CN1056685C - 一种采用逆流式过冷器的空调用制冷/热蓄冷/热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及空调用制冷/热蓄冷/热系统，特征在于制冷回路中增设了与蓄冷槽连通的逆流式过冷器，利用蓄冷使冷媒过冷，从而可利用高于空调机回水温度的蓄冷量，拓宽了空调用的蓄冷的限定温度范围；过冷器在制热回路中既可吸收低于暖风机回水温度的余热于储热，又可改作蒸发器把低温储热用于供暖，拓宽了供暖用蓄热的温度下限；单位容积蓄冷/热量提高，可单独用水作蓄冷/热材；系统运行稳定，造价低，利用率高，为蓄冷空调开辟了新路。

Description

一种采用逆流式过冷器的空调用制冷/热蓄冷/热系统

本发明涉及一种空调用制冷蓄冷或制热蓄热系统。

蓄冷空调系统可在电力充裕时制冷蓄冷，而在电力供应紧张时把积蓄的冷量补充给空调机用，从而可起到调节余缺、平衡电网峰谷负荷差的作用，且可降低运行费用，成为各国大力研究推广的技术。

据日本《省能》杂志(特集)“利用冰蓄热式空调使电力利用效率化”和《冷冻》杂志第63卷(蓄冷特集)报道，现有蓄冷空调系统基本上分为两类：一类是冰蓄冷系统，另一类是采用熔点高于零度(一般在4-8℃范围)的相变材(简称PCM材)的蓄冷系统，这两类系统都是利用空调机回水使蓄冷槽内蓄了冷而凝固的蓄冷剂熔化的方式来利用蓄冷量，因此其可利用的蓄冷量都必须是蓄冷剂的温度低于空调机回水温度的冷量，高于空调机回水温度的蓄冷量不能被利用。一般空调设计采用的回水温度为12℃，再考虑传热温差因素，则只能在10℃以下，若由蓄冷直接单独向空调机供冷，则蓄冷剂只有在其温度低于空调机的给水温度5-7℃以下时的蓄冷量才能被有效利用，受某些空调制冷机组压缩机能力限制，其蒸发器内制冷剂的蒸发温度一般在4℃以上。检索自1985年至今的我国专利文献，例如申请号为92219770.9名称为“储冷避峰制冷空调器”和日本三菱电机株式会社的申请号为93102863.9，名称为“蓄热式空调装置”等，均受此蓄冷温度的限制。若考虑蓄冷传热温差，则蓄冷剂的最佳凝固一熔化点范围应在6℃-8℃。为了降低蓄冷装置的造价，要求单位容积的蓄冷量尽可能大，因此须选用融点合适的相变潜热大的蓄冷剂。蓄冷剂的融点降低将导致系统在蓄冷时效率降低，使用冰蓄冷时系统效率就要比使用8℃相变材料的系统低约30％。然而在高于零度低于空调机回水温度如此窄的温度范围内，要选择储冷量大、性能稳定、廉价的蓄冷剂是相当困难的。据美国在日本的相变蓄冷系统日本总代理店摩利(MoLi)株式会社所提供的相变潜热蓄冷系统设计概要资料介绍，及江苏暖通空调制冷《冰蓄冷专辑》95年第2期介绍，美国哈佛大学开发的8.3℃PCM材(一种带结晶水复合盐)和5℃的PCM材，相变潜热仅分别约为22.8千卡/公斤和30千卡/公斤，且价格贵。复合盐有性能老化和不稳的毛病。冰作蓄冷剂虽然廉价，但为了让水结冰，冰槽内须布置密度很大的传热管网，致使冰槽的成本也很高且效率低。鉴于以上原因，目前在市场上所使用的这两种蓄冷空调系统的单位千焦尔蓄冷量成本均较贵，成为难于推广的主要原因。

日本《冷冻》杂志第63卷第734号介绍了一种由日本钢管株式会社于1988年开发的采用制冷剂过冷的冰蓄冷空调系统。该系统把蓄冷冰槽中的盘管既作为蓄冷时制冷回路的蒸发器，又作为放冷时制冷回路的过冷器。作蒸发器用时，盘管内制冷剂蒸发使蓄冷槽中的水结成冰；作过冷器用时，盘管内高温制冷剂使冰熔化并被过冷。利用了制冷教科书或制冷技术手册中都提到过的在制冷循环中提高过冷度可以提高制冷量的原理，把冰的熔化热的冷量通过使制冷剂过冷的方式间接传给空调机回水，以此来解决致密结冰时管外熔冰的困难和提高冰槽的储冰率。该系统采用盘管式蓄冷冰槽作过冷器，这种池浸式的过冷器先是通过0℃冰与进入过冷器时温度在40℃以上的制冷剂进行热交换，平均温差约25℃，而后制冷剂在蒸发器中蒸发，又以约7℃的平均温差与空调机回水进行热交换，这与把空调机回水直接与冰槽的冰换热的方式相比，传热温差大约增加了20多度，因而使系统的传热不可逆损失增加，效率降低。另外，当冰熔化完毕以后，蓄冷槽内的水是以平均温度上升，致使制冷剂过冷后的温度也不断回升，制冷剂过冷所增加的冷量不断减少，系统供冷性能不稳定，导致蓄冷槽内在空调机回水温度以上的蓄冷量也未能被充分利用。对于大型蓄冷系统，这还增加了制冷回路中的制冷工质(冷媒)的充装量并大大增加了流阻，因此并不可取。

本发明的目的在于克服上述现有蓄冷空调系统的不足，提供一种拓宽了空调用蓄冷/储热限定的温度范围，能利用现有蓄冷空调系统所难以充分利用的空调机回水温度以上的蓄冷剂的冷量来供冷，可提高现有蓄冷剂的单位容积蓄冷量，且可使水单独作为空调用的蓄冷剂有足够大的显热来蓄冷，单位千焦耳蓄冷量初投资较低运行费省的供空调用的制冷蓄冷系统；在需要供热地区，还可以在该系统的基础上改用为水制冷/热蓄冷/热的双用系统，并可利用高于环境温度而低于暖风机回水温度的水的低温蓄热量来供热。

附图1是本发明空调用制冷蓄冷系统流程原理示意图。

这种空调用制冷蓄冷系统，包括制冷蓄冷两大部分，其制冷部分含有制冷回路(GL)和供冷的回水和给水接口(10)、(11)，蓄冷部分含有蓄冷回路(SL)、蓄冷放冷回路和直接对空调机回水放冷的回水和给水接口(10)、(11)，所述制冷回路(GL)包括压缩机(1)、冷凝器(2)、高压气液分离器(14)、过冷器(3)、节流器(4)、蒸发器(5)以及其中制冷剂，由连接管路连接构成；蒸发器(5)的水侧既与装有蓄冷剂的蓄冷槽(6)、过冷循环泵(7)、连接管道及其中的载冷剂构成蓄冷回路(SL)，又留有能与空调机的盘管风机(9)、供冷循环泵(8)以及载冷剂构成蒸发器供冷回路(VA)的接口(10)、(11)，其特征在于所述制冷回路(GL)中在高压气液分离器(14)之后、节流器(4)之前所装的过冷器(3)是逆流式过冷器；由包括过冷器(3)(水侧)、蓄冷槽(6)、以及在过冷器冷端入水口(S₁)至蓄冷槽冷端出水口(S₄)之间和过冷器热端出水口(S₂)至蓄冷槽热端入水口(S₃)之间的连通管路、装在管路内的过冷循环泵(7)及管路中的载冷剂(水)构成循环过冷放冷回路。

所述循环过冷放冷回路可以是由蓄冷槽(6)，在其冷端出水口(S₄)与过冷器(3)的冷端入水口(S₁)之间的直接连接管路(S₄-S₁)，过冷器(3)的热端出水口(S₂)与蓄冷槽(6)的热端入水口(S₃)之间的直接连接管路(S₂-S₃)，管路内的过冷循环泵(7)，过冷器(3)水侧、及装在回路中的载冷剂(水)构成的直接循环的过冷放冷回路(GS)；也可以是由蓄冷槽(6)，从蓄冷槽(6)冷端出口(S₄)至过冷循环泵(7)、经管叉口(S₅)、至阀(V₃)、至单通阀(D₄)、至蒸发器(5)的出水口(E₂)、至供冷循环泵(8)、至空调机(9)的给水接口(11)的连接管路(S₄-S₅-11)和从空调机(9)的回水接口(10)、经阀(V₆)、至蒸发器(5)的进水口(E₁)后，转经减压阀(JV₁)、至阀(V₄)、至管路叉口(S₆)、至阀(V₁₄)、再至过冷器(3)的冷端入水口(S₁)的连接管路(10-E₁-S₆-S₁)及热端出水口(S₂)、至蓄热槽(6)的热端入水口(S₃)的连接管路，过冷器(3)水侧，管路内的过冷循环泵(7)，放冷循环泵(8)，阀，装在回路中截冷剂(水)，外接空调机(9)构成的间接循环的过冷放冷回路(GSA)。

本发明空调用制冷蓄冷系统，所述蓄冷槽(6)内设置有为减少或避免热回水与槽内冷水相互掺混的导流或分流隔板。这种防掺混的隔板，可以是能改变液体流向但又保持蓄冷槽液体连通的导流隔板(12)，也可以是把蓄冷槽分隔成至少两个或多个等容积段的固定隔板(13)，或做成多个等容积蓄冷槽，其中留有一个空段或空槽在蓄冷槽开始放冷时未盛水用以承接来自过冷器的热回水，其余段或槽装有冷水，以后依次由用完了蓄冷水后空出来的新段(槽)承接热回水；由固定隔板分隔的多段蓄冷槽或多个蓄冷槽，各段各槽的进出口装有自动控制阀。

本发明空调用制冷蓄冷系统，所述的蓄冷剂可以单独是水，它直接盛装在蓄冷槽内，此时它也是载冷剂；或既利用了冰熔化潜热、又利用了水的显热的冰水混用物；或既利用PCM的相变潜热、又利用PCM和载冷剂(水)的显热的PCM材和水的混用物；所述相变蓄冷剂的熔化-凝固点范围可扩展到10℃以上，27℃以下；例如，可选用Na₂SO₄·10H₂O/NaCl/NH₄Cl的复合盐(熔点13℃)，或C₁₆石蜡(熔点14-18℃)，或Na₂SO₄·10H₂O/0.45CaCl₂的复合盐(熔点16℃)。所述冰或PCM材是分别盛装在密封的球型或扁平的容器内，而后再堆放在蓄冷槽内，其周围充满载冷剂。冰为蓄冷剂时，载冷剂为水与乙二醇配成的防冻液。

本发明空调用制冷蓄冷系统，也可以改用为制冷蓄冷和制热蓄热两用系统。

附图2是本发明的一种制冷蓄冷和制热蓄热两用系统的流程原理示意图。

该两用系统的特征在于，过冷器(3)的进出口两端装有控制阀(V₉)和(V₁₀)，并增添有过冷器(3)的旁通管路(L₁₃-L₄)和旁通阀门(V₁₁)；从过冷器(3)出口与过冷器出口控制阀(V₁₀)之间至压缩机(1)入口之间增添制冷剂低压蒸气管路(L₁₁-L₁₂)和控制阀(V₈)；从节流器(4)出口(L₅)分别至过冷器(3)入口(L₁₀)之间增添制冷剂低压液体管路(L₅-L₉-L₁₀)和单向阀(D₃)，至冷凝器(2)出口(L₂)之间增添管路(L₉-L₂)和控制阀(V₇)，至蒸发器(5)入口(L₆)之间增添控制阀(V₁₂)；在控制阀(V₁₂)出口(L₆)与高压气液分离器(14)的入口(L₃)之间增添高压制冷剂液体导流管(L₆-L₃)和单向阀(D₂)；在冷凝器(2)出口(L₂)与高压气液分离器(14)的入口(L₃)之间增添单向阀(D₁)，并在压缩机进出管路中装有改变制冷剂流向的四通阀(T₁、T₂、T₃、T₄)。

由于本发明在制冷回路中采用逆流式过冷器，与现有技术采用池浸式过冷器相比，具有下述优点：1.蓄冷水与制冷剂在过冷器中热交换温差减小，传热不可逆损失减小，系统效率提高；2.过冷器冷端制冷剂出口的温度与过冷器冷端的冷水入口温度接近，即与蓄冷槽冷端出水温度同步，因而可以维持稳定的过冷度，使系统因过冷增加的制冷功率也稳定；3.通过调节逆流式过冷器中水侧的流量，可以方便地调节系统所增加的制冷功率；4.可以使蓄冷水回升到较高的温度，例如达到环境温度30℃，从而可以利用更多的蓄冷剂的显热来蓄冷。提高了蓄冷剂单位容积的蓄冷量；5.逆流式过冷器换热性能好，稳定，所以换热面积可以减少，使过冷器体积减小，从而可做成紧凑式，节省设备材料；6.过冷器体积小，可使制冷剂充装量减少，不仅节约成本，且可稳定系统运行性能；7.制冷剂减少使制冷系统流动阻力减少，从而节省动力。总之，从装置成本降低，运行费节省，系统效率提高、性能稳定等诸多方面都有好处。

本发明由过冷器(3)(水侧)、蓄冷槽(6)、在过冷器冷端入水口(S₁)至蓄冷槽冷端出水口(S₄)之间和过冷器热端出水口(S₂)至蓄冷槽热端入水口(S₃)之间的连通管路、装在管路内的过冷循环泵(7)以及管路中的载冷剂(水)构成的循环过冷放冷回路，可利用蓄冷槽的蓄冷剂高于空调回水温度的冷量使流过过冷器的高压高温制冷剂的液体过冷，过冷后的制冷剂吸收了蓄冷量，经节流器(4)降压后在蒸发器内以低于空调机回水温度蒸发，并把吸收的蓄冷量以增加单位循环制冷量方式传给空调机回水。由蓄冷槽(6)、过冷器(3)、循环泵(7)构成的直接循环过冷放冷回路(GS)中，载冷剂(水)从蓄冷槽(6)的冷端出口(S₄)，经过冷循环泵(7)，流过阀(V₂)、阀(V₁₄)，至过冷器冷端水入口(S₁)进过冷器(3)水侧，再从过冷器热端水侧出口(S₂)，经调节流量阀(V₁)，至蓄冷槽(6)热端入口(S₃)，流回蓄冷槽(6)。这种直接循环过冷放冷回路(GS)，把高于和低于空调机回水温度的蓄冷剂冷量都可以通过制冷剂过冷的方式转移给空调机回水，系统简单，操作控制方便。另外，在蓄冷槽(6)冷端出水口(S₄)与过冷器(3)冷端入水口(S₁)的连接管路间再串联进空调机(风机盘管)(9)的间接循环过冷放冷回路(GSA)中，载冷剂(水)从蓄冷槽(6)的冷端出口(S₄)，经过冷循环泵(7)，流过流量调节阀(V₃)、单向阀(D₄)，在蒸发器水侧出口(E₂)，与经蒸发器降温的空调机给水汇合，经放冷循环泵(8)，送至空调机(9)，放出冷量后随同空调机回水，经阀(V₆)，在蒸发器入口(E₁)分流，经减压阀(JV₁)和控制阀(V₄)，至S₆，经阀(V₁₄)，至过冷器(3)的冷端水入口(S₁)，再经过冷器(3)，把高于空调机回水温度以上回水的冷量交换给高压高温制冷剂后，从过冷器(3)的热端水侧出口(S₂)、经流量调节阀V₁，至蓄冷槽热端入口(S₃)，流回蓄冷槽(6)。这种间接循环过冷放冷循环(GSA)，表面形式是利用空调机的回水使冷媒过冷，但由于空调机供冷用的循环水必须用蓄冷水来补充，而不能用其他高于空调机回水温度的水来补充，因此实质上仍然是用蓄冷量通过使冷媒过冷的方法来转移蓄冷量。这种方法所能转移的单位公斤过冷器水流量的蓄冷量等于过冷器热水出口温度与蓄冷槽冷水出口温度的温差的单位公斤水的焓差。它的优点在于转移低于空调机回水温度的蓄冷量时，其所需的过冷器换热面积较前者小，但必须保持蓄冷槽的进出水流量平衡，即必须保持空调机回水给过冷器的分流量与蓄冷槽送给空调机给水的流量相等。虽然在系统的控制上较复杂，但是是能够实现的。

本发明空调用制冷蓄冷系统，由于在蓄冷槽内设置了导流或分流隔板(12)，从而可减少或避免来自过冷器的高温回水与蓄冷槽内低温冷水的掺混，从而避免出现池浸式(冰槽)过冷器的缺点重现，配合逆流式过冷器，使逆流式过冷器的优点能充分发挥。

采用本发明空调用制冷蓄冷系统，蓄冷剂可以单独是水。因为一般空调机把蓄冷水降至4℃是不困难的，当蓄冷水在过冷器中回热至30℃，则单位公斤水可利用的显热蓄冷量为108千焦尔(约26大卡)，它与PCM蓄冷剂的相变潜热相差不大，但水非常廉价，性能稳定，不老化，传热性能好，蓄冷时制冷系统效率高，系统技术简单，具有极大优势。另外，选用水为单独的蓄冷剂，当系统在冬季改为制热蓄热系统时，设环境温度为5℃，水可利用的蓄热量从10℃到50℃计算，可达168焦尔(约40大卡)，也与其他相变蓄热材料的相变潜热接近，这样作为蓄冷剂用的水，又可兼作蓄热剂用，从而省去了另外一套蓄热槽，使两用系统成本大大降低。

本发明空调用制冷蓄冷系统改为制冷蓄冷和制热蓄热两用系统时，因在过冷器(3)进出口两端装有控制阀(V₉)和(V₁₀)，并增添有过冷器的旁通管路(L₁₃-L₄)和旁通阀(V₁₁)；从过冷器(3)出口与过冷器出口控制阀(V₁₀)之间至压缩机(1)入口之间增添制冷剂低压蒸气管路(L₁₁-L₁₂)和控制阀(V₈)；从节流器(4)出口(L₅)分别至过冷器(3)入口(L₁₀)之间增添制冷剂低压液体管路(L₆-L₉-L₁₀)和单向阀(D₃)，至冷凝器(2)出口(L₂)之间增添管路(L₉-L₂)和控制阀(V₇)，至蒸发器(5)入口(L₆)之间增添控制阀(V₁₂)；在控制阀(V₁₂)的出口(L₆)与高压气液分离器(14)入口(L₃)之间增添高压制冷剂液体导流管(L₆-L₃)和单向阀(D₂)，在冷凝器(2)的出口(L₂)与高压气液分离器(14)的入口(L₃)之间增添单向阀(D₁)；并在压缩机进出管路中装有改变制冷剂流向的四通阀(T₁、T₂、T₃、T₄)。上述设计可以使过冷器(3)分别作蒸发器，过冷器和冷凝器用。在系统作制冷蓄冷用时的蓄冷过程中，过冷器(3)改作蒸发器用，此时，系统的制冷循环(GSL)为：制冷剂从压缩机(1)经四通阀(T₁)，至冷凝器(2)，把热量交换给空气，再经单向阀(D₁)、高压气液分离器(14)、过冷器旁通管(L₁₃-L₄)和旁通阀(V₁₁)，至节流器(4)，再经单向阀(D₃)，进作蒸发器用的过冷器(3)，在其中蒸发，把冷量交换给循环于过冷放冷回路(GS)的载冷剂(水)，使水变冷，蒸发后的制冷剂经过冷器出口(L₁₁)至压缩机(1)，在过冷器中被冷却的载冷剂，在直接循环过冷放冷回路(GS)的过冷循环泵(7)的工作下，回至蓄冷槽(6)，与热的蓄冷剂进行热交换，使蓄冷剂逐渐降温，直至设定的合适的低温为止；在系统作制热蓄热用时，当用于利用低于暖风机给水温度的蓄热槽的热量来制热向暖风机(9)(原称空调机)供热过程中，过冷器(3)改作蒸发器用，此时的蓄热制热供热循环(GSAR)为：制冷剂蒸气从压缩机(1)排出，经四通阀T₃通路，进由原蒸发器(5)代的冷凝器，在这冷凝器内经热交换把热量传给暖风机(9)的回水，然后经单向阀(D₂)、高压气液分离器(14)、高压气液分离器(14)、过冷器旁通阀(V₁₁)、节流器(4)、单向阀(D₃)后进由原过冷器(3)代的蒸发器，在其中经热交换吸收了来自储热槽的热水的热量后蒸发，蒸发了的制冷剂蒸汽经过冷器出口(L₁₁)、控制阀(V₈)、至压缩机入口(L₁₂)、回到压缩机(1)；在系统作制热蓄热用时的制热供热和把低于暖风机回水温度的低温热于储热过程中，过冷器(3)仍作为过冷器用，此时过冷制热循环(GSR)为：制冷剂蒸气从压缩机(1)排出，经四通阀T₃通路，进由原蒸发器(5)代的冷凝器，在其中把热量交换给暖风机(9)的回水，然后经单向阀(D₂)、高压气液分离器(14)、过冷器(3)、节流器(4)、控制阀(V₇)后，进由原冷凝器(2)替代的蒸发器，在其中经热交换吸收了环境的热量后，过四通阀(T₂)通路至压缩机入口(L₁₂)回到压缩机(1)。因在执行(GSAR)循环时，蓄热槽的热水温度比环境温度高，所以制热循环将提供比从环境空气吸热的循环更大的制热功率，供暖风机用。当执行(GSR)循环时，原制冷回路的冷凝器(2)作蒸发器用，过冷器(3)将向储热槽(6)提供低于暖风机给水温度的余热量用于储热。当系统处于制热蓄热的全蓄热过程中，原过冷器(3)又改作冷凝器用，蒸发器(5)的水侧通路水停止循环，此时制热蓄热循环(ASR)为：制冷剂经压缩机(1)压缩升压后，经四阀(T₃)通路、过蒸发器(5)的通路和单向阀(D₂)、高压气液分离器(14)的通路、过冷器(3)前的控制阀(V₉)，进原过冷器(3)代的冷凝器，在其中经热交换把热量传给来自储热槽(6)的循环水，冷凝成液体，经节流器(4)，控制阀(V₇)至原冷凝器(2)代的蒸发器，在其间吸收了环境的热量后，经四通阀(T₂)通路流回压缩机(1)。在执行GSL循环时，蓄冷槽(6)可从过冷器(3)代的蒸发器中获得冷量，因此可替代原制冷蓄冷系统中的蒸发器蓄冷回路(SL)，(SL)回路连管(S₅-E₂)和(S₆-E₁)可舍去如图2。

由于采用了上述一系列技术措施，本发明制冷蓄冷和制热储热系统在用于空调供冷/热时，与现有系统相比，拓宽了空调供冷(供热)中所限定的可利用的蓄冷/热的温度范围，把现有系统所不能利用的高于空调回水温度的蓄冷量也能用于空调供冷，把低于暖风机回水温度的储热量也能用于暖风机供暖，因而使采用冰或PCM相变蓄冷材的蓄冷/热系统的单位容积蓄冷/热量获得提高。也可选用溶点在10℃至27℃、相变潜热大、性能稳定、廉价的物质作蓄冷/储热材，使蓄冷/热装置体积减小，设备初投资减少；更为重要的是，本发明因此使现有制冷蓄冷系统所不能单独利用的水的显热用于蓄冷空调的方案变得可行，使利用水单独作蓄冷剂的难题得以解决，当采用本发明的制冷蓄冷供冷和制热储热供热系统时，可选用水单独作蓄冷(储热)材，水廉价、性能稳定，传热性好，输运容易，这将使蓄冷装置和蓄冷材的成本极大降低，蓄冷空调系统运行性能稳定，可靠性提高，夏蓄冷、冬储热、装置利用率提高、运行费用大大节省，单位千焦尔蓄冷成本大大降低。从而为在中央空调系统推广采用蓄冷储热技术开辟了新的途径。

下面结合附图进一步说明本发明实施例。

其中：附图1是本发明空调用制冷蓄冷系统原理示意图；附图2是本发明一种制冷、蓄冷和制热蓄热两用系统的流程原理示意图；附图3是一种供空调冷房用的单一制冷蓄冷系统实施流程原理示意图；附图4是空调用的制冷供冷系统改为可兼作制热储热供热系统用的冷热两用系统另一种实施方式示意图。

实施例1：附图3为本发明的一种供空调冷房用的单一制冷蓄冷系统实施流程原理示意图。图中省略了液流分配器、视镜、低压气液分离器及电气控制部分。本实施例中的制冷回路包括：压缩机1、空气冷凝器2、高压气液分离器(贮液器)14、板式逆流式过冷器3、节流器4、蒸发器5，回路内充氟里昂R₂₂制冷剂；蓄冷槽6为分槽型，设有代号为6₁、6₂、6₃、6₄四个分槽，每槽顶部分别装有控制阀V₃₁、V₃₂、V₃₃、V₃₃、V₃₄，与蓄冷槽总进水S₃并联相接；每槽下部分别装有控制阀V₄₁、V₄₂、V₄₃、V₄₄，与蓄冷槽的总出水口S₄并联相接。其中槽首先留有一空槽，例如槽6₁，其余槽内装有容积四分之一的板状PCM，该PCM材是装在长方形塑料盒内的、可选用由配方为Na₂SO₄·10H₂O/NaCl/NH₄Cl构成的复合盐水合物，其熔点约11℃-13℃，相变潜热为180千焦耳/公斤，然后在槽内添满水；直接循环过冷放冷回路包括：蓄冷槽6、过冷器3(水侧)、其间的连接管路S₁-S₄和S₂-S₃、管路内的过冷循环泵7及管路中所装的水，构成循环回路GS，回路内装有流量控制阀V₁；另外，回路中的控制阀V₂，是当需要采用间接循环过冷放冷回路时所用的切换控制阀；控制阀V₁₃和V₁₄是为切换至蓄冷回路SL所设置的；蓄冷回路SL包括：蒸发器5(水侧)、蓄冷槽6，其间的连接管路E₁-S₆-S₇-S₃和E₂-S₅-S₄，在管路S₄-S₅中装有过冷循环泵7、管路(S₅-E₂)中装有流量控制切换阀V₃和单向阀D₄、在管路S₆-E₁中装有控制阀V₄和减压阀JV₁，在管路S₆-S₇间和S₇-S₃间分别装有V₁₃及阀V₁。当执行蓄冷循环时，阀V₅、阀V₆和阀V₁₄及阀V₂是关闭的，蓄冷槽两端分阀除空槽的分阀，例如V₃₁、V₄₁关闭外，其余都开通。间接循环过冷放冷回路GSA是由蓄冷回路中增加的减压阀JV₁、单向阀D₄、切换阀V₁₃、及在直接循环过冷回路中的阀V₂和阀V₁₄之后改成的。当执行该循环时，阀V₂和V₁₃关闭；蒸发器供冷回路包括：蒸发器5、供冷循环泵8、接口10和11，外接空调机9，管路的接口11、10前装有控制阀V₅和V₆。

当系统执行制冷回路GL的循环和蓄冷回路SL的循环时，制冷剂出压缩机1，经冷凝器2放出热量，经高压气液分离器14，再经过冷器3；因阀V₂、V₁₄关闭，制冷剂在过冷器中不进行热交换，而后制冷剂经节流器4降压后进蒸发器5蒸发，在其间经热交换把冷量传给蓄冷回路SL的循环水，回到压缩机1。蓄冷回路SL中，循环的水把从蒸发器5所吸收的冷量带到蓄冷槽6，经热交换后，使蓄冷剂蓄冷降温，而后循环水又把所吸收的热量送至蒸发器5交换，直至蓄冷槽6内蓄冷剂的温度降到所设定的合适的温度为止。

当系统执行制冷回路GL和直接循环过冷放冷回路GS及蒸发器供冷回路VA循环时，阀V₃、V₄、V₁₃关闭，蓄冷槽6的冷水经过冷循环泵7、阀V₂、阀V₁₄，至过冷器3水侧入口S₁，进过冷器3的水侧，在其间经热交换把蓄冷剂的冷量交换给温度高的高压液体制冷剂。因为离开冷凝器的液体制冷剂温度一般高达40℃以上，因此经逆流式过冷器3水侧的冷水可以回热到相当高的温度，如过冷器3的换热面积设置合理，过冷用循环水量调整合适，冷水温度可回升到25-30℃或更高些，而制冷剂则能降温到接近过冷器冷端入水口的进水温度。过冷用的循环水再经阀V₁，至蓄冷槽热水入口S₃，流回蓄冷槽6的热水端的顶部，由于蓄冷槽6为分槽型，当开始利用蓄冷槽的显热蓄冷量时，即蓄冷槽下部水温度高于蓄冷剂熔点后，必须开始进行分槽供冷。首先，分阀V₃₁、V₄₂开，其余各分阀关，因此热水首先回到空槽6₁，冷水先用槽6₂的，当槽6₂的冷水用完时，分阀V₃₂、V₄₃开而分阀V₃₁、V₄₂关闭，以后依次而行，避免了从过冷器3回来的热水与冷水掺混，从而可保证从蓄冷器底部送往过冷器3的冷水在相当长时间内都能以初始蓄冷的温度进行工作。当热水与蓄冷槽6内的相变材热交换时，由于热水温度远高于相变材的熔点，所以使相变蓄冷材的放冷也变得容易，放冷能更彻底，使PCM潜存在12℃以上的潜热和显热能得以充分利用。而吸收了蓄冷量的过冷了的制冷剂在蒸发器5蒸发时，在单位时间内可向空调机9的回水提供比不过冷循环更多的制冷量，所增份额等于制冷剂在单位时间从过冷器3的循环冷水中吸取的冷量；过冷度越大，增加制冷量越多。以R₂₂制冷剂为例，当从48℃过冷至12℃而蒸发温度为0℃时，可比不过冷循环增加30％左右的制冷量。

当系统执行制冷回路GL、间接过冷放冷回路GSA、蒸发器供冷回路VA循环时，V₂、V₁₃关闭，蓄冷槽6的冷水经泵7送至蒸发器5的出水口E₂，与经蒸发器5降温后的空调机9循环水掺混后经供冷循环泵8送去空调机9，而空调机回水在进蒸发器5水侧入口E₁之前分流部分经阀JV₁、阀V₄、阀V₁₄至过冷器3入水口S₁，在过冷器3与制冷剂热交换后回热至高温，再送至蓄冷槽6。该回路的工作方式要求从蓄冷槽6送出的冷水流量必须等于流入的热水流量。这种循环是利用空调机回水来使制冷剂过冷的循环，也称间接过冷放冷循环。此循环给空调机增加的冷量等于该间接过冷放冷回路GSA中循环水从过冷器3出水口S₂的温度降至蓄冷槽6冷水端出口的温度所放出的冷量，其中通过过冷形式转移的冷量是该循环水从过冷器3出水口S₂的温度降至空调机回水在过冷器3入水口S₁的温度所放出的冷量。当把阀V₁₃打开、阀V₁₄关闭时，间接过冷放冷循环GSA变为利用空调机回水直接使蓄冷剂放冷的直接放冷循环，此循环仅适合于蓄冷剂温度低于空调机回水温度的情况。此时，若把阀V₁₃和阀V₁₄打开，可执行间接过冷放冷和直接放冷的联合循环，这种循环对于闭式蓄冷槽比较适用；对于开式蓄冷槽，则流量调节较麻烦些。

本实施例所用的逆流式过冷器，可以是逆流式的板式换热器或逆流式壳管式换热器，也可用其他型式的逆流式交换器替代。过冷器的热交换量约为原制冷量的30-40％。

实施例2。本实施例是本发明的一种既可制冷蓄冷供冷又可制热蓄热供热的两用系统。

图2为将本发明空调用的制冷蓄冷供冷系统改为亦可用于制热储热供热的冷热两用系统的实施方式示意图。系统中的一些辅助部件，如高、低压气液分离器、干燥器等，略去未画出。该冷热两用系统包括制冷蓄冷和制热储热两大部分，并留有与空调机/暖风机的给水管和回水管相接的接口11和10。其制冷/制热部分是在原单一制冷蓄冷系统中增添了改变压缩的气流方向的四通阀(T₁～T₄)和维持节器4流向的单向阀D₁、D₂，控制阀V₇和V₁₂，另外在过冷器3的进口段和出口段增添了控制阀V₉和V₁₀，增添了过冷器3的旁通管L₁₃-L₄和旁通阀V₁₁，增添了从过冷器出口L₁₁至压缩机入口L₁₂的低压蒸汽管路L₁₁-L₁₂和控制阀V₈。蓄冷/储热剂用水，蓄冷/储热槽采用竖式分流隔板型。

这种冷热两用系统在制冷蓄冷用的蓄冷过程中，原过冷器3作蒸发器用，此过程的制冷回路循环路线为：制冷剂自压缩机1排出，经四通阀T₁通路，至冷凝器2，在其中经热交换把热量交换给环境空气；变成高压液体的制冷剂经单向阀D₁、高压气液分离器14、过冷器的旁通管L₁₃-L₄和旁通阀V₁₁，至节流器4，降压后经单向阀D₃流进由原过冷器3代的蒸发器，在其中经热交换，制冷剂把冷量交换给来自蓄冷槽6的循环水，蒸发成蒸汽的制冷剂经低压蒸汽管路L₁₁-L₁₂和控制阀V₈流回压缩机1。蓄冷槽6与过冷器3水侧及其回路中的水在过冷循环泵7的驱动下，循环不已，把制冷回路的冷量传给蓄冷剂，使蓄冷剂降温蓄冷。

当系统执行制冷和蓄冷联合供冷时，制冷回路恢复如图1所示的过冷制冷循环GL的运行状态，过冷器3仍作过冷器用，过冷器3的旁通阀V₁₁关，控制阀V₃关，阀V₇关，阀V₉、V₁₀和V₁₂开，直接过冷放冷回路GS工作，蒸发器供冷回路VA的阀V₅、V₆开，供冷循环泵8工作，此时，经过过冷循环，高于空调机回水温度的冷量也能追加给空调机用。

当这种冷热两用系统在制热储热用的状态，原蓄冷槽6现变成为储热槽，原供冷循环泵8现为供热循环泵，系统可以执行如下3种循环。

(1).过冷制热供热循环GSR：

系统中阀T₁、T₄、V₈、V₁₁、V₁₂关，其余控制阀T₂、T₃、V₉、V₁₀、V₁、V₅、V₆、V₇开，制冷剂自压缩机1排出，经四通阀T₃，进由原蒸发器5替代的冷凝器，在其中经热交换把热量交换给蒸发器供热回路的循环水，即暖风机9的回水，制冷剂冷凝成高压液体，经单向阀D₂、高压气液分离器14、控制阀V₉至过冷器3，在其中经热交换把低于暖风机9给水温度的余热交换给过冷放冷回路GS的循环水；制冷剂过冷后经控制阀V₁₀，进节流器4降压，低压制冷剂经控制阀V₇，至由原冷凝器2替代的蒸发器，在其中与外界空气热交换，吸收热量后经四通阀T₂通路回压缩机。直接过冷放冷回路GS在过冷循环泵7的驱动下，其循环水不断把热量从过冷器3转移给储热糟6的储热剂(水)。由原蒸发器5替代的冷凝器、供冷循环泵8和暖风机9组成的供热回路的循环，把制热循环高于暖风机给水的热量送给了暖风机，供暖房用。

(2).蓄热制热供热循环GSAR：

系统中阀V₇、V₉、V₁₀、V₁₂、T₁、T₄关，其余控制阀开，制冷剂自压缩机1排出，经四通阀T₃，进由原蒸发器5代的冷凝器，在其中把热量交换给暖风机9的回水，制冷剂冷凝成高压流体，经单向阀D₂、高压气液分高器14、改道经旁通阀V₁₁进节流器4，节流降压后，经单向阀D₃进由原过冷器3代的蒸发器，在其中经热交换吸收来自蓄热槽6的循环水的热量而蒸发，再经控制阀V₈流回压缩机。因为蓄热槽提供的热水温度高于环境温度，因此制冷循环可以向暖风机9供给更多的热量。当储热槽6内水温接近于环境温度时，系统可切换至过冷制热供热循环。

(3).制热蓄热循环ASR：

该循环与过冷制热供热循环的差别仅在于在制热蓄热时，供热回路停止运行，即供热循环泵8停，控制阀V₅、V₆关。执行该循环时能使储热槽6内的蓄热剂获得高于暖风机回水的温度。例如50℃。

实施例3：

图4为本发明空调用的制冷蓄冷供冷系统改为可兼作制热储热供热系统用的冷热两用系统的又一实施方式示意图。该系统与实施例2的区别仅在于自过冷循环泵7出口S₅至蒸发器5的水侧出口E₂，自蒸发器5水侧入口E₁至过冷器3水侧入口S₂之间增添了如图3所示的管路S₅-E₂和S₆-E₁及管路S₆-S₇，增添了阀V₂、V₃、V₄、V₁₃、V₁₄及单向阀D₄、减压阀JV₁，由此也能执行实施例1所述的间接过冷放冷循环和直接放冷/放热循环。

Claims (6)

1.一种空调用制冷蓄冷系统，包括制冷蓄冷两大部分，其制冷部分含有制冷回路(GL)和供冷的回水和给水接口(10)、(11)，蓄冷部分含有蓄冷回路(SL)、蓄冷放冷回路和直接对空调机回水放冷的回水和给水接口(10)、(11)，所述制冷回路(GL)包括压缩机(1)、冷凝器(2)、高压气液分离器(14)、过冷器(3)、节流器(4)、蒸发器(5)以及其中制冷剂，由连接管路连接构成；蒸发器(5)的水侧既与装有蓄冷剂的蓄冷槽(6)、供冷循环泵(8)、连接管道及其中的载冷剂构成蓄冷回路(SL)，又留有能与空调机的盘管风机(9)、供冷循环泵(8)以及载冷剂构成蒸发器供冷回路(VA)的接口(10)、(11)；其特征在于所述制冷回路(GL)中在高压气液分离器(14)之后、节流器(4)之前所装的过冷器(3)是逆流式过冷器；由包括过冷器(3)、蓄冷槽(6)、以及在过冷器冷端入水口(S₁)至蓄冷槽冷端出水口(S₄)之间和过冷器热端出水口(S₂)至蓄冷槽热端入水口(S₃)之间的连通管路、装在管路内的过冷循环泵(7)及管路中的载冷剂构成循环过冷放冷回路。

2.如权利要求1所述的空调用制冷蓄冷系统，特征在于所述循环过冷放冷回路是由蓄冷槽(6)，从蓄冷槽(6)冷端出口(S₄)至过冷循环泵(7)、经管叉口(S₅)、至阀(V₃)、至单通阀(D₄)、至蒸发器(5)的出水口(E₂)、至供冷循环泵(8)、至空调机(9)的给水接口(11)的连接管路(S₄-S₅-11)，和从空调机(9)的回水接口(10)、经阀(V₆)、至蒸发器(5)的进水口(E₁)后，转经减压阀(JV₁)、至阀(V₄)、至管路叉口(S₆)、至阀(V₁₄)、再至过冷器(3)的冷端入水口(S₁)的连接管路(10-E₁-S₆-S₁)，及热端出水口(S₂)至蓄热槽(6)的热端入水口(S₃)的连接管路，即由蓄冷槽(6)、过冷器(3)水侧、管路内的过冷循环泵(7)、放冷循环泵(8)、阀、装在回路中截冷剂外接空调机(9)构成的间接循环的过冷放冷回路(GSA)。

3.如权利要求1所述的空调用制冷蓄冷系统，特征在于所述的蓄冷槽(6)内设置有减少或避免热回水与槽内冷水相互掺混的隔板。

4.如权利要求1所述的空调用制冷蓄冷系统，特征在于所述的蓄冷剂单独是水。

5.如权利要求1所述的空调用制冷蓄冷系统，特征在于所述的蓄冷剂采用熔点在10℃-27℃的相变材料。

6.如权利要求1所述的空调用制冷蓄冷系统，其特征在于当将其改用为制冷蓄冷和制热蓄热两用系统时，所述过冷器(3)的进出口两端装有控制阀(V₉)和(V₁₀)，并增添有过冷器(3)的旁通管路(L₁₃-L₄)和旁通阀门(V₁₁)；从过冷器(3)出口与过冷器出口控制阀(V₁₀)之间至压缩机(1)入口之间增添制冷剂低压蒸气管路(L₁₁-L₁₂)和控制阀(V₈)；从节流器(4)出口(L₅)分别至过冷器(3)入口(L₁₀)之间增添制冷剂低压液体管路(L₅-L₉-L₁₀)和单向阀(D₃)，至冷凝器(2)出口(L₂)之间增添管路(L₉-L₂)和控制阀(V₇)，至蒸发器(5)入口(L₆)之间增添控制阀(V₁₂)；在控制阀(V₁₂)出口(L₆)与高压气液分离器(14)的入口(L₃)之间增添高压制冷剂液体导流管(L₆-L₃)和单向阀(D₂)；在冷凝器(2)出口(L₂)与高压气液分离器(14)入口(L₃)之间增添单向阀(D₁)，并在压缩机进出管路中装有改变制冷剂流向的四通阀(T₁、T₂、T₃、T₄)。

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