一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统的制作方法

本实用新型属于多能互补技术领域，特别涉及一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统。

背景技术：

目前，由于化石燃料用量过大造成的污染、温室气体排放等问题，同时考虑保存化石能源的储量，我国着力提高可再生能源在能源利用中的占比的能源，尽可能高效地利用能源。多能互补系统应运而生，在一定区域内合理配置多种来源的能量，在不同工作环境下的供应满足用户用能需求，提倡充分利用可再生能源，能量互补利用，最终实现给用户稳定能源供应的前提下追求系统能源利用率的最大化。

在实际应用中，风能、太阳能、生物质等都作为可再生能源利用的重点发展对象。沼气作为一种生物质可再生能源的利用方式，常采用内燃发电机进行能源的转化，但由于内燃发电机的效率不高，通常仅有20%-40%；沼气燃烧释放的热量只有一部分通过内燃机转化为机械能，大部分热量主要以排烟余热、缸套余热以及发动机对周围环境的辐射余热形式存在，这些余热的回收利用很大程度决定了沼气发电系统的能源利用效率。

在太阳能的利用上，由于太阳能具有能量密度低、受天气影响等不足，单纯依靠太阳能的供能系统往往需要庞大的太阳能收集面积，且常常需要辅助能源系统。近年来，人们对于太阳能利用的探索开始偏向将可间接、部分利用太阳能进行空调、制冷等应用的负荷系统，追求其达到降低常规能源的消耗而不过分增加系统复杂性和初投资的目的。

储能是多能互补系统中的重要功能区，可解决能量供求的时间、空间不平衡的问题，使能量利用更加高效。其中，导热油作为储热方式的一种，可以实现高中温度热量的存储，且在实际中已有很多应用。

技术实现要素：

根据技术背景中介绍的多能互补系统的要求、沼气发电、太阳能利用的特点，本实用新型从研究多能源输入的系统出发，考虑提高系统能量利用率、更加高效地利用系统能量，引入导热油循环系统，提出了一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，涉及到沼气发电技术、吸收式热泵技术、太阳能集热器利用技术和导热油循环系统，具体的技术方案如下：

一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统包括能量转化设备部分和导热油循环系统；所述的能量转化设备包括发电机、内燃机、余热锅炉、太阳能集热器、吸收式热泵，内燃机还包括缸套冷却器；所述的导热油循环系统包括冷油罐、热油罐。

发电机由内燃机拖动，内燃机入口与沼气供应管道相连，烟气出口管道连接至余热锅炉烟气通道入口；内燃机的缸套冷却器与内燃机的缸套冷却水进、出口管道连接，且有导热油进口、出口管道；所述的缸套冷却器导热油进口管道与冷油罐出口相连，其导热油出口管道与太阳能集热器真空管入口相连。

余热锅炉烟气入口与内燃机排烟出口管道相连，余热锅炉烟气出口以管道连接至烟气处理装置；余热锅炉的导热油入口管道与冷油罐出口相连，导热油出口管道与热油罐入口相连。

太阳能集热器的真空管入口、出口管道分别与缸套冷却器导热油出口、热油罐入口连接。

冷油罐的出口管道分两路分别与缸套冷却器导热油入口、太阳能集热器真空管入口连接；热油罐入口与余热锅炉的导热油出口管道和太阳能集热器真空管的出口管道连接，热油罐出口管道与吸收式热泵发生器入口管道连接；吸收式热泵发生器出口管道与冷油罐入口连接。

吸收式热泵的蒸发器入口与地热源地埋管连接，地热源地埋管出口管道与吸收式热泵蒸发器出口连接；吸收式热泵热水出口、入口管道分别与热用户的供热循环管路的入口、出口连接。

导热油循环系统中的冷油罐、热油罐等设置保护气进口管道和排气阀管道，所述的导热油系统还设有温度、压力、液位控制器；所述的导热油循环系统的管路上设有克服换热流动阻力、驱动导热油流动的泵。

本系统的有益效果为：

系统的能量供应为沼气和太阳能，沼气用于发电并且尾部烟气和缸套的余热得到回收，太阳能进行热利用，太阳能和沼气的耦合利用，扩大了系统的总供热容量，且沼气供能可在一定程度上弥补太阳能供能的不稳定性。

系统使用的吸收式热泵为增热型，能量转化效率大于1，整个系统的能量转化效率得到提高，实现高效热利用；采用导热油作为传热介质，一定程度上使系统具有一定的热能储量，保证热泵供热系统的稳定性。

导热油循环系统主要设备受控制，实时控制油温、油压在允许的范围内波动，导热油流量可按需进行控制，系统具有安全性、可靠性和灵活性；使用导热油循环系统，与使用水相比，设备发生腐蚀的可能性小。

附图说明

如图1所示为一种基于沼气与太阳能利用的储热式供能系统的示意图。

图中，1-发电机、2-内燃机、3-余热锅炉、4-缸套冷却器、5-太阳能集热器、6-冷油罐、7-热油罐、8-吸收式热泵。

具体实施方式

本实用新型提出一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统。下面结合附图和实例予以说明。

如图1所示的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，内燃机2以沼气为燃料，燃料燃烧将化学能转化为热能，推动内燃机2做功，内燃机2拖动发电机1发电；内燃机2排放的烟气携带大量余热进入余热锅炉3放热后排放至烟气处理装置；内燃机2缸套由缸套冷却器4进行冷却兼余热回收；在缸套冷却器4中，进行导热油和内燃机2缸套冷却水的换热，内燃机2的缸套冷却水热量由导热油带走后再进入内燃机2进行冷却；导热油来自冷油罐6，吸收缸套冷却水放出的热量，进入太阳能集热器5。

进入余热锅炉3的高温烟气形成辐射受热面的同时，与夹层中的导热油对流流动换热；导热油受热温度上升体积会增大，余热锅炉3中有补偿导热油体积变化的膨胀槽等；导热油循环系统主要装置余热锅炉3、冷油罐6、热油罐7还设有保护气入口管路、排气阀管路，所述保护气进口管路、排气阀管路从保护气供给系统向导热油系统的各装置供应保护气；所述的导热油循环系统管路配以相应的泵和液位控制器、压力控制器、温度控制器，驱动导热油流动，监测控制使液位、进出口的压力、温度在允许的波动范围内。

导热油在太阳能集热5真空管中强制流动吸收太阳能升温，后汇至热油罐7中；系统中的导热油都由冷油罐6提供，导热油部分在余热锅炉3、部分在太阳能集热器5中吸热后达到一定的温度，均汇集至热油罐7中，热油罐7中的导热油以管道连接至吸收式热泵8发生器入口，作为吸收式热泵8的驱动热源；吸收式热泵8的低温热源采用地热源，其蒸发器入口与地热源地埋管连接，循环工质经地热源地埋管吸热后回到吸收式热泵8的蒸发器，循环流动；所述的吸收式热泵8的蒸发器与地热源地埋管形成的循环回路设置有地源泵，强制循环管内工质；吸收式热泵8的热水出口与热用户供热循环管路的入口连接，向热用户供应热量后，经热用户供热循环管路的出口回到吸收式热泵8的热水回水管道。

上述实施例仅用于说明本实用新型，其中各部件的结构、连接方式和方法步骤等都是可以有所变化的，凡是在本实用新型技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本实用新型的保护范围之外。

技术特征：

1.一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，其特征在于：包括能量转化设备部分和导热油循环系统；所述的能量转化设备包括发电机(1)、内燃机(2)、余热锅炉(3)、太阳能集热器(5)、吸收式热泵(8)，内燃机(2)还包括缸套冷却器(4)；所述的导热油循环系统包括冷油罐(6)、热油罐(7)。

2.根据权利要求1所述的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，其特征在于：发电机(1)由内燃机(2)拖动，内燃机(2)入口与沼气供应管道相连，烟气出口管道连接至余热锅炉(3)烟气通道入口；内燃机(2)的缸套冷却器(4)与内燃机(2)的缸套冷却水进、出口管道连接，且有导热油进口、出口管道；所述的缸套冷却器(4)导热油进口管道与冷油罐(6)出口相连，其导热油出口管道与太阳能集热器(5)真空管入口相连。

3.根据权利要求1所述的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，其特征在于：余热锅炉(3)烟气入口与内燃机(2)排烟出口管道相连，余热锅炉(3)烟气出口以管道连接至烟气处理装置；余热锅炉(3)的导热油入口管道与冷油罐(6)出口相连，导热油出口管道与热油罐(7)入口相连。

4.根据权利要求1所述的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，其特征在于：太阳能集热器(5)的真空管入口、出口管道分别与缸套冷却器(4)导热油出口、热油罐(7)入口连接。

5.根据权利要求1所述的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，其特征在于：冷油罐(6)的出口管道分两路分别与缸套冷却器(4)导热油入口、太阳能集热器(5)真空管入口连接；热油罐(7)入口与余热锅炉(3)的导热油出口管道和太阳能集热器(5)真空管的出口管道连接，热油罐(7)出口管道与吸收式热泵(8)发生器入口管道连接；吸收式热泵(8)发生器出口管道与冷油罐(6)入口连接。

6.根据权利要求1所述的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，其特征在于：吸收式热泵(8)的蒸发器入口与地热源地埋管连接，地热源地埋管出口管道与吸收式热泵(8)蒸发器出口连接；吸收式热泵(8)热水出口、入口管道分别与热用户的供热循环管路的入口、出口连接。

7.根据权利要求1所述的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统，其特征在于：导热油循环系统中的冷油罐(6)、热油罐(7)设置保护气进口管道和排气阀管道，所述的导热油系统还设有温度、压力、液位控制器；所述的导热油循环系统的管路上设有克服换热流动阻力、驱动导热油流动的泵。

技术总结
本实用新型是属于多能互补技术领域的一种利用热泵的太阳能辅助沼气热电联产系统。该系统主要包括内燃机、余热锅炉、太阳能集热器和吸收式热泵等能量转换设备和包括冷油罐、热油罐的导热油循环系统。沼气在内燃机中燃烧放热，拖动发电机发电，烟气余热和缸套热由导热油回收，辅助太阳能集热器利用太阳能加热部分导热油。热泵以热导热油为驱动热源对外进行供热，可提高系统的热利用率。整个系统中的导热油由冷油罐提供，流经主要设备进行热量交换后汇集至热油罐，在热泵放热后回到冷油罐形成循环，导热油传递并汇集热量，一定程度上具有热储量，保证对外供热的稳定性。该实用新型可将太阳能和沼气耦合利用，实现了多能互补的高效热电联产。

技术研发人员：陈衡;李娟;曾宇川;徐钢;刘文毅
受保护的技术使用者：华北电力大学
技术研发日：2019.11.20
技术公布日：2020.10.27