CN210892254U - 基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，包括太阳能光热光伏板，太阳能光热光伏板设有散热盘管，与压缩机、沙石分层热交换器、储液罐、膨胀阀构成热泵循环，沙石分层热交换器包括换热器壳体，换热器壳体内设有制冷剂管路，制冷剂入口和制冷剂出口分别设置于换热器壳体的底部和顶部，换热器壳体内设置的若干层带滤水通孔的分层隔板，制冷剂管路在分层隔板的上表面形成曲折盘管层，换热器壳体空间内填充沙石，顶部设置冷水喷淋管，换热器壳体的底部设有热水出口连接热水箱。本实用新型能够得到较好的热能富集效果，且大幅度的保证了光伏板的效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种太阳能光热光伏集成装置，特别是涉及一种基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置。
背景技术
现有技术中的光伏光热一体机装置，达到了发电和发热采暖两用功能。其主要结构为：光伏电池板，其下布置有吸热装置铝管，电池板外接控制器、逆变器和蓄电池组，铝管内装有水连接大水箱。该装置作用原理是：通过太阳光照射在光伏电池板上形成电流，从而再进行转换变为直流电或交流电。因为光伏板在工作时自身会产生热量，随着温度增加，会导致光电转换效率大幅降低。所以现有技术中在光板下设置光热板，通过光热板吸取热量起到了对光伏板降温作用。但是该结构的光伏光热一体机装置往往存在以下问题：光伏电池板发电所产生的热量被光热板吸收，从而光伏板冷却，提高发电效率，光热板内流经的冷却水进入水箱，水箱中的温度也有所上升。但是在环境温度较高，光照强烈的情况下，光伏电池板产生的热量大，而水箱散热慢，光伏电池板可能才工作很短的时间水箱内的水温就达到较高值，此时光热板的冷却作用大大减弱，光伏上所产生的热量就难以被吸收。采用基于热泵的冷却装置，以R134a作为冷媒吸收光伏板热量，然后在水箱中通过R134a的放热来加热水箱内的水，但是这存在一个问题，即当第一天运行结束水箱内水被加热后如果热水没有使用，经过一晚上，R134a冷媒已经自然散热冷却，第二天再次运行时，光伏板还未将R134a加热，但是在水箱内热水将反向加热温度较低的R134a，从而使得光伏板被R134a反向提升温度导致效率降低。因此存在一个问题是，采用流动补充的冷水吸收R134a从光伏板吸收的热量，不会产生热水反向加热的问题，但是由于水吸热时间短，提升温度有限，无法很好地利用热量。而采用水箱吸收R134a从光伏板吸收的热量则能使冷水升温至较高的温度，但是可能会产生反向加热问题。
实用新型内容
针对上述现有技术缺陷，本实用新型的任务在于提供一种基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，解决热泵循环中冷媒可能被反向加热或者无法富集热量进行集中利用的问题。
本实用新型技术方案是这样的：一种基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，包括太阳能光热光伏板、压缩机、沙石分层热交换器、储液罐、膨胀阀和热水箱，所述太阳能光热光伏板设有散热盘管，所述散热盘管的出口与所述压缩机的入口连接，所述压缩机的出口与所述沙石分层热交换器的制冷剂入口连接，所述沙石分层热交换器的制冷剂出口经过所述储液罐与所述膨胀阀连接，所述膨胀阀设置在所述散热盘管的入口处，所述沙石分层热交换器包括换热器壳体，所述换热器壳体内设有制冷剂管路，所述制冷剂管路连接于所述制冷剂入口与制冷剂出口之间，所述制冷剂入口设置于所述换热器壳体的底部，所述制冷剂出口设置于所述换热器壳体的顶部，所述换热器壳体内沿高度方向设有间隔设置的若干分层隔板，所述制冷剂管路在分层隔板的上表面形成曲折盘管层，所述分层隔板表面设有若干孔径小于0.2mm的滤水通孔，所述制冷剂管路与所述换热器壳体之间的空间内填充沙石，所述换热器壳体内位于最上层的所述曲折盘管层之上设有冷水喷淋管，所述换热器壳体的底部设有热水出口，所述沙石分层热交换器的热水出口连接所述热水箱。
该装置的工作过程是这样的：由太阳能光热光伏板吸收太阳能，转换为电能，同时太阳能辐射热量及电池板工作热量通过散热盘管传递给其中的制冷剂，制冷剂吸热气化进入压缩机，制冷剂经压缩机压缩后呈高温高压状态进入沙石分层热交换器，在沙石分层热交换器内制冷剂通过曲折盘管层放热给沙石，通过喷淋形成的水滴与沙石或曲折盘管层接触吸热，并在每个分层隔板位置形成一定的积水层，然后逐渐向下渗透，最后在底部形成的热水进入热水箱。制冷剂在沙石分层热交换器内放热后再经膨胀阀回到低温低压状态进入散热盘管进行循环。
进一步地，所述制冷剂管路在所述换热器壳体的底面形成底部曲折盘管层，所述换热器壳体的底面设有集水槽，所述集水槽与所述热水出口连接。
进一步地，所述冷水喷淋管包括若干同心布置的喷淋环管和径向布置的连通管，所述连通管与所述喷淋环管连通，所述喷淋环管和连通管设有向下开口的喷淋孔。
进一步地，所述曲折盘管层的所述制冷剂管路固定于所述分层隔板的表面。
进一步地，所述分层隔板至少设置两层。
进一步地，所述沙石分层热交换器的热水出口连接沉淀器的入口，所述沉淀器的出口连接所述热水箱。
进一步地，所述沙石分层热交换器的热水出口设有第一温度传感器，最上层的所述曲折盘管层位置设有第二温度传感器，所述冷水喷淋管入口设有温控流量阀，当所述第一温度传感器测得温度小于温度阈值时所述温控流量阀减小所述冷水喷淋管的冷水流量，当所述第二温度传感器测得温度大于温度阈值时所述温控流量阀增大所述冷水喷淋管的冷水流量。
进一步地，所述温度阈值为22摄氏度～25摄氏度。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：采用热泵由低温热源获得热能，使太阳能光伏电板能得到更好地降温，由制冷剂带走的热量，进行了有效的分层式吸收，得到了较好的富集效果，提高了发电效率并使得热量充分有效利用。采用本实用新型沙石分层热交换器结构，水在沙石分层热交换器内部在分层隔板位置形成一定的积水层，使其与该位置的沙石以及曲折盘管层充分接触换热，同时分层隔板又能使积水层逐级往下渗透至下一层，使得液态水从流动的状态，变成渗透的状态，形成缓慢的水流，从而不断得能从制冷剂吸收热量并富集形成温度较高的热水以进行有效利用，且分层隔板一定程度上隔绝了上下层温度的互相干扰。通过本实用新型技术方案避免了常规管壳换热器在充分使制冷剂散热时无法富集热水、水温较低的问题。
附图说明
图1为基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置结构示意图。
图2为沙石分层热交换器剖视结构示意图。
图3为冷水喷淋管结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。
请结合图1至图3所示，本实施例涉及的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，包括太阳能光热光伏板、气液分离器1、压缩机2、沙石分层热交换器3、储液罐4、滤网5、膨胀阀6、沉淀器7和热水箱8等。太阳能光热光伏板由光伏板9(PV 板)、光热板10(PT板)构成，光热板10上设置有蛇形布置的散热盘管11。在太阳辐射下，一般太阳能量仪检测太阳能功率在730W/平方米左右，光伏板9(PV板)产生 (17-19％)电能时，由于内阻的存在，会在光伏板9上产生一定的热量。同时，光热板 10(PT板)也主要接收红外段辐射，吸收大概太阳能的45％左右的辐射，产生热能。在散热盘管11内流动制冷剂R134a进行吸热冷却以保持光伏板9的较高效率。
散热盘管11与气液分离器1、压缩机2、沙石分层热交换器3、储液罐4、滤网5 和膨胀阀6等构成热泵系统，热泵的能效比一般在3-3.5，充分提高了热能的富集程度。热能经过散热盘管11(圆形铜管)中的制冷剂传导，通过压缩机2提供的一定的动力，经过沙石分层热交换器3时采用分层式的降温的结构，利用沙石和液态水的分层吸热，由液态水将沙石和铜管中的热量带走，变成生活用的热水，送到热水箱8内备用。具体结构是，散热盘管11的出口与气液分离器1入口连接，气液分离器1的气体出口与压缩机2的入口连接，压缩机2的出口与沙石分层热交换器3的制冷剂入口连接，沙石分层热交换器3的制冷剂出口经过储液罐4及滤网5后与膨胀阀6连接，膨胀阀6设置在散热盘管11的入口处构成制冷剂的循环回路。沙石分层热交换器3结构请结合图2及图3所示，包括换热器壳体，换热器壳体设置有外筒301和内筒302，外筒301和内筒302间填充保温层303，以防止环境温度影响内部换热。换热器壳体内设有制冷剂管路 304，制冷剂管路304连接于制冷剂入口与制冷剂出口之间，制冷剂入口、制冷剂出口与制冷剂管路304衔接部位采用铜焊的方式或者密封圈的形式加以密封。制冷剂入口设置于换热器壳体内的底部，制冷剂出口设置于换热器壳体的顶部。换热器壳体内沿高度方向设有间隔设置的不少于两层的分层隔板305，分层隔板305表面设有若干孔径小于 0.2mm的滤水通孔305a。制冷剂管路304在分层隔板305的上表面形成曲折盘管层，构成曲折盘管层的制冷剂管路304通过扎条固定在分层隔板表面，不同的曲折盘管层之间由竖直管路连通，图2中由于剖视图的原因，在第二及第三个曲折盘管层之间看不到该竖直管路，但也是相互连通的。在制冷剂管路304与换热器壳体之间的空间内填充沙石 307，即上下的分层隔板305之间也由沙石307填充。换热器壳体内位于最上层的曲折盘管层之上设有冷水喷淋管308，冷水喷淋管308包括若干同心布置的喷淋环管308a 和径向布置的连通管308b，连通管308b与喷淋环管308a连通，喷淋环管308a和连通管308b设有向下开口的喷淋孔308c。由冷水喷淋管308喷淋的冷水从沙石307渗透至第一个分层隔板305，分层隔板305对水形成一定的阻碍作用使水在分层隔板305位置形成一定的积水层，但又由于滤水通孔305a的存在而逐渐下渗。在此过程中，由于制冷剂管路304也在分层隔板305上表面形成曲折盘管层，积水与制冷剂管路304充分接触吸热，形成较为充分的换热。当水渗透至下一层的分层隔板305时，同样形成积水层与该位置的曲折盘管层换热。制冷剂管路304内高温的制冷剂是从下往上流动，因此从冷水喷淋管308喷淋的冷水是从上往下逐层被加热。
换热器壳体的底部设有热水出口310，制冷剂管路304在换热器壳体的底面形成底部曲折盘管层，换热器壳体的底面设有集水槽309，集水槽309与热水出口310连接。由于采用了沙石渗透的换热器形式，因此热水出口310流出的热水可能会携带少量沙石颗粒，故在热水出口310连接沉淀器7的入口，沉淀器7的出口连接热水箱8。使少量沙石颗粒经过沉淀器7沉淀，减少或防止其进入热水箱。在沙石分层热交换器3的热水出口310设有第一温度传感器13，最上层的曲折盘管层位置设有第二温度传感器14，冷水喷淋管308入口设有温控流量阀12，温控流量阀12通过第一温度传感器13和第二温度传感器14测得的热水温度控制冷水喷淋管308的冷水流量。当第一温度传感器13 测得底部的温度不足温度阈值时通过温控流量阀12减少甚至关闭冷水喷淋管308的水流，第二温度传感器14位于冷水喷淋管308下方的沙石307内以检测顶部温度，当顶部温度高于温度阈值时，通过温控流量阀12加大冷水喷淋管308的水流提高降温效率。温度阈值可以选择22摄氏度～25摄氏度，过低的温度阈值不利于热能的富集，造成热水温度偏低，而过高的温度阈值则不利于光热光伏板的整体散热，影响效率。
Claims (8)
1.一种基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，包括太阳能光热光伏板、压缩机、沙石分层热交换器、储液罐、膨胀阀和热水箱，所述太阳能光热光伏板设有散热盘管，所述散热盘管的出口与所述压缩机的入口连接，所述压缩机的出口与所述沙石分层热交换器的制冷剂入口连接，所述沙石分层热交换器的制冷剂出口经过所述储液罐与所述膨胀阀连接，所述膨胀阀设置在所述散热盘管的入口处，所述沙石分层热交换器包括换热器壳体，所述换热器壳体内设有制冷剂管路，所述制冷剂管路连接于所述制冷剂入口与制冷剂出口之间，所述制冷剂入口设置于所述换热器壳体的底部，所述制冷剂出口设置于所述换热器壳体的顶部，所述换热器壳体内沿高度方向设有间隔设置的若干分层隔板，所述制冷剂管路在分层隔板的上表面形成曲折盘管层，所述分层隔板表面设有若干孔径小于0.2mm的滤水通孔，所述制冷剂管路与所述换热器壳体之间的空间内填充沙石，所述换热器壳体内位于最上层的所述曲折盘管层之上设有冷水喷淋管，所述换热器壳体的底部设有热水出口，所述沙石分层热交换器的热水出口连接所述热水箱。
2.根据权利要求1所述的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，所述制冷剂管路在所述换热器壳体的底面形成底部曲折盘管层，所述换热器壳体的底面设有集水槽，所述集水槽与所述热水出口连接。
3.根据权利要求1所述的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，所述冷水喷淋管包括若干同心布置的喷淋环管和径向布置的连通管，所述连通管与所述喷淋环管连通，所述喷淋环管和连通管设有向下开口的喷淋孔。
4.根据权利要求1所述的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，所述曲折盘管层的所述制冷剂管路固定于所述分层隔板的表面。
5.根据权利要求1所述的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，所述分层隔板至少设置两层。
6.根据权利要求1所述的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，所述沙石分层热交换器的热水出口连接沉淀器的入口，所述沉淀器的出口连接所述热水箱。
7.根据权利要求1所述的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，所述沙石分层热交换器的热水出口设有第一温度传感器，最上层的所述曲折盘管层位置设有第二温度传感器，所述冷水喷淋管入口设有温控流量阀，当所述第一温度传感器测得温度小于温度阈值时所述温控流量阀减小所述冷水喷淋管的冷水流量，当所述第二温度传感器测得温度大于温度阈值时所述温控流量阀增大所述冷水喷淋管的冷水流量。
8.根据权利要求7所述的基于渗透式热交换器的热泵太阳能光热光伏集成装置，其特征在于，所述温度阈值为22摄氏度～25摄氏度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20231013 Address after: 753099 Factory Building 7, Phase I, High tech Zone Small and Medium Enterprise Incubation Park, Dawukou District, Shizuishan City, Ningxia Hui Autonomous Region Patentee after: Ningxia Renheng Technology Co.,Ltd. Address before: 215500 Changshou City South Three Ring Road No. 99, Suzhou, Jiangsu Patentee before: CHANGSHU INSTITUTE OF TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right |