專利名稱：一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統。
背景技術：
供熱與制冷技術不僅為個人生活、工作創造了舒適的環境，同時也滿足了工業過 程中的冷熱需求。隨著經濟發展，由于供熱與制冷過程中產生的能耗已經占到建筑能耗的 55%，同時工業熱能占社會中能耗的60% ；因此，在社會大力提倡節能降損的情況下，太陽 能作為一種可再生的能源被越來越多地延伸至采暖、制冷、中高溫應用領域中，并擁有廣闊 的前景。目前，利用太陽能熱能實現供熱與制冷的系統的應用場合只局限于單獨的示范工 程；這種方式是使通過集熱器的介質被加熱，并被送入熱驅動制冷機組實現制冷；或被送 入供熱裝置實現供熱。這類系統雖然使得制冷與供熱的能耗降低，但是此類系統具有三方 面的缺點1、太陽能熱利用的間歇性與不穩定性；2、太陽能能量密度低；3、整個系統的效 率較低，存在太陽能集熱系統與制冷供熱系統的匹配問題。為了克服太陽能供熱制冷技術的上述缺點，人們對此進行了多方面的改進。首先， 為了解決太陽能能量密度低的問題，開發了太陽能槽式集熱器、蝶式集熱器等，實現了太陽 能熱能中高溫利用以及提高了工業熱利用的可行性；其次，為了解決太陽能熱利用的間歇 性與不穩定性，使用了輔助熱源與蓄熱裝置，通過輔助熱源，比如電加熱，熱泵等設備，可以 彌補太陽能的間歇性與能量密度低的缺點，但同時增加了成本；而蓄熱裝置，比如顯熱蓄 熱，相變蓄熱等技術的應用，也在一定程度上解決該問題，且能夠實現太陽能熱利用的最大 化；最后，為了解決系統效率以及匹配的問題，主要可以通過提高熱源溫度與制冷供熱機組 效率這兩種方法來實現，其中，提高熱源溫度可以通過增加集熱器面積，或者改變集熱器類 型解決；制冷機組效率的提高主要是指吸收式制冷機組和吸附式制冷機組，國內外相關研 究機構對此開發了各種機組。經專利檢索發現，國內關于太陽能蓄熱供熱與制冷的專利主要集中在制冷以及供 熱設備的提出上。例如，在申請號為200520022873中公開了一種太陽能和熱泵結合的供熱 方式，但這種方式并沒有充分的利用太陽能；又例如，在申請號為02109563中公開了一種 太陽能蓄熱供熱供冷裝置，該系統直接利用地下底層土壤作為蓄熱裝置，同時在夏季直接 利用土壤作為冷源，雖然具有一定的節能效果，但增加建造成本。以上技術均是就太陽能供 熱制冷工藝中的某個環節進行改進，解決的是單方面的問題，而目前尚未有一種新型的太 陽能供熱制冷工藝能夠在整體上達到高效、穩定、節能等目標。
實用新型內容為了克服現有利用太陽能制冷與供熱工藝的不足，本實用新型旨在提供一種基于 太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，以達到在無輔助熱源條件下，以較低成本實現白天 與夜晚連續供熱或者制冷的目的，同時滿足商業建筑以及工業過程的冷熱需求，并在整體上達到高效、穩定、節能等目標。本實用新型所述的一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，它包括一太陽 能槽式集熱子系統、一蓄熱子系統、一熱驅動制冷子系統和一供熱子系統，所述太陽能槽式 集熱子系統的出口分別與蓄熱子系統的蓄熱側進口、熱驅動制冷子系統的進口以及供熱子 系統的進口連接，所述蓄熱子系統的蓄熱側出口、熱驅動制冷子系統的出口以及供熱子系 統的出口同時與太陽能槽式集熱子系統的進口連接；所述蓄熱子系統的供熱側出口連接在 太陽能槽式集熱子系統的出口與熱驅動制冷子系統的進口之間，所述蓄熱子系統的供熱側 進口連接在太陽能槽式集熱子系統的進口與熱驅動制冷子系統的出口之間。在上述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統中，所述太陽能槽式集熱子系 統包括依次連接在其進口和出口之間的第一球閥、第一油槽、第一高溫油泵、太陽能槽式集 熱器和第二球閥，且所述太陽能槽式集熱器還與一連接有單片機控制器的步進電機連接。在上述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統中，所述蓄熱子系統包括一設 有所述蓄熱側進、出口和供熱側進、出口的蓄熱箱，還包括分別連接在所述蓄熱側進口、蓄 熱側出口和供熱側出口的第一三通閥、第二三通閥和第三三通閥以及依次與所述供熱側進 口連接的第二高溫油泵、第二油槽和第四三通閥。在上述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統中，所述熱驅動制冷子系統包 括依次連接在其進口和出口之間的第一閥門、熱驅動制冷機組和第二閥門。在上述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統中，所述供熱子系統包括依次 連接在其進口和出口之間的第三閥門、空調末端機組和第四閥門。由于采用了上述的技術解決方案，本實用新型利用了太陽能槽式集熱子系統，使 得工作介質最高溫度可以達到200°c，平均溫度在150°C以上，從而能夠使得整個系統的效 率更高，并降低了系統能耗，實現了太陽能熱能中高溫利用；本實用新型還結合了蓄熱子系 統，克服了太陽能熱利用的間隙性、不穩定性，即使在無法利用太陽能的情況下，也以較低 的成本使得供熱與制冷能夠連續運行，且蓄熱子系統的蓄熱溫度范圍寬，可達600°C ；本實 用新型中熱驅動制冷子系統的使用，能夠在最低能耗情況下利用太陽能達到制冷的目的； 同時，供熱子系統使收集的熱量可用于室內供熱或工業用熱，從而滿足商業建筑以及工業 過程的冷熱需求。
圖1是本實用新型一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統的結構示意圖；圖2是本實用新型一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統中蓄熱子系統 蓄熱時，蓄熱箱的溫度變化折線圖；圖3是本實用新型一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統中蓄熱子系統 供熱時，蓄熱箱的溫度變化折線圖。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型的具體實施例進行詳細說明。如圖1所示，本實用新型，即一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，包括 一太陽能槽式集熱子系統1、一蓄熱子系統2、一熱驅動制冷子系統3和一供熱子系統4，其中，太陽能槽式集熱子系統1包括依次連接在其進口和出口之間的第一球閥11、第一 油槽9、第一高溫油泵8、太陽能槽式集熱器5和第二球閥10，且太陽能槽式集熱器5還與一 連接有單片機控制器7的步進電機6連接。太陽能槽式集熱子系統1一方面采用單軸跟蹤 技術，通過單片機控制器7控制步進電機6旋轉來控制太陽能槽式集熱器5的旋轉，從而達 到跟蹤太陽對光的目的，并使得吸收的太陽能最大化；另一方面通過第一高溫油泵8使得 導熱油進入太陽能槽式集熱器5，以吸收熱量。蓄熱子系統2包括一蓄熱箱12，蓄熱箱12的蓄熱側進口通過第一三通閥15與太 陽能槽式集熱子系統1出口的第二球閥10連接。蓄熱箱12的蓄熱側出口通過第二三通閥 23與太陽能槽式集熱子系統1進口的第一球閥11連接，以此實現蓄熱箱12的蓄熱功能； 蓄熱箱12的供熱側出口連接有一第三三通閥16，蓄熱箱12的供熱側進口依次連接有第二 高溫油泵13、第二油槽14和第四三通閥24，以此實現利用蓄熱箱12的熱量進行制冷或者 供熱。蓄熱箱12內置換熱器、蓄熱材料、溫度傳感器等；它采用顯熱或相變儲存兩種方式 顯熱儲存時蓄熱介質可選用鋼砂、石英砂、礦物油、合成油、硅酮油、耐高溫混凝土和鑄造陶 瓷等，單獨或者按一定比例組成；相變蓄熱時可選用相變溫度為0 500°C的相變材料進行 蓄熱。熱驅動制冷子系統3包括依次連接在其進口和出口之間的第一閥門18、熱驅動制 冷機組17和第二閥門25，其中，第一閥門18同時與太陽能槽式集熱子系統1出口的第二球 閥10以及蓄熱子系統2供熱側出口的第三三通閥16連接；第二閥門25同時與太陽能槽式 集熱子系統1進口的第一球閥11以及蓄熱子系統2供熱側進口的第四三通閥24連接。熱 驅動制冷子系統3主要采用吸附制冷以及吸收式制冷的方式，它可接入太陽能制冰機和太 陽能空調，該子系統已經形成小型的模塊化設備。供熱子系統4包括依次連接在其進口和出口之間的第三閥門21、空調末端機組 19 (在建筑熱需求時可采用普通的、由換熱器26和風機20組成的空調末端機組)和第四閥 門22，其中，第三閥門21與太陽能槽式集熱子系統1出口的第二球閥10連接，第四閥門22 與太陽能槽式集熱子系統1進口的第一球閥11連接。在供熱子系統4的末端接入水系統， 可通過換熱器26加熱水，提供生活和工業用熱水；該子系統在工業熱需求方面可部分替代 鍋爐等熱源，也可用于烘干等需熱環節。本實用新型的多聯供系統的運行溫度為90°C 250°C ；其工作原理是先將導熱油 通過太陽能槽式集熱子系統1加熱至150°C以上，再使被加熱的導熱油進入其余三個子系 統(1)進入蓄能子系統2，儲存熱量；(2)進入熱驅動制冷子系統3，通過熱驅動制冷機組 17制冷；(3)進入供熱子系統4，通過換熱器26，經風機20作用，提供熱風。本實用新型針對不同的環境以及工藝要求，可以實現以下幾種不同的運行模式工作模式一，在白天、太陽光照充足的條件下，太陽能槽式集熱子系統1制冷或者 供熱，并實現蓄能功能。實現此模式，需打開第二球閥10和第一球閥11，運行第一高溫油 泵8，啟動步進電機6，第一油槽9中的導熱油進入太陽能槽式集熱器5并被加熱；此時，調 節第一三通閥15、第二三通閥23 (第三三通閥16、第四三通閥24關閉)，使部分導熱油進 入蓄熱箱12，實現蓄能；開啟第一閥門18、第二閥門25，使剩余導熱油進入熱驅動制冷機組 17，系統進入制冷模式；或開啟第三閥門21、第四閥門22，使剩余導熱油進入供熱子系統4，系統進入供熱模式。工作模式二，在白天、光照一般的條件下，太陽能槽式集熱子系統1只實現制冷或 者供熱功能。實現此模式，需關閉第一三通閥15、第二三通閥23、第三三通閥16和第四三 通閥24關閉，單獨太陽能槽式集熱子系統1，即打開第二球閥10和第一球閥11，運行第一 高溫油泵8，啟動步進電機6，第一油槽9中的導熱油進入太陽能槽式集熱器5并被加熱；此 時，開啟第一閥門18、第二閥門25，使導熱油全部進入熱驅動制冷機組17，系統進入制冷模 式；或開啟第三閥門21、第四閥門22，使導熱油全部進入供熱子系統4，系統進入供熱模式。工作模式三，在夜間、陰雨天以及無法利用太陽能的情況下，只通過蓄熱子系統實 現制冷或者供熱功能。實現此模式，需關閉太陽能槽式集熱子系統1，即關閉第二球閥10 和第一球閥11，而打開第三三通閥16和第四三通閥24(第一三通閥15、第二三通閥23關 閉)，運行第二高溫油泵13，使第二油槽14中的導熱油進入蓄熱箱12并被加熱；此時，在制 冷模式下，開啟第一閥門18、第二閥門25，使導熱油全部進入熱驅動制冷機組17，系統進入 制冷模式；或開啟第三閥門21、第四閥門22，使導熱油全部進入供熱子系統4，系統進入供 熱模式。在實用新型的具體實施過程中，對各子系統進行了相關測試1、測試太陽能槽式集熱子系統1的效率系統試驗于一個晴天進行，運行的條件為流速為305Kg/h，環境溫度在35°C左 右，風力為東南風2 3級，導熱油型號為JH350，比熱容為2. 518kJ/Kg. K，試驗中選擇了小 流量運行。先用電加熱預熱到90°C以后，然后關掉電加熱器完全利用太陽能槽式集熱子系 統1對吸附制冷劑系統進行加熱，從9點開始運行太陽能槽式集熱子系統1，大概經過1個 小時時間溫度就可以達到150°C。太陽能槽式集熱子系統1的光學效率可以達到0. 623，比 較理想，在溫度為150°C時，輻射在600W/m2，效率可以達到46 %，在夏季晴天情況下，效率 更好。由此可見，太陽能槽式集熱子系統1可以很好的為用熱系統提供熱源。2、結合太陽能槽式集熱子系統1測試蓄熱子系統2的蓄熱能力如圖2所示，為了更加完整的測試蓄熱箱12的蓄熱能力，采取了輔助加熱的方法， 當溫度從55°C左右上升至130°C左右，蓄熱子系統2的蓄熱效率為81.2%。3、測試蓄熱子系統2的供熱能力圖3為蓄熱箱12給制冰機提供熱量時，其自身溫度變化曲線，以及導熱油經過蓄 熱箱12之后溫度變化情況；從圖3中可以看到經過20分鐘左右，導熱油經過蓄熱箱12之 后的溫度變化基本維持在3°C左右，而蓄熱箱12的平均溫度幾乎按照線性變化減小。綜上所述，本實用新型使用了太陽能槽式集熱子系統，從而實現了太陽能中溫熱 利用；同時加入了蓄能子系統，從而克服了太陽能供熱的不穩定性；同時，通過合理的系統 控制，保證了制冷以及供熱需求；通過系統的幾種工作模式之間的切換，降低了相應的系統 能耗。以上結合附圖實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根 據上述說明對本實用新型做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本實用 新型的限定，本實用新型將以所附權利要求書界定的范圍作為本實用新型的保護范圍。
權利要求一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，其特征在于，所述的冷熱多聯供系統包括一太陽能槽式集熱子系統、一蓄熱子系統、一熱驅動制冷子系統和一供熱子系統，所述太陽能槽式集熱子系統的出口分別與蓄熱子系統的蓄熱側進口、熱驅動制冷子系統的進口以及供熱子系統的進口連接，所述蓄熱子系統的蓄熱側出口、熱驅動制冷子系統的出口以及供熱子系統的出口同時與太陽能槽式集熱子系統的進口連接；所述蓄熱子系統的供熱側出口連接在太陽能槽式集熱子系統的出口與熱驅動制冷子系統的進口之間，所述蓄熱子系統的供熱側進口連接在太陽能槽式集熱子系統的進口與熱驅動制冷子系統的出口之間。
2.根據權利要求1所述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，其特征在于，所 述太陽能槽式集熱子系統包括依次連接在其進口和出口之間的第一球閥、第一油槽、第一 高溫油泵、太陽能槽式集熱器和第二球閥，且所述太陽能槽式集熱器還與一連接有單片機 控制器的步進電機連接。
3.根據權利要求1或2所述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，其特征在于， 所述蓄熱子系統包括一設有所述蓄熱側進、出口和供熱側進、出口的蓄熱箱，還包括分別連 接在所述蓄熱側進口、蓄熱側出口和供熱側出口的第一三通閥、第二三通閥和第三三通閥 以及依次與所述供熱側進口連接的第二高溫油泵、第二油槽和第四三通閥。
4.根據權利要求3所述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，其特征在于，所 述熱驅動制冷子系統包括依次連接在其進口和出口之間的第一閥門、熱驅動制冷機組和第 二閥門。
5.根據權利要求4所述的基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，其特征在于，所 述供熱子系統包括依次連接在其進口和出口之間的第三閥門、空調末端機組和第四閥門。
專利摘要本實用新型涉及一種基于太陽能中高溫利用的冷熱多聯供系統，它包括一太陽能槽式集熱子系統、一蓄熱子系統、一熱驅動制冷子系統和一供熱子系統，所述太陽能槽式集熱子系統的出口分別與蓄熱子系統的蓄熱側進口、熱驅動制冷子系統的進口以及供熱子系統的進口連接，所述蓄熱子系統的蓄熱側出口、熱驅動制冷子系統的出口以及供熱子系統的出口同時與太陽能槽式集熱子系統的進口連接。本實用新型使用了太陽能槽式集熱子系統，從而實現了太陽能中溫熱利用；同時加入了蓄能子系統，從而克服了太陽能供熱的不穩定性；同時，通過合理的系統控制，保證了制冷以及供熱需求；通過系統的幾種工作模式之間的切換，降低了相應的系統能耗。
文檔編號F25B29/00GK201637195SQ201020163239
公開日2010年11月17日 申請日期2010年4月20日 優先權日2010年4月20日
發明者代彥軍, 廖文俊, 曾樂才, 王如竹, 陳宇 申請人:上海電氣集團股份有限公司;上海交通大學