一种太阳能与热泵耦合的蒸汽发生系统的制作方法

本实用新型涉及再生能源利用设备技术领域，具体涉及一种太阳能与热泵耦合的蒸汽发生系统。

背景技术：

蒸汽是一种常见的加热介质，现有的蒸汽发生装置大多通过化石燃料的燃烧产生蒸汽，不仅能源使用效率较低，而且对环境会造成负面影响。与锅炉、电加热等加热技术相比较，热泵技术最突出的优点就是消耗少量的电能，即可获得大量的热能，供热效率更高，可以将环境中蕴含的热量或生产过程中的无用低温废热转换为可以满足用户需求的高位热能。目前常见的高温热泵蒸汽机组主要通过电加热水，然后将加热后的水转换为蒸汽，这种直接利用电加热水的方法电能消耗较大，成本较高。

而太阳能作为一种可再生的清洁能源，与化石能源和电能相比具有良好的节能和经济效益，将太阳能与热泵技术结合，将太阳能作为辅助热源提升换热水箱中水的温度，进而提高高温热泵机组的高温热泵工质的初始温度，不仅可以提高太阳能的利用率，还减少热泵机组对电能的消耗。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的问题是，提供一种太阳能与热泵耦合的蒸汽发生系统。

本实用新型解决所述技术问题的技术方案是：

一种太阳能与热泵耦合的蒸汽发生系统，包括槽式太阳能集热器、调温水箱、换热水箱、空气源热泵和蒸发器；其特征在于，

所述换热水箱内设有第一换热盘管和第二换热盘管，第一换热盘管的进口经过油泵与槽式太阳能集热器的集热管的出口连接，第一换热盘管的出口与槽式太阳能集热器的集热管的进口连接；第二换热盘管的进口和出口分别与空气源热泵的出口和进口连接；换热水箱的侧面出口经三号水泵与蒸发器的侧面入口连接，蒸发器的侧面出口与换热水箱的侧面入口连接；换热水箱的上部出口经过二号水泵与调温水箱的入口连接，调温水箱的出口经过一号水泵与换热水箱的上部入口连接；

蒸发器的下部出口依次连接一号储液罐、一号气液分离器、一号过滤器以及一号压缩机与冷凝器的一个下部入口连接，冷凝器的一个上部出口与蒸发器的上部入口连接；冷凝器的另一个上部出口经过四号水泵与自来水输入端连接，冷凝器的另一个上部出口同时与一号气液分离器的入口连接，一号气液分离器的出口与冷凝器的另一个下部入口连接，一号气液分离器同时输出蒸汽。

所述空气源热泵由空气源热泵机组构成，空气源热泵机组包括二号储液罐、二号气液分离器、二号过滤器、二号压缩机和风机盘管；第二换热盘管的进口依次经过二号储液罐、二号气液分离器、二号过滤器以及二号压缩机与风机盘管的入口连接，风机盘管的出口与第二换热盘管的入口连接，风机盘管同时与外接空气源连接。

所述调温水箱和换热水箱的外表面均敷有保温棉。

与现有技术相比，本实用新型有益效果：

1.本实用新型将太阳能与热泵机组结合，通过太阳能加热热泵机组的高温热泵工质，避免了采用电能或者化石燃料加热高温热泵工质时产生的环境污染和成本较高等问题；虽然热泵机组运行时自身会消耗电能，但是在消耗相同电能的情况下热泵机组的加热效率更高，比如电加热消耗1kw电能只能产生1kw的热量，但是用热泵机组加热消耗1kw的电能可以产生3kw甚至更高的热量。

2.本实用新型同时采用空气源热泵机组对换热水箱中的水进行加热，可以满足换热水箱不同季节和不同天气的用热需求；在夏季太阳能丰富的天气，可以将槽式太阳能收集器吸收的多余热量通过调温水箱与换热水箱的水循环将热量储存在调温水箱中，调温水箱的热水还可以提供生活热水；在冬季太阳能较弱时可以通过调温水箱与换热水箱的热交换或者利用空气源热泵机组将换热水箱中的水加热。

3.在相同天气状况下，与普通太阳能热水器相比，槽式太阳能集热器可以吸收更多的太阳能，可以在冬季将水加热50-60℃，在夏季可以将水加热到80-90℃，太阳能利用率更高；槽式太阳能集热器中采用的是导热油，冬季可以防冻，夏季可以避免利用水作为导热介质产生气化的现象，造成热能的浪费，增加了太阳能集热子系统运行的稳定性。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的换热水箱与槽式太阳能集热器、调温水箱、蒸发器以及空气源热泵的连接示意图；

图3是本实用新型的空气源热泵的结构示意图；

图中：1、槽式太阳能集热器；2、调温水箱；3、换热水箱；4、油泵；5、一号阀门；6、空气源热泵；7、一号水泵；8、二号水泵；9、一号储液罐；10、一号气液分离器；11、一号过滤器；12、一号压缩机；13、冷凝器；14、一号电子膨胀阀；15、蒸发器；16、一号气液分离器；17、排气阀；18、三号水泵；19、二号阀门；20、三号阀门；21、四号阀门；22、第一电磁阀；23、第一单向阀；24、四号水泵；25、第二电磁阀；26、第二单向阀；27、第三电磁阀；

31、第一换热盘管；32第二换热盘管；61、二号储液罐；62、二号气液分离器；63、二号过滤器；64、二号压缩机；65、风机盘管；66、二号电子膨胀阀。

具体实施方式

为了使本实用新型更加通俗易懂，下文结合实例及附图进一步阐述本实用新型。

本实用新型提供了一种太阳能与热泵耦合的蒸汽发生系统(简称系统，参见图1-3)，包括槽式太阳能集热器1、调温水箱2、换热水箱3、空气源热泵6和蒸发器15；

所述换热水箱3内设有第一换热盘管31和第二换热盘管32，第一换热盘管31的进口经过油泵4和二号阀门19与槽式太阳能集热器1的集热管的出口连接，第一换热盘管31的出口经一号阀门5与槽式太阳能集热器1的集热管的进口连接；第二换热盘管32的进口和出口分别与空气源热泵6的出口和进口连接；换热水箱3的侧面出口经三号水泵18和四号阀门21与蒸发器15的侧面入口连接，蒸发器15的侧面出口经三号阀门20与换热水箱3的侧面入口连接；换热水箱3的上部出口经过第一单向阀23、第一电磁阀22和二号水泵8与调温水箱2的入口连接，调温水箱2的出口经过一号水泵7、第二电磁阀26以及第二单向阀25与换热水箱3的上部入口连接；换热水箱3、太阳能集热器1和油泵4共同构成太阳能集热子系统；

蒸发器15的下部出口依次连接一号储液罐9、一号气液分离器10、一号过滤器11以及一号压缩机12与冷凝器13的一个下部入口连接，冷凝器13的一个上部出口经过一号电子膨胀阀14与蒸发器15的上部入口连接；蒸发器15、一号储液罐9、一号气液分离器10、一号过滤器11、一号压缩机12以及冷凝器13构成高温热泵机组；冷凝器13的另一个上部出口经过四号水泵24和第三电磁阀27与自来水输入端连接，冷凝器13的另一个上部出口同时与一号气液分离器16的入口连接，一号气液分离器16的出口与冷凝器13的另一个下部入口连接；一号气液分离器16的输出端经过排气阀17输出蒸汽，供用户端使用；

所述空气源热泵6由空气源热泵机组构成，空气源热泵机组包括二号储液罐61、二号气液分离器62、二号过滤器63、二号压缩机64和风机盘管65；第二换热盘管32的进口依次经过二号储液罐61、二号气液分离器62、二号过滤器63以及二号压缩机64与风机盘管65的入口连接，风机盘管65的出口经过二号电子膨胀阀66与第二换热盘管32的入口连接，风机盘管65同时与外接空气源连接，与外接空气源进行换热。

所述高温热泵机组的高温热泵工质为r245fa制冷剂；空气源热泵机组的高温热泵工质为r410a制冷剂。

所述调温水箱2采用具有保温功能的材料制成，使调温水箱2具有一定保温时间；调温水箱2和换热水箱3的外表面均敷有保温棉。

所述高温热泵机组采用贝莱特水源热泵机组，其型号为gshp14gr1；空气源热泵机组采用贝莱特低温空气能热泵机组，其型号为lsqwrf60m；一号水泵7、二号水泵8、三号水泵18和四号水泵均采用新界xps-12-180型水泵；所有电磁阀均采用正泰250-25型电磁阀；槽式太阳能集热器1的型号为sz-62-12；油泵4采用bry风冷式热油泵，其型号为byr32-32-16；所有阀门均采用不锈钢法兰球阀，其型号为q41f-16p/r；所有单向阀的型号为h14w/x-16p。

本实用新型的工作原理和工作流程是：

首先，太阳能集热子系统工作，即油泵4工作，使槽式太阳能集热器1与第一换热盘管31组成的循环管路中的导热油循环，导热油进入槽式太阳能集热器1中后通过槽式太阳能集热器1吸收的太阳能对导热油进行加热；经过槽式太阳能集热器1加热后的导热油在油泵4的作用下进入换热水箱3的第一换热盘管31，与换热水箱3中的水进行换热并对水加热，第一换热盘管31中的导热油被冷却，冷却的导热油回到槽式太阳能集热器1继续加热，以此完成导热油在槽式太阳能集热器1与第一换热盘管31之间的循环，进而不断对换热水箱3的水进行加热；

待换热水箱3中的水加热到一定温度(70℃左右)时，高温热泵机组开始工作，换热水箱3中的水通过三号水泵18进入蒸发器15，对高温热泵机组的高温热泵工质进行加热，减少电能的使用；高温热泵机组的高温热泵工质吸热之后蒸发，蒸发后的高温热泵工质进入一号储液罐9，然后通过一号气液分离器10和一号过滤器11进入一号压缩机12加压形成高温高压工质(120℃左右)，最后进入冷凝器13与自来水换热，加热自来水使之变成蒸汽，蒸汽通过一号气液分离器16和排气阀17排出，未形成蒸汽的水通过一号气液分离器16后再进入冷凝器13进行加热；

在夏季晴天时，在高温热泵机组不工作或保证高温热泵机组正常工作的情况下，换热水箱3的余热与调温水箱2进行热交换，将换热水箱3中多余的热量储存在调温水箱2的水介质中，用于存储太阳能；

在冬天或者太阳能不足的情况下，当换热水箱3中水温低于设定温度(40℃左右)时，调温水箱2开始工作，调温水箱2与换热水箱3进行热交换，对换热水箱3中的水进行温度补偿；换热水箱3中的水在温度补偿后仍达不到设定温度(70℃左右)时，空气源热泵机组开始工作；外接空气源从风机盘管65进入空气源热泵机组中，空气源热泵机组的高温热泵工质吸收热量后被蒸发，蒸发后的高温热泵工质进入第二换热盘管32中，与换热水箱3的水进行换热，换热后的低温热泵工质进入二号储液罐61，然后通过二号气液分离器62和二号过滤器63进入二号压缩机64中加压再次形成高温高压工质，对换热水箱3中的水循环加热，直到换热水箱3中的水达到设定温度。

本申请的蒸汽发生系统可以应用在集中供暖，槽式太阳能集热器1、调温水箱2和换热水箱3均安装在平地空旷的地方，保证槽式太阳能集热器1能够被太阳光照射，空气源热泵6和高温热泵机组安装在机房内，一号气液分离器16的输出端与用户端连接。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。