CN112594767A - 一种用于供暖的太阳能多能互补系统及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于供暖的太阳能多能互补系统及运行方法，它包括太阳能集热器，所述太阳能集热器的出口依次串联管翅式蒸发器、第一截止阀并与蒸发器并联后，再与压缩机、冷凝器和节流阀串联；节流阀之后并联有两条通道，其中一条通道通过第二截止阀与蒸发器入口相连，另一条通道通过第三截止阀与管翅式蒸发器入口相连，管翅式蒸发器与太阳能集热器的入口相连；所述蒸发器的出口通过第四截止阀与压缩机的入口相连；所述冷凝器上连通有热水出口通道和冷水进口通道。本系统可有效提高蒸发器内冷煤管的热量吸收率，加大冷热煤管之间的换热量，提高整个系统的运行效率，具有更好的经济性。

Description

一种用于供暖的太阳能多能互补系统及运行方法
技术领域
本发明涉及太阳能采暖、太阳能热水器领域，尤其涉及一种用于供暖的太阳能多能互补系统及运行方法。
背景技术
太阳能和风能是可再生的清洁环保能源。随着气候与环境治理问题成为社会共识，能源清洁低碳发展成为大势所趋，在技术进步与政策引导的双重作用下，太阳能和风能成为发展最快的可再生能源，其利用技术已经成为可实现商业化发展的成熟技术，市场竞争力逐步增加。
在供暖系统中，传统四大件：蒸发器、冷凝器、压缩机、节流阀缺一不可，但传统的蒸发器冷媒管热量吸收效率低，整个部件换热量不高，导致经济性能差。如何提高热量吸收率，加大冷热煤管间的换热量，提高整个系统的运行效率和经济性仍然是我们需要突破的瓶颈。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于供暖的太阳能多能互补系统及运行方法，本系统可有效提高蒸发器内冷煤管的热量吸收率，加大冷热煤管之间的换热量，提高整个系统的运行效率，具有更好的经济性。另外还可以全天候运行，当因天阴下雨或者晚上太阳能集热器无法集热或者集热效率低无法满足整个系统运行时，由风冷式蒸发器所在的环路开始运行，满足用户的供热需求。
为了实现上述的技术特征，本发明的目的是这样实现的：一种用于供暖的太阳能多能互补系统，它包括太阳能集热器，所述太阳能集热器的出口依次串联管翅式蒸发器、第一截止阀并与蒸发器并联后，再与压缩机、冷凝器和节流阀串联；节流阀之后并联有两条通道，其中一条通道通过第二截止阀与蒸发器入口相连，另一条通道通过第三截止阀与管翅式蒸发器入口相连，管翅式蒸发器与太阳能集热器的入口相连；所述蒸发器的出口通过第四截止阀与压缩机的入口相连；所述冷凝器上连通有热水出口通道和冷水进口通道。
所述管翅式蒸发器是由间隔布置的扁平管铝通道和热媒管构成，相邻的扁平管铝通道之间通过管道依次串联，相邻的热媒管之间通过管道依次串联；
所述扁平管铝通道用于通入液态工质；
所述热媒管用于通入热水并与扁平管铝通道内部的液态工质进行换热。
所述扁平管铝通道和热媒管的外圆周均布设置有翅片，且翅片的间距越小，管翅式蒸发器换热量越大。
所述液态工质采用制冷剂。
所述扁平管铝通道在部件上方水平布置，其对应的热媒管在下方均水平布置，两者在空间上垂直，且之间有一定的间距；
所述扁平管铝通道设有用于流入液态工质的制冷剂入口通道和液态工质流出的制冷剂出口通道，每根扁平管铝通道之间通过管道串联起来，只有制冷剂入口通道和制冷剂出口通道两个通道口；
所述热媒管设有热水入口通道和热水出口通道，每根热媒管之间通过管道串联起来，只有热水入口通道和热水出口通道两个通道；在系统运行时，管翅式蒸发器这一部件中充有制冷剂的扁平铝通道和流动热水的热媒管进行换热。
所述蒸发器采用风冷式蒸发器，蒸发器与管翅式蒸发器并联，当太阳能集热器所在的这一环路无法运行时，所在干路上的第四截止阀和第二截止阀处于运行状态，支路上所在的第一截止阀和第三截止阀停止工作，由蒸发器所含有的风机启动运行，吸入外界空气中的风量，经电加热丝加热产生具有一定速度的热风，进入风道结构，在蒸发器处实现热空气与制冷剂换热，最后将冷空气排出。
所述系统由两个循环系统组成，其中一个循环系统是由太阳能集热器、管翅式蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀所构成的循环系统，是以太阳能加热水，通过热水与制冷剂在管翅式蒸发器的换热，经过整个循环后在冷凝器中与由冷水入口通道进来的冷水换热制取热水后经过热水出口通道供给用户末端；
另一循环系统是由蒸发器、压缩机、冷凝器和节流阀所构成，该系统由风能在风道中被加热与低温制冷剂换热，经过整个循环后在冷凝器中与由冷水入口通道进来的冷水换热制取热水后经过热水出口通道供给用户末端，两个循环系统由干路、支路上的截止阀控制连接。
用于供暖的太阳能多能互补系统的运行方法：
白天太阳能集热器正常运行的方法：
当白天天气晴朗，当太阳能集热器能正常运行时，所在干路的第四截止阀和第二截止阀处于关闭状态，所在支路的第一截止阀和第三截止阀处于运行状态，此时风冷式蒸发器不参与整个系统的运行，由管翅式蒸发器所在的循环环路承担系统的整个运行，在太阳能集热器收集太阳能辐射能后加热介质，将加热后的介质通过管路输送到管翅式蒸发器，与管翅式蒸发器内的冷媒管中的制冷剂进行换热，升温后的制冷剂进入压缩机压缩，换热后热媒管中的水又回到太阳能集热器进行下一次的循环；压缩机将升温后的制冷剂压缩升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器的金属盘管内，并对冷凝器内的水进行换热，制冷剂在冷凝器内得到冷却，同时冷凝器内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的，而冷却后的制冷剂蒸汽进入节流阀进行节流降压后进入管翅式蒸发器，如此往复循环；在这一运行过程中，由于管翅式蒸发器中输送制冷剂的扁平管铝通道自身的特殊性再加上等高且最优间距的翅片的作用，提高了该管和热媒管之间的换热效率，能够将换热量达到最优，提升了整个运行系统的效率；
天气条件恶劣及晚上运行的情况：
当天气情况恶劣和晚上太阳能集热器无法正常运行时，干路上的第四截止阀和第二截止阀处于运行状态，支路上的第一截止阀和第三截止阀处于关闭状态，这时由风冷式蒸发器所在的环路开始运行，风机处于启动状态，吸入外界空气中的风量，经电加热丝加热产生具有一定速度的热风，进入风道结构，在蒸发器内实现热空气与低温制冷剂换热，最后将冷空气排出，使低温低压的液态制冷剂在蒸发器内蒸发，蒸发吸热后的制冷剂由低压液态成为低压气体并进入压缩机内进行压缩做功成为高温高压气体进入冷凝器与冷水进行冷凝换热，制取一定温度的热水供给用户末端，低温高压的制冷剂液体流经节流阀通过节流降压后成液态流入蒸发器，完成整个工质的循环。
本发明有如下有益效果：
1、本发明有两个工质循环回路，可满足系统的多能互补运行，充分利用了可再生能源。在管翅式蒸发器中，用扁平铝通道依次串联后水平布置构成的输送液态工质的冷媒管因周围布置的等高且间距最优的翅片而提高了冷媒管的吸热效率，可充分吸收热量，减少蒸发器内的热量不能及时充分的吸收而造成流失浪费。
2、本发明与冷媒管对应的用来输送热水的热媒管周围也布有等高且间距最优的翅片来增大热媒管的换热面积，加大与冷媒管的换热效率，提高系统的经济性和运行效率。
3、本发明另外该系统还可确保全天候，气候恶劣条件下正常运行，当太阳能集热器不能正常运行时，通过截止阀的作用，风冷式蒸发器所在的循环环路开启运行，在满足用户供热需求的同时也能充能利用自然资源，降低运行成本，提高系统运行效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明太阳能供暖多能互补系统原理图。
图2为本发明管翅式蒸发器图。
图3为本发明管翅式蒸发器局部详图。
图中：1太阳能集热器、2管翅式蒸发器、3扁平管铝通道、4第一截止阀、5蒸发器、6节流阀、7压缩机、8冷凝器、9热水出口通道、10冷水进口通道、11热水入口通道、12热水出口通道、13制冷剂出口通道、14制冷剂入口通道、15翅片、16热媒管、17第四截止阀、18第二截止阀、19第三截止阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
实施例1：
如图1-3所示，一种用于供暖的太阳能多能互补系统，它包括太阳能集热器1，所述太阳能集热器1的出口依次串联管翅式蒸发器2、第一截止阀4并与蒸发器5并联后，再与压缩机7、冷凝器8和节流阀6串联；节流阀6之后并联有两条通道，其中一条通道通过第二截止阀18与蒸发器5入口相连，另一条通道通过第三截止阀19与管翅式蒸发器2入口相连，管翅式蒸发器2与太阳能集热器1的入口相连；所述蒸发器5的出口通过第四截止阀17与压缩机7的入口相连；所述冷凝器8上连通有热水出口通道9和冷水进口通道10。通过采用上述系统，本系统可有效提高蒸发器内冷煤管的热量吸收率，加大冷热煤管之间的换热量，提高整个系统的运行效率，具有更好的经济性。另外还可以全天候运行，当因天阴下雨或者晚上太阳能集热器无法集热或者集热效率低无法满足整个系统运行时，由风冷式蒸发器所在的环路开始运行，满足用户的供热需求。
进一步的，所述管翅式蒸发器2是由间隔布置的扁平管铝通道3和热媒管16构成，相邻的扁平管铝通道3之间通过管道依次串联，相邻的热媒管16之间通过管道依次串联；所述扁平管铝通道3用于通入液态工质；所述热媒管16用于通入热水并与扁平管铝通道3内部的液态工质进行换热。
进一步的，所述管翅式蒸发器2中的冷媒管采用扁平铝通道3来输送液态工质—制冷剂，且周围均布有间距达到最优且等高的翅片15来提高冷媒管的吸热效率，与其对应的热媒管16输送由太阳能集热器1加热后的水，与冷媒管中的制冷剂进行换热，其管周围也均布有间距达到最优且等高的翅片来增大热媒管的换热面积，提高了冷热煤管之间的换热效率。
进一步的，所述扁平管铝通道3和热媒管16的外圆周均布设置有翅片15，且翅片15的间距越小，管翅式蒸发器2换热量越大。
进一步的，所述液态工质采用制冷剂。
进一步的，所述扁平管铝通道3在部件上方水平布置，其对应的热媒管16在下方均水平布置，两者在空间上垂直，且之间有一定的间距。
进一步的，所述扁平管铝通道3设有用于流入液态工质的制冷剂入口通道14和液态工质流出的制冷剂出口通道13，每根扁平管铝通道3之间通过管道串联起来，只有制冷剂入口通道14和制冷剂出口通道13两个通道口；
进一步的，所述热媒管16设有热水入口通道11和热水出口通道12，每根热媒管16之间通过管道串联起来，只有热水入口通道11和热水出口通道12两个通道；在系统运行时，管翅式蒸发器2这一部件中充有制冷剂的扁平铝通道3和流动热水的热媒管16进行换热。
进一步的，所述蒸发器5采用风冷式蒸发器，蒸发器5与管翅式蒸发器2并联，当太阳能集热器1所在的这一环路无法运行时，所在干路上的第四截止阀17和第二截止阀18处于运行状态，支路上所在的第一截止阀4和第三截止阀19停止工作，由蒸发器5所含有的风机启动运行，吸入外界空气中的风量，经电加热丝加热产生具有一定速度的热风，进入风道结构，在蒸发器5处实现热空气与制冷剂换热，最后将冷空气排出。
进一步的，所述系统由两个循环系统组成，其中一个循环系统是由太阳能集热器1、管翅式蒸发器2、压缩机7、冷凝器8和节流阀6所构成的循环系统，是以太阳能加热水，通过热水与制冷剂在管翅式蒸发器2的换热，经过整个循环后在冷凝器8中与由冷水入口通道10进来的冷水换热制取热水后经过热水出口通道9供给用户末端；
进一步的，另一循环系统是由蒸发器5、压缩机7、冷凝器8和节流阀6所构成，该系统由风能在风道中被加热与低温制冷剂换热，经过整个循环后在冷凝器8中与由冷水入口通道10进来的冷水换热制取热水后经过热水出口通道9供给用户末端，两个循环系统由干路、支路上的截止阀控制连接。
实施例2：
用于供暖的太阳能多能互补系统的运行方法：
白天太阳能集热器正常运行的方法：
当白天天气晴朗，当太阳能集热器1能正常运行时，所在干路的第四截止阀17和第二截止阀18处于关闭状态，所在支路的第一截止阀4和第三截止阀19处于运行状态，此时风冷式蒸发器5不参与整个系统的运行，由管翅式蒸发器2所在的循环环路承担系统的整个运行，在太阳能集热器1收集太阳能辐射能后加热介质，将加热后的介质通过管路输送到管翅式蒸发器2，与管翅式蒸发器2内的冷媒管中的制冷剂进行换热，升温后的制冷剂进入压缩机7压缩，换热后热媒管中的水又回到太阳能集热器1进行下一次的循环；压缩机7将升温后的制冷剂压缩升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器8的金属盘管内，并对冷凝器8内的水进行换热，制冷剂在冷凝器8内得到冷却，同时冷凝器8内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的，而冷却后的制冷剂蒸汽进入节流阀6进行节流降压后进入管翅式蒸发器2，如此往复循环；在这一运行过程中，由于管翅式蒸发器2中输送制冷剂的扁平管铝通道3自身的特殊性再加上等高且最优间距的翅片的作用，提高了该管和热媒管之间的换热效率，能够将换热量达到最优，提升了整个运行系统的效率；
实施例3：
天气条件恶劣及晚上运行的情况：
当天气情况恶劣和晚上太阳能集热器无法正常运行时，干路上的第四截止阀17和第二截止阀18处于运行状态，支路上的第一截止阀4和第三截止阀19处于关闭状态，这时由风冷式蒸发器5所在的环路开始运行，风机处于启动状态，吸入外界空气中的风量，经电加热丝加热产生具有一定速度的热风，进入风道结构，在蒸发器5内实现热空气与低温制冷剂换热，最后将冷空气排出，使低温低压的液态制冷剂在蒸发器5内蒸发，蒸发吸热后的制冷剂由低压液态成为低压气体并进入压缩机7内进行压缩做功成为高温高压气体进入冷凝器8与冷水进行冷凝换热，制取一定温度的热水供给用户末端，低温高压的制冷剂液体流经节流阀6通过节流降压后成液态流入蒸发器5，完成整个工质的循环。

Claims (8)

1.一种用于供暖的太阳能多能互补系统，其特征在于：它包括太阳能集热器（1），所述太阳能集热器（1）的出口依次串联管翅式蒸发器（2）、第一截止阀（4）并与蒸发器（5）并联后，再与压缩机（7）、冷凝器（8）和节流阀（6）串联；节流阀（6）之后并联有两条通道，其中一条通道通过第二截止阀（18）与蒸发器（5）入口相连，另一条通道通过第三截止阀（19）与管翅式蒸发器（2）入口相连，管翅式蒸发器（2）与太阳能集热器（1）的入口相连；所述蒸发器（5）的出口通过第四截止阀（17）与压缩机（7）的入口相连；所述冷凝器（8）上连通有热水出口通道（9）和冷水进口通道（10）。
2.根据权利要求1所述的一种用于供暖的太阳能多能互补系统，其特征在于：所述管翅式蒸发器（2）是由间隔布置的扁平管铝通道（3）和热媒管（16）构成，相邻的扁平管铝通道（3）之间通过管道依次串联，相邻的热媒管（16）之间通过管道依次串联；
所述扁平管铝通道（3）用于通入液态工质；
所述热媒管（16）用于通入热水并与扁平管铝通道（3）内部的液态工质进行换热。
3.根据权利要求2所述的一种用于供暖的太阳能多能互补系统，其特征在于：所述扁平管铝通道（3）和热媒管（16）的外圆周均布设置有翅片（15），且翅片（15）的间距越小，管翅式蒸发器（2）换热量越大。
4.根据权利要求2所述的一种用于供暖的太阳能多能互补系统，其特征在于：所述液态工质采用制冷剂。
5.根据权利要求2所述的一种用于供暖的太阳能多能互补系统，其特征在于：所述扁平管铝通道（3）在部件上方水平布置，其对应的热媒管（16）在下方均水平布置，两者在空间上垂直，且之间有一定的间距；
所述扁平管铝通道（3）设有用于流入液态工质的制冷剂入口通道（14）和液态工质流出的制冷剂出口通道（13），每根扁平管铝通道（3）之间通过管道串联起来，只有制冷剂入口通道（14）和制冷剂出口通道（13）两个通道口；
所述热媒管（16）设有热水入口通道（11）和热水出口通道（12），每根热媒管（16）之间通过管道串联起来，只有热水入口通道（11）和热水出口通道（12）两个通道；在系统运行时，管翅式蒸发器（2）这一部件中充有制冷剂的扁平铝通道（3）和流动热水的热媒管（16）进行换热。
6.根据权利要求1所述的一种用于供暖的太阳能多能互补系统，其特征在于：所述蒸发器（5）采用风冷式蒸发器，蒸发器（5）与管翅式蒸发器（2）并联，当太阳能集热器（1）所在的这一环路无法运行时，所在干路上的第四截止阀（17）和第二截止阀（18）处于运行状态，支路上所在的第一截止阀（4）和第三截止阀（19）停止工作，由蒸发器（5）所含有的风机启动运行，吸入外界空气中的风量，经电加热丝加热产生具有一定速度的热风，进入风道结构，在蒸发器（5）处实现热空气与制冷剂换热，最后将冷空气排出。
7.根据权利要求1所述的一种用于供暖的太阳能多能互补系统，其特征在于：所述系统由两个循环系统组成，其中一个循环系统是由太阳能集热器（1）、管翅式蒸发器（2）、压缩机（7）、冷凝器（8）和节流阀（6）所构成的循环系统，是以太阳能加热水，通过热水与制冷剂在管翅式蒸发器（2）的换热，经过整个循环后在冷凝器（8）中与由冷水入口通道（10）进来的冷水换热制取热水后经过热水出口通道（9）供给用户末端；
另一循环系统是由蒸发器（5）、压缩机（7）、冷凝器（8）和节流阀（6）所构成，该系统由风能在风道中被加热与低温制冷剂换热，经过整个循环后在冷凝器（8）中与由冷水入口通道（10）进来的冷水换热制取热水后经过热水出口通道（9）供给用户末端，两个循环系统由干路、支路上的截止阀控制连接。
8.权利要求1-7任意一项所用于供暖的太阳能多能互补系统的运行方法，其特征在于：
白天太阳能集热器正常运行的方法：
当白天天气晴朗，当太阳能集热器（1）能正常运行时，所在干路的第四截止阀（17）和第二截止阀（18）处于关闭状态，所在支路的第一截止阀（4）和第三截止阀（19）处于运行状态，此时风冷式蒸发器（5）不参与整个系统的运行，由管翅式蒸发器（2）所在的循环环路承担系统的整个运行，在太阳能集热器（1）收集太阳能辐射能后加热介质，将加热后的介质通过管路输送到管翅式蒸发器（2），与管翅式蒸发器（2）内的冷媒管中的制冷剂进行换热，升温后的制冷剂进入压缩机（7）压缩，换热后热媒管中的水又回到太阳能集热器（1）进行下一次的循环；压缩机（7）将升温后的制冷剂压缩升温到过热蒸汽状态后，送入冷凝器（8）的金属盘管内，并对冷凝器（8）内的水进行换热，制冷剂在冷凝器（8）内得到冷却，同时冷凝器（8）内的水被加热到一定温度，此时被加热后的水将被运送到供暖末端，达到供暖的目的，而冷却后的制冷剂蒸汽进入节流阀（6）进行节流降压后进入管翅式蒸发器（2），如此往复循环；在这一运行过程中，由于管翅式蒸发器（2）中输送制冷剂的扁平管铝通道（3）自身的特殊性再加上等高且最优间距的翅片的作用，提高了该管和热媒管之间的换热效率，能够将换热量达到最优，提升了整个运行系统的效率；
天气条件恶劣及晚上运行的情况：
当天气情况恶劣和晚上太阳能集热器无法正常运行时，干路上的第四截止阀（17）和第二截止阀（18）处于运行状态，支路上的第一截止阀（4）和第三截止阀（19）处于关闭状态，这时由风冷式蒸发器（5）所在的环路开始运行，风机处于启动状态，吸入外界空气中的风量，经电加热丝加热产生具有一定速度的热风，进入风道结构，在蒸发器（5）内实现热空气与低温制冷剂换热，最后将冷空气排出，使低温低压的液态制冷剂在蒸发器（5）内蒸发，蒸发吸热后的制冷剂由低压液态成为低压气体并进入压缩机（7）内进行压缩做功成为高温高压气体进入冷凝器（8）与冷水进行冷凝换热，制取一定温度的热水供给用户末端，低温高压的制冷剂液体流经节流阀（6）通过节流降压后成液态流入蒸发器（5），完成整个工质的循环。
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