CN102116539B - 一种多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统，包括有冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、太阳能集热器、溶液换热器、工质泵、热水循环泵、冷源循环泵、压缩机、节流阀、减压阀、空调末端、供暖末端、冷源端和第一至第二十二电磁阀。本发明使用同一套吸收器、发生器、冷凝器、压缩机、蒸发器、节流阀、减压阀、电磁阀和溶液热交换器能将太阳能空调、太阳能驱动的吸收压缩式热泵和电压缩式热泵耦合在一起，可以在多种模式下切换实现高效制冷、制热，节约了成本，解决了太阳能利用的间歇性和不可靠性问题；使用电压缩辅助模式降低太阳能空调对驱动热源温度的要求，提高了太阳能集热器的效率，相应的也减少了建筑能耗。

Description

一种多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统

技术领域

本发明涉及可再生能源高效利用技术领域，尤其涉及一种多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统。

背景技术

近年来，伴随着建筑总量的不断攀升和居住舒适度的提高，建筑能耗呈急剧上扬趋势。2009中国建筑节能年度发展研究报告指出，如果节能措施不利，按当前发展趋势，人均建筑面积和能耗强度均会出现较大增长，2030年建筑能耗可能达到15.1亿吨标煤，这将为我国的能源供应带来巨大的压力。与此同时，普通太阳能集热器在我国广泛利用，其主要用途还是用来提供生活热水。由于冬夏日照条件的差异，大部分太阳能集热器均出现夏季热水温度、量大用不完；冬季温度低、不够用的局面。致使夏季大量温度较高的热水、冬季大量低温热水被浪费。现有技术的太阳能制冷机组均存在热源温度要求高、不能制热制冷两用、对太阳能的依存度高的缺点。因此，大力开发能充分利用太阳能的热泵机组，并将其应用于建筑节能，优化能源结构，提高已有太阳能集热器的利用率，降低热源温度，提高太阳能集热器效率，减少建筑能耗，对于改善环境质量和提高我国可持续发展能力具有长远的战略意义和现实的迫切需要。

发明内容

本发明提供了一种多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统，其能提高太阳能集热器效率，减少建筑能耗。

本发明的技术方案是：一种多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统，包括：冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、太阳能集热器、溶液换热器、工质泵、热水循环泵、冷源循环泵、压缩机、节流阀、减压阀、空调末端、供暖末端、冷源端和第一至第二十二电磁阀；

太阳能集热器的一个输出端依次经过第九电磁阀、发生器的换热管、第十二电磁阀与热水循环泵的输入端连接，热水循环泵的输出端接太阳能集热器的输入端；太阳能集热器的另一个输出端依次经过第八电磁阀、吸收器的换热管、第十三电磁阀与热水循环泵的输入端连接，供暖末端的输出端依次经过第十电磁阀、第九电磁阀、发生器的换热管、第十一电磁阀与供暖末端的输入端连接；发生器的汽相输出端依次经过第五电磁阀、冷凝器、节流阀、蒸发器、第十八电磁阀、第十七电磁阀、吸收器与工质泵的输入端连接，工质泵的输出端经过溶液换热器与发生器的液相输入端连接；发生器的液相输出端依次经过溶液换热器、减压阀与吸收器的输入端连接；压缩机的输入端连接在第十八电磁阀和第十七电磁阀之间，压缩机的一个输出端经过第十六电磁阀与吸收器的输入端连接，压缩机的另一个输出端经过第六电磁阀与发生器的汽相输出端连接；冷源循环泵的输出端依次经过第三电磁阀、冷凝器的换热管、第七电磁阀、吸收器的换热管、第十四电磁阀、第十九电磁阀、冷源端与冷源循环泵的输入端连接，第十五电磁阀连接在第十九电磁阀和第十四电磁阀的连接点与吸收器的换热管之间；空调末端的输出端依次经过第一电磁阀、蒸发器的换热管、第二十二电磁阀与空调末端的输入端连接，第四电磁阀连接在空调末端的输出端和冷凝器的换热管之间，第二十电磁阀连接在空调末端的输入端与第十九电磁阀和第十四电磁阀的连接点之间，第二十一电磁阀连接在蒸发器的换热管与第十九电磁阀和冷源端的连接点之间。

本发明的吸收压缩复合式热泵系统，使用同一套吸收器、发生器、冷凝器、压缩机、蒸发器、节流阀、减压阀、电磁阀和溶液热交换器能将太阳能空调、太阳能驱动的吸收压缩式热泵和电压缩式热泵耦合在一起，能在夏天和冬天不同太阳辐射下实现不同的制冷模式和制热模式，可以在多种模式下切换实现高效制冷、制热，节约了成本，解决了太阳能利用的间歇性和不可靠性问题；使用电压缩辅助模式降低太阳能空调对驱动热源温度的要求，提高了太阳能集热器的效率，相应的也减少了建筑能耗。

附图说明

图1是本发明吸收压缩复合式热泵系统在一实施例中的结构原理图；

图2是图1的吸收压缩复合式热泵系统在一制冷模式下的结构原理图；

图3是图1的吸收压缩复合式热泵系统在另一制冷模式下的结构原理图；

图4是图1的吸收压缩复合式热泵系统在又一制冷模式下的结构原理图；

图5是图1的吸收压缩复合式热泵系统在一制热模式下的结构原理图；

图6是图1的吸收压缩复合式热泵系统在另一制热模式下的结构原理图；

图7是图1的吸收压缩复合式热泵系统在又一制热模式下的结构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例做一详细的阐述。

如图1所示，本发明的多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统，包括：冷凝器1、蒸发器7、发生器3、吸收器5、太阳能集热器4、溶液换热器2、工质泵B2、热水循环泵B3、冷源循环泵B1、压缩机6、节流阀J1、减压阀J2、空调末端9、供暖末端10、冷源端8和第一至第二十二电磁阀F1-F22；其中，在蒸发器7、冷凝器1、发生器3、吸收器5里分别设有换热管；

太阳能集热器4的一个输出端依次经过第九电磁阀F9、发生器3的换热管、第十二电磁阀F12与热水循环泵B 3的输入端连接，热水循环泵B3的输出端接太阳能集热器4的输入端，即在太阳能集热器4、第九电磁阀F9、发生器3的换热管、第十二电磁阀F12与热水循环泵B3之间通过管道连接形成一个循环回路；

太阳能集热器4的另一个输出端依次经过第八电磁阀F8、吸收器5的换热管、第十三电磁阀F13与热水循环泵B3的输入端连接，即在太阳能集热器4、第八电磁阀F8、吸收器5的换热管、第十三电磁阀F13与热水循环泵B3之间通过管道连接也形成一个循环回路；

供暖末端10的输出端依次经过第十电磁阀F10、第九电磁阀F9、发生器3的换热管、第十一电磁阀F11与供暖末端10的输入端连接，即在供暖末端10、第十电磁阀F10、第九电磁阀F9、发生器3的换热管、第十一电磁阀F11之间通过管道连接形成一个循环回路；

发生器3的汽相输出端依次经过第五电磁阀F5、冷凝器1、节流阀J1、蒸发器7、第十八电磁阀F18、第十七电磁阀F17、吸收器5与工质泵B2的输入端连接，工质泵B2的输出端经过溶液换热器2与发生器3的液相输入端连接，即在发生器3的汽相输出端、第五电磁阀F5、冷凝器1、节流阀J1、蒸发器7、第十八电磁阀F18、第十七电磁阀F17、吸收器5、工质泵B2、发生器3的液相输入端之间通过管道连接形成一个循环回路；

发生器3的液相输出端依次经过溶液换热器2、减压阀J2与吸收器5的输入端连接；压缩机6的输入端连接在第十八电磁阀F18和第十七电磁阀F17之间，压缩机6的一个输出端经过第十六电磁阀F16与吸收器5的输入端连接，压缩机6的另一个输出端经过第六电磁阀F6与发生器3的汽相输出端连接；

冷源循环泵B1的输出端依次经过第三电磁阀F3、冷凝器1的换热管、第七电磁阀F7、吸收器5的换热管、第十四电磁阀F14、第十九电磁阀F19、冷源端8与冷源循环泵B1的输入端连接，即在冷源循环泵B1、第三电磁阀F3、冷凝器1的换热管、第七电磁阀F7、吸收器5的换热管、第十四电磁阀F14、第十九电磁阀F19、冷源端8之间通过管道连接形成一个循环回路；

第十五电磁阀F15连接在第十九电磁阀F19和第十四电磁阀F14的连接点与吸收器5的换热管之间；空调末端9的输出端依次经过第一电磁阀F1、蒸发器7的换热管、第二十二电磁阀F22与空调末端9的输入端连接，即在空调末端9、第一电磁阀F1、蒸发器7的换热管、第二十二电磁阀F22之间通过管道连接形成一个循环回路；

第四电磁阀F4连接在空调末端9的输出端和冷凝器1的换热管之间，第二十电磁阀F20连接在空调末端9的输入端与第十九电磁阀F19和第十四电磁阀F14的连接点之间，第二十一电磁阀F21连接在蒸发器7的换热管与第十九电磁阀F19和冷源端8的连接点之间。

通过控制电磁阀、节流阀、减压阀的打开或关闭来改变本发明多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统的不同工作模式，即不同的制冷模式和制热模式。其中发生器3在其中一种制热模式下做为吸收器使用，吸收器5做为发生器使用，在太阳能集热器4的出口端分接供暖终端10、发生器3的换热管和吸收器5的换热管以为不同的工作模式提供热源；在蒸发器7、吸收器5、冷凝器1和发生器3之间设置压缩机6，通过控制电磁阀切换压缩机6出口的工质可接吸收器5、冷凝器1和发生器3，从而实现压缩吸收式和电压缩式；冷源端8在蒸发器7和冷凝器1之间切换来实现电压缩制热、制冷以及吸收式制冷循环；空调末端9可接蒸发器7和冷凝器1。在发生器3或吸收器5里可以使用双工质(比如氨水)、三元工质或其他混合工质。

本发明多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统可以有三种制冷模式和三种制热模式：

在第一种制冷模式下，如图2，在夏季太阳辐射充足、热水温度高时使用，此时第一电磁阀F1、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第七电磁阀F7、第九电磁阀F9、第十二电磁阀F12、第十四电磁阀F14、第十七电磁阀F17、第十八电磁阀F18、第十九电磁阀F19、第二十二电磁阀F22、节流阀J1和减压阀J2分别打开，其他电磁阀分别关闭；太阳能集热器4、第九电磁阀F9、发生器3的换热管、第十二电磁阀F12和热水循环泵B3形成热水循环回路；发生器3、第五电磁阀F5、冷凝器1、节流阀J1、蒸发器7、第十七电磁阀F17、第十八电磁阀F18、吸收器5、减压阀J2、工质泵B2和溶液换热器2构成吸收式制冷工质循环回路；空调末端9、第一电磁阀F1、第二十二电磁阀F22和蒸发器7的换热管构成冷冻水循环回路；冷源端8、冷源循环泵B1、第三电磁阀F3、冷凝器1的换热管、第七电磁阀F7、吸收器5的换热管、第十四电磁阀F14和第十九电磁阀F19构成冷冻水循环回路。

工作原理如下：冷源端8的冷水在冷源循环泵B1的作用下在冷凝器1的换热管、吸收器5的换热管之间进行循环，热水经太阳能集热器4加热后进入发生器3的换热管，加热发生器3里的液相工质后，在热水循环泵B3作用下送回太阳能集热器4里；发生器3里的汽相工质从发生器3的汽相输出端经第五电磁阀F5进入冷凝器1被冷源端8的冷水冷凝，冷凝后经节流阀J1进入蒸发器7里，被蒸发器7的换热管利用空调末端9带来的热量蒸发，蒸发后的汽相工质进入吸收器5里，被吸收器5的工质换热管吸收，吸收热被与冷凝器1串联的冷却水带走，吸收器5吸收后的液相工质在工资泵B2作用下送到溶液换热器2，与发生器3的液相输出端输出到溶液换热器2里的液相工质进行热量交换，至此完成制冷循环。

在第二种制冷模式下，如图3，在夏季太阳辐射不充足，热水温度较低不足以独立推动吸收式制冷时使用，此时第一电磁阀F1、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第七电磁阀F7、第九电磁阀F9、第十二电磁阀F12、第十四电磁阀F14、第十六电磁阀F16、第十八电磁阀F18、第十九电磁阀F19、第二十二电磁阀F22、节流阀J1和减压阀J2分别打开，其他电磁阀分别关闭，并启动压缩机6。太阳能集热器4、第九电磁阀F9、发生器3的换热管、第十二电磁阀F12和热水循环泵B3构成热水循环回路；发生器3、第五电磁阀F5、冷凝器1、节流阀J1、蒸发器7、第十六电磁阀F16、第十八电磁阀F18、压缩机6、吸收器5、减压阀J2、工质泵B2和溶液换热器2构成吸收式制冷工质循环回路；空调末端9、第一电磁阀F1、第二十二电磁阀F22和蒸发器7的换热管构成冷冻水循环回路；冷源端8、冷源循环泵B1、第三电磁阀F 3、冷凝器1的换热管、第七电磁阀F7、吸收器5的换热管、第十四电磁阀F14和第十九电磁阀F19构成冷却水循环回路。

工作原理如下：冷源端8的冷水在冷源循环泵B1的作用下在冷凝器1的换热管、吸收器5的换热管之间进行循环，热水经太阳能集热器4加热后进入发生器3的换热管，加热发生器3里的液相工质后，在热水循环泵B3作用下送回太阳能集热器4里；发生器3里的汽相工质从发生器3的汽相输出端经第五电磁阀F5进入冷凝器1被冷源端8的冷水冷凝，冷凝后经节流阀J1进入蒸发器7里，被蒸发器7的换热管利用空调末端9带来的热量蒸发，蒸发后的汽相工质进入压缩机6增压后进入吸收器5里，被吸收器5的换热管吸收，吸收热被与冷凝器1串联的冷却水带走，吸收器5吸收后的液相工质在工资泵B2作用下送到溶液换热器2，与发生器3的液相输出端输出到溶液换热器2里的液相工质进行热量交换，至此完成制冷循环。由于压缩机6的加入使得吸收压力升高，从而改变溶液吸收终了的浓度，使得发生温度可以进一步降低。

在第三种制冷模式下，如图4，在夏季无太阳辐射时使用，此时第一电磁阀F1、第三电磁阀F3、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第七电磁阀F7、第十五电磁阀F15、第十八电磁阀F18、第十九电磁阀F19、第二十二电磁阀F22和节流阀J1分别打开，减压阀J2和其他电磁阀分别关闭，并启用压缩机6。空调末端9、第一电磁阀F1、蒸发器7的换热管、第二十二电磁阀F22构成冷冻水循环回路；蒸发器7、压缩机6、第六电磁阀F6、第五电磁阀F5、第十八电磁阀F18、冷凝器1和节流阀J1构成工质循环回路；冷源8、冷源循环泵B1、第三电磁阀F3、冷凝器3的换热管、第七电磁阀F7、第十五电磁阀F15和第十九电磁阀F19构成冷却水循环回路。

工作原理如下：系统仍使用吸收压缩复合式热泵中的汽相工质，冷源端8的冷水在冷源循环泵B1的作用下在冷凝器1的换热管、第七电磁阀F7、第十五电磁阀F15、第十九电磁阀F19之间进行循环，液相工质在蒸发器7中蒸发带走冷冻水的热量后，进入压缩机6被压缩，压缩后的高温高压汽体在冷凝器1中被冷凝，冷凝后的液相工质经节流阀J1后进入蒸发器再次蒸发，完成制冷循环。

在第一种制热模式下，如图5，在冬季太阳辐射充足时使用，此时第十电磁阀F10、第十一电磁阀F11、第十二电磁阀F12分别打开，节流阀J1、减压阀J2和其他电磁阀分别关闭。太阳能集热器4、第十电磁阀F10、供暖末端10、第十一电磁阀F11、第十二电磁阀F12和热水循环泵B3直接构成了供暖回路。热水经太阳能集热器4加热后直接进入供暖末端10，而后经热水循环泵B3回到太阳能集热器4再次被加热，完成供暖循环。

在第二种制热模式下，如图6，在冬季太阳辐射不充足，水温不能独立满足供暖需求时使用，此时第六电磁阀F6、第八电磁阀F8、第九电磁阀F9、第十电磁阀F10、第十一电磁阀F11、第十三电磁阀F13、第十七电磁阀F17和减压阀J2分别打开，节流阀J1和其他电磁阀分别关闭；此时吸收器做发生器使用，发生器做吸收器使用。太阳能集热器4、第八电磁阀F8、吸收器5的换热管、第十三电磁阀F13和热水循环泵B3直接构成了低温太阳能热水回路；供暖末端10、第十电磁阀F10、第九电磁阀F9、发生器3的换热管和第十一电磁阀F11构成供暖热水回路；吸收器5、第十七电磁阀F17、压缩机6、第六电磁阀F6、发生器3、溶液换热器2、减压阀J2和工质泵B2组成工质循环回路；三个循环回路组成吸收压缩复合式热泵循环。

工作原理如下：太阳能集热器4出口的高温热水经第八电磁阀F8切换后进入吸收器5的换热管，吸收器5产生的低温低压蒸汽经压缩机6压缩后进入发生器3，高温高压吸收，产生的热量被供暖末端10的循环水带走。发生器3吸收终了的液相工质进入溶液换热器2与发生终了的液相工质换热，而后经节流阀J2进入吸收器5，完成吸收制热循环。

在第三种制热模式下，如图7，在冬季无太阳辐射时使用，此时第二电磁阀F2、第四电磁阀F4、第五电磁阀F5、第六电磁阀F6、第七电磁阀F7、第十五电磁阀F15、第十八电磁阀F18、第二十电磁阀F20、第二十一电磁阀F21和节流阀J1分别打开，减压阀J2和其他电磁阀分别关闭。空调末端9、第四电磁阀F4、冷凝器1的换热管、第七电磁阀F7、第十五电磁阀F15和第二十电磁阀F20组成供暖热水循环回路；冷源端8、冷源循环泵B1、第二电磁阀F2、蒸发器7的换热管和第二十一电磁阀F21组成热工低温热源循环；蒸发器7、第十八电磁阀F18、压缩机6、第六电磁阀F6、第五电磁阀F5、冷凝器和节流阀J1构成热泵工质循环；三个循环回路组成电压缩机驱动的制热系统。

工作原理如下：系统仍使用吸收压缩复合式热泵中的汽相工质，液相工质在蒸发器7中蒸发带走冷源端8的热量后，进入压缩机6被压缩，压缩后的高温高压气体在冷凝器1中被冷凝，空调末端9的进水被加热；冷凝后的液相工质经节流阀J1后进入蒸发器7再次蒸发，完成循环。

综上所述，本发明能在夏天和冬天不同太阳辐射下实现不同的制冷模式和制热模式，可以在多种模式下切换实现高效制冷、制热，节约了成本，解决了太阳能利用的间歇性和不可靠性问题；使用电压缩辅助模式降低太阳能空调对驱动热源温度的要求，提高了太阳能集热器的效率，相应的也减少了建筑能耗。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统，其特征在于，包括：冷凝器、蒸发器、发生器、吸收器、太阳能集热器、溶液换热器、工质泵、热水循环泵、冷源循环泵、压缩机、节流阀、减压阀、空调末端、供暖末端、冷源端和第一至第二十二电磁阀；

太阳能集热器的一个输出端依次经过第九电磁阀、发生器的换热管、第十二电磁阀与热水循环泵的输入端连接，热水循环泵的输出端接太阳能集热器的输入端；太阳能集热器的另一个输出端依次经过第八电磁阀、吸收器的换热管、第十三电磁阀与热水循环泵的输入端连接，供暖末端的输出端依次经过第十电磁阀、第九电磁阀、发生器的换热管、第十一电磁阀与供暖末端的输入端连接；发生器的汽相输出端依次经过第五电磁阀、冷凝器、节流阀、蒸发器、第十八电磁阀、第十七电磁阀、吸收器与工质泵的输入端连接，工质泵的输出端经过溶液换热器与发生器的液相输入端连接；发生器的液相输出端依次经过溶液换热器、减压阀与吸收器的输入端连接；压缩机的输入端连接在第十八电磁阀和第十七电磁阀之间，压缩机的一个输出端经过第十六电磁阀与吸收器的输入端连接，压缩机的另一个输出端经过第六电磁阀与发生器的汽相输出端连接；冷源循环泵的输出端依次经过第三电磁阀、冷凝器的换热管、第七电磁阀、吸收器的换热管、第十四电磁阀、第十九电磁阀、冷源端与冷源循环泵的输入端连接，第十五电磁阀连接在第十九电磁阀和第十四电磁阀的连接点与吸收器的换热管之间；空调末端的输出端依次经过第一电磁阀、蒸发器的换热管、第二十二电磁阀与空调末端的输入端连接，第四电磁阀连接在空调末端的输出端和冷凝器的换热管之间，第二十电磁阀连接在空调末端的输入端与第十九电磁阀和第十四电磁阀的连接点之间，第二十一电磁阀连接在蒸发器的换热管与第十九电磁阀和冷源端的连接点之间。

2.根据权利要求1所述的多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统，其特征在于：

在第一种制冷模式下，第一电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀、第七电磁阀、第九电磁阀、第十二电磁阀、第十四电磁阀、第十七电磁阀、第十八电磁阀、第十九电磁阀、第二十二电磁阀、节流阀和减压阀分别打开，其他电磁阀分别关闭；

在第二种制冷模式下，第一电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀、第七电磁阀、第九电磁阀、第十二电磁阀、第十四电磁阀、第十六电磁阀、第十八电磁阀、第十九电磁阀、第二十二电磁阀、节流阀和减压阀分别打开，其他电磁阀分别关闭；

在第三种制冷模式下，第一电磁阀、第三电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第十五电磁阀、第十八电磁阀、第十九电磁阀、第二十二电磁阀和节流阀分别打开，减压阀和其他电磁阀分别关闭。

3.根据权利要求1或2所述的多热源驱动的吸收压缩复合式热泵系统，其特征在于：

在第一种制热模式下，第十电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀分别打开，节流阀、减压阀和其他电磁阀分别关闭；

在第二种制热模式下，第六电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀、第十一电磁阀、第十三电磁阀、第十七电磁阀和减压阀分别打开，节流阀和其他电磁阀分别关闭；

在第三种制热模式下，第二电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第十五电磁阀、第十八电磁阀、第二十电磁阀、第二十一电磁阀和节流阀分别打开，减压阀和其他电磁阀分别关闭。 

Images