CN113915795A - 一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统及其制冷制热方法，包括太阳能集热单元、溶液潜热储能单元和压缩式热泵单元；溶液潜热储能单元包括密闭罐体，密闭罐体内的顶部设置有蒸发冷凝器，其中蒸发冷凝器的正上方设置有冷剂水喷淋管，在蒸发冷凝器的正下方设置有冷剂水收集盘，所述冷剂水收集盘的底部出口通过管道与冷剂水收集罐相连，冷剂水收集罐的出口通过冷剂水循环泵与冷剂水喷淋相连，所述蒸发冷凝器的两端分别与压缩式热泵单元相连；密闭罐体底部具有两个出口，一者与稀溶液罐相连，另一者与浓溶液罐相连；本系统能够有效降低压缩机能耗，节省高品位电能，解决传统太阳能热泵间隙供暖问题，实现太阳能等低品位能源高效提质利用。

Description

一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统

技术领域

本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统及其制冷制热方法。

背景技术

近年来随着低碳全球化的不断深入和我国双碳国家战略的实施，能源低碳化备受瞩目，开发新能源、提高能源利用率、实现能源的低碳可持续发展已是必然的发展趋势。太阳能、地热能等低品位能源作为分布广泛的清洁能源是最受大家关注的重要低碳能源，利用太阳能、地热能等低品位能源实现高效地制冷制热也已成为最热门的研究方向之一。

电压缩式热泵具有满足用户冷热要求、连续稳定运行等特点，但因其消耗大量的高品位能源，不具有减碳的显著优势，且在严寒及寒冷地区存在制热效率低的劣势；太阳能驱动的吸收式制冷存在发生温度要求较高、常需要辅助加热、机组效率低、日照强度变化呈现间歇工作等缺点，限制其推广与应用。

为提高能源利用效率，实现低碳能源的高效利用，太阳能吸收式热泵循环与电压缩式热泵循环等组成的复叠循环应运而生，其提高了低品位能源的利用率，减少了系统高品位能耗，但这些循环仍然没有解决电压缩式热泵循环冬季制热效率低的问题，也未能克服日照强度间歇性问题带来的全天候工作难题。现有技术一公开了一种太阳能蓄热子系统所蓄热量用于除霜和补气增焓，补气增焓通过经济器来消耗是系统内部能量，可见能量效率还有进一步提升空间，并未考虑太阳能不足时无法有效实现除霜问题；再如现有技术二公开一种地热利用供热系统，将吸收式热泵和蒸气压缩式热泵复合应用，从而实现了利用地热能的目的，然而该复合系统未有效解决蒸气压缩式热泵在寒冷地区存在制热效率低的问题，从而限制了该系统在寒冷地区的应用。因此，如何破解制冷/热系统受环境参数波动影响而产生的间歇运行或运行不稳定等难题成为热泵空调领域亟需攻克的关键技术难题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统及其制冷制热方法，本装置能够有效降低压缩机能耗，节省高品位电能，解决传统太阳能热泵间隙供暖问题，实现太阳能等低品位能源高效提质利用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，包括太阳能集热单元、溶液潜热储能单元和压缩式热泵单元；所述溶液潜热储能单元包括密闭罐体，密闭罐体内的顶部设置有蒸发冷凝器，其中蒸发冷凝器的正上方设置有冷剂水喷淋管，在蒸发冷凝器的正下方设置有冷剂水收集盘，所述冷剂水收集盘的底部出口通过管道与冷剂水收集罐相连，冷剂水收集罐的出口通过冷剂水循环泵与冷剂水喷淋相连，所述蒸发冷凝器的两端分别与压缩式热泵单元相连；密闭罐体底部具有两个出口，一者与稀溶液罐相连，另一者与浓溶液罐相连；所述稀溶液罐的出口与稀溶液循环泵连接，稀溶液循环泵排出的稀盐溶液经过所述太阳能集热单元进行加热后，由设置在密闭罐体内的稀溶液喷淋管喷洒进密闭罐体内，其所产生的水蒸气上升至蒸发冷凝器处冷凝为液体冷剂水，被冷剂水收集盘进行收集，其所产生的浓盐溶液由密闭罐体底部出口收集进入浓溶液罐内；所述浓溶液罐出口与浓溶液循环泵连接，浓溶液循环泵排出的浓盐溶液，由设置在密闭罐体内的浓溶液喷淋管喷洒在位于其下方的溶液冷却换热器的表面，以吸收冷剂水在蒸发冷凝器表面吸热蒸发所产生的水蒸气，该水蒸气由冷剂水喷淋管将来自所述冷剂水收集罐的冷剂水喷洒在所述蒸发冷凝器外部时吸热生成。

作为优选方案，所述密闭罐体与稀溶液罐之间设置有第一控制阀，所述密闭罐体与浓溶液罐之间设置有第二控制阀，所述冷剂水收集盘与冷剂水收集罐之间设置有第三控制阀；当第一控制阀关闭，第二控制阀和第三控制阀开启，用于当稀溶液循环泵运行时，由稀盐溶液加热后生成的浓盐溶液，由第二控制阀通过进入所述浓溶液罐，由稀盐溶液加热后生成的水蒸气，在蒸发冷凝器处冷凝为液态冷剂水，由第三控制阀收集进入冷剂水收集罐内；当第一控制阀开启，第二控制阀和第三控制阀关闭，用于当浓溶液循环泵和冷剂水循环泵运行时，冷剂水收集罐内的液体冷剂水由冷剂水喷淋管喷洒在所述蒸发冷凝器外表面，从而吸热变为水蒸气，浓溶液喷淋管将浓盐溶液喷洒在溶液冷却换热器的表面，对冷剂水转化成的水蒸气吸收放热，并重新生成稀盐溶液，由第一控制阀收集进入稀溶液罐。

作为优选方案，所述溶液冷却换热器的一端与设置在密闭罐体外部的第二热质交换设备的进口连接，溶液冷却换热器的另一端与第二热质交换设备的出口通过水循环泵Ⅱ相连，用于将溶液冷却换热器内吸收热通过第二热质交换设备与外部环境进行热交换。

作为优选方案，所述太阳能集热单元包括太阳能集热器、水循环泵Ⅰ和溶液发生器，溶液发生器包括可进行换热的水管道和溶液管道，其中太阳能集热器、水循环泵Ⅰ和溶液发生器的水管道依次串联设置形成水循环回路，所述溶液发生器的溶液管道内用于通过并加热来自所述稀溶液循环泵的稀盐溶液，所述水循环回路将太阳能集热器的吸收热量与所述稀盐溶液进行热交换，使稀盐溶液加热分离生成浓盐溶液和水蒸气。

作为优选方案，所述压缩式热泵单元包括压缩机和四通换向阀；所述四通换向阀具有阀体和容纳于阀体内并且在所述阀体内第一位置和第二位置之间移动的滑块，所述阀体具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第一端口为高压气体入口，第二端口为低压气体出口，所述压缩机具有高压排气口、低压吸气口和中压吸气口，压缩机的高压排气口与所述四通换向阀的第一端口相连，压缩机的低压吸气口与所述四通换向阀第二端口相连，四通换向阀的第三端口与所述蒸发冷凝器的一端口通过第一管道相连，四通换向阀的第四端口与蒸发冷凝器的另一端口通过第二管道相连。

作为优选方案，所述第二管道上设置有第一热质交换设备，所述第一热质交换设备包括制冷剂管道和水管道，其制冷剂管道的两端与第二管道连接，其水管道的两端与外部用户管道连接。

作为优选方案，所述压缩式热泵单元还包括室外空气换热器Ⅰ，所述蒸发冷凝器可通过室外空气换热器Ⅰ将吸收热量与外界环境进行热交换，所述蒸发冷凝器设置在第三管道上，所述第三管道两端分别与第一管道和第二管道相连，在所述第三管道上还设置有制冷剂循环泵。

作为优选方案，所述压缩式热泵单元还包括室外空气换热器Ⅱ，所述室外空气换热器Ⅱ用于所述压缩式热泵单元的制冷剂与外界环境进行冷热交换，所述室外空气换热器Ⅱ设置在第四管道上，所述第四管道一端与所述第二管道相连，另一端分为两个支路，两个支路分别与第一管道和第二管道相连；当压缩机为制冷工作状态，室外空气换热器Ⅱ可用于将压缩机排出的高压过热气态制冷剂冷凝为高压液体制冷剂；当压缩机为制热工作状态，室外空气换热器Ⅱ可用于将蒸发冷凝器节流后的气液两相态制冷剂吸热蒸发为低压饱和气态制冷剂。

作为优选方案，所述第二热质交换设备的出口与水循环泵Ⅱ之间的连接管道与所述外部用户管道通过第五管道相连，所述水循环泵Ⅱ与溶液冷却换热器的连接管道与所述外部用户管道通过第六管道相连。

本发明还提供一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统的制冷制热方法，包括以下四种工作模式：蓄冷与制冷耦合模式、释冷与制冷耦合模式、蓄热与制热耦合模式以及释热与制热耦合模式；当以蓄冷与制冷耦合模式工作时：由太阳能集热单元的溶液发生器加热来自稀溶液罐的稀盐溶液产生水蒸汽而变成浓盐溶液，所产生水蒸汽经蒸发冷凝器冷却而冷凝成冷剂水；太阳能集热器所吸收的热能通过盐溶液组分分离成冷剂水和浓盐溶液，并分别储存于冷剂水收集罐和浓溶液罐之中；压缩式热泵单元制取7-10℃冷冻水，用于提供用户侧所需冷量；当以释冷与制冷耦合模式工作时：由溶液潜热储能单元的冷剂水收集罐的冷剂水蒸发带走压缩式热泵单元的冷凝热，冷剂水收集罐的冷剂水吸热蒸发所产生水蒸汽被浓溶液罐内所储存的浓盐溶液吸收，并向溶液冷却换热器内冷却水释放吸收热，吸收过程所释放吸收热被第二热质交换设备排出到外界环境中，其生成稀盐溶液储存在稀溶液罐中；压缩式热泵单元制取7-10℃冷冻水，用于提供用户侧所需冷量；当以蓄热与制热耦合模式工作时：由太阳能集热单元的溶液发生器加热稀盐溶液产生水蒸汽而变成浓盐溶液，所产生水蒸汽经蒸发冷凝器冷却而冷凝成冷剂水；水蒸汽的冷凝热被压缩式热泵单元吸收并用来制取用户所需的供热量，太阳能集热器所吸收的热能通过盐溶液组分分离成冷剂水和浓盐溶液分别储存于冷剂水储罐和浓溶液罐中，增效梯级压缩的压缩式热泵单元制取55-100℃热水，用于提供用户侧所需供热量；当以释热与制热耦合模式工作时：增效梯级压缩的压缩式热泵单元制取热能，用来提供给溶液潜热储能单元的冷剂水收集罐内的冷剂水蒸发所需热量，储存于冷剂水收集罐内的冷剂水吸热蒸发所产生的水蒸汽，被储存于浓溶液罐内的浓盐溶液吸收并释放吸收热，其生成稀盐溶液储存在稀溶液罐中，吸收过程所释放的吸收热用于加热溶液冷却换热器并产生55-100℃热水，用于提供用户侧所需供热量。

有益效果

其一、本发明由太阳能集热单元、溶液潜热储能单元和压缩式热泵单元三大部分组合而成，其利用溶液组分分离思想的实现物质组分热化学储能，有效克服传统显热储能或潜热储能技术弊端，利用双源梯级压缩运行方式以降低压缩机能耗，从而节省高品位电能，另外还通过太阳能梯级利用思路提高太阳能利用率，解决传统太阳能热泵间歇供暖问题，实现全天候供热，具有节能环保、稳定可靠、应用地域广等优点，应用前景广阔。

其二、本发明的制冷制热方法，通过与双源热泵系统的复叠耦合，优化了制冷制热的控制流程，从而可以经四种不同的工作模式来满足不同地域不同用户的需求，通过对各个功能单元和阀门的启闭配合控制，本方法在充分利用低品位的太阳能热源同时，避免了系统间歇工作的问题，降低了环境参数例如日照强度等因素对整个系统的影响，并通过实现压缩热泵单元的梯级增效，降低压缩机能耗，有效解决了不同动力源的压缩式热泵在严寒及寒冷地区存在的制热效率低的问题，本方案的制冷制热方法有效使得系统能效得到提升、运行的稳定程度得以增强以及适用范围的进一步扩大。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明双源热泵系统的结构原理示意图；

图2为本发明双源热泵系统的工作原理示意图1：蓄冷与制冷耦合模式；

图3为本发明双源热泵系统的工作原理示意图2：释冷与制冷耦合模式；

图4为本发明双源热泵系统的工作原理示意图3：蓄热与制热耦合模式；

图5为本发明双源热泵系统的工作原理示意图4：释热与制热耦合模式；

图中标记：1、密闭罐体，2、冷剂水喷淋管，3、蒸发冷凝器，4、冷剂水收集盘，5、冷剂水收集罐，6、浓溶液喷淋管，7、溶液冷却换热器，8、稀溶液喷淋管，9、稀溶液罐，10、浓溶液罐，11、太阳能集热器，12、溶液发生器，13、热水源蒸发器，14、第二热质交换设备，15、压缩机，16、四通换向阀，17、室外空气换热器Ⅰ，18、室外空气换热器Ⅱ，19、第一热质交换设备，101、第一控制阀，102、第二控制阀，103、第三控制阀，104、第四控制阀，105、第五控制阀，106、第六控制阀，107、第七控制阀，108、第八控制阀，109、第九控制阀，110、第十控制阀，111、第十一控制阀，112、第十二控制阀，113、第十三控制阀，114、第十四控制阀，115、第十五控制阀，116、第十六控制阀，201、第一节流部件，202、第二节流部件，203、第三节流部件，301、水循环泵Ⅰ，302、水循环泵Ⅱ，303、制冷剂循环泵，304、冷剂水循环泵，305、稀溶液循环泵，306、浓溶液循环泵，307、水循环泵Ⅲ。

具体实施方式

以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。

需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。

如图1所示，本发明提供一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统,包括太阳能集热单元、溶液潜热储能单元和压缩式热泵单元，太阳能集热单元包括太阳能集热器11、溶液发生器12、热水源蒸发器13和水循环泵Ⅰ301组成的水循环回路，具体地，溶液发生器12具有可进行换热的溶液通道和热水通道，热水源蒸发器13具有制冷剂通道和热水通道，溶液发生器12的热水通道、热水源蒸发器13的热水通道、水循环泵Ⅰ301和太阳能热水器11依次串接，从而形成水循环回路，热水源发生器13的制冷剂通道进出口与压缩式热泵单元相连。用于将太阳能转换形成热能，提供给潜热储能单元或压缩式热泵单元。

需要指出的是，图1中箭头显示方向为流体流动的正向，图2-4中管路虚线表示各种实施例下该管路内流体停止流动，不参与系统循环过程。密闭罐体1内的盐溶液为溴化锂水溶液或氯化锂水溶液或氯化钙水溶液，但不限于上述盐溶液，压缩式热泵单元的工质为HFC类或HC类制冷剂，具体地，压缩式热泵单元制冷工质可采用制冷剂R134a，但并不限于上述种类的制冷剂。

如图1所示，溶液潜热储能单元包括密闭罐体1，在密闭罐体1的顶部设置有冷剂水循环系统，冷剂水循环系统包括冷剂水喷淋管2、蒸发冷凝器3、冷剂水收集盘4、第三控制阀103、冷剂水收集罐5和冷剂水循环泵304，其中冷剂水喷淋管2、蒸发冷凝器3和冷剂水收集盘4由上至下依次设置，且整体位于密闭罐体1的顶部，冷剂水喷淋管2位于蒸发冷凝器3的正上方，用于将冷剂水喷洒在蒸发冷凝器3的外表面，可用于将冷剂水生成冷剂水蒸气，第三控制阀103、冷剂水收集罐5和冷剂水循环泵304设置于密闭罐体1的外部，冷剂水收集盘4的底部形成有收集口，收集口通过第三控制阀103与冷剂水收集罐5的顶部相连，用于将冷剂水收集储存在冷剂水收集罐5，冷剂水收集罐5的底部出口通过冷剂水循环泵304与位于密闭罐体1内的冷剂水喷淋管2相连，冷剂水收集罐5内的冷剂水经过冷剂水喷淋管2喷洒出。蒸发冷凝器3的进出口分别与压缩式热泵单元相连。

本实施例中，密闭罐体1的底部设置有两个出口，其中一个出口经过第一控制阀101与稀溶液罐9相连，另一个出口经过第二控制阀102与浓溶液罐10相连，稀溶液罐9的出口通过稀溶液循环泵305与太阳能集热单元的溶液发生器12的溶液通道相连，用于将稀溶液罐9储存的稀盐溶液通过溶液发生器12进行加热，并在稀溶液喷淋管8处进行喷洒，稀溶液喷淋管8位于密闭罐体1内靠下部位，其位于密闭罐体1液面上，且不淹没于密闭罐体1液面以下，以保证其喷洒功能的正常运行，稀盐溶液经过加热吸收太阳能集热单元的热量并通过稀溶液喷淋管8喷洒而出，从而一部分形成水蒸气，另一部分形成浓盐溶液，水蒸气分布于密闭罐体1并上升至密闭罐体1顶部，从而在蒸发冷凝器3处冷凝生成液态冷剂水，液态冷剂水通过第三控制阀103储存在冷剂水收集罐，此时，第一控制阀101处于关闭状态，冷剂水循环泵304处于关闭状态，浓盐溶液通过第二控制阀102储存在浓溶液罐10，此时浓溶液循环泵306处于关闭状态。

本实施例，浓溶液罐10的出口经过浓溶液循环泵306与浓溶液喷淋管6相连，用于将浓盐溶液喷洒在溶液冷却换热器7的表面，从而吸收由冷剂水喷淋管2喷洒而出并在蒸发冷凝器3处吸热形成冷剂水蒸气，浓盐溶液吸收水蒸气后释放热量，热量由溶液冷却换热器7与外部环境进行热交换，从而形成稀盐溶液，通过第一控制阀101储存在稀溶液罐9中，此时，第二控制阀102处于关闭状态，第三控制阀103处于关闭状态，冷剂水循环泵304处于打开状态，冷剂水由冷剂水罐5经过冷剂水喷淋管2喷洒而出，在蒸发冷凝器3外部吸热，从而形成冷剂水蒸气。

溶液冷却换热器7的作用是，将浓盐溶液吸收的水蒸气所释放的热量通过设置在密闭罐体1外部的第二热质交换设备14进行热交换，溶液冷却换热器7的上方出口端通过第四控制阀104与第二热质交换设备14的进口相连，第二热质交换设备14的出口设置有通过第五控制阀105分为两个支路，一者与水循环泵Ⅱ302相连，另一者通过第七控制阀107与外部用户管道相连，水循环泵Ⅱ302的出口端再分为两个支路，其中的一个支路通过第八控制阀108与外部用户管道连接，另一者通过第六控制阀106与溶液冷却换热器7的下方出口端连接，第八控制阀108与外部用户管道的两端连接有水循环泵Ⅲ307和第一热质交换设备19，第一热质交换设备19包括制冷剂管道和水管道，水循环泵Ⅲ307的出口与第一热质交换设备19的水管道连接，在水循环泵Ⅲ307的进口端还设置有第九控制阀109，第一热质交换设备19的水管道出口经过第十控制阀110与溶液冷却换热器7的上方水路连接。

本实施例中，压缩式热泵单元包括压缩机15、四通换向阀16、室外空气换热器Ⅰ17、室外空气换热器Ⅱ18、第一热质交换设备19和蒸发冷凝器3。

其中压缩机15设置有高压排气口、中压吸气口和低压吸气口，四通换向阀16设置有高压气体入口（第一端口）、低压气体出口（第二端口）、第三端口、第四端口，压缩机15的高压排气口与四通换向阀16的高压气体入口（第一端口）相连，四通换向阀16的低压气体出口（第二端口）与压缩机15的低压吸气口相连，四通换向阀16还有另外两个接口（第三端口和第四端口），其中的一个端口（第三端口）与第十一控制阀111的一个端口相连，第十一控制阀111的另一端口分别与室外空气换热器Ⅰ17的一个端口、蒸发冷凝器3的一个端口连接，室外空气换热器Ⅰ17的另一个端口通过制冷剂循环泵303与蒸发冷凝器3的另一个端口连接，在蒸发冷凝器3与制冷剂循环泵303之间的连接管道上通过第一节流部件201分为两个支路，其中一者通过第三节流部件203与热水源蒸发器13的制冷剂管道一端连接，热水源蒸发器13的另一端口与压缩机15的中压吸气口连接，两个支路的另外一者连接有第十二控制阀112，并在第十二控制阀112的另一端口分为支路一和支路二，其中支路一与第一热质交换设备19的制冷剂管道一端连接，第一热质交换设备19的制冷剂管道另一端通过第十三控制阀113与四通换向阀16的第四端口连接，支路二依次通过第十四控制阀114、第二节流部件202、室外空气换热器Ⅱ18和第十五控制阀115与四通换向阀16的第四端口连接，在室外空气换热器Ⅱ18与第十五控制阀115之间的连接管道与四通换向阀16和第十一控制阀111之间的管道通过第十六控制阀116连接。

具体地，本方案中，热水源蒸发器13具有制冷剂管道和水管道，其中水管道的两端分别与溶液发生器12的水管道和水循环泵Ⅰ301的一端连接，其制冷剂管道的一端与第三节流阀203连接，另一端与压缩机15的中压吸气口连接。

本方案中，四通换向阀16具有阀体和容纳于阀体内并且在阀体内第一位置和第二位置之间移动的滑块，阀体具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第一端口为高压气体入口，第二端口为低压气体出口，压缩机15具有高压排气口、低压吸气口和中压吸气口，压缩机15的高压排气口与四通换向阀16的第一端口相连，压缩机15的低压吸气口与四通换向阀16第二端口相连，四通换向阀16的第三端口与蒸发冷凝器3的一端口通过第一管道相连，四通换向阀16的第四端口与蒸发冷凝器3的另一端口通过第二管道相连；当滑块在第一位置，第一端口与第三端口连通，第二端口与第四端口连通；当滑块在第二位置，第一端口与第四端口连通，第二端口与第三端口连通。如图1中，四通换向阀16的标号1、2、3和4分别指第一、二、三和四端口位置，蒸发冷凝器3设置在第三管道上，第三管道两端分别与第一管道和第二管道相连，在第三管道上还设置有制冷剂循环泵303。室外空气换热器Ⅱ18设置在第四管道上，第四管道一端与第二管道相连，另一端分为两个支路，两个支路分别与第一管道和第二管道相连；第二热质交换设备14的出口与水循环泵Ⅱ302之间的连接管道与外部用户管道通过第五管道相连，水循环泵Ⅱ302与溶液冷却换热器7的连接管道与外部用户管道通过第六管道相连。

如图1所示，第一管道为四通换向阀16的第3端口与蒸发冷凝器3的上端口的连接通道，其上设置有第十一控制阀111，第二管道为四通换向阀16的第四端口与蒸发冷凝器3的下端口的连接通道，其上依次设置有第一节流部件201、第十二控制阀112、第一热质交换设备19和第十三控制阀113，第三管道为第一管道和第二管道之间的连接管道，其上设置有室外空气换热器Ⅰ17和制冷剂循环泵303，第四管道上设置有第十四控制阀114、第二节流部件202和室外空气换热器Ⅱ18，第五管道上设置有第七控制阀107，第六管道上设置有第八控制阀108。

本方案中，溶液发生器12、第一热质交换设备19为板式换热器、套管式换热器或壳管式换热器，第二热质交换设备14为翅片管换热器或冷却塔。

本实施例，第一节流部件201、第二节流部件202、第三节流部件203为毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀的任意一种或几种。

本实施例，密闭罐体1通过管道分别与冷剂水收集罐5、稀溶液罐9和浓溶液罐10分别通过管路，且密闭罐体1的内部空间构成密闭环境，通常维持在负压状态，且不得有空气等不凝性气体进入内部空间。

本方案的双源热泵系统具有四种工作模式，具体包括蓄冷与制冷耦合、释冷与制冷耦合、蓄热与制热耦合、释热与制热的耦合的四种运行模式，具体分析如下：

蓄冷与制冷耦合模式

如图2所示，当以蓄冷与制冷耦合模式工作时，第二控制阀102、第三控制阀103、第九控制阀109、第十三控制阀113、第十四控制阀114、第十六控制阀116、第二节流部件202打开；第一控制阀101、第四控制阀104、第五控制阀105、第六控制阀106、第七控制阀107、第八控制阀108、第十控制阀110、第十一控制阀111、第十二控制阀112和第十五控制阀115均关闭；水循环泵Ⅰ301、制冷剂循环泵303、稀溶液循环泵305、水循环泵Ⅲ307处于运行状态，水循环泵Ⅱ302、冷剂水循环泵304和浓溶液循环泵306停止工作。

由太阳能集热单元的溶液发生器12加热稀盐溶液产生水蒸汽而变成浓盐溶液，所产生水蒸汽经蒸发冷凝器3冷却而冷凝成冷剂水，蒸发冷凝器3所吸收的热量通过室外空气换热器Ⅰ17进行换热，此时，蒸发冷凝器3、室外空气换热器Ⅰ17和制冷剂循环泵303形成一个闭合循环回路，太阳能集热器11所吸收的热能通过盐溶液组分分离成冷剂水和浓盐溶液分别储存于冷剂水收集罐5和浓溶液罐10之中，同时，由压缩机15、四通换向阀16、室外空气换热器Ⅱ18、第一热质交换设备19、第二节流部件202所组成的压缩式热泵单元制取7-10℃冷冻水提供用户侧所需冷量。

该模式具体工作原理为：太阳能集热单元的太阳能集热器11所产生热水经水循环泵Ⅰ301送入溶液发生器12加热来自稀溶液罐9的较低浓度的盐溶液产生过热水蒸汽，经蒸发冷凝器3吸热后被冷凝成冷剂水储存于冷剂水收集罐5之中，蒸发冷凝器3所吸收的冷凝热由室外空气换热器Ⅰ17释放至外界环境，同时，较低浓度盐溶液被浓缩成较高浓度的盐溶液并储存于浓溶液罐10之中，实现盐溶液组分分离的储能过程；压缩机15出口的高温高压R134a过热气体经过四通换向阀16、第十六控制阀116进入室外空气换热器Ⅱ18冷凝成高压液态R134a，所形成的高压液态R134a经第二节流部件202节流降压后进入第一热质交换设备19蒸发吸收来自于用户侧的12-15℃冷冻水回水的热量，形成低压饱和的气态R134a，同时制取7-10℃冷冻水提供用户侧所需冷量，第一热质交换设19出口的低压饱和的气态R134a被吸入压缩机15的低压吸气口后，再次被压缩成高温高压的过热的R134a蒸汽，至此，完成一个循环过程。

释冷与制冷耦合模式

如图3所示，当以释冷与制冷耦合模式工作时，溶液潜热储能单元与压缩式热泵单元通过蒸发冷凝器3以复叠循环方式耦合运行。

第一控制阀101、第四控制阀104、第五控制阀105、第六控制阀106、第九控制阀109、第十一控制阀111、第十二控制阀112、第十三控制阀113和第一节流部件201打开；第二控制阀102、第二控制阀103、第七控制阀107、第八控制阀108、第十四控制阀114、第十五控制阀115、第十六控制阀116、第二节流部件202和第三节流部件203均关闭；水循环泵Ⅱ302、冷剂水循环泵304、浓溶液循环泵306和水循环泵Ⅲ307处于运行状态，水循环泵Ⅰ301、制冷剂循环泵303和稀溶液循环泵305停止工作。

由压缩机15、四通换向阀16、蒸发冷凝器3、第一节流部件201、第一热质交换设备19所组成的压缩式热泵单元制取7-10℃冷冻水提供用户侧所需冷量，由溶液潜热储能单元的冷剂水收集罐5的冷剂水蒸发带走压缩式热泵单元的冷凝热，冷剂水收集罐5的冷剂水在蒸发冷凝器3的外表面上吸热蒸发所产生水蒸汽，被浓溶液罐10内所储存的浓度较高的盐溶液喷洒后吸收，并向溶液冷却换热器7内冷却水释放吸收热，吸收过程所释放吸收热被第二热质交换设备14排出到外界环境中。

该模式具体工作原理为：溶液潜热储能单元的释冷过程与压缩式热泵单元的制冷过程经蒸发冷凝器3以复叠方式耦合运行，冷剂水收集罐5内的冷剂水经冷剂水喷淋管2喷淋到蒸发冷凝器3外表面，从而吸收蒸发冷凝器3管内的蒸汽态制冷剂冷凝所释放的冷凝热，其所产生冷剂水蒸汽被浓溶液喷淋管6喷淋到溶液冷却换热器7外表面的浓溶液液滴吸收，吸收过程所释放吸收热与溶液冷却换热器7内冷却水换热后，再经第二热质交换设备14将热量排出到外界环境中，同时，浓盐溶液吸收冷剂水蒸汽后形成稀盐溶液，通过第一控制阀101储存于稀溶液罐9内，伴随着浓盐溶液吸收过程的进行，储存于冷剂水收集罐5内的冷剂水最终回到盐溶液中；压缩机15出口的高温高压R134a过热气体经过四通换向阀16、第十一控制阀111进入蒸发冷凝器3冷凝成高压的液态R134a并释放冷凝热，蒸发冷凝器3出口的液态R134a经第一节流部件201节流后，形成的低温低压的气液两相R134a后进入第一热质交换设备19蒸发，以吸收来自于用户侧的12-15℃冷冻水回水的热量变成低压饱和的气态R134a，所制取7-10℃冷冻水提供用户侧所需冷量，第一热质交换设备19的制冷剂通道出口的低压饱和的气态R134a被吸入压缩机15的低压吸气口后，再次被压缩为高温高压的过热的蒸汽态R134a，至此，完成一个循环过程。

蓄热与制热耦合模式

如图4所示，当以蓄热与制热耦合模式工作时，溶液潜热储能单元与压缩式热泵单元通过蒸发冷凝器3以复叠循环方式耦合运行。

第二控制阀102、第三控制阀103、第九控制阀109、第十一控制阀111、第十二控制阀112、第十三控制阀113、第一节流部件201和第三节流部件203打开；第一控制阀101、第四控制阀104、第五控制阀105、第六控制阀106、第七控制阀107、第八控制阀108、第十控制阀110、第十四控制阀114、第十五控制阀115、第十六控制阀116和第二节流部件202均关闭，水循环泵Ⅰ301、稀溶液循环泵305和水循环泵Ⅲ307运行，水循环泵Ⅱ302、制冷剂循环泵303、冷剂水循环泵304和浓溶液循环泵306停止工作。

由压缩机15、四通换向阀16、第一热质交换设备19、蒸发冷凝器3、第一节流部件201、第三节流部件203和热水源蒸发器13所组成的增效梯级压缩的压缩式热泵单元制取55-100℃热水，提供外部用户管道侧所需供热量，由太阳能集热单元的溶液发生器12加热来自稀溶液罐9的较低浓度的盐溶液，产生水蒸汽而变成浓盐溶液，所产生水蒸汽经蒸发冷凝器3冷却而冷凝成冷剂水，水蒸汽的冷凝热被压缩式热泵单元吸收并用来制取用户所需的供热量，太阳能集热器11所吸收的热能通过盐溶液组分分离冷剂水和浓盐溶液分别储存于冷剂水收集罐5和浓溶液罐10之中。

该模式具体工作原理为：溶液潜热储能单元的蓄热过程与压缩式热泵单元的制热过程经蒸发冷凝器3以复叠方式耦合运行；太阳能集热单元的太阳能集热器11所产生热水经水循环泵Ⅰ301送入溶液发生器12加热来自稀溶液罐9的较低浓度的盐溶液，从而产生过热水蒸汽，经蒸发冷凝器3吸热后被冷凝成冷剂水储存于冷剂水收集罐5之中，同时，较低浓度盐溶液被浓缩成较高浓度的盐溶液并储存于浓溶液罐10之中，实现盐溶液组分分离的储能过程；压缩机15出口的高温高压过热气态R134a经过四通换向阀16、第十三控制阀113进入第一热质交换设备19冷凝成液态R134a，并将来自于水循环泵Ⅲ307出口的用户侧回水加热至55-100℃的较高温度的热水，为外部用户管道侧提供供热量，第一热质交换设备19出口高压液态制冷剂分为两支路，其中一支路的液态制冷剂经第一节流部件201节流降压后进入蒸发冷凝器3，吸收蒸发冷凝器3管外水蒸汽凝结所释放冷凝热而变成低压饱和气态R134a。气态R134a经第十一控制阀111、四通换向阀16被吸入压缩机15的低压吸气口，并被重新压缩成高温高压的过热气态R134a，第一热质交换设备19出口的另一支路的高压液态制冷剂R134a经第三节流部件203节流降压，进入热水源蒸发器13吸收来自溶液发生器12出口的热水热量后变成较高压力的饱和制冷剂蒸气，然后被吸入压缩机15的中压吸气口后被压缩为高温高压的过热的蒸汽R134a，由于蒸发冷凝器3管内的R134a蒸发所吸收的热量来自于太阳能加热来自稀溶液罐9的盐溶液所产生的水蒸汽的冷凝热，密闭罐体11内水蒸汽冷凝温度比环境温度高20℃以上，因此与空气源热泵相比，压缩式热泵单元的蒸发温度显著提高，从而压缩式热泵单元的能效得到明显提升，而且，太阳能集热器11所提供40-50℃的热水加热水源蒸发器13内的液态制冷剂蒸发所产生的较高压力制冷剂蒸气，被吸入压缩机15的中压吸气口进行低压缩比压缩，实现压缩机15的梯级压缩过程，最终实现低品位能源分级制热与利用，提高能源利用效率。

释热与制热耦合模式

如图5，当以释热与制热耦合模式工作时，溶液潜热储能单元与压缩式热泵单元通过蒸发冷凝器3以复叠循环方式耦合运行，第一控制阀101、第六控制阀106、第七控制阀107、第十控制阀110、第十一控制阀111、第十二控制阀112、第十四控制阀114、第十五控制阀115、第一节流部件201、第二节流部件202和第三节流部件203打开，第二控制阀102、第三控制阀103、第四控制阀104、第五控制阀105、第八控制阀108、第九控制阀109、第十三控制阀113和第十六控制阀116均关闭，水循环泵Ⅰ301、水循环泵Ⅱ302、冷剂水循环泵304和浓溶液循环泵306运行，制冷剂循环泵303、稀溶液循环泵305和水循环泵Ⅲ307停止工作。

由压缩机15、四通换向阀16、蒸发冷凝器3、第一节流部件201、第二节流部件202、室外空气换热器Ⅱ18、第三节流部件203和热水源蒸发器13所组成的增效梯级压缩的压缩式热泵单元制取10-50℃热能，用来提供给溶液潜热储能单元的冷剂水收集罐5内的冷剂水蒸发所需热量，储存于冷剂水收集罐5内的冷剂水吸热蒸发所产生冷剂水蒸汽，被储存于浓溶液罐10内的浓度较高的盐溶液吸收并释放吸收热，吸收过程所释放吸收热用于加热溶液冷却换热器7并产生55-100℃热水，提供外部用户管道侧所需供热量。

该模式具体工作原理为：溶液潜热储能单元的释热过程与压缩式热泵单元的制热过程经蒸发冷凝器3以复叠方式耦合运行，冷剂水喷淋管2喷淋的冷剂水喷洒在蒸发冷凝器3的外表面，吸收蒸发冷凝器3管内的制冷剂R134a冷凝所释放的冷凝热（制冷剂R134a冷凝温度10-50℃），所产生冷剂水蒸汽被从浓溶液喷淋管6喷淋到溶液冷却换热器7外表面的浓溶液吸收，吸收过程所释放吸收热用于加热溶液冷却换热器7并产生55-100℃热水，提供用户侧所需供热量，同时，浓盐溶液吸收冷剂水蒸汽后形成稀盐溶液储存于稀溶液罐9内，伴随着浓盐溶液吸收过程的进行，储存于冷剂水收集罐5内的冷剂水最终以水蒸汽形式被吸收回到盐溶液中；压缩机15出口的高温高压过热气态R134a经过四通换向阀16、第十一控制阀111进入蒸发冷凝器3冷凝成高压的液态制冷剂R134a并释放冷凝热，蒸发冷凝器3管内出口的液态R134a经第一节流部件201节流降压后形成的较高压力气液两相的R134a，后分为两支路，其中一支路气液两相R134a经第二节流部件202第二次节流降压后，进入室外空气换热器Ⅱ18吸热蒸发变成低压饱和的气态R134a，气态的R134a经第十五控制阀115、四通换向阀16被吸入压缩机15的低压吸气口，并被重新压缩成高温高压的过热气态R134a，第一节流部件201出口的另一支路的较高压气液两相的制冷剂R134a经第三节流部件203第二次节流降压后，进入热水源蒸发器13吸收来自溶液发生器12出口的热水热量并蒸发变成较高压力的饱和蒸汽态制冷剂，然后被吸入压缩机15的中压吸气口后，并被压缩为高温高压的过热的蒸汽态R134a，太阳能集热器11所提供40-50℃的热水加热水源蒸发器13内的气液两相态的制冷剂蒸发所产生的较高压力制冷剂蒸气，被吸入压缩机15的中压吸气口进行低压缩比压缩，实现压缩机15的梯级压缩过程，最终实现低品位能源分级制热与利用，提高能源利用效率。

以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，包括太阳能集热单元、溶液潜热储能单元和压缩式热泵单元；

其特征在于：所述溶液潜热储能单元包括密闭罐体，密闭罐体内的顶部设置有蒸发冷凝器，其中蒸发冷凝器的正上方设置有冷剂水喷淋管，在蒸发冷凝器的正下方设置有冷剂水收集盘，所述冷剂水收集盘的底部出口通过管道与冷剂水收集罐相连，冷剂水收集罐的出口通过冷剂水循环泵与冷剂水喷淋相连，所述蒸发冷凝器的两端分别与压缩式热泵单元相连；

所述密闭罐体底部具有两个出口，一者与稀溶液罐相连，另一者与浓溶液罐相连；

所述稀溶液罐的出口与稀溶液循环泵连接，稀溶液循环泵排出的稀盐溶液经过所述太阳能集热单元进行加热后，由设置在密闭罐体内的稀溶液喷淋管喷洒进密闭罐体内，其所产生的水蒸气上升至蒸发冷凝器处冷凝为液体冷剂水，被冷剂水收集盘进行收集，其所产生的浓盐溶液由密闭罐体底部出口收集进入浓溶液罐内；

所述浓溶液罐出口与浓溶液循环泵连接，浓溶液循环泵排出的浓盐溶液，由设置在密闭罐体内的浓溶液喷淋管喷洒在位于其下方的溶液冷却换热器的表面，以吸收冷剂水在蒸发冷凝器表面吸热蒸发所产生的水蒸气，该水蒸气由冷剂水喷淋管将来自所述冷剂水收集罐的冷剂水喷洒在所述蒸发冷凝器外部时吸热生成。

2.如权利要求1所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：

所述密闭罐体与稀溶液罐之间设置有第一控制阀，所述密闭罐体与浓溶液罐之间设置有第二控制阀，所述冷剂水收集盘与冷剂水收集罐之间设置有第三控制阀；

当第一控制阀关闭，第二控制阀和第三控制阀开启，用于当稀溶液循环泵运行时，由稀盐溶液加热后生成的浓盐溶液，由第二控制阀通过进入所述浓溶液罐，由稀盐溶液加热后生成的水蒸气，在蒸发冷凝器处冷凝为液态冷剂水，由第三控制阀收集进入冷剂水收集罐内；

当第一控制阀开启，第二控制阀和第三控制阀关闭，用于当浓溶液循环泵和冷剂水循环泵运行时，冷剂水收集罐内的液体冷剂水由冷剂水喷淋管喷洒在所述蒸发冷凝器外表面，从而吸热变为水蒸气，浓溶液喷淋管将浓盐溶液喷洒在溶液冷却换热器的表面，对冷剂水转化成的水蒸气吸收放热，并重新生成稀盐溶液，由第一控制阀收集进入稀溶液罐。

3.如权利要求2所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：所述溶液冷却换热器的一端与设置在密闭罐体外部的第二热质交换设备的进口连接，溶液冷却换热器的另一端与第二热质交换设备的出口通过水循环泵Ⅱ相连，用于将溶液冷却换热器内吸收热通过第二热质交换设备与外部环境进行热交换。

4.如权利要求1所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：所述太阳能集热单元包括太阳能集热器、水循环泵Ⅰ和溶液发生器，溶液发生器包括可进行换热的水管道和溶液管道，其中太阳能集热器、水循环泵Ⅰ和溶液发生器的水管道依次串联设置形成水循环回路，所述溶液发生器的溶液管道内用于通过并加热来自所述稀溶液循环泵的稀盐溶液，所述水循环回路将太阳能集热器的吸收热量与所述稀盐溶液进行热交换，使稀盐溶液加热分离生成浓盐溶液和水蒸气。

5.如权利要求3所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：所述压缩式热泵单元包括压缩机和四通换向阀；

所述四通换向阀具有阀体和容纳于阀体内并且在所述阀体内第一位置和第二位置之间移动的滑块，所述阀体具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第一端口为高压气体入口，第二端口为低压气体出口，

所述压缩机具有高压排气口、低压吸气口和中压吸气口，压缩机的高压排气口与所述四通换向阀的第一端口相连，

压缩机的低压吸气口与所述四通换向阀第二端口相连，

四通换向阀的第三端口与所述蒸发冷凝器的一端口通过第一管道相连，四通换向阀的第四端口与蒸发冷凝器的另一端口通过第二管道相连。

6.如权利要求5所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：所述第二管道上设置有第一热质交换设备，所述第一热质交换设备包括制冷剂管道和水管道，其制冷剂管道的两端与第二管道连接，其水管道的两端与外部用户管道连接。

7.如权利要求6所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：

所述压缩式热泵单元还包括室外空气换热器Ⅰ，所述蒸发冷凝器可通过室外空气换热器Ⅰ将吸收热量与外界环境进行热交换，所述蒸发冷凝器设置在第三管道上，所述第三管道两端分别与第一管道和第二管道相连，在所述第三管道上还设置有制冷剂循环泵。

8.如权利要求5所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：所述压缩式热泵单元还包括室外空气换热器Ⅱ，所述室外空气换热器Ⅱ用于所述压缩式热泵单元的制冷剂与外界环境进行冷热交换，

所述室外空气换热器Ⅱ设置在第四管道上，所述第四管道一端与所述第二管道相连，另一端分为两个支路，两个支路分别与第一管道和第二管道相连；

当压缩机为制冷工作状态，室外空气换热器Ⅱ可用于将压缩机排出的高压过热气态制冷剂冷凝为高压液体制冷剂；

当压缩机为制热工作状态，室外空气换热器Ⅱ可用于将蒸发冷凝器节流后的气液两相态制冷剂吸热蒸发为低压饱和气态制冷剂。

9.如权利要求5所述的一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统，其特征在于：所述第二热质交换设备的出口与水循环泵Ⅱ之间的连接管道与所述外部用户管道通过第五管道相连，所述水循环泵Ⅱ与溶液冷却换热器的连接管道与所述外部用户管道通过第六管道相连。

10.一种太阳能溶液潜热储能双源热泵系统的制冷制热方法，其特征在于：包括以下四种工作模式：蓄冷与制冷耦合模式、释冷与制冷耦合模式、蓄热与制热耦合模式以及释热与制热耦合模式；

当以蓄冷与制冷耦合模式工作时：由太阳能集热单元的溶液发生器加热来自稀溶液罐的稀盐溶液产生水蒸汽而变成浓盐溶液，所产生水蒸汽经蒸发冷凝器冷却而冷凝成冷剂水；太阳能集热器所吸收的热能通过盐溶液组分分离成冷剂水和浓盐溶液，并分别储存于冷剂水收集罐和浓溶液罐之中；压缩式热泵单元制取7-10℃冷冻水，用于提供用户侧所需冷量；

当以释冷与制冷耦合模式工作时：由溶液潜热储能单元的冷剂水收集罐的冷剂水蒸发带走压缩式热泵单元的冷凝热，冷剂水收集罐的冷剂水吸热蒸发所产生水蒸汽被浓溶液罐内所储存的浓盐溶液吸收，并向溶液冷却换热器内冷却水释放吸收热，吸收过程所释放吸收热被第二热质交换设备排出到外界环境中，其生成稀盐溶液储存在稀溶液罐中；压缩式热泵单元制取7-10℃冷冻水，用于提供用户侧所需冷量；

当以蓄热与制热耦合模式工作时：由太阳能集热单元的溶液发生器加热稀盐溶液产生水蒸汽而变成浓盐溶液，所产生水蒸汽经蒸发冷凝器冷却而冷凝成冷剂水；水蒸汽的冷凝热被压缩式热泵单元吸收并用来制取用户所需的供热量，太阳能集热器所吸收的热能通过盐溶液组分分离成冷剂水和浓盐溶液分别储存于冷剂水储罐和浓溶液罐中，增效梯级压缩的压缩式热泵单元制取55-100℃热水，用于提供用户侧所需供热量；

当以释热与制热耦合模式工作时：增效梯级压缩的压缩式热泵单元制取热能，用来提供给溶液潜热储能单元的冷剂水收集罐内的冷剂水蒸发所需热量，储存于冷剂水收集罐内的冷剂水吸热蒸发所产生的水蒸汽，被储存于浓溶液罐内的浓盐溶液吸收并释放吸收热，其生成稀盐溶液储存在稀溶液罐中，吸收过程所释放的吸收热用于加热溶液冷却换热器并产生55-100℃热水，用于提供用户侧所需供热量。

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