太阳能光伏与光热联产式混合动力热泵制造技术

本发明专利技术公开了一种太阳能光伏与光热联产式混合动力热泵，旨在提供一种由以太阳能为主要能源，用于家庭冬季供暖、夏季制冷和提供热水的新型热泵。它包括太阳能采集系统和混合动力热泵系统，所述太阳能采集系统为一光伏与光热联产系统包括：太阳能薄膜电池、太阳能集热器、相变蓄热器、蓄电池，所述薄膜电池后面设有流体通道，流体通道与集热器相联。集热器，热泵系统氨水吸收制冷系统、氨压缩制冷系统、氨水扩散制冷系统三种系统串联耦合、共用换热、节流设备和制冷工质构成，含有以管路依次连通的储液器、溶液泵、发生器、精馏器、冷凝器、压缩机、节流阀、蒸发器、吸收器。热泵发生器有相变蓄热器供热，热泵二级压缩机有蓄电池供电。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种热泵的设备，更具体地说，本专利技术涉及到一种以太阳能为主要能源， 辅以部分电能驱动，以氨为工质的压縮、吸收、扩散三种制冷方式联合工作的混合动力型热 泵。
技术介绍
目前太阳能热泵系统，主要有两种研究方向。第一类将太阳能转化为电能，电能驱动 压縮式热泵；第二类将太阳能转化为热能，热驱动空调。对于第一类太阳能热泵系统而言， 其将太阳能转化为电能的又有两种方式太阳能光伏发电系统即利用光伏电池将太阳能转化 为电能，第二是将太阳能转化为高温热能，驱动蒸汽轮机。就采用的压縮式热泵系统而言， 其效率非常高，但由于目前两类太阳能发电都不是太成熟，价格过高。对于第二类太阳能热 泵系统而言，其首先利用集热器，将太阳能转化为热能，集热即将太阳辐射转变为热能的装 置，目前主要有平板式、真空管式和聚焦式集热器3种类型，获得的集热温度依次升高；太 阳能驱动的驱动热泵目前主要分为两类吸收式和吸附式热泵。吸收式热泵又分为氨水吸收 式热泵和溴化锂吸收式热泵，氨水吸收式热泵技术整体效率比溴化锂循环要低，大多数厂家如日本Yasaki公司、Mayekawa公司和国内远大公司、广州太阳能研究所均采用的这种技术， 这种技术虽可以实现低温热源下的运行，但效率偏低；对于吸附式制冷，为近几年研究热点。 德国SoIarNextAG公司公司的产品属于这类范畴，其固体吸附式制冷有一些自身的优势:结构 简单、无运动部件、无噪音、无污染、运行稳定、不存在结晶问题、可靠性高，特别是还能 适用于一些振动或者旋转场所。但其属于间歇运行，设备庞大、系统热量利用率不高、热泵 效率更低。对于太阳能热泵实现的关键包括两部分1是太阳能采集系统；2是热泵循环模式。关于太阳能采集系统目前，关于太阳能利用主要有两个方向光电方向和光热方向， 两种利用方式既有各自特点，也有很好的互补性光热方向技术巳基本成熟，效率较高，但 其输出能源形势为热能，品位相对较低；而光电方向主要是以光伏光电为主，其输出的能源 形式是电能，应用价值远高于热能，但效率较低(一般低于15%);从另一个方面讲，光电方 向利用较好的属于阳光中波长较短的短波区域，而光热利用较好的是波长较好的区域，两则 存在光能利用上的互补型，因此提出了为光伏/光热联产系统(国外统称PV/T)。在光强一定 的条件下，当光伏电池自身温度升高时，其输出功率将下降，在实际应用中，标准条件下硅 电池转换效率约为12%。可以看出照射到电池表面上的太阳能的80%以上未能转换为电能， 相当一部分能量转化成为热能，并使电池温度升高，导致电池效率下降。关于热泵主体循环热泵循环，即将低温度区域的能量转移到高温度区域，实质可理解 为制冷循环(冬季，相当于对环境制冷，即环境中的能量转移到房间内)。而目前最常用的 循环手段就是相变制冷，而利用工质相变制冷的实质就是利用技术手段，使得制冷工质在冷 凝器中获得一个高压使气态工质在冷凝器被冷凝成液态，对外放热，且液态工质在蒸发器中 获得一个相对低压，使其从液态变成气态，对外吸热，然后气态工质再重复前一个过程，完 成循环。目前，压縮式制冷热泵应用最为广泛，其压縮机对气态工质进行压縮获得所需高压，同 时利用节流阔在蒸发器中形成一个所需低压。该热泵技术制冷、供热效率高，但其对能源要求高， 一般需要消耗电力来维持，其工质通常包括氟氯昂、氨等。而由于电力的短缺、能源的紧张，利用热能驱动的吸收式热泵技术有了较快的发展。在 其发生器中对工质加热，使得工质产生所需高压，同样其利用节流阀使其从液态变成气态， 实现将蒸发器的能量转移至冷凝器。与压缩式相比，其实质是利用吸收器和发生器替代了压 縮机的功能。其常用工质对包括溴化锂一水、氨一水，其效率较压缩式较低，但其可以依靠 品位较低的热能维持运行，在余热利用方面有着广泛的前景。但在很多场合由于热源的品位过地低(如IO(TC以下的余热)，无法使得发生器工质对获得足够高的温度，工质无法达到所需高压，制冷机无法正常运转，使得众多低品位余热源无法利用。目前双级吸收制冷有效降 低对热源温度的要求，但其制冷效率低于单级吸收式制冷，且其体积较大在小型制冷场合上 无法应用。另一方面，在氨吸收式循环过程中，发生器与吸收器之间存在着较大压差，浓溶液从吸收器进入发生器时，需要克服很大的压差(一般在12bar以上)，而氨制冷要求整个系统处 于高压(一般在15bar以上)当中，这对溶液泵密封性以及压头有较高要求，目前此类泵需 要的加工工艺高，使得其无法使用于小型制冷设备场合。在小型热驱动领域，扩散一吸收式制冷热泵技术比较成熟。其克服吸收式制冷循环过程 发生器与吸收器之间绝对压差过大的缺点，其利用氨一水为制冷工质对，以惰性辅助性气体 作为平衡剂，整个系统的绝对压强均相等，利用制冷工质在发生器、冷凝器、蒸发器以及吸 收器中制冷工质浓度不同、分压力不同来实现吸收式制冷过程的节流的功能。， 一般扩散一 吸收式制冷机用热虹吸气泡泵代替机械泵，使得系统无任何运动部件。使得起在小型热驱动 制冷市场上优势较明显。但其对热源温度要求较高、制冷量不大、同时由于辅助气体将把吸 收器的热负荷带到蒸发器中制冷效率较低，在低品位余热利用方面受到限制。随世界人口的增长，能源消费日益增加，人类面临着严峻的能源危机；另一个方面，随 人们生活水平的提高，对热泵产品的需求越来越大，制冷设备消耗了大量能源，发展低温余 热或低温热源热泵技术可以有效缓解能源危机。在低品位余热或热源方面，单一的常规制冷 方式，很难满足要求， 一般会采用多种方式复合制冷，如东南大学杜凯、张小松等人申请的 "氨水吸收与压缩复合制冷循环系统及制冷循环方法"(专利号为200710022954. 2)提出了 一种将吸收系统与压縮系统进行串联耦合的制冷循环系统，其可以在品位较低的余热源下高 效运行，但该系统仍需采用高压溶液泵，较适合应用与大型制冷系统，而在一些小型制冷设 备或则对体积要求较为严格的场合使用受到限制。到目前为止，市场上尚没有靠太阳能维持运行而且不需要聚光的热泵系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供太阳能光伏与光热联产式混合动力热泵， 实现太阳能设备的小型化，且保证了设备的高效运行，达到降低电能消耗的目的。本专利技术的太阳能光伏与光热联产式混合动力热泵设备，将高温太阳能薄膜电池背面敷设 流体通道带走热量以降低电池温度，保证电池效率，而流道内的水因吸收热能之后，温度会 相应提高，可作为一级加热器，随后便经集热器再热后，将热量储存于储热器，而其产生的述太阳能薄膜电池可以为非晶硅太阳能薄膜电池，所述储热器为相变 储热器。对于热泵循环而言，由压缩制冷、吸收制冷、扩散制冷三种制冷机构耦合而成，其 以氨-水为工质对，以氢气或则氦气为扩散剂，含有以管路依次连通的吸收器底部、溶液泵、 发生器、精馏器、压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、吸收器，在发生器与吸收器之间经溶 液热交换器设有循环管路，在管路中设有溶液节流阀，在吸收器与蒸发器之间经气体热交换 器设有循环通路；所述吸收器底部、溶液泵、发生器、精馏器、冷凝器、制冷剂节流阀、蒸 发器、吸收器构成吸收制冷系统机构，所述压縮制冷系统机构由压縮机与所述吸收制冷系统 共用所述冷凝器、制冷剂节流阀、蒸发器构成，吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能光伏与光热联产式混合动力热泵，包括太阳能采集系统和热泵系统。其特征在于，所述太阳能采集系统包括：相变储热器（６）、集热器（７）、太阳能薄膜电池（８）、蓄电池（１１），所述太阳能薄膜电池（８）背面敷设流体通道与所述集热器（７）相连，所述集热器与所述储热器（６）相连，所述薄膜电池（８）通过电路所述蓄电池（１１）相连；所述热泵其以氨－水为工质对，以氢气或则氦气为扩散剂，含有管路依次连通的吸收器（１）、溶液泵（２）、溶液热交换器（３）、节流阀（４）、发生器（５）、精馏器（９）、压缩机（１０）、冷凝器（１２）、节流阀（４ａ）、蒸发器（１４）、气体换热器（１５）构成；所述在发生器（５）与吸收器（１）之间经溶液热交换器（３）设有循环管路，在管路中设有溶液节流阀（３），在所述吸收器（１）与所述蒸发器（１４）之间经气体热交换器（１５）设有循环通路；所述太阳能采集系统的两个储能设备：储热器６和蓄电池１１分别为所述热泵系统中法人两个耗能设备发生器５和压缩机７提供能量。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李智虎，王辉，陈鹏，王挺伟，
申请(专利权)人：李智虎，
类型：发明
国别省市：34[中国|安徽]