專利名稱：基于超臨界二氧化碳循環(huán)利用的太陽能或廢熱供能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于太陽能、廢熱有效利用的環(huán)保技術(shù)領域，特別涉及有效利用超臨界C02以及太陽能或廢熱的獨立式供應熱水(或者其他形式的熱能)、制冷空調(diào)裝置。
背景技術(shù)：
'在人類文明進程中所用的能源主要是化石燃料，化石燃料的使用給社會帶來一些問 題。 一是化石燃料燃燒過程中釋放出許多污染物，如一氧化碳、有機碳氫化合物，金屬微 粒等，這些污染物的釋放對環(huán)境造成很大損害，如酸雨的生成、臭氧層破壞及地球溫暖化 等；二是地球上的化石燃料總量是有限的，對其大量的利用造成人類面臨的能源緊張等問 題。所以應盡可能地使用可再生式能源，如太陽能，風能及生物質(zhì)能等。目前對太陽能的 熱利用主要有太陽能熱水器、太陽能干燥器等形式，雖然裝置的結(jié)構(gòu)各種各樣，但均是利 用水與太陽能進行熱交換，從裝置中將被太陽能加熱的水取出進行利用，再向裝置中補充入冷水?，F(xiàn)有的太陽能集，器，因為沒有泵強制循環(huán)，僅利用水的自然對流，集熱效率低，低于50%，所獲得的熱7ji量較少。另一方面，如何減少溫室氣體，如二氧化碳等，成為全 球注目的棘手問題。而回收與利用這些被排放的溫室氣體，則是有效的方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，設計一種利用超臨界二氧化碳C02和太 陽能或廢熱的供能裝置，該裝置以超臨界C02流體為太陽能供能系統(tǒng)中的循環(huán)工質(zhì)，可有 效地利用太陽能或者廢熱來供熱、制冷。C02不易燃燒且無毒，使用時不會對環(huán)境及個人 安全造成危害；同時有效地利用并管理二氧化碳等溫室氣體，可以減小地球溫暖化效應，改善環(huán)境。本發(fā)明提出一種基于超臨界二氧化碳循環(huán)利用的太陽能或廢熱供能系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括太陽能或廢熱集熱裝置、熱回收裝置以及連接各裝置的管路；所述太陽能或廢熱集熱裝置的進、出口分別與熱回收裝置的出口、進口相連接，構(gòu)成的熱交換循環(huán)回路，所述熱交換循環(huán)回路中灌充有超臨界C02流體工質(zhì)或超臨界C02流體混合物工質(zhì)。 所述太陽能或廢熱集熱裝置包括通過管路依次相連的太陽能或廢熱集熱器、安全閥、流量控制閥、C02灌充口。所述熱回收裝置包括通過管路依次相連的換熱器、循環(huán)水泵、熱水箱、水流量控制閥。 所述換熱器可以是管殼式換熱器或其它高效類型的換熱器。所述熱回收裝置還包括電加熱控制器、補給水閥門和出水閥門；所述電加熱控制器在太陽能不充足時啟動，加熱水箱中的水。所述熱交換循環(huán)回路中的超臨界C02流體工質(zhì)，是指壓力高于C02臨界點壓力(7.38MPa)、溫度高于C02臨界點(31.06'C)溫度的(202流體；所述熱交換循環(huán)回路中的超臨界C02流體混合物，是指超臨界C02與其它低沸點天然性工質(zhì)流體(如氨、二甲醚、碳氫化合物中的任一種)所組成的流體混合物，在該流體混合 物中其它流體的質(zhì)量百分比不超過超臨界C02的30%。上述系統(tǒng)的工作過程超臨界C02或超臨界CO流體混合物經(jīng)過太陽能或廢熱集熱器 加熱后變成高溫超臨界流體，然后該高溫超臨界流體經(jīng)過熱回收裝置被冷卻后，返回太陽 能或廢熱集熱器加熱，從而實現(xiàn)太陽能熱利用過程(或者廢熱回收利用過程)。在該太陽 能熱利用技術(shù)中，高溫超臨界流體流過熱回收裝置被冷卻，熱回收裝置中的冷工質(zhì)得到熱 能，實現(xiàn)供熱。上述系統(tǒng)中還可用制冷機取代熱系統(tǒng)中的熱回收裝置可以實現(xiàn)供冷；所述制冷機可以是吸收式制冷機或其它能夠利用熱源來制冷的制冷機。所述供熱和供冷只能取其一。本發(fā)明的特點及有益效果本發(fā)明利用超臨界二氧化碳等循環(huán)工質(zhì)在加熱、冷卻條件下產(chǎn)生對流的原理，來驅(qū)動 ^循環(huán)工質(zhì)在回路中循環(huán)流動。這些超臨界流體在循環(huán)回路中通過壓力和流量的控制在太 陽能集熱器(或廢熱集熱器)中有效地加熱，成為高溫的超臨界流體；高溫超臨界流體流經(jīng) 熱回收裝置，得到的熱能可以用來提供熱水，或供暖等；也可以用作加熱空間，實現(xiàn)干燥 器等功能；還可以作為吸收式制冷機的熱源，提供冷暖空調(diào)等。同時流體工質(zhì)被進一步冷 卻，回流至集熱器，從而完成整個循環(huán)。這一過程充分地利用了太陽能(或廢熱)，并且利 用了C02等天然流體。這些天然流體來自于大自然，無毒且不易燃燒，對環(huán)境和對個人的 安全都沒有不良影響；并且將溫室氣體如二氧化碳管理起來，可以減輕溫室效應、地球溫 暖化等對人類環(huán)境造成危害的問題。在本發(fā)明系統(tǒng)中，太陽能集熱器的集熱效率可達到85%以上，集熱器出口工質(zhì)溫度可 以達到9(TC以上。若使用此系統(tǒng)來制取熱水，則可以得到7(TC左右的熱水。各項指標都 高于現(xiàn)有的太陽能熱水器等產(chǎn)品和技術(shù)。本發(fā)明設計的利用超臨界C02的供熱或者供冷裝置，可用在各個家庭中，也可以用在 飯店、學校、賓館及別墅等地方提供熱水、供暖或者冷空調(diào)等。該裝置的輸出熱、冷能的產(chǎn)量主要取決于太陽能集熱器面積(或廢熱源量及集熱器面 積)、循環(huán)工質(zhì)流量的性能。該裝置的有效輸出取決于太陽能集熱器(或者廢熱集熱器)裝 置的大小。


圖1為本發(fā)明的實施例1結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的實施例2結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例及附圖詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作過程。實施例1以超臨界C02作為循環(huán)工質(zhì)，超臨界C02流體工質(zhì)，是指壓力高于C02臨界點壓力(7.38MPa)、溫度高于C02臨界點(31.06'C)溫度的C(V流體；其結(jié)構(gòu)如圖l所 示，包括太陽能集熱器1、換熱器2和熱水箱3組成的熱回收裝置以及將各部件相連通的 管路。其中，太陽能集熱器l的進口與出口分別與換熱器2的出口、進口相連接，從而構(gòu) 成超臨界C02熱交換循環(huán)回路，在此循環(huán)回路中連有安全閥4、流量調(diào)節(jié)控制閥5以及C02 灌充口 11。其中安全閥4用于回路中壓力超過警戒壓力時的泄壓，保證安全所用；流量調(diào) 節(jié)控制閥5可以調(diào)節(jié)回路中的C02流體的流量；C02灌充口 11用于向C02循環(huán)回路中灌 充C02所用。在換熱器2的水回路側(cè)，換熱器2的進口與出口分別與熱水箱3的出口、進 口相連接，從而構(gòu)成水回路，在水回路中還連接有循環(huán)水泵7和水流量調(diào)節(jié)控制閥6，其 中循環(huán)水泵7用于泵送水在回路中流動；流量調(diào)節(jié)控制閥6用于調(diào)節(jié)控制水回路中的水循 環(huán)流量。熱水箱的另一側(cè)帶有補給水閥門8和出水閥門9。利用換熱器2回收熱量，回收 的熱量可以被利用來提供熱水、供熱等。電加熱控制器10可以在太陽能不充足時啟動， 加熱水箱中的水，成為熱水為用戶使用。實施例l的工作過程為超臨界壓二氧化碳C02經(jīng)過太陽能集熱器1，在集熱器出口 流體已被加熱成高溫的超臨界流體，然后高溫高壓的超臨界流體流經(jīng)換熱器2，在換熱器 中實現(xiàn)熱量的回收(在本實施例中使用冷水來實現(xiàn)該熱量的回收，即加熱冷水提供熱水功 能)，同時超臨界壓二氧化碳被冷卻后返回太陽能集熱器1，這樣就完成了一個循環(huán)，如此 周而復始。在上述工作過程中，可以只實現(xiàn)熱水或者供暖功能，太陽能集熱器l出口處的高溫高 壓的超臨界二氧化碳作為熱源進入換熱器，直接加熱冷水或者空氣，系統(tǒng)提供熱水、供暖。在該實施例中，經(jīng)實驗測定太陽能集熱器的集熱效率(即集熱量與入射太陽能的比率) 可以達到80%以上，使用了如下組件太陽能集熱器U型管真空太陽能集熱器(選擇性吸收表面吸收率為0.93,發(fā)射率為0.19)2.0m2，可耐壓13MPa。平均日射量600.0 W/m2循環(huán)工質(zhì)二氧化碳(8.0kg)換熱器套管式換熱器，換熱面積0.7m2熱水在白天日照時間內(nèi)(如9:00-17:00)，可以連續(xù)不斷地提供流量為48.0 kg/h的70.0 。C左右熱水(厚來20.(TC的水被加熱至70.0°C， 20.0°C—70.(TC的熱水)實施例2以超臨界二氧化碳流體混合物作為循環(huán)工質(zhì)，超臨界C02流體混合物，是指 超臨界C02與其它低沸點天然性工質(zhì)流體(如氨、二甲醚、碳氫化合物中的任一種)所組成的流體混合物，在該流體混合物中其它流體的質(zhì)量百分比不超過超臨界C02的30%。其結(jié) 構(gòu)與如圖2所示，本實施例結(jié)構(gòu)與實施例1基本相同，只是用廢熱集熱器21代替了實施 例1的太陽能集熱器1、用吸收式制冷機22代替了實施例1中由換熱器2和熱水箱3組成 的熱回收裝置。另外，不需要蓄熱器。在實施例2中，經(jīng)實驗測定廢熱集熱器1中的廢熱回收效率(即工質(zhì)流體吸收的廢熱量 與所有廢熱量的比率)可以達到85%以上，使用了如下組件-超臨界二氧化碳流體混合物二氧化碳卯％;氨10% 廢熱集熱器管翅式集熱器，換熱面積3.0m2，可耐壓25MPa。 廢熱熱流量500.0 W/m2天然工質(zhì):二氧化碳流體混合物(8.0 kg) 吸收式制冷機效率0.8冷水可以連續(xù)不斷地提供流量為200.0 kg/h的7.0'C左右冷水(原來19.(TC的水被冷卻至 7.(TC， 19.CTC—7.0。C的冷水)
權(quán)利要求
1、一種基于超臨界二氧化碳循環(huán)利用的太陽能或廢熱供能系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括太陽能或廢熱集熱裝置、熱回收裝置以及連接各裝置的管路；所述太陽能或廢熱集熱裝置的進、出口分別與熱回收裝置的出口、進口相連接，構(gòu)成的熱交換循環(huán)回路，所述熱交換循環(huán)回路中灌充有超臨界CO2流體工質(zhì)或超臨界CO2流體混合物工質(zhì)。
2、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能或廢熱集熱裝置包括通過 管路依次相連的太陽能或廢熱集熱器、安全閥、流量控制閥、C02灌充口。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能集熱器采用耐高壓達到 13MPa以上的真空管太陽能集熱器；所述廢熱集熱器采用耐高壓達到13MPa以上的集熱 器。
4、 如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收裝置包括通過管路依次相 連的換熱器、循環(huán)水泵、熱水箱、水流量控制閥。
5、 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述換熱器采用管殼式換熱器。
6、 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收裝置還包括與熱水箱相連 的電加熱控制器、補給水閥門和出水閥門。
7、 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽能或廢熱集熱器中的超臨界C02 流體混合物，采用超臨界C02與氨、二甲醚、碳氫化合物中的任一種低沸點天然性工質(zhì)流 體所組成的流體混合物，在該流體混合物中所述低沸點天然性工質(zhì)流體的質(zhì)量百分比不超 過超臨界C02的30%。
8、 如權(quán)利要求1所述系統(tǒng)，其特征還在于，所述熱回收裝置采用吸收式制冷機或利 用熱源來制冷的制冷機。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于超臨界二氧化碳循環(huán)利用的太陽能或廢熱供能系統(tǒng)，屬于可再生式能源和廢熱利用以及環(huán)保技術(shù)領域，該系統(tǒng)包括太陽能集熱器(或者廢熱集熱器)、換熱器(或者制冷機)以及管路等組成。管路中的工質(zhì)是超臨界二氧化碳或者超臨界二氧化碳與低沸點的天然流體(如氨、碳氫化合物)的流體混合物。本發(fā)明設計的分布式供能系統(tǒng)可以有效利用太陽能(或廢熱)來供熱、供冷。系統(tǒng)的集熱效率可以達到85％以上，集熱器出口溫度可以達到90℃以上。所使用的工質(zhì)不易燃燒、無毒，同時有效地利用并管理二氧化碳等溫室氣體，改善環(huán)境。
文檔編號F24J2/04GK101280962SQ20081010412
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月16日
發(fā)明者張信榮, 杜培儉 申請人:張信榮;杜培儉