一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统及其运行方法与流程

1.本发明涉及太阳能供热供冷及储能技术领域，具体涉及一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统及其运行方法。


背景技术：

2.新能源产业是衡量一个国家和地区高新技术发展水平的重要依据，世界发达国家和地区都把改进可再生能源利用技术作为顺应科技潮流、推进产业结构调整的重要举措。将太阳能与吸收式热泵联合供能具有良好的节能效果，太阳能是一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，但是太阳能也具有能量密度低、随机性和间歇性等特点，受天气和昼夜影响大，太阳能供热和供冷存在着供能不稳定和利用率低等问题。熔盐储热技术可以有效解决供能端与用户端在时间和空间上的不匹配问题，通过对太阳能热量的存储与转换，可有效提高太阳能与热泵联合供能系统的运行稳定性和太阳能利用率，使系统的性能得到显著提升。


技术实现要素：

3.为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统及其运行方法，该系统可实现冬季供热和夏季供冷的高效运行，在供热模式下，白天利用太阳能集热器吸收太阳能给用户提供热水负荷，同时采用点聚焦式太阳能聚光器和以硝酸熔盐为传热流体的吸热器吸收太阳能热并存储于熔盐罐中，熔盐工质为三元共晶硝酸熔盐(53％kno3－7％nano3－40％nano2)，夜晚熔盐储热罐放热产生的蒸汽驱动溴化锂吸收式热泵进行供热。在供冷模式下，空调末端与吸收式热泵的蒸发器冷媒水进口相连通，地埋管水依次通过吸收器和冷凝器吸热，满足冷负荷需求。整个系统由可再生能源驱动，结合储热技术在冷热负荷低谷时将系统多余的热量储存起来，冷热高峰时释放，有效满足负荷需求，同时可根据外界负荷的波动及时调节系统供热/供冷量，提高了太阳能利用率和供热效率，并在系统运行过程中具有零碳排放的特点。
4.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
5.一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统，包括太阳能聚光器、以硝酸熔盐为传热流体的吸热器、第一循环泵、第二循环泵、热盐罐、冷盐罐、换热器、发生器、冷凝器、第一节流阀、蒸发器、吸收器、升压泵、溶液换热器、第二节流阀、第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀、第四流量调节阀、太阳能集热器、地埋水管、空调末端和热用户端；
6.太阳能聚光器用于吸热器供热，太阳能集热器与热用户端供热水进口之间相连接，构成集热循环；冷盐罐出口依次与第一循环泵进口和吸热器进口和热盐罐进口之间相连接，构成储热循环；热盐罐的工质出口端依次与第二循环泵进口、换热器熔盐工质进口和冷盐罐进口之间相连接，构成放热循环；
7.吸收器稀溶液出口依次与升压泵进口、溶液换热器稀溶液进口和发生器稀溶液进口之间相连接；发生器浓溶液出口依次与溶液换热器浓溶液进口、第二节流阀进口和吸收
器浓溶液进口之间相连接；发生器热泵循环工质出口依次与冷凝器热泵循环工质进口、第一节流阀进口、蒸发器热泵循环工质进口和吸收器热泵循环工质进口之间相连接，构成溴化锂吸收式热泵循环；
8.热用户端供热水出口依次与第一流量调节阀和吸收器循环水进口之间相连接；地埋水管出口分为三路：第一路与换热器水侧进口之间相连接，第二路依次与第二流量调节阀和吸收器循环水进口之间相连接，第三路依次与第三流量调节阀和蒸发器低温水进口之间相连接；空调末端冷媒水出口依次与第四流量调节阀和蒸发器低温水进口之间相连接。
9.本发明进一步的改进在于，熔盐罐工质在吸热器中吸收太阳能热，并存储于热盐罐，熔盐罐工质在换热器中将循环水加热成蒸汽；储热循环和放热循环构成熔盐储热子系统。
10.本发明进一步的改进在于，通过控制第一流量调节阀、第二流量调节阀、第三流量调节阀和第四流量调节阀，能够实现系统供热、供冷模式的调节。
11.本发明进一步的改进在于，热盐罐在冷热负荷低谷时将系统多余的热量储存起来，冷热高峰时释放，同时根据外界负荷的波动及时调节系统供热/供冷量。
12.本发明进一步的改进在于，热盐罐采用的工质为三元共晶硝酸熔盐。
13.本发明进一步的改进在于，太阳能聚光器为点聚焦式太阳能聚光器，用于将太阳光汇聚一点，提高太阳能利用率。
14.本发明进一步的改进在于，地埋水管为u型竖直地埋管，埋深为25m-30m，使系统的应用场景多样化，在严寒地区增强了系统的运行稳定性。
15.一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统的运行方法，供冷模式时：溴化锂吸收式热泵为用户提供全部冷负荷，此时，第一流量调节阀和第三流量调节阀关闭，第二流量调节阀和第四流量调节阀打开；冷盐罐的工质通过第一循环泵进入吸热器中吸收太阳能热，存储于热盐罐，热盐罐的高温工质通过第二循环泵进入换热器放热，换热器水侧吸收变成蒸汽作为吸收式热泵的驱动热源，空调末端冷媒水进入蒸发器放热，满足冷负荷需求，地埋水管的水作为冷却水依次通过吸收器和冷凝器吸热。
16.一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统的运行方法，供热模式时：太阳能集热器和溴化锂吸收式热泵联合为用户提供热负荷，此时，第一流量调节阀和第三流量调节阀打开，第二流量调节阀和第四流量调节阀关闭；首先由太阳能集热器吸收太阳能热产生热水并进入热用户端提供热负荷，当处于用热高峰时，冷盐罐的工质通过第一循环泵进入吸热器中吸收太阳能热，存储于热盐罐，热盐罐的高温工质通过第二循环泵进入换热器放热，换热器水侧吸收变成蒸汽作为吸收式热泵的驱动热源，热用户端供热回水依次通过吸收器和冷凝器吸热升温，满足热负荷需求，地埋水管的水进入蒸发器放热。
17.和现有技术相比较，本发明至少具有如下有益的技术效果：
18.(1)本发明采用太阳能集热器和吸收式热泵联合供能，使系统能够实现冬季供热，夏季供冷的目的，增大了系统的适用范围，很好解决了冬季供热不足的问题，而传统的太阳能利用只有供热方式。
19.(2)本发明耦合了熔盐储热技术，在冷热负荷低谷时将熔盐罐系统多余的太阳能热储存起来，冷热需求高峰时释放，有效满足负荷需求，同时可根据外界负荷的波动及时调节系统供热/供冷量，增强了系统的运行灵活性；熔盐罐采用的工质为三元共晶硝酸熔盐
(53％kno3－7％nano3－40％nano2)，具有热稳定性好、熔点低、腐蚀性低、温度区间大、成本低的特点，进一步提高了系统的运行稳定性。
20.(3)本发明的系统由可再生能源驱动，能够实现供热、供冷和储能，提高了能源利用率，且在运行过程中具有零碳排放的特点。
附图说明
21.图1为一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统的原理图。
22.附图标记说明：
23.1、点聚焦式太阳能聚光器，2、吸热器，3、第一循环泵，4、第二循环泵，5、热盐罐，6、冷盐罐，7、换热器，8、发生器，9、冷凝器，10、第一节流阀，11、蒸发器，12、吸收器，13、升压泵，14、溶液换热器，15、第二节流阀，16、第一流量调节阀，17、第二流量调节阀，18、第三流量调节阀，19、第四流量调节阀，20、太阳能集热器，21、地埋水管，22、空调末端，23、热用户端。
具体实施方式
24.下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
25.如图1所示，本发明提供的一种熔盐储热的太阳能-热泵冷热联供系统，由点聚焦式太阳能聚光器1、以硝酸熔盐为传热流体的吸热器2、第一循环泵3、第二循环泵4、热盐罐5、冷盐罐6、换热器7、发生器8、冷凝器9、第一节流阀10、蒸发器11、吸收器12、升压泵13、溶液换热器14、第二节流阀15、第一流量调节阀16、第二流量调节阀17、第三流量调节阀18、第四流量调节阀19、太阳能集热器20、地埋水管21、空调末端22和热用户23等组成。
26.所述太阳能集热器20与热用户端23供热水进口之间通过管路相连接，构成集热循环；冷盐罐6出口依次与第一循环泵3进口、吸热器2进口、热盐罐5进口之间通过管路相连接，构成储热循环，熔盐罐工质在吸热器2中吸收太阳能热，并存储于热盐罐5；热盐罐的工质出口端依次与第二循环泵4进口、换热器7熔盐工质进口、冷盐罐6进口之间通过管路相连接，构成放热循环，熔盐罐工质在换热器7中将循环水加热成蒸汽；储热循环和放热循环构成熔盐储热子系统。
27.所述吸收器12稀溶液出口依次与升压泵13进口、溶液换热器14稀溶液进口、发生器8稀溶液进口之间通过管路相连接；发生器8浓溶液出口依次与溶液换热器14浓溶液进口、第二节流阀15进口、吸收器12浓溶液进口之间通过管路相连接；发生器8热泵循环工质出口依次与冷凝器9热泵循环工质进口、第一节流阀10进口、蒸发器热泵循环工质进口、吸收器12热泵循环工质进口之间通过管路相连接，构成溴化锂吸收式热泵循环。
28.所述热用户端23供热水出口依次与第一流量调节阀16、吸收器12循环水进口之间通过管路相连接；地埋水管21出口分为三路：第一路与换热器7水侧进口之间通过管路相连接，第二路依次与第二流量调节阀17、吸收器12循环水进口之间通过管路相连接，第三一路依次与第三流量调节阀18、蒸发器11低温水进口之间通过管路相连接；空调末端22冷媒水出口依次与第四流量调节阀19、蒸发器11低温水进口之间通过管路相连接，通过控制第一流量调节阀16、第二流量调节阀17、第三流量调节阀18和第四流量调节阀19，可以实现系统供热、供冷模式的调节。
29.所述熔盐储热罐在冷热负荷低谷时将系统多余的热量储存起来，冷热高峰时释放，有效满足负荷需求，同时可根据外界负荷的波动及时调节系统供热/供冷量，增强了系统的灵活性和运行稳定性；其采用的工质为三元共晶硝酸熔盐(53％kno3－7％nano3－40％nano2)，具有热稳定性好、熔点低、腐蚀性低、温度区间大、成本低的特点。
30.所述太阳能聚光器1为点聚焦式太阳能聚光器，将太阳光汇聚一点，提高了太阳能利用率。
31.所述地埋水管21为u型竖直地埋管，埋深为25m-30m，使系统的应用场景多样化，在严寒地区增强了系统的运行稳定性。
32.所述运行方法包括供热模式、供冷模式，两种运行模式具体如下：
33.供冷模式：溴化锂吸收式热泵为用户提供全部冷负荷，此时，第一流量调节阀16和第三流量调节阀18关闭，第二流量调节阀17和第四流量调节阀19打开；冷盐罐6的工质通过第一循环泵3进入吸热器2中吸收太阳能热，存储于热盐罐5，热盐罐5的高温工质通过第二循环泵4进入换热器7放热，换热器7水侧吸收变成蒸汽作为吸收式热泵的驱动热源，吸收器12稀溶液经过升压泵13升压至发生压力，在溶液换热器14中预热后进入发生器8吸收来自换热器7产生的蒸汽热量，发生器8的浓溶液经过溶液换热器14预冷后，进入第二节流阀15降压至吸收压力，然后进入吸收器12；发生器8产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器9放热，然后经第一节流阀10降压至蒸发压力，在蒸发器11中吸热后进入吸收器12。空调末端22冷媒水进入蒸发器11放热，满足冷负荷需求，地埋水管21的水作为冷却水依次通过吸收器12和冷凝器9吸热。
34.供热模式：太阳能集热器20和溴化锂吸收式热泵联合为用户提供热负荷，此时，第一流量调节阀16和第三流量调节阀18打开，第二流量调节阀17和第四流量调节阀19关闭；首先由太阳能集热器20吸收太阳能热产生热水并进入热用户端23提供热负荷，当处于用热高峰时，冷盐罐6的工质通过第一循环泵3进入吸热器2中吸收太阳能热，存储于热盐罐5，热盐罐5的高温工质通过第二循环泵4进入换热器7放热，换热器7水侧吸收变成蒸汽作为吸收式热泵的驱动热源，吸收器12稀溶液经过升压泵13升压至发生压力，在溶液换热器14中预热后进入发生器8吸收来自换热器7产生的蒸汽热量，发生器8的浓溶液经过溶液换热器14预冷后，进入第二节流阀15降压至吸收压力，然后进入吸收器12；发生器8产生的制冷剂蒸汽进入冷凝器9放热，然后经第一节流阀10降压至蒸发压力，在蒸发器11中吸热后进入吸收器12。热用户端23供热回水依次通过吸收器12和冷凝器9吸热升温，满足热负荷需求，地埋水管21的水进入蒸发器11放热。
35.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。