CN204730518U - 太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，由太阳能集热子系统、有机朗肯循环子系统及机械蒸汽再压缩热泵子系统三个子系统组成。太阳能集热子系统收集的热量传递到有机朗肯循环子系统当中的发生器，发生器当中的有机工质蒸发进入到膨胀机，有机朗肯循环子系统当中的膨胀机输出的机械能通过联轴器传递至机械蒸汽再压缩热泵子系统的压缩机，驱动机械蒸汽再压缩热泵子系统，无需额外电能驱动压缩机。本实用新型可利用低品位太阳能资源、系统结构紧凑，具有巨大的推广实用价值。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械蒸汽再压缩热泵领域，尤其是涉及一种太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统。
背景技术
机械蒸汽再压缩热泵技术是一种环保、节能的新型热泵技术。
太阳能是一种丰富、清洁的可再生能源，而有机朗肯循环则可以利用太阳能产生机械动力直接驱动机械蒸汽再压缩热泵子系统当中的压缩机，无需额外提供电能，有效地减少了能量转换损失。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种利用太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，由太阳能驱动有机朗肯循环从而间接驱动机械蒸汽再压缩热泵系统，无需额外提供电能，能充分利用太阳能资源。
为了实现以上目的，本实用新型采取了以下的技术方案：一种太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，包括太阳能集热子系统、有机朗肯循环子系统、及机械蒸汽再压缩热泵子系统；其中，所述太阳能集热子系统包括用于吸收太阳能并转化为热能的太阳能集热器和连接所述太阳能集热器并用于储存热能的蓄热器，所述有机朗肯循环子系统包括用于吸收所述蓄热器的热能以形成蒸汽的发生器、供过热蒸汽转化为机械能的膨胀机、用于将蒸汽冷凝的凝汽器，且所述发生器、所述膨胀机及所述凝汽器依次连通成循环回路；所述机械蒸汽再压缩热泵子系统包括压缩机；所述膨胀机的主动转轴直接驱动所述压缩机的从动转轴。
与现有技术相比，本实用新型提供的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统包括太阳能集热子系统、有机朗肯循环子系统、及机械蒸汽再压缩热泵子系统，其中，太阳能集热子系统用于收集太阳能并将之作为热能予以储存，有机朗肯循环子系统用于将太阳能集热子系统储存的热能转化为机械能，机械蒸汽再压缩热泵子系统直接利用有机朗肯循环子系统产生的机械能驱动压缩机工作。本实用新型的有益效果在于：只需增加太阳能集热子系统和有机朗肯循环子系统，即可提供机械蒸汽再压缩热泵子系统中的压缩机所需的动力，无需额外电能驱动压缩机；膨胀机和压缩机同轴结构，减少了能量转化损失。由于本实用新型将有机朗肯循环和机械蒸汽再压缩热泵技术相结合，同时充分利用低品位太阳能资源，能使机械蒸汽再压缩热泵技术的节能效果进一步提高，同时减少对化学能源的消耗。
较佳的，所述主动转轴直接连接于所述从动转轴、或所述主动转轴通过联轴器连接于所述从动转轴。
较佳的，所述主动转轴固定连接于所述从动转轴、或所述主动转轴和所述从动转轴为一体结构。
较佳的，所述太阳能集热子系统还包括第一水泵，所述太阳能集热器、所述蓄热器及所述第一水泵连通呈一循环回路，所述第一水泵用于驱动液态介质于循环回路中循环流动实现热交换。
较佳的，所述太阳能集热子系统还包括第二水泵，所述蓄热器、所述发生器及所述第二水泵连通呈一循环回路；所述第二水泵用于驱动液态介质于循环回路中循环流动实现热交换。
较佳的，所述发生器、所述膨胀机及所述凝汽器连通呈一循环回路。
具体地，所述有机朗肯循环子系统还包括工质泵，所述工质泵连通于所述凝汽器和所述发生器之间；所述发生器、所述膨胀机、所述凝汽器及所述工质泵连通呈一循环回路，所述工质泵用于驱动介质于循环回路中循环流动实现能量交换。
较佳的，所述机械蒸汽再压缩热泵子系统还包括进料泵、分离器和蒸发器，所述进料泵、所述蒸发器及所述分离器依次连通。所述进料泵用于驱动料液流经蒸发器并进入分离器，所述分离器用于将吸热后的料液分离为浓缩料液和二次蒸汽。
具体地，所述机械蒸汽再压缩热泵子系统还包括冷凝水泵；所述分离器、所述压缩机、所述蒸发器和所述冷凝水泵依次联通；所述冷凝水泵用于排出在所述蒸发器中放热后的冷凝水。
附图说明
图1是本实用新型的实施例中的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统连接示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
如附图1所示，本实用新型太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统实施例包括：太阳能集热子系统、有机朗肯循环子系统及机械蒸汽再压缩热泵子系统。其中，太阳能集热子系统包括用于吸收太阳能并转化为热能的太阳能集热器和连接太阳能集热器并用于储存热能的蓄热器，有机朗肯循环子系统包括用于吸收蓄热器的热能以形成蒸汽的发生器、供过热蒸汽转化为机械能的膨胀机、用于将蒸汽冷凝的凝汽器，且发生器、膨胀机及凝汽器依次连通成循环回路；机械蒸汽再压缩热泵子系统包括压缩机；膨胀机的主动转轴直接驱动压缩机的从动转轴。更具体地：
太阳能集热器1、蓄热器2、第一水泵3依次首尾连接呈一循环回路。其中，太阳能集热器1吸收太阳能并转化为热能，蓄热器2将太阳能集热器1吸收太阳能并转化成的热能予以储存，太阳能集热器1和蓄热器2之间的能量转移通过循环回路中循环流动的液态介质进行热交换来实现，第一水泵3用于对循环回路中液态介质加压实现其循环流动。具体地，从太阳能集热器1中出来的液态介质经过蓄热器2充分换热之后，被第一水泵3加压输送回太阳能集热器1中。
进一步的，蓄热器2至少包括一用于与太阳能集热器1和第一水泵3相连通的热能供给腔和一用于与用热设备相连通的热能输出腔，且热能供给腔和热能输出腔两者不连通且两者之间具有较大的接触面，以方便进入热能供给腔的高温水介质能够将热能传递给用热设备。更进一步的，蓄热器2还可包括一蓄热腔，蓄热腔设置于热能供给腔和热能输出腔之间，三者不连通且三者之间均具有较大的接触面。在用热设备未使用时，热能能够暂存于蓄热腔内的蓄热介质内。
有机朗肯循环子系统包括用于吸收蓄热器的热能以形成蒸汽的发生器4、供过热蒸汽转化为机械能的膨胀机6、用于将蒸汽冷凝的凝汽器7，且发生器4、膨胀机6及凝汽器7依次连通成循环回路。其中，发生器4作为用热设备与蓄热器2的热能输出腔连通呈一循环回路，使得蓄热器2内的热能随该循环回路内的蓄热介质源源不断地传送至发生器4中。进一步的，蓄热器2和发生器4连通形成的循环回路中还接入第二水泵5；蓄热器2和发生器4之间的能量转移通过循环回路中循环流动的液态介质进行热交换来实现，第二水泵5用于对循环回路中液态介质加压实现其循环流动；从蓄热器2的热能输出腔中出来的液态介质经过发生器4充分换热之后，被第二水泵5加压输送回蓄热器2。
上述的蓄热介质亦可以优选为比热较大的水。
有机朗肯循环子系统还包括工质泵8，工质泵8连通于凝汽器7和发生器4之间；发生器4、膨胀机6、凝汽器7及工质泵8连通呈一循环回路，工质泵8用于驱动介质于循环回路中循环流动实现能量交换。具体地，太阳能集热子系统收集的热量传递到有机朗肯循环子系统当中的发生器4，发生器4当中的有机工质蒸发进入到膨胀机6膨胀做功，从膨胀机6出来的有机工质经过凝汽器7凝结为液态工质，液态工质经工质泵8加压回到发生器4中加热，最后进入膨胀机6中膨胀做功，完成有机朗肯循环。
有机朗肯循环子系统当中膨胀机6的主动转轴直接驱动机械蒸汽再压缩热泵子系统当中压缩机10的从动转轴。其具体方式可以为：主动转轴直接连接从动转轴、主动转轴通过联轴器9连接于从动转轴、主动转轴固定连接于从动转轴、或主动转轴和从动转轴为一体结构。进一步的，连接膨胀机6的主动转轴和压缩机10的从动转轴的联轴器9可以为套筒联轴器。
机械蒸汽再压缩热泵子系统包括压缩机10、蒸发器11、冷凝水泵12、进料泵13和分离器14。具体地，从压缩机10中出来的高温蒸汽A在蒸发器11中放出热量变成冷凝水B，冷凝水B由冷凝水泵12带走，新鲜料液C经进料泵13进入蒸发器11中吸收高温蒸汽A在蒸发器11中放出的热量变成气液混合物，气液混合物进入分离器14中分离成产物浓缩料液D和低温低压的二次蒸汽E，低温低压的二次蒸汽E被压缩机10吸入再压缩成高温蒸汽A，完成机械蒸汽再压缩热泵子系统当中的循环。
以下结合附图1对本实用新型的具体运行过程作进一步描述：
太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统运行时，从太阳能集热器1中出来的液态介质经过蓄热器2充分换热之后，被第一水泵3加压输送至太阳能集热器1中；所述蓄热器2通过液态介质将热量传送至所述发生器4，在所述发生器4中换热后再通过所述第二水泵5将液态介质送至所述蓄热器2中，完成太阳能集热子系统当中的循环。有机工质在发生器4中吸收热量蒸发变为气态有机工质；之后高温高压的气态有机工质进入膨胀机6中膨胀做功；从膨胀机6中出来的有机工质温度已大大降低，在凝汽器7中被凝结为液态工质，之后经过工质泵8加压被送到发生器4，如此往复完成有机朗肯循环。膨胀机6和机械蒸汽再压缩热泵子系统的压缩机10为同轴结构，通过联轴器9将机械能传递至压缩机10，把低温低压的二次蒸汽E压缩成高温蒸汽A，高温蒸汽A在蒸发器11中放出热量变成冷凝水B，冷凝水B由冷凝水泵12带走，新鲜料液C经进料泵13进入蒸发器11中吸收高温蒸汽A在蒸发器11中放出的热量变成气液混合物，气液混合物进入分离器14中分离成产物浓缩料液D和低温低压的二次蒸汽E，低温低压的二次蒸汽E被压缩机10吸入再压缩成高温蒸汽A，完成机械蒸汽再压缩热泵子系统当中的循环。
与现有技术相比，本实用新型提供的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统包括太阳能集热子系统、有机朗肯循环子系统及机械蒸汽再压缩热泵子系统，其中，太阳能集热子系统用于收集太阳能并将之作为热能予以储存，有机朗肯循环子系统用于将太阳能集热子系统储存的热能转化为机械能，机械蒸汽再压缩热泵子系统直接利用有机朗肯循环子系统产生的机械能驱动压缩机工作。本实用新型的有益效果在于：只需增加太阳能集热子系统和有机朗肯循环子系统，即可提供机械蒸汽再压缩热泵子系统中的压缩机所需的动力，无需额外电能驱动压缩机；膨胀机6和压缩机10的同轴结构，减少了能量转化损失；有机朗肯循环子系统采用R236fa或R245fa或RC318或R141b等低沸点有机工质。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并非用来限定本实用新型的实施范围。任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求书所界定范围为准。
Claims (9)
1.一种太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：包括太阳能集热子系统、有机朗肯循环子系统、及机械蒸汽再压缩热泵子系统；其中，所述太阳能集热子系统包括用于吸收太阳能并转化为热能的太阳能集热器和连接所述太阳能集热器并用于储存热能的蓄热器，所述有机朗肯循环子系统包括用于吸收所述蓄热器的热能以形成蒸汽的发生器、供过热蒸汽转化为机械能的膨胀机、用于将蒸汽冷凝的凝汽器，且所述发生器、所述膨胀机、及所述凝汽器依次连通成循环回路；所述机械蒸汽再压缩热泵子系统包括压缩机；所述膨胀机的主动转轴直接驱动所述压缩机的从动转轴。
2.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述主动转轴直接连接于所述从动转轴、或所述主动转轴通过联轴器连接于所述从动转轴。
3.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述主动转轴固定连接于所述从动转轴、或所述主动转轴和所述从动转轴为一体结构。
4.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统还包括第一水泵，所述太阳能集热器、所述蓄热器及所述第一水泵连通呈一循环回路，所述第一水泵用于驱动液态介质于循环回路中循环流动实现热交换。
5.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述太阳能集热子系统还包括第二水泵，所述蓄热器、所述发生器及所述第二水泵连通呈一循环回路；所述第二水泵用于驱动液态介质于循环回路中循环流动实现热交换。
6.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述发生器、所述膨胀机及所述凝汽器连通呈一循环回路。
7.如权利要求6所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述有机朗肯循环子系统还包括工质泵，所述工质泵连通于所述凝汽器和所述发生器之间；所述发生器、所述膨胀机、所述凝汽器及所述工质泵连通呈一循环回路，所述工质泵用于驱动介质于循环回路中循环流动实现能量交换。
8.如权利要求1所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述机械蒸汽再压缩热泵子系统还包括进料泵、分离器和蒸发器；所述进料泵用于驱动料液流经蒸发器并进入分离器，所述分离器用于将吸热后的料液分离为浓缩料液和二次蒸汽。
9.如权利要求8所述的太阳能驱动的有机朗肯-机械蒸汽再压缩热泵系统，其特征在于：所述机械蒸汽再压缩热泵子系统还包括冷凝水泵；所述冷凝水泵用于排出在所述蒸发器中放热后的冷凝水。
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