專利名稱：太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置，尤其是涉及一種水可實現(xiàn)冷 暖空調(diào)熱水三聯(lián)供的太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置。
背景技術：
溫帶大陸性氣候是地球上一種最基本的氣候型，覆蓋面積廣泛。其總的特點，夏季 太陽輻射量和地面反輻射能量大，高溫炎熱；冬季受冷高壓控制，低溫干燥。試驗表明，夏季 有效地利用太陽能高強化輻射能，進行高能存儲備用于冬季供熱的熱泵熱源將成為現(xiàn)實。傳統(tǒng)空調(diào)供熱延用的是化石燃料直接燃燒釋放熱能的高排碳供熱方式，導致產(chǎn)生 溫室效應。太陽的短波輻射加熱了地球表面，導致大氣氣溫升高，所放出的長波熱輻射卻 被大氣中逐年增加的二氧化碳氣體吸收，無法散逸出高空，地球就象增加了一層“厚厚的保 溫層”，處于“溫室效應”之中，最終導致地球氣溫變暖。溫室效應將導致冰川大量融化，海 平面上升，海水蒸發(fā)量加快，破壞水氣循環(huán)的自然平衡造成氣候紊亂，使局部高溫干旱和暴 雨成災持續(xù)周期長，無方向的襲擊任何地區(qū)形成自然災害，破壞人類地球生存環(huán)境。因此，人們一直在尋找一種可再生的綠色能源來替代現(xiàn)有的化石燃料直接燃燒供 熱。幾十年來，全球空調(diào)行業(yè)一直未能突破有效廣泛地應用夏季太陽能高能存儲技術，以解 決冬季供熱熱源來源無需化石燃料的難題。其主要原因是，秋季過渡季節(jié)存儲太陽能輻射 熱和冬季直接利用太陽能輻熱，這兩個季節(jié)是太陽能射量最低的時期，所需要的太陽能集 熱器敷設面積龐大，不適合在人口稠密的建筑物上應用，且效率低，投資大，因而推廣應用 受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術利用秋季過渡季節(jié)存儲太陽能輻射熱和冬季直 接利用太陽能輻熱，太陽能集熱器體積龐大，效率低下，投資大，無法在城市中心區(qū)域應用 的技術缺陷，提供一種效率高，投資較少，綜合經(jīng)濟性能指標較高，可為寒冷低溫氣候周期 的熱泵供熱提供可靠、穩(wěn)定的熱源，適于在城市中心區(qū)域使用的太陽能原生源熱源塔熱泵 成套裝置。本發(fā)明的技術方案是其包括原生源集熱儲備系統(tǒng)、次生源即時吸收系統(tǒng)、熱源塔 熱泵機組、供暖循環(huán)輸出系統(tǒng)；
所述原生源集熱儲備系統(tǒng)包括高能集熱器、高能遷移泵、高能存儲庫。高能集熱器出 液口通過管路與高能存儲庫進液口連接(中途經(jīng)過橋閥與機組蒸發(fā)器出液口管路連接)；高 能存儲庫出液口通過管路和與高能遷移泵進液口連接，高能遷移泵出液口通過管路和控制 閥與高能集熱器進液口連接(中途經(jīng)過橋閥、控制閥與機組蒸發(fā)器進液口管路連接)。所述次生源即時吸收系統(tǒng)包括次生源熱源塔、02#四通換向閥、熱源循環(huán)泵、機 組蒸發(fā)器、01#四通換向閥，次生源熱源塔出液口通過管路與02#四通換向閥相連，02#四通 換向閥通過管路與熱源循環(huán)泵進液口連接，熱源循環(huán)泵出液口通過管路、和控制閥與機組蒸發(fā)器進液口連接(中途經(jīng)過橋閥與高能遷移泵出液口管路連接)；機組蒸發(fā)器出液口通過 管路、控制閥與01#四通換向閥連接(中途經(jīng)過橋閥與高能存儲庫進液口管路連接)，01#四 通換向閥通過管路與次生源熱源塔進液口連接。所述熱源塔熱泵機組包括機組蒸發(fā)器、機組換熱器，機組蒸發(fā)器進液口通過管路 分別與控制閥、過橋閥連接，機組蒸發(fā)器出液口通過管路分別與控制閥、過橋閥連接；機組 換熱器進水口經(jīng)通過管路與供熱循環(huán)泵出液口連接，機組換熱器出水口通過管路與01#四 通換向閥連接。所述供暖循環(huán)輸出系統(tǒng)包括負荷換熱器、02#四通換向閥、供熱循環(huán)泵、機組換熱 器和01#四通換向閥，負荷換熱器出水口通過管路與02#四通換向閥連接，02#四通換向 閥通過管路與供熱循環(huán)泵進水口連接，供熱循環(huán)泵出水口通過管路與機組換熱器進水口連 接，機組換熱器出水口通過管路與01#四通換向閥連接，01#四通換向閥通過管路與負荷換 熱器進水口連接。本發(fā)明采集夏季太陽能原生源作為冬季-5°c以下的熱泵熱源，冬季-5°c以上時 即時吸收空氣中的太陽能次生源作為熱泵熱源，有效地控制了原生源儲熱能消耗，為寒冷 低溫氣候周期的熱泵供熱提供可靠、穩(wěn)定的熱源，具有高能容積小的特點，可在城市中心區(qū) 域廣泛應用。本發(fā)明太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置中的原生源集熱儲備系統(tǒng)，可減少常規(guī) 太陽能吸收集熱器敷設面積達70%左右，比常規(guī)地源熱泵土壤源蓄熱能技術，可提高熱能 儲量3—4倍。本發(fā)明太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置，夏季為高效負壓蒸發(fā)水冷卻高能效比 制冷機；冬季為寬帶高效低阻小溫差傳熱混合源熱泵，省去化石燃料鍋爐和電輔熱，冷暖空 調(diào)熱水三聯(lián)供，一機三用，比傳統(tǒng)化石燃料空調(diào)節(jié)能30 50%，實現(xiàn)終端無排碳。在全球氣 候適宜地區(qū)推廣本發(fā)明，如能達到25%應用量，一年可以為地球減少化石能源排碳4. 5億噸 以上。與現(xiàn)有全球推廣的地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)比較，可減少地下土壤源敷設量達70%左 右，提高單位容積蓄熱能力3-4倍，省去了傳統(tǒng)化石能源排碳鍋爐和高能耗的電輔熱，實現(xiàn) 冷暖空調(diào)熱水三聯(lián)供，綜合經(jīng)濟性能指標較高，適于在城市中心區(qū)域推廣應用。


圖1是本發(fā)明太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置實施例結構示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。參照圖1，本實施例包括原生源集熱儲備系統(tǒng)、次生源即時吸收系統(tǒng)、熱源塔熱泵 機組、供暖循環(huán)輸出系統(tǒng)；
原生源集熱儲備系統(tǒng)包括高能集熱器1-1、高能遷移泵(即儲能工質(zhì)循環(huán)泵)1-2、高能 存儲庫1-3，高能集熱器1-1出液口 1-1. 1通過管路與高能存儲庫1-3進口 1-3.1連接(中 途經(jīng)過橋閥04、05與機組蒸發(fā)器3-2出液口管路連接);高能存儲庫1-3出液口 1-3. 2通過 管路和與高能遷移泵1-2進液口連接，高能遷移泵1-2出液口通過管路和控制閥06與高能集熱器1-1進液口 1-2連接(中途經(jīng)過橋閥01、控制閥02與機組蒸發(fā)器3-1. 1進液口管路 連接)。次生源即時吸收系統(tǒng)包括次生源熱源塔2_1、02#四通換向閥3、熱源循環(huán)泵2-2、 機組蒸發(fā)器3-1、01#四通換向閥3 ；次生源熱源塔2-1出液口 2-2通過管路與02#四通換 向閥3相連，02#四通換向閥3通過管路與熱源循環(huán)泵2-2進液口連接，熱源循環(huán)泵2-2出 液口通過管路、和控制閥02與機組蒸發(fā)器3-1. 1進液口連接(中途經(jīng)過橋閥01與高能遷移 泵1-2出液口管路連接)；機組蒸發(fā)器3-2出液口通過管路、控制閥03與01#四通換向閥3 連接(中途經(jīng)過橋閥05與高能存儲庫進液口 1-3. 1管路連接)，01#四通換向閥3通過管路 與次生源熱源塔2-1進液口 2-1. 1連接。熱源塔熱泵機組3包括機組蒸發(fā)器3-1、機組換熱器3-2。機組蒸發(fā)器3_1進液 口 3-1. 1通過管路分別與控制閥02、過橋閥04連接，機組蒸發(fā)器3-1出液口 3-2通過管路 分別與控制閥03、過橋閥05連接；機組換熱器3-2進水口 3-2. 1經(jīng)R3通過管路與供熱循 環(huán)泵4-2出液口連接，機組換熱器3-2出水口 3-2. 2通過管路與01#四通換向閥2連接。供暖循環(huán)輸出系統(tǒng)4包括負荷換熱器4_1、02#四通換向閥2、供熱循環(huán)泵4-2、機 組換熱器3-2、01#四通換向閥2，負荷換熱器4-1出水口 4-2通過管路與02#四通換向閥2 連接，02#四通換向閥2通過管路與供熱循環(huán)泵4-2進水口連接，供熱循環(huán)泵4-2出水口通 過管路、R3與機組換熱器3-2. 1進水口連接，機組換熱器3-2. 2出水口通過管路與01#四 通換向閥2連接，01#四通換向閥2通過管路與負荷交換器4-1進水口 4-1. 1連接。本發(fā)明運行工況分為以下模式(1)夏季，高強度太陽能存儲庫備用模式；(2)冬 季溫和期，即時吸收太陽能次生源熱泵供熱模式；(3)冬季嚴寒期，提取太陽能存儲庫熱源 熱泵供熱模式；(4)夏季，負壓蒸發(fā)水冷卻冷源制冷模式；(5)冬季溫和期，即時吸收太陽能 次生源+低照度太陽能熱泵供熱模式。第(4)、(5)種運行工況模式與現(xiàn)有太陽能次生源熱 泵工作模式相同，這里不予贅述。下面對照附圖對第(1)、(2)、(3)種運行工況模式加以說 明。圖中管路上的箭頭表示冬季供熱工質(zhì)循環(huán)流動方向，其中帶小球的實心箭頭表示 原生源工質(zhì)流動方向，帶小球的空心箭頭表示原生源工質(zhì)流動方向；不帶小球的實心箭頭 表示次生源工質(zhì)流動方向，不帶小球的空心箭頭表示負荷工質(zhì)流動方向。(1)夏季，高強度太陽能存儲庫備用模式高能集熱器1-1年吸收太陽能輻射給地 球每平方米70%的高位熱能，高能循環(huán)工質(zhì)在高能遷移泵1-2的驅(qū)動下形成高能集熱器1-1 與高能存儲庫1-3的熱交換循環(huán)過程，將源源不斷的太陽能輻射熱高位能存儲于高能存儲 庫1-3中備用，其換熱循環(huán)流程如下
高能循環(huán)介質(zhì)在高能遷移泵1-2驅(qū)動下經(jīng)高能集熱器1-1加熱，溫度升高，攜帶顯熱 能由出液口 1-1. 1通過管路進入高能存儲庫1-3進口 1-3. 1，高能循環(huán)工質(zhì)經(jīng)高能存儲庫 1-3換熱管向管外側周圍蓄熱能工質(zhì)釋放顯熱能，溫度下降，經(jīng)出口 1-3. 2通過管路進入高 能遷移泵1-2加壓，高能循環(huán)工質(zhì)加壓后通過管路和控制閥06進入高能集熱器1-1進液口 1-2，高能循環(huán)工質(zhì)在高能集熱器1-1中繼續(xù)吸收太陽能輻射熱，完成熱能吸收、熱能遷移、 熱能釋放、熱能存儲的熱交換循環(huán)過程。(2)冬季溫和期，即時吸收太陽能次生源熱泵供熱模式為了降低太陽能高能存儲 庫1-3備用熱能消耗和減小太陽能集熱器敷設面積及提高蓄熱能量，即時吸收太陽能次生
5源熱泵供熱模式是利用冬季溫和期通過次生源熱源塔直接吸收空氣中的低溫位熱能作為 熱泵熱源，其換熱循環(huán)流程包括次生源吸收循環(huán)過程和供暖循環(huán)輸出過程
次生源吸收循環(huán)過程循環(huán)介質(zhì)在熱源循環(huán)泵2-2驅(qū)動下經(jīng)次生源熱源塔2-1進液口
2-1.1進入，循環(huán)介質(zhì)在次生源熱源塔2-1蒸發(fā)器中吸收(外翅片傳導)空氣傳給的低溫位 能溫度升高，經(jīng)出液口 2-2通過管路進入02#四通換向閥3換向，換向后通過管路進入熱源 循環(huán)泵2-2加壓，加壓后的循環(huán)介質(zhì)通過管路和控制閥02進入熱源塔熱泵機組蒸發(fā)器3-1 進液口 3-1. 1，循環(huán)介質(zhì)在機組蒸發(fā)器中釋放低溫位能(給熱泵卡諾循環(huán)系統(tǒng))溫度降低，經(jīng) 蒸發(fā)器出液口 3-2通過管路進入控制閥03、01#四通換向閥3換向，換向后通過管路進入次 生源熱源塔2-1進液口 2-1. 1，循環(huán)介質(zhì)繼續(xù)在次生源熱源塔2-1蒸發(fā)器中吸收空氣傳給的 低溫位能，完成即時太陽能次生源吸收循環(huán)過程。供暖循環(huán)輸出過程循環(huán)介質(zhì)在供熱循環(huán)泵驅(qū)動下由熱源塔熱泵機組換熱器
3-2進水口3-2. 1進入，經(jīng)機組換熱器3-2加熱(由熱泵卡諾循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換高位能的供熱傳 遞過程)溫度升高后，變?yōu)楦邿嵫h(huán)介質(zhì)經(jīng)機組換熱器出水口 3-2. 2通過管路進入01#四通 換向閥2換向，換向后通過管路進入負荷換熱器進水口 4-1. 1，熱循環(huán)介質(zhì)在負荷換熱器 中釋放顯熱能(給空調(diào)供熱場所)溫度降低經(jīng)負荷換熱器出水口 4-2通過管路進入02#四通 換向閥2換向，換向后通過管路進入供熱循環(huán)泵4-2加壓，加壓后通過管路進入熱源塔熱泵 機組換熱器3-2進水口 3-2. 1，循環(huán)介質(zhì)繼續(xù)在熱源塔熱泵機組換熱器3-2中加熱，完成供 暖循環(huán)輸出過程。(3)冬季嚴寒期，提取太陽能存儲庫熱源熱泵供熱模式冬季為了提高寒冷氣候周 期的熱泵供熱穩(wěn)定性，利用熱泵提取太陽能存儲庫中備用熱能保障供熱。其換熱循環(huán)流程 包括備用原生源提取循環(huán)過程和供暖循環(huán)輸出過程
3. 1備用原生源提取循環(huán)過程，循環(huán)介質(zhì)在高能遷移泵驅(qū)動下由高能存儲庫1-3進液 口 1-3. 1進入，循環(huán)介質(zhì)在高能存儲庫1-3換熱管中吸收來自管外蓄熱能物質(zhì)釋放的顯熱 能溫度升高，經(jīng)出液口 1-3. 2、通過管路進入高能遷移泵1-2加壓，加壓后的循環(huán)介質(zhì)通過 管路和過橋閥01、控制閥02進入熱源塔熱泵機組蒸發(fā)器3-1進液口 3-1. 1，循環(huán)介質(zhì)在機 組蒸發(fā)器中釋放顯熱能(給熱泵卡諾循環(huán)系統(tǒng))后溫度降低，經(jīng)機組蒸發(fā)器出液口 3-2、過橋 閥05進入高能存儲庫1-3進液口 1-3. 1，循環(huán)介質(zhì)繼續(xù)在高能存儲庫1-3換熱管中吸收來 自管外蓄熱能物質(zhì)釋放的顯熱能，完成備用原生源提取循環(huán)過程。3. 2供暖循環(huán)輸出過程循環(huán)介質(zhì)在供熱循環(huán)泵驅(qū)動下由熱源塔熱泵機組換熱 器3-2進水口 3-2. 1進入，經(jīng)機組換熱器3-2加熱(由熱泵卡諾循環(huán)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換高位能的供熱 傳遞過程)溫度升高后，變?yōu)楦邿嵫h(huán)介質(zhì)經(jīng)機組換熱器出水口 3-2. 2通過管路進入01#四 通換向閥2換向，換向后通過管路進入負荷換熱器進水口 4-1. 1，熱循環(huán)介質(zhì)在負荷換熱 器中釋放顯熱能(給空調(diào)供熱場所)溫度降低經(jīng)負荷換熱器出水口 4-2通過管路進入02#四 通換向閥2換向，換向后通過管路進入供熱循環(huán)泵4-2加壓，加壓后通過管路進入熱源塔熱 泵機組換熱器3-2進水口 3-2. 1，循環(huán)介質(zhì)繼續(xù)在熱源塔熱泵機組換熱器3-2中加熱，完成 供暖循環(huán)輸出過程。
權利要求
1.太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置，其特征在于，包括原生源集熱儲備系統(tǒng)、次生 源即時吸收系統(tǒng)、熱源塔熱泵機組、供暖循環(huán)輸出系統(tǒng)；所述原生源集熱儲備系統(tǒng)包括高能集熱器、高能遷移泵和高能存儲庫，高能集熱器出 液口通過管路與高能存儲庫進液口連接；高能存儲庫出液口通過管路和與高能遷移泵進液 口連接，高能遷移泵出液口通過管路和控制閥與高能集熱器進液口連接；所述次生源即時吸收系統(tǒng)包括次生源熱源塔、02#四通換向閥、熱源循環(huán)泵、機組蒸發(fā) 器和01#四通換向閥，次生源熱源塔出液口通過管路與02#四通換向閥相連，02#四通換向 閥通過管路與熱源循環(huán)泵進液口連接，熱源循環(huán)泵出液口通過管路、和控制閥與機組蒸發(fā) 器進液口連接；機組蒸發(fā)器出液口通過管路、控制閥與01#四通換向閥連接，01#四通換向 閥通過管路與次生源熱源塔進液口連接；所述熱源塔熱泵機組包括機組蒸發(fā)器、機組換熱器，機組蒸發(fā)器進液口通過管路分別 與控制閥、過橋閥連接，機組蒸發(fā)器出液口通過管路分別與控制閥、過橋閥連接；機組換熱 器進水口經(jīng)通過管路與供熱循環(huán)泵出液口連接，機組換熱器出水口通過管路與01#四通換 向閥連接；所述供暖循環(huán)輸出系統(tǒng)包括負荷換熱器、02#四通換向閥、供熱循環(huán)泵、機組換熱器和 01#四通換向閥，負荷換熱器出水口通過管路與02#四通換向閥連接，02#四通換向閥通過 管路與供熱循環(huán)泵進水口連接，供熱循環(huán)泵出水口通過管路與機組換熱器進水口連接，機 組換熱器出水口通過管路與01#四通換向閥連接，01#四通換向閥通過管路與負荷換熱器 進水口連接。
全文摘要
太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置，其包括原生源集熱儲備系統(tǒng)、次生源即時吸收系統(tǒng)、熱源塔熱泵機組、供暖循環(huán)輸出系統(tǒng)。本發(fā)明采集夏季太陽能原生源作為冬季-5℃以下的熱泵熱源，冬季-5℃以上時即時吸收空氣中的太陽能次生源作為熱泵熱源，有效地控制了原生源儲熱能消耗，為寒冷低溫氣候周期的熱泵供熱提供可靠、穩(wěn)定的熱源，具有高能容積小的特點，可在城市中心區(qū)域廣泛應用，本發(fā)明太陽能原生源熱源塔熱泵成套裝置中的原生源集熱儲備系統(tǒng)，可減少常規(guī)太陽能吸收集熱器敷設面積達70%左右，比常規(guī)地源熱泵土壤源蓄熱能技術，可提高熱能儲量3—4倍。
文檔編號F25B30/06GK102003838SQ20101054548
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權日2010年11月16日
發(fā)明者劉志垚, 劉志琦, 劉秋克 申請人:劉秋克