一种热泵系统的制作方法

本实用新型涉及一种热泵系统，尤其涉及一种可利用可再生能源的热泵系统。

背景技术：

目前世界能源结构以石油、天然气、煤等化石能源为主，占能源消耗总量的85％，化石能源终究会枯竭，同时还带来严重的环境问题。当前我国建筑行业耗能约占全国总能耗的30％，随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善，建筑耗能比例最终还将上升至35％左右，建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。其中，空调耗电量又占建筑耗能的一半以上，而且空调用电时间集中，直接导致用电高峰时段电网压力大、电力供应严重不足。而太阳能、风能等可再生资源没有被有效的利用起来。另外，无论是风能还是太阳能都受时间和气候变化影响，不够稳定，单一的能源利用形式均有其不足，因此高效地、充分地、互补地利用太阳能、风能等可再生能源，对于改善环境质量和绿色建筑节能系统发展非常重要。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种热泵系统，该热泵系统能够高效充分且互补地利用可再生能源来驱动空调制冷制热，有效缓解用电高峰期的电网压力。

基于此，本实用新型提出了一种热泵系统，包括太阳能热水子系统、空调换热工质循环子系统和吸收式循环子系统，所述吸收式循环子系统包括溶液发生器、第一冷凝器、第一节流阀、第一蒸发器和吸收器，所述溶液发生器和所述吸收器之间通过两个管道相连接并形成制冷工质循环回路，且所述溶液发生器、所述第一冷凝器、所述第一节流阀、所述第一蒸发器和所述吸收器依次连接，所述太阳能热水子系统的管路穿过所述溶液发生器，所述空调换热工质循环子系统包括有四通阀、压缩机和过冷器，所述压缩机的出口管路与所述四通阀相连接，且所述出口管路穿过所述溶液发生器，所述过冷器与所述第一蒸发器相互耦合。

可选的，所述吸收式循环子系统包括溶液热交换器，所述两个管道均经过所述溶液热交换器。

进一步的，所述制冷工质循环回路中还设置有循环泵。

可选的，所述空调换热工质循环子系统包括第二冷凝器、第一单向阀、第二节流阀和第二蒸发器，且所述压缩机、所述四通阀、所述第二冷凝器、所述第一单向阀、所述过冷器、所述第二节流阀和所述第二蒸发器依次连接并形成第一循环回路。

可选的，所述空调换热工质循环子系统包括第二单向阀和第三节流阀，所述第一单向阀与所述第三节流阀并联连接，所述第二单向阀与所述第二节流阀并联连接，使所述压缩机、所述四通阀、所述第二蒸发器、所述第二单向阀、所述过冷器、所述第三节流阀和所述第二冷凝器依次连接并形成第二循环回路。

进一步的，所述热泵系统还包括电机，所述电机通过第一传动机构与所述压缩机相连接。

可选的，所述热泵系统还包括风力机，所述风力机与所述压缩机相连接。

进一步的，所述热泵系统还包括第二传动机构和转换器，所述风力机、所述第二传动机构、所述转换器和所述压缩机依次相连接。

可选的，所述太阳能热水子系统包括集热器、水泵和储水箱，所述集热器、所述水泵和所述储水箱依次连接并形成循环回路。

可选的，所述水泵与所述储水箱之间的连接管路经过所述溶液发生器。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型的热泵系统包括太阳能热水子系统、空调换热工质循环子系统和吸收式循环子系统，所述吸收式循环子系统包括溶液发生器、第一冷凝器、第一节流阀、第一蒸发器、吸收器和循环泵，所述溶液发生器和所述吸收器之间通过两个管道相连接并形成制冷工质循环回路，且所述溶液发生器、所述第一冷凝器、所述第一节流阀、所述第一蒸发器、所述吸收器依次连接，其中，溶液发生器内的水蒸气经第一冷凝器被冷却水冷凝成水，经过第一节流阀降压后进入第一蒸发器中，由于第一蒸发器和过冷器相互耦合，能够使低压冷凝水吸收空调换热工质循环子系统中的制冷剂液体的热量后蒸发；另外，第一蒸发器中蒸发出的水蒸气进入吸收器中，被制冷工质吸收，吸收器内的溶液吸收从第一蒸发器中出来的蒸汽变成稀溶液，稀溶液进入溶液发生器，重新被热源加热产生蒸汽再次形成浓溶液，开始下一轮的循环；由于溶液发生器和吸收器之间通过两个管道相连接并形成制冷工质循环回路，即溶液发生器内的浓溶液也能够进入吸收器中，由吸收器吸收第一蒸发器内的蒸汽将其变成稀溶液，继续供给工作。所述太阳能热水子系统的管路穿过所述溶液发生器，能够为溶液发生器内的溶液提供热量，促进溶液发生器内的溶液受热产生蒸汽形成浓溶液，为系统的下一步工作提供条件；且太阳能热水子系统有效的利用了太阳能源，与空调换热工质循环子系统配合工作，能够形成多种能源的利用形式，非常灵活。所述空调换热工质循环子系统包括有四通阀、压缩机和过冷器，所述压缩机的出口管路与所述四通阀相连接，且所述压缩机的出口管路经过所述溶液发生器，溶液发生器能够对压缩机中排出的高温高压制冷剂进行预冷，方便下一步的工作，且所述溶液发生器分别配合所述空调换热工质循环子系统和吸收式循环子系统共同工作，能够保证热泵系统制冷或制热工作时的质量，使整个系统的工作可靠性更高。所述过冷器与所述第一蒸发器相互耦合，且即述第一蒸发器与所述过冷器相耦合后的装置，既能够供吸收式循环子系统工作，也能供空调换热工质循环子系统工作，保证在太阳能或者其他驱动源不足的情况下，吸收式循环子系统和空调换热工质循环子系统也能够同时工作，可靠高效的完成制冷或制热的工作，且两种循环相耦合的方式能够使热水温度比单一循环方式下的温度低，从而降低对集热器的要求，大幅度提高整体系统的COP。

进一步的，所述吸收式循环子系统包括溶液热交换器，所述两个管道均经过所述溶液热交换器，且所述制冷工质循环回路中还设置有循环泵，在制冷工质循环回路中，溶液发生器流出的浓溶液经过溶液热交换器降温、降压后自流进吸收器中，能够冷却吸收器中的溶液的温度，这有利于从第一蒸发器过来的蒸汽融入中间浓度的溶液中，而使中间浓度的溶液成为稀溶液，吸收器内的稀溶液再次经循环泵送至溶液热交换器中，与溶液热交换器内的浓溶液交换部分热量后进入溶液发生器中，在溶液发生器中吸收热量后蒸发浓缩变成浓溶液进入第一冷凝器中，形成循环回路。所述空调换热工质循环子系统包括第二冷凝器、第一单向阀、第二节流阀、第二蒸发器、第二单向阀和第三节流阀，且所述压缩机、所述四通阀、所述第二冷凝器、所述第一单向阀、所述过冷器、所述第二节流阀和所述第二蒸发器依次连接并形成第一循环回路，压缩机排出的高温高压的制冷剂经四通阀进入第二冷凝器中冷凝，此过程为散热过程，冷凝后的制冷剂经第二单向阀进入过冷器，在过冷器中与吸收式循环子系统进行热交换，液态制冷剂经第二节流阀节流降压后再第二蒸发器中吸收冷媒水的热量蒸发，起到制冷的效果，蒸发后的制冷剂蒸汽再次通入压缩机中，进入下一个循环。所述第一单向阀与所述第三节流阀并联连接，所述第二单向阀与所述第二节流阀并联连接，使所述压缩机、所述四通阀、所述第二蒸发器、所述第二单向阀、所述过冷器、所述第三节流阀和所述第二冷凝器依次连接并形成第二循环回路，四通阀能够改变压缩机排出的制冷剂的流动方向，使其与制冷时的流向刚好相反，从而起到制热的效果。该热泵系统还包括风力机和电机，所述风力机和所述电机分别与压缩机相连接，能够分别作为压缩机的驱动源，有效地利用了风能资源，使整个装置能够在太阳能、风能和电能的互补控制下正常的工作，保证工作的质量，灵活运用多种能源，缓解用电高峰期的电网压力。

附图说明

图1是本实施例所述的热泵系统的结构示意图；

图2是本实施例所述的太阳能热水子系统的结构示意图；

图3是本实施例所述的吸收式循环子系统的结构示意图；

图4是本实施例所述的空调换热工质循环子系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、太阳能热水子系统，11、集热器，12、储水箱，13、水泵，2、风力机，3、电机，4、吸收式循环子系统，41、溶液发生器，42、第一蒸发器，43、第一冷凝器，44、第一节流阀，45、吸收器，46、溶液热交换器，47、循环泵，5、压缩式循环子系统，51、压缩机，52、过冷器，53、四通阀,531、第一阀口，532、第二阀口，533、第三阀口，534、第四阀口，54、第二冷凝器，55、第一单向阀，56、第二节流阀，57、第二蒸发器，58、第二单向阀，59、第二节流阀，6、第一传动机构，7、第二传动机构，8、转换器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1至图4，本优选实施例所述的热泵系统包括太阳能热水子系统1、空调换热工质循环子系统5和吸收式循环子系统4，吸收式循环子系统4包括溶液发生器41、第一冷凝器43、第一节流阀44、第一蒸发器42和吸收器45，溶液发生器41和吸收器45之间通过两个管道相连接并形成制冷工质循环回路，且溶液发生器41、第一冷凝器43、第一节流阀44、第一蒸发器42和吸收器45依次连接，太阳能热水子系统1的管路穿过溶液发生器41，空调换热工质循环子系统5包括有四通阀53、压缩机51和过冷器52，压缩机51的出口管路四通阀53相连接，且出口管路穿过溶液发生器41，过冷器52与第一蒸发器42相互耦合。

基于以上结构，溶液发生器41和吸收器45之间通过两个管道相连接并形成制冷工质循环回路，溶液发生器41、第一冷凝器43、第一节流阀44、第一蒸发器42、吸收器45依次相连接，溶液发生器41中的制冷工质被热源加热至沸腾，产生出制冷蒸汽经过第一冷凝器43，在第一冷凝器43中被冷凝成为制冷剂液体，液体冷剂经第一节流阀44降压后进入第一蒸发器42中，在第一蒸发器42中吸收来自空调换热工质循环子系统5的制冷剂液体的热量后蒸发形成水蒸气，产生制冷的效果，蒸发形成的水蒸气进入吸收器45，被吸收器45内的制冷工质所吸收，达到制冷的效果；被吸收器45吸收的水蒸气在制冷工质循环回路上传递，进入下一循环周期。太阳能热水子系统1与空调换热工质循环子系统5的压缩机51均与溶液发生器41相连接，太阳能源能够为溶液发生器41提供热量，从而使溶液发生器41内的制冷剂蒸发浓缩，压缩机51能够排除高温高压的制冷剂蒸汽，流经溶液发生器41后被稀溶液预冷，而压缩机51排出的制冷剂蒸汽的热量也能够被溶液发生器41所吸收，用于使其内部的溶液蒸发浓缩，为吸收式循环子系统4提供可靠的工作基础。压缩机51的出口管路与四通阀53的第一阀口相连接，所述四通阀53能够控制压缩机51内的制冷剂的流向，从而实现空调换热工质循环子系统5制冷工作和制热工作的切换。过冷器52与第一蒸发器42相互耦合，即该耦合后的装置既能够供吸收式循环子系统工作，又能够供压缩式循环子系统工作，进一步保证吸收式循环子系统对压缩式循环子系统的辅助工作，保证热泵系统能够高效的完成制冷或者制热的工作，且该运行模式能够使热水温度比单一循环方式下的温度更低，从而降低对集热器的要求，大幅度提高整体系统的COP。

参见图1和图3，吸收式循环子系统4包括溶液热交换器46，两个管道均经过溶液热交换器46，且制冷工质循环回路中还设置有循环泵47，吸收器45内的稀溶液经循环泵47提升进入溶液热交换器46中，与溶液发生器41内的浓溶液交换部分热量后进入溶液发生器41中，在溶液发生器41中吸收热量后蒸发浓缩变成浓溶液进入第一冷凝器43中，形成循环系统，为第一部分工作提供条件；另外，溶液发生器41内的浓溶液，也能够经过溶液热交换器46降温、降压后自流进吸收器45中，浓溶液经过溶液热交换器46的降温作用后进入吸收器45中，能够冷却吸收器45中的溶液的温度，这有利于从第一蒸发器42过来的蒸汽融入中间浓度的溶液中而使中间浓度的溶液成为稀溶液进入下一次的循环。整个吸收式循环子系统4内部进行自循环，并为空调换热工质循环子系统5提供了可靠地工作条件，且与空调换热工质循环子系统5相辅相成，提高整体热泵装置的工作质量。参见图2，所述太阳能热水子系统1包括集热器11、储水箱12和水泵13，集热器11、储水箱12和水泵13依次相连接并形成循环回路，水泵13与储水箱12之间的连接管路经过所述溶液发生器，储水箱12内的水通过集热器11进行加热后经过水泵13进入溶液发生器41中，实现溶液发生器41中的溶液经太阳能加热的过程，由太阳能直接驱动热泵系统，无需经过光、电转化的过程，且结构简单，提高能源的利用率，且节约成本。需要说明的是，在本实施例中，吸收式循环子系统4中采用的制冷工质为溴化锂溶液，但是在其他实施例中，制冷工质的选择并不受此限制，当可按照需要选择合适的制冷工质。

参见图1和图4，空调换热工质循环子系统5包括第二冷凝器54、第一单向阀55、第二节流阀56和第二蒸发器57，且压缩机51、四通阀53、第二冷凝器54、第一单向阀55、过冷器52、第二节流阀56和第二蒸发器57依次连接并形成第一循环回路，压缩机51排出高温高压的气态制冷剂，该气态制冷剂连接所述四通阀53的第一阀口之前首先穿过溶液发生器41，气态制冷剂在溶液发生器41中被预冷后，经四通阀53的第二阀口被送入第二冷凝器54中散热冷凝，冷凝后形成低温高压的液态制冷剂通过第一单向阀55进入过冷器52中，因为过冷器52与第一蒸发器42相互耦合，低温高压的液态制冷剂在过冷器52中与吸收式循环子系统4进行热交换，得到过冷的液态制冷剂，该液态制冷剂经过第二节流阀56节流降压后进入第二蒸发器57中，空间突然增大，压力减小，液态的制冷剂就会吸收冷媒水的热量蒸发汽化，从液态到气态的过程是吸热的，吸收环境中大量的热，第二蒸发器57就会变冷，并且使冷媒水变成低温冷媒水达到制冷的目的，第二蒸发器57连接四通阀53的第四阀口，使制冷剂蒸汽通入四通阀53，并再次从四通阀53的第三阀口被压缩机51吸入，进入下一周期的循环。另外，制冷过程中形成的低温冷媒水可以供空调末端使用。

其中，空调换热工质循环子系统5包括第二单向阀58和第三节流阀59，第一单向阀55与第三节流阀59并联连接，第二单向阀58与第二节流阀56并联连接，使压缩机51、四通阀53、第二蒸发器57、第二单向阀58、过冷器52、第三节流阀59和第二冷凝器54依次连接并形成第二循环回路，压缩机51排出高温高压的气态制冷剂，该气态制冷剂连通四通阀53的第一阀口之前穿过所述溶液发生器41，被溶液发生器41内的稀溶液预冷后，经过四通阀53的第四阀口进入第二蒸发器57中，在第二蒸发器57中被冷媒水冷却形成液态制冷剂，制冷剂从气态到液态是放热过程，发出大量的热，使第二蒸发器57变热，并使冷媒水变成高温冷媒水，室内的空气从第二蒸发器57中吹过，使室内风机吹出的是热气，从而实现制热的过程，第二蒸发器57中的液态制冷剂经过第二单向阀58进入过冷器52，由于过冷器52与第一蒸发器42相互耦合，使液态制冷剂在过冷器52中与吸收式循环子系统4进行热交换，过冷的液态制冷剂从过冷器52中经第三节流阀59节流降压后在第二冷凝器54中吸收空气热量蒸发，形成气态制冷剂，第二冷凝器54与四通阀53的第二阀口相连接，该气态制冷剂进入四通阀53并从第三阀口被压缩机51重新吸收，进入下一周期的循环。另外，上述高温冷媒水可以供空调末端使用。需要说明的是，在本实施例中，空调换热工质循环子系统5中使用的制冷剂为R22或R410A，但在其他实施例中，制冷剂的种类并不受此实施例的限制，当可按照实际的需要，选择合适的制冷剂类型。

另外，所述热泵系统还包括电机3，电机3通过第一传动机构6与压缩机51相连接，能够达到以电能源驱动空调换热工质循环子系统5的目的；该热泵系统还包括风力机2、第二传动机构7和转换器8，风力机2、第二传动机构7、转换器8和压缩机51依次相连接，能够实现以风能源驱动空调换热工质循环子系统5的目的，且风能源能够直接用来驱动空调换热工质循环子系统5，无需经过风电转化过程，且装置结构简单，既能够提高能源的利用率，又能降低生产成本。

本实用新型能够根据户外太阳能和风能的变化情况自动选择不同的工作模式：

(1)当太阳能、风能均充足时，电机3能够不启动，也能够实现吸收式循环子系统和空调换热工质循环子系统的同时工作，节约电能源；

(2)当太阳能充足、风能不足时，风力机2停止工作，电机3启动，能够实现吸收式循环子系统和空调换热工质循环子系统的同时工作；

(3)当太阳能不足、风能充足时，风力机2开始工作，电机3和太阳能热水子系统1中的水泵13停止工作，由风力机2驱动吸收式循环子系统和空调换热工质循环子系统的同时工作；

(4)太阳能、风能均不足时，风力机2和太阳能热水子系统1中的水泵13停止工作，电机3开始工作，由电机3驱动吸收式循环子系统和空调换热工质循环子系统的同时工作。

本实用新型的热泵系统包括太阳能热水子系统、空调换热工质循环子系统和吸收式循环子系统，所述吸收式循环子系统包括溶液发生器、第一冷凝器、第一节流阀、第一蒸发器、吸收器和循环泵，所述溶液发生器和所述吸收器之间通过两个管道相连接并形成制冷工质循环回路，且所述溶液发生器、所述第一冷凝器、所述第一节流阀、所述第一蒸发器、所述吸收器依次连接，其中，溶液发生器内的水蒸气经第一冷凝器被冷却水冷凝成水，经过第一节流阀降压后进入第一蒸发器中，由于第一蒸发器和过冷器相互耦合，能够使低压冷凝水吸收空调换热工质循环子系统中的制冷剂液体的热量后蒸发，产生制冷的效果；另外，第一蒸发器中蒸发出的水蒸气进入吸收器中，被制冷工质吸收，吸收器内的溶液吸收从第一蒸发器中出来的蒸汽变成稀溶液，稀溶液进入溶液发生器，重新被热源加热产生蒸汽再次形成浓溶液，开始下一轮的循环；由于溶液发生器和吸收器之间通过两个管道相连接并形成制冷工质循环回路，即溶液发生器内的浓溶液也能够进入吸收器中，由吸收器吸收第一蒸发器内的蒸汽将其变成稀溶液，继续供给工作。所述太阳能热水子系统的管路穿过所述溶液发生器，能够为溶液发生器内的溶液提供热量，促进溶液发生器内的溶液受热产生蒸汽形成浓溶液，为系统的下一步工作提供条件；且太阳能热水子系统有效的利用了太阳能源，与空调换热工质循环子系统配合工作，能够形成多种能源的利用形式，非常灵活。所述空调换热工质循环子系统包括有四通阀、压缩机和过冷器，所述压缩机的出口管路与所述四通阀相连接，且所述压缩机的出口管路经过所述溶液发生器，溶液发生器能够对压缩机中排出的高温高压制冷剂进行预冷，方便下一步的工作，且所述溶液发生器分别配合所述空调换热工质循环子系统和吸收式循环子系统共同工作，能够保证热泵系统制冷或制热工作时的质量，使整个系统的工作可靠性更高。所述过冷器与所述第一蒸发器相互耦合，且即述第一蒸发器与所述过冷器相耦合后的装置，既能够供吸收式循环子系统工作，也能供空调换热工质循环子系统工作，保证在太阳能或者其他驱动源不足的情况下，吸收式循环子系统和空调换热工质循环子系统也能够同时工作，可靠高效的完成制冷或制热的工作，且两种循环相耦合的方式能够使热水温度比单一循环方式下的温度低，从而降低对集热器的要求，大幅度提高整体系统的COP。

应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也视为本实用新型的保护范围。