一种槽式太阳能热泵系统及使用方法与流程

1.本发明属于太阳能热泵领域，具体涉及一种槽式太阳能热泵系统及使用方法。


背景技术：

2.清洁能源对传统能源的取代是不可或缺的一条战略道路。其中太阳能的利用更为关键，太阳能热泵作为利用太阳能进行供热的清洁设备，如何提高热泵效率和加大太阳能的吸收是传统太阳能热泵亟待突破的技术困境。市场常见的太阳能热泵多以增大蒸发器面积提高太阳辐射的吸收，这也造成了设备原材料的损耗增加，初投资增大，其加工运输等都有所受限，对太阳辐射的利用率并不高。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种槽式太阳能热泵系统及使用方法，以解决现有太阳能热泵多以增大蒸发器面积提高太阳能的吸收，对太阳能的利用率并不高的问题。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
5.第一方面，本发明提供一种槽式太阳能热泵系统，包括：
6.槽式太阳能集热蒸发器、气液分离器、节流装置和压缩机；
7.槽式太阳能集热蒸发器通过回气干管与压缩机的吸气口相连，槽式太阳能集热蒸发器还通过供液干管与气液分离器的液相出口相连，气液分离器的入口通过供液干管与节流装置的一端相连，节流装置的另一端通过室内散热末端装置连接压缩机的出气口，气液分离器的气相出口与压缩机的吸气口相连；
8.槽式太阳能集热蒸发器包括底座支架、槽型抛物面反射镜、集热管和集热管支架，槽型抛物面反射镜安装在底座支架上，底座支架的两端各安装有一个集热管支架，集热管安装在两个集热管支架间。
9.进一步的，所述回气干管的直径大于供液干管的直径。
10.进一步的，所述槽型抛物面反射镜的长度方向与底座支架的长度方向一致。
11.进一步的，所述集热管包括玻璃套管和吸热铜管，吸热铜管设置在玻璃套管内部。
12.进一步的，所述玻璃套管与吸热铜管间设有空隙并抽真空。
13.进一步的，所述气液分离器内设置有储液器，储液器内设置有制冷剂。
14.进一步的，所述槽型抛物面反射镜为圆弧板，槽型抛物面反射镜的凹面朝向集热管。
15.进一步的，所述室内散热末端装置为热泵型房间空调器或直接冷凝式辐射板。
16.进一步的，所述集热管一端与回气干管相连，另一端与气液分离器的液相出口相连。
17.第二方面，本发明提供一种槽式太阳能热泵系统的使用方法，其特征在于，基于上述中任一项所述的一种槽式太阳能热泵系统，包括：
18.太阳光直射槽型抛物面反射镜，经过镜面反射，聚焦至集热管上，集热管吸收太阳能；
19.在冬季热泵系统运行时，当太阳辐照强度大于阈值时，集热管出口制冷剂温度升高，制冷剂过热度增大，节流装置开度增大，提高制冷剂流量，气液分离器内压力增大，液态制冷剂流入槽式太阳能集热蒸发器中；当太阳辐照强度小于阈值时，集热管出口制冷剂温度降低，制冷剂过热度降低，节流装置开度减小，制冷剂流量减少，气液分离器内压力降低，系统内多余的液态制冷剂储存进气液分离器内。
20.本发明至少具有以下有益效果：
21.1、本发明以槽式太阳能蒸发器为核心部件，利用槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到集热管上，从而加热管内制冷剂，经过预热的制冷剂再进入压缩机，经过太阳能集热器预热后提高了热泵蒸发温度，在提升热泵系统能效的同时，可以提升冷凝温度，进而产生更高品位的热能；能更大程度更高效利用太阳能，且聚焦太阳光温度高，根据气象条件和供暖需求，调整槽式太阳能集热蒸发器倾角、制冷剂流量等参数，根据集热管出口制冷剂温度，调节阀门开度。
22.2、本发明开发了带储液的气液分离器部件，集成了储液器与气液分离器，实现了制冷剂流量的调控，并解决制冷剂用量大的难题；实现控制集热蒸发器出口制冷剂温度和流量，进而对热泵蒸发温度进行控制，通过合理设计气液分离器尺寸，实现气液分离器的气液分离供能与储液供能，解决系统制冷剂供液量大的难题。
23.3、本发明在热泵系统中作为蒸发器使用，适用性较广，室内散热末端装置的形式不限，可以是热泵型房间空调器等；由于本发明蒸发器换热量大，故除了在单末端热泵系统中使用，本发明也可以并联多个，排成阵列，给多个末端供热。
附图说明
24.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
25.图1为槽式太阳能集热蒸发器在热泵系统中的系统原理图；
26.图2为槽式太阳能集热蒸发器的全局立面图；
27.图3为槽式太阳能集热蒸发器的侧视原理图；
28.图4为槽式太阳能集热蒸发器的俯视原理图。
29.附图标记：1、底座支架；2、槽型抛物面反射镜；3、玻璃套管；4、吸热管；5、集热管支架；6、气液分离器；7、节流装置；8、压缩机；9、室内散热末端装置；10、供液干管；11、回气干管。
具体实施方式
30.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的
示例性实施方式。
32.实施例1
33.如图1所示，一种槽式太阳能热泵系统，包括：
34.槽式太阳能集热蒸发器、气液分离器6、节流装置7和压缩机8；
35.槽式太阳能集热蒸发器通过回气干管11与压缩机8的吸气口相连，槽式太阳能集热蒸发器还通过供液干管10与气液分离器6的液相出口相连，气液分离器6的入口通过供液干管10与节流装置7的一端相连，节流装置7的另一端通过室内散热末端装置9连接压缩机8的出气口，气液分离器6的气相出口与压缩机8的吸气口相连。
36.由于进口制冷剂为液态，蒸发后变为气态，体积增大，因此回气干管11的直径大于供液干管10的直径。
37.如图2所示，槽式太阳能集热蒸发器包括底座支架1、槽型抛物面反射镜2、集热管和集热管支架5，槽型抛物面反射镜2安装在底座支架1上，底座支架1的两端各安装有一个集热管支架5，集热管安装在两个集热管支架5间。
38.集热管一端与回气干管11相连，另一端与气液分离器6的液相出口相连。
39.槽型抛物面反射镜2的长度方向与底座支架1的长度方向一致，槽型抛物面反射镜2采用东西轴向布置，只需定期调整仰角，机构简单方便。直射太阳光通过槽型抛物面反射镜2可反射聚焦到集热管上，从而达到吸收太阳能的目的。
40.集热管包括玻璃套管3和吸热铜管4。采用直通形式，吸热铜管4设置在玻璃套管3内部，吸热铜管4上喷涂吸收率高反射率低的选择性吸收涂料，加大太阳能吸收。制冷剂直接在吸热铜管4内流动，带走吸热铜管4的热量。为减少热量散发，吸热铜管4外层装有玻璃套管3，玻璃套管3与吸热铜管4间设有空隙并抽真空。
41.气液分离器6内设置有储液器，储液器内设置有制冷剂，气液分离器6需根据热泵机组容量、管路设计尺寸、集热器面积等进行合理的结构设计，在满足气液分离的前提下，实现制冷剂储液供能。
42.槽型抛物面反射镜2为圆弧板，槽型抛物面反射镜2的凹面朝向集热管，槽式太阳能集热器2的横向长度可进行设计调整，进而增大或减小面积，也可多个并联使用，排列成阵，槽式太阳能集热蒸发器入口参数要求可灵活变化。
43.室内散热末端装置9为热泵型房间空调器或直接冷凝式辐射板。
44.槽型抛物面反射镜2也可采用南北轴向布置，单轴跟踪阳光，但需设置自动跟踪控制系统，效率较高，跟踪控制系统按照gb 50797-2012《光伏发电站设计规范》中6.7节“跟踪系统”进行设计。
45.底座支架2、支撑钢架3和集热管支架5的设置标准按照gb 51101-2016《太阳能发电站支架基础技术规范》与gb 50797-2012《光伏发电站设计规范》中6.8节“光伏支架”进行设计安装。本发明仅针对槽式太阳能集热蒸发器与槽型抛物面反射镜2的综合应用，槽型抛物面反射镜2规格大小与槽式太阳能集热蒸发器相对位置按照gb 50797-2012《光伏发电站设计规范》中6.9节“聚光光伏系统”进行设计。
46.实施例2
47.一种槽式太阳能热泵系统的使用方法，包括：
48.如图3-图4所示，太阳光直射槽型抛物面反射镜2，经过镜面反射，聚焦至集热管
上，集热管吸收大量太阳能。
49.在冬季热泵系统运行时，当太阳辐照强度大于阈值时，集热管出口制冷剂温度升高，制冷剂过热度增大，节流装置7开度增大，提高制冷剂流量，带储液的气液分离器6内压力增大，液态制冷剂流入槽式太阳能集热蒸发器的循环系统中；当太阳辐照强度小于阈值时，集热管出口制冷剂温度降低，制冷剂过热度降低，节流装置7开度减小，制冷剂流量减少，带储液的气液分离器6内压力降低，系统内多余的液态制冷剂储存进气液分离器6的储液器内。
50.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
51.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

技术特征：
1.一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，包括：槽式太阳能集热蒸发器、气液分离器(6)、节流装置(7)和压缩机(8)；槽式太阳能集热蒸发器通过回气干管(11)与压缩机(8)的吸气口相连，槽式太阳能集热蒸发器还通过供液干管(10)与气液分离器(6)的液相出口相连，气液分离器(6)的入口通过供液干管(10)与节流装置(7)的一端相连，节流装置(7)的另一端通过室内散热末端装置(9)连接压缩机(8)的出气口，气液分离器(6)的气相出口与压缩机(8)的吸气口相连；槽式太阳能集热蒸发器包括底座支架(1)、槽型抛物面反射镜(2)、集热管和集热管支架(5)，槽型抛物面反射镜(2)安装在底座支架(1)上，底座支架(1)的两端各安装有一个集热管支架(5)，集热管安装在两个集热管支架(5)间。2.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述回气干管(11)的直径大于供液干管(10)的直径。3.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述槽型抛物面反射镜(2)的长度方向与底座支架(1)的长度方向一致。4.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述集热管包括玻璃套管(3)和吸热铜管(4)，吸热铜管(4)设置在玻璃套管(3)内部。5.根据权利要求4所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述玻璃套管(3)与吸热铜管(4)间设有空隙并抽真空。6.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述气液分离器(6)内设置有储液器，储液器内设置有制冷剂。7.根据权利要求4所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述槽型抛物面反射镜(2)为圆弧板，槽型抛物面反射镜(2)的凹面朝向集热管。8.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述室内散热末端装置(9)为热泵型房间空调器或直接冷凝式辐射板。9.根据权利要求1所述的一种槽式太阳能热泵系统，其特征在于，所述集热管一端与回气干管(11)相连，另一端与气液分离器(6)的液相出口相连。10.一种槽式太阳能热泵系统的使用方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任一项所述的一种槽式太阳能热泵系统，包括：太阳光直射槽型抛物面反射镜(2)，经过镜面反射，聚焦至集热管上，集热管吸收太阳能；在冬季热泵系统运行时，当太阳辐照强度大于阈值时，集热管出口制冷剂温度升高，制冷剂过热度增大，节流装置(7)开度增大，提高制冷剂流量，气液分离器(6)内压力增大，液态制冷剂流入槽式太阳能集热蒸发器中；当太阳辐照强度小于阈值时，集热管出口制冷剂温度降低，制冷剂过热度降低，节流装置(7)开度减小，制冷剂流量减少，气液分离器(6)内压力降低，系统内多余的液态制冷剂储存进气液分离器(6)内。

技术总结
本发明属于太阳能热泵领域，具体公开一种槽式太阳能热泵系统及使用方法，包括：槽式太阳能集热蒸发器、气液分离器、节流装置和压缩机；槽式太阳能集热蒸发器包括底座支架、槽型抛物面反射镜、集热管和集热管支架；本发明以槽式太阳能蒸发器为核心部件，利用槽型抛物面反射镜将入射太阳光聚焦到集热管上，从而加热管内制冷剂，经过预热的制冷剂再进入压缩机，预热后提高了热泵蒸发温度，在提升热泵系统能效的同时，可以提升冷凝温度，进而产生更高品位的热能；能更大程度更高效利用太阳能，且聚焦太阳光温度高，根据气象条件和供暖需求，调整槽式太阳能集热蒸发器倾角、制冷剂流量等参数，根据集热管出口制冷剂温度，调节阀门开度。调节阀门开度。调节阀门开度。


技术研发人员：彭茂君 曾渊 喻晖 杨光 郝志刚 江阳 高建宇 刘博文 禹丽爽 张思瑞 贾祎漪 李永杰 武英杰 王军 王波 李文可 王丽杰 邢云 范莹 徐颖
受保护的技术使用者：国家电网有限公司
技术研发日：2023.06.21
技术公布日：2023/9/20