CN216342362U - 基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，通过太阳能集热器充分利用太阳能获得高温热水并对其进行储存，用于浴室用水；锅炉辅助加热装置与太阳房系统相耦合，当浴室用水供不应求时，作为外热源进行供热获得热水；有机朗肯循环系统包括第一有机朗肯循环系统与第二朗肯循环系统，第一有机朗肯循环系统连接浴室排水口，第一有机朗肯循环系统回收利用使用后热水热量，并将其转换为电能进行存储；所述第二朗肯循环系统连接浴室内部，第二朗肯循环系统回收利用浴室内部空气积聚的余热，并将其转换为电能进行存储。本实用新型将太阳房系统、锅炉辅助加热装置与有机朗肯循环系统相耦合，形成自馈能的太阳房浴室。

Description

基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统

技术领域

本实用新型涉及太阳能与低温余热利用技术领域，具体地说是一种基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统。

背景技术

通过实地调研发现，人们在洗浴过程只消耗了10℃的温差，但加热洗澡水却需要让水温升高30℃，如果直接排放洗浴污水就白白浪费了2/3的能量。与此同时，洗浴水加热方式主要靠燃烧天然气来提供热量，所需燃气量大、排出的热空气、废水无热回收，造成了热污染。事实上，日常洗浴热水温度在40～50℃就足够了，如果选用可以烧出上千摄氏度高温的煤、油或天然气来完成简单的低温加热需求，这显然是极大的能源浪费，而且煤、油和天然气在燃烧过程中会产生大量的热损耗和废气，会造成空气污染，既不科学又不经济。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的不足，本实用新型提出了基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，利用太阳房系统可以通过吸收太阳能中的热量对自来水进行加热，为浴室提供洗浴热水。有机朗肯循环系统分为两个子系统，通过吸收浴室中用水余热和空气余热产生电负荷，为锅炉辅助系统和太阳房系统提供电负荷。当太阳房系统产生的热量供不应求时，锅炉辅助加热装置会作为外热源对自来水进行加热，提供足够的洗浴用水。

本实用新型所采用的技术方案如下：

基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，包括：太阳房系统、锅炉辅助加热装置有机朗肯循环系统、空气源热泵装置、水体净化再利用系统；所述太阳房系统包括太阳能集热器，通过太阳能集热器充分利用太阳能获得高温热水并对其进行储存，用于浴室用水；所述锅炉辅助加热装置与太阳房系统相耦合，当浴室用水供不应求时，作为外热源进行供热获得热水；

所述有机朗肯循环系统包括第一有机朗肯循环系统与第二朗肯循环系统，所述第一有机朗肯循环系统连接浴室排水口，第一有机朗肯循环系统回收利用使用后热水热量，并将其转换为电能进行存储；所述第二朗肯循环系统连接浴室内部，第二朗肯循环系统回收利用浴室内部空气积聚的余热，并将其转换为电能进行存储。

进一步，所述第一有机朗肯循环系统与水体净化再利用系统相耦合，用于净化与热交换器交换热量后的浴室用水，并且进行储存使用。

进一步，所述水体净化再利用系统包括水体净化储存装置，水体净化储存装置首先利用混凝过滤对浴室用水进行预处理，接着采用生物活性炭处理工艺对水体进一步净化。

进一步，所述太阳能集热器连接自来水供给装置，由自来水供给装置向太阳能集热器注入冷水，太阳能集热器的热水出口连接热水储存器，对加热后的热水进行储存；

进一步，锅炉辅助加热装置包括锅炉加热器，锅炉加热器连接自来水供给装置，自来水供给装置用于向锅炉加热器提供自来水，并将加热后的热水存储在热水储存器内。

进一步，所述第一有机朗肯循环系统包括热交换器、第一透平、第一发电机、第一储电装置、第一冷凝器、第一工质泵；所述热交换器的一端连接浴室排水口，另一端连接水体净化再利用系统；热交换器的循环工质出口依次连接第一透平、第一冷凝器、第一工质泵至热交换器的循环工质入口，第一透平依次连接第一发电机、第一储电装置，通过做工将浴室用水的余热转化为电能。

进一步，所述包括蒸发器、第二透平、第二发电机、第二储电装置、第二冷凝器、第二工质泵和空气源热泵；所述空气源热泵连接浴室内部，用于积聚浴室内部的余热；空气源热泵出口依次连接蒸发器、第二透平、二冷凝器、第二工质泵至空气源热泵入口，所述第二透平依次连接第二发电机、第二储电装置，通过做工将浴室内热气的余热转化为电能。

进一步，有机朗肯循环系统选用的工质是R245fa、R123或R245fa与R123的混合物。

进一步，储电装置用于向太阳能热电联供系统内的用电装置供能。

本实用新型的有益效果：

本实用新型是一种基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，包括太阳房系统，锅炉辅助加热装置，有机朗肯循环系统，空气源热泵装置，水体净化再利用系统等。本实用新型与现有技术相比，增加了有机朗肯循环系统、空气源热泵装置、水体净化再利用系统，并将太阳房系统、锅炉辅助加热装置与有机朗肯循环系统相耦合，形成自馈能的太阳房浴室。太阳房系统可以通过吸收太阳能中的热量对自来水进行加热，为浴室提供洗浴热水。有机朗肯循环系统分为两个子系统，通过吸收浴室中用水余热和空气余热产生电负荷，为锅炉辅助系统和太阳房系统提供电负荷。当太阳房系统产生的热量供不应求时，锅炉辅助加热装置会作为外热源对自来水进行加热，提供足够的洗浴用水。

附图说明

图1是一种基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统结构示意图；

图中：1-太阳能集热器，2-第一水泵，3-用电装置，4-水体净化储存装置，5-第二水泵，6-热交换器，7-第一透平，8-第一发电机，9-第一储电装置，10-第一冷凝器，11-第一工质泵，12-空气源热泵，13-第二工质泵，14-第二冷凝器，15-蒸发器，16-第二透平，17-第二发电机，18-第二储电装置，19-热水储存器，20-温度计，21-锅炉加热器，22-自来水供给装置。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

这里要说明的是，本申请中的连接可以是管路的直接连接，也可以是间接连接。

如图1所示，本实用新型实施例提出了一种基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，它包括：太阳房系统、锅炉辅助加热装置有机朗肯循环系统、空气源热泵装置、水体净化再利用系统。本申请所设计的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统将太阳房系统、锅炉辅助加热装置与有机朗肯循环系统相耦合，形成自馈能的太阳房浴室。

太阳房系统包括太阳能集热器1、第一水泵2、用电装置3、热水储存器19、自来水供给装置22、隔热管道。所述太阳能集热器1安装在太阳房系统的顶端，便于吸收更多的太阳光。所述太阳能集热器1主要由集热板、透明盖板、隔热层和壳体四部分组成，主要功能为收集太阳光中的热能，从而加热太阳能集热器1的管道中的水，加热后的水进入热水储存器19。所述第一水泵2安装在太阳能集热器1与自来水供给装置22之间，为整个水循环提供动力。所述用电装置3安装在浴室内部，主要包括浴室中的照明系统、吹风机等。所述热水储存器19安装在太阳房系统的中部位置，其外层包裹有特殊材料，能够起到保温隔热作用，同时也要有很好的强度和耐腐蚀性，用于接收太阳能集热器1加热后的水并进行储存。所述太阳能集热器1和热水储存器19之间装有水阀，可以用来控制流量。所述自来水供给装置22安装在太阳房系统左侧位置，用于给太阳能集热器1提供自来水源。所述管道经过保温隔热处理，可以有效减少热量散失，提高利用率。

锅炉辅助加热装置与太阳房系统相耦合，当浴室用水供不应求时，作为外热源进行供热。所述锅炉辅助加热装置包括锅炉加热器21、温度计20。所述锅炉加热器21安装在太阳房系统左侧，可以作为辅助热源为浴室提供热负荷，需要消耗电负荷。所述温度计20安装在锅炉加热器21与热水储存器19之间，用于检测水温。所述自来水供给装置22用于向锅炉加热器21提供自来水，可以用阀门控制自来水供给流量。热水储存器19用于储存经过锅炉加热器21加热后的用水，可以用阀门控制流量。

有机朗肯循环系统包括两个子系统：第一有机朗肯循环系统与第二朗肯循环系统。有机朗肯循环系统选用的工质是R245fa、R123或R245fa与R123的混合物。所述有机朗肯循环系统与太阳房系统、锅炉辅助加热装置相耦合，通过吸收太阳房系统中的空气余热和用水余热进行发电，为太阳房系统与锅炉辅助加热装置提供电负荷。

第一有机朗肯循环系统包括热交换器6、第一透平7、第一发电机8、第一储电装置9、第一冷凝器10、第一工质泵11。所述热交换器6安装在第一透平7和第一工质泵11之间，用于吸收浴室用水中的热量，并将热量传递给有机工质。所述第一透平7安装在第一冷凝器10与热交换器6之间，用于将有机工质中的能量转化为机械能，带动第一发电机8发电。所述第一冷凝器10安装在第一工质泵11与第一透平7之间，用于对有机工质充分冷凝重新返回热交换器6中。所述第一工质泵11安装在热交换器6和第一冷凝器10之间，用于为循环提供动力。所述第一发电机8安装在第一透平7和第一储电装置9之间，用于将机械能转化为电能，并储存在第一储电装置9中。

第二有机朗肯循环系统包括蒸发器15、第二透平16、第二发电机17、第二储电装置18、第二冷凝器14、第二工质泵13。所述蒸发器6安装在第二透平16和第二工质泵13之间，用于吸收空气源热泵装置12中积聚的余热，并将热量传递给有机工质。所述第二透平16安装在第二冷凝器14与蒸发器15之间，用于将有机工质中的能量转化为机械能，带动第二发电机17发电。所述第二冷凝器14安装在第二工质泵13与第二透平16之间，用于对有机工质充分冷凝重新返回蒸发器15中。所述第二工质泵13安装在蒸发器15和第二冷凝器14之间，用于为循环提供动力。所述第二发电机17安装在第二透平16和第二储电装置18之间，用于将机械能转化为电能，并储存在第二储电装置18中。

第一储电装置9与第二储电装置18串联，一起为锅炉加热器21和太阳房系统提供电负荷。

空气源热泵装置12安装在第二有机朗肯循环系统和太阳房系统之间，用于将太阳房系统中低位空气余热转化为高位热能，给有第二机朗肯循环提供热量。所述空气源热泵由蒸发器、压缩机、膨胀阀、冷凝器等组成。

水体净化再利用系统与第一有机朗肯循环相耦合，用于净化与热交换器6交换热量后的浴室用水，并且进行储存使用。所述水体净化再利用系统，包括第二水泵5、水体净化储存装置4。所述第二水泵5安装在热交换器6与水体净化储存装置4之间，为水体交换提供动力。所述水体净化储存装置4用于对浴室排水进行净化和储存。所述水体净化储存装置4首先利用混凝过滤对浴室用水进行预处理，接着采用生物活性炭处理工艺对水体进一步净化，可以去除浑浊、悬浮物固体、阴离子洗涤剂(LAS)、有机物，杀灭病菌。所述水体净化再利用系统的出水质均达到了生活杂用水水质标准，可以作为绿化、洒水以及洗车、冲厕等用水。成本低廉,处理每吨污水仅需0.3元。

本实用新型的工作原理及过程是：

图1所示的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统为例，具有以下工作过程：

自来水供给装置22中低温自来水在第一水泵2带动下通过管道进入太阳能集热器1中进行热交换，经过热量传递后，高温自来水由于重力可直接通过管道流入热水储存器19中储存，阀门可以用于调节此循环中自来水流量。

当热水储存器19中的热水供不应求时，打开阀门，将自来水供给装置22中的低温自来通过管道引入锅炉加热器21中，锅炉加热器21将电负荷转化为热负荷，将低温自来水加热成高温自来水。打开阀门，锅炉加热器21中的高温自来水通过管道输送到热水储存器19中。在此过程中，可以利用温度计20进行加热温度控制。

在洗浴过程中产生了大量热空气与热废水，可以利用有机朗肯循环系统与空气源热泵装置进行回收。其中洗浴后的热废水，首先经过热交换器6把热量传递给有机工质，有机工质受热膨胀从热交换器6中流出，进入第一透平7中做功，将热能转化为机械能，带动第一发电机8工作，产生电负荷并且存储在第一储电装置9中。做功后的有机工质进入第一冷凝器10中等压冷凝，在第一工质泵11的带动下重新回到热交换器6中进行吸热。其中洗浴后的热空气不易直接利用，首先通空气源热泵12将空气中低位热能转化为高位热量，然后受热工质进入蒸发器15把热量传递给有机工质，有机工质受热后从蒸发器15中排出，进入第二透平16中做功，将热能转化为机械能，带动第二发电机17工作，产生电负荷并且存储在第二储电装置18中。做功后的有机工质进入第二冷凝器14中等压冷凝，在第二工质泵13的带动下重新回到蒸发器15中进行吸热。第一储电装置9与第二储电装置18串联，一起为锅炉加热器21和太阳房系统提供电负荷。

从热交换器6中排出的低温洗浴废水在第二水泵5的带动下进入水体净化储存装置4中，经过处理后的水源可以作为绿化、洒水以及洗车、冲厕等用水。成本低廉,处理每吨污水仅需0.3元。

以上实施例仅用于说明本实用新型的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，本实用新型的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本实用新型所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，包括：太阳房系统、锅炉辅助加热装置有机朗肯循环系统、空气源热泵装置、水体净化再利用系统；所述太阳房系统包括太阳能集热器，通过太阳能集热器充分利用太阳能获得高温热水并对其进行储存，用于浴室用水；所述锅炉辅助加热装置与太阳房系统相耦合，当浴室用水供不应求时，作为外热源进行供热获得热水；

所述有机朗肯循环系统包括第一有机朗肯循环系统与第二朗肯循环系统，所述第一有机朗肯循环系统连接浴室排水口，第一有机朗肯循环系统回收利用使用后热水热量，并将其转换为电能进行存储；所述第二朗肯循环系统连接浴室内部，第二朗肯循环系统回收利用浴室内部空气积聚的余热，并将其转换为电能进行存储。

2.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，所述第一有机朗肯循环系统与水体净化再利用系统相耦合，用于净化与热交换器交换热量后的浴室用水，并且进行储存使用。

3.根据权利要求2所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，所述水体净化再利用系统包括水体净化储存装置，水体净化储存装置首先利用混凝过滤对浴室用水进行预处理，接着采用生物活性炭处理工艺对水体进一步净化。

4.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，所述太阳能集热器连接自来水供给装置，由自来水供给装置向太阳能集热器注入冷水，太阳能集热器的热水出口连接热水储存器，对加热后的热水进行储存。

5.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，锅炉辅助加热装置包括锅炉加热器，锅炉加热器连接自来水供给装置，自来水供给装置用于向锅炉加热器提供自来水，并将加热后的热水存储在热水储存器内。

6.根据权利要求5所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，所述第一有机朗肯循环系统包括热交换器、第一透平、第一发电机、第一储电装置、第一冷凝器、第一工质泵；所述热交换器的一端连接浴室排水口，另一端连接水体净化再利用系统；热交换器的循环工质出口依次连接第一透平、第一冷凝器、第一工质泵至热交换器的循环工质入口，第一透平依次连接第一发电机、第一储电装置，通过做工将浴室用水的余热转化为电能。

7.根据权利要求1所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，包括蒸发器、第二透平、第二发电机、第二储电装置、第二冷凝器、第二工质泵和空气源热泵；所述空气源热泵连接浴室内部，用于积聚浴室内部的余热；空气源热泵出口依次连接蒸发器、第二透平、二冷凝器、第二工质泵至空气源热泵入口，所述第二透平依次连接第二发电机、第二储电装置，通过做工将浴室内热气的余热转化为电能。

8.根据权利要求6或7所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，有机朗肯循环系统选用的工质是R245fa、R123或R245fa与R123的混合物。

9.根据权利要求1-7中任意一项权利要求所述的基于有机朗肯循环和锅炉辅助加热的太阳能热电联供系统，其特征在于，储电装置用于向太阳能热电联供系统内的用电装置供能。

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