專利名稱：：一種太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種太陽能熱利用技術(shù)，特別是一種利用太陽能的熱泵系統(tǒng)，屬熱交換
技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
：以煤為主的一次能源結(jié)構(gòu)不但能源禾傭效率低，而腿5,重的環(huán)境污染，S02排放量的90。/。禾附(\排放量的60%都來自于燃煤。嚴(yán)重的環(huán)境污染對生態(tài)環(huán)境造成的影響已經(jīng)到經(jīng)濟(jì)和社會的可辦賣發(fā)展。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗日益提高，能源逐漸成為制約社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的"瓶頸"。有研究孝隨，我國的建筑能耗占社會總1鵬5%以上，而在建筑能耗中，空調(diào)旨繼占至!150%以上，并且建筑物空調(diào)的需求量呈逐年上升趨勢，給能源、電力和環(huán)境帶來很大的壓力，在這種情況下，太陽能作為一種可再生能源越來越受到人們的重視。太陽能是一禾中巨大的清潔能源，每天到達(dá)地面的太陽輻射能為5.57Xl(fMJ，相當(dāng)于190萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，約為目前全世界一次能源消費(fèi)總量的1.56X104倍。太陽能以其取之不盡、廉價、安全、無需運(yùn)輸、清潔無污染等侍點(diǎn)受到人們的重視，光熱、光電、光化^太陽能禾,技術(shù)正在M地發(fā)展。由于臭額破壞和溫室效應(yīng)的影響，用自然工質(zhì)替代合成工質(zhì)S^越受到國內(nèi)夕卜制冷界的重視。在幾種常用的自然工質(zhì)中，除7l^崆氣以外，C02是與環(huán)境最為友善的制冷工質(zhì)。C02作為制冷工質(zhì)有很多優(yōu)點(diǎn)它的ODPW，GDP=1;{頓安全，無泰物理化學(xué)穩(wěn)定'魁子;.單位容積制冷量大，有利于減少裝置術(shù)只；在超臨lf^牛下，它的流動傳熱性能好；此外，C02容易獲取，價格低廉，不需要回收。在二氧化碳跨臨荊盾環(huán)中，二氧化碳的放熱過程是在超臨界壓力下謝亍的，有較大的回落，這個鵬特別適合加熱家用熱7K，二氧化碳熱泵熱水器是目前公認(rèn)的各方面優(yōu)于R22、R134a等常規(guī)工質(zhì)的熱泵熱7K裝置。膨脹壓縮機(jī)是一種膨脹功回收裝置，膨脹機(jī)的膨脹功掛共給輔助壓縮機(jī)作為輸入功，以驅(qū)動壓縮機(jī)誠壓縮過程。采用膨脹jBi機(jī)有利于提高針系統(tǒng)的性能系數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能目的。綜上戶誠，若能將太陽能的有效利用、跨臨界二氧化碳熱泵系艦膨脹壓縮機(jī)對支術(shù)融為一體，是一種實(shí)現(xiàn)高效率供熱、t^^令等多項功能的有效途徑。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是掛共一種有效利用太陽能、大大提高系統(tǒng)運(yùn)行循環(huán)性能系數(shù)C0P值的太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)。本實(shí)用新型所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的一種太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二氧化碳為工作介質(zhì)，構(gòu)成中包括太陽能集熱器、第一膨脹壓縮機(jī)、第二膨脹壓縮機(jī)、貯氣器、氣體冷卻器、蒸發(fā)器和兩臺分別與第一、第二膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)相連的電動機(jī)，其中，太陽能集熱器連接在第一膨脹壓縮機(jī)的膨脹機(jī)的進(jìn)口管路中，膨脹機(jī)流出的二氧化碳經(jīng)ie氣器、氣體冷卻器送入第二膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)的進(jìn)口，該壓縮機(jī)出口接至太陽H讓熱器進(jìn)口，由上述部件組成太陽肖讓熱輔助熱源的閉路循環(huán)系統(tǒng);所述第一膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)出口將二氧化碳經(jīng)貯氣器、氣體冷卻器送入第二膨脹壓縮機(jī)的膨脹機(jī)進(jìn)口，膨脹機(jī)出口蒸發(fā)器，蒸發(fā)器出口接通第一膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)的進(jìn)口，，部件組成另一路跨臨界二氧化碳熱泵閉路循環(huán)系統(tǒng)。i^太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，所述蒸發(fā)器與第一膨脹壓縮機(jī)的壓縮t腿口之間設(shè)有氣液分離器。上述太陽倉彌助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，所3iHii閥兩個出口處分別設(shè)有電磁閥。本實(shí)用新型針對目前存在的能源禾,及環(huán)境污染問題，提出一種帶膨脹壓縮機(jī)的太陽能輔助跨臨界二氧化碳節(jié)能熱泵技術(shù)，該技術(shù)由太陽旨讓熱輔助系統(tǒng)和跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)兩部分組成，兩部分中分別設(shè)置一套膨脹壓縮機(jī)，齡系統(tǒng)以二氧化碳為工作介質(zhì)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下方面1.節(jié)能性本實(shí)用新型會的多有效利用太陽能作為系統(tǒng)驅(qū)動能量，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的COP值，起到節(jié)能的效果。在系統(tǒng)剛剛啟動駄陽光照弓雖比較弱的時候，啟動兩個電動機(jī)，此時，系統(tǒng)的COP也比單級跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)的COP大很多。當(dāng)太陽光照￡夠強(qiáng)的時候，電動機(jī)的耗能會更小，此時系統(tǒng)的COP將會更大。2.環(huán)保性齡系統(tǒng)的制冷工作介質(zhì)均采用CCb，不存在對環(huán)境的污染問題。3.經(jīng)濟(jì)性；從頓考慮，本實(shí)用新型只需一次性投資，后期維護(hù)和投資費(fèi)用非常小。基于戰(zhàn)優(yōu)點(diǎn)及人們x寸節(jié)能環(huán)保、太陽能以及纟tfex質(zhì)二氧化碳的重視，同時隨著膨脹壓縮機(jī)的不斷研究和M，使其成本不斷卩射氐，從而為本實(shí)用新型的廣泛應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)?？蓮V泛用于空調(diào)、供暖、制冷等場合。圖1是本實(shí)用新型示意圖；圖中各標(biāo)號含義如下-1.太陽能集熱器；2.第一膨脹壓縮機(jī)；2-1.第一膨脹壓縮機(jī)的膨脹機(jī)；2-2.第一膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)；3.第一電動機(jī)；4.fc氣器；5.氣液分離器；6.氣體冷卻器；7.三通閥；8.蒸發(fā)器；9.第二膨脹壓縮機(jī)；9-1.第二膨脹壓縮機(jī)的膨脹機(jī)；9-2.第二膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)；IO.第二電動機(jī)；11、12.電磁閥。具體實(shí)施方式參看圖l,本實(shí)用新型構(gòu)成中包括太陽能集熱器l、第一膨脹壓縮機(jī)2、第二膨脹壓縮機(jī)9、貯氣器4、氣液分離器5、氣體冷卻器6、蒸發(fā)器7、三通閥8、電磁閥ll、12.和兩臺分別與第一、第二膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)相連的電動機(jī)M，上述部件通過管難接，形駄陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二氧化碳為工作介質(zhì)。太陽能集熱器l一般放在房頂，C02蒸氣經(jīng)太陽倉護(hù)熱器加熱后通過管ititA第一膨脹壓縮機(jī)2中膨脹機(jī)2-l的進(jìn)口，驅(qū)動膨脹tax寸外做功后通過管ititAC氣器4，在貯氣器中與從壓縮機(jī)2-2出來的C02蒸氣混合，從貝i氣器出口出來后通過管纖入氣體冷去離6的進(jìn)口，在氣體冷卻器中冷卻放出熱量，然后通過管道依次經(jīng)3dHM閥7、電磁閥ll，經(jīng)第二膨脹壓縮機(jī)9中壓縮機(jī)9-2壓縮后SA太陽旨讓熱器l重新加熱，這樣就組成太陽能集熱輔助封閉部分。C02蒸氣經(jīng)第一膨脹壓縮機(jī)中的壓縮機(jī)2-2壓縮后艦管MiSA貯氣器4，在Jt氣器中與中膨脹機(jī)的排氣混合后，通過管ititA氣體冷卻器6冷卻放出熱量，從氣體冷卻器出來后的C02蒸氣通過管道依次經(jīng)^31閥7的另一端出口和電磁闊12，然后驅(qū)動第二膨脹壓縮機(jī)9中的膨脹機(jī)帶動與其相連的壓縮機(jī)做功，做功后的C02制冷劑JiA蒸發(fā)器8蒸發(fā)制冷，最后i!31管道經(jīng)氣液分離器5后進(jìn)入第一膨脹壓縮機(jī)中的壓縮機(jī)2-2，從而組成跨臨界二氧化碳熱泵部分。在本實(shí)用新型中，兩膨脹壓縮機(jī)中的膨脹機(jī)和壓縮機(jī)同軸連接，兩膨脹壓縮機(jī)中的壓縮機(jī)與電動機(jī)同軸連接。圖2是為本實(shí)用新型循環(huán)系統(tǒng)的p-h圖。蒸發(fā)器8出口的C02為飽和狀態(tài)，經(jīng)第一膨脹壓縮機(jī)2中壓縮機(jī)由a點(diǎn)壓縮至b點(diǎn)，過熱的C02蒸氣在第一膨脹壓縮機(jī)2的膨脹機(jī)中由f點(diǎn)膨脹至e點(diǎn)，從b點(diǎn)和e點(diǎn)出來的C02蒸氣在C氣器混合后形成k點(diǎn)，然后，經(jīng)氣體冷卻器6等壓冷卻至c點(diǎn)，再經(jīng)第二膨脹壓縮機(jī)9中的膨脹機(jī)等熵膨ESd點(diǎn)，最后，在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱至飽和蒸氣狀態(tài)a點(diǎn)。c點(diǎn)至e點(diǎn)為第二膨脹壓縮機(jī)中壓縮機(jī)的壓縮過程，e點(diǎn)至f點(diǎn)為太陽能集熱器的加熱加壓過程，f點(diǎn)至g點(diǎn)為第一膨脹壓縮機(jī)中膨脹機(jī)的對外做功過程。其中a-b-k-c-d-a為跨臨界C02熱泵部分，e-f-g-k-c-e為太陽能集熱輔助循環(huán)部分。下面以某小區(qū)321m2別墅住宅為例進(jìn)行實(shí)例計算分析設(shè)計采用的冷熱規(guī)格夏季采用7/12'C，冬季采用地板輻射采暖35/50。C。室外設(shè)計參數(shù)夏季空調(diào)室外計算干i^鵬為33.2。C;夏季空調(diào)室外計算濕球溫度為26.4。C;冬季空調(diào)室外計算纟鵬為-12。C;冬季供暖室外計算溫度為-9"C。室內(nèi)設(shè)計參數(shù)如表l所示。表l室內(nèi)設(shè)計參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>根據(jù)別墅的結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn),計算出該建筑夏季空調(diào)負(fù)荷為27.3kW,冬季地板輻射供日IS空調(diào)負(fù)荷為32.8kW。為了分析方便，在以下斜牛下進(jìn)行循環(huán)分析(l)系統(tǒng)循環(huán)處于穩(wěn)態(tài)；(2)壓縮機(jī)的指示效率均為0.9，聯(lián)軸器的機(jī)械效率為O鄰，膨脹機(jī)的效率為0.8;(3)氣體冷卻器、蒸發(fā)器與環(huán)境之間沒有熱交換；(4)氣體冷卻器的換熱溫差為5。C，蒸發(fā)器的換熱、驢為5'C;(5)管路壓力總損失忽略不計?；谝陨系睦碚撚嬎愎胶统跏技僭O(shè)斜牛，對帶膨脹壓縮機(jī)的太陽能輔助跨臨^C02熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了理論分析。敦為跨臨瓶02熱泵循環(huán)主要狀態(tài)點(diǎn)的物性參數(shù)。敦跨臨lfC02熱泵循環(huán)主要狀態(tài)點(diǎn)的物性參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>理論計算分析表明當(dāng)太陽能集熱器的面積為25m2，^F方米吸熱量為1KW，氣體冷卻器總放熱量為50KW時，本實(shí)用新型系統(tǒng)的COP為4.79，其性能系數(shù)明顯高于單級0)2跨臨界熱泵系為使氣體冷卻器進(jìn)口的壓力達(dá)到co2的臨界壓力，i^用中Mi:陽能集熱器，其正常工作溫度范圍為100°C180°C，此時膨脹壓縮機(jī)A中膨脹機(jī)駐口的壓力范圍為12MPa14MPa。當(dāng)旨系統(tǒng)剛開始啟動或太陽光照強(qiáng)度不能滿足需要時，需要啟動第一電動機(jī)3和第二電動機(jī)10，此時電動機(jī)10輸入的功較大；當(dāng)太陽光照3驢滿足需要時，可調(diào)節(jié)電動機(jī)10輸入較小的功,電動機(jī)3可直接關(guān)閉。電磁閥11和12可根據(jù)需要分別調(diào)節(jié)帝嶺工質(zhì)的流量。太陽售讓熱輔助部分和跨臨界二氧化碳熱泵部分共用一^體冷卻器6，氣體冷卻器放出的熱量可供用戶根據(jù)需要自由分配禾傭，從而達(dá)到制熱、供熱水或制熱+熱水的目的，冷卻介質(zhì)可以為水、空氣等?？缗R界二氧化碳熱泵部分中蒸發(fā)器8向外界吸收熱量，達(dá)到制冷、微令水或制冷+冷水的目的，可根據(jù)用戶需要進(jìn)行合理的設(shè)計和安裝。冷卻介質(zhì)也可采用其他物質(zhì)，如水、空氣等。權(quán)利要求1.一種太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，該系統(tǒng)以二氧化碳為工作介質(zhì)，其特征在于構(gòu)成中包括太陽能集熱器(1)、第一膨脹壓縮機(jī)(2)、第二膨脹壓縮機(jī)(9)、貯氣器(4)、氣體冷卻器(6)、蒸發(fā)器(8)和兩臺分別與第一、第二膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)相連的電動機(jī)，其中，太陽能集熱器連接在第一膨脹壓縮機(jī)的膨脹機(jī)的進(jìn)口管路中，膨脹機(jī)流出的二氧化碳經(jīng)貯氣器、氣體冷卻器送入第二膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)的進(jìn)口，該壓縮機(jī)出口接至太陽能集熱器進(jìn)口，由上述部件組成太陽能集熱輔助熱源的閉路循環(huán)系統(tǒng)；所述第一膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)出口將二氧化碳經(jīng)貯氣器、氣體冷卻器送入第二膨脹壓縮機(jī)的膨脹機(jī)進(jìn)口，膨脹機(jī)出口連通蒸發(fā)器，蒸發(fā)器出口接通第一膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)的進(jìn)口，上述部件組成另一路跨臨界二氧化碳熱泵閉路循環(huán)系統(tǒng)。2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，其特征在于戶腿蒸發(fā)器(8)與第一膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)(2-2)進(jìn)口之間設(shè)有氣液分離器(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，其特征在于所述Hffi閥(7)兩個出口處分別設(shè)有電磁閥。專利摘要一種太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，用于解決熱能循環(huán)利用問題。其技術(shù)方案是該系統(tǒng)由太陽能集熱輔助部分和跨臨界二氧化碳熱泵部分組成，兩個系統(tǒng)由兩個膨脹壓縮機(jī)連接，整個系統(tǒng)的工作介質(zhì)均采用二氧化碳。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下方面1.節(jié)能性本實(shí)用新型能夠有效利用太陽能作為系統(tǒng)驅(qū)動能量，大大提高系統(tǒng)運(yùn)行的COP值，起到節(jié)能的效果；2.環(huán)保性整個系統(tǒng)的制冷工作介質(zhì)均采用CO₂，不存在對環(huán)境的污染問題；3.經(jīng)濟(jì)性本實(shí)用新型只需一次性投資，后期維護(hù)和投資費(fèi)用非常小?？蓮V泛用于空調(diào)、供暖、制冷等場合。文檔編號F25B41/04GK201425392SQ20092010325公開日2010年3月17日申請日期2009年6月12日優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日發(fā)明者劉春濤,孫剛磊,論立勇,謝英柏申請人:華北電力大學(xué)(保定)