CN115727569B - 一种太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置，属于暖通技术领域，其包括土壤换热器。太阳能补偿体系，与土壤换热器单向连通。全反射聚光器聚光至发生器，发生器内太阳光线被吸热体吸收，吸热体加热盐溶液沸腾，在气液分离器蒸汽进入套管换热器冷凝进入蒸发器。高温盐溶液通过合流器进入吸收器。吸收器内浓溶液被换热器降温，吸收蒸发器内的盐溶液蒸汽，并通过单向连通管进入发生器。土壤源热泵可以从土壤、吸收器、套管冷凝器等中吸热，实现了对土壤源热泵的能量补充，使其整体实现利用聚光技术实现高温热源驱动吸收式制冷循环从空气中吸热，实现从太阳能及空气能中补热的作用。

Description

一种太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置

技术领域

本发明属于暖通技术领域，具体地说，涉及太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置。

背景技术

土壤源热泵使用时需要在较长时间段内保证在土壤中吸取的热量和排放的热量的平衡，否则会导致土壤的冷堆积或热堆积，这会导致土壤源热泵性能的下降。在我国寒冷地区，由于冬季漫长寒冷，夏季短促低温，这导致土壤源热泵冬季在土壤中汲取的热量过多，夏季往土壤中排放的热量过少，这极易导致冷堆积，限制了土壤源热泵的使用。目前，常用的解决这一问题的方式是在冬季应用燃煤锅炉或电等进行辅助加热，这导致了碳排放的增加。

为了解决这一问题，本发明专利提出了一种利用太阳能及空气能的土壤源热泵性能提升装置，该装置可以很好的解决土壤冷堆积的问题。该装置通过聚光产生高温热源，利用高温热源驱动吸收式制冷循环从空气中吸收热量，并且将吸收式制冷循环过程中冷凝器及吸收器中的热量用来补充土壤源热泵蒸发器吸收的热量。该装置具有补热量大，无运动部件，结构简单的特点，可以在不增加碳排放的情况下解决寒冷地区土壤源热泵冷堆积的问题。

有鉴于此特提出本发明。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

一种太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置，包括。

土壤换热器。

太阳能补偿体系，与土壤换热器单向连通，所述土壤换热器和太阳能补偿体系共同覆土设置于地下，且太阳能补偿体系上方局部呈通光状态。

蒸发器，位于地表设置，且蒸发器一侧连通有套管换热器，所述套管换热器与土壤换热器共同连通热用户，配合套管换热器与土壤换热器之间连通的太阳能补偿体系形成单向供暖闭环。

气液分离器，用于太阳能补偿体系与多组套管换热器之间的热能中转与连通。

作为本发明的进一步方案：所述太阳能补偿体系包括埋设与地下的发生器与吸收器，且发生器的上方安装连通有用于对其进行光线折射聚光的全反射聚光器，所述发生器与吸收器之间通过单向连通管保持底部的连通状态。

作为本发明的进一步方案：所述发生器与吸收器的内部均填充有盐溶液，所述吸收器内的盐溶液中完全浸没设置有用于土壤换热器和若干套管换热器保持连通的溶液换热器。

作为本发明的进一步方案：所述热用户包括有受热端与供热端，所述受热端包括用于内循环的水泵，所述受热端与供热端处设置有冷凝器，所述供热端的两端分别与土壤换热器和多个套管换热器之间保持连通状态，且供热端的两端设置有用于增压的压缩机及控制压力变化的节流阀。

作为本发明的进一步方案：所述发生器的顶部通过贯穿设置的输送管与气液分离器连通，所述气液分离器的底部连通有合流器，所述气液分离器的顶部通过若干套管换热器与蒸发器保持连通。

作为本发明的进一步方案：所述气液分离器包括相互连通的第一疏水仓和第二疏水仓，所述第一疏水仓的上表面贯穿设置有若干用于连通套管换热器的出气口，所述第二输水舱的右侧面贯穿安装有用于与输送管连通的混合口，所述第一疏水仓与第二疏水仓的底部共同连通在合流器的表面。

作为本发明的进一步方案：所述蒸发器的内部通过蒸汽输送管与吸收器保持连通，所述发生器内的盐溶液均匀混杂有若干吸热体。

作为本发明的进一步方案：所述第二疏水仓的上表面安装有封座，且封座的表面配合密封滑动有阀板，所述第二疏水仓的表面安装有电动伸缩杆，且电动伸缩杆的顶端与第二疏水仓的一侧安装，所述混合口与若干个出气口的表面均设置有蝶阀，所述第一疏水仓与第二疏水仓之间连通处设置有滤芯。

有益效果：

太阳光线经全反射聚光器被导入发生器，在发生器内太阳光线被吸热体吸收，吸热体升温加热发生器内的盐溶液，盐溶液沸腾，并通过蒸汽输送管被输送到气液分离器，在气液分离器内，水蒸汽从上部管道进入套管换热器被冷凝成液体水，并进入蒸发器。高温盐溶液在气液分离器散失水分后变为浓溶液，并通过合流器进入吸收器。吸收器内浓溶液被换热器降温，吸收蒸发器内的水蒸汽，并通过单向连通管进入发生器。蒸发器内的冷凝水蒸发，从空气中吸热。在土壤源热泵循环中，土壤源热泵可以从土壤、吸收器、套管冷凝器中吸热，实现了对土壤源热泵的能量补充，使其整体实现利用聚光技术实现高温热源驱动吸收式制冷循环，进而可以实现从空气中吸热，实现了土壤源热泵同时从太阳能及空气能中补热的作用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

在附图中：

图1为本发明截面状态的原理展示图；

图2为本发明热用户的截面结构示意图；

图3为本发明太阳能补偿体系截面结构示意图；

图4为本发明气液分离器立体的结构示意图；

图5为本发明气液分离器立体的剖面结构示意图；

图6为本发明第一疏水仓立体的剖面结构示意图。

图中：1、太阳能补偿体系；11、发生器；12、吸收器；13、单向连通管；14、全反射聚光器；15、溶液换热器；16、输送管；17、吸热体；2、热用户；21、冷凝器；22、受热端；23、供热端；24、水泵；3、气液分离器；31、第一疏水仓；32、第二疏水仓；33、封座；34、阀板；35、电动伸缩杆；36、混合口；37、出气口；38、滤芯；39、蝶阀；4、合流器；5、蒸发器；6、套管换热器；7、蒸汽输送管；8、土壤换热器；9、压缩机；10、节流阀。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明。

实施例一

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：一种太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置，包括。

土壤换热器8。

太阳能补偿体系1，与土壤换热器8单向连通，土壤换热器8和太阳能补偿体系1共同覆土设置于地下，且太阳能补偿体系1上方局部呈通光状态。

蒸发器5，位于地表设置，且蒸发器5一侧连通有套管换热器6，套管换热器6与土壤换热器8共同连通热用户2，配合套管换热器6与土壤换热器8之间连通的太阳能补偿体系1形成单向供暖闭环。

气液分离器3，用于太阳能补偿体系1与多组套管换热器6之间的热能中转与连通。

太阳光线经全反射聚光器14被导入发生器11，在发生器11内太阳光线被吸热体17吸收，吸热体17升温加热发生器11内的盐溶液，盐溶液沸腾，在发生器11内出现沸腾时，内部呈现高压，使其压力的增压作用下，内部的盐溶液通过输送管16被输送到气液分离器3，在气液分离器3内高温盐溶液的蒸汽进入套管换热器6被冷凝成水，并进入蒸发器5。高温盐溶液在气液分离器3散失水分后变为浓溶液，并通过合流器4进入吸收器12。吸收器12内浓溶液被换热器降温，吸收蒸发器5内的水蒸汽，并通过单向连通管13进入发生器11。蒸发器5内的冷凝水蒸发，从空气中吸热。在土壤源热泵循环中，土壤源热泵可以从土壤、吸收器12、套管冷凝器21中吸热，实现了对土壤源热泵的能量补充，使其整体实现利用聚光技术实现高温热源驱动吸收式制冷循环，进而可以实现从空气中吸热，实现了土壤源热泵同时从太阳能及空气能中补热的作用。

在上述过程中，蒸汽在套管换热器6内部冷凝成水后汇聚到蒸发器5内，当蒸发器5内部冷凝水出现蒸发时，从周围环境中吸收热量，这个过程中蒸发的能量吸收的是空气的热量，其通过蒸汽输送管7进入到吸收器12内，与其内部浓度较高的盐溶液混合。

在进一步的运作过程中，基于吸收器12内不断补充的溶液，吸收器12与发生器11通过底部的单向连通管13实现连通，同时能够防止液体回流，确保溶液实现整体循环回流。

在整体供热循环的过程中，制冷工质通过经过土壤换热器8、溶液换热器15和套管换热器6进行换热后的介质输送到压缩机9进口端，通过压缩机9压缩后输送向冷凝器，完成换热后再通过节流阀10输送回土壤换热器8中。

综上我们可知，本方案通过将土壤换热器8、溶液换热器15和套管换热器6顺序串联，实现了对热泵循环工质的逐级升温加热，实现了能量梯级利用，极大提高了热能的利用效率。并且通过太阳能驱动吸收式制冷循环，实现了利用太阳能及空气能对地源热泵蒸发器进行补热的作用，有效的解决了季节变化所造成的土壤冷堆积情况的出现。

具体的，如图1和图3所示：太阳能补偿体系1包括埋设与地下的发生器11与吸收器12，且发生器11的上方安装连通有用于对其进行光线折射聚光的全反射聚光器14，发生器11与吸收器12之间通过单向连通管13保持底部的连通状态。

通过设置全反射聚光器14，全反射聚光器14能够在使用时保持多个方向光源的光线引导与聚光的效果，通过设置单向连通管13，单向连通管13能够防止发生器11内部的盐溶液逆向进入到吸收器12内，且能够保持内部很好的液位平衡的效果。

具体的，如图3所示：发生器11与吸收器12的内部均填充有盐溶液，吸收器12内的盐溶液中完全浸没设置有用于土壤换热器8和若干套管换热器6保持连通的溶液换热器15。

通过设置溶液换热器15，沸腾状态的液体通过气液分离器3进入到吸收器12内部，此时就可以通过溶液换热器15进行热交换操作。

通过设置套管换热器6，套管换热器6数量为至少一个以及多个，通过气液分离器3能够调节对应连通的套管换热器6，使其能够实现交替的使用以及维护，因为套管换热器6为地面设置，多组之间交替使用能够保障整体维持运作同时进行维护。

具体的，如图2所示：热用户2包括受热端22与供热端23，受热端22包括用于内循环的水泵24，受热端22与供热端23处设置有冷凝器21，供热端23的两端分别与土壤换热器8和多个套管换热器6之间保持连通状态，且供热端23的两端设置有用于增压的压缩机9及控制压力变化的节流阀10。

具体的，如图1所示：发生器11的顶部通过贯穿设置的输送管16与气液分离器3连通，气液分离器3的底部连通有合流器4，气液分离器3的顶部通过若干套管换热器6与蒸发器5保持连通。

通过设置气液分离器3，气液分离器3能够保持将蒸汽与热水分离，使其分别进入到套管换热器6以及吸收器12内，通过设置合流器4，合流器4能够实现针对于多流量的汇聚传输。

具体的，如图4所示：气液分离器3包括相互连通的第一疏水仓31和第二疏水仓32，第一疏水仓31的上表面贯穿设置有若干用于连通套管换热器6的出气口37，第二输水舱的右侧面贯穿安装有用于与输送管16连通的混合口36，第一疏水仓31与第二疏水仓32的底部共同连通在合流器4的表面。第二疏水仓32的上表面安装有封座33，且封座33的表面配合密封滑动有阀板34，第二疏水仓32的表面安装有电动伸缩杆35，且电动伸缩杆35的顶端与第二疏水仓32的一侧安装，混合口36与若干个出气口37的表面均设置有蝶阀39，第一疏水仓31与第二疏水仓32之间连通处设置有滤芯38。

在使用时，通过混合口36与输送管16连通，通过电动伸缩杆35顶升阀板34滑动在封座33的内壁，使其混合口36处于连通状态，随即混合口36内部的蒸汽与盐溶液混杂进入，并在第二疏水仓32的位置进行一次分离，此时部分水流沉积在第二疏水仓32的底部，且蒸汽与少许过量盐溶液进入到第一疏水仓31，在穿过滤芯38后残余盐溶液通过第一疏水仓31的底部排出，蒸汽通过对应出气口37进入到对应的套管换热器6内，通过调节蝶阀39能够进行整体的通断进行控制。

当阀板34关闭时，蒸汽与盐溶液均通过第二疏水仓32就进入到吸收器12内。

具体的，如图1和图3所示：蒸发器5的内部通过蒸汽输送管7与吸收器12保持连通，发生器11内的盐溶液均匀混杂有若干吸热体17。

通过设置吸热体17，吸热体17能够针对于聚集的光线进行吸热，使其能够在吸热后进行发热，更好的对发生器11内部的盐溶液进行加热操作。

结合上述内容，可以引申出如下特点：

a、利用聚光技术实现高温热源驱动吸收式制冷循环，进而可以实现从空气中吸热，实现了土壤源热泵同时从太阳能及空气能中补热的作用。

b、整个装置热端均在土壤中气液分离器3也可以设置在土壤中，装置散失的热量可以对土壤补热，也可以增加热泵性能。

c、土壤源热泵蒸发器5被分成3部分，实现在太阳能及空气能吸收器12、套管换热器6中补热，并在土壤土壤换热器8中吸热的目的。因此在阴天也可以运行。

d、吸收式制冷循环中不消耗额外能量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (1)

1.一种太阳能全反射聚光吸收式土壤源热泵性能增强装置，其特征在于，包括；

土壤换热器（8）；

太阳能补偿体系（1），与土壤换热器（8）和太阳能补偿体系（1）共同覆土设置于地下，且太阳能补偿体系（1）上方局部呈通光状态；

所述太阳能补偿体系（1）包括埋设与地下的发生器（11）与吸收器（12），且发生器（11）的上方安装连通有用于对其进行光线折射聚光的全反射聚光器（14），所述发生器（11）与吸收器（12）之间通过单向连通管（13）保持底部的连通状态；

所述发生器（11）与吸收器（12）的内部均填充有盐溶液，所述吸收器（12）内的盐溶液中完全浸没设置有用于土壤换热器（8）和若干套管换热器（6）保持连通的溶液换热器（15）；

所述发生器（11）的顶部通过贯穿设置的输送管（16）与气液分离器（3）连通，所述气液分离器（3）的底部连通有合流器（4），所述气液分离器（3）的顶部通过若干套管换热器（6）与蒸发器（5）保持连通；

所述气液分离器（3）包括相互连通的第一疏水仓（31）和第二疏水仓（32），所述第一疏水仓（31）的上表面贯穿设置有若干用于连通套管换热器（6）的出气口（37），所述第二疏水仓的右侧面贯穿安装有用于与输送管（16）连通的混合口（36），所述第一疏水仓（31）与第二疏水仓（32）的底部共同连通在合流器（4）的表面；

所述第二疏水仓（32）的上表面安装有封座（33），且封座（33）的表面配合密封滑动有阀板（34），所述第二疏水仓（32）的表面安装有电动伸缩杆（35），且电动伸缩杆（35）的顶端与第二疏水仓（32）的一侧安装，所述混合口（36）与若干个出气口（37）的表面均设置有蝶阀（39），所述第一疏水仓（31）与第二疏水仓（32）之间连通处设置有滤芯（38）；

蒸发器（5），位于地表设置，且蒸发器（5）一侧连通有套管换热器（6），所述套管换热器（6）与土壤换热器（8）共同连通热用户（2），配合套管换热器（6）与土壤换热器（8）之间连通的太阳能补偿体系（1）形成单向供暖闭环；

所述蒸发器（5）的内部通过蒸汽输送管（7）与吸收器（12）保持连通，所述发生器（11）内的盐溶液均匀混杂有若干吸热体（17）；

所述热用户（2）包括受热端（22）与供热端（23），所述受热端（22）包括用于内循环的水泵（24），所述受热端（22）与供热端（23）处设置有冷凝器（21），所述供热端（23）的两端分别与土壤换热器（8）和多个套管换热器（6）之间保持连通状态，且供热端（23）的两端设置有用于增压的压缩机（9）及控制压力变化的节流阀（10）；

气液分离器（3），用于太阳能补偿体系（1）与多组套管换热器（6）之间的热能中转与连通。