CN202613559U - 太阳能热源塔热泵复合供热装置 - Google Patents

Abstract

太阳能热源塔热泵复合供热装置，其包括热源塔热泵供热系统、太阳能集热器供热系统、相变储热系统、相变供热系统。本实用新型安装方便、结构紧凑、集成率高，适用范围广，可广泛使用在各种需要供热的场所；热能利用率高、光热转换强。

Description

太阳能热源塔热泵复合供热装置

技术领域

本实用新型涉及一种将太阳能与空气能结合利用的复合供热装置，能够同时吸收太阳能与低位空气热能，在晴天储存利用太阳能、吸收低位空气热能，阴天同时利用太阳能与低位空气热能的太阳能热源塔热泵复合供热装置。

背景技术

目前，国内民用日常热水供应、冬季空调热水供应及工农业日常供热（如粮食烘干、服装干蒸、大棚保暖等）的热量制备主要采用锅炉及各类热泵来进行。而燃煤、燃油、燃气锅炉的广泛使用不可避免地向环境排放大量CO₂及氮化物、硫化物，从而造成温室效应与环境污染。电锅炉能耗大，效率低，经济性差。同时，随着各类不可再生的石化能源的短缺，锅炉的使用费用日益高昂。各种热泵（空气源、水源、土壤源热泵等）都有其自身缺陷：空气源热泵冬季换热效率较低；水源热泵对水源环境要求较高；土壤源热泵初投资高，受场地条件限制。这些都制约了此类热泵的广泛使用。

太阳能是一种可再生能源，地球上的风能、水能及化石能源从根本上来说都是来自于太阳能，其取之不尽用之不竭。我国太阳能资源丰富，2/3以上的国土面积年日照在2000h以上，年平均辐射量超过60×10⁴kJ/cm²。由于太阳能自身有着不可避免的缺点如能流密度低，强度受各种因素（如季节、地点、气候等）的影响而不能维持常量，太阳能的有效利用受到较大的限制。在阴天及冬季为满足所需热量，需要较大面积的太阳能集热器，从而太阳能供热未能得到广泛的应用推广。

热源塔热泵作为一种新型的热源提供形式，有效地利用了空气的热能，它吸收空气低位热能与空气中水蒸气的凝结热（显热与潜热），为系统提供热源。热源塔体积小，施工安装方便，对使用环境要求低，可以广泛灵活应用在各种需要供热的场所。但是，现有热源塔夜间使用换热效率低，冬季使用换热不足，冬季运行过程需要使用防冻液等，导致热源塔的推广使用也受到限制。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有热源塔自身换热缺陷，避免太阳能集热器体积大、效率低的缺点，提供一种能够同时利用太阳能与低位空气热能的太阳能热源塔热泵复合供热装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：太阳能热源塔热泵复合供热装置，包括热源塔热泵供热系统、太阳能集热器供热系统、相变储热系统、相变供热系统；

所述热源塔热泵供热系统包括热源塔、介质循环泵Ⅰ和热泵机组，热源塔包括机体、热源塔换热器、防冻液喷淋系统，介质循环泵Ⅰ安装在热泵机组热源侧入口处的主管道Ⅰ上，所述主管道Ⅰ一端与热泵机组一端连接，主管道Ⅰ另一端分别通过不同分支管道与热源塔换热器的出口、相变储热罐的吸热管出口和太阳能集热器的出口连接，热泵机组另一端与主管道Ⅱ一端连接，主管道Ⅱ另一端分别通过不同分支管道与热源塔换热器的进口、相变储热罐的吸热管进口和太阳能集热器的进口连接；在主管道Ⅱ与热源塔换热器的进口相连的分支管道上安装有流量阀Ⅰ，在主管道Ⅰ与热源塔换热器的出口相连的分支管道上安装有流量阀Ⅱ，流量阀Ⅰ和流量阀Ⅱ用于控制通过热源塔换热器的介质流量； 

所述太阳能集热器供热系统包括太阳能集热器和热泵机组、介质循环泵Ⅰ, 太阳能集热器的进口与主管道Ⅱ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅲ，太阳能集热器的出口与主管道Ⅰ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅳ，通过流量阀Ⅲ和流量阀Ⅳ可控制通过太阳能集热器的介质流量； 

所述相变储热系统包括太阳能集热器、相变储热罐和介质循环泵Ⅱ, 相变储热罐内部设有吸热管、储热管和相变储热材料，太阳能集热器的出口通过次管道Ⅰ与相变储热罐的储热管入口相连，太阳能集热器的入口与相变储热罐的储热管出口通过次管道Ⅱ相连，介质循环泵Ⅱ安装在次管道Ⅰ上，流量阀Ⅴ安装在次管道Ⅱ上，流量阀Ⅵ安装在次管道Ⅰ上，通过流量阀Ⅴ和流量阀Ⅵ，可控制通过相变储热器的储热管的介质流量；

所述相变供热系统包括相变储热罐、热泵机组、介质循环泵Ⅰ，相变储热罐的吸热管进口与主管道Ⅱ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅶ，相变储热罐的吸热管出口与主管道Ⅰ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅷ，通过流量阀Ⅶ和流量阀Ⅷ，可控制通过相变储热罐的吸热管的流量。

进一步，所述热源塔热泵供热系统还包括变频风机，变频风机水平安装在热源塔上部的垂直风筒内。

进一步，防冻液喷淋系统由溶液池、过滤浓缩机、防冻液循环泵、防冻液喷嘴组成，溶液池位于热源塔机体内部、热源塔换热器下方，过滤浓缩机位于溶液池下方，过滤浓缩机通过管道与溶液池相连，防冻液循环泵位于溶液池下方、过滤浓缩机一侧，防冻液循环泵通过管道与过滤浓缩机相连，防冻液喷嘴安装在热源塔换热器上方的水平管道上，防冻液喷嘴通过管道与防冻液循环泵相连。

在太阳高辐射量情况下，本实用新型通过太阳能集热器直接吸收太阳光能转换为热能，一部分直接作为系统热源，另一部分存储在相变储热罐中作为太阳能辐射量低时系统热量的补充，同时，通过热源塔换热器吸收空气中的低位热能（即从热泵机组流出的低温循环介质在热源塔换热器管道内流动，通过与流过换热器外部的高温高湿空气进行换热，一方面直接换热吸收高温高湿空气中的显热，另一方面吸收高温高湿空气中水蒸气结露散发出的汽化潜热，热源塔换热器所吸收的热量为两者之和），与吸收的太阳热能一起提供给系统作为热源。使用本实用新型，能够同时吸收太阳热能与空气热能，有效地避免了太阳能集热器与热源塔的缺陷和不足，极大地提高了太阳能的吸收利用率和热源塔的工作效率，在不产生任何环境污染的同时为各类热能利用场所提供可靠而稳定的热源。

本实用新型通过将太阳能集热器与热源塔、热泵、相变储热罐结合在一起，同时吸收利用太阳能与空气热能，与现有的单独太阳能供热系统和热源塔热泵系统比较，本实用新型能够减少太阳能集热器面积，提高热源塔热泵效率，能够减少石化燃料锅炉的使用及电锅炉的利用，最终实现无污染和不需电辅地进行供热。

本实用新型安装方便，结构紧凑，集成率高，适用范围广，可广泛使用在各种需要供热的场所；热能利用率高，光热转换强，综合经济指标较高，可根据外界气候情况的不同而自动切换取热来源从而获得供热效率的最大化。

附图说明

图1为本实用新型太阳能热源塔热泵复合供热装置示意图；

图2本实用新型管道系统连接示意图；

图3为本实用新型相变储热罐内部结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

参照附图，本实施例包括热源塔热泵供热系统、太阳能集热器供热系统、相变储热系统、相变供热系统；

所述热源塔热泵供热系统S1包括热源塔、介质循环泵ⅠP1和热泵机组F1，热源塔包括机体T、热源塔换热器F6、防冻液喷淋系统、变频风机F2，介质循环泵ⅠP1安装在热泵机组F1热源侧入口处的主管道ⅠL1上，所述主管道ⅠL1一端与热泵机组F1一端连接，主管道ⅠL1另一端分别通过不同分支管道与热源塔换热器F6的出口G2、相变储热罐F4的吸热管出口G8和太阳能集热器F3的出口G4连接，热泵机组F1另一端与主管道ⅡL1′一端连接，主管道ⅡL1′另一端分别通过不同分支管道与热源塔换热器F6的进口G1、相变储热罐F4的吸热管进口G7和太阳能集热器F3的进口G3连接；在主管道ⅡL1′与热源塔换热器F6的进口G1相连的分支管道上安装有流量阀ⅠV1，在主管道ⅠL1与热源塔换热器F6的出口G2相连的分支管道上安装有流量阀ⅡV1′，流量阀ⅠV1和流量阀ⅡV1′用于控制通过热源塔换热器F6的介质流量；防冻液喷淋系统由溶液池R、过滤浓缩机N、防冻液循环泵B、防冻液喷嘴Z组成，溶液池R位于热源塔机体T内部、热源塔换热器F6下方，过滤浓缩机N位于溶液池R下方，过滤浓缩机N通过管道与溶液池R相连，防冻液循环泵B位于溶液池R下方、过滤浓缩机N一侧，防冻液循环泵B通过管道与过滤浓缩机N相连，防冻液喷嘴Z安装在热源塔换热器F6上方的水平管道上，防冻液喷嘴Z通过管道与防冻液循环泵B相连；变频风机F2水平安装在热源塔上部的垂直风筒K内。

所述太阳能集热器供热系统S2包括太阳能集热器F3和热泵机组F1、介质循环泵ⅠP1, 太阳能集热器F3的进口G3与主管道ⅡL1′相连的分支管道上安装有流量阀ⅢV2，太阳能集热器F3的出口G4与主管道ⅠL1相连的分支管道上安装有流量阀ⅣV2′，通过流量阀ⅢV2和流量阀ⅣV2′可控制通过太阳能集热器F3的介质流量； 

所述相变储热系统S3包括太阳能集热器F3、相变储热罐F4和介质循环泵ⅡP2, 相变储热罐F4内部设有吸热管 F4-1、储热管F4-2和相变储热材料F4-3，太阳能集热器F3的出口G4通过次管道ⅠL2与相变储热罐F4的储热管入口G5相连，太阳能集热器F3的入口G3与相变储热罐F4的储热管出口G6通过次管道ⅡL2′相连，介质循环泵ⅡP2安装在次管道ⅠL2上，流量阀ⅤV3安装在次管道ⅡL2′上，流量阀ⅥV3′安装在次管道ⅠL2上，通过流量阀ⅤV3和流量阀ⅥV3′，可控制通过相变储热器F4的储热管的介质流量；

所述相变供热系统S4包括相变储热罐F4、热泵机组F1、介质循环泵ⅠP1，相变储热罐F4的吸热管进口G7与主管道ⅡL1′相连的分支管道上安装有流量阀ⅦV4，相变储热罐F4的吸热管出口G8与主管道ⅠL1相连的分支管道上安装有流量阀ⅧV4′，通过流量阀ⅦV4和流量阀ⅧV4′，可控制通过相变储热罐F4的吸热管的流量。

太阳辐射强烈时，开启流量阀ⅠV1、流量阀ⅡV1′、流量阀ⅢV2和流量阀ⅣV2′，关闭流量阀ⅤV3、流量阀ⅥV3′、流量阀ⅦV4和流量阀ⅧV4′；换热介质流过太阳能集热器F3与热源塔换热器F6，在太阳能集热器F3与热源塔换热器F6内吸收热量温度升高，经过介质循环泵ⅠP1加压进入热泵机组F1，将低位热能传递给热泵机组F1后，再次进入太阳能集热器F3与热源塔换热器F6进行循环。此时，热源塔热泵供热系统S1与太阳能集热器供热系统S2同时工作供热。在太阳能集热器F3内介质温度超过55℃时，降低热源塔的变频风机F2转速，调节流量阀ⅠV1和流量阀ⅡV1′，以减少热源塔换热器介质流量；调节流量阀ⅢV2和流量阀ⅣV2′，以增加太阳能集热器介质流量。此时，太阳能集热器F3供热系统起主导作用。在太阳能集热器F3内介质温度超过65℃时，关闭流量阀ⅠV1、流量阀ⅡV1′及热源塔的变频风机F2，系统热量由太阳能集热器供热系统S2提供。

太阳辐射一般时，开启流量阀ⅠV1、流量阀ⅡV1′、流量阀ⅦV4和流量阀ⅧV4′，关闭流量阀ⅢV2、流量阀ⅣV2′、流量阀ⅤV3和流量阀ⅥV3′。换热介质在热源塔内吸收空气低温热源中的热量后提供给热泵机组F1，同时，另一部分换热介质在介质循环泵ⅡP2的作用下，在太阳能集热器F3中吸收热量温度升高后进入相变储热罐F4中，将热量储存起来。此时，热源塔热泵供热系统S1与相变储热系统S3同时工作。当相变储热罐F4内相变材料温度升高到45℃时，开启流量阀ⅤV3和流量阀ⅥV3′，部分换热介质流过相变储热罐F4吸收相变储热材料的热量，相变供热系统S4开始与热源塔热泵供热系统S1同时工作。当流出相变储热罐的换热介质温度低于32℃时，关闭流量阀ⅤV3和流量阀ⅥV3′，再次进行相变储热。

太阳辐射较弱时，开启流量阀ⅠV1、流量阀ⅡV1′、流量阀ⅤV3和流量阀ⅥV3′，关闭流量阀ⅢV2、流量阀ⅣV2′、流量阀ⅦV4和流量阀ⅧV4′，热泵机组F1吸收的热量全部由热源塔提供。部分换热介质在太阳能集热器F3与相变储热罐F4之间自循环，将热量传递给相变材料。此时，热源塔热泵供热系统S1与相变储热系统S3同时运行。 

Claims (3)

1.太阳能热源塔热泵复合供热装置，其特征在于，包括热源塔热泵供热系统、太阳能集热器供热系统、相变储热系统、相变供热系统；

所述热源塔热泵供热系统包括热源塔、介质循环泵Ⅰ和热泵机组，热源塔包括机体、热源塔换热器、防冻液喷淋系统，介质循环泵Ⅰ安装在热泵机组热源侧入口处的主管道Ⅰ上，所述主管道Ⅰ一端与热泵机组一端连接，主管道Ⅰ另一端分别通过不同分支管道与热源塔换热器的出口、相变储热罐的吸热管出口和太阳能集热器的出口连接，热泵机组另一端与主管道Ⅱ一端连接，主管道Ⅱ另一端分别通过不同分支管道与热源塔换热器的进口、相变储热罐的吸热管进口和太阳能集热器的进口连接；在主管道Ⅱ与热源塔换热器的进口相连的分支管道上安装有流量阀Ⅰ，在主管道Ⅰ与热源塔换热器的出口相连的分支管道上安装有流量阀Ⅱ，流量阀Ⅰ和流量阀Ⅱ用于控制通过热源塔换热器的介质流量； 

所述太阳能集热器供热系统包括太阳能集热器和热泵机组、介质循环泵Ⅰ, 太阳能集热器的进口与主管道Ⅱ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅲ，太阳能集热器的出口与主管道Ⅰ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅳ； 

所述相变储热系统包括太阳能集热器、相变储热罐和介质循环泵Ⅱ, 相变储热罐内部设有吸热管、储热管和相变储热材料，太阳能集热器的出口通过次管道Ⅰ与相变储热罐的储热管入口相连，太阳能集热器的入口与相变储热罐的储热管出口通过次管道Ⅱ相连，介质循环泵Ⅱ安装在次管道Ⅰ上，流量阀Ⅴ安装在次管道Ⅱ上，流量阀Ⅵ安装在次管道Ⅰ上；

所述相变供热系统包括相变储热罐、热泵机组、介质循环泵Ⅰ，相变储热罐的吸热管进口与主管道Ⅱ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅶ，相变储热罐的吸热管出口与主管道Ⅰ相连的分支管道上安装有流量阀Ⅷ。

2.根据权利要求1所述的太阳能热源塔热泵复合供热装置，其特征在于，所述热源塔热泵供热系统还包括变频风机，变频风机水平安装在热源塔上部的垂直风筒内。

3.根据权利要求1或2所述的太阳能热源塔热泵复合供热装置，其特征在于，防冻液喷淋系统由溶液池、过滤浓缩机、防冻液循环泵、防冻液喷嘴组成，溶液池位于热源塔机体内部、热源塔换热器下方，过滤浓缩机位于溶液池下方，过滤浓缩机通过管道与溶液池相连，防冻液循环泵位于溶液池下方、过滤浓缩机一侧，防冻液循环泵通过管道与过滤浓缩机相连，防冻液喷嘴安装在热源塔换热器上方的水平管道上，防冻液喷嘴通过管道与防冻液循环泵相连。

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