CN105716161A - 在空调中使用的相变储能罐、空调控制系统及方法 - Google Patents

在空调中使用的相变储能罐、空调控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及空调控制领域，公开了一种在空调中使用的相变储能罐、空调控制系统及方法。其中，该相变储能罐设置在所述空调的室外机中，连接在所述室外机的压缩机与所述室外机的室外换热器之间，用于存储来自所述压缩机的热量以及将所存储的热量提供至所述室外换热器以执行化霜操作。通过使用本发明上述的相变储能罐、空调控制系统及方法，当处于低温环境下的空调需要化霜的情况下，能够将相变储能罐中存储的来自压缩机的热量释放至室外换热器，实现室外换热器的化霜过程，从而确保空调在低温环境下稳定运行制热模式。

Description

在空调中使用的相变储能罐、空调控制系统及方法
技术领域
本发明涉及空调控制领域，具体地，涉及一种在空调中使用的相变储能罐、空调控制系统及方法。
背景技术
空调机在冬季室外温度很低的环境中使用时，其工质的蒸发温度很低，空气中的水分在蒸发器表面极易凝结成霜，尤其在空气湿度大的地区结霜现象更容易出现，而结霜则会加大室外机风阻，导致换热器传热系数下降。随着蒸发温度的降低，在一定的冷凝温度下，热泵的制热性能系数也相应降低，从而导致热能的利用率下降。并且，环境温度越低，压缩机中润滑油粘度越高，转子转动的阻力也随之增加。另外，由于冷媒蒸发压力降低，也影响了压缩机固有功率的发挥，使低温时压缩机换热能力降低。因此需要一种能够对低温环境下的空调机进行化霜的系统和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在空调中使用的相变储能罐、空调控制系统及方法，以解决现有技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种在空调中使用的相变储能罐，其中，该相变储能罐设置在所述空调的室外机中，连接在所述室外机的压缩机与室外换热器之间，用于存储来自所述压缩机的热量以及将所存储的热量提供至所述室外换热器以执行化霜操作。
本发明还提供一种空调控制系统，其中，该系统包括：上述的相变储能罐；以及控制装置，用于根据空调控制指令控制所述空调在制冷模式、制热模式以及化霜模式之间切换，其中：当所述空调控制指令为制冷指令时，所述空调切换至所述制冷模式，执行制冷操作；当所述空调控制指令为制热指令时，所述空调切换至所述制热模式，执行制热操作，同时所述相变储能罐存储来自所述压缩机的热量；当所述空调控制指令为化霜指令时，所述空调切换至所述化霜模式，所述相变储能罐释放所存储的热量至所述室外换热器以执行化霜操作。
本发明还提供了一种空调控制方法，其中，该方法包括：根据空调控制指令控制所述空调在制冷模式、制热模式以及化霜模式之间切换，其中：当所述空调控制指令为制冷指令时，所述空调切换至所述制冷模式，执行制冷操作；当所述空调控制指令为制热指令时，所述空调切换至所述制热模式，执行制热操作，同时上述的相变储能罐存储来自所述压缩机的热量；当所述空调控制指令为化霜指令时，所述空调切换至所述化霜模式，所述相变储能罐释放所存储的热量至所述室外换热器以执行化霜操作。
通过上述技术方案，将相变储能罐设置在室外机的压缩机与室外机的室外换热器之间，用于存储来自所述压缩机的热量以及将所存储的热量提供至所述室外换热器。由此，当处于低温环境下的空调需要化霜的情况下，能够将相变储能罐中存储的来自压缩机的热量(例如压缩机输出的一部分高温高压蒸汽携带的热量)释放至室外换热器，实现室外换热器的化霜过程，从而确保空调在低温环境下稳定运行制热模式，提高制热效率。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是根据本发明一种实施方式的空调控制方法的流程图；以及
图2是使用了本发明一种实施方式的相变储能罐的空调的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种在空调中使用的相变储能罐，其中，该相变储能罐设置在所述空调的室外机中，连接在所述室外机的压缩机与所述室外机的室外换热器之间，用于存储来自所述压缩机的热量以及将所存储的热量提供至所述室外换热器以执行化霜操作。
通过将相变储能罐设置在室外机的压缩机与室外机的室外换热器之间，用于存储来自所述压缩机的热量以及将所存储的热量提供至所述室外换热器。由此，当处于低温环境下的空调需要化霜的情况下，能够将相变储能罐中存储的来自压缩机的热量(例如压缩机输出的一部分高温高压蒸汽携带的热量，其中高温高压蒸汽例如为制冷剂蒸汽)释放至室外换热器，实现室外换热器的化霜过程，从而确保空调在低温环境下稳定运行制热模式，提高制热效率。
其中，提供至室外换热器的热量在化霜过程中被吸收，制冷剂由气态转变为液态并流回至相变储能罐，并在相变储能罐中吸收相变储能材料中剩余的热量，吸热后的制冷剂将进入压缩机以用于下一个化霜过程。由此可知，由于相变储能罐中存储的热量是对压缩机在工作中产生的热量的循环利用，因而不会消耗额外的电能，实现了节能环保的目的。
根据本发明一种实施方式，所述相变储能罐的两个端口处分别设置有第一阀门和第二阀门，用于控制热量的流入和流出。
由此，当相变储能罐需要存储热量时，第一阀门和第二阀门均处于打开状态，携带有热量的高温高压蒸汽可以流入相变储能罐，从而将热量存储在相变储能罐中；而当相变储能罐存储的热量足够多时，可以将第一阀门和第二阀门关闭，以停止携带有热量的高温高压蒸汽的流入。类似地，当需要将相变储能罐存储的热量提供至室外换热器时，可以打开第一阀门和第二阀门，以使热量从相变储能罐流至室外换热器。
根据本发明一种实施方式，所述相变储能罐包括多个相变储能小球，所述多个相变储能小球内放置有用于存储热量的相变储能材料。
当携带有热量的高温高压蒸汽流入相变储能罐，热量将存储在相变储能材料中。
根据本发明一种实施方式，所述相变储能材料例如可以为石蜡与金属粉的混合物。优选地，所述金属粉可以为金属铜粉。
此外，所述石蜡与金属粉的混合比例可以为任意比例，具体采用何种比例可以根据实际情况进行设定，本发明不对此进行限定。
根据本发明一种实施方式，所述相变储能小球的体积与所述相变储能材料的体积比为10:9。
由于相变储能材料在吸收热量后势必会发生膨胀，因此在相变储能小球中预留10％的体积可以为相变储能材料提供足够的膨胀裕量，避免危险的发生。虽然在本发明中限定了上述的体积比，但其仅仅是示例性的，并非用于限定本发明。
本发明还提供了一种空调控制系统，其中该系统包括：上述实施方式中所述的相变储能罐；以及控制装置，用于根据空调控制指令控制所述空调在制冷模式、制热模式以及化霜模式之间切换，其中：当所述空调控制指令为制冷指令时，所述空调切换至所述制冷模式，所述空调执行制冷操作；当所述空调控制指令为制热指令时，所述空调切换至所述制热模式，所述空调执行制热操作，同时所述相变储能罐存储来自所述压缩机的热量；当所述空调控制指令为化霜指令时，所述空调切换至所述化霜模式，所述相变储能罐释放所存储的热量至所述室外换热器以执行化霜操作。
由此，当处于低温环境下的空调需要化霜的情况下，可以通过控制装置控制空调在化霜模式下运行，从而能够将相变储能罐中存储的来自压缩机的热量(例如压缩机输出的一部分高温高压蒸汽携带的热量，其中高温高压蒸汽例如为制冷剂蒸汽)释放至室外换热器，实现室外换热器的化霜过程，从而确保空调在低温环境下稳定运行制热模式，提高制热效率。并且，由于相变储能罐中存储的热量是对压缩机在工作中产生的热量的循环利用，因而不会消耗额外的电能，实现了节能环保的目的。
根据本发明一种实施方式，该系统还包括第三阀门，连接在所述压缩机与所述空调的室内机的室内换热器之间。
当空调在化霜模式下运行时，可以将该第三阀门关闭，以断开室内换热器与压缩机之间的连接。
可替换地，当空调在化霜模式下运行时，空调可以执行制冷操作，此时除了关闭第三阀门之外，还需要将空调的室内机的电子膨胀阀关闭。
根据本发明一种实施方式，该系统还包括检测装置，用于在所述相变储能罐存储热量的过程中检测所述相变储能罐内的温度，所述控制装置还用于将所检测的所述相变储能罐内的温度与预定值比较，在所检测的所述相变储能装罐内的温度大于预定值的情况下，控制所述相变储能罐停止存储热量。
当所检测的温度大于预定值时，可以确定相变储能罐中的热量已满足存储需求或达到存储容量。也就是，通过对相变储能罐内的温度进行检测判断，由此可以确定其中存储的热量是否已经满足存储需求或达到存储容量，并在确定满足需求或达到存储容量的情况下，停止热量的存储。
其中，检测装置例如可以为温度传感器。
图1是根据本发明一种实施方式的空调控制方法的流程图。
如图1所示，本发明实施方式提供的一种空调控制方法包括：
S100，根据空调控制指令控制所述空调在制冷模式、制热模式以及化霜模式之间切换；
S102，当所述空调控制指令为制冷指令时，所述空调切换至所述制冷模式，所述空调执行制冷操作；
S104，当所述空调控制指令为制热指令时，所述空调切换至所述制热模式，所述空调执行制热操作，同时上述实施方式中所述的相变储能罐存储来自所述压缩机的热量；
S106，当所述空调控制指令为化霜指令时，所述空调切换至所述化霜模式，所述相变储能罐释放所存储的热量至所述室外换热器以执行化霜操作。
由此，当处于低温环境下的空调需要化霜的情况下，可以通过控制空调在化霜模式下运行，从而能够将相变储能罐中存储的来自压缩机的热量(例如压缩机输出的一部分高温高压蒸汽携带的热量，其中高温高压蒸汽例如为制冷剂蒸汽)释放至室外换热器，实现室外换热器的化霜过程，从而确保空调在低温环境下稳定运行制热模式，提高制热效率。并且，由于相变储能罐中存储的热量是对压缩机在工作中产生的热量的循环利用，因而不会消耗额外的电能，实现了节能环保的目的。
根据本发明一种实施方式，该方法还包括：
在所述相变储能罐存储热量的过程中检测所述相变储能罐内的温度，
将所检测的所述相变储能罐内的温度与预定值比较，在所检测的所述相变储能装罐内的温度大于预定值的情况下，控制相变储能罐停止存储热量。
当所检测的温度大于预定值时，可以确定相变储能罐中的热量已满足存储需求或达到存储容量。也就是，通过对相变储能罐内的温度进行检测判断，由此可以确定其中存储的热量是否已经满足存储需求或达到存储容量，并在确定满足需求或达到存储容量的情况下，停止热量的存储。
图2是使用了本发明一种实施方式的相变储能罐的空调的结构示意图。
下面结合图2描述本发明一种实施方式的空调控制系统及空调控制方法。
如图2所示，使用了本发明一种实施方式的相变储能罐的空调包括控制装置(未示出)、室内机201和室外机202。其中，室外机202包括：压缩机1、气液分离器2、四通换向阀3、储液罐4、室外换热器5、室外风机6、相变储能罐8、设置在相变储能罐8中的多个相变储能小球9、第一阀门7、第二阀门10、第三阀门11；室内机201包括：第一电子膨胀阀14、第二电子膨胀阀17、第三电子膨胀阀20、第一室内换热器13、第二室内换热器16、第三室内换热器19、第一室内风机12、第二室内风机15、第三室内风机18。具体地，室外风机6设置在室外换热器5上。相变储能罐8设置在系统的液态管路与气态管路(压缩机侧与室外换热器侧)之间，相变储能罐8连接的管路上设置了第一阀门7和第二阀门10，第一室内换热器13、第二室内换热器16和第三室内换热器19的管路上分别设置了第一电子膨胀阀14、第二电子膨胀阀17和第三电子膨胀阀20，第一室内风机12、第二室内风机15和第三室内风机18分别设置在第一室内换热器13、第二室内换热器16和第三室内换热器19上。
其中，控制装置可以根据空调控制指令控制所述空调在制冷模式、制热模式以及化霜模式之间切换。当空调控制指令为制冷指令时，控制装置控制空调运行制冷模式；当空调控制指令为制热指令时，控制装置控制空调运行制热模式；当空调控制指令为化霜指令时，控制装置控制空调运行化霜模式。
具体地，在制冷模式下，空调执行制冷操作：此时第一阀门7和第二阀门10关闭，第三阀门11打开，第一电子膨胀阀14、第二电子膨胀阀17和第三电子膨胀阀20打开，且可以根据实际需求调节开度。在制热模式下，空调执行制热操作，同时相变储能罐可以存储来自所述压缩机的热量：压缩机1启动后第一阀门7、第二阀门10和第三阀门11均打开，从压缩机1出来的一部分高温高压蒸汽(制冷剂蒸汽)进入相变储能罐8，制冷剂的热量储存在相变储能小球9内，当储能罐8内热量足够时，可以关闭第一阀门7和第二阀门10，以停止热量的存储。在化霜模式下，所述相变储能罐8释放所存储的热量至所述室外换热器5以执行化霜操作：第一阀门7和第二阀门10打开，第三阀门11关闭；可替换地，在化霜模式下，空调可以执行制冷操作，此时除了打开第一阀门7和第二阀门10以及关闭第三阀门11以外，还需要关闭第一电子膨胀阀14、第二电子膨胀阀17和第三电子膨胀阀20，从压缩机1出来的高温高压蒸汽进入室外机换热器5化霜，冷凝后的制冷剂进入相变储能罐8，在相变储能罐8内吸收相变储能材料中剩余的热量，吸热后的制冷剂进入压缩机1用于下一个化霜过程。
从上述实施方式可以看出，本发明可以实现空调室外换热器的化霜过程，从而延长制热时间，保证房间舒适性，能够确保空调在低温环境下稳定运行制热模式。
本发明上述的实施方式可以应用于各种空调系统，例如一拖一空调系统和一拖多空调系统等。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种在空调中使用的相变储能罐，其特征在于，该相变储能罐设置在所述空调的室外机中，连接在所述室外机的压缩机与室外换热器之间，用于存储来自所述压缩机的热量以及将所存储的热量提供至所述室外换热器以执行化霜操作。
2.根据权利要求1所述的相变储能罐，其中，所述相变储能罐的两个端口处分别设置有第一阀门和第二阀门，用于控制热量的流入和流出。
3.根据权利要求1或2所述的相变储能罐，其中，所述相变储能罐包括多个相变储能小球，所述多个相变储能小球内放置有用于存储热量的相变储能材料。
4.根据权利要求3所述的相变储能罐，其中，所述相变储能材料为石蜡与金属粉的混合物。
5.根据权利要求4所述的相变储能罐，其中，所述相变储能小球的体积与所述相变储能材料的体积比为10:9。
6.一种空调控制系统，其中，该系统包括：
权利要求1-5中任一项所述的相变储能罐；以及
控制装置，用于根据空调控制指令控制所述空调在制冷模式、制热模式以及化霜模式之间切换，其中：
当所述空调控制指令为制冷指令时，所述空调切换至所述制冷模式，执行制冷操作；
当所述空调控制指令为制热指令时，所述空调切换至所述制热模式，执行制热操作，同时所述相变储能罐存储来自所述压缩机的热量；
当所述空调控制指令为化霜指令时，所述空调切换至所述化霜模式，所述相变储能罐释放所存储的热量至所述室外换热器以执行化霜操作。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，该系统还包括第三阀门，连接在所述压缩机与所述空调的室内机的室内换热器之间。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，该系统还包括检测装置，用于在所述相变储能罐存储热量的过程中检测所述相变储能罐内的温度，
其中所述控制装置还用于将所检测的所述相变储能罐内的温度与预定值比较，在所检测的所述相变储能装罐内的温度大于预定值的情况下，控制所述相变储能罐停止存储热量。
9.一种空调控制方法，其中，该方法包括：
根据空调控制指令控制所述空调在制冷模式、制热模式以及化霜模式之间切换，其中：
当所述空调控制指令为制冷指令时，所述空调切换至所述制冷模式，执行制冷操作；
当所述空调控制指令为制热指令时，所述空调切换至所述制热模式，执行制热操作，同时权利要求1-5中任一项所述的相变储能罐存储来自所述压缩机的热量；
当所述空调控制指令为化霜指令时，所述空调切换至所述化霜模式，所述相变储能罐释放所存储的热量至所述室外换热器以执行化霜操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，该方法还包括：
在所述相变储能罐存储热量的过程中检测所述相变储能罐内的温度，
将所检测的所述相变储能罐内的温度与预定值比较，在所检测的所述相变储能装罐内的温度大于预定值的情况下，控制所述相变储能罐停止存储热量。
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