專利名稱：一種雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以太陽(yáng)能為輔助能源的跨臨界CO2多功能熱泵系統(tǒng)，屬熱泵技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
石油、煤炭等化石能源的大量使用，不僅引發(fā)了全球范圍的能源危機(jī)，同時(shí)也導(dǎo)致了酸雨，溫室效應(yīng)，氣候變暖等一系列環(huán)境問(wèn)題。因此，可再生新能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能、海洋能等)的開發(fā)和利用迫在眉睫。熱泵是ー種從低溫?zé)嵩次鼰崴屯邷責(zé)嵩吹难h(huán)設(shè)備，其熱效率大于I。用熱泵生產(chǎn)低品位的熱水時(shí)，其熱效率可達(dá)到3以上。CO2是一種環(huán)保型エ質(zhì)，跨臨界CO2熱泵的排氣溫度比較高，一般在80°C以上(最高不超過(guò)130°C )，并且放熱過(guò)程在超臨界壓カ下進(jìn)行，有較大溫度滑移，特別適合提供高溫?zé)崴?。另外，CO2熱泵系統(tǒng)具有壓縮機(jī)體積小，換熱器結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)勢(shì)，有利于一體化裝置的設(shè)計(jì)。對(duì)于CO2熱泵來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)性能會(huì)隨蒸發(fā)溫度的下降急劇下降，過(guò)熱過(guò)冷對(duì)CO2熱泵制熱制冷來(lái)說(shuō)都是有利的，可以提高系統(tǒng)的性能系數(shù)。 太陽(yáng)能熱水器在我國(guó)廣泛使用，但太陽(yáng)能具有不穩(wěn)定性，加熱的溫度也會(huì)因?yàn)槊刻燧椛淞坎煌煌６以谙募練鉁馗?，太?yáng)輻射充足，集熱器收集的熱量多，但熱水的使用量卻大大減少(人們?cè)谙募局饕枰氖抢淞?，導(dǎo)致太陽(yáng)能熱水器大多閑置，降低了設(shè)備的利用率。因此，如果能夠?qū)⑻?yáng)能熱水器與CO2熱泵有機(jī)結(jié)合在一起，充分利用收集到的太陽(yáng)能，使CO2熱泵在高蒸發(fā)溫度下運(yùn)行，冬季取暖，夏季制冷，不僅能提高系統(tǒng)的性能系數(shù)及各部件的年利用率，而且可以減少化石能源的使用量，降低環(huán)境污染。

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、提供一種雙熱源跨臨界ニ氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，以提高熱泵系統(tǒng)的性能系數(shù)及太陽(yáng)能熱水器的年利用率，減少化石能源的消耗，降低環(huán)境污染。本發(fā)明所述問(wèn)題是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種雙熱源跨臨界ニ氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，它包括太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，吸附式制冷系統(tǒng)、CO2熱泵系統(tǒng)和輔助換熱器，所述輔助換熱器內(nèi)設(shè)置有三根換熱管，第一換熱管串接在CO2熱泵系統(tǒng)的循環(huán)回路中，第二換熱管串接在吸附式制冷系統(tǒng)的過(guò)冷管路中，所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)輸出的集熱流體經(jīng)第二循環(huán)水泵后分成兩路，一路經(jīng)第四電磁閥驅(qū)動(dòng)吸附式制冷系統(tǒng)，另一路經(jīng)第三電磁閥流經(jīng)輔助換熱器的第三換熱管。上述雙熱源跨臨界ニ氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，所述CO2熱泵系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、主換熱器、室外換熱器、兩個(gè)節(jié)流閥、兩個(gè)四通閥和兩個(gè)電磁閥，所述壓縮機(jī)接于第一四通閥的b口和d ロ之間，第一四通閥的c ロ依次經(jīng)主換熱器和第一節(jié)流閥接第二四通閥的c ロ，a ロ接第二四通閥的a ロ ；第二四通閥的b ロ依次經(jīng)第二節(jié)流閥、室外換熱器和輔助換熱器的第一換熱管接第二四通閥的d ロ ；兩個(gè)電磁閥分別與兩個(gè)節(jié)流閥并接；所述主換熱器設(shè)置有生活熱水、循環(huán)空調(diào)水和冷熱風(fēng)輸出ロ。上述雙熱源跨臨界ニ氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)包括太陽(yáng)能集熱器、太陽(yáng)能集熱箱和第一循環(huán)水泵，三者依次首尾相接構(gòu)成集熱流體循環(huán)系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能集熱箱經(jīng)第二循環(huán)水泵給吸附式制冷系統(tǒng)和CO2熱泵系統(tǒng)提供集熱流體。上述雙熱源跨臨界ニ氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，在太陽(yáng)能集熱箱內(nèi)的集熱流體中還設(shè)置有生活熱水換熱管。上述雙熱源跨臨界ニ氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的集熱流體采用防凍液。
上述雙熱源跨臨界ニ氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，所述CO2熱泵系統(tǒng)為跨臨界CO2循環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明利用輔助換熱器將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和吸附式制冷系統(tǒng)與CO2熱泵系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和吸附式制冷系統(tǒng)通過(guò)輔助換熱器實(shí)現(xiàn)對(duì)CO2熱泵系統(tǒng)的過(guò)熱或過(guò)冷，大大提高了系統(tǒng)的性能系數(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的地域適應(yīng)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證了太陽(yáng)能的充分、合理利用，提高了部件利用率，降低了對(duì)環(huán)境造成的污染。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)ー步說(shuō)明。圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)為1、壓縮機(jī)；2、第一四通閥；3、主換熱器；4、第一節(jié)流閥；5、第二四通閥；6、第二節(jié)流閥；7、室外換熱器；8、輔助換熱器；9、第一電磁閥；10、第二電磁閥；11、吸附式制冷系統(tǒng)；12、第四電磁閥；13、第三電磁閥；14、第二循環(huán)水泵；15、太陽(yáng)能集熱箱；16、第一循環(huán)水泵；17、生活熱水換熱管；18、太陽(yáng)能集熱器。
具體實(shí)施例方式參看圖1，本發(fā)明包括太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、吸附式制冷系統(tǒng)、CO2熱泵系統(tǒng)和輔助換熱器8。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)吸附式制冷系統(tǒng) ，CO2熱泵系統(tǒng)通過(guò)輔助換熱器與太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和吸附式制冷系統(tǒng)聯(lián)接。CO2熱泵系統(tǒng)由壓縮機(jī)I、第一四通閥2、主換熱器3、第一節(jié)流閥4、第二四通閥5、第二節(jié)流閥6、室外換熱器7、輔助換熱器8、第一電磁閥9、第二電磁閥10組成。其中，第一四通閥2、主換熱器3、第一節(jié)流閥4依次串聯(lián)，第二四通閥5、第二節(jié)流閥6、室外換熱器7、輔助換熱器8依次串聯(lián)，第一節(jié)流閥4和第二四通閥5相連，第一節(jié)流閥4與第一電磁閥9并聯(lián)，第二節(jié)流閥6與第二電磁閥10并聯(lián)，第一四通閥2的b ロ與壓縮機(jī)I出口相連，第一四通閥2的c ロ與主換熱器3相連，第一四通閥2的d ロ與壓縮機(jī)I進(jìn)ロ相連，第一四通閥2的a ロ與第二四通閥5的a ロ相連，第二四通閥5的b ロ與第二節(jié)流閥6相連，第二四通閥5的c ロ與第一節(jié)流閥4相連，第二四通閥5的d ロ與輔助換熱器8相連。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)由太陽(yáng)能集熱器18、太陽(yáng)能集熱箱15組成。其中，太陽(yáng)能集熱箱15與吸附式制冷系統(tǒng)11相連，中間連接有第四電磁閥12和第二循環(huán)水泵14，太陽(yáng)能集熱箱15內(nèi)部具有加熱生活熱水的換熱管17，太陽(yáng)能集熱箱15與輔助換熱器8相連，中間有第三電磁閥13和溫控流量的第二循環(huán)水泵14。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的集熱流體采用防凍液，CO2熱泵系統(tǒng)為跨臨界CO2循環(huán)，エ質(zhì)為CO2，其中所有設(shè)備應(yīng)滿足高壓特點(diǎn)。本發(fā)明有六種工作模式太陽(yáng)能熱水模式、水源熱泵熱水模式、高溫?zé)崴Ｊ?、空氣源熱泵熱水模式、吸附式輔助制冷模式和熱泵制冷模式。本發(fā)明所有裝置都處于室外，或者置于單獨(dú)的設(shè)備房間內(nèi)。太陽(yáng)能集熱器18置于屋頂或者陽(yáng)臺(tái)?？梢酝ㄟ^(guò)管道把從太陽(yáng)能集熱箱15和主換熱器3得到的高溫?zé)崴?、空調(diào)水和冷暖風(fēng)送至室內(nèi)。 本裝置中第一電磁閥9、第二電磁閥10、第三電磁閥13、第四電磁閥12默認(rèn)情況下處于常閉狀態(tài)；室外換熱器7為風(fēng)冷式翅片換熱器，電風(fēng)扇默認(rèn)處于運(yùn)行狀態(tài)；主換熱器3為套管式換熱器或翅片式換熱器。太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中太陽(yáng)能集熱器18和第一循環(huán)水泵16有太陽(yáng)輻射時(shí)運(yùn)行，并把收集到的熱量?jī)?chǔ)存在太陽(yáng)能集熱箱15中，無(wú)太陽(yáng)輻射時(shí)停止運(yùn)行。太陽(yáng)能熱水模式下，太陽(yáng)能集熱箱15溫度超過(guò)50°C時(shí)，裝置并不工作，通過(guò)太陽(yáng)能加熱換熱管17中的水送至室內(nèi)。水源熱泵熱水模式下，太陽(yáng)能集熱箱15溫度低于50°C，且室外溫度在10°C以下時(shí)，第一電磁閥9和第三電磁閥13打開，第二循環(huán)水泵14運(yùn)行，室外換熱器7的電風(fēng)扇關(guān)閉。高溫高壓CO2流體從壓縮機(jī)I出來(lái)，經(jīng)第一四通閥2到主換熱器3中換熱降溫，然后通過(guò)第一電磁閥9和第二四通閥5，經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥6時(shí)節(jié)流蒸發(fā)，到室外換熱器7中不換熱，經(jīng)輔助換熱器8時(shí)與太陽(yáng)能熱水換熱，然后再經(jīng)過(guò)第二四通閥5和第一四通閥2，最后回到壓縮機(jī)1，完成循環(huán)。此過(guò)程中室外換熱器7不工作。第二循環(huán)水泵14可以控制エ質(zhì)的過(guò)熱度。高溫?zé)崴Ｊ较拢?yáng)能集熱箱15溫度低于30°C，第一電磁閥9和第三電磁閥13打開，第二循環(huán)水泵14運(yùn)行。高溫高壓CO2流體從壓縮機(jī)I出來(lái)，經(jīng)第一四通閥2到主換熱器3換熱降溫，然后通過(guò)第一電磁閥9和第二四通閥5，經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥6時(shí)節(jié)流蒸發(fā)，到室外換熱器7中換熱，經(jīng)過(guò)輔助換熱器8時(shí)再與太陽(yáng)能熱水換熱，然后再經(jīng)過(guò)第二四通閥5和第一四通閥2，最后回到壓縮機(jī)1，完成循環(huán)。第二循環(huán)水泵14可以控制CO2的過(guò)熱度?？諝庠礋岜脽崴Ｊ较?，太陽(yáng)能集熱箱15溫度低于0°C或者低于室外溫度時(shí)，第一電磁閥9打開，第三電磁閥13關(guān)閉。高溫高壓CO2流體從壓縮機(jī)I出來(lái)，經(jīng)第一四通閥2，到主換熱器3換熱降溫，然后通過(guò)第一電磁閥9和第二四通閥5，經(jīng)過(guò)第二節(jié)流閥6時(shí)節(jié)流蒸發(fā)，到室外換熱器7中換熱，經(jīng)過(guò)輔助換熱器8時(shí)不與太陽(yáng)能熱水換熱，然后再經(jīng)過(guò)第ニ四通閥5和第一四通閥2，最后回到壓縮機(jī)1，完成循環(huán)。此過(guò)程中輔助換熱器8不工作。吸附式輔助制冷模式下，太陽(yáng)能水箱17的溫度高于吸附式制冷設(shè)定的驅(qū)動(dòng)溫度時(shí)，第二電磁閥10和第四電磁閥12打開，第二循環(huán)水泵14運(yùn)行。高溫高壓的CO2流體從壓縮機(jī)I出來(lái)，通過(guò)第一四通閥2和第二四通閥5，經(jīng)第二電磁閥10，到室外換熱器7換熱降溫，經(jīng)過(guò)輔助換熱器8時(shí)與吸附式制冷系統(tǒng)11換熱再降溫，然后通過(guò)第二四通閥5，經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥4時(shí)節(jié)流蒸發(fā)，到主換熱器3中換熱，再經(jīng)過(guò)第一四通閥2，最后回到壓縮機(jī)1，完成循環(huán)。熱泵制冷模式下，太陽(yáng)能儲(chǔ)熱箱15的溫度低于吸附式制冷機(jī)設(shè)定的驅(qū)動(dòng)溫度吋，第二電磁閥10打開，第四電磁閥12關(guān)閉。高溫高壓的CO2流體從壓縮機(jī)I出來(lái)，通過(guò)第一四通閥2和第二四通閥5，經(jīng)第二電磁閥10，到室外換熱器7換熱降溫，然后通過(guò)輔助換熱器8和第二四通閥5，經(jīng)過(guò)第一節(jié)流閥4節(jié)流蒸發(fā)，到主換熱器3中換熱，再經(jīng)過(guò)通過(guò)第一四通閥2，最后回到壓縮機(jī)I，完成循環(huán)。此過(guò)程吸附式制冷機(jī)不工作。假設(shè)太陽(yáng)能熱水器的容量為150L，北京冬季氣溫為-10°C，C02熱泵功率為2kw。假設(shè)跨臨界CO2熱泵高壓壓カ為lOMPa，氣體冷卻器的出ロ溫度為40°C，壓縮機(jī)效率為0. 8，換熱器換熱溫差為5°C，則蒸發(fā)溫度設(shè)定在-15°C時(shí)，空氣源熱泵模式的制熱效率為2. 3 ;太陽(yáng)能熱水高于30°C時(shí)則蒸發(fā)溫度設(shè)定在10°C吋，則水源熱泵模式的制熱效率為3. 8，熱效率提聞65%。 假設(shè)太陽(yáng)能熱水為40°C，在水源熱泵模式下降溫至30°C吋，能在15分鐘生產(chǎn)60°C熱水42kg (自來(lái)水溫度為15°C);高溫?zé)崴Ｊ较?，在蒸發(fā)溫度為_15°C時(shí)，過(guò)熱15°C可使CO2的放熱焓差相比空氣源熱泵模式増加14%，在(TC最高過(guò)熱度為25°C時(shí)，可使CO2的放熱焓差相比空氣源熱泵模式增加25%。假設(shè)在制冷エ況下，跨臨界CO2高壓壓カ為lOMPa，氣體冷卻器出ロ溫度為40°C，壓縮機(jī)效率為0. 8，蒸發(fā)溫度為5°C，則CO2熱泵制冷模式下的COP為2. 5，在吸附式輔助制冷模式下吸附式制冷機(jī)每過(guò)冷1°C系統(tǒng)COP増加3%左右。
權(quán)利要求
1.一雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，其特征是，它包括太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，吸附式制冷系統(tǒng)(11)、C02熱泵系統(tǒng)和輔助換熱器(8)，所述輔助換熱器(8)內(nèi)設(shè)置有三根換熱管，第一換熱管串接在C02熱泵系統(tǒng)的循環(huán)回路中，第二換熱管串接在吸附式制冷系統(tǒng)(11)的過(guò)冷管路中，所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)輸出的集熱流體經(jīng)第二循環(huán)水泵(14)后分成兩路，一路經(jīng)第四電磁閥(12)驅(qū)動(dòng)吸附式制冷系統(tǒng)(11 )，另一路經(jīng)第三電磁閥(13)流經(jīng)輔助換熱器(8)的第三換熱管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2熱泵系統(tǒng)包括壓縮機(jī)(I)、主換熱器(3)、室外換熱器(7)、兩個(gè)節(jié)流閥、兩個(gè)四通閥和兩個(gè)電磁閥，所述壓縮機(jī)(I)接于第一四通閥(2)的b 口和d 口之間，第一四通閥(2)的c 口依次經(jīng)主換熱器(3)和第一節(jié)流閥(4)接第二四通閥(5)的c 口，a 口接第二四通閥(5)的a 口 ；第二四通閥(5)的b 口依次經(jīng)第二節(jié)流閥(6)、室外換熱器(7)和輔助換熱器(8)的第一換熱管接第二四通閥(5)的d 口 ；兩個(gè)電磁閥分別與兩個(gè)節(jié)流閥并接；所述主換熱器(3)設(shè)置有生活熱水、循環(huán)空調(diào)水和冷熱風(fēng)輸出口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)包括太陽(yáng)能集熱器(18)、太陽(yáng)能集熱箱(15)和第一循環(huán)水泵(16)，三者依次首尾相接構(gòu)成集熱流體循環(huán)系統(tǒng)，所述太陽(yáng)能集熱箱(15)經(jīng)第二循環(huán)水泵(14)給吸附式制冷系統(tǒng)(11)和C02熱泵系統(tǒng)提供集熱流體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，其特征在于，在太陽(yáng)能集熱箱(15)內(nèi)的集熱流體中還設(shè)置有生活熱水換熱管(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)中的集熱流體采用防凍液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述CO2熱泵系統(tǒng)為跨臨界CO2循環(huán)系統(tǒng)。
全文摘要
一種雙熱源跨臨界二氧化碳多功能熱泵系統(tǒng)，它包括太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)，吸附式制冷系統(tǒng)、CO2熱泵系統(tǒng)和輔助換熱器，所述輔助換熱器內(nèi)設(shè)置有三根換熱管，第一換熱管串接在CO2熱泵系統(tǒng)的循環(huán)回路中，第二換熱管串接在吸附式制冷系統(tǒng)的過(guò)冷管路中，所述太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)輸出的集熱流體經(jīng)第二循環(huán)水泵后分成兩路，一路經(jīng)第四電磁閥驅(qū)動(dòng)吸附式制冷系統(tǒng)，另一路經(jīng)第三電磁閥流經(jīng)輔助換熱器的第三換熱管。本發(fā)明利用輔助換熱器將太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)和吸附式制冷系統(tǒng)與CO2熱泵系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，大大提高了系統(tǒng)的性能系數(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的地域適應(yīng)性和系統(tǒng)穩(wěn)定性，保證了太陽(yáng)能的充分、合理利用，提高了部件利用率，降低了對(duì)環(huán)境造成的污染。
文檔編號(hào)F25B29/00GK102798250SQ201210314850
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月30日
發(fā)明者謝英柏, 歐陽(yáng)晶瑩, 劉春濤, 王帥, 吳宇, 劉赟 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)(保定)