CN108036544B - 太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，属于热交换设备技术领域。其包括太阳能集热系统、沼气辅助加热系统、溴化锂吸收式冷水机组和能量输出末端设备；其中，溴化锂吸收式冷水机组包括发生器一、发生器二、发生器三、高压吸收器等部件。太阳能集热系统、沼气辅助加热系统通过热水箱内换热器与溴化锂吸收式冷水机组进行耦合实现系统制冷循环，二者通过热水箱内换热器与能量输出末端设备耦合实现系统供暖功能。本发明实现了一套系统冬季制热，夏季制冷的功能，同时克服了太阳能溴化锂吸收式机组因太阳能的间歇不稳定性带来的不良影响，并实现了对太阳能的存储以及夜间使用。本发明具有资源利用率高、经济实用等特点。

Description

太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统

技术领域

本发明涉及一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统。

背景技术

随着社会经济的发展，夏季空调制冷所消耗的能量已占到较大的比例，冬季采暖系统也同样消耗大量能量，部分地区已显现电力紧张局面。我国以煤为主的能源结构，造成的环境污染日趋严重，CO₂排放量位居世界第二，此外还面临能源枯竭问题。因此，开发可再生能源是中国乃至世界可持续发展能源基本战略的重要组成部分。

太阳能是一种能够在一定范围内替代常规能源的清洁能源。在诸多太阳能作为驱动能源的方式中，太阳能溴化锂吸收式冷热水系统的能量转换效率较高，是目前规模化应用比较具有可行性的供能方式，它主要由太阳能集热器和溴化锂机组组成。但是，太阳能辐射的间歇不稳定特性使得系统热源不稳定，进而导致整个系统运行可靠性降低，一般工程中多采用配置大型储热/储冷设备以提高太阳能利用率。

发明内容

本发明的任务在于提供一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其实现了能源综合利用和协同优化，充分利用太阳能、沼气生物质能，将这些资源合理配置，达到能源利用效率最大化和效能的最优化。

其技术解决方案包括：

一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其包括太阳能集热系统、沼气辅助加热系统、溴化锂吸收式冷水机组和能量输出末端设备，所述能量输出末端设备包括毛细管网换热器，所述太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器和热水箱；

所述溴化锂吸收式冷水机组包括发生器一、发生器二、发生器三、高压吸收器、冷凝器、蒸发器、冷剂储存器、浓溶液储存器、溶液换热器、稀溶液储存器和低压吸收器，所述发生器一和发生器二内的换热器热媒水入口分别与所述热水箱的热媒水出口相连，经所述发生器一内换热器热媒水出口流出的热媒水与发生器二内换热器热媒水出口流出的热媒水，二者汇聚后输送至所述热水箱中；所述热水箱的另一热媒水出口与毛细管网换热器的热媒水入口连接，所述毛细管网换热器的热媒水出口与所述热水箱的热媒水入口相连；

所述发生器一的蒸汽出口与所述高压吸收器的蒸汽入口连接的同时与发生器三内换热器蒸汽入口相连；经发生器一的浓溶液出口排出的浓溶液与发生器二的浓溶液出口排出的浓溶液汇聚后输送至溶液换热器中；

所述高压吸收器稀溶液出口与发生器二内换热器稀溶液入口相连，发生器二内换热器稀溶液出口与高压吸收器的稀溶液入口连接，高压吸收器换热后的稀溶液出口分别与发生器二稀溶液入口、发生器三稀溶液入口相连，冷却水进入高压吸收器内换热器冷却水入口，并从高压吸收器内换热器冷却水出口流出；

发生器二蒸汽出口与冷凝器蒸汽入口相连，经发生器二浓溶液出口排出的浓溶液与发生器一浓溶液出口排出的溶液输送至溶液换热器；

发生器三蒸汽出口与冷凝器蒸汽入口相连，发生器三浓溶液出口与发生器二浓溶液入口相连；

所述冷凝器的制冷剂出口有两种连接方式：一种是冷凝器的制冷剂出口与所述冷剂储存器的制冷剂入口相连；另一种是冷凝器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂入口连接，冷剂储存器制冷剂出口与蒸发器制冷剂入口连接；

所述蒸发器的蒸汽出口与所述低压吸收器的蒸汽入口连接，蒸发器内换热器冷水出口与毛细管网换热器冷水入口相连，毛细管网换热器冷水出口与蒸发器内换热器冷水入口相连；

低压吸收器的稀溶液出口有两种连接方式：一种是低压吸收器的稀溶液出口与溶液换热器稀溶液入口连接，另一种是低压吸收器的稀溶液出口与稀溶液储存器连接；

稀溶液储存器稀溶液出口与溶液换热器稀溶液入口连接，溶液换热器稀溶液出口分别与发生器一、高压吸收器的稀溶液入口相连，溶液换热器浓溶液出口与低压吸收器浓溶液入口相连的同时与浓溶液储存器浓溶液入口相连，浓溶液储存器浓溶液出口与低压吸收器浓溶液入口相连；

所述沼气辅助加热系统用于对溴化锂吸收式冷水机组提供辅助动力。

上述技术方案中，太阳能集热系统、沼气辅助加热系统通过热水箱内换热器与溴化锂吸收式冷水机组进行耦合实现系统制冷循环；太阳能集热系统、沼气辅助加热系统通过热水箱内换热器与毛细管网换热器耦合实现系统供暖功能，溴化锂吸收式冷水机组的蒸发器与毛细管网换热器耦合实现系统供冷功能。

太阳能集热系统通过导热油间接加热热水箱内热媒水为溴化锂吸收式冷水机组提供驱动热源，沼气辅助加热系统在天气情况恶劣的条件下启动为机组提供动力；溴化锂吸收式冷水机组在白天根据天气情况进行变效运行以求达到最佳工况进行制冷或是储能，夜晚溴化锂吸收式冷水机组释放存储的太阳能进行制冷。

作为本发明的一个优选方案，上述沼气辅助加热系统与所述太阳能集热系统共用一个热水箱。

作为本发明的另一个优选方案，上述槽式太阳能集热器的导热油出口与热水箱内换热器的入口连接，热水箱内换热器的出口与太阳能集热器导热油入口相连；上述沼气辅助加热系统的沼气锅炉的导热油出口与热水箱内换热器的入口连接，热水箱内换热器的出口与沼气锅炉的导热油入口相连。

优选的，在上述热水箱的另一热媒水出口与毛细管网换热器热媒水入口连接的管路上设置有流量调节阀。

优选的，发生器二内有两个换热器：一个换热器管内换热介质为热媒水；一个换热器管内换热介质为稀溶液，其与高压吸收器稀溶液出入口连接的管道安装有溶液泵和流量调节阀。

优选的，发生器三浓溶液出口与发生器二浓溶液入口相连的管路上安装有流量调节阀，冷凝器的制冷剂出口与上述冷剂储存器的制冷剂入口相连的管路上安装有流量调节阀。

进一步的，冷凝器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂入口连接的管路上安装有节流阀；上述冷剂储存器制冷剂出口与蒸发器制冷剂入口连接的管路上安装有流量调节阀和节流阀。

本发明实现了一套系统冬季制热，夏季制冷的供能，克服了太阳能溴化锂吸收式机组因太阳能的间歇不稳定性带来的不良影响，同时实现了对太阳能的存储并在夜晚使用；其实现了能源综合利用和协同优化，充分利用太阳能、沼气生物质能，将这些资源合理配置，达到能源利用效率最大化和效能的最优化，提高能源的综合利用效率的同时有效减少污染的排放，使能源得到梯级利用。具有资源利用率高、结构简单、环保节能、经济实用的特点。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1为本发明工作原理系统图；

图2为本发明一种实施例的工作原理系统图；

图3为本发明一种实施例的工作原理系统图；

图4为本发明一种实施例的工作原理系统图；

图5为本发明一个实施例的工作原理系统图。

图中，1、太阳能集热器，2、热水箱，3、发生器一，4、高压吸收器，5、发生器二，6、发生器三，7、冷凝器，8、蒸发器，9、冷剂储存器，10、浓溶液储存器，11、毛细管网换热器，12、溶液换热器，13、沼气锅炉，14、稀溶液储存器，15、低压吸收器。

具体实施方式

本发明公开了一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，为了使本发明的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明做详细说明。

本发明，一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，如图1所示，主要由3个发生器(发生器一3、发生器二5和发生器三6)、高压吸收器4、低压吸收器15、蒸发器8、冷凝器7、毛细管网换热器11、浓溶液储存器10、稀溶液储存器14、冷剂储存器9、热水箱2、太阳能集热器1、沼气锅炉13、溶液泵、导热油泵、流量调节阀、节流阀等组成。该发明的构成如下:

槽式太阳能集热器1、导热油泵、热水箱内换热器、换热媒介管道构成太阳能集热循环；

由沼气锅炉13、热水箱内换热器、导热油泵以及换热媒介管道组成辅助加热循环；

发生器一3、高压吸收器4、发生器二5、发生器三6、冷凝器7、蒸发器8、冷剂储存器9、浓溶液储存器10、毛细管网换热器11、溶液换热器12、稀溶液储存器14、低压吸收器15、溶液泵、流量调节阀、节流阀等组成溴化锂吸收式冷水机组运行循环；

本发明系统的工作程序分为白天运行工况与夜晚运行工况:

1、系统白天运行时，由于早晨或是傍晚太阳辐射强度比较弱，太阳能集热系统运行后溴化锂吸收式冷水机组运行两级循环进行储能，太阳辐射达到单双效变效循环的要求之后溴化锂吸收式冷水机组根据太阳辐射强度进行变效循环。如果遇到天气情况恶劣的情况下，开启沼气辅助加热系统。

溴化锂吸收式冷水机组两级循环储能过程：稀溶液储存器14和低压吸收器15中的稀溶液经溶液换热器12预热被分别泵送到发生器一3和高压吸收器4中，发生器一3中的稀溶液被加热产生蒸汽，产生的浓溶液经溶液换热器储存在浓溶液储存器10内；蒸汽被高压吸收器4中的溶液吸收，然后稀溶液被泵送到发生器二5进行发生，产生的蒸汽在冷凝器内冷凝成液态被送到制冷剂罐储存，发生过后的溶液同样经溶液换热器被存在浓溶液储存器内，这样就完成了蓄能过程。

溴化锂吸收式冷水机组进行变效循环制冷过程：低压吸收器15中的稀溶液经溶液换热器12预热被分别泵送到发生器一3和高压吸收器4中。流入发生器一3的稀溶液被加热产生制冷剂蒸汽和浓溶液，浓溶液进入溶液热交换器12预热稀溶液后再次经过节流并流回低压吸收器。另一方面，流入高压吸收器4的稀溶液吸收来自发生器一3的部分冷剂蒸汽形成浓度更低的稀溶液，并通过发生器二5内换热器被发生器二5冷却。浓度更低的稀溶液经过节流进入发生器三6，并被发生器一3产生蒸汽加热发生，产生蒸汽并提高浓度，蒸汽进入冷凝器7被冷却水冷却，发生器一3产生蒸汽冷凝成液体经过节流也进入冷凝器7，发生器三6发生后的溶液流入发生器二5；这部分溶液在发生器二5中被高压吸收器4释放的吸收热加热，再次发生，产生蒸汽进入冷凝器7被冷却水冷却，发生器二5发生后溶液则经过溶液换热器12后节流并流回低压吸收器15。冷凝器7中的制冷剂液体经节流阀节流进入蒸发器8，释放冷量并蒸发为冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入低压吸收器15，被浓溶液吸收，重新变为稀溶液，完成整个循环。

制热循环过程：溴化锂吸收式冷水机组停止工作，槽式太阳能集热器产生的热在热水箱加热热媒水，热媒水直接进入毛细管网换热器11进行换热为用户供暖。

2、系统夜晚运行时，系统将白天储存的能量释放：由于没有驱动热源，溴化锂吸收式冷水机组将停止发生过程，液态制冷剂从制冷剂罐9内经节流阀被送到蒸发器8内吸收冷水热量蒸发，浓溶液从浓溶液储存器10被送到低压吸收器15内吸收蒸汽并放出热量被冷却水吸收稀溶液被送到稀溶液储存器14内储存。

热水与冷水进入毛细管网换热器11，室内空气在此进行换热，为用户提供热量或冷量。

本发明通过以下的组合连接方式，实现系统功能:

太阳能集热系统、沼气辅助加热系统通过热水箱内换热器与溴化锂吸收式冷水机组进行耦合实现系统制冷循环；太阳能集热系统、沼气辅助加热系统通过热水箱内换热器与毛细管网换热器耦合实现系统供暖功能，溴化锂吸收式冷水机组蒸发器与毛细管网换热器耦合实现系统供冷功能

图2所示为本发明白天进行两级循环储能过程，本发明白天运行时，由于早晨或傍晚太阳辐射强度比较弱，太阳能集热系统运行后溴化锂吸收式冷水机组运行两级循环进行储能，太阳能集热系统加热后的热媒水做为溴化锂吸收式冷水机组的驱动热源分两股：一股进入发生器一3，另一股进入发生器二5；稀溶液储存器14和低压吸收器15中的稀溶液经溶液换热器12预热被分别泵送到发生器一3和高压吸收器4中，发生器一3中的稀溶液被热媒水加热产生蒸汽，产生的浓溶液经溶液换热器储存在浓溶液储存器10内；发生器一3产生的蒸汽被高压吸收器4中的溶液吸收，吸收蒸汽后的稀溶液被泵送到发生器二5由热媒水加热进行发生，产生的蒸汽在冷凝器7内冷凝成液态被送到制冷剂罐储存，发生过后的浓溶液经溶液换热器被存在浓溶液储存器10内，这样就完成了蓄能过程。

图3所示为本发明白天进行变效循环制冷过程，太阳辐射达到变效循环的要求之后机组根据太阳辐射强度进行变效循环，此时太阳能集热系统加热后的热媒水做为溴化锂机组的驱动热源直接进入发生器一3；低压吸收器15中的稀溶液经溶液换热器12预热被分别泵送到发生器一3和高压吸收器4中。流入发生器一3的稀溶液被加热产生制冷剂蒸汽和浓溶液，浓溶液进入溶液热交换器12预热稀溶液后再次经过节流并流回低压吸收器。另一方面，流入高压吸收器4的稀溶液吸收部分来自发生器一3的部分冷剂蒸汽形成浓度更低的稀溶液，并通过发生器二5内换热器被发生器二5冷却。浓度更低的稀溶液经过节流进入发生器三6，并被发生器一3产生蒸汽加热发生，产生蒸汽并提高浓度，蒸汽进入冷凝器7被冷却水冷却，发生器一3产生蒸汽冷凝成液体经过节流也进入冷凝器7，发生器三6发生后的溶液流入发生器二5；这部分溶液在发生器二5中被高压吸收器4释放的吸收热加热，再次发生，产生蒸汽进入冷凝器7被冷却水冷却，发生器二5发生后溶液则经过溶液换热器12后节流并流回低压吸收器15。冷凝器7中的制冷剂液体经节流阀节流进入蒸发器8，释放冷量并蒸发为冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入低压吸收器15，被浓溶液吸收，重新变为稀溶液，完成整个循环。

图4所示为本发明夜晚进行放能制冷过程：系统晚上运行时，系统将白天储存的能量释放：由于没有驱动热源，溴化锂吸收式冷水机组将停止发生过程，液态制冷剂从制冷剂罐9内经节流阀被送到蒸发器8内吸收冷水热量蒸发，浓溶液从浓溶液储存器10被送到低压吸收器15内吸收蒸汽并放出热量被冷却水吸收稀溶液被送到稀溶液储存器14内储存。

冷水进入毛细管网换热器11，室内空气在此进行换热，为用户提供冷量。

图5所示为本发明冬天供暖过程：冬天时，溴化锂吸收式冷水机组停止工作，太阳能集热系统加热后的热媒水直接进入毛细管网换热器11进行换热为用户供暖。

需要说明的是，在本说明书的教导下本领域技术人员所做出的任何等同方式，或明显变型方式均应在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其包括太阳能集热系统、沼气辅助加热系统、溴化锂吸收式冷水机组和能量输出末端设备，所述能量输出末端设备包括毛细管网换热器，其特征在于：

所述太阳能集热系统包括槽式太阳能集热器和热水箱；

所述溴化锂吸收式冷水机组包括发生器一、发生器二、发生器三、高压吸收器、冷凝器、蒸发器、冷剂储存器、浓溶液储存器、溶液换热器、稀溶液储存器和低压吸收器，所述发生器一和发生器二内的换热器热媒水入口分别与所述热水箱的热媒水出口相连，经所述发生器一内换热器热媒水出口流出的热媒水与发生器二内换热器热媒水出口流出的热媒水，二者汇聚后输送至所述热水箱中；所述热水箱的另一热媒水出口与毛细管网换热器的热媒水入口连接，所述毛细管网换热器的热媒水出口与所述热水箱的热媒水入口相连；

所述发生器一的蒸汽出口与所述高压吸收器的蒸汽入口连接的同时与发生器三内换热器蒸汽入口相连；经发生器一的浓溶液出口排出的浓溶液与发生器二的浓溶液出口排出的浓溶液汇聚后输送至溶液换热器中；

所述高压吸收器稀溶液出口与发生器二内换热器稀溶液入口相连，发生器二内换热器稀溶液出口与高压吸收器的稀溶液入口连接，高压吸收器换热后的稀溶液出口分别与发生器二稀溶液入口、发生器三稀溶液入口相连，冷却水进入高压吸收器内换热器冷却水入口，并从高压吸收器内换热器冷却水出口流出；

发生器二蒸汽出口与冷凝器蒸汽入口相连，经发生器二浓溶液出口排出的浓溶液与发生器一浓溶液出口排出的溶液输送至溶液换热器；

发生器三蒸汽出口与冷凝器蒸汽入口相连，发生器三浓溶液出口与发生器二浓溶液入口相连；

所述冷凝器的制冷剂出口有两种连接方式：一种是冷凝器的制冷剂出口与所述冷剂储存器的制冷剂入口相连；另一种是冷凝器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂入口连接，冷剂储存器制冷剂出口与蒸发器制冷剂入口连接；

所述蒸发器的蒸汽出口与所述低压吸收器的蒸汽入口连接，蒸发器内换热器冷水出口与毛细管网换热器冷水入口相连，毛细管网换热器冷水出口与蒸发器内换热器冷水入口相连；

低压吸收器的稀溶液出口有两种连接方式：一种是低压吸收器的稀溶液出口与溶液换热器稀溶液入口连接，另一种是低压吸收器的稀溶液出口与稀溶液储存器连接；

稀溶液储存器稀溶液出口与溶液换热器稀溶液入口连接，溶液换热器稀溶液出口分别与发生器一、高压吸收器的稀溶液入口相连，溶液换热器浓溶液出口与低压吸收器浓溶液入口相连的同时与浓溶液储存器浓溶液入口相连，浓溶液储存器浓溶液出口与低压吸收器浓溶液入口相连；

所述沼气辅助加热系统用于对溴化锂吸收式冷水机组提供辅助动力。

2.根据权利要求1所述的一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其特征在于：所述沼气辅助加热系统与所述太阳能集热系统共用一个热水箱。

3.根据权利要求2所述的一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其特征在于：所述槽式太阳能集热器的导热油出口与热水箱内换热器的入口连接，热水箱内换热器的出口与太阳能集热器导热油入口相连；所述沼气辅助加热系统的沼气锅炉的导热油出口与热水箱内换热器的入口连接，热水箱内换热器的出口与沼气锅炉的导热油入口相连。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其特征在于：在所述热水箱的另一热媒水出口与毛细管网换热器热媒水入口连接的管路上设置有流量调节阀。

5.根据权利要求1所述的一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其特征在于：发生器二内有两个换热器，一个换热器管内换热介质为热媒水，一个换热器管内换热介质为稀溶液。

6.根据权利要求1所述的一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其特征在于：发生器三浓溶液出口与发生器二浓溶液入口相连的管路上安装有流量调节阀，冷凝器的制冷剂出口与所述冷剂储存器的制冷剂入口相连的管路上安装有流量调节阀。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能/生物质能集成驱动的复合能量系统，其特征在于：冷凝器的制冷剂出口与蒸发器的制冷剂入口连接的管路上安装有节流阀；所述冷剂储存器制冷剂出口与蒸发器制冷剂入口连接的管路上安装有流量调节阀和节流阀。