[发明专利]无霜热泵系统中的水溶性防冻液的太阳能再生系统

说明书

技术领域

本专利属于太阳能和热泵综合利用领域，针对使用热泵易结霜地区，目标为无霜高效连续运行。

背景技术

热系通过消耗一定量的电，从自然界的空气中捕获低品位热能，转移并提升至可供人们生产、生活利用的高品位热能，因而空气源热泵通过消耗电能产生更多热能的装置，其产生的效率远远高于电加热装置，其节能效果显著。

热泵系统既可为建筑在夏季供冷，也可在冬季供热，而且安装方便，特别是在现阶段随着能源燃料价格的攀高，环境保护使得很多城市对燃料种类的限制，热泵的采用可以为客户节省更多费用，所以在国内外得到越来越多的使用。

尽管热泵系统有诸多优点，但是该系统存在的最大的问题就是：系统性能受室外环境的气候条件影响较大。当用于冬季供热时，随着室外空气温度的降低，系统蒸发温度也降低，系统性能降低。同时，随着室外空气温度的进一步降低，某些情况下，空气中的水分将在换热器表面凝结并结霜，导致蒸发器的制热量降低，在结霜严重情况下导致排气温度压力过高，必须停机除霜，这使得热泵系统的制热量及性能均会降低，热泵舒适性严重降低，这就严重制约了热泵的广泛推广。

为了解决结霜问题，已有诸多研究者进行了研究并提出了一些建议，可以分为直接除霜和间接除霜两种方式。间接除霜是指通过增加溶液环节实现防止结霜目的，而直接除霜则是不增加额外换热流路实现除霜。

现阶段用的比较多的是直接除霜，一般是通过停机除霜合作和直接在换热器上或者底盘上盘绕电加热的方式。直接除霜方式耗能大，系统性能波动剧烈。

间接除霜方式是采用水溶性防冻液或者地源、河水等，连续或者间歇的与换热器接触，采用此种方式的好处是制热性能稳定。但是这种方式涉及到防冻液在稀释后的再生问题，有报道采用电加热或者大存储替换方式，前者耗电大违背了节能的初衷，后者成本增加过多，防冻液浪费。

以上提及的除霜方式都具有一些难以克服的缺点，限制了节能的热泵制热方式在低温地区的推广。

发明内容

本发明的目的是在冬季低温情况下热泵可以连续制热且不额外耗电进行除霜。

为实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：无霜热泵系统中的水溶性防冻液的太阳能再生系统，包括有由压缩机、室外换热器、节流元件、室内换热器、气液分离器构成连接回路的第一级制冷剂循环系统，由室外换热器、冷却塔、第二循环溶液泵构成连接回路的第二级换热循环系统，由冷却塔、连接管道或槽道、CPC集热器或槽式跟踪型聚光集热器依次连接构成的第三极再生循环系统。

通过三级不同的循环系统实现室内放热、室外吸热的目标。其中对于室内制热换热第一级循环与常规热泵系统的结构一样，热泵制热时从压缩机流出的高温高压制冷剂流经室外换热器，制冷剂吸热后流经节流装置然后经室内换热器放热后会到压缩机进气口，经过压缩机压缩后变为高温高压重复进行吸放热，此为第一级循环；在室外换热系统采用水溶性防冻液作为循环工质，通过换热器、冷却塔、泵和管道组成第二级室外吸热循环，在室外换热器中，水溶性防冻液被冷却放热给制冷剂，然后流出到冷却塔，在冷却塔中吸收空气中的热量，同时空气中的水汽也因为冷凝成水分进入防冻液使得浓度降低而冰点升高，防冻液的采用保证在零度下天气情况水冷系统的高效连续稳定运行，无停机除霜动作；为了防止防冻液因为稀释后浓度过低导致凝固，冷却塔并联有CPC太阳能聚光集热器组成第三级再生循环，此集热器实现太阳能聚光，进而实现在短时间内的防冻液的快速大幅度升温，从而提高被加热的防冻液的水分蒸发，实现防冻液再生；同样采用大温差提高再生能力的原理，太阳能槽式聚光集热器等太阳能聚光方式也可以通过聚光实现局部防冻液的高温，从而实现防冻液再生，保证无霜热泵系统在低温环境下的连续高效稳定运行。防冻液在第二级循环和第三级循环中实现以下循环：在环境吸热和稀释-太阳能聚光升温浓缩再生-回到环境再次吸热和稀释。

本专利为一种可以在冬季高效无间歇制热的思路，针对北方冬季低温情况易结霜情况下普通热泵制热的停止制热除霜动作导致系统性能起伏大、对热泵零部件损伤大、室内舒适性差、系统制热耗能加大等问题，本专利采用水溶性防冻液作为室外吸放热循环工质避免结霜问题，热泵可以连续高效平稳制热；同时在冷却塔并联有CPC聚光集热器组成水溶性防冻液的再生循环。