CN2569050Y - 太阳能热泵制冷热系统 - Google Patents

Abstract

太阳能热泵制冷热系统由太阳能集热器，吸收式热泵和压缩式热泵，以及蓄热换热器组成。在吸收式热泵的发生器内，有一组与集热器承压水箱连接的加热管，还有一组为压缩式热泵的冷凝管；在吸收式热泵的冷凝器内，有一组是压缩式热泵的蒸发管，另有一组换热管与吸收式热泵吸收器内的冷却水管以及蓄热换热器内的热交换器串接成热循环回路。这个系统，解决了因太阳辐射的间断性和不稳定性所致不能利用太阳能连续制冷热的问题。

Description

太阳能热泵制冷热系统

本实用新型涉及太阳能的利用，是应用太阳能集热器和热泵组成的制冷热系统。

近年来，太阳能集热技术发展迅速，采用氮化铝吸热涂层的相变热导集热管的工作温度达350℃～500℃，热吸收率更高达96％。贮水箱的内胆可承压0.8～1.5MPa，水温几近沸点。制造温度超100℃、压力过0.1MPa的汽、水混和物的太阳能集热器已无技术障碍。同样，利用较低温热源的吸收式制冷技术也日臻成熟，采用80℃～140℃的热水为能源的吸收式冷水机组已形成系列产品。这些都为太阳能制冷提供了有力的技术保障。

但是，由于太阳幅射的间断性和不稳定性，由太阳能集热器和吸收式制冷机组构成的制冷装置还不能获得连续的制冷效果，且太阳能也得不到充分的利用。

本实用新型的目的是提供一种太阳能热泵制冷热系统，它不仅能完善解决太阳能——吸收式制冷装置不能连续制冷的问题，还具备制热功能。

本实用新型的目的是这样实现的：将太阳能集热器、吸收式热泵和压缩式热泵、以及蓄热换热器组成一个以太阳能为主、电能为辅的热工系统。在吸收式热泵的发生器内，有两组各自独立的加热管，一组通过水泵与太阳能集热器的承压贮箱连接，另一组就是压缩式热泵的冷凝管；而在吸收式热泵的冷凝器内，同样有两组管道，一组是压缩式泵的蒸发管，还有一组换热管通过溶液泵与吸收式热泵吸收器内的冷却水管以及蓄热换热器内的热交换器构成热循环回路。在太阳幅射良好的条件下，由太阳能集热器直接向吸收式热泵提供满足其制冷工况的热能；在太阳能集热器无法满足吸收式热泵的运行条件时，则启动压缩式热泵对吸收式热泵排出的冷却热和冷凝热进行温度提升，以维持系统的连续运行。

如果关闭吸吸收式热泵，改变压缩式热泵内四通电磁阀的方向，同时对冷热输出三通电磁阀进行切换，太阳能热泵系统就进入制热状态。

有关太阳能热泵制冷热系统的热工学原理简述如下：

一、无论是氨——水吸收式制冷装置或溴化锂吸收式制冷装置，其热工学本质均为吸收式热泵，其热平衡式为：

                        Q₁＝Q₂+Q_g                  (1)

Q₁为高温工质得到的热量，Q₂为低温工质放出的热量，Q_g为推动热量。

吸收式热泵的制热系数′＝Q₁/Q_g                    (2)

将(1)代入(2)得：Q₂/Q_g＝′-1                      (3)

按目前太阳能集热技术可提供的热水温度t_g＝80℃～100℃，另设定t₁＝60℃，

t₂＝20℃：

′＝T₁/(T₁-T₂)·(1-T₁/Tg)＝(273+60)/40×[1-(273+20)/(273+80)]≈1.5

则有：Q₂/Qg＝′-1＝1.5-1＝0.5

Q₂/Q_g就是衡量制冷装置的热经济性的所谓“热能制冷率”。即使取有效系数η＝0.6，其值仍不低于0.3，按太阳能集热器表面的太阳能幅射为20MJ/M²·天推算，可生产冷量为6MJ/M²·天。

二、目前，压缩式热泵制热技术十分成熟，一般可把低温位工质升温50℃～60℃，高温位工质的温度可达150℃以上。在采用压缩式热泵提升热源温度时，设其工况：t₁＝80℃，t₂＝40℃，则其制热系数为：

′＝T₁/T₁-T₂＝273+80/40＝8.825

尽管实际的制热系数不及理想热泵，但由于压缩式热泵通过热循环回路，充分利用吸收式热泵排出的余热，既提高了热源温度，又保证了冷凝和冷却的效果，实现了不同热泵间的热能互补，使系统内的热能在少量电能推动下良性循环。

由于采用上述方案，太阳能热泵系统可以获得连续制冷和制热的效果，且充分利用太阳热能。

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是太阳能热泵制冷系统的构造图。

图中1.太阳能集热管  2.承压水箱  3.吸收式热泵吸收器  4.冷却水管  5.节流阀6.循环液泵  7.热源循环泵  8.吸收式热泵发生器  9.加热水管  10.压缩式热泵冷凝管11.节流阀  12.二级压缩机  13.四通换向阀  14.吸收式热泵蒸发器  15.闪蒸水箱16.节流阀  17.一级压缩机  18.四通换向阀  19.节流阀  20.吸收式热泵冷凝器21.压缩式热泵蒸发管  22.换热循环泵  23.换热水管  24.三通电磁阀  25.三通电磁阀26.冷热切换三通电磁阀  27.输出循环泵  28.上水管  29.套管式热交换器  30.室内机31.蓄水箱  32.温控电磁阀  33.余热水箱  34.水阀

在图1中，发生器(8)、冷凝器(20)、热交换器(29)内管，节流阀(19)、蒸发器(14)和吸收器(3)连接成吸收式热泵制冷循环；吸收器(3)、循环液泵(6)、发生器(8)与节流阀(5)为热泵吸收回路。太阳能集热管(1)和承压水箱(2)组成的太阳能集热器，通过热源循环泵(7)和加热水管(9)向发生器(8)提供太阳能。发生器(8)内的压缩式热泵的冷凝管(10)、二级压缩机(12)、闪蒸水箱(15)、一级压缩机(17)以及冷凝器(20)内的压缩式热泵的蒸发管(21)、节流阀(11)、(16)构成双级压缩式热泵，并通过冷却水管(4)、热交换器(29)管隙，换热水管(23)、换热循环泵(22)组成的热循环回路，对吸收式热泵排出的冷却热和冷凝热进行温度提升。即使在太阳幅射不稳定的情况下，发生器(8)也能得到充足的热能来维持系统的连续运行。

在图1中，蓄热换热器是由蓄水箱(31)及设置在其内的一组热交换器(29)组成，蓄水箱(31)的上水管(28)接外部冷水，出水口带温控电磁阀(32)，该电磁阀(32)在接近冷凝器(20)的工况温度时导通。这样，既可保持压缩式热泵热源的稳定，又不致影响吸收式热泵的冷凝效果。

在图1中，蒸发器(14)、冷热切换三通电磁阀(26)，输出循环泵(27)和室内机(30)构成冷热输出回路。关闭吸收式热泵，改变压缩式热泵四通换向阀(13)、(18)以及三通电磁阀(24)、(25)、(26)的导通方向，太阳能热泵系统就进入制热状态。参考文献：《热能工程设计手册》(化学工业出版社1998年6月第1次版)

Claims (1)

1、太阳能热泵制冷热系统是由太阳能集热器、吸收式热泵和压缩式热泵、以及蓄热换热器构成，其特征是：在吸收式热泵的发生器内，有一组与太阳能集热器连接的加热管，还有一组压缩式热泵的冷凝管；在吸收式热泵的冷凝器内，有一组压缩式热泵的蒸发管，另有一组换热管与吸收式热泵吸收器内的冷却水管以及蓄热换热器内的热交换器串接成回路。

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