太阳能冷管和跨临界CO2联合供能系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种可实现制冷、制热和供热水功能的联合功能系统。本实用新型专利技术所述的太阳能冷管和跨临界ＣＯ↓［２］联合供能系统由太阳能冷管制冷系统、跨临界ＣＯ↓［２］热泵循环系统和热水循环系统三个子系统组成。太阳能冷管制冷系统为室内空气换热器（５）、太阳能冷管（１１）、太阳能冷管冷却水换热器（１２）、太阳能冷管冷冻水换热器（１３）、冷冻水泵（１４）和截止阀Ａ（１５）通过管道连接组成的循环管路；该系统将热泵空调及供热水系统合二为一，不但系统结构紧凑，还有效提高了设备的利用率。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种可实现制冷、制热和供热水功能的联合功能系统。
技术介绍
由于全球气温变暖、气候异常等环境问题日益严重，常规一次能源(如石油、 煤等)逐渐枯竭，环保、节能和寻找新能源已经成为目前整个国际社会的重大而 紧迫的课题。目前大量使用的氟利昂户式热泵空调系统，夏季室外冷凝器的放热量大，形成局部热污染，且室外气温越高制冷效率越低，能耗越高；在北方的过渡季节或 南方的冬季，室外气温较低的时候，热泵供热效率很低，需要增加辅助的电加热 装置来满足需求，能耗也大大增加；另外随着人们生活水平的提高，家庭生活热 水的需求量也越来越大，其所需的能耗约占家庭总能耗的30%左右， 一般采用电 加热或燃气加热制得热水，空调系统和热水供应系统单独设立，设备利用率低， 成本高。太阳能冷管在一根玻璃管内就可完成太阳能吸附脱附制冷循环，它利用固体 吸附式制冷原理，采用沸石分子筛一水作为吸附工质对(也可采用活性炭一甲醇 等其他工质对)，吸附床填充复合吸附剂。单只太阳能冷管就是一个集制冷、供 热水于一体的能量转换单元。吸附床由复合吸附剂整体成型，具有较好的传热传 质与吸附脱附性能，其外壁为双层真空管(玻璃外管和玻璃内管)，外面还有一 个带选择性涂层的玻璃套管，可以高效吸收太阳能并大大降低热损。在吸附床中部埋有热量导出管(中芯导热管)，吸附阶段其内流动的换热介质(冷水)，使吸 附床迅速降温，实现吸附剂床在阳光下高效集热与离开阳光后有效散热。冷凝器 位于吸附床下部，为一与冷凝水箱(热水箱)接通的单层壳管、通过与冷凝水箱 冷却水进行热交换而使制冷剂蒸汽充分得到冷凝，并充分利用制冷剂的凝结热， 用该热量来提供生活热水。蒸发器位于冷凝器下部，其内装有制冷剂，在吸附剂 冷却吸附时，蒸发器通过制冷剂的蒸发吸收蒸发器水箱内冷冻水的热量达到制冷 的目的，此时冷量从太阳能冷管的蒸发器输出。太阳能冷管的结构示意图见附图 1、附图2。太阳能冷管的制冷过程是在白天时候，太阳能冷管吸附床接受太阳能辐射 后吸附剂温度升高，床内制冷剂气体压力上升，当吸附床温度达到制冷剂脱附温 度后开始脱附，当脱附出来的制冷剂蒸汽遇到冷凝器的时候，由于冷凝器温度低 于制冷剂的此时压力下的饱和温度，于是制冷剂蒸汽开始在冷凝器上进行冷凝， 变成了液体的制冷剂，为了强化冷凝效果，在冷凝器通入冷却水强化制冷剂的冷 却效果，制冷剂冷凝热量通过热水向外输出。制冷剂液体靠自身重力作用流到蒸 发器储存起来。傍晚时刻，太阳光辐射减弱，太阳能冷管的吸附床温度开始降低， 为使其温度能有效快速降低，在中芯导热管中注入冷水，当吸附床温度降低至吸 附剂吸附温度的时候，吸附床内的吸附剂开始吸附周围的制冷剂蒸汽，随着吸附 过程的继续，太阳能冷管内制冷剂蒸汽的压力降低，当制冷剂蒸汽压力降至蒸发 器内液体制冷剂的饱和蒸汽压力时候，蒸发器内的制冷剂开始汽化，在汽化的过 程中，需要吸收汽化潜热来维持汽化，于是产生了制冷效果，蒸发器制取的冷量 可以用冷冻水输出，输送到需要用冷的场所(如风机盘管等)，吸附制冷过程直 至次日清晨吸附床不再吸附制冷剂蒸汽为止。C02作为一种自然物质，是较为理想的制冷剂，其优点在于无毒、不燃、ODP 值为零、温室效应较小、价格低廉、勿需回收、对环境没有副作用等。从1866 年开始，至20世纪30年代，C02亚临界循环曾被广泛使用，但由于其效率较低， 系统工作压力高，设备机械强度要求高等原因，被后来的氟利昂系统所取代。所谓跨临界C02循环是指C02在低于临界压力条件下在蒸发器内吸热，而在 超临界压力条件下在气体冷却器内放热(C02在该过程中始终为气态而没有冷凝) 的循环。跨临界C02循环的放热过程温度较高，且存在一个相当大的温度滑移(约 80 IO(TC)，用于热泵循环具有独特的优势。研究表明，同样工况下，(1)将 水从l(TC加热到60。C，C02热泵热水器要比电热水器和燃气热水器节能75%;(2) C02热泵热水器可以生产出温度达90。C的热水，而传统热泵系统的热水温度一般 低于55"C; (3)采用C02热泵为商用和住宅建筑供应热水，可使其总用能量减少 20%; (4) C02热泵系统在低温环境下能够维持较高的供热量，大大节约辅助加热 设备所耗费的能量。
技术实现思路
本技术的目的就是将热泵空调和热水器结合成一个系统，并发挥太阳能 冷管在夏季制冷时的特点以及跨临界C02系统在制热方面的独特优势，提供一种 太阳能冷管和跨临界C02联合供能系统。本技术的专利技术人通过对几种供能技术优缺点的充分研究，认为太阳能冷 管只能在夜间提供冷量，这与普通现代家庭对冷量的需求基本一致，而且夏天用 冷，太阳辐射也较强，这使得太阳能冷管在家用空调领域的使用具有可行性，并 且随着技术的发展，太阳能冷管成本的降低，将使这一技术更具竞争力。太阳能冷管在提供冷量的同时，还能提供生活热水；当太阳能不足或阴雨天气时，可用 跨临界C02系统作为辅助来实现制冷和制热；太阳能冷管只能晚间供冷，当白天需要供冷时也可由跨临界C02系统制冷。因此，如果将太阳能冷管和跨临界co2系统巧妙联合，即集合太阳能制冷、空调热泵和供热水系统，既可以提高设备的 利用率，又可以实现环保、节能的效果。本技术所述的太阳能冷管和跨临界C02联合供能系统，由太阳能冷管制 冷系统、跨临界C02热泵循环系统和热水循环系统三个子系统组成，其中太阳能冷管制冷系统为室内空气换热器5、太阳能冷管11、太阳能冷管冷却 水换热器12、太阳能冷管冷冻水换热器13、冷冻水泵14和截止阀A15通过管道 连接组成的循环管路；跨临界C02热泵循环系统为通过管道串联的截止阀C4和热水换热器6与 通过管道串联的截止阀B3和室内空气换热器5并联后依次与四通阀B7、节流阀 8、室外空气换热器9、四通阀A2连接组成循环管路，C02压縮机1、储液器10 和四通阀A2通过管道连接成循环支路；热水循环系统为依次通过管道连接的热水换热器6、三通阀A16、截止阀D17、 热水泵18、热水箱19、三通阀B20和太阳能冷管冷却水换热器12组成的循环管 路。太阳能冷管制冷系统和跨临界C02热泵循环系统共用一个室内空气换热器， 并分别通过热水换热器与热水循环系统相连。太阳能冷管制冷系统用于制冷和制取热水；跨临界C02热泵循环系统用于制 热、制取热水；热水循环系统用来提供供热水。通过对室外温度、湿度的监测实现对太阳能冷管系统和跨临界C02系统的自动切换，也可采用手动的方式来控制系统。本技术的集合系统能提供五种运 行模式制冷+供热水、制热+供热水、单独制冷、单独制热、单独供热水，满足 不同气候条件和用户的不同需要，是一种集节能、环保、紧凑、高效为一体的供 热、空调及热水联合供应系统。为满足用户使用所需的冷量，可将多根冷管并联到一起，并设置冷冻水换热 器和冷却水换热器。综上所述，本技术将太阳能冷管吸附式制冷系统和跨临界C02热泵系统 联合，充分发挥了太阳能冷管夏季制冷并提供热水的特点和跨临界C02热泵循环 在冬季制热和提供热水方面的独特优势，综合了两个独立系统之长来弥补各自系 统的不足。既能满足夏季的制冷以及冬季的供暖，又能满足全年各时期的供热水 需求，不但在环境保护方面具有很大的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
太阳能冷管和跨临界ＣＯ↓［２］联合供能系统，其特征在于，由太阳能冷管制冷系统、跨临界ＣＯ↓［２］热泵循环系统和热水循环系统三个子系统组成，其中　太阳能冷管制冷系统为室内空气换热器（５）、太阳能冷管（１１）、太阳能冷管冷却水换热器（１２ ）、太阳能冷管冷冻水换热器（１３）、冷冻水泵（１４）和截止阀Ａ（１５）通过管道连接组成的循环管路；　跨临界ＣＯ↓［２］热泵循环系统为：通过管道串联的截止阀Ｃ（４）和热水换热器（６）与通过管道串联的截止阀Ｂ（３）和室内空气换热器（５）并 联后依次与四通阀Ｂ（７）、节流阀（８）、室外空气换热器（９）、四通阀Ａ（２）连接组成循环管路，ＣＯ↓［２］压缩机（１）、储液器（１０）和四通阀Ａ（２）通过管道连接成循环支路；　热水循环系统为依次通过管道连接的热水换热器（６）、三通阀Ａ （１６）、截止阀Ｄ（１７）、热水泵（１８）、热水箱（１９）、三通阀Ｂ（２０）和太阳能冷管冷却水换热器（１２）组成的循环管路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕静，王伟峰，赵惠忠，周传煜，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]