CN108019983A - 新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，涉及制冷工程技术领域，该热泵包括：热源***和工作***；所述热源***包括太阳能集热装置和相变蓄热装置，所述相变蓄热装置用于储存由热源***吸收的热量；所述工作***包括依次连接的发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环泵和溶液热交换器，且所述溶液热交换器与所述发生器连接，以使工质在工作***内循环流动；所述热源***与所述发生器连接，用于对所述发生器进行加热。相变蓄热装置的体积小，热效率高，在阳光充足的时间段，可以通过太阳能集热装置吸收能量并保存，等到阳光照射不足的时候，可以采用相变蓄热装置对发生器进行持续加热，提高了工作的效率。
Description
技术领域
本发明涉及制冷工程技术领域，尤其是涉及一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵。
背景技术
随着世界经济的发展和人民生活水平的提高，人们对空调的需求日益增多，空调能耗迅速增长，但化石能源却逐渐减少。因此，迫切需要一种利用可再生能源的高效制冷技术。
相对于传统电制冷需要消耗大量电能，吸收式制冷机组具有不含氟利昂等对臭氧层有破坏的物质且能够利用廉价能源和低品位热能解决电力供应不足的优势，正逐渐得到推广应用。与传统的压缩式制冷相比，吸收式制冷具有可以依靠热能驱动、可以在比较大的热源温度波动范围内工作、对环境无害等优点。不过，它也存在COP较低等问题，并未完全被人们接受，还处在研发阶段。
而太阳能作为一种可再生能源，清洁安全，近乎取之不尽、用之不竭，无疑是环保背景下的首选能源之一。以太阳能作为热源驱动吸收式制冷机组，形成太阳能吸收式制冷机组，是一种高效的技术手段，正逐渐得到大家的重视。不过，在传统太阳能热泵***中，常采用显热蓄能技术。通过在***中设置集热水箱，这将导致***的蓄能效率以及太阳能利用率较低，同时***的体积比较庞大，不利于小型化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，以缓解了***的蓄能效率以及太阳能利用率较低的现状，同时***的体积比较庞大，不利于小型化的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，包括：热源***和工作***；所述热源***包括太阳能集热装置和相变蓄热装置，所述相变蓄热装置用于储存由热源***吸收的热量；
所述工作***包括依次连接的发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环泵和溶液热交换器，且所述溶液热交换器与所述发生器连接，以使工质在工作***内循环流动；
所述热源***与所述发生器连接，用于对所述发生器进行加热。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述太阳能集热装置与发生器之间设置有循环进管和循环出管，以使导热媒介能够对发生器供热；
所述相变蓄热装置并联在所述循环进管和循环出管之间，以使所述太阳能集热装置能够对相变蓄热装置供热，且所述相变蓄热装置能够对发生器供热。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述太阳能集热装置的媒介入口和媒介出口位置处分别设置有第一阀门和第二阀门；所述相变蓄热装置的进口和出口位置分别设置有第三阀门和第四阀门，以使所述第一阀门和第二阀门处于开启状态，所述第三阀门和第四阀门处于关闭状态时，所述太阳能集热装置对所述发生器供热；以使所述第一阀门和第二阀门处于开启状态，所述第三阀门和第四阀门处于开启状态时，所述太阳能集热装置对所述发生器和相变蓄热装置供热；所述第一阀门和第二阀门处于关闭状态，所述第三阀门和第四阀门处于开启状态时，所述相变蓄热装置向所述发生器供热。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一阀门与太阳能集热装置之间的循环入管上设置有第一泵，以使导热媒介能够在太阳能集热装置和相变蓄热装置之间循环流动；所述发生器与第三阀门之间设置有第二泵，以使所述导热媒介能够在发生器和相变蓄热装置之间循环流动。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述相变蓄热装置包括相变蓄热部，沿所述相变蓄热装置的进口向出口方向，所述相变蓄热部设置有多根平行且均匀的换热管，多根所述换热管之间填充有相变材料，以使传热流体流过换热管与相变材料进行换热。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述相变蓄热装置包括显热蓄热部，所述显热蓄热部包括容纳腔体，所述容纳腔体内盛放有填充材料，所述填充材料用于吸收及散发热量。
结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述填充材料包括熔融盐、石英石和石英砂。
结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述相变蓄热装置的进口和出口均设置有散流器。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述循环泵包括气泡发生器、气泡收集装置和高位储液器，且所述气泡发生装置与相变蓄热装置之间连接有辅助进管和辅助出管，以使所述相变蓄热装置能够对所述气泡发生器进行供热。
本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵及太阳能热泵***的有益效果：
本发明提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，包括：热源***和工作***，热源***与工作***连接，热源***用于向工作***提供热量。热源***包括太阳能集热装置和相变蓄热装置，太阳能集热装置可以吸收太阳能，并将这部分热量传递给相变蓄热装置，相变蓄热装置可以储存由热源***吸收的热量。工作***包括依次连接的发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环泵和溶液热交换器，且所述溶液热交换器与所述发生器连接，以使工质在工作***内循环流动，所述热源***与所述发生器连接，用于对所述发生器进行加热。当太阳能集热装置与相变蓄热装置对发生器进行加热时，由于工质容易汽化，在发生器中产生一定压力的蒸汽，产生的蒸汽进入冷凝器定压放热，实现对外供热。高温、高压蒸汽流经膨胀阀节流降温，实现蒸发器内定压吸热。蒸发器中低压蒸汽进入吸收器内，工质在吸收器中被吸收后的稀溶液进入发生器，周而复始地完成整个循环。相变蓄热装置的体积小，热效率高，在阳光充足的时间段，可以通过太阳能集热装置吸收能量并保存，等到阳光照射不足的时候，可以采用相变蓄热装置对发生器进行持续加热，提高了工作的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的示意图；
图2为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵中热源***的示意图；
图3为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的相变蓄热装置的示意图；
图4为本发明实施例提供的另一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的示意图。
图标：110-太阳能集热装置；120-相变蓄热装置；121-相变蓄热部；122-显热蓄热部；130-第一阀门；140-第二阀门；150-第三阀门；160-第四阀门；210-发生器；220-冷凝器；230-膨胀阀；240-蒸发器；250-吸收器；260-循环泵；261-气泡发生器；262-气泡收集装置；263-高位储液器；270-溶液热交换器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本发明实施例提供的一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的示意图，图2为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵中热源***的示意图，如图1-2所述，本发明提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，包括：热源***和工作***，热源***与工作***连接，热源***用于向工作***提供热量。热源***包括太阳能集热装置110和相变蓄热装置120，太阳能集热装置110可以吸收太阳能，并将这部分热量传递给相变蓄热装置120，相变蓄热装置120可以储存由热源***吸收的热量。工作***包括依次连接的发生器210、冷凝器220、膨胀阀230、蒸发器240、吸收器250、循环泵260和溶液热交换器270，且所述溶液热交换器270与所述发生器210连接，以使工质在工作***内循环流动，所述热源***与所述发生器210连接，用于对所述发生器210进行加热。当太阳能集热装置110与相变蓄热装置120对发生器210进行加热时，由于工质容易汽化，在发生器210中产生一定压力的蒸汽，产生的蒸汽进入冷凝器220定压放热，实现对外供热。高温、高压蒸汽流经膨胀阀230节流降温，实现蒸发器240内定压吸热。蒸发器240中低压蒸汽进入吸收器250内，工质在吸收器250中被吸收后的稀溶液进入发生器210，周而复始地完成整个循环。相变蓄热装置120的体积小，热效率高，在阳光充足的时间段，可以通过太阳能集热装置110吸收能量并保存，等到阳光照射不足的时候，可以采用相变蓄热装置120对发生器210进行持续加热，提高了工作的效率。
本装置依靠太阳能作为热源的吸收式热泵***，相变蓄热装置120作为维持***全天候运行的储能装置。夏季供冷时，通过用户侧管路阀门开断的转换，可以通过蒸发器240实现用户侧制冷；同理冬季供热时，可以通过冷凝器220实现用户侧制热；同时不论在冬季还是夏季***运行时，吸收器250都在不断放热，可以全年为用户提供热水。
太阳能集热装置110与发生器210之间可以设置有循环进管和循环出管，循环进管和循环出管的材质可以为金属铜，铜管的外壁可以包裹有多层保温材料，用于防止热量散失，使用太阳能集热装置110对发生器210进行供热。
相变蓄热装置120可以并联在所述循环进管和循环出管之间，通过阀门的控制可以使太阳能集热装置110对相变蓄热装置120供热，同时，相变蓄热装置120能够对发生器210供热。
在一个可以实施的方案中，在太阳能集热装置110的媒介入口和媒介出口位置处分别设置有第一阀门130和第二阀门140。相变蓄热装置120的进口和出口位置分别设置有第三阀门150和第四阀门160，通过控制上述多个阀门，可以更改热源***的工作状态。
1.当第一阀门130和第二阀门140处于开启状态，第三阀门150和第四阀门160处于关闭状态时，管路中发生器210和太阳能集热装置110连通，而相变蓄热装置120被断开，太阳能集热装置110单纯地对所述发生器210供热，可以快速地对发生器210快速加热。
2.当第一阀门130和第二阀门140处于开启状态，第三阀门150和第四阀门160处于开启状态时，太阳能集热装置110可以同时对所述发生器210和相变蓄热装置120进行供热。在白天阳光充足的时候，可以在对发生器210进行供热的同时，将多余的热量储存在相变蓄热装置120中。
3.当第一阀门130和第二阀门140处于关闭状态，所述第三阀门150和第四阀门160处于开启状态时，相变蓄热装置120可以向所述发生器210供热。当外界阳光不足时，可以采用相变蓄热装置120对发生器210进行加热。
为了可以使太阳能集热装置110和相变蓄热装置120顺利对发生器210进行供热，第一阀门130与太阳能集热装置110之间的循环入管上设置有第一泵，可以使导热媒介能够在太阳能集热装置110和相变蓄热装置120之间循环流动；所述发生器210与第三阀门150之间设置有第二泵，可以使所述导热媒介能够在发生器210和相变蓄热装置120之间循环流动。
图3为本发明实施例提供的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的相变蓄热装置的示意图，如图3所示，相变蓄热装置120可以包括相变蓄热部121，沿所述相变蓄热装置120的进口向出口方向，所述相变蓄热部121设置有多根平行且均匀的换热管，并且在多根换热管之间填充有相变材料，换热管的材料可以为金属铜，传热流体流过换热管后，与相变材料发生热交换，传热流体的材料可以包括：二元硝酸盐，三元硝酸盐，水或者导热油等。
相变材料(PCM)具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力。以固－液相变为例，在加热到熔化温度时，就产生从固态到液态的相变，熔化的过程中，相变材料吸收并储存大量的潜热；当相变材料冷却时，储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去，进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中，所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变，形成一个宽的温度平台，虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。
相变材料可以为无机PCM和有机PCM。其中，无机类PCM可以为结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等；有机类PCM可以为石蜡、醋酸和其他有机物；复合相变储热材料。
在一个可以实施的方案中，所述相变蓄热装置120可以包括显热蓄热部122，显热蓄热部122包括容纳腔体，在容纳腔体内盛放有填充材料，所述填充材料包括熔融盐、石英石和石英砂，所述填充材料用于吸收及散发热量。显热蓄热部122位于相变蓄热部121的上方，之所以设置显热蓄热部122，是因为单纯的相变蓄热部121在放热时，放热初期，会存在放热慢、效率低的现象，而在相变蓄热装置120中增加显热蓄热部122，熔融盐、石英石和石英砂等填充材料，在放热初期放热效率更高，所以可以提高相变蓄热装置120整体的放热效率。
相变蓄热装置120的进口和出口均设置有散流器，以保证熔融盐在流过整个显热蓄热段时的流场是均匀。
图4为本发明实施例提供的另一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵的示意图，如图4所示，循环泵260可以包括气泡发生器261、气泡收集装置262和高位储液器263，且所述气泡发生装置与相变蓄热装置120之间连接有辅助进管和辅助出管，以使所述相变蓄热装置120能够对所述气泡发生器261进行供热。气泡发生器261被加热后，产生气泡并向上运动，将工质带入高位储液器263，随后进入到溶液热交换器270中。所以循环泵260采用热量作为动力源，可以使整个新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵几乎完全依靠太阳能工作。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，包括：热源***和工作***；所述热源***包括太阳能集热装置和相变蓄热装置，所述相变蓄热装置用于储存由热源***吸收的热量；
所述工作***包括依次连接的发生器、冷凝器、膨胀阀、蒸发器、吸收器、循环泵和溶液热交换器，且所述溶液热交换器与所述发生器连接，以使工质在工作***内循环流动；
所述热源***与所述发生器连接，用于对所述发生器进行加热。
2.根据权利要求1所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述太阳能集热装置与发生器之间设置有循环进管和循环出管，以使导热媒介能够对发生器供热；
所述相变蓄热装置并联在所述循环进管和循环出管之间，以使所述太阳能集热装置能够对相变蓄热装置供热，且所述相变蓄热装置能够对发生器供热。
3.根据权利要求2所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述太阳能集热装置的媒介入口和媒介出口位置处分别设置有第一阀门和第二阀门；所述相变蓄热装置的进口和出口位置分别设置有第三阀门和第四阀门，以使所述第一阀门和第二阀门处于开启状态，所述第三阀门和第四阀门处于关闭状态时，所述太阳能集热装置对所述发生器供热；以使所述第一阀门和第二阀门处于开启状态，所述第三阀门和第四阀门处于开启状态时，所述太阳能集热装置对所述发生器和相变蓄热装置供热；所述第一阀门和第二阀门处于关闭状态，所述第三阀门和第四阀门处于开启状态时，所述相变蓄热装置向所述发生器供热。
4.根据权利要求3所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述第一阀门与太阳能集热装置之间的循环入管上设置有第一泵，以使导热媒介能够在太阳能集热装置和相变蓄热装置之间循环流动；所述发生器与第三阀门之间设置有第二泵，以使所述导热媒介能够在发生器和相变蓄热装置之间循环流动。
5.根据权利要求1所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述相变蓄热装置包括相变蓄热部，沿所述相变蓄热装置的进口向出口方向，所述相变蓄热部设置有多根平行且均匀的换热管，多根所述换热管之间填充有相变材料，以使传热流体流过换热管与相变材料进行换热。
6.根据权利要求5所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述相变蓄热装置包括显热蓄热部，所述显热蓄热部包括容纳腔体，所述容纳腔体内盛放有填充材料，所述填充材料用于吸收及散发热量。
7.根据权利要求6所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述填充材料包括熔融盐、石英石和石英砂。
8.根据权利要求7所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述相变蓄热装置的进口和出口均设置有散流器。
9.根据权利要求1所述的新型太阳能单罐相变蓄热吸收式热泵，其特征在于，所述循环泵包括气泡发生器、气泡收集装置和高位储液器，且所述气泡发生装置与相变蓄热装置之间连接有辅助进管和辅助出管，以使所述相变蓄热装置能够对所述气泡发生器进行供热。
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