一种蓄热太阳能热泵气化液化石油气系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种蓄热太阳能热泵气化液化石油气系统。直膨式太阳能热泵包括两条闭合的制冷剂循环通道；第一冷凝器与第二冷凝器并联，第一冷凝器用于加热蓄热水箱中的水而蓄热，第二冷凝器用于加热相变蓄热装置中的水而蓄热；蓄热水箱和相变蓄热装置并联，并与第一旁通管并联连接在气化器上，形成三条闭合的热水循环通道，提供LPG气化所需的热量；蓄热水箱的供水管与相变蓄热装置的回水管之间连有第二旁通管，当蓄热水箱内水温较低而相变蓄热装置内水温较高时，蓄热水箱内的水可经过相变蓄热装置进一步吸热。本实用新型提高了直膨式太阳能热泵的年运行时间，充分利用了太阳能，减少了辅助热源的运行时间和能源消耗，具有良好的经济和社会效益。
【专利说明】
一种蓄热太阳能热泵气化液化石油气系统
技术领域
[0001]本实用新型属于液化石油气(LPG)气化技术领域，特别涉及一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统。
【背景技术】
[0002]由于具有节能、高效、利用可再生能源等诸多优点，太阳能热栗技术已成为世界范围内研究和应用的一个热点。但是太阳能热栗的应用范围主要集中在建筑采暖、提供生活热水、制冷以及海水淡化等领域，应用范围比较狭窄。为了拓宽太阳能热栗的应用领域，在专利《基于直膨式太阳能热栗的液化石油气气化系统及应用》(中华人民共和国，专利号201110388936.2，授权公告日2013年3月27日)中阐述了采用直膨式太阳能热栗制取热水气化液化石油气的气化系统，降低了液化石油气的气化能耗，并将太阳能热栗应用到城市燃气领域，但该技术存有下述问题:1.太阳辐射、室外温度和用户用气负荷在时间分布上存在矛盾，即在冬季，太阳辐射和室外温度较低，而用气负荷较高，在夏季，太阳辐射和室外温度较高，而用气负荷较低，这导致夏季过多的太阳辐射无法利用而冬季却要过多运行辅助热源，该系统全年需要辅助热源提供的热量达33%，太阳能利用程度不够充分;2.当冷凝器发生故障或检修时，直膨式太阳能热栗需要停止运行，需要由辅助热源提供液化石油气不足的气化热量。
【实用新型内容】
[0003]针对现有技术不足，本实用新型提供了一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统。
[0004]—种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，该系统包括直膨式太阳能热栗、蓄热水箱6、相变蓄热装置7、循环栗12、气化器8和LPG钢瓶组9;
[0005]所述直膨式太阳能热栗包括太阳能集热-蒸发器1、压缩机2、第一冷凝器3、第二冷凝器4和膨胀阀5，所述压缩机2、太阳能集热-蒸发器I和膨胀阀5依次连接，第一冷凝器3与第二冷凝器4并联后连接在压缩机2和膨胀阀5之间，形成两个闭合的制冷剂循环通道;其中，第一冷凝器3的制冷剂输入端通过第一阀门13连接至压缩机2，第一冷凝器3的制冷剂输出端经过第二阀门14和第五止回阀30连接至膨胀阀5;第二冷凝器4的制冷剂输入端通过第六阀门18连接至压缩机2，第二冷凝器4的制冷剂输出端通过第七阀门19和第六止回阀31连接至膨胀阀5;第一冷凝器3用于加热蓄热水箱6中的水，第二冷凝器4用于加热相变蓄热装置7中的水，相变蓄热装置7中填有相变材料；
[0006]蓄热水箱6的供水端通过第一止回阀26和第三阀门15连通至供水管33的入口，相变蓄热装置7的供水端通过第三止回阀28和第八阀门20连通至供水管33的入口，供水管33的出口连通至气化器8的入水口，供水管33上沿水流方向依次设置第四止回阀29、第十阀门22、调温阀11和辅助热源10;气化器8的出水口依次经循环栗12和第十一阀门23分别连通至蓄热水箱6的回水端与相变蓄热装置7的回水端，循环栗12的出口端和调温阀11之间连有第一旁通管35，形成三个闭合的水循环通道；蓄热水箱6的回水管路上设有第四阀门16，相变蓄热装置7的回水管路上设有第九阀门21，循环栗12的入口端连接有补水管37，补水管37上设有第十二阀门24;
[0007]所述气化器8的LPG入口通过燃气电磁阀32连通至LPG钢瓶组9的液相出口，气化器8的LPG出口和LPG钢瓶组9的气相出口分别连通至供气管36。
[0008]所述蓄热水箱6的供水端与相变蓄热装置7的回水端之间连有第二旁通管34，第二旁通管34上设有第五阀门17和第二止回阀27，所述第五阀门17控制第二旁通管34的启闭，第二止回阀27防止水从相变蓄热装置7的回水管路流向蓄热水箱6的供水管路。
[0009]所述第一冷凝器3直接浸没于蓄热水箱6内；所述第二冷凝器4设置于相变蓄热装置7内。
[0010]所述蓄热水箱6为承压式保温水箱;所述相变蓄热装置7为圆柱形，以石蜡为相变材料封装成球形均匀分布在内部，蓄热球体与相变蓄热装置7的外壳之间的空隙充有水。
[0011]所述辅助热源10为电加热器。
[0012]所述太阳能集热-蒸发器I上设有太阳辐射强度传感器;所述蓄热水箱6上设有温度传感器以检测蓄热水箱6内的水温;所述相变蓄热装置7上设有温度传感器以检测相变蓄热装置7的水温，另设有温度传感器以检测相变材料的温度;所述第十阀门22和调温阀11之间设有温度传感器以检测进入调温阀11的水温;所述供气管36上设有压力传感器以检测供气管36的出口压力。
[0013 ]用气低谷时，LPG钢瓶组9中的LPG自然气化能力满足用气负荷。此时若太阳辐射强度不为零，直膨式太阳能热栗制热，并将热量储存:若蓄热水箱6的水温低于设定水温的下限，第一阀门13打开，第六阀门18关闭，制冷剂流经第一冷凝器3构成的制冷剂闭合循环通道，释放热量加热蓄热水箱6中的水储存热量;若蓄热水箱6的水温超过设定温度的下限且相变蓄热装置7中相变材料低于相变温度时，第一阀门13关闭，第六阀门18打开，制冷剂流经第二冷凝器4构成的制冷剂闭合循环通道，释放热量并储存于相变蓄热装置7;
[0014]用气高峰时，LPG钢瓶组9中的LPG自然气化能力不足以满足用气负荷，气化器8启动，循环栗12启动，LPG钢瓶组9中的LPG进入气化器8，吸收来自蓄热水箱6和/或相变蓄热装置7的热水的热量而强制气化以满足用气负荷；用气高峰但光照不足时，直膨式太阳能热栗制取的热量不足，LPG钢瓶组9中的LPG自然气化能力、蓄热水箱6和相变蓄热装置7所蓄热量无法满足LPG气化所需热量，辅助热源10运行以补充不足的气化所需热量;第一冷凝器3和第二冷凝器4同时发生故障或者检修时，关闭蓄热水箱6和相变蓄热装置7的回水和供水阀门，第一旁通管35打开，辅助热源10运行提供气化热以满足用气负荷；闭合水回路中水量不足时，第十二阀门24开启，通过补水管37往水回路补水。
[0015]本实用新型的有益效果为:
[0016]1.采用相变蓄热装置进行季节性蓄热，与蓄热水箱并联设置作为蓄热补充，提高了直膨式太阳能热栗的年运行时间，充分利用了太阳能，减少了辅助热源的运行时间和能源消耗，更加节能环保，具有良好的经济和社会效益；
[0017]2.第一冷凝器和第二冷凝器并联设置，当任一冷凝器发生故障或需要检修时，不影响直膨式太阳能热栗的运行，有利于减少辅助热源的运行时间和能源消耗；
[0018]3.在蓄热水箱供水管和相变蓄热装置回水管之间设置旁通管，当蓄热水箱内水温较低而相变蓄热装置内水温较高时，蓄热水箱内的水可经过相变蓄热装置进一步吸热，有利于减少辅助热源的运行时间和能源消耗；
[0019]4.设计了蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统的运行控制策略，能够有效保证供气的可靠性，满足燃气用户的用气负荷。
【附图说明】
[0020]图1为一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统的流程图；
[0021 ]标号说明:1-太阳能集热-蒸发器;2-压缩机;3-第一冷凝器;4-第二冷凝器;5-膨胀阀；6-蓄热水箱;7-相变蓄热装置;8-气化器;9-LPG钢瓶组；10-辅助热源；11-调温阀；12-循环栗；13-第一阀门；14-第二阀门；15-第二阀门；16-第四阀门；17-第五阀门；18-第六阀门；19-第七阀门；20-第八阀门；21-第九阀门；22-第十阀门；23_第十一阀门；24-第十二阀门；25-第十三阀门；26-第一止回阀；27-第二止回阀；28-第三止回阀；29-第四止回阀；30-第五止回阀；31-第六止回阀；32-燃气电磁阀；33-供水管;34-第二旁通管;35-第一旁通管；36-供气管;37-补水管。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和【具体实施方式】对本实用新型做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本实用新型的范围及其应用。
[0023]如图1所示本实用新型一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，该系统包括直膨式太阳能热栗、蓄热水箱6、相变蓄热装置7、循环栗12、气化器8和LPG钢瓶组9;所述蓄热水箱6为承压式保温水箱;所述相变蓄热装置7为圆柱形，以石蜡为相变材料封装成球形均匀分布在内部，蓄热球体与相变蓄热装置7的外壳之间的空隙充有水。
[0024]所述直膨式太阳能热栗包括太阳能集热-蒸发器1、压缩机2、第一冷凝器3、第二冷凝器4和膨胀阀5，所述太阳能集热-蒸发器I连接在压缩机2和膨胀阀5之间，第一冷凝器3与第二冷凝器4并联，其中，第一冷凝器3的制冷剂输入端通过第一阀门13连接至压缩机2，第一冷凝器3的制冷剂输出端依次经过第二阀门14和第五止回阀30连接至膨胀阀5;第二冷凝器4的制冷剂输入端通过第六阀门18连接至压缩机2，第二冷凝器4的制冷剂输出端依次通过第七阀门19和第六止回阀31连接至膨胀阀5，形成两个闭合的制冷剂循环通道;所述第五止回阀30保证制冷剂从第一冷凝器3流向膨胀阀5，所述第六止回阀31保证制冷剂从第二冷凝器4流向膨胀阀5;第一冷凝器3直接浸没于蓄热水箱6内，用于加热蓄热水箱6中的水;第二冷凝器4设置于相变蓄热装置7内，用于加热相变蓄热装置7中的水；
[0025]蓄热水箱6的供水端依次通过第一止回阀26和第三阀门15连通至供水管33，相变蓄热装置7的供水端依次通过第三止回阀28和第八阀门20连通至供水管33，所述第一止回阀26保证热水不能通过蓄热水箱6的供水管路流入蓄热水箱6，所述第三止回阀28保证热水不能通过相变蓄热装置7的供水管路流入相变蓄热装置7;供水管33连通至气化器8的入水口，供水管33上沿水流方向依次设置第四止回阀29、第十阀门22、调温阀11和辅助热源10;气化器8的出水口依次经循环栗12和第十一阀门23分别连通至蓄热水箱6的回水端与相变蓄热装置7的回水端，循环栗12的出口端和调温阀11之间连有第一旁通管35，形成三个闭合的水循环通道;所述蓄热水箱6的供水端与相变蓄热装置7的回水端之间连有第二旁通管34，第二旁通管34上设有第五阀门17和第二止回阀27，所述第五阀门17控制第二旁通管34的启闭，第二止回阀27保证水从蓄热水箱6的供水管路流向相变蓄热装置7的回水管路，当蓄热水箱6内水温较低而相变蓄热装置7内水温较高时，蓄热水箱6内的水可经过相变蓄热装置7进一步吸热;蓄热水箱6的回水管路上设有第四阀门16，相变蓄热装置7的回水管路上设有第九阀门21，所述循环栗12的入口端连接有补水管37，补水管37上设有第十二阀门24;
[0026]所述气化器8的LPG入口通过燃气电磁阀32连通至LPG钢瓶组9的液相出口，气化器8的LPG出口和LPG钢瓶组9的气相出口分别连通至供气管36。
[0027]所述辅助热源10为电加热器。
[0028]所述太阳能集热-蒸发器I上设有太阳辐射强度传感器以检测太阳辐射强度Is;所述蓄热水箱6上设有温度传感器以检测蓄热水箱6内的水温Tsn;所述相变蓄热装置7上设有温度传感器以检测相变蓄热装置7的水温TST2，另设有温度传感器以检测蓄热球体中心的温度Tpoc;所述第十阀门22和调温阀11之间设有温度传感器以检测进入调温阀11的水温Tst3;所述供气管36上设有压力传感器以检测供气管36的出口压力P。
[0029]以下结合附图1，说明蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统的运行控制策略:
[0030]为了便于说明，在本实施例中规定蓄热水箱6中设定的水温上限为Tstu和水温下限为Tstl、蓄热球体的相变温度为Tpc及供气管36中设定的出口压力为Pset。
[0031]直膨式太阳能热栗的启/停控制:当Is在0，Tst<Tstl时，直膨式太阳能热栗运行制热，加热蓄热水箱6中的水；当Is在0，Tstl < Tst < Tstu且Tpcmc<Tpc时，直膨式太阳能热栗运行制热，相变蓄热装置7进行蓄热。
[0032]气化器8的启/停控制:iP<PSET时，循环栗12启动，气化器8运行；当P > Pset时，循环栗12关停，气化器8停止运行。
[0033]辅助热源10的启/停控制:当循环栗12开启且P<PSET时，辅助热源10开启运行；当循环栗12开启且P 2 Pset时，辅助热源10停止运行。
[0034]以下结合附图1，说明蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统的工作原理:
[0035]系统开始运行时，当太阳辐射强度不为零时，直膨式太阳能热栗运行，第一阀门13开启，第六阀门18关闭，直膨式太阳能热栗制热加热蓄热水箱6中的水，当蓄热水箱6内水温达到设定的温度上限时，第一阀门13关闭，第六阀门18开启，蓄热水箱6停止蓄热，相变蓄热装置7开始蓄热；当蓄热水箱6内水温低于设定的温度下限时，第六阀门18关闭，相变蓄热装置7停止蓄热，第一阀门13打开，蓄热水箱6继续蓄热。
[0036]用气低谷时，循环栗12停止，燃气电磁阀32和第十三阀门25关闭，LPG钢瓶组9中的液态LPG吸收自身的显热和钢瓶外周围环境的热量自然气化后，经供气管36进入供气管网满足用户的用气负荷。
[0037]用气高峰时，LPG钢瓶组9内的液态LPG依靠自然气化无法满足燃气用户的用气负荷，循环栗12开启，燃气电磁阀32和第十三阀门25打开，气化器8工作，第五阀门17和第九阀门21关闭，LPG钢瓶组9内的液态LPG依靠自身压力经燃气电磁阀32进入气化器8，蓄热水箱6中的热水经供水管36进入气化器8，两者换热后，热水经循环栗12加压后返回蓄热水箱6，气化的LPG经供气管36进入供气管网供给燃气用户。
[0038]用气高峰且光照不足时，蓄热水箱6内的水温低于气化器8的设计进水温度下限，如果相变蓄热装置7中的水温高于气化器8的设计进水温度下限，第三阀门15关闭，第五阀门17和第八阀门20开启，燃气电磁阀32开启，循环栗12和气化器8工作，LPG钢瓶组9内的液态LPG依靠自身压力经燃气电磁阀32进入气化器8，蓄热水箱6中的水通过第二旁通管34进入相变蓄热装置7加热后，再经供水管36进入气化器8，两者换热后，热水经循环栗12加压后返回蓄热水箱6，气化的液化石油气经供气管36进入供气管网供给燃气用户；
[0039]当循环栗12开启、气化器8工作时，如果蓄热水箱6的供水端和相变蓄热装置7的供水端内的热水温度均低于气化器8的设计进水温度，则开启辅助热源10，热水被加热至设计进水温度后进入气化器8;如果蓄热水箱6的供水端的热水温度高于气化器8的设计进水温度上限，或蓄热水箱6中的水通过第二旁通管34进入相变蓄热装置7加热后的热水温度高于气化器8的设计进水温度上限，则利用调温阀11和第一旁通管35，混合一部分回水，保证供水温度等于气化器8的设计进水温度。
[0040]当第一冷凝器3或蓄热水箱6发生故障或检修时，第一阀门13、第二阀门14、第三阀门15、第四阀门16和第五阀门17关闭，第六阀门18、第七阀门19、第八阀门20、第九阀门21开启。用气高峰时，LPG钢瓶组9内的液态LPG依靠自然气化无法满足燃气用户的用气负荷，循环栗12开启，燃气电磁阀32和第十三阀门25打开，气化器8工作，LPG钢瓶组9内的液态LPG依靠自身压力经燃气电磁阀32进入气化器8，相变蓄热装置7内的热水经供水管36进入气化器8，两者换热后，热水经循环栗12加压后返回相变蓄热装置7加热，气化的LPG经供气管36进入供气管网供给燃气用户。
[0041]当第二冷凝器4或相变蓄热装置7发生故障或检修时，第五阀门17、第六阀门18、第七阀门19、第八阀门20和第九阀门21关闭，第一阀门13、第二阀门14、第三阀门15和第四阀门16开启。用气高峰时，LPG钢瓶组9内的液态LPG依靠自然气化无法满足燃气用户的用气负荷，循环栗12开启，燃气电磁阀32和第十三阀门25打开，气化器8工作，LPG钢瓶组9内的液态LPG依靠自身压力经燃气电磁阀32进入气化器8，蓄热水箱6中的热水经供水管36进入气化器8，两者换热后，热水经循环栗12加压后返回蓄热水箱6，气化的LPG经供气管36进入供气管网供给燃气用户。
[0042]当直膨式太阳能热栗中的其他部件，如太阳能集热-蒸发器1、压缩机2或膨胀阀5发生故障或检修时，第一阀门13、第二阀门14、第六阀门18和第七阀门19关闭，热水管路的阀门启闭与系统正常运行时的情况一致。
[0043]如果闭合水回路中水量不够，第十二阀门24开启，通过补水管37往水回路中补水。
【主权项】
1.一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，其特征在于，该系统包括直膨式太阳能热栗、蓄热水箱(6)、相变蓄热装置(7)、循环栗(12)、气化器(8)和LPG钢瓶组(9); 所述直膨式太阳能热栗包括太阳能集热-蒸发器(I)、压缩机(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(4)和膨胀阀(5)，所述压缩机(2)、太阳能集热-蒸发器(I)和膨胀阀(5)依次连接，第一冷凝器(3)与第二冷凝器(4)并联后连接在压缩机(2)和膨胀阀(5)之间，形成两个闭合的制冷剂循环通道;其中，第一冷凝器(3)的制冷剂输入端通过第一阀门(13)连接至压缩机(2)，第一冷凝器(3)的制冷剂输出端经过第二阀门(14)和第五止回阀(30)连接至膨胀阀(5);第二冷凝器(4)的制冷剂输入端通过第六阀门(18)连接至压缩机(2)，第二冷凝器(4)的制冷剂输出端通过第七阀门(19)和第六止回阀(31)连接至膨胀阀(5);第一冷凝器(3)用于加热蓄热水箱(6)中的水，第二冷凝器(4)用于加热相变蓄热装置(7)中的水，相变蓄热装置(7)中填有相变材料； 蓄热水箱(6)的供水端通过第一止回阀(26)和第三阀门(15)连通至供水管(33)的入口，相变蓄热装置(7)的供水端通过第三止回阀(28)和第八阀门(20)连通至供水管(33)的入口，供水管(33)的出口连通至气化器(8)的入水口，供水管(33)上沿水流方向依次设置第四止回阀(29)、第十阀门(22)、调温阀(11)和辅助热源(10);气化器(8)的出水口依次经循环栗(12)和第十一阀门(23)分别连通至蓄热水箱(6)的回水端与相变蓄热装置(7)的回水端，循环栗(12)的出口端和调温阀(11)之间连有第一旁通管(35)，形成三个闭合的水循环通道;蓄热水箱(6)的回水管路上设有第四阀门(16)，相变蓄热装置(7)的回水管路上设有第九阀门(21)，循环栗(12)的入口端连接有补水管(37)，补水管(37)上设有第十二阀门(24); 所述气化器(8)的LPG入口通过燃气电磁阀(32)连通至LPG钢瓶组(9)的液相出口，气化器(8)的LPG出口和LPG钢瓶组(9)的气相出口分别连通至供气管(36)。2.根据权利要求1所述一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，其特征在于，所述蓄热水箱(6)的供水端与相变蓄热装置(7)的回水端之间连有第二旁通管(34)，第二旁通管(34)上设有第五阀门(17)和第二止回阀(27)，所述第五阀门(17)控制第二旁通管(34)的启闭，第二止回阀(27)防止水从相变蓄热装置(7)的回水管路流向蓄热水箱(6)的供水管路。3.根据权利要求1所述一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，其特征在于，所述第一冷凝器(3)直接浸没于蓄热水箱(6)内；所述第二冷凝器(4)设置于相变蓄热装置(7)内。4.根据权利要求1所述一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，其特征在于，所述蓄热水箱(6)为承压式保温水箱;所述相变蓄热装置(7)为圆柱形，以石蜡为相变材料封装成球形均勾分布在内部，蓄热球体与相变蓄热装置(7)的外壳之间的空隙充有水。5.根据权利要求1所述一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，其特征在于，所述辅助热源(10)为电加热器。6.根据权利要求1所述一种蓄热太阳能热栗气化液化石油气系统，其特征在于，所述太阳能集热-蒸发器(I)上设有太阳辐射强度传感器;所述蓄热水箱(6)上设有温度传感器以检测蓄热水箱(6)内的水温;所述相变蓄热装置(7)上设有温度传感器以检测相变蓄热装置(7)的水温，另设有温度传感器以检测相变材料的温度;所述第十阀门(22)和调温阀(11)之间设有温度传感器以检测进入调温阀(11)的水温;所述供气管(36)上设有压力传感器以检测供气管(36)的出口压力。
【文档编号】F25B27/00GK205425500SQ201620094413
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月29日
【发明人】时国华, 田胜楠, 李丹
【申请人】华北电力大学（保定）