本發(fā)明涉及是熱泵，具體的說，尤其涉及一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、許多工業(yè)過程產(chǎn)生大量的余熱或者廢熱，其中大部分最終被排放到環(huán)境中，要么排放到大氣中，要么排放到水中。對大多數(shù)工業(yè)來說，余熱或者廢熱的最大來源是廢氣和煙道氣以及加熱系統(tǒng)產(chǎn)生的加熱空氣，例如加熱過程中燃燒器產(chǎn)生的高溫氣體;來自熱處理爐、烘干機(jī)和加熱器的低溫氣體;來自熱交換器、冷卻液體和氣體的熱量。當(dāng)廢氣形式的廢熱很容易被識別出來時(shí)，它也可以在液體和固體中被發(fā)現(xiàn)。液體中的廢熱包括冷卻水、加熱的洗滌水和排污水。固體可以是加工后或反應(yīng)完成后排出的熱產(chǎn)物，也可以是加工或固體材料燃燒產(chǎn)生的熱副產(chǎn)物?；厥者@些廢熱是世界范圍內(nèi)減少工業(yè)能源消耗的最大機(jī)會(huì)。從較低溫度源(如機(jī)器和冷凝器的冷卻水)回收廢熱通常更成問題，并且通常涉及使用熱泵將溫度提高到適合蒸餾、蒸發(fā)、水加熱和空間加熱的溫度。歐洲在研究低碳和能源效率解決方案方面處于全球領(lǐng)先地位，這些解決方案涉及廣泛的細(xì)分領(lǐng)域，包括能源效率技術(shù)、服務(wù)和能源管理系統(tǒng)，但由于不同的原因，這些技術(shù)解決方案的傳播受到限制:技術(shù)和非技術(shù)障礙對采用更可持續(xù)和更節(jié)能的系統(tǒng)產(chǎn)生了不利影響，這些系統(tǒng)可使能源密集型工業(yè)回收熱能用于發(fā)電在世界各國，建筑約占總能耗的40%，排放到大氣中的二氧化碳占36%以上。超過一半的能源消耗和二氧化碳排放可歸因于為維持舒適的室內(nèi)條件而提供的供暖和制冷，到2020年通過使用可再生能源來滿足20%的能源需求，到2050年達(dá)到100%的進(jìn)一步目標(biāo)已經(jīng)在進(jìn)行中。提高整體能源效率的一個(gè)有價(jià)值的替代方法是捕獲和再利用所有工業(yè)制造所固有的損失或“廢熱”。提高工業(yè)能源效率的努力集中在減少制造中使用的設(shè)備(如鍋爐、爐子、烘干機(jī)、反應(yīng)器、分離器、電動(dòng)機(jī)和泵)所消耗的能源，或改變制造產(chǎn)品的過程或技術(shù)考慮的工業(yè)過程包括:水泥行業(yè)的熟料生產(chǎn)，鋼鐵行業(yè)熱軋廠的電弧爐和加熱爐，平板玻璃爐和氣體傳輸和儲(chǔ)存部門的燃?xì)廨啓C(jī)。在歐洲一級對該技術(shù)的發(fā)電潛力進(jìn)行了評估。

2、傳統(tǒng)的熱泵通過施加功來產(chǎn)生加熱和冷卻，通常是通過機(jī)械壓縮機(jī)。大多數(shù)熱泵是由電力驅(qū)動(dòng)的，需要制冷劑來輸送熱量。電能的消耗仍然會(huì)導(dǎo)致大量的二氧化碳排放和主要使用氫氟碳化物(hfc)制冷劑的傳統(tǒng)熱泵系統(tǒng)的制冷劑泄漏，這對全球變暖起到了重要作用。hfc制冷劑的全球變暖潛能值(gwp)通常是二氧化碳(gwp=1)的1300倍(cf3ch2f,hfc-134a)至4800倍(cf3ch3,?hfc-143a)，逐步淘汰它們的使用是一個(gè)高度優(yōu)先事項(xiàng)。噴射式熱泵也被稱為熱驅(qū)動(dòng)技術(shù)，它利用熱量代替機(jī)械壓縮機(jī)來提高熱量輸出或提供冷卻。在目前的發(fā)展?fàn)顟B(tài)下，它們的cop比蒸汽壓縮系統(tǒng)低得多，但具有簡單和無運(yùn)動(dòng)部件的優(yōu)點(diǎn)。它們最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠在80°c以上的溫度下使用廢熱或太陽能作為熱源產(chǎn)生制冷。

3、如何有效的將噴射器與熱泵系統(tǒng)進(jìn)行有效的結(jié)合來提高熱量輸出或提供冷卻，是目前熱泵系統(tǒng)需要發(fā)展一個(gè)重要方向。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，而提出的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，包括太陽能集熱器，所述太陽能集熱器上設(shè)置有介質(zhì)循環(huán)管路，所述介質(zhì)循環(huán)管路內(nèi)充盈有循環(huán)介質(zhì)；還包括與介質(zhì)循環(huán)管路進(jìn)行熱交換聯(lián)結(jié)的循環(huán)容器，所述循環(huán)容器遠(yuǎn)離太陽能集熱器的一側(cè)設(shè)置有壓縮機(jī)，所述循環(huán)容器與壓縮機(jī)通過換熱管道進(jìn)行熱交換聯(lián)結(jié)；所述壓縮機(jī)的出口端連通設(shè)置有噴射器，且所述噴射器的第一入口與壓縮機(jī)的出口端通過管路連接；所述噴射器的出口端通過管道連接有冷凝器；所述冷凝器通過換熱管路與外部供熱管路進(jìn)行熱交換聯(lián)結(jié)。

2、優(yōu)選的，所述循環(huán)容器為納米增強(qiáng)相變材料循環(huán)容器。

3、優(yōu)選的，所述噴射器為內(nèi)置收斂-發(fā)散型混合管的噴射器。

4、優(yōu)選的，所述噴射器還設(shè)置有第二入口，所述第二入口連接有蒸發(fā)器。

5、優(yōu)選的，所述蒸發(fā)器與冷凝器之間設(shè)置有膨脹閥。

6、優(yōu)選的，所述壓縮機(jī)的介質(zhì)入口端與冷凝器通過管道連通，且所述壓縮機(jī)的介質(zhì)入口端與冷凝器的管道上設(shè)置有壓縮機(jī)。

7、優(yōu)選的，所述介質(zhì)循環(huán)管路上加裝有循環(huán)泵，且循環(huán)泵遠(yuǎn)離太陽能集熱器的一端的介質(zhì)循環(huán)管路上還設(shè)置有余熱廢熱爐。

8、優(yōu)選的，所述太能集熱器內(nèi)設(shè)置有環(huán)形熱管，所述環(huán)形熱管的外部包覆有圓柱形翅片。

9、優(yōu)選的，所述介質(zhì)循環(huán)管路、換熱管路、環(huán)形熱管中的工作介質(zhì)均為采用基于mxene合成的相變材料聚乙烯醇。

10、與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本裝置在太陽能集熱器該管包含一個(gè)閉環(huán)熱管，該熱管將液體通道和蒸汽通道分開，從而提供高的傳熱能力。通過在環(huán)形熱管采用圓柱形翅片包裹，可以增強(qiáng)太陽能管的吸熱和換熱效率。太陽能集熱器以高容量吸收直接輻射和漫射輻射。采用基于mxene合成的相變材料聚乙烯醇（pva）作為系統(tǒng)的工作介質(zhì)，由于其具有高的熱傳導(dǎo)性，因而可以大大提高其換熱量,?減少對環(huán)境的污染影響。

技術(shù)特征：

1.一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，包括太陽能集熱器（1），所述太陽能集熱器（1）兩側(cè)連通設(shè)置有介質(zhì)循環(huán)管路，所述介質(zhì)循環(huán)管路內(nèi)充盈有循環(huán)介質(zhì)；其特征在于，還包括與介質(zhì)循環(huán)管路進(jìn)行熱交換聯(lián)結(jié)的循環(huán)容器（4），所述循環(huán)容器遠(yuǎn)離太陽能集熱器（1）的一側(cè)設(shè)置有壓縮機(jī)（5），所述循環(huán)容器（4）與壓縮機(jī)（5）通過換熱管道進(jìn)行熱交換聯(lián)結(jié)；所述壓縮機(jī)（5）的出口端連通設(shè)置有噴射器（6），且所述噴射器（6）的第一入口與壓縮機(jī)（5）的出口端通過連通管路連接；所述噴射器的出口端通過管道連接有冷凝器（7）；所述冷凝器（7）通過換熱管路與外部供熱管路進(jìn)行熱交換聯(lián)結(jié)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述循環(huán)容器（4）為納米增強(qiáng)相變材料循環(huán)容器。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述噴射器（6）為內(nèi)置收斂-發(fā)散型混合管的噴射器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述噴射器（6）還設(shè)置有第二入口，所述第二入口處通過連通管道連接有蒸發(fā)器（9）。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述蒸發(fā)器（9）與冷凝器（7）之間設(shè)置有膨脹閥（8）。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述壓縮機(jī)（5）的介質(zhì)入口端與冷凝器（7）通過管道連通，且所述壓縮機(jī)（5）的介質(zhì)入口端與冷凝器（7）的管道上設(shè)置有壓縮機(jī)（3）。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述介質(zhì)循環(huán)管路上加裝有循環(huán)泵，且循環(huán)泵遠(yuǎn)離太陽能集熱器（1）的一端的介質(zhì)循環(huán)管路上還設(shè)置有余熱廢熱爐（2）。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述太能集熱器（1）內(nèi)設(shè)置有閉環(huán)的環(huán)形熱管，所述環(huán)形熱管的外部包覆有圓柱形翅片。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，其特征在于：所述介質(zhì)循環(huán)管路、換熱管路、閉環(huán)環(huán)形熱管中的工作介質(zhì)均為采用基于mxene合成的相變材料聚乙烯醇。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于利用太陽能耦合余熱廢熱的噴射式熱泵系統(tǒng)，包括太陽能集熱器，循環(huán)容器，壓縮機(jī)，噴射器，以及冷凝器；太陽能集熱器通過集熱管路及包覆的翅片收集太陽能，可以大幅提高太陽能集熱器的集熱效率，所述冷凝器通過換熱管路與外部供熱管路進(jìn)行熱交換聯(lián)；太陽能集熱器包含一個(gè)閉環(huán)熱管，可以將液體通道和蒸汽通道分開，從而提供高的傳熱能力。通過設(shè)置的余熱/廢熱爐在夜間和低輻照期，利用余熱/廢熱爐耦合太陽能光熱系統(tǒng)，用于補(bǔ)充太陽能熱能；制冷劑MXene?聚乙烯醇作為噴射器循環(huán)的工作流體，能夠大大提高系統(tǒng)的COP性能，進(jìn)一步改善循環(huán)效率；噴射式熱泵系統(tǒng)，可以將工作流體從超音速平滑地壓縮到亞音速，從而消除激波。

技術(shù)研發(fā)人員：崔元龍,田爽晴,仝暉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：山東建筑大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/17