阅读说明：本技术 一种热泵系统 (Heat pump system ) 是由 李先庭 姜思航 梁辰吉昱 石文星 吕伟华 王宝龙 于 2019-09-24 设计创作，主要内容包括：本发明涉及空调领域,提供一种热泵系统,包括制冷回路和溶液循环单元,制冷回路包括压缩机、第一换热器、节流装置和第二换热器,其中第一、二换热器分别包括第一、二冷媒换热通道；溶液循环单元包括第一喷淋装置、第二喷淋装置、第一盛装容器和第二盛装容器；第一喷淋装置和第二盛装容器分别连通第一换热通道的出口端和进口端,第二喷淋装置和第一盛装容器分别连通第二换热通道的出口端和进口端。本发明采用溶液喷淋辅助直膨式热泵系统对空气进行处理,使热泵系统的蒸发温度提高,冷凝温度降低；采用可实现三种介质任意两两换热的第一、二换热器同时实现了溶液预处理和再次喷淋换热,且过渡季可实现溶液与空气的显热交换,达到免费供冷的目的。(The invention relates to the field of air conditioners, and provides a heat pump system which comprises a refrigeration loop and a solution circulation unit, wherein the refrigeration loop comprises a compressor, a first heat exchanger, a throttling device and a second heat exchanger, wherein the first heat exchanger and the second heat exchanger respectively comprise a first refrigerant heat exchange channel and a second refrigerant heat exchange channel; the solution circulating unit comprises a first spraying device, a second spraying device, a first container and a second container; the first spraying device and the second container are respectively communicated with the outlet end and the inlet end of the first heat exchange channel, and the second spraying device and the first container are respectively communicated with the outlet end and the inlet end of the second heat exchange channel. The invention adopts the solution spraying auxiliary direct expansion type heat pump system to process the air, so that the evaporation temperature of the heat pump system is increased, and the condensation temperature is reduced; solution pretreatment and secondary spraying heat exchange are simultaneously realized by adopting the first heat exchanger and the second heat exchanger which can realize random heat exchange of three media, and sensible heat exchange of the solution and air can be realized in transitional seasons, so that the purpose of free cold supply is achieved.)

一种热泵系统

技术领域

本发明涉及空调领域，尤其涉及一种热泵系统。

背景技术

目前，随着人们对室内环境热舒适度及节能减排要求的提高，热泵空调系统得到广泛应用，但传统的热泵空调系统仍存在一些不足。

以水作为载冷剂的传统热泵空调系统，夏季通过制取冷冻水对空气进行降温及冷凝除湿，送风温度过低，室内热舒适性较低，若对送风再热将造成冷热抵消，导致能源浪费；冷凝除湿过程产生的凝结水易滋生细菌，污染室内环境。

直膨式的热泵系统具有减少冷媒与空气间换热环节的优势，但作为一种传统的室内小型空调器，除存在上述问题外，还存在以下问题：蒸发器、冷凝器均利用温差进行显热交换，从而蒸发温度和冷凝温度受到环境的限制；冬季无法对空气进行加湿。

传统热泵系统存在上述问题的原因是：夏季采用低温冷源通过冷凝除湿降温的方式同时处理室内的潜热负荷与显热负荷。

而温湿度独立控制空调系统则将室内潜热负荷与显热负荷分开处理，分别由新风与室内循环风承担，即采用单独的除湿、加湿设备控制新风的湿度，另一套设备通过高温冷源对室内循环风进行显热降温处理，从而解决了上述问题。

但温湿度独立控制空调系统仍存在以下不足：采用新风、循环风两套处理系统，系统复杂，初投资较高、控制要求高；对于大多数情况下的纯循环风或者新风量较小的空调系统，容易导致除湿不足，且过渡季无法充分利用外界环境进行免费供冷。

相比而言，目前出现的直膨式固体吸附除湿热泵空调系统，采用一套设备就解决了上述问题。

例如，中国专利申请号为201110318394.1的“冷凝废热驱动的基于固体除湿的热湿独立控制的热泵系统”的发明专利，其除湿蒸发器和再生冷凝器均以固体吸附材料附着于传统翅片管式换热器表面制成，蒸发冷量和冷凝热量分别用于吸湿剂的除湿和再生过程，并按一定周期通过阀门切换冷媒管路与风管路来交替运行。因此，该热泵系统不能连续运行空气除湿工况。

为此，中国专利申请号为201710335443.X的“半解耦式降温除湿与分级冷却的除湿热泵系统和方法”的发明专利在上述方案的基础上通过单独设置蒸发器解决不能连续地对空气除湿冷却的问题。但仍存在一些不足：冷媒管路和风管路复杂，占据较大空间；固体干燥剂通过直接接触换热器表面进行热传导，存在较大接触热阻，换热效果有待进一步提高；固体干燥剂涂层技术仍有待进一步发展成熟；附着吸附材料(固体干燥剂的材料)的换热器热容较大，交替运行后达到稳定状态时间较长，这段时间内系统显热负荷处理能力往往难以满足要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为了实现该目的，本发明提供了一种热泵系统，包括制冷回路，所述制冷回路包括压缩机、第一换热器、节流装置和第二换热器，还包括：

溶液循环单元；

所述第一换热器和第二换热器分别包括用于所述制冷回路中冷媒流通的冷媒换热通道，所述第一换热器包括用于所述溶液循环单元中溶液流通的第一换热通道，所述第二换热器包括用于所述溶液循环单元中溶液流通的第二换热通道；

所述溶液循环单元包括：

第一喷淋装置，位于所述第一换热器上方，且连通所述第一换热通道；

第二喷淋装置，位于所述第二换热器上方，且连通所述第二换热通道；

第一盛装容器，位于所述第一喷淋装置下方接住流经所述第一换热器的溶液，并连通所述第二换热通道；

第二盛装容器，位于所述第二喷淋装置下方接住流经所述第二换热器的溶液，并连通所述第一换热通道；

所述第一喷淋装置和所述第二盛装容器分别连通所述第一换热通道的出口端和进口端，所述第二喷淋装置和所述第一盛装容器分别连通所述第二换热通道的出口端和进口端。

根据本发明的其中一个实施例，所述溶液循环单元中设置有第三换热器，所述第三换热器包括两根第三换热通道，两根所述第三换热通道分别位于所述第一盛装容器与所述第二换热通道之间，以及所述第二盛装容器与所述第一换热通道之间。

根据本发明的其中一个实施例，所述第一换热通道的出口端通过第一管路连通所述第二换热通道的进口端，所述第二换热通道的出口端通过第二管路连通所述第一换热通道的进口端，所述第一换热通道的出口端择一导通所述第一喷淋装置或所述第一管路；所述第二换热通道的出口端择一导通所述第二喷淋装置或所述第二管路。

根据本发明的其中一个实施例，所述溶液循环单元中设置有第三换热器，所述第三换热器包括两根第三换热通道，两根所述第三换热通道分别位于所述第一盛装容器与所述第二换热通道之间，以及所述第二盛装容器与所述第一换热通道之间；所述第一管路和第二管路分别包括不同所述第三换热通道。

根据本发明的其中一个实施例，所述第三换热器并联有旁通管段，所述旁通管段与其中一条所述第三换热通道择一导通。

根据本发明的其中一个实施例，所述溶液循环单元包括第一循环泵和第二循环泵，所述第一循环泵位于所述第一盛装容器和所述第二喷淋装置之间，所述第二循环泵位于所述第二盛装容器和所述第一喷淋装置之间。

根据本发明的其中一个实施例，所述制冷回路包括四通换向阀，所述压缩机通过所述四通阀连通所述第一换热器和第二换热器。

根据本发明的其中一个实施例，所述第一换热器上设置有第一空气通道，所述第一空气通道的空气为新风和/或排风；所述第二换热器上设置有第二空气通道，所述第二空气通道的空气为新风和/或回风。

根据本发明的其中一个实施例，所述第一空气通道与所述第一喷淋装置之间逆流换热或者叉流换热；所述第二空气通道与所述第二喷淋装置之间逆流换热或者叉流换热。

本发明的技术方案具有以下优点：

首先，由于第一喷淋装置位于第一换热器上方，第二喷淋装置位于第二换热器上方，溶液通过冲刷第一换热器和第二换热器表面的形式进行对流换热，相比固体干燥剂的热传导及存在接触热阻的情况，溶液对流冲刷具有更好的换热效果。其次，该种热泵系统利用溶液循环单元辅助直膨式热泵系统(制冷回路)，在实现自身稳定的循环过程的同时，溶液的除湿放热与再生吸热过程充分利用热泵系统的蒸发器冷量和冷凝器热量，在蒸发侧实现了高于空气露点温度的除湿过程，蒸发温度提高，且可以实现降温、等温或升温除湿过程；不同于传统直膨式热泵系统仅采用空冷换热形式，在冷凝侧利用溶液中水蒸气蒸发冷却可以使冷凝温度降低，，系统性能显著提高。最后，第一换热器和第二换热器为可以实现三种介质之间任意两两换热的三介质换热器，达到同一设备内溶液预冷及内冷吸湿的目的，或达到溶液预热及内热除湿的目的，使热泵系统结构更加紧凑。该三种介质包括空气(或溶液与空气的两相混合物)、制冷回路中的冷媒以及溶液循环单元的溶液。

附图说明

为了更清楚地说明本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本发明的一些实施例，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是本发明实施例的其中一种热泵系统的结构示意图；

图2是本发明实施例的另一种热泵系统的结构示意图；

图3是图2中热泵系统在其中一种工况下的结构示意图；

图中：1、第一换热装置；11、第一喷淋装置；12、第一换热器；2、第二换热装置；21、第二喷淋装置；22、第二换热器；3、第一循环泵；4、第二循环泵；5、第三换热器；6、压缩机；7、节流装置；8、四通换向阀；9、第一空气通道；10、第二空气通道；13、第一阀门；14、第二阀门；15、第三阀门；16、第四阀门；17、第五阀门；18、第六阀门；19、第一管路；20、第二管路；23、第一盛装容器；24、第二盛装容器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1至图3为本发明实施例提供的热泵系统的结构示意图。其中，图中实线表示溶液管路，虚线表示制冷回路的冷媒管路。

根据本发明的实施例，提供一种热泵系统，其采用溶液循环单元，利用溶液的吸湿、加湿性能，以及利用溶液具有流动性的优势，可完成连续稳定的除湿、再生循环；且喷淋溶液的对流换热效果好于固体吸附材料的热传导效果。

请参见图1，根据本发明的实施例，提供一种热泵系统，包括制冷回路和溶液循环单元。其中，制冷回路包括压缩机6、第一换热器12、节流装置7和第二换热器22。溶液循环单元包括第一喷淋装置11、第二喷淋装置21、第一盛装容器23和第二盛装容器24。

其中，第一换热器12和第二换热器22分别包括用于制冷回路中冷媒流通的冷媒换热通道，第一换热器12包括用于溶液循环单元中溶液流通的第一换热通道，第二换热器22包括用于溶液循环单元中溶液流通的第二换热通道。第一喷淋装置11位于第一换热器12上方，且连通第一换热通道；第二喷淋装置21位于第二换热器22上方，且连通第二换热通道；第一盛装容器23位于第一喷淋装置11下方接住流经第一换热器12的溶液，并连通第二换热通道；第二盛装容器24位于第二喷淋装置21下方接住流经第二换热器22的溶液，并连通第一换热通道。第一喷淋装置11和第二盛装容器24分别连通第一换热通道的出口端和进口端，第二喷淋装置21和第一盛装容器23分别连通第二换热通道的出口端和进口端。

该种热泵系统具有以下优势：

首先，由于第一喷淋装置11位于第一换热器12上方，第二喷淋装置21位于第二换热器22上方，溶液通过冲刷第一换热器12和第二换热器22表面的形式进行对流换热，相比固体干燥剂的热传导及存在接触热阻的情况，溶液对流冲刷具有更好的换热效果。

其次，该种热泵系统利用溶液循环单元辅助直膨式热泵系统(制冷回路)，在实现自身稳定的循环过程的同时，溶液的除湿放热与再生吸热过程充分利用热泵系统的蒸发器冷量和冷凝器热量，在蒸发侧实现了高于空气露点温度的除湿过程，蒸发温度提高，且可以实现降温、等温或升温除湿过程；不同于传统直膨式热泵系统仅采用空冷换热形式，在冷凝侧利用溶液中水蒸气蒸发冷却可以使冷凝温度降低，，系统性能显著提高。

最后，第一换热器12和第二换热器22为可以实现三种介质之间任意两两换热的三介质换热器，达到同一设备内溶液预冷及内冷吸湿的目的，或达到溶液预热及内热除湿的目的，使热泵系统结构更加紧凑。该三种介质包括空气(或溶液与空气的两相混合物)、制冷回路中的冷媒以及溶液循环单元的溶液。其中，第一喷淋装置11、第一换热器12和第一盛装容器23可以视为一个喷淋塔；第二喷淋装置21、第二换热器22和第二盛装容器24可以视为另外一个喷淋塔。第一喷淋装置11和第一换热器12结合形成一个换热装置，将其定义为第一换热装置1；第二喷淋装置21和第二换热器22结合形成另一个换热装置，将其定义为第二换热装置2。

在第一换热装置1内，空气流经第一换热器12对应的空气通道(对应后文提及的第一空气通道9)，溶液在流动方向上经过第一换热器12内的第一换热通道，之后经过第一喷淋装置11进行喷淋。在第二换热装置2内，空气流经第二换热器22对应的空气通道(对应后文提及的第二空气通道10)，溶液在流动方向上经过第二换热器22内的第二换热通道，之后经过第二喷淋装置21进行喷淋。

请进一步参见图1，溶液循环单元中设置有第三换热器5，第三换热器5包括两根第三换热通道，两根第三换热通道分别位于第一盛装容器23与第二换热通道之间，以及第二盛装容器24与第一换热通道之间。当然，也可以不设置第三换热器5。

此处的第三换热器5为溶液循环单元的管路上设置的热回收换热器。其可用于吸湿溶液和再生溶液间的热交换，提高能源的利用效率。

请参见图2，其提供一种热泵系统，其具备图1中热泵系统具有的所有功能。除此以外图2中：第一换热通道的出口端通过第一管路19连通第二换热通道的进口端，第二换热通道的出口端通过第二管路20连通第一换热通道的进口端，第一换热通道的出口端择一导通第一喷淋装置11或第一管路19；第二换热通道的出口端择一导通第二喷淋装置21或所述第二管路20。

其中一种情况，图2中，第一换热通道导通第一喷淋装置11，且第二换热通道导通第二喷淋装置21，此时得到热泵系统的工作原理和图1中热泵系统工作原理相同。

另外一种情况，图2中，第一换热通道导通第一管路19，且第二换热通道导通第二管路20，此时得到热泵系统的工作原理如图3(图3中省略了制冷回路一侧的部分结构，其中制冷回路一侧的结构与图1、图2均无异)。

图2和图1中一样，也设置有第三换热器5，并且图2中第三换热器5作用以及工作原理也和图1中相同。

其中，可以在第三换热器5并联有旁通管段，旁通管段与其中一条第三换热通道择一导通。进而，当导通旁通管段而断开第三换热器5的其中一条第三换热通道的时候，则此时由蒸发侧流出的溶液不与由冷凝侧流出的溶液之间发生热交换。以图3为例，由第一换热器12流出的溶液流经其中一条第三换热通道，由第二换热器22流出的溶液流经旁通管段，进而可以避免溶液之间在第三换热器5处发生热交换。

图2中，在旁通管段和位于左侧的第三换热通道上分别设置有第一阀门13和第二阀门14。很显然，也可以将左侧第三换热通道上的第二阀门14设置于右侧第三换热通道上，此时设置第一阀门13的旁通管段则与右侧第三换热通道导通。并且，也可以通过三通阀替代当前第一阀门13和第二阀门14，进而实现旁通管段和其中一条第三换热通道的择一导通。

此外，图2中，为了实现第一喷淋装置11和第一管路19之间的择一导通，在第一管路19和第一喷淋装置11进口处分别设置有第三阀门15和第四阀门16。同样的，为了实现第二喷淋装置21和第二管路20之间的择一导通，在第二管路20和第二喷淋装置21进口处分别设置有第五阀门17和第六阀门18。类似地，当前第三阀门15和第四阀门16也可以通过一个三通阀替代，第五阀门17和第六阀门18可以通过另外一个三通阀替代。

参见图2，溶液循环单元还包括第一循环泵3和第二循环泵4，第一循环泵3位于所述第一盛装容器23和第二喷淋装置21之间，第二循环泵4位于第二盛装容器24和第一喷淋装置11之间。

当图2中第一换热通道与第一喷淋装置11之间导通而与第一管路19之间断开，且第二换热通道与第二喷淋装置21之间导通而与第二管路20之间断开时，此时热泵系统的管路连接可以参考图1。其中，第一循环泵3工作使得第一盛装容器23当中的溶液依次通过第三换热通道和第二换热通道，最终由第二喷淋装置21喷淋至第二换热器22，并经由第二换热器22落入到第二盛装容器24中。第二循环泵4工作使得第二盛装容器24当中的溶液依次通过第三换热通道和第一换热通道，最终由第一喷淋装置11喷淋至第一换热器12，并经由第一换热器12落入到第一盛装容器23中。该种情况下，溶液循环单元中的溶液流经第一换热器12和第二换热器22，并实现溶液循环。

当图2中第一换热通道与第一管路19之间导通而与第一喷淋装置11之间断开，且第二换热通道与第二管路20之间导通而与第二喷淋装置21之间断开时，此时热泵系统的管路连接可以参考图3。其中，第二循环泵4工作使得溶液在第一换热通道、第三换热通道、第二换热通道和旁通管段之间形成的闭合回路中循环。

当然，第一循环泵3和第二循环泵4的设置位置不受附图2的限制，只要满足溶液循环需求即可。

请参见图1和图2，制冷回路包括四通换向阀8，压缩机6通过四通换向阀连通第一换热器12和第二换热器22。进而，制冷回路可以实现制冷或者制热工况。

根据本发明的实施例，第一换热器12处对应形成有第一空气通道9，第一空气通道9的空气为新风和排风当中的一种，或者为新风和排风的混合。

此外，第二换热器22处对应形成有第二空气通道10，第二空气通道10的空气为新风和回风当中的一种，或者为新风和回风的混合。

根据本发明的实施例，第一空气通道9与第一喷淋装置11之间呈逆流换热或者叉流换热。也即，第一空气通道9当中的空气和经第一喷淋装置11喷淋后的溶液之间可以为逆流换热或叉流换热。同样的，第二空气通道10与第二喷淋装置21之间呈逆流换热或者叉流换热。

上述溶液循环单元当中的溶液可以采用盐溶液，当然也可以采用任何现有技术中公开的具有吸湿性能的溶液。其中，通过溶液循环单元辅助制冷回路，提高了热泵系统的能效；且利用第一换热器12、第二换热器22同时对溶液进行直膨式的预冷和内冷吸湿，以及预热和内热再生，并且过渡季节可实现显热形式的免费供冷。

对于图2当中的热泵系统，将其用于进行夏季制冷除湿工况时，需打开热泵系统压缩机6，打开第二阀门14、第四阀门16和第六阀门18，关闭第一阀门13、第三阀门15和第五阀门17，打开第一循环泵3、第二循环泵4，调节四通换向阀8，使第一换热器12及所述第二换热器22分别是热泵系统的冷凝器及蒸发器。此时热泵系统中各介质的流通可以参考图1：

其中，第二空气通道10的待处理空气可以是新风、回风以及新风与回风的混合。空气经过第二换热装置2，与经过第二喷淋装置21喷淋而下的低温浓溶液及第二换热器22表面直接接触，进行热质交换后变成低温低湿的空气进行送风。溶液完成空气除湿过程后变为稀溶液，流出第二换热装置2。并且，在第二换热装置2中，热泵系统的冷媒通过第二换热器22对喷淋溶液进行预冷及对待处理空气-溶液混合流体进行降温。

第一空气通道9的待处理空气可以是新风、排风中的一种或两种的组合。空气经过第一换热装置1，与经过第一喷淋装置11喷淋而下的高温稀溶液及第一换热器12表面直接接触，进行热质交换后变成高温高湿的空气排出。溶液完成再生过程后变为浓溶液，流出第一换热装置1。并且，在第一换热装置1中，热泵系统的冷媒通过第一换热器12对喷淋溶液进行预热及对待处理空气-溶液混合流体进行升温。

对于图2当中的热泵系统，将其用于进行冬季制热加湿工况时，需打开热泵系统压缩机6，打开第二阀门14、第四阀门16和第六阀门18，关闭第一阀门13、第三阀门15和第五阀门17，打开第一循环泵3、第二循环泵4，调节四通换向阀8，使第一换热器12及第二换热器22分别是热泵系统的蒸发器及冷凝器。此时热泵系统中各介质的流通同样可以参考图1：

其中，第二空气通道10的待处理空气可以是新风、回风以及新风与回风的混合。空气经过第二换热装置2，与经过第二喷淋装置21喷淋而下的高温稀溶液及第二换热器22表面直接接触，进行热质交换后变成高温高湿的空气进行送风。溶液完成空气加湿过程后变为浓溶液，流出第二换热装置2。并且，在第二换热装置2中，热泵系统的制冷剂通过第二换热器22对喷淋溶液进行预热及对待处理空气-溶液混合流体进行升温。

第一空气通道9的待处理空气可以是新风、排风中的一种或两种的组合。空气与经过第一喷淋装置11喷淋而下的低温浓溶液及第一换热器12表面直接接触，进行热质交换后变成低温低湿的空气排出。溶液完成吸湿过程后变为稀溶液，流出第一换热装置1。并且，在第一换热装置1中，热泵系统的制冷剂通过第一换热器12对喷淋溶液进行预冷及对待处理空气-溶液混合流体进行降温。

对于图2当中的热泵系统，将其用于进行过渡季免费供冷工况时，需关闭热泵系统压缩机6，打开第一阀门13、第三阀门15和第五阀门17，关闭第二阀门14、第四阀门16和第六阀门18，关闭第一循环泵3、打开第二循环泵4，仅利用闭式溶液循环系统完成溶液与空气的显热交换。此时热泵系统中各介质的流通同样可以参考图3：

第二空气通道10的待处理空气为室内循环风。空气与第二换热器22表面直接接触，与低温溶液进行显热交换后降温，溶液升温后流出第二换热器22。第一空气通道9的待处理空气为室外空气，与第一换热器12表面直接接触，与高温溶液进行显热交换升温，溶液降温后流出第一换热器12。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。