[发明专利]一种太阳能辅助热源二氧化碳跨临界节能热泵系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热利用技术，特别是一种利用太阳能的热泵系统，属热交换技术领域。

背景技术

以煤为主的一次能源结构不但能源利用效率低，而且造成严重的环境污染，SO₂排放量的90％和NO_x排放量的60％都来自于燃煤。严重的环境污染对生态环境造成的影响已经威胁到经济和社会的可持续发展。随着经济的快速发展，能源消耗日益提高，能源逐渐成为制约社会经济发展的“瓶颈”。有研究报道，我国的建筑能耗占社会总能耗25％以上，而在建筑能耗中，空调能耗占到50％以上，并且建筑物空调的需求量呈逐年上升趋势，给能源、电力和环境带来很大的压力，在这种情况下，太阳能作为一种可再生能源越来越受到人们的重视。太阳能是一种巨大的清洁能源，每天到达地球表面的太阳辐射能为5.57×10¹⁸MJ，相当于190万亿吨标准煤，约为目前全世界一次能源消费总量的1.56×10⁴倍。太阳能以其取之不尽、廉价、安全、无需运输、清洁无污染等特点受到人们的重视，光热、光电、光化学等太阳能利用技术正在迅速地发展。

由于臭氧层破坏和温室效应的影响，用自然工质替代合成工质越来越受到国内外制冷界的重视。在几种常用的自然工质中，除水和空气以外，CO₂是与环境最为友善的制冷工质。CO₂作为制冷工质有很多优点：它的ODP＝0，GDP＝1；使用安全，无毒；物理化学稳定性好；单位容积制冷量大，有利于减少装置体积；在超临界条件下，它的流动传热性能好；此外，CO₂容易获取，价格低廉，不需要回收。在二氧化碳跨临界循环中，二氧化碳的放热过程是在超临界压力下进行的，有较大的温度回落，这个温度特别适合加热家用热水，二氧化碳热泵热水器是目前公认的各方面优于R22、R134a等常规工质的热泵热水装置。

膨胀压缩机是一种膨胀功回收装置，膨胀机的膨胀功提供给辅助压缩机作为输入功，以驱动压缩机完成压缩过程。采用膨胀压缩机有利于提高整个系统的性能系数，从而达到节能目的。

综上所述，若能将太阳能的有效利用、跨临界二氧化碳热泵系统及膨胀压缩机等技术融为一体，是一种实现高效率供热、供冷等多项功能的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种有效利用太阳能、大大提高系统运行循环性能系数C0P值的太阳能辅助热源二氧化碳跨临界节能热泵系统。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种太阳能辅助热源二氧化碳跨临界节能热泵系统，该系统以二氧化碳为工作介质，构成中包括太阳能集热器、第一膨胀压缩机、第二膨胀压缩机、贮气器、气体冷却器、蒸发器和两台分别与第一、第二膨胀压缩机的压缩机相连的电动机，其中，太阳能集热器连接在第一膨胀压缩机的膨胀机的进口管路中，膨胀机流出的二氧化碳经贮气器、气体冷却器送入第二膨胀压缩机的压缩机的进口，该压缩机出口接至太阳能集热器进口，由上述部件组成太阳能集热辅助热源的闭路循环系统；所述第一膨胀压缩机的压缩机出口将二氧化碳经贮气器、气体冷却器送入第二膨胀压缩机的膨胀机进口，膨胀机出口连通蒸发器，蒸发器出口接通第一膨胀压缩机的压缩机的进口，上述部件组成另一路跨临界二氧化碳热泵闭路循环系统。

上述太阳能辅助热源二氧化碳跨临界节能热泵系统，所述蒸发器与第一膨胀压缩机的压缩机进口之间设有气液分离器。

上述太阳能辅助热源二氧化碳跨临界节能热泵系统，所述三通阀两个出口处分别设有电磁阀。

本发明针对目前存在的能源利用及环境污染问题，提出一种带膨胀压缩机的太阳能辅助跨临界二氧化碳节能热泵技术，该技术由太阳能集热辅助系统和跨临界二氧化碳热泵系统两部分组成，两部分中分别设置一套膨胀压缩机，整个系统以二氧化碳为工作介质。本发明的优点体现在如下方面：