一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统

本发明涉及是热泵，具体的说，尤其涉及一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统。

背景技术：

1、许多工业过程产生大量的余热或者废热，其中大部分最终被排放到环境中，要么排放到大气中，要么排放到水中。对大多数工业来说，余热或者废热的最大来源是废气和烟道气以及加热系统产生的加热空气，例如加热过程中燃烧器产生的高温气体;来自热处理炉、烘干机和加热器的低温气体;来自热交换器、冷却液体和气体的热量。当废气形式的废热很容易被识别出来时，它也可以在液体和固体中被发现。液体中的废热包括冷却水、加热的洗涤水和排污水。固体可以是加工后或反应完成后排出的热产物，也可以是加工或固体材料燃烧产生的热副产物。回收这些废热是世界范围内减少工业能源消耗的最大机会。从较低温度源(如机器和冷凝器的冷却水)回收废热通常更成问题，并且通常涉及使用热泵将温度提高到适合蒸馏、蒸发、水加热和空间加热的温度。欧洲在研究低碳和能源效率解决方案方面处于全球领先地位，这些解决方案涉及广泛的细分领域，包括能源效率技术、服务和能源管理系统，但由于不同的原因，这些技术解决方案的传播受到限制:技术和非技术障碍对采用更可持续和更节能的系统产生了不利影响，这些系统可使能源密集型工业回收热能用于发电在世界各国，建筑约占总能耗的40%，排放到大气中的二氧化碳占36%以上。超过一半的能源消耗和二氧化碳排放可归因于为维持舒适的室内条件而提供的供暖和制冷，到2020年通过使用可再生能源来满足20%的能源需求，到2050年达到100%的进一步目标已经在进行中。提高整体能源效率的一个有价值的替代方法是捕获和再利用所有工业制造所固有的损失或“废热”。提高工业能源效率的努力集中在减少制造中使用的设备(如锅炉、炉子、烘干机、反应器、分离器、电动机和泵)所消耗的能源，或改变制造产品的过程或技术考虑的工业过程包括:水泥行业的熟料生产，钢铁行业热轧厂的电弧炉和加热炉，平板玻璃炉和气体传输和储存部门的燃气轮机。在欧洲一级对该技术的发电潜力进行了评估。

2、传统的热泵通过施加功来产生加热和冷却，通常是通过机械压缩机。大多数热泵是由电力驱动的，需要制冷剂来输送热量。电能的消耗仍然会导致大量的二氧化碳排放和主要使用氢氟碳化物(hfc)制冷剂的传统热泵系统的制冷剂泄漏，这对全球变暖起到了重要作用。hfc制冷剂的全球变暖潜能值(gwp)通常是二氧化碳(gwp=1)的1300倍(cf3ch2f,hfc-134a)至4800倍(cf3ch3, hfc-143a)，逐步淘汰它们的使用是一个高度优先事项。喷射式热泵也被称为热驱动技术，它利用热量代替机械压缩机来提高热量输出或提供冷却。在目前的发展状态下，它们的cop比蒸汽压缩系统低得多，但具有简单和无运动部件的优点。它们最大的优点是能够在80°c以上的温度下使用废热或太阳能作为热源产生制冷。

3、如何有效的将喷射器与热泵系统进行有效的结合来提高热量输出或提供冷却，是目前热泵系统需要发展一个重要方向。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，包括太阳能集热器，所述太阳能集热器上设置有介质循环管路，所述介质循环管路内充盈有循环介质；还包括与介质循环管路进行热交换联结的循环容器，所述循环容器远离太阳能集热器的一侧设置有压缩机，所述循环容器与压缩机通过换热管道进行热交换联结；所述压缩机的出口端连通设置有喷射器，且所述喷射器的第一入口与压缩机的出口端通过管路连接；所述喷射器的出口端通过管道连接有冷凝器；所述冷凝器通过换热管路与外部供热管路进行热交换联结。

2、优选的，所述循环容器为纳米增强相变材料循环容器。

3、优选的，所述喷射器为内置收敛-发散型混合管的喷射器。

4、优选的，所述喷射器还设置有第二入口，所述第二入口连接有蒸发器。

5、优选的，所述蒸发器与冷凝器之间设置有膨胀阀。

6、优选的，所述压缩机的介质入口端与冷凝器通过管道连通，且所述压缩机的介质入口端与冷凝器的管道上设置有压缩机。

7、优选的，所述介质循环管路上加装有循环泵，且循环泵远离太阳能集热器的一端的介质循环管路上还设置有余热废热炉。

8、优选的，所述太能集热器内设置有环形热管，所述环形热管的外部包覆有圆柱形翅片。

9、优选的，所述介质循环管路、换热管路、环形热管中的工作介质均为采用基于mxene合成的相变材料聚乙烯醇。

10、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本装置在太阳能集热器该管包含一个闭环热管，该热管将液体通道和蒸汽通道分开，从而提供高的传热能力。通过在环形热管采用圆柱形翅片包裹，可以增强太阳能管的吸热和换热效率。太阳能集热器以高容量吸收直接辐射和漫射辐射。采用基于mxene合成的相变材料聚乙烯醇（pva）作为系统的工作介质，由于其具有高的热传导性，因而可以大大提高其换热量, 减少对环境的污染影响。

技术特征：

1.一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，包括太阳能集热器（1），所述太阳能集热器（1）两侧连通设置有介质循环管路，所述介质循环管路内充盈有循环介质；其特征在于，还包括与介质循环管路进行热交换联结的循环容器（4），所述循环容器远离太阳能集热器（1）的一侧设置有压缩机（5），所述循环容器（4）与压缩机（5）通过换热管道进行热交换联结；所述压缩机（5）的出口端连通设置有喷射器（6），且所述喷射器（6）的第一入口与压缩机（5）的出口端通过连通管路连接；所述喷射器的出口端通过管道连接有冷凝器（7）；所述冷凝器（7）通过换热管路与外部供热管路进行热交换联结。

2.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述循环容器（4）为纳米增强相变材料循环容器。

3.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述喷射器（6）为内置收敛-发散型混合管的喷射器。

4.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述喷射器（6）还设置有第二入口，所述第二入口处通过连通管道连接有蒸发器（9）。

5.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述蒸发器（9）与冷凝器（7）之间设置有膨胀阀（8）。

6.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述压缩机（5）的介质入口端与冷凝器（7）通过管道连通，且所述压缩机（5）的介质入口端与冷凝器（7）的管道上设置有压缩机（3）。

7.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述介质循环管路上加装有循环泵，且循环泵远离太阳能集热器（1）的一端的介质循环管路上还设置有余热废热炉（2）。

8.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述太能集热器（1）内设置有闭环的环形热管，所述环形热管的外部包覆有圆柱形翅片。

9.根据权利要求1所述的一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，其特征在于：所述介质循环管路、换热管路、闭环环形热管中的工作介质均为采用基于mxene合成的相变材料聚乙烯醇。

技术总结本发明公开了一种基于利用太阳能耦合余热废热的喷射式热泵系统，包括太阳能集热器，循环容器，压缩机，喷射器，以及冷凝器；太阳能集热器通过集热管路及包覆的翅片收集太阳能，可以大幅提高太阳能集热器的集热效率，所述冷凝器通过换热管路与外部供热管路进行热交换联；太阳能集热器包含一个闭环热管，可以将液体通道和蒸汽通道分开，从而提供高的传热能力。通过设置的余热/废热炉在夜间和低辐照期，利用余热/废热炉耦合太阳能光热系统，用于补充太阳能热能；制冷剂MXene‑聚乙烯醇作为喷射器循环的工作流体，能够大大提高系统的COP性能，进一步改善循环效率；喷射式热泵系统，可以将工作流体从超音速平滑地压缩到亚音速，从而消除激波。技术研发人员：崔元龙,田爽晴,仝晖受保护的技术使用者：山东建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17