一种风光互补驱动吸收式热泵系统论文和设计-勾昱君

全文摘要

本实用新型的风光互补驱动吸收式热泵系统，包括高温热源单元和吸收式热泵单元，将风力致热和太阳能集热作为吸收式热泵的高温热源，有效减少风能使用过程中的弃风现象，造价低、实用性强。利用机械搅拌将风能全部转化为热能，理论效率可达到百分百。通过与太阳能耦合减少季节性和不稳定性带来的影响，提高热泵系统能效比和运行可靠性。此外，本实用新型的风光互补驱动吸收式热泵系统，同时满足制冷和供暖两种需求，通过地埋管可实现在夏季储存热量，在冬季储存冷量。此方式可解决地热能使用中冷热收支不平衡所带来的机组效率降低、破坏环境平衡等问题。

主设计要求

1.一种风光互补驱动吸收式热泵系统，包括高温热源单元和吸收式热泵单元，其特征在于，--所述高温热源单元，包括风力机、太阳能集热器和相变蓄热容器，其中，所述相变蓄热容器中设有致热工质以及浸没在致热工质中的搅拌致热叶片，所述风力机与所述搅拌致热叶片传动连接，所述太阳能集热器通过管路与所述相变蓄热容器连通并形成循环回路；--所述吸收式热泵单元，包括发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、换热器和节流阀，所述发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器中均设置有换热部件，所述发生器中的换热部件通过管路与所述相变蓄热容器连通并形成循环回路，所述发生器中产生的浓溶液通过管路经换热器的热侧后进入所述吸收器，所述吸收器中产生的稀溶液通过管路经换热器的冷侧后进入所述发生器，所述发生器中产生的高温蒸气通入所述冷凝器，所述冷凝器中的换热部件用以将高温蒸气冷凝为液态水，所述冷凝器中产生的液态水通过管路经所述节流阀降压后通入所述蒸发器，所述蒸发器中的换热部件用以将液态水加热为低压蒸汽，所述蒸发器中产生的低压蒸汽通过管路通入所述吸收器，所述吸收器中的换热部件用以吸收释放的热量。

设计方案

1.一种风光互补驱动吸收式热泵系统，包括高温热源单元和吸收式热泵单元，其特征在于，

--所述高温热源单元，包括风力机、太阳能集热器和相变蓄热容器，其中，所述相变蓄热容器中设有致热工质以及浸没在致热工质中的搅拌致热叶片，所述风力机与所述搅拌致热叶片传动连接，所述太阳能集热器通过管路与所述相变蓄热容器连通并形成循环回路；

--所述吸收式热泵单元，包括发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器、换热器和节流阀，所述发生器、吸收器、蒸发器、冷凝器中均设置有换热部件，所述发生器中的换热部件通过管路与所述相变蓄热容器连通并形成循环回路，所述发生器中产生的浓溶液通过管路经换热器的热侧后进入所述吸收器，所述吸收器中产生的稀溶液通过管路经换热器的冷侧后进入所述发生器，所述发生器中产生的高温蒸气通入所述冷凝器，所述冷凝器中的换热部件用以将高温蒸气冷凝为液态水，所述冷凝器中产生的液态水通过管路经所述节流阀降压后通入所述蒸发器，所述蒸发器中的换热部件用以将液态水加热为低压蒸汽，所述蒸发器中产生的低压蒸汽通过管路通入所述吸收器，所述吸收器中的换热部件用以吸收释放的热量。

2.根据权利要求1所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述风力机通过变速器与搅拌致热叶片传动连接。

3.根据权利要求1所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述太阳能集热器与所述相变蓄热容器之间的连通管路上、所述发生器中的换热部件与所述相变蓄热容器之间的连通管路上、和\/或与所述发生器连通的稀溶液管路上设置有动力泵。

4.根据权利要求1所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述吸收式热泵单元还包括地埋管组、第一四通换向阀、第二四通换向阀和热用户，其中，所述冷凝器中的换热部件的出口端通过管路与第二四通换向阀的接口Ⅰ连通，所述冷凝器中的换热部件的进口端通过管路与所述吸收器中的换热部件的出口端连通，所述吸收器中的换热部件的进口端通过管路与所述第一四通换向阀的接口Ⅲ连通，所述蒸发器中的换热部件的出口端通过管路与第二四通换向阀的接口Ⅲ连通，所述蒸发器中的换热部件的进口端通过管路与所述第一四通换向阀的Ⅰ连通，所述第二四通换向阀的接口Ⅱ通过管路与所述热用户的进口端连通，所述热用户的出口端通过管路与所述第一四通换向阀的接口Ⅱ连通，所述地埋管组的进口端通过管路与所述第二四通换向阀的接口Ⅳ连通，所述地埋管组的出口端通过管路与所述第一四通换向阀的接口Ⅳ连通。

5.根据权利要求4所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述冷凝器中的换热部件的出口端与第二四通换向阀的接口Ⅰ之间的连通管路上、和\/或所述蒸发器中的换热部件的出口端与第二四通换向阀的接口Ⅲ之间的连通管路上设有驱动工质流动的动力泵。

6.根据权利要求4所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述系统处于制热模式时，所述第一四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅳ连通，接口Ⅱ与接口Ⅲ连通，所述第二四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅱ连通，接口Ⅲ与接口Ⅳ连通，所述吸收器中的换热部件依次与所述冷凝器中的换热部件、热用户连通并形成循环回路，所述吸收器中的换热部件将所述吸收器中产生的热量依次输送至所述冷凝器中的换热部件、热用户；所述蒸发器中的换热部件与所述地埋管组连通并形成循环回路，所述蒸发器中产生的冷量通过所述地埋管组储存在地下。

7.根据权利要求4所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述系统处于制冷模式时，所述第一四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅱ连通，接口Ⅲ与接口Ⅳ连通，所述第二四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅳ连通，接口Ⅱ与接口Ⅲ连通，所述蒸发器中的换热部件与所述热用户连通并形成循环回路，将所述蒸发器中产生的冷量输送至所述热用户；所述吸收器中的换热部件将吸收器中产生的热量依次输送至所述冷凝器中的换热部件、地埋管组，将所述吸收器中产生的热量导入所述地埋管组储存在地下。

8.根据权利要求1所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述风力机采用水平轴风力机或垂直轴风力机，所述太阳能集热器采用平板型集热器或真空管型集热器。

9.根据权利要求1所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述相变蓄热容器采用圆柱形结构。

10.根据权利要求1所述的风光互补驱动吸收式热泵系统，其特征在于，所述吸收式热泵单元采用水-溴化锂工质对。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，涉及一种吸收式热泵系统，尤其涉及一种风光互补驱动吸收式热泵系统。

背景技术

建筑、工业与交通是能源消耗的主要三大领域，同时也是温室气体的主要来源。其中建筑领域的能耗高、比重大，长期增长趋势明显，同时具备较大的节能潜力，减排成本相对较低。因此，想要在不降低人民生活水平的同时节能减排，就必须大力开发、有效利用可再生能源。近年来，风能、太阳能在新能源领域受到广泛的重视，将其用于采暖、空调符合“温度对口、梯级利用”的科学用能原则，在满足人民需求的同时减少环境污染，节约宝贵的化石燃料，符合未来能源发展趋势。

吸收式热泵相对于压缩式热泵用电量小、能耗低，其工质多为自然物质，对环境、大气无污染。但是现有吸收式热泵大多采用单一热源供热，将天然气等直接燃烧作为吸收式热泵的高温热源。造成的结果就是能量利用率低，不能达到无污染、零排放的用能要求。如何将风能、太阳能等清洁能源为人民提供舒适的居住环境是解决问题的关键。

风能作为一种清洁能源广泛的分布范围广，现在风能的主要利用形式为风力发电，但是风力发电不但需要加大主网架的投资，而且需要对电网本身进行改造，增加成本。由于风能的不稳定性所产生的电力有许多垃圾电无法投入使用，弃风现象较为严重。而太阳能也是最具有商业潜力、最具有活力的清洁能源，但是太阳能的能量密度较低，利用太阳能进行热发电的成本较高，且太阳能有明显的间歇性和周期性。太阳能和风能在时间和季节上都具有很强的互补性，因此风光互补驱动供能系统在近年来受到人们越来越多的关注。

实用新型内容

本实用新型是为了解决风电弃风现象和太阳能使用中的季节性、不稳定性等问题而提供一种风光互补驱动吸收式热泵系统。本实用新型的热泵机组将风力致热和太阳能集热作为吸收式热泵的高温热源，有效减少风能使用过程中的弃风现象，造价低、实用性强。利用机械搅拌将风能全部转化为热能，理论效率可达到百分百。通过与太阳能耦合减少季节性和不稳定性带来的影响，提高热泵系统能效比和运行可靠性。

本实用新型的技术问题是由以下技术方案解决的：

一种风光互补驱动吸收式热泵系统，包括高温热源单元和吸收式热泵单元，其特征在于，

优选地，所述风力机通过变速器与搅拌致热叶片传动连接。

优选地，所述太阳能集热器与所述相变蓄热容器之间的连通管路上、所述发生器中的换热部件与所述相变蓄热容器之间的连通管路上、和\/或与所述发生器连通的稀溶液管路上设置有动力泵。

进一步地，所述吸收式热泵单元还包括地埋管组、第一四通换向阀、第二四通换向阀和热用户，其中，所述冷凝器中的换热部件的出口端通过管路与第二四通换向阀的接口Ⅰ连通，所述冷凝器中的换热部件的进口端通过管路与所述吸收器中的换热部件的出口端连通，所述吸收器中的换热部件的进口端通过管路与所述第一四通换向阀的接口Ⅲ连通，所述蒸发器中的换热部件的出口端通过管路与第二四通换向阀的接口Ⅲ连通，所述蒸发器中的换热部件的进口端通过管路与所述第一四通换向阀的Ⅰ连通，所述第二四通换向阀的接口Ⅱ通过管路与所述热用户的进口端连通，所述热用户的出口端通过管路与所述第一四通换向阀的接口Ⅱ连通，所述地埋管组的进口端通过管路与所述第二四通换向阀的接口Ⅳ连通，所述地埋管组的出口端通过管路与所述第一四通换向阀的接口Ⅳ连通。

优选地，所述冷凝器中的换热部件的出口端与第二四通换向阀的接口Ⅰ之间的连通管路上、和\/或所述蒸发器中的换热部件的出口端与第二四通换向阀的接口Ⅲ之间的连通管路上设有驱动工质流动的动力泵。

优选地，所述系统处于制热模式时，所述第一四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅳ连通，接口Ⅱ与接口Ⅲ连通，所述第二四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅱ连通，接口Ⅲ与接口Ⅳ连通，所述吸收器中的换热部件依次与所述冷凝器中的换热部件、热用户连通并形成循环回路，所述吸收器中的换热部件将所述吸收器中产生的热量依次输送至所述冷凝器中的换热部件、热用户；所述蒸发器中的换热部件与所述地埋管组连通并形成循环回路，所述蒸发器中产生的冷量通过所述地埋管组储存在地下。

优选地，所述系统处于制冷模式时，所述第一四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅱ连通，接口Ⅲ与接口Ⅳ连通，所述第二四通换向阀的接口Ⅰ与接口Ⅳ连通，接口Ⅱ与接口Ⅲ连通，所述蒸发器中的换热部件与所述热用户连通并形成循环回路，将所述蒸发器中产生的冷量输送至所述热用户；所述吸收器中的换热部件将吸收器中产生的热量依次输送至所述冷凝器中的换热部件、地埋管组，将所述吸收器中产生的热量导入所述地埋管组储存在地下。

本实用新型的风光互补驱动吸收式热泵系统，高温热源单元通过风力机、搅拌致热叶片将风能转化为热能并将热能储存在相变蓄热容器中，太阳能集热器产生的热量同样储存在相变蓄热容器中。高温热源单元驱动吸收式热泵单元进行供暖。吸收式热泵单元采用水-溴化锂工质对，相比于传统压缩式制冷工质对环境友好，不会产生破坏破坏大气、分解臭氧等危害。

优选地，所述风力机可以采用水平轴或是垂直轴风力机，主要目的是将风能转化为机械能带动转子搅拌蓄热工质，从而达到将机械能转化为热能的目的。所述太阳能集热器可以是平板型或是真空管型。

优选地，所述相变蓄热容器采用圆柱形结构。

优选地，所述吸收式热泵采用水-溴化锂工质对。工质对在发生器中吸热，从而将稀溶液中的水变为水蒸气，输送到冷凝器放热供暖，在吸收器中溴化锂浓溶液吸收来自蒸发器中的水蒸气，放出的热量同样也可为热用户供暖，这部分为吸收式热泵特有的热量来源。为了进一步提高效率，在发生器和吸收器之间还有一个换热器，使得吸收了热量的浓溴化锂溶液将热量传送给温度较低的稀溴化锂溶液。

同现有技术相比，本实用新型的风光互补驱动吸收式热泵系统，将风力致热和太阳能集热作为吸收式热泵的高温热源，有效减少风能使用过程中的弃风现象，造价低、实用性强。利用机械搅拌将风能全部转化为热能，理论效率可达到百分百。通过与太阳能耦合减少季节性和不稳定性带来的影响，提高热泵系统能效比和运行可靠性。此外，本实用新型的风光互补驱动吸收式热泵系统，同时满足制冷和供暖两种需求，通过地埋管可实现在夏季储存热量，在冬季储存冷量。此方式可解决地热能使用中冷热收支不平衡所带来的机组效率降低、破坏环境平衡等问题。

附图说明

图1本实用新型风光互补驱动吸收式热泵系统流程图(制热工况)；

图2本实用新型风光互补驱动吸收式热泵系统流程图(制冷工况)。

具体实施方式

本实用新型的风光互补驱动吸收式热泵系统实行联合供能模式，利用风力致热与太阳能集热互补，为节能减排、提高风能利用效率提供了新的技术途径。为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本实用新型进行进一步说明。

如图1、2所示，本实用新型的风光互补驱动吸收式热泵系统，包括高温热源单元和吸收式热泵单元，其中，高温热源单元包括风力机1、太阳能集热器5和相变蓄热容器4，相变蓄热容器4中设置致热工质以及浸没在致热工质中的搅拌致热叶片3，风力机1通过变速器2与搅拌致热叶片3传动连接，太阳能集热器5通过流体管路与相变蓄热容器4连通并形成循环回路，且流体管路上优选地设置有驱动工质流动的动力泵13以及控制工质流动与否的开关阀等部件。

吸收式热泵单元采用水-溴化锂工质对，包括发生器6、吸收器8、蒸发器9、冷凝器10、换热器7、节流阀11，发生器6、吸收器8、蒸发器9、冷凝器10中均设置有换热部件，发生器6中的换热部件通过管路与相变蓄热容器4连通并形成循环回路且二者之间的连通管路上设置有动力泵20，相变蓄热容器4中的高温致热工质通入发生器6中的换热部件后加热其中的溴化锂溶液，溴化锂溶液加热后形成为高温溴化锂浓溶液和高温蒸气，发生器6中产生的浓溶液通过管路经换热器7的热侧后进入吸收器8，吸收器8中产生的稀溶液通过管路经换热器7的冷侧后进入发生器6，与发生器6连通的稀溶液管路上优选地设置有动力泵12，发生器6中产生的高温蒸气通入冷凝器10，冷凝器10中的换热部件用以将高温蒸气冷凝为液态水，冷凝器10中的液态水通过管路经节流阀11降压后通入蒸发器9，蒸发器9中的换热部件用以将液态水加热为低压蒸汽，蒸发器9中的低压蒸汽通过管路输送至吸收器8，进入吸收器8中的低温浓溶液吸收低压蒸汽后转变为低温稀溶液并释放热量，吸收器8中的换热部件用以吸收释放的热量。

进一步地，吸收式热泵单元还包括地埋管组14、第一四通换向阀15、第二四通换向阀16和热用户17，其中，冷凝器10中的换热部件的出口端通过带有动力泵19的管路与第二四通换向阀16的接口Ⅰ连通，冷凝器10中的换热部件的进口端通过管路与吸收器8中的换热部件的出口端连通，吸收器8中的换热部件的进口端通过管路与第一四通换向阀15的接口Ⅲ连通，蒸发器9中的换热部件的出口端通过带有动力泵18的管路与第二四通换向阀16的接口Ⅲ连通，蒸发器9中的换热部件的进口端通过管路与第一四通换向阀15的Ⅰ连通，第二四通换向阀16的接口Ⅱ通过管路与热用户17的进口端连通，热用户17的出口端通过管路与第一四通换向阀15的接口Ⅱ连通，地埋管组14的进口端通过管路与第二四通换向阀16的接口Ⅳ连通，地埋管组14的出口端通过管路与第一四通换向阀15的接口Ⅳ连通。

风能驱动风力机1经过变速器2输出合适的机械工，经过机械传送带动搅拌致热叶片3。搅拌致热叶片3通过机械搅拌相变蓄热容器4中的致热工质，将机械能转化为热能，由相变蓄热容器4储存。太阳能集热器5吸收太阳能辐射，其致热工质通过动力泵13带动传送至相变蓄热容器4进行换热后回到太阳能集热器5中，完成太阳能转化为热能并储存的过程。经风力致热和太阳能集热耦合后的相变蓄热容器4，作为吸收式热泵的高温热源泵送至发生器做功。

吸收器8中的稀溶液通过动力泵12送至换热器7中，与高温浓溶液换热提高温度后进入发生器6，经高温热源加热变为高温蒸气和高温浓溶液。高温蒸气输送到冷凝器10中放热从而加热换热部件中的介质。此时高温蒸气变为冷剂水，之后通过节流阀11降低其压力，送至蒸发器9中经过换热部件，吸热后重新变为低压蒸气输送至吸收器8，同时蒸发器9中所产生的冷量输送至外界。经过换热器7中的高温浓溶液变为低温浓溶液进入吸收器8。低压蒸气在吸收器8中被低温浓溶液吸收重新变为稀溶液，同时在被吸收的过程中放出热量。

参看图1，在冬季，上述系统开启制热模式。第一四通换向阀15的接口Ⅰ与接口Ⅳ连通，接口Ⅱ与接口Ⅲ连通，第二四通换向阀16的接口Ⅰ与接口Ⅱ连通，接口Ⅲ与接口Ⅳ连通，吸收器8中的换热部件依次与冷凝器10中的换热部件、热用户17连通并形成循环回路，吸收器8中的换热部件将吸收器8中产生的热量依次输送至冷凝器10中的换热部件、热用户17。此外，蒸发器9中的换热部件与地埋管组14连通并形成循环回路，蒸发器9中产生的冷量通过地埋管组14储存在地下。

参看图2，在夏季，上述系统切换至制冷模式。第一四通换向阀15的接口Ⅰ与接口Ⅱ连通，接口Ⅲ与接口Ⅳ连通，第二四通换向阀16的接口Ⅰ与接口Ⅳ连通，接口Ⅱ与接口Ⅲ连通，蒸发器9中的换热部件与热用户17连通并形成循环回路，将蒸发器中产生的冷量输送至热用户17。同时，吸收器8中的换热部件将吸收器8中产生的热量依次输送至冷凝器10中的换热部件、地埋管组14，将吸收器8中产生的热量导入地埋管组14，储存在土壤之中。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的范围之内。

设计图

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