一种基于正逆循环耦合的供热制冷系统
阅读说明：本技术 一种基于正逆循环耦合的供热制冷系统 (Heating and refrigerating system based on forward and reverse cycle coupling ) 是由 林镇荣 尹华 郭华芳 于 2021-09-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于正逆循环耦合的供热制冷系统,系统由太阳能集热单元、有机朗肯循环单元、供热制冷单元及控制单元组成。太阳能集热单元收集的热量传递到有机朗肯循环单元当中的发生器,发生器当中的有机工质蒸发形成蒸汽进入到膨胀机,有机朗肯循环单元当中的膨胀机做功输出的机械能通过直驱轴传递至供热制冷单元的压缩机,驱动供热制冷单元,供热制冷单元当中的蒸发器吸收热量,冷水箱当中的水温得到下降,同时供热制冷单元当中的冷凝器释放热量,加热来自热水箱当中的水,系统无需额外电能驱动压缩机,可充分利用低品位太阳能实现制冷供热。(The invention discloses a heat supply and refrigeration system based on positive and negative cycle coupling. The heat collected by the solar heat collection unit is transferred to a generator in the organic Rankine cycle unit, an organic working medium in the generator is evaporated to form steam and enters an expander, mechanical energy output by the expander in the organic Rankine cycle unit in a working mode is transferred to a compressor of the heat supply and refrigeration unit through a direct drive shaft to drive the heat supply and refrigeration unit, the evaporator in the heat supply and refrigeration unit absorbs heat, the water temperature in the cold water tank is lowered, meanwhile, a condenser in the heat supply and refrigeration unit releases heat, water in the hot water tank is heated, the system does not need extra electric energy to drive the compressor, and low-grade solar energy can be fully utilized to achieve refrigeration and heat supply.)
技术领域
本发明涉及供热制冷技术领域，尤其是涉及一种基于正逆循环耦合的供热制冷系统。
背景技术
热泵具有节能、环保、性能可靠等优点，制冷供热机组吸收冷水中的能量，在压缩机的作用下变成热量转移到热水箱中，同时把失去大量能量的低温冷冻水输送到需要冷却的空间，具有一机多用的功能效果，但需要利用电能驱动蒸汽压缩循环当中的压缩机实现供热制冷功能，而驱动蒸汽压缩循环的电能主要来自化石燃料的燃烧，以煤炭为主的化石燃料燃烧带来的能源污染是雾霾主因。
太阳能既是一次能源，又是可再生能源，它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能代替由化石燃料转换的电能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展，可以有效减少电能的使用。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种基于正逆循环耦合的供热制冷系统，通过太阳能代替由化石燃料转换的电能来驱动蒸汽压缩循环当中的压缩机实现制冷供热双功能。
为了实现以上目的，本发明采取了以下的技术方案：
一种基于正逆循环耦合的供热制冷系统，其包括：
太阳能集热单元，其用于吸收太阳能并将所述太阳能转化产生热能，同时存储所述热能；
有机朗肯循环单元，其用于利用所述太阳能集热单元存储的热能，将自身的液体的有机工质升温形成气体的有机工质；以及，
供热制冷单元，其用于利用自身的制冷剂的物态变化同时实现制冷和供热过程，其中，所述气体的有机工质做功并通过传动机构驱动所述供热制冷单元运转。
如上所述的基于正逆循环耦合的供热制冷系统，进一步地，所述太阳能集热单元包括太阳能集热器、蓄热器、第一水泵、发生器和第二水泵，其中，
所述太阳能集热器、所述蓄热器和所述第一水泵依次通过管道连接形成集热第一回路；所述蓄热器、所述发生器和所述第二水泵依次通过管道连接形成集热第二回路；
所述集热第二回路通过所述蓄热器吸收所述集热第一回路存储的所述热能。
如上所述的基于正逆循环耦合的供热制冷系统，进一步地，所述有机朗肯单元包括发生器、膨胀机、凝汽器和工质泵，其中，
所述发生器、所述膨胀机、所述凝汽器和所述工质泵依次连通过管道连接形成有机朗肯循环回路，所述有机工质在所述发生器中吸收所述蓄热器的热能升温形成过热蒸汽后，所述过热蒸汽进入所述膨胀机中做功。
如上所述的基于正逆循环耦合的供热制冷系统，进一步地，所述供热制冷单元包括压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、热水泵、热水箱、冷水泵和冷水箱，其中，
所述压缩机、所述冷凝器、所述节流阀和所述蒸发器依次通过管道连接形成蒸汽压缩循环回路；
所述冷凝器、所述热水泵和所述热水箱依次通过管道连接形成热水循环回路；
所述蒸发器、所述冷水箱和所述冷水泵依次通过管道连接形成冷水循环回路；
所述蒸汽压缩循环回路通过所述冷凝器与所述热水循环回路相连接；
所述蒸汽压缩循环回路通过所述蒸发器与所述冷水循环回路相连接；
所述压缩机把第一温压状态的蒸汽态的制冷剂压缩形成第二温压状态的蒸汽态的制冷剂，第二温压状态的蒸汽态的制冷剂在所述冷凝器中冷凝释放热量至热水而形成第三温压状态的液态的制冷剂，从而实现系统的供热过程；同时，从所述冷凝器出来的第三温压状态的液态的制冷剂经所述节流阀节流后进入所述蒸发器形成气液混合物，所述蒸发器内的气液混合物吸收冷水的热量而变为第一温压状态的蒸汽态的制冷剂，从而实现系统的制冷过程。
如上所述的基于正逆循环耦合的供热制冷系统，进一步地，所述发生器的相邻两耦合通道分别流经水和有机工质，且水的流向与有机工质的流向至少部分时间相反；所述冷凝器的相邻两耦合通道分别流经制冷剂和热水，且制冷剂的流向与热水的流向至少部分时间相反；所述蒸发器的相邻两耦合通道分别流经制冷剂和冷水，且制冷剂的流向与冷水的流向至少部分时间相反。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：
1、本发明有机朗肯循环单元当中的膨胀机通过直驱轴与供热制冷单元的压缩机相连接，系统动力传送效率得到提升；
2、本发明有机朗肯循环单元当中的膨胀机直接驱动供热制冷单元的压缩机，无需额外电能驱动压缩机，减少了机械能与电能之间的转化损失。
3、本发明有机朗肯循环单元当中的膨胀机做功输出的机械能通过直驱轴传递至供热制冷单元的压缩机，驱动供热制冷单元，供热制冷单元当中的蒸发器吸收热量，冷水箱当中的水温得到下降，同时供热制冷单元当中的冷凝器释放热量，加热来自热水箱当中的水，制冷供热双功能得到同步实现，系统节能减排效果显著。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于正逆循环耦合的供热制冷系统的示意图。
图中：1；太阳能集热器；2；蓄热器；3；第一水泵；4；发生器；5；第二水泵；6；膨胀机；7；凝汽器；8；工质泵；9；直驱轴；10；压缩机；11；冷凝器；12；节流阀；13；蒸发器；14；冷水泵；15；冷水箱；16；热水泵；17；热水箱。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例：
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，本发明实施例的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1，图1是本发明基于正逆循环耦合的供热制冷系统的示意图。本发明提供一种基于正逆循环耦合的供热制冷系统，通过太阳能代替由化石燃料转换的电能来驱动蒸汽压缩循环当中的压缩机实现制冷供热双功能。
如图1所示，本发明提供的基于正逆循环耦合的供热制冷系统实施例包括：
基于正逆循环耦合的供热制冷系统由太阳能集热单元、有机朗肯循环单元、供热制冷单元及控制单元组成；太阳能集热单元通过发生器4与有机朗肯循环单元相连接，有机朗肯循环单元通过直驱轴9与供热制冷单元相连接。
优选地，所述太阳能集热单元包括太阳能集热器1、蓄热器2、第一水泵3、发生器4及第二水泵5，其中所述太阳能集热器1、所述蓄热器2及所述第一水泵3依次通过管道连接形成集热第一回路，所述蓄热器2、所述发生器4及所述第二水泵5依次通过管道连接形成集热第二回路，所述集热第一回路通过所述蓄热器2与所述集热第二回路相连接。
进一步地，所述有机朗肯单元包括发生器4、膨胀机6、凝汽器7及工质泵8，且所述发生器4、所述膨胀机6、所述凝汽器7及所述工质泵8依次连通过管道连接形成有机朗肯循环回路。
优选地，所述供热制冷单元包括压缩机10、冷凝器11、节流阀12、蒸发器13、热水泵16、热水箱17、冷水泵14及冷水箱15，其中所述压缩机10、所述冷凝器11、所述节流阀12及所述蒸发器13依次通过管道连接形成蒸汽压缩循环回路，所述冷凝器11、所述热水泵16及所述热水箱17依次通过管道连接形成热水循环回路，所述蒸发器13、所述冷水箱15及所述冷水泵14依次通过管道连接形成冷水循环回路，所述蒸汽压缩循环回路通过所述冷凝器11与所述热水循环回路相连接；所述蒸汽压缩循环回路通过所述蒸发器13与所述冷水循环回路相连接。
进一步地，所述发生器4的相邻通道分别流经水和有机工质，且水流向与有机工质流向总体上相反；所述冷凝器11的相邻通道分别流经制冷剂和热水，且制冷剂流向与热水流向总体上相反；所述蒸发器13的相邻通道分别流经制冷剂和冷水，且制冷剂流向与冷水流向总体上相反。
优选地，所述太阳能集热器1吸收太阳能并转化产生热能，在第一水泵3的作用下太阳能集热器1通过水介质将转换的热量传送并储存在所述蓄热器2中，在第二水泵5的作用下所述蓄热器2通过水介质将热量传送至所述发生器4，有机工质在所述发生器4中吸收所述蓄热器2的热能升温形成过热蒸汽，蒸汽进入所述膨胀机6中做功，所述膨胀机6做功输出的机械能通过直驱轴9传递至所述供热制冷单元的压缩机10，所述压缩机10把低温低压制冷剂蒸汽压缩成高温高压的蒸汽，在所述冷凝器11中高温高压的蒸汽冷凝释放热量至热水而被冷凝成高压液体，实现系统的供热功能，同时从所述冷凝器11出来的高压制冷剂液体经所述节流阀12节流后进入所述蒸发器13形成气液混合物，所述蒸发器13内的气液混合物吸收冷水的热量而变为低压制冷剂气体，实现系统的制冷功能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
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