CN204593908U - 太阳能驱动的两用联合系统 - Google Patents

太阳能驱动的两用联合系统 Download PDF

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Abstract

一种太阳能驱动的两用联合系统，包括水循环加热装置、水循环输出装置和供电、供暖转换装置；水循环加热装置包括通过管道连接的集热器与保温水箱；水循环输出装置包括设有进口和出口的蒸发器；进口与出口与保温水箱管道连接；供电、供暖转换装置包括与蒸发器连通的输入和输出管道，输出管道并联有与切换阀连接的螺杆膨胀机和螺杆压缩机，切换阀上设有第一和第二出口管，第一出口管与散热器的一端连接，散热器另一端与蒸发器相接；第二出口管与冷却装置相连接，冷却装置的另一端与蒸发器连接；供电、供暖转换装置的连接管道内流动有工质。具有水电两用，能降低能耗，改善太阳能的间歇性与不稳定性，使接收到的太阳能得到充分利用的优点。

Description

太阳能驱动的两用联合系统
技术领域
本实用新型涉及太阳能发电和供热技术领域，具体涉及一种太阳能驱动的两用联合系统。
背景技术
太阳能作为一种环保无污染的低品位能源，已获得广泛的关注。现有的太阳能技术充分利用了太阳能高能量的特点，收集太阳能并进行光热、光电等转换，以解决一部分供暖供电问题。
然而，现有的太阳能装置只能在单一设备上进行单一使用，如太阳能热水器就只能提供热量，为水加热供洗浴使用，但是家庭中的基本用电还是不能满足；而太阳能电池板则只能单一的供电，而不能对水系统进行加热以满足家庭用水要求；所以现有单一的太阳能利用设备不能满足家庭日益多样化的需求，并且受时间、地域等的限制很大，无法长久的稳定、高效运行，同时由于太阳能设备受到季节的约束，利用率不足，容易造成设备闲置等问题(如夏季，热水需求小，太阳能热水设备处于闲置状态)。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术的上述不足，提供一种水电两用，能降低能耗，改善太阳能的间歇性与不稳定性，使接收到的太阳能得到充分利用的太阳能驱动的两用联合系统。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种太阳能驱动的两用联合系统，该系统包括加热装置、热交换装置和供电、供暖两用装置；
所述的加热装置包括集热器，保温水箱；集热器设置有出水口和进水口，保温水箱设置有第一进水口、第二进水口、第一出水口和第二出水口；所述的集热器的出水口与保温水箱的第一进水口通过管道连接，集热器的进水口与保温水箱的第一出水口通过管道连接；且集热器的进水口与保温水箱的第一出水口相互连接的管道上设置有集热循环泵；
所述的热交换装置包括蒸发器，蒸发器的上端设置有进口和出口；所述的蒸发器的进口与保温水箱的第二出水口通过管道连接，蒸发器的出口与保温水箱的第二进水口通过管道连接；
所述的供电、供暖两用装置包括与蒸发器连通的输入管道和输出管道，所述的输出管道通过管道并联有螺杆膨胀机和螺杆压缩机，所述的螺杆膨胀机和螺杆压缩机均通过一个单向阀与切换阀通过管道相连接，切换阀上设置有第一出口管和第二出口管，所述的第一出口管与散热器的一端连接，散热器的另一端与通过设有膨胀阀的管道与蒸发器相连接；所述的第二出口管与冷却装置相连接，冷却装置的另一端通过设有工质泵的管道与蒸发器连接；所述的供电、供暖两用装置的上述连接管道内流动有工质。
采用上述结构，本实用新型结合热泵、有机朗肯循环原理提出了一种太阳能驱动的两用联合系统，将太阳能转化成热能储存在循环水中，并采用低沸点有机工质，夏天通过工质的压力差推动机械装置发电，冬天利用太阳能作为热泵的蒸发器热源，提高热泵效率，并将采集到的热供给到家庭中，实现了太阳能向机械能和热能的高效转化，可用于代替其它供电和供暖设备，使两者在同一设备中实现。从而降低能耗，改善了太阳能的间歇性与不稳定性的不足，使接受到的太阳能能得到充分利用，同时减少电能损耗。以冬天为例，真空管面积只需达到27㎡，达到一定换热量，便可使热负荷为10kw·h的散热器工作24h，每天节约电约240kw·h。同样以夏季为例，白天真空管内温度达90℃，蒸发器内工质进行热交换以后温度达80℃，压强达265kpa,以选用工质R113为例，可实现每天发电10kw·h左右，且在运行过程中，工质处于密闭环境循环利用，无任何有害排放。
夏季供电系统：(1)输出装置：被真空管即太阳能集热器加热至一定温度的循环水与蒸发器中的低沸点工质进行热交换，工质在外部高温环境下受热汽化，形成高温高压气体，经过温度感应器后开关控制器打开，通过螺杆膨胀机膨胀做功，提供机械能用以发电。(2)回流装置：切换阀门使经过螺杆膨胀机的工质流向冷却装置，使工质充分冷凝液化，由工质泵将液体工质抽至上层，通过节流阀回到蒸发器中，完成一个循环。注：发出电量通过电力外供电路向外供电，发电量不足时由市电辅助供电电路补充电力。
冬季供暖系统：(1)输出装置：加热至一定温度的循环水与蒸发器中的低沸点工质进行热交换，使蒸发器中工质在外部高温环境下受热汽化，气体工质经抽气泵通过螺杆压缩机被压缩，切换阀门使工质压向散热器中，由于散热器外部环境为低温低压状态，散热器中的气体工质冷凝放热，热量用以供暖；(2)回流装置：散热器中气体工质冷凝放热后经膨胀阀回到蒸发器中，完成一整个循环。
作为优选，所述的蒸发器内部设置有盘管和多个折流板，所述的盘管沿蒸发器的长度方向延伸、弯折，且沿蒸发器的径向多层分布；所述的盘管的进口端与蒸发器的进口相连接、出口端与蒸发器的出口相连接；所述的折流板的外轮廓与蒸发器的内壁贴合固定，并与盘管长度延伸方向垂直，折流板上设有有供盘管穿过的孔，且相邻两折流板为对向设置，每个折流板的自由端与相对的蒸发器的内壁之间设置有间隙；所述的蒸发器的侧壁设置有分别与输入管道连接的输入口、与输出管道连接的输出口；采用上述结构，折流板的设置可以保证流体在壳体内曲折流动多次,增加其与盘管内的水之间的换热效果；折流板的设置还可以支撑蒸发器的管束，防止管束振动和弯曲。
作为优选，所述的保温水箱的第二出口与蒸发器连接的管道上设置有流速控制器；采用该装置可以有效的控制水的流速，有效控制供热量或发电量。
作为优选，所述的与蒸发器连通的输出管道上设置有温度感应器和开关控制器，从而通过循环水的温度有效控制开关开启。
作为优选，所述的螺杆膨胀机的末端设置有发电机,采用该结构将能量及时发电转出。；所述的螺杆压缩机的末端设置有电动机。
作为优选，所述的工质泵与蒸发器连接的管道上设置有节流阀。
作为优选，所述的膨胀阀与蒸发器相连接的管道上设置有单向阀。防止工质的倒流。
本实用新型所述的工质为三氯三氟乙烷或二氯甲烷；优选为三氯三氟乙烷；采用上述工质可以更有效的进行冷热交换，充分实现本实用新型的水电两用，能降低能耗，改善太阳能的间歇性与不稳定性，使接收到的太阳能得到充分利用的效果。
本实用新型泵的驱动能量来自电源供电。
本实用新型的上述装置流程特点：
(1)本装置夏天利用朗肯循环原理发电，冬天利用热泵原理通过散热片将热能散发至房间，达到了充分利用所收集太阳能，将太阳能跨季两用的目的。
(2)本装置采用密封管道系统，使得工质可以多次循环利用，避免产生额外经济负担或生态污染。
(3)本装置利用压力差、温度差以及工质的状态变化形成循环，以避免工作过程中消耗额外的能源。
(4)本装置利用温度感应器与单向阀，确定了各种温度的工质与水的流向，避免了用途不同的工质与水流向紊乱。
(5)本装置利用可再生的太阳能作为驱动的能源，以最经济的方式产生最大的效益。
(6)本装置根据吸收的太阳能热量的多少，通过循环水温度，由速度控制器控制蒸发器内循环水流速。
附图说明
图1本实用新型太阳能驱动的跨季两用联合系统结构示意图。
图2本实用新型太阳能驱动的跨季两用联合系统的蒸发器剖视结构示意图。
图3图2的折流板的A-A向剖视图结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细描述本实用新型，但本实用新型不仅仅局限于以下实施例。
如附图1-3所示：一种太阳能驱动的两用联合系统，该系统包括加热装置、热交换装置和供电、供暖两用装置；
所述的加热装置包括集热器1，保温水箱5；集热器设置有出水口1.1和进水口1.2，保温水箱设置有第一进水口5.1、第二进水口5.2、第一出水口5.3和第二出水口5.4；所述的集热器的出水口1.1与保温水箱的第一进水口5.1通过管道连接，集热器的进水口1.2与保温水箱的第一出水口5.3通过管道连接；且集热器的进水口1.2与保温水箱的第一出水口5.3相互连接的管道上设置有集热循环泵10；
所述的热交换装置包括蒸发器6，蒸发器的上端设置有进口6.1和出口6.2；所述的蒸发器的进口与保温水箱的第二出水口5.4通过管道连接，蒸发器的出口6.2与保温水箱的第二进水口5.2通过管道连接；
所述的供电、供暖两用装置包括与蒸发器6连通的输入管道6.3和输出管道6.4，所述的输出管道6.4通过管道并联有螺杆膨胀机14和螺杆压缩机20，所述的螺杆膨胀机14和螺杆压缩机20均通过一个单向阀(16,18)与切换阀21通过管道相连接，切换阀21上设置有第一出口管21.1和第二出口管21.2，所述的第一出口管21.1与散热器9的一端连接，散热器9的另一端与通过设有膨胀阀8的管道与蒸发器6相连接；所述的第二出口管21.2与冷却装置17相连接，冷却装置17的另一端通过设有工质泵4的管道与蒸发器6连接；所述的供电、供暖两用装置的上述连接管道内流动有工质。
本实用新型所述的蒸发器内部设置有盘管6.5和多个折流板6.6，所述的盘管沿蒸发器的长度方向延伸、弯折，且沿蒸发器的径向多层分布；所述的盘管的进口端与蒸发器的进口相连接、出口端与蒸发器的出口相连接；所述的折流板的外轮廓与蒸发器的内壁贴合固定，并与盘管长度延伸方向垂直，折流板上设有有供盘管穿过的孔6.7，且相邻两折流板为对向设置(即如图2所示，一个折流板与蒸发器的内壁固定连接，而与之相邻的另一个的折流板则与蒸发器与上一个折流板相对的一侧内壁相连接，且长度方向交错，并与不连接的内壁设有一定的间隙或距离，方便工质流通、弯折)，每个折流板的自由端与相对的蒸发器的内壁之间设置有间隙；所述的蒸发器的侧壁设置有分别与输入管道6.3连接的输入口6.8、与输出管道6.4连接的输出口6.9；采用上述结构，折流板的设置可以保证流体在壳体内曲折流动多次,增加其与盘管内的水之间的换热效果；折流板的设置还可以支撑蒸发器的管束，防止管束振动和弯曲；此外，盘管的延伸方向和弯折方向可以增加盘管与工质的接触面积，有效提高热交换效率。
本实用新型所述的保温水箱5的第二出口5.4与蒸发器6连接的管道上设置有流速控制器2；采用该装置可以有效的控制水的流速，有效控制供热量或发电量。
本实用新型所述的与蒸发器连通的输出管道6.4上设置有温度感应器12和开关控制器13，从而通过循环水的温度有效控制开关开启。
本实用新型所述的螺杆膨胀机的末端设置有发电机15；所述的螺杆压缩机的末端设置有电动机19(电动机用于驱动压缩机，电动机的运转能量来自电源)。
本实用新型所述的散热器9与蒸发器6的连接管道上还设置有一个单向阀7，方便工质流向的控制。
本实用新型所述的冷却装置可以采用冷却塔，冷却塔与蒸发器6的连接管道上设有节流阀3。
本实用新型蒸发器6中的循环水采用盘管内部流通，而工质则在盘管外侧与盘管内的水实现热交换。
本实用新型所述的膨胀阀与蒸发器相连接的管道上设置有单向阀7。防止工质的倒流。
数值计算：
(1)热功转换效率及供暖系数
理论上，工质R113(即三氯三氟乙烷)的热功转换效率为10.94％，热泵供暖系数为10.19。
(2)实用例
以冬天为例，真空管面积只需达到27㎡，达到一定换热量，便可使热负荷为10kw·h的散热器工作24h，每天节约电约240kw·h。同样例以夏季为例，白天真空管内温度达90℃，蒸发器内工质进行热交换以后温度达80℃，压强达265kpa,以选用工质R113为例，可实现每天发电近10kw·h，且在运行过程中，工质处于密闭环境循环利用，无任何有害排放。
综上所述，该装置不仅做到节约能源，保护环境，可起到可持续发展的效益，具有一定的经济可行性。
(3)装置情况：
表1：以R113为工质,冬季工质工作参数表
冬季工质循环状况，按循环水可以加热到50℃，换热后温度为40℃
表2：以R113为工质,夏季工质工作参数表
(3)实用例
以冬天为例，真空管面积只需达到27㎡，达到一定换热量，便可使热负荷为10kw·h的散热器工作24h，每天节约电约240kw·h。同样以夏季为例，白天真空管内温度达90℃，蒸发器内工质进行热交换以后温度达80℃，压强达265kpa,以选用工质R113为例，可实现每天发电10kw·h左右，且在运行过程中，工质处于密闭环境循环利用，无任何有害排放。
综上所述，该装置不仅做到节约能源，保护环境，可起到可持续发展的效益，具有一定的经济可行性。
(1)本装置可实现跨季两用，在夏季发电的基础上，更可在冬季进行供暖。
(2)该设计基于朗肯循环的理论和热泵原理，可将低品位太阳能收集并用于供电供暖。
(3)本设计的供暖系数比传统热泵的供暖系数大，最优时可达到10.19，在效益上有很大的提升。
(4)以太阳能做为驱动能源，实现零排放。

Claims (8)

1.一种太阳能驱动的两用联合系统，该系统包括加热装置、热交换装置和供电、供暖两用装置；
所述的加热装置包括集热器(1)，保温水箱(5)；集热器(1)设置有出水口(1.1)和进水口(1.2)，保温水箱(5)设置有第一进水口(5.1)、第二进水口(5.2)、第一出水口(5.3)和第二出水口(5.4)；所述的集热器(1)的出水口(1.1)与保温水箱(5)的第一进水口(5.1)通过管道连接，集热器(1)的进水口(1.2)与保温水箱(5)的第一出水口(5.3)通过管道连接；且集热器(1)的进水口(1.2)与保温水箱(5)的第一出水口(5.3)相互连接的管道上设置有集热循环泵(10)；
所述的热交换装置包括蒸发器(6)，蒸发器(6)的上端设置有进口(6.1)、和出口(6.2)；所述的蒸发器(6)的进口与保温水箱(5)的第二出水口(5.4)通过管道连接，蒸发器的出口与保温水箱的第二进水口通过管道连接；
所述的供电、供暖两用装置包括与蒸发器(6)连通的输入管道(6.3)和输出管道(6.4)，所述的输出管道(6.4)并联有螺杆膨胀机(14)和螺杆压缩机(20)，所述的螺杆膨胀机和螺杆压缩机均通过一个单向阀(16,18)与切换阀(21)通过管道相连接，切换阀(21)上设置有第一出口管(21.1)和第二出口管(21.2)，所述的第一出口管(21.1)与散热器(9)的一端连接，散热器(9)的另一端与通过设有膨胀阀(8)的管道与蒸发器(6)相连接；所述的第二出口管(21.2)与冷却装置(17)相连接，冷却装置(17)的另一端通过设有工质泵(4)的管道与蒸发器(6)连接；所述的供电、供暖两用装置的上述连接管道内流动有工质。
2.根据权利要求1所述的太阳能驱动的两用联合系统，其特征在于：所述的蒸发器(6)内部设置有盘管(6.5)和多个折流板(6.6)，所述的盘管沿蒸发器的长度方向延伸、弯折，且沿蒸发器的径向多层分布；所述的盘管的进口端与蒸发器的进口相连接、出口端与蒸发器的出口相连接；所述的折流板的外轮廓与蒸发器的内壁贴合固定，并与盘管长度延伸方向垂直，折流板上设有供盘管穿过的孔(6.7)，且相邻两折流板为对向设置，每个折流板的自由端与相对的蒸发器的内壁之间设置有间隙；所述的蒸发器的侧壁设置有分别与输入管道连接的输入口(6.8)、与输出管道连接的输出口(6.9)。
3.根据权利要求1所述的太阳能驱动的两用联合系统，其特征在于：所述的保温水箱的第二出口(5.4)与蒸发器(6)连接的管道上设置有流速控制器(2)。
4.根据权利要求1所述的太阳能驱动的两用联合系统，其特征在于：所述的与蒸发器(6)连通的输出管道(6.4)上设置有温度感应器(12)和开关控制器(13)。
5.根据权利要求1所述的太阳能驱动的两用联合系统，其特征在于：所述的螺杆膨胀机(14)的末端设置有发电机(15)；所述的螺杆压缩机(20)的末端设置有电动机(19)。
6.根据权利要求1所述的太阳能驱动的两用联合系统，其特征在于：所述的工质泵(4)与蒸发器(6)连接的管道上设置有节流阀阀(3)。
7.根据权利要求1所述的太阳能驱动的两用联合系统，其特征在于：所述的膨胀阀(8)与蒸发器(6)相连接的管道上设置有单向阀(7)。
8.根据权利要求1所述的太阳能驱动的两用联合系统，其特征在于：所述的工质为三氯三氟乙烷或二氯甲烷。
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