵,其特征在于,所述相变 蓄热装置包括显热蓄热部,所述显热蓄热部包括容纳腔体,所述容纳腔体内盛放有填充材 料,所述填充材料用于吸收及散发热量。
7.根据权利要求6所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗,其特征在于,所述填充 材料包括熔融盐、石英石和石英砂。
8. 根据权利要求7所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗,其特征在于,所述相变 蓄热装置的进口和出口均设置有散流器。
9. 根据权利要求1所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热栗,其特征在于,所述循环 栗包括气泡发生器、气泡收集装置和高位储液器,且所述气泡发生装置与相变蓄热装置之 间连接有辅助进管和辅助出管,以使所述相变蓄热装置能够对所述气泡发生器进行供热。
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