CN111609578A - 小型多模式太阳能辅助家用空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型多模式太阳能辅助家用空调系统，涉及空调系统领域，包括太阳能集热器、第一热水泵、蓄热水箱、第二热水泵、吸收式循环发生器、吸收式循环冷凝器、吸收式循环节流阀、吸收式循环蒸发器、吸收式循环绝热吸收器、溶液热交换器、溶液调节阀、溶液循环泵、冷剂水再循环泵、溶液风冷预冷器、压缩式循环冷凝器、风机、压缩式循环节流阀、压缩式循环蒸发器、压缩机和三通阀。本发明有效规避了风冷机组的结晶故障，降低了系统总耗电量，显著缩小了系统体积并实现一体化结构设计，推动了吸收压缩耦合系统在小型化家用空调的应用。

Description

小型多模式太阳能辅助家用空调系统

技术领域

本发明涉及空调系统领域，尤其涉及一种小型多模式太阳能辅助家用空调系统。

背景技术

随着社会科技的发展和人民生活水平的提高，人们对住宅舒适度的要求也随之提升。空调系统是提升热舒适度水平的主要设备，家用分体式空调因其紧凑、便于安装的特点，成为全国范围内应用最广的制冷系统。随着空调安装量逐年攀升，夏季巨大的供冷能耗给电网造成较大压力。

太阳能驱动的吸收式空调系统，直接以太阳能热能为驱动能源，因此，可以有效缓解电网压力。然而，由于太阳能的季节性和间歇性难以提供稳定的热源，吸收式空调系统无法满足持续稳定的供冷需求。将太阳能驱动的吸收式空调系统与电能驱动的压缩式系统相耦合，可有效降低供冷造成的电能消耗、满足用户侧任一时段的供冷需求，且使整个系统性能得到提高，是解决住宅建筑夏季能耗过高的有效方法。

由于同一额定制冷量下，相比压缩式制冷系统，吸收式制冷机的体积过于庞大，小型化设计不可避免要降低系统性能。此外，应用广泛的水冷溴化锂吸收式制冷系统需要配备冷却塔和冷却水循环和补水管等从而使得系统结构复杂，难以实现小型化住宅应用；风冷溴化锂吸收式制冷系统可满足一体化结构设计，但由于冷却温度高而容易引发结晶故障。吸收式与压缩式构成耦合系统同样由于体积及冷却性能方面的缺点，而使其小型化、家用化进程受到严重阻碍。此外，现有的吸收压缩耦合系统运行模式单一、太阳能利用率低下使得系统经济性不高，难以推广。

因此，本领域的技术人员致力于提供一种结构紧凑、电能消耗低的太阳能辅助家用空调系统，实现小型化和多模式运行。

发明内容

有鉴于现有技术上的缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种结构紧凑、电能消耗低的小型多模式太阳能辅助家用空调系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种小型多模式太阳能辅助家用空调系统，包括太阳能集热器、第一热水泵、蓄热水箱、第二热水泵、吸收式循环发生器、吸收式循环冷凝器、吸收式循环节流阀、吸收式循环蒸发器、吸收式循环绝热吸收器、溶液热交换器、溶液调节阀、溶液循环泵、冷剂水再循环泵、溶液风冷预冷器、压缩式循环冷凝器、风机、压缩式循环节流阀、压缩式循环蒸发器、压缩机和三通阀；

所述太阳能集热器的出口连接所述蓄热水箱的第一进口，所述蓄热水箱的第一出口通过所述第二热水泵连接所述吸收式循环发生器的进口，所述吸收式循环发生器的出口连接所述蓄热水箱的第二进口，所述蓄热水箱的第二出口通过所述第一热水泵连接所述太阳能集热器的进口；

所述吸收式循环发生器的第三端口连接所述吸收式循环冷凝器的进口，所述吸收式循环冷凝器的出口通过所述吸收式循环节流阀连接所述吸收式循环蒸发器；

所述吸收式循环绝热吸收器的出口经所述溶液循环泵后分为两个支路，第一个支路连接所述溶液风冷预冷器的进口，第二个支路通过所述溶液调节阀、所述溶液热交换器连接所述吸收式循环发生器的第四端口；

所述吸收式循环发生器的第五端口经所述溶液热交换器后与所述吸收式循环绝热吸收器出口的第一个支路汇合，所述溶液风冷预冷器的出口连接所述吸收式循环绝热吸收器的进口；

所述吸收式循环蒸发器的第一出口通过所述冷剂水再循环泵连接所述吸收式循环蒸发器的第一进口；

所述压缩机的出口连接所述三通阀的第一端口，所述三通阀的第二端口连接所述压缩式循环冷凝器的进口，所述三通阀的第三端口与所述压缩式循环冷凝器的出口汇合后连接所述吸收式循环蒸发器的第二进口，所述吸收式循环蒸发器的第二出口通过所述压缩式循环节流阀连接所述压缩式循环蒸发器的进口，所述压缩式循环蒸发器的出口连接所述压缩机的进口；

所述压缩机、所述三通阀、所述压缩式循环冷凝器、所述吸收式循环蒸发器、所述压缩式循环节流阀和所述压缩式循环蒸发器构成压缩式循环，所述吸收式循环发生器、所述溶液热交换器、所述溶液风冷预热器、所述吸收式循环绝热吸收器、所述溶液调节阀、所述吸收式循环冷凝器、所述吸收式循环节流阀和所述吸收式循环蒸发器构成吸收式循环。

进一步地，所述吸收式循环中使用的工质对为无机盐溶液工质对；所述压缩式循环中使用的工质为环保制冷剂。

进一步地，所述吸收式循环冷凝器、所述溶液风冷预冷器、所述压缩式循环冷凝器并列排放并通过所述风机统一散热。

进一步地，所述溶液热交换器为板式换热器。

进一步地，所述压缩机为变频压缩机。

进一步地，所述空调系统的运行方式包括压缩式循环单独运行、吸收式辅助过冷却运行和吸收式辅助复叠运行，所述运行方式根据太阳辐照强度进行切换。

进一步地，在所述压缩式循环单独运行方式中，所述三通阀的第一端口和第二端口连通，所述第二热水泵、所述溶液循环泵和所述冷剂水再循环泵处于关闭状态。

进一步地，在所述吸收式辅助过冷却运行方式中，所述三通阀的第一端口和第二端口连通，所述第二热水泵、所述溶液循环泵和所述冷剂水再循环泵处于开启状态。

进一步地，在所述吸收式辅助复叠运行方式中，所述三通阀的第一端口和第三端口连通，所述第二热水泵、所述溶液循环泵和所述冷剂水再循环泵处于开启状态。

进一步地，在三种所述运行方式中，所述压缩机、所述压缩式循环节流阀和所述风机均处于开启和工作状态。

本发明至少具有如下有益技术效果：

1、本发明提供的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，将溶液吸收过程通过吸收式循环绝热吸收器和溶液风冷预冷器进行传热传质分离，可对吸收过程的传热和传质分别进行强化，有利于机组的高效化和小型化；溶液循环泵出口一部分稀溶液与吸收式循环发生器出口的浓溶液混合后进入溶液风冷预冷器，预冷后的溶液达到过冷状态具有较强的水蒸气吸收能力，有效降低了风冷溴化锂制冷剂的吸收冷却温度，扩宽了风冷吸收循环的运行温区，规避了其由于结晶引起系统故障的风险。

2、本发明提供的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，通过将吸收式循环和压缩式循环进行过冷耦合和复叠耦合的方式，提高了吸收式循环的蒸发温度从而降低其热源驱动温度，充分利用了低品位太阳能产生低品位冷量，并将低品位冷量高效地转换为高品位冷量进行供冷，减少了对电能的消耗，缓解了电力供应的压力。

3、本发明提供的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，根据太阳辐照强度切换系统运行方式，包括压缩式循环单独运行、吸收式辅助过冷却和吸收式辅助复叠运行方式，充分提高系统的太阳能利用率，使系统经济性得到提高。

4、本发明提供的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，使用风冷吸收式制冷机，并将吸收式循环冷凝器、溶液风冷预冷器和压缩式循环冷凝器并列排放，且使用风机进行统一的风冷散热，显著缩小了系统的体积，实现了一体化结构设计。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的压缩式循环单独运行模式的结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的吸收式辅助过冷却运行模式的结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的吸收式辅助复叠运行模式的结构示意图。

其中，1-太阳能集热器，2-第一热水泵，3-蓄热水箱，4-第二热水泵，5-吸收式循环发生器，6-吸收式循环冷凝器，7-吸收式循环节流阀，8-吸收式循环蒸发器，9-吸收式循环绝热吸收器，10-溶液热交换器，11-溶液调节阀，12-溶液循环泵，13-冷剂水再循环泵，14-溶液风冷预冷器，15-压缩式循环冷凝器，16-风机，17-压缩式循环节流阀，18-压缩式循环蒸发器，19-压缩机，20-三通阀。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，本发明的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，包括太阳能集热器1、第一热水泵2、蓄热水箱3、第二热水泵4、吸收式循环发生器5、吸收式循环冷凝器6、吸收式循环节流阀7、吸收式循环蒸发器8、吸收式循环绝热吸收器9、溶液热交换器10、溶液调节阀11、溶液循环泵12、冷剂水再循环泵13、溶液风冷预冷器14、压缩式循环冷凝器15、风机16、压缩式循环节流阀17、压缩式循环蒸发器18、压缩机19和三通阀20。

太阳能集热器1的出口连接蓄热水箱3的第一进口，蓄热水箱3的第一出口通过第二热水泵4连接吸收式循环发生器5的进口，吸收式循环发生器5的出口连接蓄热水箱3的第二进口，蓄热水箱3的第二出口通过第一热水泵2连接太阳能集热器1的进口。

吸收式循环发生器5的第三端口连接吸收式循环冷凝器6的进口，吸收式循环冷凝器6的出口通过吸收式循环节流阀7连接吸收式循环蒸发器8。

吸收式循环绝热吸收器9的出口经溶液循环泵12后分为两个支路，第一个支路连接溶液风冷预冷器14的进口，第二个支路通过溶液调节阀11、溶液热交换器10连接吸收式循环发生器5的第四端口。

吸收式循环发生器5的第五端口经溶液热交换器10与吸收式循环绝热吸收器9的出口的第一个支路汇合，溶液风冷预冷器14的出口连接吸收式循环绝热吸收器9的进口。

吸收式循环蒸发器8的第一出口通过冷剂水再循环泵13连接吸收式循环蒸发器8的第一进口。

压缩机19的出口连接三通阀20的第一端口，三通阀20的第二端口连接压缩式循环冷凝器15的进口，三通阀20的第三端口与压缩式循环冷凝器15的出口汇合后连接吸收式循环蒸发器8的第二进口，吸收式循环蒸发器8的第二出口通过压缩式循环节流阀17连接压缩式循环蒸发器18的进口，压缩式循环蒸发器18的出口连接压缩机19的进口。

压缩机19、三通阀20、压缩式循环冷凝器15、吸收式循环蒸发器8、压缩式循环节流阀17和压缩式循环蒸发器18构成压缩式循环，吸收式循环发生器5、溶液热交换器10、溶液风冷预冷器14、吸收式循环绝热吸收器9、溶液调节阀11、吸收式循环冷凝器6、吸收式循环节流阀7和吸收式循环蒸发器8构成吸收式循环。

吸收式循环冷凝器6、溶液风冷预冷器14和压缩式循环冷凝器15并列排放，使用风机16进行风冷散热。

本发明的一个较佳实施例中，吸收式循环中使用的工质对优选溴化锂溶液等循环过程无需精馏的无机盐溶液工质对；压缩式循环中使用的工质优选R134a、R410A等制冷空调工况适用的环保制冷剂；溶液热交换器10优选板式换热器；压缩机19优选变频压缩机。

本发明的小型多模式太阳能辅助家用空调系统的吸收式循环吸收过程中，传热传质过程相互分离，传热过程在溶液风冷预冷器14进行，传质过程在吸收式循环绝热吸收器9内进行；吸收式循环的冷凝热和吸收热分别在吸收式循环冷凝器6和溶液风冷预冷器14中排放至环境。

通过调节三通阀20使压缩式循环冷凝器15接入循环或短路，将压缩循环模式分为过冷却耦合模式和复叠耦合模式。

本发明的小型多模式太阳能辅助家用空调系统的运行方式，包括压缩式循环单独运行、吸收式辅助过冷却运行和吸收式辅助复叠运行，根据太阳辐照强度进行运行方式的切换。在三种运行方式中，压缩机19、压缩式循环节流阀17和风机16均处于开启和工作状态。

如图1所示，在本实施例的压缩式循环单独运行方式中，启动压缩机19使其处于工作状态，连通三通阀20的第一端口和第二端口，相应的冷凝热在压缩式循环冷凝器15通过风机16排放至环境；制冷剂蒸汽在压缩式循环冷凝器15出口冷却至50℃后通过压缩式循环节流阀17节流产生2℃低温冷量，用于满足住宅室内冷负荷需求；在该运行方式中，第二热水泵4、溶液循环泵12和冷剂水再循环泵13处于关闭状态。

如图2所示，在本实施例的吸收式辅助过冷却运行方式中，当太阳辐照一般、蓄热水箱3蓄存热量温度足以驱动吸收式循环，且产生冷量温度低于压缩式循环冷凝器15出口温度，但冷量不足以平衡压缩式循环冷凝器15热负荷时，系统处于吸收式辅助过冷却运行方式。保持三通阀20的第一端口和第二端口连通，启动第二热水泵4，使蓄热水箱3中所蓄存的太阳能热能流进吸收式循环发生器5，同时启动溶液循环泵12和冷剂水再循环泵13。溶液循环泵12出口一部分溶液通过溶液调节阀11、溶液热交换器10后进入吸收式循环发生器5，另一部分溶液在溶液风冷预冷器14进口与来自吸收式循环发生器5的浓溶液混合后进入溶液风冷预冷器14进行散热，随后进入吸收式循环绝热吸收器9吸收水蒸气形成稀溶液。吸收式循环的冷凝热和吸收热分别在吸收式循环冷凝器6和溶液风冷预冷器14中排放至环境中，吸收式循环蒸发器8制备的25℃冷量传递至压缩式循环冷凝器15出口处用于使制冷剂达到过冷状态；过冷状态的制冷剂经过压缩式循环节流阀17后产生2℃冷量满足用户侧制冷需求。当蓄热水箱3顶层温度低于65℃时关闭第二热水泵4、溶液循环泵12和冷剂水再循环泵13，停止吸收式循环运行状态。

如图3所示，在本实施例的吸收式辅助复叠运行方式中，当太阳辐照强烈、蓄热水箱3蓄存热量温度足以驱动吸收式循环，且吸收式循环产生冷量足以平衡压缩式循环冷凝器15的热负荷时，系统处于吸收式辅助复叠运行方式。连通三通阀20的第一端口和第三端口，启动第二热水泵4，使蓄热水箱3中所蓄存的太阳能热能流进吸收式循环发生器5，同时启动溶液循环泵12和冷剂水再循环泵13。溶液循环泵12出口一部分溶液通过溶液调节阀11、溶液热交换器10后进入吸收式循环发生器5，另一部分溶液在溶液风冷预冷器14进口与来自吸收式循环发生器5的浓溶液混合后进入溶液风冷预冷器14进行散热，随后进入吸收式循环绝热吸收器9吸收水蒸气形成稀溶液。制冷剂经压缩机19压缩后无需经过压缩式循环冷凝器15，直接进入吸收式循环蒸发器8冷却，经过压缩式循环节流阀17节流后产生2℃低温冷量后在压缩式循环蒸发器18中释放，用于满足建筑冷负荷需求。

本发明的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，有效规避了风冷机组结晶故障，降低了系统总耗电量，缓解了电力供应的压力；同时显著缩小了系统体积并实现一体化结构设计，推动吸收压缩耦合系统在小型化家用空调的应用。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，包括太阳能集热器、第一热水泵、蓄热水箱、第二热水泵、吸收式循环发生器、吸收式循环冷凝器、吸收式循环节流阀、吸收式循环蒸发器、吸收式循环绝热吸收器、溶液热交换器、溶液调节阀、溶液循环泵、冷剂水再循环泵、溶液风冷预冷器、压缩式循环冷凝器、风机、压缩式循环节流阀、压缩式循环蒸发器、压缩机和三通阀；

所述太阳能集热器的出口连接所述蓄热水箱的第一进口，所述蓄热水箱的第一出口通过所述第二热水泵连接所述吸收式循环发生器的进口，所述吸收式循环发生器的出口连接所述蓄热水箱的第二进口，所述蓄热水箱的第二出口通过所述第一热水泵连接所述太阳能集热器的进口；

所述吸收式循环发生器的第三端口连接所述吸收式循环冷凝器的进口，所述吸收式循环冷凝器的出口通过所述吸收式循环节流阀连接所述吸收式循环蒸发器；

所述吸收式循环绝热吸收器的出口经所述溶液循环泵后分为两个支路，第一个支路连接所述溶液风冷预冷器的进口，第二个支路通过所述溶液调节阀、所述溶液热交换器连接所述吸收式循环发生器的第四端口；

所述吸收式循环发生器的第五端口经所述溶液热交换器后与所述吸收式循环绝热吸收器出口的第一个支路汇合，所述溶液风冷预冷器的出口连接所述吸收式循环绝热吸收器的进口；

所述吸收式循环蒸发器的第一出口通过所述冷剂水再循环泵连接所述吸收式循环蒸发器的第一进口；

所述压缩机的出口连接所述三通阀的第一端口，所述三通阀的第二端口连接所述压缩式循环冷凝器的进口，所述三通阀的第三端口与所述压缩式循环冷凝器的出口汇合后连接所述吸收式循环蒸发器的第二进口，所述吸收式循环蒸发器的第二出口通过所述压缩式循环节流阀连接所述压缩式循环蒸发器的进口，所述压缩式循环蒸发器的出口连接所述压缩机的进口；

所述压缩机、所述三通阀、所述压缩式循环冷凝器、所述吸收式循环蒸发器、所述压缩式循环节流阀和所述压缩式循环蒸发器构成压缩式循环，所述吸收式循环发生器、所述溶液热交换器、所述溶液风冷预冷器、所述吸收式循环绝热吸收器、所述溶液调节阀、所述吸收式循环冷凝器、所述吸收式循环节流阀和所述吸收式循环蒸发器构成吸收式循环。

2.如权利要求1所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，所述吸收式循环中使用的工质对为无机盐溶液工质对；所述压缩式循环中使用的工质为环保制冷剂。

3.如权利要求1所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，所述吸收式循环冷凝器、所述溶液风冷预冷器、所述压缩式循环冷凝器并列排放并通过所述风机统一散热。

4.如权利要求1所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，所述溶液热交换器为板式换热器。

5.如权利要求1所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，所述压缩机为变频压缩机。

6.如权利要求1所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，所述空调系统的运行方式包括压缩式循环单独运行、吸收式辅助过冷却运行和吸收式辅助复叠运行，所述运行方式根据太阳辐照强度进行切换。

7.如权利要求6所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，在所述压缩式循环单独运行方式中，所述三通阀的第一端口和第二端口连通，所述第二热水泵、所述溶液循环泵和所述冷剂水再循环泵处于关闭状态。

8.如权利要求6所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，在所述吸收式辅助过冷却运行方式中，所述三通阀的第一端口和第二端口连通，所述第二热水泵、所述溶液循环泵和所述冷剂水再循环泵处于开启状态。

9.如权利要求6所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，在所述吸收式辅助复叠运行方式中，所述三通阀的第一端口和第三端口连通，所述第二热水泵、所述溶液循环泵和所述冷剂水再循环泵处于开启状态。

10.如权利要求6所述的小型多模式太阳能辅助家用空调系统，其特征在于，在三种所述运行方式中，所述压缩机、所述压缩式循环节流阀和所述风机均处于开启和工作状态。

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