一种太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调系统

本发明涉及压缩式热泵领域，尤其涉及一种太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调系统。

背景技术：

现有技术中蒸汽压缩式空调系统由于其体积小、用能方便、具备制冷采暖功能等优点，在市场中得到广泛的运用；但是蒸汽压缩式空调系统耗能高，大规模运用后对电能的大量消耗会引起电网的波动，使得对蒸汽压缩式空调系统的节能改进提出了迫切需求。

蒸汽压缩式空调系统对热湿负荷采用常规的耦合处理方式，蒸发温度需低于露点温度达到冷凝除湿的效果方可有效处理湿负荷，这限制了空调系统的性能提升；对于太阳能资源丰富的地区，使用太阳能辅助压缩式空调系统也是一种具备经济性的节能方式，现有太阳能热驱动制冷技术中吸收式制冷最为高效，且技术成熟应用广泛，怎样将太阳能吸收式与蒸汽压缩式进行有效结合且结合后系统体积尽可能小，也是目前急需解决的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调系统，不仅能够充分利用各种辐射通量密度的太阳辐射能，具有全季节稳定运行的优点，还具有耗能低、系统体积小的优点。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何提供一种太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调，不仅能够充分利用各种辐射通量密度的太阳辐射能，具有全季节稳定运行的优点，还具有耗能低、系统体积小的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调系统，包括太阳能集热器、集热循环泵、蓄热水箱、热水循环泵、第一水路三通阀、第二水路三通阀、发生器、溶液热交换器、吸收器、溶液循环泵、冷凝器、第一节流阀、压缩机、氟路四通阀、太阳能再热器、室外换热器、储液器、过冷器、第二节流阀、第三节流阀、室内换热器、气液分离器、第一氟路三通阀、第二氟路三通阀、第一除湿换热器、第二除湿换热器、第一引风机、第二引风机、第一风道、第二风道、第三风道、散热风机、第一空气四通阀、第二空气四通阀、第四风道；

所述太阳能集热器被配置为能够吸收太阳辐射能；

所述太阳能集热器的出口连接所述蓄热水箱第一进口，所述蓄热水箱的第一出口连接所述集热循环泵的进口，所述集热循环泵的出口连接所述太阳能集热器的进口；

所述蓄热水箱的第二出口连接所述热水循环泵的进口，所述热水循环泵的出口连接所述第一水路三通阀的第二端口，所述第一水路三通阀的第三端口连接所述发生器的第四端口，所述发生器的第五端口连接所述第二水路三通阀的第三端口，所述第二水路三通阀的第二端口连接所述蓄热水箱的第二进口；

所述第一水路三通阀的第一端口连接所述太阳能再热器的第一端口，所述太阳能再热器的第二端口连接所述第二水路三通阀的第一端口；

所述发生器的第三端口连接所述溶液热交换器的第二端口，所述溶液热交换器的第四端口连接所述吸收器的第一进口，所述吸收器的出口连接所述溶液循环泵的进口，所述溶液循环泵的出口连接所述溶液热交换器的第三端口，所述溶液热交换器的第一端口连接所述发生器的第二端口；

所述发生器的第一端口连接所述冷凝器的进口，所述冷凝器的出口连接所述第一节流阀的进口，所述第一节流阀的出口连接所述过冷器的第三端口，所述过冷器的第四端口连接所述吸收器的第二进口；

所述压缩机的出口连接所述氟路四通阀的第一端口，所述氟路四通阀的第二端口连接所述太阳能再热器的第四端口，所述太阳能再热器的第三端口连接所述室外换热器的第一端口，所述室外换热器的第二端口连接所述储液器的第一端口，所述储液器的第二端口连接所述过冷器的第一端口，所述过冷器的第二端口分别与所述第二节流阀的第一端口和所述第三节流阀的第一端口连接；

所述第二节流阀的第二端口连接所述室内换热器的第一端口，所述室内换热器的第二端口连接所述氟路四通阀的第四端口，所述氟路四通阀的第三端口连接所述气液分离器的进口，所述气液分离器的出口连接所述压缩机的进口；

所述第三节流阀的第二端口连接所述第一氟路三通阀的第一端口，所述第一氟路三通阀的第二端口连接所述第一除湿换热器的第二端口，所述第一除湿换热器的第一端口连接所述第二氟路三通阀的第三端口，所述第一氟路三通阀的第三端口连接所述第二除湿换热器的第一端口，所述第二除湿换热器的第二端口连接所述第二氟路三通阀的第二端口，所述第二氟路三通阀的第一端口连接所述氟路四通阀的第四端口；

所述第一除湿换热器与所述第一引风机设置于所述第一风道中；所述第二除湿换热器与所述第二引风机设置于所述第二风道中；所述吸收器、所述冷凝器、所述室外换热器和所述散热风机均设置于所述第三风道中；所述室内换热器设置于所述第四风道中；

所述第一空气四通阀的第一端口连接所述第一风道的进口，所述第一空气四通阀的第二端口连接所述第三风道的出口，所述第一空气四通阀的第三端口连接所述第二风道的进口，所述第一空气四通阀的第四端口连接环境空气；

所述第二空气四通阀的第一端口连接所述第一风道的出口，所述第二空气四通阀的第二端口连接所述环境空气，所述第二空气四通阀的第三端口连接所述第二风道的出口，所述第二空气四通阀的第四端口连接所述第四风道的进口。

本发明中所述环境空气是指所述太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调作用房间的室外的空气。

进一步地，所述冷凝器设置于所述吸收器的下风向，所述室外换热器设置于所述冷凝器的下风向，所述散热风机设置于所述室外换热器的下风向。

本技术方案中所述下风向是指流经所述冷凝器、所述吸收器、所述室外换热器的风的风向的下游。

进一步地，所述太阳能再热器和所述过冷器为板式换热器。

本发明的其中一个技术方案中通过所述太阳能再热器和所述过冷器利用太阳能辅助制热和制冷。

本发明的其中一个技术方案中所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器的工作状态被配置为包括再生状态、除湿状态。

本发明的技术方案中，压缩式子循环为双蒸发器并联结构，分别为所述室内换热器，所述第一除湿换热器和所述第二除湿换热器，各自承担显热负荷和潜热负荷。

本发明的技术方案中，可以通过配置所述第一空气四通阀和所述第二空气四通阀，使待处理空气先后进行湿负荷和热负荷处理。

本发明的技术方案中，通过配置所述第一水路三通阀和所述第二水路三通阀，可实现太阳能作用于吸收子循环或直接作用于所述压缩子循环。

进一步地，所述空调系统的运行模式被配置为包括蒸汽压缩除湿制冷模式、太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式、蒸汽压缩加湿制热模式和太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式。

进一步地，所述空调系统被配置为能够根据模式切换标准在不同的所述运行模式之间切换。

进一步地，所述模式切换标准包括季节工况及所述蓄热水箱的蓄热温度。

本发明的技术方案中，所述季节工况是指所述空调系统工作地区所处于的季节情况以及在相应季节中具体的环境状况；所述蓄热水箱的蓄热温度是指所述蓄热水箱内的水的温度。

进一步地，所述空调系统被配置为工作在所述蒸汽压缩除湿制冷模式，所述热水循环泵和所述溶液循环泵被设置为关闭，所述氟路四通阀的所述第一端口和所述第二端口被配置为连通，所述氟路四通阀的所述第三端口和所述第四端口被配置为连通。

进一步地，所述空调系统被配置为工作在所述蒸汽压缩加湿制热模式，所述热水循环泵和所述溶液循环泵被设置为关闭，所述氟路四通阀的所述第一端口和所述第四端口被配置为连通，所述氟路四通阀的所述第二端口和所述第三端口被配置为连通。

进一步地，所述空调系统被配置为工作在所述太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式，所述热水循环泵和所述溶液循环泵被设置为开启，所述氟路四通阀的所述第一端口和所述第二端口被配置为连通、所述氟路四通阀的所述第三端口和所述第四端口被配置为连通，所述第一水路三通阀的所述第二端口和所述第三端口被配置为连通，所述第二水路三通阀的所述第二端口和所述第三端口被配置为连通。

进一步地，所述空调系统被配置为工作在所述太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式，所述热水循环泵被设置为开启，所述溶液循环泵被设置为关闭，所述氟路四通阀的所述第一端口和所述第四端口被配置为连通，所述氟路四通阀的所述第二端口和所述第三端口被配置为连通，所述第一水路三通阀的所述第一端口和所述第二端口被配置为连通，所述第二水路三通阀的所述第一端口和所述第二端口被配置为连通。

进一步地，所述空调系统被配置为工作在所述蒸汽压缩除湿制冷模式、所述太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式、所述蒸汽压缩加湿制热模式或所述太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式中任一模式中，所述压缩机、所述散热风机、所述集热循环泵均被设置为开启和工作状态。

与现有技术相比，通过本发明的实施，至少具有以下有益的技术效果：

(1)本发明公开的技术方案，通过耦合除湿换热器及两个空气四通阀的配合使用，先后处理待处理空气的湿负荷和热负荷，获得稳定的出风温度和湿度。

(2)本发明公开的技术方案，通过蒸汽压缩子系统中双节流阀的布置，能够控制制冷剂流量的分配，满足不同的热湿负荷比，具有较高的环境适应性。

(3)本发明公开的技术方案，利用太阳能辅助蒸汽压缩空调制冷采暖，较常规蒸汽压缩空调系统，空调性能得以大幅提升。

(4)本发明公开的技术方案，利用吸收器、冷凝器、室外换热器的散热负荷作为除湿换热器的再生热量，实现废热有效利用，进一步提高了空调系统的节能效率。

(5)本发明公开的技术方案，能够充分利用各种辐射通量密度的太阳辐射能，不仅具有系统总体能源利用效率高的优点，还具有系统体积小、集成度高的特点。

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蒸汽压缩除湿制冷模式的结构示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式的结构示意图；

图3是本发明的一个较佳实施例的蒸汽压缩加湿制热模式的结构示意图；

图4是本发明的一个较佳实施例的太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式的结构示意图；

其中，1-太阳能集热器，2-集热循环泵，3-蓄热水箱，4-热水循环泵，5-第一水路三通阀，6-第二水路三通阀，7-发生器，8-溶液热交换器，9-吸收器，10-溶液循环泵，11-冷凝器，12-第一节流阀，13-压缩机，14-氟路四通阀，15-太阳能再热器，16-室外换热器，17-储液器，18-过冷器，19-第二节流阀，20-第三节流阀，21-室内换热器，22-气液分离器，23-第一氟路三通阀，24-第二氟路三通阀，25-第一除湿换热器，26-第二除湿换热器，27-第一引风机，28-第二引风机，29-第一风道，30-第二风道，31-第三风道，32-散热风机，33-第一空气四通阀，34-第二空气四通阀，35-第四风道。

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。

在本申请实施例的描述中，应该明晰，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述本申请实施例和简化描述，而非指示或暗示所描述的装置或元件必须具有特定的方向或位置关系，即不能理解为对本申请实施例的限制；此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于方便描述或简化描述，而非指示或暗示其重要性。

如图1所示，本实施例公开了一种太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调系统，具体包括太阳能集热器1、集热循环泵2、蓄热水箱3、热水循环泵4、第一水路三通阀5、第二水路三通阀6、发生器7、溶液热交换器8、吸收器9、溶液循环泵10、冷凝器11、第一节流阀12、压缩机13、氟路四通阀14、太阳能再热器15、室外换热器16、储液器17、过冷器18、第二节流阀19、第三节流阀20、室内换热器21、气液分离器22、第一氟路三通阀23、第二氟路三通阀24、第一除湿换热器25、第二除湿换热器26、第一引风机27、第二引风机28、第一风道29、第二风道30、第三风道31、散热风机32、第一空气四通阀33、第二空气四通阀34、第四风道35。

太阳能集热器1的出口连接蓄热水箱3第一进口，蓄热水箱3的第一出口连接集热循环泵2的进口，集热循环泵2的出口连接太阳能集热器1的进口；

蓄热水箱3的第二出口连接热水循环泵4的进口，热水循环泵4的出口连接第一水路三通阀5的第二端口，第一水路三通阀5的第三端口连接发生器7的第四端口，发生器7的第五端口连接第二水路三通阀6的第三端口、第二水路三通阀6的第二端口连接蓄热水箱3的第二进口；

第一水路三通阀5的第一端口连接太阳能再热器15的第一端口，太阳能再热器15的第二端口连接第二水路三通阀6的第一端口；

发生器7的第三端口连接溶液热交换器8的第二端口，溶液热交换器8的第四端口连接吸收器9的第一进口，吸收器9的出口连接溶液循环泵10的进口，溶液循环泵10的出口连接溶液热交换器8的第三端口，溶液热交换器8的第一端口连接发生器7的第二端口；

发生器7的第一端口连接冷凝器11的进口，冷凝器11的出口连接第一节流阀12的进口，第一节流阀12的出口连接过冷器18的第三端口，过冷器18的第四端口连接吸收器9的第二进口；

压缩机13的出口连接氟路四通阀14的第一端口，氟路四通阀14的第二端口连接太阳能再热器15的第四端口，太阳能再热器15的第三端口连接室外换热器16的第一端口，室外换热器16的第二端口连接储液器17的第一端口，储液器17的第二端口连接过冷器18的第一端口，过冷器18的第二端口连接第二节流阀19的第一端口与第三节流阀20的第一端口；

第二节流阀19的第二端口连接室内换热器21的第一端口，室内换热器21的第二端口连接氟路四通阀14的第四端口，氟路四通阀14的第三端口连接气液分离器22的进口，气液分离器22的出口连接压缩机13的进口；

第三节流阀20的第二端口连接第一氟路三通阀23的第一端口，第一氟路三通阀23的第二端口连接第一除湿换热器25的第二端口，第一除湿换热器25的第一端口连接第二氟路三通阀24的第三端口，第一氟路三通阀23的第三端口连接第二除湿换热器26的第一端口，第二除湿换热器26的第二端口连接第二氟路三通阀24的第二端口，第二氟路三通阀24的第一端口连接氟路四通阀14的第四端口；

第一除湿换热器25与第一引风机27置于第一风道29中，第二除湿换热器26与第二引风机28置于第二风道30中，吸收器9、冷凝器11与室外换热器16并列放置于第三风道31中，通过散热风机32进行散热，室内换热器21置于第四风道35中；

第一空气四通阀33的第一端口连接第一风道29的进口，第一空气四通阀33的第二端口连接第三风道31的出口，第一空气四通阀33的第三端口连接第二风道30的进口，第一空气四通阀33的第四端口连接环境空气；

第二空气四通阀34的第一端口连接第一风道29的出口，第二空气四通阀34的第二端口连接环境空气，第二空气四通阀34的第三端口连接第二风道30的出口，第二空气四通阀34的第四端口连接第四风道35的进口。

本实施例公开的空调系统，压缩式子循环为双蒸发器并联结构，分别为室内换热器21、第一除湿换热器25和第二除湿换热器26，各自承担显热负荷和潜热负荷。

本实施例公开的空调系统，通过第一空气四通阀33和第二空气四通阀34的连接，使待处理空气先后经过湿负荷和热负荷处理。

本实施例公开的空调系统，通过第一水路三通阀5和第二水路三通阀6的切换，可实现太阳能作用于吸收子循环或直接作用于压缩子循环。

本实施例公开的空调系统，太阳能再热器15和过冷器18优选为板式换热器，用于利用太阳能辅助制热和制冷。

本实施例公开的空调系统，其运行模式被配置为包括蒸汽压缩除湿制冷模式、太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式、蒸汽压缩加湿制热模式和太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式；空调系统被配置为能够根据季节工况及蓄热水箱3的蓄热温度，在不同的运行模式之间切换。

当空调系统工作在蒸汽压缩除湿制冷模式时，热水循环泵4和溶液循环泵10被设置为关闭状态，氟路四通阀14的第一端口和第二端口被配置为连通，氟路四通阀14的第三端口和第四端口被配置为连通。

当空调系统工作在蒸汽压缩加湿制热模式时，热水循环泵4和溶液循环泵10被设置为关闭状态，氟路四通阀14的第一端口和第四端口被配置为连通，氟路四通阀14的第二端口和第三端口被配置为连通。

当空调系统工作在太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式时，热水循环泵4和溶液循环泵10被设置为开启状态，氟路四通阀14的第一端口和第二端口被配置为连通、氟路四通阀14的第三端口和第四端口被配置为连通，第一水路三通阀5的第二端口和第三端口被配置为连通，第二水路三通阀6的第二端口和第三端口被配置为连通。

当空调系统工作在太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式时，热水循环泵4被设置为开启状态，溶液循环泵10被设置为关闭状态，氟路四通阀14的第一端口和第四端口被配置为连通，氟路四通阀14的第二端口和第三端口被配置为连通，第一水路三通阀5的第一端口和第二端口被配置为连通，第二水路三通阀6的第一端口和第二端口被配置为连通。

当空调系统被配置为工作在蒸汽压缩除湿制冷模式、太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式、蒸汽压缩加湿制热模式或太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式中的任一模式时，压缩机13、散热风机32、集热循环泵2均被设置为开启和工作状态。

本实施例通过两个空气四通阀与两个氟路三通阀的配合切换使得系统持续向用户侧输出符合室内温度和湿度需求的空气，氟路四通阀则用于根据季节不同切换制冷与制热模式，两个水路三通阀调整太阳能输入吸收式辅助制冷或输入压缩式辅助制热。本实施例通过压缩子系统耦合基于吸附制冷的除湿换热器提高处理湿负荷的蒸发温度，又利用太阳能吸收式制冷子系统使系统夏季制冷电力能效比得以提升，冬季制热模式则同时利用空气能与太阳能使制热能效优于空气源热泵。

如图1所示，在本实施例工作在蒸汽压缩除湿制冷模式中，压缩机13处于工作状态，连通氟路四通阀14的第一端口和第二端口、第三和第四端口，高温制冷剂蒸汽经过室外换热器16冷却后通过储液器17，随后分液至第二节流阀19与第三节流阀20，第二节流阀19支路的制冷剂经过室内换热器21蒸发后进入气液分离器22，第三节流阀20支路的制冷剂由第一氟路三通阀23控制进入第一除湿换热器25或第二除湿换热器26，进入哪个除湿换热器取决于对应除湿换热器处于除湿状态，在除湿换热器中蒸发结束同样进入气液分离器22，再回到压缩机13完成循环。室外换热器16的冷凝废热通过第一空气四通阀33送入处于再生状态的除湿换热器，随后经过第二空气四通阀34排至室外；环境空气通过第一空气四通阀33送入处于除湿状态的除湿换热器，经第二空气四通阀34送至第四风道35中的室内换热器21进行降温，随后再送往室内。

如图2所示，在本实施例工作在太阳能吸收辅助蒸汽压缩除湿制冷模式中，压缩子系统运行状态与蒸汽压缩除湿制冷模式相同，在此基础上，启动热水循环泵4和溶液循环泵10，保持第一水路三通阀5和第二水路三通阀6的第二端口和第三端口连通，将蓄热水箱3上部热水送入发生器7提供发生热量，再将热水返回至蓄热水箱3底部，溶液循环泵10将吸收器9中的溶液经过溶液热交换器8升温后进入发生器7产生蒸汽和弱溶液，弱溶液流过溶液热交换器8后返回吸收器9，高温蒸汽则进入冷凝器11凝结后通过第一节流阀12，进入过冷器18蒸发制冷为蒸汽压缩子系统提供过冷量，冷剂蒸汽回到吸收器9中被弱溶液吸收完成循环。该运行模式下，吸收子系统的吸收器9和冷凝器11、以及压缩子系统的室外换热器16所产生的冷却废热均被用于提供第一除湿换热器25、第二除湿换热器26的再生过程热量。

如图3所示，在本实施例工作在蒸汽压缩加湿制热模式中，氟路四通阀14的第一端口和第四端口连通、第二端口和第三端口连通，压缩机13出口蒸汽经氟路四通阀14后分配至室内换热器21及第二氟路三通阀24，第二氟路三通阀24支路的冷剂蒸汽进入处于再生状态的除湿换热器，即第一除湿换热器25或第二除湿换热器26，随后经第一氟路三通阀23再通过第三节流阀20节流，室内换热器21支路蒸汽在凝结放热后经过第二节流阀19节流，两支路制冷剂汇合后通过储液器进入室外换热器16蒸发吸热，再返回气液分离器22和压缩机13完成循环；在该模式下，室内空气通过第一空气四通阀33的第四端口进入处于再生状态的除湿换热器进行加湿，再由第二空气四通阀34送入第四风道35中升温随后送至室内；而室外冷空气则通过第一空气四通阀33的第二端口进入处于除湿状态的除湿换热器，再由第二空气四通阀34的第二端口排出室外。

如图4所示，在本实施例工作在太阳能辅助蒸汽压缩加湿制热模式中，压缩子系统运行状态与蒸汽压缩加湿制热模式相同，吸收子系统不参与运行，在此基础上，启动热水循环泵4，保持第一水路三通阀5和第二水路三通阀6的第一端口和第二端口连通，将蓄热水箱3上部热水送入太阳能再热器15提供发生热量，再将热水返回至蓄热水箱3底部；在该模式下，室外换热器16出口的冷剂蒸汽在太阳能再热器15中进一步吸热，使压缩机13吸气温度压力提升。

本实施例公开的一种太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调系统，基于吸收式制冷对低品位太阳能热能的利用、固态吸附除湿的高温吸附特性，结合常规压缩式制冷的稳定性，通过系统耦合的方式构成太阳能辅助蒸汽压缩热泵除湿空调系统，在满足全季节稳定制冷采暖需求和室内温湿度舒适性的前提下，利用部分太阳能提高系统的性能表现，同时充分利用废热使系统总体能源利用效率得以提升。

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做出诸多修改和变化。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。