本发明涉及太阳能热利用及热泵空调领域，尤其涉及一种太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵。
背景技术：
随着能源危机的加剧和环保要求的提高，节能减排技术成为世界性的研究课题。中国是能源消耗和co2排放大国，面临着日益严峻的节能减排压力。同时，与以燃煤为主的能源消费模式紧密相关的雾霾问题日益受到关注。
在我国北方寒冷地区，建筑供暖能耗占建筑总能耗50％以上，严重的雾霾问题主要归因于以煤直接燃烧为主的非清洁采暖方式。同时，长江中下游等夏热冬冷地区供热需求的日益上升，加之，随着我国北方冬季供暖“限煤”“煤改电”等系列政策的相继出台，利用太阳能进行冬季高效、稳定供暖，成为了亟待解决的问题。
目前蒸汽压缩式热泵采暖需要消耗大量电能，家用空调采暖使用的氟利昂等制冷剂会导致臭氧层破坏和温室效应。相较于蒸汽压缩式热泵，吸收式热泵采用环境友好型工质，如氨水(nh3-h2o)等,而且可以利用可再生能源、废热等驱动，可有效减少化石燃料的消耗。然而，与蒸汽压缩式热泵相比，吸收式热泵供热效率较低，相同热负荷条件下需要更多的安装面积，且很难在低于-20℃的环境温度下高效工作。
借鉴传统蒸汽压缩式热泵，在传统的基于gax的氨水吸收式热泵的蒸发器出口引入氨气压缩机，利用压缩机的吸气过程，使蒸发器内达到一定的负压，降低蒸发压力，从而降低蒸发温度，增强热泵机组对寒冷环境的适应能力，扩大我国冬季适宜采用热泵供暖的地域范围。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种新的装置，利用太阳能，减少能耗。
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多种能源的综合利用，解决的问题是太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵应用于北方冬天取暖。
为实现上述目的，本发明提供了一种太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，包括发生器高温段、发生器中温段、发生器低温段、精馏器、冷凝器、过冷器、节流阀a、蒸发器、三通阀a、压缩机、溶液冷却吸收器、水冷却吸收器、节流阀b、溶液循环泵、燃气炉、三通阀b、太阳能集热器、集热器工质循环泵、集热器工质循环管路、取暖水回水口、取暖水出水口、压缩机旁路管和集热器工质旁路管。
进一步地，其特征在于，取暖水在所述水冷却吸收器中进行预热，在所述冷凝器中吸收大量热量升温。
进一步地，集热器工质在所述太阳能集热器里吸收热量，在所述发生器中温段释放热量加热氨水溶液。
进一步地，所述燃气炉加热所述发生器高温段的氨水溶液。
进一步地，从所述发生器高温段出来的饱和氨水溶液依次流经所述发生器低温段和所述节流阀b进入所述溶液冷却吸收器。
进一步地，所述发生器高温段、所述发生器中温段和所述发生器低温段中产生的氨气依次流入所述精馏器中提纯。
进一步地，从所述精馏器中提纯出来的氨气进入所述冷凝器与取暖水进行热交换。
进一步地，气液两相氨进入所述蒸发器，吸收周围环境空气热量成气相氨即氨气，从所述蒸发器的出口出来。
进一步地，所述太阳能集热器是小型槽式太阳能集热器。
进一步地，所述压缩机是无油涡旋压缩机。
进一步地，发生器高温段出口溶液为相应温度和压力条件下的饱和溶液。
进一步地，蒸发器入口氨为气液两相，其干度取决于节流阀a的开度和蒸发温度要求。
与现有技术相比，本发明的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵的优势在于：
(1)采用氨-水工质，建立的循环更适用于中国北方寒冷地区冬季寒冷环境下的热泵采暖，改善以燃煤为主的冬季供暖结构；
(2)可部分或者全部利用太阳能热驱动，可减少化石燃料的消耗，有助于缓解北方供暖性雾霾问题；
(3)可以通过三通阀a，调节压缩机是否接入热泵回路，更高效适应不同环境温度下的工作需求；
(4)通过三通阀b，调节槽式集热器集热回路是否接入热泵回路，在太阳辐射条件良好时，尽量多使用太阳能热驱动本发明热泵，在太阳辐射条件不充足时，利用燃气燃烧，保证热泵的正常运行。
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是本发明的第一种实施方式的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵系统流程图；
图2是本发明的第二种实施方式的系统流程图；
图3是本发明的第三种实施方式的系统流程图；
图4是本发明的第四种实施方式的系统流程图；
其中，1-发生器高温段，2-发生器中温段，3-发生器低温段，4-精馏器，5-冷凝器，6-过冷器，7-节流阀a，8-蒸发器，9-三通阀a，10-压缩机，11-溶液冷却吸收器，12-水冷却吸收器，13-节流阀b，14-溶液循环泵，15-燃气炉，16-三通阀b，17-小型槽式太阳能集热器，18-集热器工质循环泵,19-集热器工质循环管路，20-取暖水回水口，21-取暖水出水口，22-压缩机旁路管，23-集热器工质旁路管。
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，第一种实施方式的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵包括发生器高温段1、发生器中温段2、发生器低温段3、精馏器4、冷凝器5、过冷器6、节流阀a7、蒸发器8、三通阀a9、压缩机10、溶液冷却吸收器11、水冷却吸收器12、节流阀b13、溶液循环泵14、燃气炉15、三通阀b16、太阳能集热器17、集热器工质循环泵18、集热器工质循环管路19、取暖水回水口20、取暖水出水口21、压缩机旁路管22和集热器工质旁路管23。
太阳能供热回路，太阳能供热回路管19里是一种集热工质，经集热工质循环泵18送到太阳能集热器17的集热管，在该处管内集热工质吸收太阳能集热器17的热量，经三通阀b16进到发生器中温段2，与该处的热泵工质氨水溶液进行热交换，氨水溶液得热升温，集热工质降温，集热工质再经集热工质循环泵18送到太阳能集热器17，如此不断地循环。太阳能供热回路还有一个旁路管23，由三通阀b16控制，视情况切断或连通进入发生器中温段2的集热工质。太阳能集热器17是小型槽式太阳能集热器。
取暖水回路，从室内供暖流回的取暖水经取暖水回水口20进入回路，进入水冷却吸收器12，在该处氨水溶液吸收氨气，释放吸收热，取暖水通过换热管与氨水溶液热交换，取暖水得吸收热升温；进入冷凝器5，在该处，氨气冷凝释放冷凝热，管道里的取暖水与氨工质进行热交换，取暖水得大量的热量继续升温，然后取暖水进入室内供暖系统供使用。取暖水流回取暖水回水口20再进入回路，如此循环。
热泵工质回路，发生器高温段1的氨水溶液受燃气炉14加热发生，产生的氨水溶液进入发生器中温段2，接收太阳能热继续发生过程，产生的氨水溶液流入发生器低温段3，接收回热显热继续发生过程，最终产生的稀氨水溶液流经节流阀b13，进入溶液冷却吸收器11。发生器高温段1、发生器中温段2和发生器低温段3中三个发生过程产生的全部氨蒸汽进入精馏器4，进行提纯，提纯后的氨气进入冷凝器5，在该处与室内取暖回路的取暖水进行热交换，释放大量的热，充分冷凝后变成液相氨；经过过冷器6释放一些热量，经节流阀a7变成气液两相低温氨，然后流入蒸发器8，在蒸发器8处吸收周围环境空气热量蒸发成气相氨；从蒸发器8出来的氨气流经过冷器6，接收从冷凝器5出来的那路氨过冷的显热热量，实现过热，然后经三通阀a9进入压缩机10被压缩，进入溶液冷却吸收器11。从精馏器4回流的少量氨溶液，进入发生器低温段3。进入溶液冷却吸收器11的氨水溶液，在此处吸收压缩机10出来的部分高温氨蒸汽，释放吸收热，用于内部溶液的预热。再经水冷却吸收器12，吸收压缩机10出来的剩余高温氨蒸汽，产生吸收热，与流经该处的室内取暖水进行热交换。水冷却吸收器12出口的溶液通过管路流经溶液循环泵14、精馏器4、溶液冷却吸收器11，然后与精馏器4回流的少量氨溶液混合，进入发生器低温段3。
水冷却吸收器12出口的氨是浓氨溶液。
发生器低温段3入口的溶液，在发生器低温段3、发生器中温段2、发生器高温段1内分别与热氨溶液、太阳能集热工质、燃气炉15换热，温度上升，溶液变饱和，发生出高温高压氨蒸汽，整个发生过程不等温，存在温度滑移，发生器高温段1出口溶液为相应温度和压力条件下的饱和溶液。
蒸发器8入口氨工质为气液两相，其干度取决于节流阀7的开度和蒸发温度要求。蒸发器8内，低温纯氨吸收低温环境空气热量，温度上升，蒸发为低温低压氨蒸汽，整个相变过程等温，不存在温度滑移。
本发明中的高温驱动热源是由小型槽式太阳能集热器17产生的高温太阳能热(>170℃)，低温驱动热源是低温环境热量(>-35℃)、废热和低温太阳能热(10～35℃)等。
太阳能集热器17是小型槽式太阳能集热器，根据供热负荷、安装场地等因素原则确定合适的集热面积。
压缩机10优选用小型无油涡旋压缩机，吸气压力最低0.07～0.08mpa,压力比处于4.0～8.0的范围内。
本发明中，对于固定合理的工作高压、低压和供水温度，可确定发生器的溶液循环倍率和循环中各部分流量的分配比例。
本发明中的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，供水温度40～60℃，适合应用于地板采暖、风机盘管采暖等的温度需求；环境温度不能过低(>-35℃)。环境温度过低时，受压缩机10吸气压力和压比的限制，蒸发过程不能继续，热泵不能工作。
本实施例适用于冬季寒冷环境(-35～-15℃)且太阳辐照条件充足时的室内供暖。
如图2所示，第二种实施方式的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，燃气炉15和压缩机10接入系统，太阳能集热器17未接入系统，通过关闭集热器工质循环泵18并调节三通阀b16，可实现太阳能集热器17不接入系统。在图1所示的热泵流程图的基础上，调节三通阀b16，热泵由单一外热源燃气炉15驱动工作，相同的内容参照第一种实施方式。此实施例适用于冬季环境温度很低(-35～-15℃)且太阳辐照条件不足时的室内供暖。
如图3所示，第三种实施方式的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，太阳能集热器17和燃气炉15接入系统，通过三通阀a9接通压缩机旁路管22，使压缩机10不接入系统。相同的内容参照第一种实施方式。此实施例适用于冬季环境温度较低(>-15℃)且太阳辐照条件充足时的室内供暖。
如图4所示，第四种实施方式的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，燃气炉15接入系统，通过关闭集热器工质循环泵18并调节三通阀b16，可使太阳能集热器17不接入系统，同时通过三通阀a9接通压缩机旁路管22，使压缩机10不接入系统。在图3的基础上，热泵由单一外热源燃气炉15驱动工作。相同的内容参照第一种实施方式。此实施例适用于冬季环境温度较低(>-15℃)且太阳辐照条件不足时的室内供暖。
由于冬季太阳辐照较弱，很难长时间单独利用太阳能热驱动本发明中的热泵采暖，但是利用单一太阳能热驱动本发明中的热泵供暖的所有未列举实施例都应当在权利要求书所确定的保护范围内。
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。
1.一种太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，包括发生器高温段、发生器中温段、发生器低温段、精馏器、冷凝器、过冷器、节流阀a、蒸发器、三通阀a、压缩机、溶液冷却吸收器、水冷却吸收器、节流阀b、溶液循环泵、燃气炉、三通阀b、太阳能集热器、集热器工质循环泵、集热器工质循环管路、取暖水回水口、取暖水出水口、压缩机旁路管和集热器工质旁路管。
2.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，取暖水在所述水冷却吸收器中进行预热，在所述冷凝器中吸收大量热量升温。
3.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，集热器工质在所述太阳能集热器里吸收热量，在所述发生器中温段释放热量加热氨水溶液。
4.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，所述燃气炉加热所述发生器高温段的氨水溶液。
5.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，从所述发生器高温段出来的饱和氨水溶液依次流经所述发生器低温段回热，然后经过所述节流阀b节流降压后，进入所述溶液冷却吸收器。
6.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，所述发生器高温段、所述发生器中温段和所述发生器低温段中产生的氨气依次流入所述精馏器中提纯。
7.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，从所述精馏器中提纯出来的氨气进入所述冷凝器与取暖水进行热交换。
8.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，气液两相氨进入所述蒸发器，吸收周围环境空气热量成气相氨即氨气，从所述蒸发器的出口出来。
9.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，所述太阳能集热器是小型槽式太阳能集热器。
10.如权利要求1所述的太阳能和燃气双热源驱动的氨水吸收-压缩式复合热泵，其特征在于，所述压缩机是无油涡旋压缩机。
技术总结