CN108106046A - 一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵*** - Google Patents

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Abstract

一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***，属于太阳能热泵领域。该发明以溴化锂水溶液作为蓄能介质，将三相蓄能***与传统太阳能双效吸收式热泵***中的发生器并联联接，槽式太阳能集热器中的集热介质分别为蓄能罐和高压发生器提供热量，在满足用户需热量的基础上，将多余的太阳能集热量以化学势能形式蓄存在三相蓄能***中，实现太阳能的高效利用。该发明避免了以往采用两相蓄能装置与发生器串联联接中结晶所带来的危险，且能以汽液固三相的高蓄能密度实现蓄能***对太阳能空调的调荷作用，50％的结晶率可使蓄能罐的体积比两相蓄能方式减小一半以上。***简单，调节方便灵活，很容易将普通的太阳能双效吸收式热泵***改造成为蓄能型。

Description

一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***
技术领域
本发明属于太阳能热泵技术领域，特别涉及一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***。
背景技术
太阳能热利用是太阳能的主要利用形式之一。为提高太阳能的利用率及解决夜间无太阳辐射的问题，蓄能方式及其与热泵方式的有机结合是太阳能热泵进一步高效化、低成本、规模化应用的关键所在。太阳能吸收式热泵***的蓄能通常采用显热蓄能和相变蓄能，前者主要采用蓄热水形式，主要缺点是蓄能密度小，后者蓄能密度比水显热蓄能大，但传热温差大、蓄能和释能速率低。基于吸收原理的化学溶液蓄能具有蓄能密度高、采用环保型工质对，储存装置只是结构非常简单的储液罐，与其相关的吸收式热泵技术比较成熟，易于将太阳能热泵改造成蓄能型热泵等优点，拥有巨大的发展空间和应用前景。但目前采用汽液两相蓄能方法的蓄能型太阳能热泵，蓄能装置与吸收式热泵***中的发生器串联联接，这种蓄能方式存在几点严重不足：1) 蓄能结束时溶液的浓度不宜过高，以避免结晶带来的危险，或通过添加复杂装置来溶解晶体；2)太阳能不能被充分利用，日落前数小时不能产生制冷剂蒸气；3)***复杂，驱动热源与热泵负荷大小的匹配控制比较困难；4)释能过程***制热能力越来越低。为克服现有技术的不足，发明了结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***。
发明内容
本发明提供一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***，通过改变蓄能装置在***中的联接方式，使得白天太阳能蓄能过程与同步的太阳能热泵用能过程实现了内部解耦，方便***构建，实现驱动热源与热泵负荷的优良匹配，简化了控制***；结合三相蓄能***不仅可避免结晶带来的危险，还以汽液固三相的高蓄能密度实现蓄能***对太阳能热泵的调荷作用，节约了能源。
一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***，其特征在于：包括太阳能双效吸收式热泵***1和三相蓄能***2，太阳能双效吸收式热泵***1 包括槽式太阳能集热器3、储油罐4、高压发生器7、低压发生器8、高温热交换器9、低温热交换器10、冷凝器11、蒸发器12、吸收器13、节流阀14；
三相蓄能***2由蓄能罐5和水储罐6组合而成，将三相蓄能***2联接到太阳能双效吸收式热泵***1，二者共用槽式太阳能集热器3、蒸发器12、吸收器13；槽式太阳能集热器3出口端被分为两个并联管路，分别连接到蓄能罐5和高压发生器7上。三通阀V1位于空调热水供水(白天)管路上，阀门V2位于空调热水供水(夜晚)管路上，溶液喷淋泵P1位于蓄能罐5底部到顶部管路上，泵P2位于蓄能罐5和吸收器13之间管路上，循环泵P3位于水储罐6底部到顶部管路上；
水储罐6中的换热装置与吸收器13中换热装置连成一个回路，冷凝器11 中的换热装置与吸收器13中换热装置连成一个回路，蓄能罐5中的换热装置与槽式太阳能集热器3连成一个回路，蓄能罐5与吸收器13连成一个回路；水储罐6底部通过循环泵P3及管路连接到水储罐6顶部；蓄能罐5底部通过溶液喷淋泵P1及管路连接到蓄能罐5顶部；
采用溴化锂-水溶液作为蓄能介质，槽式太阳能集热器3出口端被分为两个并联管路，作为热源分别为蓄能罐5和高压发生器7提供热量，在满足热泵热量需求的基础上，通过实时调节进入三相蓄能***2的集热介质流量，将多余的太阳能集热量以蓄能介质化学势能形式蓄存在蓄能罐5中，白天蓄能时，太阳能集热介质--导热油直接为蓄能罐5提供热量，加热蓄能罐5中的溴化锂-水溶液，在加热过程中蓄能罐5中溴化锂溶液通过吸液器15流入管路，依靠溶液喷淋泵P1加压及溶液喷嘴16的喷淋，溶液被加热浓缩，直到产生溴化锂晶体，产生的水蒸汽进入水储罐6，水蒸汽在水储罐6中受来自末端空调热水回水的冷却，由水蒸汽冷凝为液态水，经循环泵P3加压及喷嘴17喷淋，并蓄存在水储罐6中，水储罐6中产生的热量被空调热水回水吸收；夜间释能时，水储罐6中的液态水经节流降压后进入蒸发器12，在蒸发器12中吸收地源热水的热量而汽化，水蒸汽进入吸收器13，而蓄能罐5中的溶液也流到吸收器13，吸收来自蒸发器12的水蒸汽，随后，吸收器13中被稀释后的溶液又流回到蓄能罐5中，阀门V2开启、三通阀V1关闭，吸收器13中吸热升温的空调热水供给空调末端用户，提供房间夜间所需热量。
所述的太阳能双效吸收式热泵***1中的高压发生器7受到来自槽式太阳能集热器3的导热油加热，产生的水蒸汽进入冷凝器11，被来自末端的空调热水回水冷却冷凝成液态水，液态水经节流阀14降压后进入蒸发器12，在蒸发器12吸热汽化为水蒸汽，水蒸汽进入吸收器13，被吸收器13中的溴化锂浓溶液吸收，变稀的溴化锂溶液经泵P2加压流回到高压发生器7和低压发生器8，再次被来自槽式太阳能集热器3产生的高温导热油加热，再次产生水蒸汽，高低压发生器中产生的溴化锂浓溶液再次流入吸收器13，此时，三通阀V1开启、V2关闭，空调热水回水经吸收器13换热后由三通阀V1分流至冷凝器11和水储罐6，分别在水储罐6和冷凝器11换热后的空调热水汇合供给末端用户，满足用户白天所需热量。
所述的三相蓄能***采用溴化锂-水溶液作为蓄能介质，槽式太阳能集热器出口端被分为两个并联管路，作为热源分别为蓄能罐和高压发生器提供热量，在满足太阳能热泵负荷的基础上，通过实时调节进入蓄能罐的导热油流量，将多余的太阳能集热量以化学势能形式蓄存在蓄能罐中，从而实现驱动热源与热泵负荷的优良匹配。具体来讲，蓄能时，太阳能集热介质--导热油直接为蓄能罐提供热量，加热蓄能罐中的溴化锂稀溶液，产生的水蒸汽进入水储罐，水蒸汽在水储罐中受空调热水回水的冷却，由蒸汽冷凝为液态水，并蓄存在水储罐中；释能时，水储罐中的液态水经节流降压后进入蒸发器，在蒸发器中吸收地源热水的热量而汽化，水蒸汽进入吸收器，而蓄能罐中的溶液也流到吸收器，吸收来自蒸发器的水蒸汽，随后，吸收器中被稀释后的溶液又流回到蓄能罐中，吸收器中吸热后的空调热水回水流经末端，提供用户所需热量。
白天，来自槽式太阳能集热器的导热油为高压发生器提供发生用热，产生的水蒸汽进入冷凝器，被来自末端的空调热水回水冷却冷凝成液态水，液态水经节流装置降压后进入蒸发器，在蒸发器吸热汽化为水蒸汽，水蒸汽进入吸收器，被吸收器中的浓溶液吸收，变稀的溶液流回到高压发生器、低压发生器，再次被加热并产生水蒸汽，高、低压发生器中的浓溶液再次流入吸收器，同时，空调热水回水在吸收器吸热后，又由三通阀分流至水储罐和冷凝器分别进行换热，换热后的空调热水汇合供给末端用户，满足用户白天所需热量。
夜间，蓄能罐中的溴化锂浓溶液在吸收器中吸收来自蒸发器的水蒸汽，溴化锂溶液浓度降低，稀溶液流回蓄能罐溶解溴化锂晶体，产生的浓溶液再次进入吸收器，蓄能罐内溴化锂溶液浓度不断降低，直至释能结束。同时，水储罐中的水进入蒸发器，在蒸发器内吸热变为水蒸汽，进入吸收器，空调热水回水经吸收器吸热升温后提供给末端用户，满足用户夜间所需热量。
本发明的特征还在于：蓄能是以溴化锂溶液汽液固三相态实现蓄能，从而有效增强蓄能能力，提高蓄能密度。利用太阳能对三相蓄能罐中的蓄能介质进行加热，并在加热过程中依靠溶液喷淋泵加压及溶液喷嘴喷淋，溶液被加热浓缩，直到产生结晶，而加热所产生的水蒸汽进入水储罐，在其内被冷却冷凝成为制冷剂水，并依靠喷淋泵加压及进行喷嘴喷淋。
有益效果
本发明专利提出的结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***，与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果，避免了采用蓄能装置与吸收式热泵***中的发生器串联联接中结晶带来的危险；***构建简单，很容易将普通的太阳能热泵***改造成为蓄能型太阳能热泵***，太阳能利用更加充分，调节方便灵活；热利用率高，空调热水回水经吸收器、水储罐、冷凝器三部分换热，提高了热量利用率；蓄能能力强，蓄能密度比两相蓄能方式明显提高，50％的结晶率可使蓄能密度提高50％以上，换言之，50％的结晶率，蓄能装置的体积缩小一半以上。
附图说明
图1为本发明专利提供的结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***的管路部件连接图。
图中：各部件的序号和名称如下：
1—太阳能双效吸收式热泵***；2—三相蓄能***；3—槽式太阳能集热器；4—储油罐；5—蓄能罐；6—水储罐；7—高压发生器；8—低压发生器； 9—高温热交换器；10—低温热交换器；11—冷凝器；12—蒸发器；13—吸收器；14—节流阀；15—吸液器；16—溶液喷嘴；17—制冷剂喷嘴
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利进一步说明。
参见附图，本***包括太阳能双效吸收式热泵***1、三相蓄能***2、槽式太阳能集热器3、储油罐4、蓄能罐5、水储罐6、高压发生器7、低压发生器8、高温热交换器9、低温热交换器10、冷凝器11、蒸发器12、吸收器 13和节流阀14。
三相蓄能***2将白天多余的太阳能以热化学能的形式储存在蓄能罐5 中，槽式太阳能集热器3出口的高温导热油为蓄能罐5提供热量，蓄能罐5 内的溴化锂-水溶液被加热不断浓缩，产生的水蒸汽在水储罐6内经来自热用户的空调热水回水冷却，被冷凝为液态水，并存入水储罐6，随着加热过程的不断进行，蓄能罐5内的溴化锂-水溶液越来越接近饱和，当加热到溶液饱和点时，就会开始有结晶产生，随着加热的继续进行，蓄能罐内的溴化锂晶体会越来越多，直到蓄能结束；释能时，储存在水储罐6内的液态水经节流降压后进入蒸发器12中，在蒸发器12中吸收地源热水的热量而汽化，水蒸汽进入吸收器13，被来自蓄能罐5的饱和溶液吸收，溶液被稀释，变成非饱和溶液，随后返回蓄能罐5被喷淋到溴化锂晶体上，部分溴化锂晶体便融化到非饱和溶液中，使得溶液再次变为饱和溶液，随后进入吸收器13，如此循环，直到全部溴化锂晶体融于溶液中，直至释能过程结束，溶液浓度恢复到初始浓度。吸收器13中吸热后的空调热水流向热用户，提供用户所需热量。
白天，用户所需热量由水储罐6、冷凝器11和吸收器13共同提供，槽式太阳能集热器3为高压发生器7提供发生用热，产生的水蒸汽进入低压发生器8，为低压发生器8提供发生用热，高压发生器7产生的水蒸汽在低压发生器8中放热后冷凝成水，随后，进入冷凝器11后进一步放热，而低压发生器 8产生的水蒸汽都进入冷凝器11后冷凝成液态水，冷凝器11中放出的热量被空调热水回水吸收，液态水经节流阀14降压后进入蒸发器12，在蒸发器12吸收地源热水的热量而汽化，产生的水蒸汽进入吸收器13，被吸收器13中的溴化锂浓溶液吸收，吸收器13中放出的热量同样被空调热水回水吸收，供给热用户。变稀的溴化锂溶液流回高压发生器7和低压发生器8，再次被加热，再次产生水蒸汽，高压发生器7和低压发生器8中的溴化锂浓溶液再次流入吸收器13。
夜间，用户所需热量由吸收器13提供，水储罐6内的液态水经节流降压后进入蒸发器12中，在蒸发器12中吸收地源热水的热量而汽化，水蒸汽进入吸收器13，被来自蓄能罐5的饱和溶液吸收，溶液被稀释，变成非饱和溶液，随后返回蓄能罐5被喷淋到溴化锂晶体上，部分溴化锂晶体便融化到非饱和溶液中，使得溶液再次变为饱和溶液，接着进入吸收器13，如此循环，直到全部溴化锂晶体融于溶液中，直至释能过程结束，溶液恢复到初始浓度。吸收器13中产生的热量被空调热水回水吸收，供给热用户。

Claims (2)

1.一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***，其特征为：该***包括传统太阳能双效吸收式热泵***(1)和三相蓄能***(2)，传统太阳能双效吸收式热泵***包括槽式太阳能集热器(3)，储油罐(4)、高压发生器(7)、低压发生器(8)、高温热交换器(9)、低温热交换器(10)、冷凝器(11)、蒸发器(12)、吸收器(13)和节流阀(14)；
将三相蓄能***(2)联接到传统太阳能双效吸收式热泵***(1)，三相蓄能***由蓄能罐(5)和水储罐(6)组合而成，二者共用槽式太阳能集热器(3)，蒸发器(12)、吸收器(13)；槽式太阳能集热器(3)出口端被分为两个并联管路，分别连接到蓄能罐(5)和高压发生器(7)上；
水储罐(6)中的换热装置与吸收器(13)中换热装置连成一个回路，冷凝器(11)中的换热装置与吸收器(13)中换热装置连成一个回路，蓄能罐(5)与吸收器(13)连成一个回路；水储罐(6)底部通过循环泵(P3)及管路连接到水储罐(6)顶部；蓄能罐(5)底部通过溶液喷淋泵(P1)及管路连接到蓄能罐(5)顶部；三通阀(V1)位于白天的空调热水供水管路上，阀门(V2)位于夜晚的空调热水供水管路上；
采用溴化锂-水溶液作为蓄能介质，槽式太阳能集热器(3)出口端被分为两个并联管路，作为热源分别为蓄能罐(5)和高压发生器(7)提供热量，在满足用户热量需求的基础上，通过实时调节进入三相蓄能***的集热介质流量，将多余的太阳能集热量以蓄能介质化学势能形式蓄存在蓄能罐(5)中，蓄能时，太阳能集热介质--导热油直接为蓄能罐(5)提供热量，加热蓄能罐(5)中的溴化锂-水溶液，在加热过程中蓄能罐(5)中溴化锂溶液通过吸液器(15)流入管路，依靠溶液喷淋泵(P1)加压及溶液喷嘴(16)的喷淋，溶液被加热浓缩，直到产生溴化锂晶体，产生的水蒸汽进入水储罐(6)，水蒸汽在水储罐(6)中受空调热水回水的冷却，由水蒸汽冷凝为液态水，经循环泵(P3)加压及喷嘴(17)喷淋，并蓄存在水储罐(6)中，水储罐(6)中产生的热量被空调热水回水吸收；释能时，水储罐(6) 中的液态水经节流装置降压后进入蒸发器(12)，在蒸发器(12)中吸收地源热水的热量而汽化，水蒸汽进入吸收器(13)，而蓄能罐(5)中的溶液也流到吸收器(13)，吸收来自蒸发器(12)的水蒸汽，随后，吸收器(13)中被稀释后的溶液又流回到蓄能罐(5)中，吸收器(13)中吸热升温的空调热水供给用户，提供用户所需热量。
2.根据权利要求1所述的一种结合三相蓄能的太阳能双效吸收式热泵***，其特征为：
白天，来自槽式太阳能集热器(3)的导热油为高压发生器(7)提供发生用热，产生的水蒸汽进入冷凝器(11)，被空调热水回水冷却冷凝成液态水，液态水经节流阀(14)降压后进入蒸发器(12)，在蒸发器(12)吸收地源热水的热量而汽化为水蒸汽，水蒸汽进入吸收器(13)，被吸收器(13)中的溴化锂浓溶液所吸收，变稀的溴化锂溶液流回到高压发生器(7)和低压发生器(8)，再次被来自槽式太阳能集热器(3)产生的高温导热油加热，再次产生水蒸汽，高、低压发生器中产生的溴化锂浓溶液再次流入吸收器(13)，此时三通阀(V1)开启，阀门(V2)关闭，空调热水回水在吸收器(13)吸热后经三通阀(V1)分流至水储罐(6)和冷凝器(11)，分别在水储罐(6)和冷凝器(11)换热后的空调热水汇合供给末端用户，满足用户白天所需热量；
夜间，蓄能罐(5)中的溴化锂浓溶液流到吸收器(13)，在吸收器(13)中吸收来自蒸发器(12)的水蒸汽，溴化锂溶液浓度降低，稀溶液流回蓄能罐(5)，在蓄能罐(5)中溶解溴化锂晶体，产生的浓溶液再次进入吸收器(13)，蓄能罐(5)内溴化锂溶液浓度不断降低，直至释能结束；同时，水储罐(6)中的制冷剂水进入蒸发器(12)，在蒸发器(12)内吸热变为水蒸汽，进入吸收器(13)，同时，三通阀(V1)关闭，阀门(V2)开启，空调热水回水在吸收器(13)吸热后供给用户，满足用户夜间所需热量。
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