一种太阳能驱动的ＶＭ循环热泵系统技术方案

一种太阳能驱动的ＶＭ循环热泵系统，它包括ＶＭ循环热泵系统、太阳能热水系统、送热回路和送冷回路；在循环热泵系统中的热气缸与热回热器之间设置热源换热器，所述热源换热器与太阳能热水系统中的储水器构成一个热交换循环系统，完成两个系统之间的能量传递。本发明专利技术在需要空调制冷时，可利用太阳能作为驱动能源驱动ＶＭ循环热泵工作来达到制冷送热的目的。利用太阳能，清洁、安全、可靠，不用担心能源的短缺和造成的环境污染。本发明专利技术可广泛用于工业、商业及民用的集中制冷、供热系统中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种VM循环热泵，尤其是一种利用太阳能作为驱动能源的VM循环热 泵，属于热泵

技术介绍
太阳能作为一种洁净的可再生能源，能就地开发利用，具有取之不尽、用之不竭， 不会污染环境和破坏生态平衡等特点。每天到达地球表面的太阳辐射能为5. 57X IO18MJ, 相当于190万亿吨标准煤，约为目前全世界一次能源消费总量的1.56X 104倍。利用太阳 能作为热泵的驱动能源，主要有两条途径，一是先实现光_电转换，再用电力驱动常规压缩 式热泵机组；二是进行光-热转换，用热作为驱动能源。前者系统比较简单，但大功率太阳 能发电价格昂贵，目前实用性较差；后者除了制冷空调之外，还可结合供热利用，但转换效 率不高。维勒米尔(Vuilleumier，以下简称VM)循环本质上是热能驱动的斯特林循环，是 Vuilleumier在1918年提出的。基于VM循环热泵的性能系数COP可达到1.6，与目前直燃 机1. 56的综合COP相当，而燃气锅炉一般效率在0. 9左右。VM循环热泵具有很多优点，比 如转速比较低、轴承负荷轻、密封要求低、磨损小、振动小、噪声低、寿命长，且只需要少量的 机械动力，甚至还可以输出一定量的轴功率。同时，由于它采用氮气、氦气等作为工质，无臭 氧层破坏和温室效应。目前，普通热泵系统中大都采用普通压缩机提供循环动力，如采用太阳能驱动的 VM循环热泵，对于缓解能源供需矛盾，减少环境污染，具有很强的实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用太阳能作为驱动能源、同 时能提供制冷空调和热水用途的太阳能驱动的VM循环热泵系统。本专利技术所述问题是以下述技术方案实现的一种太阳能驱动的VM循环热泵系统，它包括VM循环热泵系统、太阳能热水系统、 送热回路和送冷回路；所述VM循环热泵系统由冷气缸，冷推移活塞，冷回热器，热气缸、热 推移活塞、热回热器、冷量换热器、冷却器、室温腔以及推移活塞的驱动连杆机构、驱动电机 组成，所述冷推移活塞的右侧和热推移活塞的左侧腔室构成室温腔，冷推移活塞的左侧和 热推移活塞的右侧通过左右两段管路与室温腔相通，在左段管路中设置冷回热器，在右段 管路中设置热回热器；驱动电机通过驱动连杆机构驱动冷推移活塞和热推移活塞；所述驱 动连杆机构是同一曲轴，所述曲轴使冷气缸、热气缸在活塞运动中总工作容积不变；所述太阳能热水系统由太阳能集热器、循环水泵、热水储水器组成，所述太阳能集 热器、循环水泵和热水储水器组成一个热水加热循环系统；所述送热回路由冷却器、送热回路循 环泵和送热交换器组成，所述冷却器设置在 连接热气缸的右段管路内，送热交换器产生的热量通过附设的送热风机吹送出去；所述送冷回路由冷量交换器、送冷回路循环泵和送冷交换器组成，所述冷量交换 器设置在连接冷气缸的左段管路内，送冷交换器产生的冷空气通过附设的送冷风机吹送出 去。 上述太阳能驱动的VM循环热泵系统，在所述热气缸与热回热器之间设置热源换 热器，所述热源换热器与储水器、水泵构成一个热交换循环系统。上述太阳能驱动的VM循环热泵系统，在连接冷气缸的左段管路内设置第二冷却 器，所述第二冷却器与冷却器串联。上述太阳能驱动的VM循环热泵系统，所述冷回热器、热回热器中装有填料，所述 填料为400目的青铜丝网。这种填料在300K时比热容为3. 4J/ (cm3 · K)，它可以满足换热的容量需要。上述太阳能驱动的VM循环热泵系统，增设辅助热源，，所述辅助热源与热水储水 器并连，所述辅助热源为电加热器或加热锅炉。上述太阳能驱动的VM循环热泵系统，所述太阳能热水系统的热水储水器上设有 日用热水出口。本专利技术利用太阳能热水系统与VM循环热泵技术，夏天需要空调制冷时，可利用太 阳能作为驱动能源驱动VM循环热泵工作来达到制冷送热的目的。利用太阳能，清洁、安全、 可靠，不用担心能源的短缺和造成的环境污染。同时，热水储水器具有良好的保温效果，可 保证储水器内的水温保持一定的温度，减小热量的损失。另外，本专利技术还具有如下优点1、直接利用太阳能作为驱动热能，有利于资源的循环利用；2、本专利技术采用的工质是氮气、氦气等，不会对环境产生污染与破坏，不会产生因替 代氟利昂制冷剂引发的问题；3、整个装置寿命长，循环热泵内气体总容积在工作中处于恒定状态，工作腔中各 部分只有流动阻力形成的压差，且转速较低，因而轴承负荷轻，密封要求低、磨损小、振动 小、噪声低、寿命长；4、性能系数比目前直燃型吸收式机组高。本专利技术可广泛用于工业、商业及民用的集中制冷、供热系统中。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术太阳能驱动VM循环热泵系统图；图2 图5是VM循环热泵工作过程中各冲程的状态示意图。图中各标号为1、冷气缸；2、冷推移活塞；3、冷回热器；4、热气缸；5、热推移活塞； 6、热回热器；7、冷量换热器；8、冷却器；9、驱动连杆机构；10、热源换热器；11、集热器；12、 循环水泵；13、热水储水器；14水泵；15、截止阀；16、热水出口 ；17、辅助热源；18、驱动电 机。具体实施例方式本专利技术利用太阳能热水系统与VM循环热泵技术的结合实现本专利技术的目的，在夏天，当需要空调制冷时，可利用太阳能作为驱动能源驱动VM循环热泵工作来制冷，在其他季节，只要有阳光，也可以充分利用这些能量。如图1所示，整个系统由VM循环热泵系统和太阳能热水系统构成。VM循环热泵系 统由冷气缸1，冷推移活塞2，冷回热器3，热气缸4、热推移活塞5、热回热器6、冷量换热器 7、冷却器8、室温腔23以及推移活塞的驱动连杆机构9、驱动电机18组成，热气缸4与热回 热器6之间设置一热源换热器10，与太阳能热水系统组成循环回路。在管路上设置循环水 泵14和截止阀15，通过循环水泵将储水器内已经加热的热水输送到热源换热器中，利用热 源换热器与热气缸内的气体进行热交换，提高热气缸内气体的温度，完成能量转移的过程。 其中冷气缸和热气缸中的气体是吸热的，而室温腔内的气体是放热的。通过调节截止阀的 开度来调节流量，进而调节进入热源换热器中的水温。流经热源换热器的水经过换热后回 到储水器中，如此反复，循环不已。系统在开始工作时需要驱动电机提供少量(小型机在IOW以下)的机械动力。在 系统正常运行期间，当热推移活塞处于它的最左端附近时，热气缸的体积较大，其中的气体 量也较多，系统内的平均温度就较高，压力也就较高。相反，当热推移活塞处于它的最右端 时，热气缸的体积接近于零，机内工质的平均温度和压力比都比较低，这样，热气缸就起了 驱动的作用。太阳能热水系统工作过程。太阳能集热器将太阳能传递给通过集热器中的水，使流经集热器的水温升高。通 过水泵将水箱中的水不断的输送到集热器，而加热后的水流回到储水箱中，如此往复循环， 使储水器内的水始终保持一定的温度。储水箱的下部设热水出口以提供热水。太阳能热水 系统通过热源换热器10向VM循环热泵系统传递能量。在冷回热器3、热回热器6中装有填料，所述填料为高目数400目(每英寸400个 孔)，高热容其在300K时体积比热容为3.4J/(cm3*K)的青铜丝网填料。在制冷过程中，冷 热气流交替流过，以填料丝网为中介实现冷热气流之间的热量交换，利用这些回热器起到 储存和回收冷量的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种太阳能驱动的ＶＭ循环热泵系统，其特征在于，它包括ＶＭ循环热泵系统、太阳能热水系统、送热回路和送冷回路；所述ＶＭ循环热泵系统由冷气缸（１），冷推移活塞（２），冷回热器（３），热气缸（４）、热推移活塞（５）、热回热器（６）、冷量换热器（７）、冷却器（８）、室温腔（２３）以及推移活塞的驱动连杆机构（９）、驱动电机（１８）组成，所述冷推移活塞的右侧和热推移活塞的左侧腔室构成室温腔（２３），冷推移活塞的左侧和热推移活塞的右侧通过左右两段管路与室温腔（２３）相通，在左段管路中设置冷回热器（３），在右段管路中设置热回热器（６）；驱动电机（１８）通过驱动连杆机构（９）驱动冷推移活塞（２）和热推移活塞（５）；所述驱动连杆机构是同一曲轴，所述曲轴使冷气缸、热气缸在活塞运动中总工作容积不变；所述太阳能热水系统由太阳能集热器（１１）、循环水泵（１２）、热水储水器（１３）组成，所述太阳能集热器（１１）、循环水泵（１２）和热水储水器（１３）组成一个热水加热循环系统；所述送热回路由冷却器（８）、送热回路循环泵（１９）和送热交换器（２０）组成，所述冷却器设置在连接热气缸的右段管路内，送热交换器产生的热量通过附设的送热风机吹送出去；所述送冷回路由冷量交换器（７）、送冷回路循环泵（２１）和送冷交换器（２２）组成，所述冷量交换器（７）设置在连接冷气缸的左段管路内，送冷交换器产生的冷空气通过附设的送冷风机吹送出去。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：谢英柏，汤建成，李冰，王少恒，
申请(专利权)人：华北电力大学保定，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]