專利名稱：微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種能源技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)，具體是一種微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
可再生能源的開發(fā)和利用對(duì)于解決人類日益嚴(yán)峻的能源問題具有決定性的意義。太陽能是地球上大多數(shù)能源的最初來源，同時(shí)也被認(rèn)為是最有潛力的可再生能源之一。太陽能熱力發(fā)電系統(tǒng)有塔式、槽式以及碟式三種類型。由于太陽能能量密度低，熱源溫度不高，開發(fā)利用難度較大。太陽能熱電系統(tǒng)主要是基于各種集熱技術(shù)的熱力循環(huán)(特別是有機(jī)物朗肯循環(huán))系統(tǒng)。有機(jī)物朗肯循環(huán)(ORC)，是以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)的閉式朗肯循環(huán)。當(dāng)熱源溫度低于370℃時(shí)，以水作為朗肯循環(huán)工質(zhì)是不經(jīng)濟(jì)的；而以有機(jī)物為循環(huán)工質(zhì)能克服水的缺點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)較高的發(fā)電效率。并且不同的有機(jī)物工質(zhì)，可以用于回收不同溫度范圍的低品位熱能，具有很好的適應(yīng)性。
吸附式制冷是利用氣體-固體之間的吸附與解吸作用，起到類似于壓縮式制冷中壓縮機(jī)的作用。氣體工質(zhì)在解吸過程中具有較高壓力，進(jìn)入冷凝器冷凝；而在吸附過程中壓力較低，從而工質(zhì)在蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，實(shí)現(xiàn)類似熱力循環(huán)的過程。上述過程是間歇式的，如果使用兩個(gè)以上的吸附床，則可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作；并且若采用連續(xù)回?zé)嵝投啻参绞街评湎到y(tǒng)，COP可以達(dá)到1.2甚至更高。吸附式冷水機(jī)組主要適用于有低溫?zé)嵩?55℃-99℃熱水)并需要提供空調(diào)冷水的場(chǎng)合，十分適合太陽能熱水器所生產(chǎn)的熱水。由于吸附式制冷所采用的工質(zhì)為綠色環(huán)保的自然工質(zhì)，可以有效克服CFC類蒸汽壓縮式制冷工質(zhì)對(duì)環(huán)境的破壞，使得吸附式制冷取得了比較多的應(yīng)用。吸附式制冷的最大優(yōu)點(diǎn)是可以采用各種低品位熱能，當(dāng)熱源溫度低于100℃時(shí)其COP仍是十分可觀的。吸附式制冷在國(guó)內(nèi)外已有大量研究，并且有商業(yè)化產(chǎn)品。
冷熱電聯(lián)供分布式供能系統(tǒng)是指分布在用戶端的能源梯級(jí)利用和可再生能源及資源綜合利用設(shè)施。分布式能源直接安裝在用戶端，通過在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)能源實(shí)現(xiàn)溫度對(duì)口梯級(jí)利用，盡量減少中間輸送環(huán)節(jié)的損耗，實(shí)現(xiàn)資源利用的最大化。分布式能源系統(tǒng)的最主要的優(yōu)點(diǎn)是用在冷熱電聯(lián)產(chǎn)中，溫度對(duì)口、梯級(jí)利用。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)發(fā)明專利名稱為太陽能平板式冷熱聯(lián)供裝置及其液體循環(huán)方法，申請(qǐng)?zhí)枮?0129169.6，該專利公開了一種基于吸附原理的太陽能冷熱聯(lián)供系統(tǒng)。系統(tǒng)采用制冷和供熱雙循環(huán)方式，其中制冷過程回收冷凝熱、吸附床顯熱和吸附劑吸附熱。該專利僅考慮冷熱聯(lián)供，沒有涉及供電的應(yīng)用，并且該專利沒有涉及冷熱電聯(lián)供時(shí)的控制策略問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，使其能夠利用太陽能熱水器熱水進(jìn)行冷熱電聯(lián)供，成本低，所利用的能源為綠色可再生的太陽能，發(fā)電、供冷和供熱過程均不消耗化石能源，并且功能齊全。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括太陽能集熱系統(tǒng)、有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)、供暖和熱水系統(tǒng)、熱水分配及控制系統(tǒng)、補(bǔ)燃裝置。連接方式為太陽能集熱系統(tǒng)通過補(bǔ)燃裝置與熱水分配及控制系統(tǒng)管道連接，有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)以及供暖和熱水系統(tǒng)通過管道并聯(lián)在熱水分配及控制系統(tǒng)下游。
所述太陽能集熱系統(tǒng)包括太陽能真空管熱水器陣列、集熱水箱，兩者通過管道互相連接，形成循環(huán)。太陽光照射真空管，使得水溫升高，密度減小，熱水向上運(yùn)動(dòng)，而比重大的冷水下降。熱水始終位于上部，即集熱水箱中。太陽能熱水器中熱水的升溫情況與外界溫度關(guān)系不大，主要取決于光照。太陽能真空管熱水器直接采用市場(chǎng)上銷售的商業(yè)化產(chǎn)品。
所述有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)是本發(fā)明的核心系統(tǒng)之一，包括蒸發(fā)器、冷凝器、冷卻器、膨脹機(jī)、循環(huán)泵、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)液罐。連接管道按照蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器、冷卻器、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵的次序形成閉式朗肯循環(huán)，具體連接關(guān)系為蒸發(fā)器二次側(cè)進(jìn)口連接循環(huán)泵出口，蒸發(fā)器二次側(cè)出口連接膨脹機(jī)入口，膨脹機(jī)出口連接冷凝器二次側(cè)入口，冷凝器二次側(cè)出口連接冷卻器二次側(cè)入口，冷卻器二次側(cè)出口連接儲(chǔ)液罐入口，儲(chǔ)液罐出口連接循環(huán)泵入口，循環(huán)泵出口連接蒸發(fā)器二次側(cè)入口，最終形成循環(huán)。蒸發(fā)器一次側(cè)入口連接熱水分配與控制系統(tǒng)，蒸發(fā)器一次側(cè)出口連接至太陽能集熱系統(tǒng)。冷凝器和冷卻器一次側(cè)入口與外界自來水管道連接，冷凝器和冷卻器出口直接排放。膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸器進(jìn)行連接。
本發(fā)明所述的有機(jī)物朗肯循環(huán)熱力發(fā)電系統(tǒng)的主要工作過程如下(1)工質(zhì)在蒸發(fā)器中吸收低品位熱能，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)；(2)工質(zhì)蒸汽在透平中絕熱膨脹做功；(3)工質(zhì)在冷凝器和冷卻器中等壓放熱；(4)泵將工質(zhì)加壓進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱，從而實(shí)現(xiàn)熱力循環(huán)。朗肯循環(huán)工質(zhì)的選擇是這個(gè)系統(tǒng)的核心問題之一，選擇工質(zhì)主要考慮兩個(gè)方面的因素?zé)崃μ匦院铜h(huán)保。熱力特性主要是為了使工質(zhì)在循環(huán)過程中系統(tǒng)效率足夠高，壓力較適宜，且設(shè)備能工作在較安全的區(qū)域內(nèi)。一般認(rèn)為，蒸發(fā)壓力在0.9到1.5MPa下的ORC系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)較高的效率，并且設(shè)備的成本也比較適宜。環(huán)保性是指工質(zhì)的對(duì)臭氧層和溫室效應(yīng)的作用，需要采用對(duì)臭氧層沒有破壞，且溫室效應(yīng)低的工質(zhì)。本發(fā)明朗肯循環(huán)采用工質(zhì)是R123或R245fa等環(huán)保的制冷工質(zhì)。R245fa經(jīng)過計(jì)算表明適合用于回收溫度在200C以下的熱能，并且這種工質(zhì)的ODP(臭氧層衰減指數(shù))值為0，GWP(溫室效應(yīng)指數(shù))值為820，符合環(huán)保的要求。
所述吸附式制冷系統(tǒng)可以采用吸附式制冷機(jī)組，如江蘇雙良空調(diào)設(shè)備有限公司生產(chǎn)的吸附式制冷機(jī)組，COP可以達(dá)到0.6。吸附式制冷機(jī)組吸附床入口端連接熱水分配系統(tǒng)，其出口連接至太陽能集熱系統(tǒng)；吸附式制冷機(jī)組蒸發(fā)器入口、出口端與用戶空調(diào)末端連接。吸附式制冷機(jī)組冷凝器與外界冷源相連接。空調(diào)系統(tǒng)生產(chǎn)的冷水通過泵進(jìn)入用戶端的風(fēng)機(jī)盤管，實(shí)現(xiàn)制冷。吸附式制冷工作過程中，兩個(gè)吸附床交替工作，一個(gè)吸附床在吸附時(shí)可以將一部分顯熱和吸附熱通過傳給另一臺(tái)正在解吸的吸附床，從而節(jié)省能量，實(shí)現(xiàn)較高的COP。
所述供暖和熱水系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，可直接將太陽能集熱器生產(chǎn)的熱水通入用戶，提供用戶熱水和采暖的需要，采暖設(shè)備根據(jù)用戶的需求可采用不同的方式，可以是地板采暖或者風(fēng)機(jī)盤管等空調(diào)末端采暖。
所述熱水分配和控制系統(tǒng)由工控機(jī)、三個(gè)并聯(lián)的熱水分配電磁閥、用戶端溫度傳感器、集熱水箱水位傳感器、集熱水箱溫度傳感器、水位執(zhí)行閥組成。熱水分配電磁閥入口與補(bǔ)燃裝置通過管道連接，閥門出口分別與有機(jī)物朗肯循環(huán)熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)和供暖和熱水系統(tǒng)連接，用于控制上述三個(gè)系統(tǒng)熱水供應(yīng)。閥門的開啟和關(guān)閉通過工控機(jī)進(jìn)行控制。工控機(jī)與用戶端溫度傳感器、集熱水箱水位傳感器、集熱水箱溫度傳感器通過信號(hào)線連接，接收上述傳感器信號(hào)；工控機(jī)與熱水分配電磁閥、水位執(zhí)行閥、補(bǔ)燃裝置通過信號(hào)線連接，控制其工作。
本發(fā)明所述的熱水分配和控制系統(tǒng)主要目的是對(duì)集熱器熱水進(jìn)行合理的分配，在分配策略上，根據(jù)用戶的需求，可以采用以冷定電、以電定冷、以電定熱及以熱定電等方式。以冷定電是指當(dāng)用戶的主要需求為制冷需求時(shí)，則熱水分配主要通入吸附式制冷系統(tǒng)用于制冷，優(yōu)先滿足用戶制冷負(fù)荷，此時(shí)發(fā)電和采暖系統(tǒng)僅使用制冷剩下的熱水進(jìn)行工作，甚至可以不工作；以電定冷是指當(dāng)用戶端主要需要為電力需求時(shí)，集熱器熱水優(yōu)先通入朗肯循環(huán)系統(tǒng)，以滿足用戶電力需求，而制冷、采暖系統(tǒng)為次要考慮的對(duì)象；以電定熱和以熱定電的工作方式與上述工作形式相類似。熱水分配和控制系統(tǒng)的核心是工控機(jī)，工控機(jī)通過編程預(yù)先設(shè)置上述四種工作方式，控制方式主要是通過熱水分配電磁閥來實(shí)現(xiàn)，用戶可以根據(jù)季節(jié)來設(shè)置控制策略，或者手動(dòng)臨時(shí)設(shè)置某種方式，以滿足用戶需求。
所述補(bǔ)燃裝置根據(jù)用戶的實(shí)際情況，采用不同燃料進(jìn)行補(bǔ)燃。當(dāng)氣象條件不理想，集熱水箱溫度無法滿足用戶端發(fā)電、制冷或者采暖的負(fù)荷要求時(shí)，控制系統(tǒng)控制補(bǔ)燃裝置工作，加熱熱水使其達(dá)到工作溫度(甚至可以高于氣象條件較好時(shí)熱水溫度)，從而實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)冷熱電的需求。
本發(fā)明綜合了有機(jī)物朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)和采暖及熱水系統(tǒng)，可以為用戶提供冷、熱、電，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保的分布式供能，在太陽能充足的地方具有很好的應(yīng)用前景。
本發(fā)明采用的有機(jī)物朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，采用低沸點(diǎn)有機(jī)物為循環(huán)工質(zhì)，能高效地回收低品位熱能用于發(fā)電，并且具有膨脹機(jī)設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單，系統(tǒng)設(shè)備少的特點(diǎn)，是太陽能熱力發(fā)電的一種有效方式。
本發(fā)明采用的吸附式制冷系統(tǒng)，是一種新型的太陽能制冷方式，能有效克服太陽能能量密度低的缺點(diǎn)，具有容量小、驅(qū)動(dòng)熱源溫度低等特點(diǎn)，并且這種制冷方式已有產(chǎn)品生產(chǎn)，可行性好。
本發(fā)明的主要思想是每天真空管太陽能熱水器搜集太陽能，所生產(chǎn)的熱水儲(chǔ)存在熱水箱內(nèi)作為能量?jī)?chǔ)存，一般太陽能熱水器的熱水在氣象條件適合的情況下可以達(dá)到95℃甚至更高，這些熱水通過一個(gè)熱水分配的裝置進(jìn)行調(diào)節(jié)分配；根據(jù)用戶的需求，可以采用以冷定電、以電定冷、以電定熱及以熱定電等方式。
在本發(fā)明中，可以合理的設(shè)計(jì)系統(tǒng)的規(guī)模，使得系統(tǒng)既能適應(yīng)用戶的需求，又能盡可能地降低成本1.從ORC發(fā)電系統(tǒng)角度計(jì)算，保持1kW電力輸出2小時(shí)，假設(shè)熱水溫度為95℃，進(jìn)入蒸發(fā)器溫度為95℃，離開蒸發(fā)器時(shí)溫度降為60℃，熱力發(fā)電的循環(huán)效率為5-7％，需要的熱水量為816.2-1142.8Kg；2.吸附式制冷COP值可取為0.6-0.7。則保持兩小時(shí)2kW制冷量所需的熱水量為489.4-571Kg；通過計(jì)算，可以看到，每天太陽能熱水器只要生產(chǎn)2噸熱水，就可以保持1kW電力輸出4小時(shí)，或者2kW制冷量輸出4小時(shí)，該系統(tǒng)應(yīng)能基本滿足用戶的需求。而且，對(duì)于實(shí)際電力并網(wǎng)的用戶，大多數(shù)情況下，其主要的需求為對(duì)冷暖的需求，即主要滿足用戶冷暖的需求，而將電力輸出作為副產(chǎn)品，當(dāng)用戶對(duì)冷暖要求低時(shí)，則輸出電力。
本發(fā)明的相比較于傳統(tǒng)太陽能利用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)太陽能冷熱電聯(lián)供的分布是供能，而非單獨(dú)的供冷供熱，使得系統(tǒng)功能更為齊全；采用以環(huán)保的R245fa為工質(zhì)的有機(jī)物朗肯循環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高效發(fā)電；采用熱水箱儲(chǔ)能的方式，實(shí)現(xiàn)一定程度的顯熱儲(chǔ)能。本發(fā)明具有功能齊全，太陽能利用率高等特點(diǎn)，符合太陽能利用系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖，圖中太陽能集熱器陣列1、集熱水箱2、補(bǔ)燃裝置3、熱水分配與控制系統(tǒng)4、蒸發(fā)器5、膨脹機(jī)6、發(fā)電機(jī)7、冷凝器8、冷卻器9、儲(chǔ)液罐10、循環(huán)泵11、熱力發(fā)電系統(tǒng)12、吸附式制冷系統(tǒng)13、蒸發(fā)器14、冷凝器15、吸附床16、集熱水箱水位傳感器17、集熱水箱溫度傳感器18、熱水分配電磁閥19、工控機(jī)20、水位執(zhí)行閥21。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
如圖1所示，本實(shí)施例包括太陽能集熱系統(tǒng)、有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)12、吸附式制冷系統(tǒng)13、供暖和熱水系統(tǒng)、熱水分配與控制系統(tǒng)4、補(bǔ)燃裝置3。連接方式為太陽能集熱系統(tǒng)通過補(bǔ)燃裝置3與熱水分配與控制系統(tǒng)4管道連接，有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)12、吸附式制冷系統(tǒng)13以及供暖和熱水系統(tǒng)通過管道并聯(lián)在熱水分配及控制系統(tǒng)4下游。
太陽能集熱系統(tǒng)包括太陽能真空管熱水器陣列1、集熱水箱2。兩者通過管道互相連接，形成循環(huán)。
有機(jī)物朗肯循環(huán)(ORC)的熱力發(fā)電系統(tǒng)12包括蒸發(fā)器5、膨脹機(jī)6、發(fā)電機(jī)7、冷凝器8、冷卻器9、儲(chǔ)液罐10、循環(huán)泵11。連接管道按照蒸發(fā)器5、膨脹機(jī)6、冷凝器8、冷卻器9、儲(chǔ)液罐10、循環(huán)泵11的次序形成朗肯循環(huán)，其中蒸發(fā)器5二次側(cè)進(jìn)口連接循環(huán)泵11出口，蒸發(fā)器5二次側(cè)出口連接膨脹機(jī)6入口，膨脹機(jī)6出口連接冷凝器8二次側(cè)入口，冷凝器8二次側(cè)出口連接冷卻器9二次側(cè)入口，冷卻器9二次側(cè)出口連接儲(chǔ)液罐10入口，儲(chǔ)液罐10出口連接循環(huán)泵11入口，循環(huán)泵11出口連接蒸發(fā)器5二次側(cè)入口，最終形成循環(huán)。蒸發(fā)器5一次側(cè)入口連接熱水分配與控制系統(tǒng)4，蒸發(fā)器5一次側(cè)出口連接至太陽能集熱系統(tǒng)。冷凝器8和冷卻器9一次側(cè)入口與外界自來水管道連接，冷凝器8和冷卻器9出口直接排放。膨脹機(jī)6與發(fā)電機(jī)7通過聯(lián)軸器進(jìn)行連接。
吸附式制冷系統(tǒng)13采用吸附式制冷機(jī)組，包括吸附式制冷機(jī)組蒸發(fā)器14、吸附式制冷機(jī)組冷凝器15、吸附式制冷機(jī)組吸附床16等輔助設(shè)備。吸附式制冷機(jī)組吸附床16入口連接熱水分配電磁閥19，其出口連接至太陽能真空管熱水器陣列1；吸附式制冷機(jī)組蒸發(fā)器14進(jìn)出口均與用戶空調(diào)末端連接；吸附式制冷機(jī)組冷凝器15進(jìn)出口與外接冷源相連接。吸附式制冷系統(tǒng)采用商業(yè)化吸附式制冷機(jī)組，其內(nèi)部連接方式不再贅述。
供暖和熱水系統(tǒng)通過熱水分配電磁閥19與用戶端連接。
所述熱水分配和控制系統(tǒng)由工控機(jī)20、三個(gè)并聯(lián)的熱水分配電磁閥19、用戶端溫度傳感器(附圖中未標(biāo)出)、集熱水箱水位傳感器17、集熱水箱溫度傳感器18、水位執(zhí)行閥21組成。三個(gè)并聯(lián)的熱水分配電磁閥19入口與補(bǔ)燃裝置3通過管道連接，熱水分配電磁閥19出口分別與有機(jī)物朗肯循環(huán)熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)和供暖和熱水系統(tǒng)連接，用于控制上述三個(gè)系統(tǒng)熱水供應(yīng)。三個(gè)并聯(lián)的熱水分配電磁閥19的開啟和關(guān)閉通過工控機(jī)20進(jìn)行控制。工控機(jī)20與用戶端溫度傳感器、集熱水箱水位傳感器17、集熱水箱溫度傳感器18通過信號(hào)線連接，接收上述傳感器信號(hào)；工控機(jī)20與熱水分配電磁閥19、水位執(zhí)行閥21、補(bǔ)燃裝置3通過信號(hào)線連接，控制其工作。
補(bǔ)燃裝置3連接于集熱水箱2和熱水分配與控制系統(tǒng)4之間，用于滿足氣象條件不佳時(shí)用戶的冷熱電負(fù)荷需求。
太陽能真空管熱水器陣列1收集的熱水儲(chǔ)存于集熱水箱2內(nèi)，集熱水箱2采取足夠的保溫措施，作為本系統(tǒng)的能量?jī)?chǔ)存設(shè)備，當(dāng)集熱水箱2水量不夠時(shí)，由外接水管供水。集熱水箱2一般置于屋頂，進(jìn)水利用自來水的壓力直接輸送，而熱水向下供應(yīng)時(shí)，則利用其高位的壓力實(shí)現(xiàn)供水，以節(jié)約電力消耗。設(shè)計(jì)太陽能真空管熱水器陣列1熱水溫度85℃-98℃之間，儲(chǔ)存于集熱水箱2中，作為顯熱能量?jī)?chǔ)存。當(dāng)太陽輻射能量不足或用戶對(duì)能源需求較大時(shí)，補(bǔ)燃裝置3工作，為用戶提供足夠的能源。
當(dāng)用戶端有電力需求時(shí)，則熱水分配與控制系統(tǒng)4工作，將集熱水箱2內(nèi)熱水引導(dǎo)至有機(jī)物朗肯循環(huán)(ORC)的熱力發(fā)電系統(tǒng)12的蒸發(fā)器5中，作為該系統(tǒng)的熱源，而熱力發(fā)電系統(tǒng)的冷源則是直接采用外接自來水，經(jīng)過冷凝器9和冷卻器8的水具有一定的能量，并入太陽能真空管熱水器陣列1，以實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。ORC系統(tǒng)具體工作過程和參數(shù)設(shè)計(jì)如下1溫度約為95℃-98℃的熱水進(jìn)入ORC系統(tǒng)蒸發(fā)器5，與工質(zhì)R245fa進(jìn)行換熱，設(shè)計(jì)蒸發(fā)壓力為9bar，此時(shí)蒸發(fā)溫度為85.3℃。工質(zhì)在蒸發(fā)器5中蒸發(fā)并且過熱，出口溫度可達(dá)到90℃左右；2壓力9bar、溫度90℃的R245fa蒸汽進(jìn)入膨脹機(jī)6膨脹做功，出口蒸汽壓力設(shè)計(jì)2bar，膨脹機(jī)6出口溫度約為59.0℃；B2-B3膨脹機(jī)6出口蒸汽經(jīng)冷凝器9和冷卻器8冷卻，從氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)；冷源取室溫下的水，約為20℃，出口溫度設(shè)計(jì)約為40.4℃；B3-B4液態(tài)工質(zhì)由循環(huán)泵11加壓，從壓力2bar升至9bar，重新進(jìn)入蒸發(fā)器5，完成循環(huán)。
上述過程理論上可實(shí)現(xiàn)的效率9.33％，考慮到各種損失，保守估計(jì)效率可達(dá)5-7％，考慮到系統(tǒng)不使用化石能源，故在這種效率下系統(tǒng)具有一定的價(jià)值。
當(dāng)用戶端有制冷的需求時(shí)，熱水分配與控制系統(tǒng)4將熱水輸送至吸附式制冷系統(tǒng)13，機(jī)組利用熱水的能量制冷。通過吸附床16后的熱水仍舊進(jìn)入太陽能真空管熱水器陣列1。吸附式機(jī)組可采用商業(yè)化的余熱利用吸附式機(jī)組。簡(jiǎn)單的吸附式制冷工作過程如下1當(dāng)吸附床16通過高溫?zé)崴畷r(shí)，吸附床16發(fā)生解吸，床內(nèi)壓力升高至飽和壓力時(shí)，水在冷凝器15中冷凝放熱；2反之，吸附床16發(fā)生吸附作用時(shí)，床內(nèi)壓力減小，此時(shí)蒸發(fā)器14內(nèi)工質(zhì)蒸發(fā)吸熱，實(shí)現(xiàn)制冷效果；3為了實(shí)現(xiàn)連續(xù)制冷，一般吸附式機(jī)組都有兩個(gè)吸附床16，兩個(gè)吸附床16交替工作，并且通過控制相關(guān)的閥門開閉，實(shí)現(xiàn)制冷效果。兩個(gè)吸附床16相當(dāng)于蒸汽壓縮式制冷中的壓縮機(jī)的作用。
當(dāng)用戶端有采暖或熱水需求時(shí)，熱水分配與控制系統(tǒng)4直接將熱水輸送至用戶端。當(dāng)因消耗導(dǎo)致集熱水箱2水量減少時(shí)，集熱水箱2的外接自來水閥門打開，將外接的水補(bǔ)充至集熱水箱2內(nèi)。當(dāng)用戶需求量較大或氣象條件不適合時(shí)，可以采用補(bǔ)燃裝置3對(duì)熱水進(jìn)行加熱。系統(tǒng)工作過程中，熱水輸送的過程是一個(gè)循環(huán)的過程，只需要克服管道的阻力，因而可以最大限度的減少電力消耗。
權(quán)利要求
1.一種微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，包括太陽能集熱系統(tǒng)、有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)、供暖和熱水系統(tǒng)、熱水分配及控制系統(tǒng)、補(bǔ)燃裝置，其特征在于，太陽能集熱系統(tǒng)通過補(bǔ)燃裝置與熱水分配及控制系統(tǒng)管道連接，有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)以及供暖和熱水系統(tǒng)通過管道并聯(lián)在熱水分配及控制系統(tǒng)下游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述太陽能集熱系統(tǒng)包括太陽能真空管熱水器陣列、集熱水箱，兩者通過管道互相連接，形成循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、冷凝器、冷卻器、膨脹機(jī)、循環(huán)泵、發(fā)電機(jī)、儲(chǔ)液罐；蒸發(fā)器、膨脹機(jī)、冷凝器、冷卻器、儲(chǔ)液罐、循環(huán)泵的依次通過連接管道連接形成朗肯循環(huán)，其中蒸發(fā)器二次側(cè)進(jìn)口連接循環(huán)泵出口，蒸發(fā)器二次側(cè)出口連接膨脹機(jī)入口，膨脹機(jī)出口連接冷凝器二次側(cè)入口，冷凝器二次側(cè)出口連接冷卻器二次側(cè)入口，冷卻器二次側(cè)出口連接儲(chǔ)液罐入口，儲(chǔ)液罐出口連接循環(huán)泵入口，循環(huán)泵出口連接蒸發(fā)器二次側(cè)，最終形成循環(huán)；蒸發(fā)器一次側(cè)入口連接熱水分配與控制系統(tǒng)，蒸發(fā)器一次側(cè)出口連接至太陽能集熱系統(tǒng)，冷凝器和冷卻器一次側(cè)入口與外界自來水管道連接，冷凝器和冷卻器出口直接排放，膨脹機(jī)與發(fā)電機(jī)通過聯(lián)軸器進(jìn)行連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述吸附式制冷系統(tǒng)采用吸附式制冷機(jī)組，吸附式制冷機(jī)組吸附床入口端連接熱水分配系統(tǒng)，其出口連接至太陽能集熱系統(tǒng)；吸附式制冷機(jī)組蒸發(fā)器入口、出口端與用戶空調(diào)末端連接，吸附式制冷機(jī)組冷凝器與外界冷源相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述熱水分配和控制系統(tǒng)由工控機(jī)、三個(gè)并聯(lián)的熱水分配電磁閥、用戶端溫度傳感器、集熱水箱水位傳感器、集熱水箱溫度傳感器、水位執(zhí)行閥組成；熱水分配電磁閥入口與補(bǔ)燃裝置通過管道連接，三個(gè)并聯(lián)的熱水分配電磁閥出口分別與有機(jī)物朗肯循環(huán)熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)和供暖和熱水系統(tǒng)連接，用于控制上述三個(gè)系統(tǒng)熱水供應(yīng)，熱水分配電磁閥的開啟和關(guān)閉通過工控機(jī)進(jìn)行控制，工控機(jī)與用戶端溫度傳感器、集熱水箱水位傳感器、集熱水箱溫度傳感器通過信號(hào)線連接，接收上述傳感器信號(hào)；工控機(jī)與熱水分配電磁閥、水位執(zhí)行閥、補(bǔ)燃裝置通過信號(hào)線連接，控制其工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述供暖和熱水系統(tǒng)通過熱水分配閥與用戶端連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，其特征是，所述補(bǔ)燃裝置連接于集熱水箱和熱水分配與控制系統(tǒng)之間。
全文摘要
一種能源技術(shù)領(lǐng)域的微型分布式太陽能驅(qū)動(dòng)冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)。本發(fā)明包括太陽能集熱系統(tǒng)、有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)、供暖和熱水系統(tǒng)、熱水分配系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)、補(bǔ)燃裝置。太陽能集熱系統(tǒng)通過補(bǔ)燃裝置與熱水分配及控制系統(tǒng)管道連接，有機(jī)物朗肯循環(huán)的熱力發(fā)電系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)以及供暖和熱水系統(tǒng)通過管道并聯(lián)在熱水分配及控制系統(tǒng)下游。本發(fā)明通過真空管太陽能熱水器提供熱水，以O(shè)RC發(fā)電系統(tǒng)提供電力，吸附式制冷系統(tǒng)提供空調(diào)用冷水，生活熱水；熱水分配裝置進(jìn)行面向用戶的調(diào)節(jié)和控制，按用戶的需求確定系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電、制冷、采暖，并且系統(tǒng)預(yù)設(shè)補(bǔ)燃裝置，以備光照不足或用戶需求過大時(shí)的要求。
文檔編號(hào)F25B17/08GK101055121SQ20071004147
公開日2007年10月17日 申請(qǐng)日期2007年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月31日
發(fā)明者翁一武, 顧偉, 池里杰, 王艷杰 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)