CN108870598B - 一种分离式热管蓄能空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓄能空调系统领域，具体为一种分离式热管蓄能空调系统包括压缩机、四通换向阀、气液分离器、翅片式换热器、套管式换热器以及蓄能模块和释能模块，所述压缩机与气液分离器通过工质管路连接；所述翅片式换热器和套管式换热器通过工质管路连接，所述套管式换热器一侧并联有蓄能模块，所述释能模块分别和套管式换热器以及蓄能模块连接。本发明适用于南方有削峰填谷政策地区，主要适用于写字楼、办公楼等在白天工作时间有空气调节需求，而夜间较少或没有空气调节需求的环境，能够有效利用夜间电能而降低白天电能消耗，从而优化电网电源结构，减少高峰用电需求，有效节约能源，缓解城市电网的负担。

Description

一种分离式热管蓄能空调系统

技术领域

本发明涉及蓄能空调系统领域，具体为一种分离式热管蓄能空调系统。

背景技术

随着经济的迅速发展和生活水平的提高，空调在许多城市的商场、办公室、会议室、旅馆、饭店、影剧院等公共建筑以及居民住宅得到广泛的应用，全国用电量增长迅猛，在许多城市都已出现过“电荒”。对于家电业来说，近年来，随着气候环境的不断变化，空调器使用量迅猛增加，对生活热水的需求也不断增加，由此产生的能耗也不断增大，空调系统和热水加热器的用电负荷加剧了城市电网的负担。

在夏季高温天气以及冬季严寒天气，白天空调耗电量剧增，夜间几乎处于低耗电状态。而发电厂是全天候24小时持续发电，且发电能力通常是固定不轻易改变的，如果其发出的电用不掉就会白白浪费。由于用电高峰通常在白天，晚上则是低谷，这就造成白天电不够用，或者晚上有多余的电用不掉都浪费了。针对此现象，电力系统就把一部分高峰负荷挪到晚上低谷期，从而利用了晚上多余的电力，也就达到了节约能源的目的。

蓄能空调系统是利用夜间电网低谷时的电力来制冷或制热，把冷量或热能储存起来，在白天电力高峰用电紧张时释放冷量或热能，满足建筑物空调冷源或热水需要的空调系统。采用蓄能技术，利用电网低谷时段蓄能，可以优化电网电源结构，减少高峰用电需求，提高发电设备和输电设备的利用率，有效节约能源，避免新建调峰电站的巨额投资和调峰损耗，大幅节省运行费用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，适应现实需要，提供一种分离式热管蓄能空调系统。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：

一种分离式热管蓄能空调系统，包括压缩机、四通换向阀、气液分离器、翅片式换热器、套管式换热器以及蓄能模块和释能模块，所述压缩机与气液分离器通过工质管路连接，所述压缩机和气液分离器一侧分别通过工质管路与四通换向阀的两个阀口连接；所述翅片式换热器和套管式换热器通过工质管路连接，所述翅片式换热器和套管式换热器一侧分别通过工质管路与四通换向阀的另外两个阀口连接；所述套管式换热器一侧并联有蓄能模块，所述翅片式换热器、套管式换热器以及蓄能模块互为并联且每个支路上设置分别设置有第一阀门组、第二阀门组和第三阀门组，所述释能模块分别和套管式换热器以及蓄能模块连接。

所述蓄能模块包括蓄能用螺旋管换热器、分离式热管蒸发段蓄冷箱、分离式热管冷凝段蓄热箱，所述蓄能用螺旋管换热器、分离式热管蒸发段蓄冷箱和分离式热管冷凝段蓄热箱通过工质管路互为并联，所述蓄能用螺旋管换热器支路的工质管路上串联有储液器、氟泵；所述蓄能用螺旋管换热器上下通过工质管路与所述翅片式换热器、套管式换热器并联。

所述释能模块为水循环释能管路，所述套管式换热器、分离式热管蒸发段蓄冷箱和分离式热管冷凝段蓄热箱通过水循环释能管路与用户供水和回水端并联。

连接所述套管式换热器的水循环释能管路上设置有第六电磁阀；连接所述分离式热管蒸发段蓄冷箱的水循环释能管路上设置有第三截止阀；连接所述分离式热管冷凝段蓄热箱的水循环释能管路上设置有第四截止阀；回水端的水循环释能管路上设置有循环水泵。

所述储液器和氟泵通过工质管路并联有第五电磁阀；连接所述分离式热管蒸发段蓄冷箱的工质管路上设置有第一截止阀；连接所述分离式热管冷凝段蓄热箱的工质管路上设置有第二截止阀。

所述第一阀门组包括依次串联的第一热力膨胀阀、第一电磁阀以及第一干燥过滤器，所述第一阀门组通过工质管路并联有第一单向阀；所述第二阀门组包括依次串联的第二热力膨胀阀、第二电磁阀以及第二干燥过滤器，所述第二阀门组通过工质管路并联有第二单向阀；所述第三阀门组包括依次串联的第三热力膨胀阀、第三电磁阀以及第三干燥过滤器，所述第三阀门组通过工质管路并联有第三单向阀。

所述第三阀门组通过工质管路串联有第四电磁阀。

所述分离式热管蒸发段蓄冷箱、所述分离式热管冷凝段蓄热箱与所述蓄能用螺旋管换热器存在高度差，所述蓄能用螺旋管换热器的安装高度低于所述分离式热管蒸发段蓄冷箱和所述分离式热管冷凝段蓄热箱。

本发明的有益效果在于：

本发明提供的一种分离式热管蓄能空调系统，适用于南方有削峰填谷政策地区，主要适用于写字楼、办公楼等在白天工作时间有空气调节需求，而夜间较少或没有空气调节需求的环境，能够有效利用夜间电能而降低白天电能消耗，从而优化电网电源结构，减少高峰用电需求，有效节约能源，缓解城市电网的负担。

附图说明

下面结合附图和实施案例对本发明做进一步的说明。

图1是一种分离式热管蓄能空调系统示意图；

图2是冬、夏季工况四通换向阀内部连接方式示意图；

图3是分离式热管蓄能模块示意图；

图4是夏季夜间蓄冷模式工作原理图；

图5是夏季白天释冷模式工作原理图；

图6是夏季白天单独供冷模式工作原理图；

图7是夏季白天联合供冷模式工作原理图；

图8是夏季白天同时供冷、蓄冷模式工作原理图；

图9是冬季夜间蓄热模式工作原理图；

图10是冬季白天释热模式工作原理图；

图11是冬季白天单独供热模式工作原理图；

图12是冬季白天联合供热模式工作原理图；

图13是冬季白天同时供热、蓄热模式工作原理图。

图中，1压缩机，2四通换向阀，3气液分离器，4翅片式换热器，5套管式换热器，6蓄能用螺旋管换热器，7分离式热管蒸发段蓄冷箱，8分离式热管冷凝段蓄热箱，(9)储液器，10氟泵，11第一热力膨胀阀，12第二热力膨胀阀，13第三热力膨胀阀，14第一截止阀，15第二截止阀，16第三截止阀，17第四截止阀，18第一电磁阀，19第二电磁阀，20第三电磁阀，21第四电磁阀，22第五电磁阀，23第六电磁阀，24第一干燥过滤器，25第二干燥过滤器，26第三干燥过滤器，27第一单向阀，28第二单向阀，29第三单向阀，30循环水泵。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1-13。

一种分离式热管蓄能空调系统，包括压缩机1、四通换向阀2、气液分离器3、翅片式换热器4、套管式换热器5以及蓄能模块和释能模块，所述压缩机1与气液分离器3通过工质管路连接，所述压缩机1和气液分离器3一侧分别通过工质管路与四通换向阀2的两个阀口连接；所述翅片式换热器4和套管式换热器5通过工质管路连接，所述翅片式换热器4和套管式换热器5一侧分别通过工质管路与四通换向阀2的另外两个阀口连接；所述套管式换热器5一侧并联有蓄能模块，所述翅片式换热器(4)、套管式换热器5以及蓄能模块互为并联且每个支路上设置分别设置有第一阀门组、第二阀门组和第三阀门组，所述释能模块分别和套管式换热器5以及蓄能模块连接。所述四通换向阀2通过改变内部连接方式以改变制冷剂的流动通道，达到夏季、冬季模式转换的目的；所述蓄能模块为系统核心部分，具有蓄能、释能的能力。

所述蓄能模块包括蓄能用螺旋管换热器6、分离式热管蒸发段蓄冷箱7、分离式热管冷凝段蓄热箱8，所述蓄能用螺旋管换热器6、分离式热管蒸发段蓄冷箱7和分离式热管冷凝段蓄热箱8通过工质管路互为并联，所述蓄能用螺旋管换热器6支路的工质管路上串联有储液器9、氟泵10；所述蓄能用螺旋管换热器6上下通过工质管路与所述翅片式换热器4、套管式换热器5并联。

所述释能模块为水循环释能管路，所述套管式换热器5、分离式热管蒸发段蓄冷箱7和分离式热管冷凝段蓄热箱8通过水循环释能管路与用户供水和回水端并联。

连接所述套管式换热器5的水循环释能管路上设置有第六电磁阀23；连接所述分离式热管蒸发段蓄冷箱7的水循环释能管路上设置有第三截止阀16；连接所述分离式热管冷凝段蓄热箱8的水循环释能管路上设置有第四截止阀17；回水端的水循环释能管路上设置有循环水泵30。

所述储液器9和氟泵10通过工质管路并联有第五电磁阀22；连接所述分离式热管蒸发段蓄冷箱7的工质管路上设置有第一截止阀14；连接所述分离式热管冷凝段蓄热箱8的工质管路上设置有第二截止阀15。

所述第一阀门组包括依次串联的第一热力膨胀阀11、第一电磁阀18以及第一干燥过滤器24，所述第一阀门组通过工质管路并联有第一单向阀27；所述第二阀门组包括依次串联的第二热力膨胀阀12、第二电磁阀19以及第二干燥过滤器25，所述第二阀门组通过工质管路并联有第二单向阀28；所述第三阀门组包括依次串联的第三热力膨胀阀13、第三电磁阀20以及第三干燥过滤器25，所述第三阀门组通过工质管路并联有第三单向阀29。

所述第三阀门组通过工质管路串联有第四电磁阀21。

所述分离式热管蒸发段蓄冷箱7、所述分离式热管冷凝段蓄热箱8与所述蓄能用螺旋管换热器6存在高度差，所述蓄能用螺旋管换热器6的安装高度低于所述分离式热管蒸发段蓄冷箱7和所述分离式热管冷凝段蓄热箱8。

当处于夏季工况时，翅片式换热器4为冷凝器，套管式换热器5为蒸发器；当处于冬季工况时，则情况相反，套管式换热器5为冷凝器，翅片式换热器4为蒸发器。为满足不同的运行环境，设计了10种运行模式，夏季、冬季各5种。夏季工况有以下5种运行模式：夏季夜间蓄冷模式，夏季白天释冷模式，夏季白天单独供冷模式，夏季白天联合供冷模式，夏季白天同时供冷、蓄冷模式。在此工况下，蓄能用螺旋管换热器6为蓄冷用蒸发器，处于分离式热管的冷凝段。冬季工况有以下5种运行模式：冬季夜间蓄热模式，冬季白天释热模式，冬季白天单独供热模式，冬季白天联合供热模式，冬季白天同时供热、蓄热模式。在此工况下，蓄能用螺旋管换热器6为蓄热用冷凝器，处于分离式热管的蒸发段。

实施方案一：夏季夜间蓄冷模式。在夏季夜间的用电低谷期，机组模块和分离式热管蓄能模块同时运行，将冷量储存到相变蓄冷材料中，供用户白天使用。在此运行模式下，机组模块制冷剂的流程为：压缩机1→四通换向阀2→冷凝器4→第一单向阀27→第四电磁阀21→第三干燥过滤器26→第三电磁阀20→第三热力膨胀阀13→蓄冷用蒸发器6→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。热管蓄能模块制冷剂的流程为：储液器9→氟泵10→第一截止阀14→分离式热管蒸发段蓄冷箱7→蓄冷用蒸发器6→储液器9。

实施方案二：夏季白天释冷模式。在夏季白天的用电高峰期时，电价处于峰值，此时仅分离式热管蓄能模块运行，将夜间储存的冷量释放出来供用户使用。在此运行模式下，用户冷水的流程为：用户回水→循环水泵30→分离式热管蒸发段蓄冷箱7→第三截止阀16→用户供水。

实施方案三：夏季白天单独供冷模式。当分离式热管蒸发段蓄冷箱7中储存的冷量释放完全或当夏季白天电价不处于峰值且用户所需冷量很小时，可采用单独供冷模式，此时仅机组模块运行。在此运行模式下，机组模块制冷剂的流程为：压缩机1→四通换向阀2→冷凝器4→第一单向阀27→第二干燥过滤器25→第二电磁阀19→第二热力膨胀阀12→蒸发器5→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。用户冷水的流程为：用户回水→循环水泵30→第六电磁阀23→蒸发器5→用户供水。

实施方案四：夏季白天联合供冷模式。在夏季白天用户冷负荷的高峰期，采用单一的释冷或单独供冷模式均无法满足用户需求时，可以采用联合供冷的方式，此时机组模块和分离式热管蓄能模块同时运行。在此运行模式下，制冷剂的流程为：压缩机1→四通换向阀2→冷凝器4→第一单向阀27→干燥过滤器25→第二电磁阀19→第二热力膨胀阀12→蒸发器5→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。用户冷水的流程分为两部分，分别为：①用户回水→循环水泵30→第六电磁阀23→蒸发器5→用户供水；②用户回水→循环水泵30→分离式热管蒸发段蓄冷箱7→第三截止阀16→用户供水。

实施方案五：夏季白天同时供冷、蓄冷模式。当夏季白天不处于用电高峰期且用户所需冷负荷小于机组的制冷量时，可采用同时供冷、蓄冷模式，这样既提高了空气源热泵机组的运行效率，又能储存部分冷量以备需要时使用，此时机组模块和分离式热管蓄能模块同时运行。在此模式下，机组模块制冷剂的流程分为两部分，分别为：①压缩机1→四通换向阀2→冷凝器4→第一单向阀27→第二干燥过滤器25→第二电磁阀19→第二热力膨胀阀12→蒸发器5→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1；②压缩机1→四通换向阀2→冷凝器4→第一单向阀27→第四电磁阀21→第三干燥过滤器26→第三电磁阀20→第三热力膨胀阀13→蓄冷用蒸发器6→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。热管蓄能模块制冷剂的流程为：储液器9→氟泵10→第一截止阀14→分离式热管蒸发段蓄冷箱7→蓄冷用蒸发器6→储液器9。用户冷水的流程为：用户回水→循环水泵30→第六电磁阀23→蒸发器5→用户供水。

实施方案六：在冬季夜间的用电低谷期，机组模块和分离式热管蓄能模块同时运行，将热量储存到相变蓄冷材料中，供用户白天使用。在此运行模式下，机组模块制冷剂的流程为：压缩机1→四通换向阀2→蓄热用冷凝器6→第三单向阀29→第一干燥过滤器24→第一电磁阀18→第一热力膨胀阀11→蒸发器4→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。热管蓄能模块制冷剂的流程为：蓄热用冷凝器6→分离式热管冷凝段蓄热箱7→第二截止阀15→第五电磁阀22→蓄热用冷凝器6。

实施方案七：在冬季白天的用电高峰期时，电价处于峰值，此时，仅分离式热管蓄能模块运行，将夜间储存的热量释放出来供用户使用。在此运行模式下，用户热水的流程为：用户回水→循环水泵30→分离式热管冷凝段蓄热箱8→第四截止阀17→用户供水。

实施方案八：当分离式热管冷凝段蓄热箱8中储存的冷量释放完全或当冬季白天电价不处于峰值且用户所需热量很小时，可采用单独供热模式，此时仅机组模块运行。在此运行模式下，机组模块制冷剂的流程为：压缩机1→四通换向阀2→冷凝器5→第二单向阀28→第一干燥过滤器24→第一电磁阀18→第一热力膨胀阀11→蒸发器4→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。用户冷水的流程为：用户回水→循环水泵30→第六电磁阀23→冷凝器5→用户供水。

实施方案九：在夏季白天用户冷负荷的高峰期，采用单一的释冷或单独供冷模式均无法满足用户需求时，可以采用联合供冷的方式，此时机组模块和分离式热管蓄能模块同时运行。在此运行模式下，制冷剂的流程为：压缩机1→四通换向阀2→冷凝器4→第一单向阀27→第二干燥过滤器25→第二电磁阀19→第二热力膨胀阀12→蒸发器5→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。用户热水的流程分为两部分，分别为：①用户回水→循环水泵30→第六电磁阀23→冷凝器5→用户供水；②用户回水→循环水泵30→分离式热管冷凝段蓄热箱8→第四截止阀17→用户供水。

实施方案十：当冬季白天不处于用电高峰期且用户所需热负荷小于机组的制热量时，可采用同时供热、蓄热模式，此时机组模块和分离式热管蓄能模块同时运行。在此模式下，机组模块制冷剂的流程分为两部分，分别为：①压缩机1→四通换向阀2→冷凝器5→第二单向阀28→第一干燥过滤器24→第一电磁阀18→第一热力膨胀阀11→蒸发器4→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1；②压缩机1→四通换向阀2→蓄热用冷凝器6→第三单向阀29→第四电磁阀21→第一干燥过滤器24→第一电磁阀18→第一热力膨胀阀11→蒸发器4→四通换向阀2→气液分离器3→压缩机1。热管蓄能模块制冷剂的流程为：蓄热用冷凝器6→分离式热管冷凝段蓄热箱8→第二截止阀15→第五电磁阀22→蓄热用冷凝器6。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种分离式热管蓄能空调系统，包括压缩机（1）、四通换向阀（2）、气液分离器（3）、翅片式换热器（4）、套管式换热器（5）以及蓄能模块和释能模块，其特征在于：所述压缩机（1）与气液分离器（3）通过工质管路连接，所述压缩机（1）和气液分离器（3）一侧分别通过工质管路与四通换向阀（2）的两个阀口连接；所述翅片式换热器（4）和套管式换热器（5）通过工质管路连接，所述翅片式换热器（4）和套管式换热器（5）一侧分别通过工质管路与四通换向阀（2）的另外两个阀口连接；所述套管式换热器（5）一侧并联有蓄能模块，所述翅片式换热器（4）、套管式换热器（5）以及蓄能模块互为并联且每个支路上设置分别设置有第一阀门组、第二阀门组和第三阀门组，所述释能模块分别和套管式换热器（5）以及蓄能模块连接；所述蓄能模块包括蓄能用螺旋管换热器（6）、分离式热管蒸发段蓄冷箱（7）、分离式热管冷凝段蓄热箱（8），所述蓄能用螺旋管换热器（6）、分离式热管蒸发段蓄冷箱（7）和分离式热管冷凝段蓄热箱（8）通过工质管路互为并联，所述蓄能用螺旋管换热器（6）支路的工质管路上串联有储液器（9）、氟泵（10）；所述蓄能用螺旋管换热器（6）上下通过工质管路与所述翅片式换热器（4）、套管式换热器（5）并联；所述第一阀门组包括依次串联的第一热力膨胀阀（11）、第一电磁阀（18）以及第一干燥过滤器（24），所述第一阀门组通过工质管路并联有第一单向阀（27）；所述第二阀门组包括依次串联的第二热力膨胀阀（12）、第二电磁阀（19）以及第二干燥过滤器（25），所述第二阀门组通过工质管路并联有第二单向阀（28）；所述第三阀门组包括依次串联的第三热力膨胀阀（13）、第三电磁阀（20）以及第三干燥过滤器（25），所述第三阀门组通过工质管路并联有第三单向阀（29）。

2.根据权利要求所1所述的一种分离式热管蓄能空调系统，其特征在于：所述释能模块为水循环释能管路，所述套管式换热器（5）、分离式热管蒸发段蓄冷箱（7）和分离式热管冷凝段蓄热箱（8）通过水循环释能管路与用户供水和回水端并联。

3.根据权利要求所2所述的一种分离式热管蓄能空调系统，其特征在于：连接所述套管式换热器（5）的水循环释能管路上设置有第六电磁阀（23）；连接所述分离式热管蒸发段蓄冷箱（7）的水循环释能管路上设置有第三截止阀（16）；连接所述分离式热管冷凝段蓄热箱（8）的水循环释能管路上设置有第四截止阀（17）；回水端的水循环释能管路上设置有循环水泵（30）。

4.根据权利要求所1所述的一种分离式热管蓄能空调系统，其特征在于：所述储液器（9）和氟泵（10）通过工质管路并联有第五电磁阀（22）；连接所述分离式热管蒸发段蓄冷箱（7）的工质管路上设置有第一截止阀（14）；连接所述分离式热管冷凝段蓄热箱（8）的工质管路上设置有第二截止阀（15）。

5.根据权利要求所1所述的一种分离式热管蓄能空调系统，其特征在于：所述第三阀门组通过工质管路串联有第四电磁阀（21）。

6.根据权利要求所1所述的一种分离式热管蓄能空调系统，其特征在于：所述分离式热管蒸发段蓄冷箱(7)、所述分离式热管冷凝段蓄热箱(8)与所述蓄能用螺旋管换热器(6)存在高度差，所述蓄能用螺旋管换热器(6)的安装高度低于所述分离式热管蒸发段蓄冷箱(7)和所述分离式热管冷凝段蓄热箱(8)。