基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統及應用的製作方法

2023-09-13 16:42:30 2

專利名稱：基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統及應用的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用直膨式太陽能熱泵製取熱水用以氣化液化石油氣的系統及應用，屬於太陽能熱泵技術和液化石油氣氣化技術領域。
背景技術：
液化石油氣是我國城市燃氣的主要氣源，2009年全國消耗液化石油氣1340萬噸。 其中，很大比例的液化石油氣以液態形式經氣化器加熱強制氣化成氣態後，由供氣管網供給燃氣用戶。傳統的液化石油氣氣化器主要以電加熱熱水，熱水(50°C左右)通過間壁式換熱方式，使液態液化石油氣氣化成氣態。氣化IOOOkg液態液化石油氣大約需要消耗電能 127kWh，能耗大，不符合我國當前的節能要求。由於具有節能、高效、利用可再生能源等諸多優點，太陽能熱泵技術已成為世界範圍內研究和應用的一個熱點。太陽能熱泵分為間接膨脹式(簡稱間膨式)和直接膨脹式 (簡稱直膨式)。同間膨式相比，直膨式太陽能熱泵將太陽能集熱器同時用作熱泵的蒸發器，簡化了系統，降低了成本；此外，集熱器中的製冷劑不僅可以吸收太陽能，還可以吸收集熱器周圍的空氣能，提高了系統的熱力性能。所以，直膨式太陽能系統具有良好的商業實用化前景。太陽能熱泵系統的應用研究目前集中在以下三個領域①建築採暖；②製取生活熱水；③多功能應用(冬季採暖+夏季空調+全年生活熱水)。太陽能熱泵用於建築採暖， 用途單一，且採暖期外，設備閒置，系統利用率低。太陽能熱泵熱水系統目前僅局限於居民用戶和公共建築的生活熱水，且只適宜小範圍採用，應用區域過大將導致熱水管道保溫成本明顯增加。多功能太陽能熱泵系統雖然大大提高了設備的利用率，但是系統結構複雜，系統投資大，而且這種系統應用範圍受限，如在熱帶和亞熱帶地區冬季基本無採暖負荷、寒冷地區夏季基本無空調負荷，在這些區域，系統的低使用率降低了其在經濟上的可行性。因此，拓寬應用領域對太陽能熱泵技術的發展至關重要。

發明內容
本發明的目的是設計一種基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統，它將直膨式太陽能熱泵製取的中高溫熱水作為液態液化石油氣的氣化熱源，能夠全年保持較高效率運行，解決目前液化石油氣氣化能耗高的問題，拓寬太陽能熱泵技術應用領域。本發明解決技術問題的技術方案如下—種基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統，該系統包括直膨式太陽能熱泵、蓄熱水箱、熱水循環泵、氣化器、液化石油氣鋼瓶組、各種連接管線和閥門等；所述直膨式太陽能熱泵主要由太陽能集熱器、氣液分離器、壓縮機、冷凝器、儲液器、過濾乾燥器、視液鏡和膨脹閥組成，上述各組成部分由管路依次連接，形成閉合的製冷劑循環通道，冷凝器用於加熱蓄熱水箱中的水；所述蓄熱水箱底部設有熱水輸入端和排汙口，頂部設有熱水輸出端；
所述氣化器設有液相輸入端、氣相輸出端、熱水輸入端和熱水輸出端，所述氣化器的液相輸入端通過液相管線和液化石油氣鋼瓶組的液相出口連接，所述氣化器的氣相輸出端通過氣相管線與供氣管網相連，所述氣化器的熱水輸出端通過回水管線經熱水循環泵、 第二閥門與蓄熱水箱的熱水輸入端相連，蓄熱水箱的熱水輸出端通過供水管線依次經止回閥、第一閥門、調溫閥、輔助加熱設備與氣化器的熱水輸入端連接；所述供水管線和回水管線之間連有旁通管，旁通管與調溫閥連接；
所述熱水循環泵入口處設置有補水管；所述液化石油氣鋼瓶組的氣相出口通過氣相管線與供氣管網相連。所述直膨式太陽能熱泵的製冷劑在太陽能集熱器中直接蒸發，所述太陽能集熱器是全裸式平板集熱器或加裝玻璃透明蓋板、底部設保溫層的平板型集熱器，所述壓縮機為變頻壓縮機，所述冷凝器直接沉浸於蓄熱水箱內部；所述蓄熱水箱為承壓式保溫水箱；所述氣化器為熱水循環式氣化器，內部設置光管螺旋形盤管或帶有翅片的螺旋形盤管，熱水在盤管內流動，盤管外為液化石油氣；所述輔助加熱設備為快速燃氣熱水器、電加熱器或其他熱源，優選採用液化石油氣為燃料的快速燃氣熱水器，快速燃氣熱水器通過氣相管線經燃氣電動閥、燃氣調壓器與液化石油氣鋼瓶組的氣相出口連接。上述氣化系統的應用用氣低谷時，液化石油氣鋼瓶組中的液態液化石油氣自然氣化滿足用氣負荷，直膨式太陽能熱泵制熱，並將熱量蓄存於蓄熱水箱；用氣高峰時，液化石油氣鋼瓶組中的液態液化石油氣進入氣化器，吸收來自蓄熱水箱的熱水的熱量而強制氣化，滿足用氣負荷；用氣高峰且光照不足時，直膨式太陽能熱泵製取的熱量不足以提供氣化所需熱量，不足的氣化熱由輔助加熱設備補足；直膨式太陽能熱泵發生故障或檢修時，關閉蓄熱水箱的熱水輸入、輸出端閥門，旁通管打開，輔助加熱設備提供氣化熱，滿足用氣負荷。系統中設置蓄熱水箱用於存儲熱水，其熱水溫度可取較高溫度60 70°C，，優選 70 0C ；當蓄熱水箱內的水溫升高到設定溫度60 70°C (優選70°C)，則關閉壓縮機，停止蓄熱；當蓄熱水箱內的水溫降低到設定溫度40 50°C (優選45°C )，則啟動壓縮機，運行直膨式太陽能熱泵，加熱蓄熱水箱內的熱水。氣化器的設計中，供水溫度和回水溫度可按常規選取，分別為50°C和45°C。本發明具有以下積極效果和技術特徵1.採用直膨式太陽能熱泵為主要熱源提供液化石油氣氣化所需熱量，節能環保；2.將太陽能熱泵技術應用到燃氣領域，太陽能熱泵的服務範圍藉助燃氣供氣管網大範圍延伸；3.在避免壓縮機排氣溫度過高的前提下，提高蓄熱水箱內的水溫設定值，用於多儲存熱量，減少輔助熱源的運行時間，從而提高整個系統的性能係數；4.該系統能夠有效保證供氣的可靠性。本發明採用快速燃氣熱水器作為輔助熱源，當直膨式太陽能熱泵不足以提供液化石油氣氣化所需熱量時，快速燃氣熱水器工作；當直膨式太陽能熱泵系統發生故障或檢修時，蓄熱水箱熱水輸入端和熱水輸出端的閥門關閉，旁通管打開，直接利用快速燃氣熱水器提供氣化熱，滿足燃氣用戶的用氣負荷。總之，本發明充分利用太陽能替代常規能源加熱氣化液化石油氣，節能環保，具有良好的經濟和社會效益。整個系統結構合理，使用方便，能夠長期高效穩定地氣化液化石油氣，滿足用戶的用氣需求，適用於液化石油氣用量較大的場合，如城市氣化站、工業企業氣
化站等。


圖1是基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統流程圖圖中標號1-太陽能集熱器；2-氣液分離器；3-壓縮機；4-冷凝器；5-儲液器； 6-過濾乾燥器；7-視液鏡；8-膨脹閥；9-蓄熱水箱；10-氣化器；11-液化石油氣鋼瓶組； 12-蓄熱水箱熱水輸入端；13-蓄熱水箱熱水輸出端；14-熱水輸入端；15-熱水輸出端； 16-液相輸入端；17-氣相輸出端；18-氣相出口 ；19-液相出口 ；20-供水管線；21-回水管線；22-旁通管；23-補水管；24-液相管線；25-氣相管線；26-快速燃氣熱水器；27-調溫閥；28-熱水循環泵；29-止回閥；30-第一閥門；31-第二閥門；32-第三閥門；33-第四閥門；34-燃氣電動閥；35-燃氣調壓器；36-燃氣電磁閥。
具體實施例方式本下面結合實施例和附圖進一步說明本發明的具體實施方式
。實施例1如圖1所示，本發明基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統，包括直膨式太陽能熱泵、蓄熱水箱9、熱水循環泵觀、氣化器10、液化石油氣鋼瓶組11、各種連接管線和閥門。所述直膨式太陽能熱泵由太陽能集熱器1、氣液分離器2、壓縮機3、冷凝器4、儲液器5、過濾乾燥器6、視液鏡7和膨脹閥8依次連接組成，膨脹閥8與太陽能集熱器1相連， 形成閉合的製冷劑循環通道，所述直膨式太陽能熱泵的製冷劑在太陽能集熱器1中直接蒸發，所述太陽能集熱器1是加裝玻璃透明蓋板、底部設保溫層的平板型集熱器，所述壓縮機 3為變頻壓縮機，所述冷凝器4直接沉浸於蓄熱水箱9內部。 所述蓄熱水箱9為承壓式保溫水箱，底部設有熱水輸入端12和排汙口，頂部設有熱水輸出端13。所述氣化器10為熱水循環式氣化器，內部設置帶有翅片的螺旋形盤管，熱水在盤管內流動，盤管外為液化石油氣。所述氣化器10設有液相輸入端16、氣相輸出端17、熱水輸入端14和熱水輸出端 15，所述氣化器10的液相輸入端16通過液相管線M和液化石油氣鋼瓶組11的液相出口 19連接，所述氣化器10的氣相輸出端17通過氣相管線25與供氣管網相連，所述氣化器10 的熱水輸出端15通過回水管線21經熱水循環泵觀、第二閥門31與蓄熱水箱9的熱水輸入端12相連，蓄熱水箱9的熱水輸出端13通過供水管線20依次經止回閥四、第一閥門30、 調溫閥27、快速燃氣熱水器沈與氣化器10的熱水輸入端14連接；所述快速燃氣熱水器沈通過氣相管線25經燃氣電動閥34、燃氣調壓器35與液化石油氣鋼瓶組11的氣相出口 18連接，快速燃氣熱水器沈採用液化石油氣為燃料。所述供水管線20和回水管線21之間連有旁通管22，旁通管22與調溫閥27連接。補水管23經第三閥門32與熱水循環泵觀入口相連。所述液化石油氣鋼瓶組11的氣相出口 18通過氣相管線25與供氣管網相連。
所述液相管線M上設置有燃氣電磁閥36。以下結合附圖1，說明基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統的工作原理直膨式太陽能熱泵可全天運行，當蓄熱水箱9內熱水溫度升高到設定溫度70°C， 則關閉壓縮機3，停止蓄熱；當蓄熱水箱9內的水溫降低到設定溫度45°C，則啟動壓縮機3， 運行直膨式太陽能熱泵，加熱蓄熱水箱9內的熱水。用氣低谷時，第一閥門30、第二閥門31和第四閥門33關閉，燃氣電磁閥36關閉， 燃氣電動閥34關閉，熱水循環泵觀、快速燃氣熱水器沈和氣化器10不工作，液化石油氣鋼瓶組11內的液態液化石油氣吸收自身的顯熱及通過鋼瓶瓶壁吸收周圍環境介質的熱量進行自然氣化後，經氣相出口 18導出後進入氣相管線25，由供氣管網送至燃氣用戶，滿足用氣負荷。用氣高峰時，液化石油氣鋼瓶組11內的液態液化石油氣依靠自然氣化無法滿足燃氣用戶的用氣負荷，第一閥門30、第二閥門31和第四閥門33開啟，燃氣電磁閥36開啟， 熱水循環泵W和氣化器10工作，液化石油氣鋼瓶組11內的液態液化石油氣依靠自身壓力經液相管線M進入氣化器10，蓄熱水箱9內的熱水由供水管線20進入氣化器10，兩者換熱後，熱水經熱水循環泵觀加壓後，通過回水管線21返回蓄熱水箱9，氣化的液化石油氣經氣相輸出端17進入氣相管線25，通過供氣管網供給燃氣用戶。如果熱水輸出端13的熱水溫度高於氣化器10的供水設計溫度50°C，利用調溫閥27和旁通管22，混合一部分回水，保證供水溫度恆定50°C。用氣高峰且光照不足時，直膨式太陽能熱泵製取的熱量不足，蓄熱水箱9內的熱水溫度低於氣化器10的供水設計溫度50°C，第一閥門30、第二閥門31和第四閥門33開啟， 燃氣電磁閥36開啟，燃氣電動閥34開啟，熱水循環泵觀、快速燃氣熱水器沈和氣化器10 工作，液化石油氣鋼瓶組11內的氣態液化石油氣從氣相出口 18導出進入氣相管線25，經調壓器35調壓至快速燃氣熱水器沈的額定壓力後供給快速燃氣熱水器沈使用，液化石油氣鋼瓶組11內的液態液化石油氣依靠自身壓力經液相管線M進入氣化器10，蓄熱水箱9內的熱水由供水管線20進入快速燃氣熱水器沈，加熱至供水設計溫度50°C後進入氣化器10， 液態液化石油氣在氣化器10內吸收熱水的熱量氣化後經氣相輸出端17進入氣相管線25， 通過供氣管網供給燃氣用戶，換熱後的熱水經熱水循環泵觀加壓後，通過回水管線21返回蓄熱水箱9。當直膨式太陽能熱泵發生故障或檢修時，第一閥門30、第二閥門31關閉，供水管線20、氣化器10、回水管線21、旁通管22構成閉合熱水迴路。用氣高峰時，第四閥門33開啟，燃氣電磁閥36開啟，燃氣電動閥34開啟，熱水循環泵觀、快速燃氣熱水器沈和氣化器 10工作，液化石油氣鋼瓶組11內的氣態液化石油氣從氣相出口 18導出進入氣相管線25， 經調壓器35調壓至快速燃氣熱水器沈的額定壓力後供給快速燃氣熱水器沈使用，液化石油氣鋼瓶組11內的液態液化石油氣依靠自身壓力經液相管線M進入氣化器10，供水管線 20內的熱水進入快速燃氣熱水器沈加熱至供水設計溫度50°C，進入氣化器10氣化液態液化石油氣，氣化後的液化石油氣經氣相輸出端17進入氣相管線25，通過供氣管網供給燃氣用戶。如果閉合熱水迴路中水量不夠，第三閥門32開啟，通過補水管23往迴路注水。本發明採用分體式結構，太陽能集熱器安裝在室外，其餘設備設置在室內，快速燃
7氣熱水器、熱水循環泵及壓縮機與液化石油氣鋼瓶組的距離滿足防火間距要求。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求
1.一種基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統，其特徵在於該系統包括直膨式太陽能熱泵、蓄熱水箱(9)、熱水循環泵(觀)、氣化器(10)和液化石油氣鋼瓶組(11)；所述直膨式太陽能熱泵主要由太陽能集熱器(1)、氣液分離器O)、壓縮機(3)、冷凝器 G)、儲液器(5)、過濾乾燥器(6)、視液鏡(7)和膨脹閥(8)組成，上述各組成部分由管路依次連接，形成閉合的製冷劑循環通道，冷凝器(4)用於加熱蓄熱水箱(9)中的水；所述蓄熱水箱(9)底部設有熱水輸入端(1 和排汙口，頂部設有熱水輸出端(13)；所述氣化器(10)設有液相輸入端(16)、氣相輸出端(17)、熱水輸入端(14)和熱水輸出端(15)，所述氣化器(10)的液相輸入端(16)通過液相管線04)和液化石油氣鋼瓶組 (11)的液相出口(19)連接，所述氣化器(10)的氣相輸出端(17)通過氣相管線05)與供氣管網相連，所述氣化器(10)的熱水輸出端(1 通過回水管線經熱水循環泵(觀)、 第二閥門(31)與蓄熱水箱(9)的熱水輸入端(12)相連，蓄熱水箱(9)的熱水輸出端(13) 通過供水管線OO)依次經止回閥( )、第一閥門(30)、調溫閥(27)、輔助加熱設備與氣化器(10)的熱水輸入端(14)連接；所述供水管線OO)和回水管線之間連有旁通管(22)，旁通管02)與調溫閥、2Τ) 連接；所述熱水循環泵08)入口處設置有補水管03)；所述液化石油氣鋼瓶組(11)的氣相出口(18)通過氣相管線0 與供氣管網相連。
2.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述氣化器(10)為熱水循環式氣化器， 內部設置光管螺旋形盤管或帶有翅片的螺旋形盤管，熱水在盤管內流動，盤管外為液化石油氣。
3.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述太陽能集熱器(1)是全裸式平板集熱器或加裝玻璃透明蓋板、底部設保溫層的平板型集熱器。
4.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述壓縮機(3)為變頻壓縮機。
5.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述冷凝器(4)直接沉浸於蓄熱水箱(9) 內部。
6.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述蓄熱水箱(9)為承壓式保溫水箱。
7.根據權利要求1所述的系統，其特徵在於所述輔助加熱設備為快速燃氣熱水器 (26)或電加熱器。
8.根據權利要求7所述的系統，其特徵在於所述輔助加熱設備為採用液化石油氣為燃料的快速燃氣熱水器(26)，快速燃氣熱水器06)通過氣相管線0 經燃氣電動閥 (34)、燃氣調壓器(35)與液化石油氣鋼瓶組(11)的氣相出口(18)連接。
9.根據權利要求1 8任意權利要求所述的系統的應用，其特徵在於用氣低谷時，液化石油氣鋼瓶組(11)中的液態液化石油氣自然氣化滿足用氣負荷，直膨式太陽能熱泵制熱，並將熱量蓄存於蓄熱水箱(9)；用氣高峰時，液化石油氣鋼瓶組(11)中的液態液化石油氣進入氣化器(10)，吸收來自蓄熱水箱(9)的熱水的熱量而強制氣化，滿足用氣負荷；用氣高峰且光照不足時，直膨式太陽能熱泵製取的熱量不足以提供氣化所需熱量，不足的氣化熱由輔助加熱設備補足；直膨式太陽能熱泵發生故障或檢修時，關閉蓄熱水箱(9)的熱水輸入、輸出端閥門，旁通管0 打開，輔助加熱設備提供氣化熱，滿足用氣負荷。
10.根據權利要求9所述的應用，其特徵在於蓄熱水箱(9)內的水溫升高到設定溫度60 70°C，則關閉壓縮機(3)，停止蓄熱；當蓄熱水箱內的水溫降低到設定溫度40 50°C， 則啟動壓縮機(3)，運行直膨式太陽能熱泵，加熱蓄熱水箱(9)內的熱水。
全文摘要
本發明公開了屬於太陽能熱泵技術和液化石油氣氣化技術領域的一種基於直膨式太陽能熱泵的液化石油氣氣化系統及其應用，該系統包括直膨式太陽能熱泵、蓄熱水箱、熱水循環泵、氣化器和液化石油氣鋼瓶組等，液化石油氣液相管線分別連接氣化器的液相輸入端和液化石油氣鋼瓶組的液相出口，所述氣化器的熱水輸入端通過供水管線與蓄熱水箱的熱水輸出端連接；氣化器的熱水輸出端通過回水管線連接蓄熱水箱的熱水輸入端；氣化器的氣相輸出端通過氣相管線與供氣管網相連。本發明充分利用太陽能替代常規能源加熱氣化液化石油氣，節能環保，具有良好的經濟和社會效益。整個系統結構合理，使用方便，能夠長期高效穩定地氣化液化石油氣，滿足用戶的用氣需求。
文檔編號F17C7/04GK102418838SQ20111038893
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者時國華, 楊先亮, 王松嶺, 荊有印 申請人:華北電力大學(保定)