[發(fā)明專利]一種太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910074730.5
• 申請(qǐng)日: 2009-06-12
• 公開（公告）號(hào): CN101581518A
• 公開（公告）日: 2009-11-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝英柏;孫剛磊;劉春濤;論立勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)（保定）
• 主分類號(hào): F25B30/06
• 分類號(hào): F25B30/06;F25B41/04;F24J2/00
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 李羨民;周曉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明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)不但能源利用效率低，而且造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，SO₂排放量的90％和NO_x排放量的60％都來自于燃煤。嚴(yán)重的環(huán)境污染對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響已經(jīng)威脅到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)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(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“瓶頸”。有研究報(bào)道，我國的建筑能耗占社會(huì)總能耗25％以上，而在建筑能耗中，空調(diào)能耗占到50％以上，并且建筑物空調(diào)的需求量呈逐年上升趨勢(shì)，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。太陽能是一種巨大的清潔能源，每天到達(dá)地球表面的太陽輻射能為5.57×10¹⁸MJ，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1.56×10⁴倍。太陽能以其取之不盡、廉價(jià)、安全、無需運(yùn)輸、清潔無污染等特點(diǎn)受到人們的重視，光熱、光電、光化學(xué)等太陽能利用技術(shù)正在迅速地發(fā)展。

由于臭氧層破壞和溫室效應(yīng)的影響，用自然工質(zhì)替代合成工質(zhì)越來越受到國內(nèi)外制冷界的重視。在幾種常用的自然工質(zhì)中，除水和空氣以外，CO₂是與環(huán)境最為友善的制冷工質(zhì)。CO₂作為制冷工質(zhì)有很多優(yōu)點(diǎn)：它的ODP＝0，GDP＝1；使用安全，無毒；物理化學(xué)穩(wěn)定性好；單位容積制冷量大，有利于減少裝置體積；在超臨界條件下，它的流動(dòng)傳熱性能好；此外，CO₂容易獲取，價(jià)格低廉，不需要回收。在二氧化碳跨臨界循環(huán)中，二氧化碳的放熱過程是在超臨界壓力下進(jìn)行的，有較大的溫度回落，這個(gè)溫度特別適合加熱家用熱水，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)的熱泵熱水裝置。

膨脹壓縮機(jī)是一種膨脹功回收裝置，膨脹機(jī)的膨脹功提供給輔助壓縮機(jī)作為輸入功，以驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)完成壓縮過程。采用膨脹壓縮機(jī)有利于提高整個(gè)系統(tǒng)的性能系數(shù)，從而達(dá)到節(jié)能目的。

綜上所述，若能將太陽能的有效利用、跨臨界二氧化碳熱泵系統(tǒng)及膨脹壓縮機(jī)等技術(shù)融為一體，是一種實(shí)現(xiàn)高效率供熱、供冷等多項(xiàng)功能的有效途徑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供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)。

本發(fā)明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(tái)分別與第一、第二膨脹壓縮機(jī)的壓縮機(jī)相連的電動(dòng)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)。

上述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)的壓縮機(jī)進(jìn)口之間設(shè)有氣液分離器。

上述太陽能輔助熱源二氧化碳跨臨界節(jié)能熱泵系統(tǒng)，所述三通閥兩個(gè)出口處分別設(shè)有電磁閥。

本發(fā)明針對(duì)目前存在的能源利用及環(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)由太陽能集熱輔助系統(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)，整個(gè)系統(tǒng)以二氧化碳為工作介質(zhì)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在如下方面：