CN109883082A - 一种无结霜空气源蓄能式热泵系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无结霜空气源蓄能式热泵系统及其使用方法，包括供能端、水源热泵机组和用户末端，供能端包括空气‑载冷剂换热器和一体式相变蓄能箱，结霜环境制热，供能循环管路为一体式相变蓄能箱与水源热泵机组的水源侧连接，水源热泵机组的供能侧与用户末端连接，水源热泵机组的水源侧为蒸发端，供能侧为冷凝端，通过一体式相变蓄能箱内的相变工质由液体凝结为固体放热，为热泵机组提供热源，热泵机组制热供给用户末端；一体式相变蓄能箱供热前，相变工质通过热交换由固体融化为液体，蓄热能。由于相变工质凝结冰点一定，所以热泵蒸发端温度维持在较小的范围内变化，改善了由于夜间气温低、湿度大空气源热泵效率极低特性，不会出现结霜。

Description

一种无结霜空气源蓄能式热泵系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及制热制冷技术领域，具体涉及一种无结霜空气源蓄能式热泵及其使用方法。

背景技术

随着能源的紧张和环境保护意识的增强，可再生能源的开发和利用备受关注，空气源热泵作为一种能够有效提升热能品位的技术得到了广泛使用。空气源热泵主要结构由四个核心部件：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。通过让工质不断完成蒸发(吸取环境中的热量)-压缩-冷凝(放出热量)-节流-再蒸发的热力循环过程，将空气中的低品位热能转移到水中，制取高温热水。但是，传统的空气源热泵，受蒸发温度的影响，在我国北方地区的冬季，效率非常低下。而且在冬季运行时，当环境空气温度低于0℃，室外换热器/蒸发器容易出现结霜的问题。极大的制约其在北方地区的应用。

市场上的空气源热泵通常采取除霜方案，常见的包括制冷剂逆向除霜、蓄热除霜和余热除霜。制冷剂逆向除霜和蓄热除霜在除霜的过程中会影响用户末端的供暖效果，出现冷热不均等室内不舒适的环境；余热除霜虽然不会影响用户末端的供暖效果，但会使空气源热泵的一次能源的使用效率下降，达不到节能环保的目的。

现有学者对一种复合式热泵(并联式太阳能热泵系统)进行了研究，实验采用白天以空气为热源，晚上利用太阳能热水为热源对室内供热的运行策略，研究发现，该系统部分解决了传统空气源热泵的结霜问题。其太阳能集热系统同样受限于天气条件，空气源热泵在极寒条件下，仍然存在结霜问题，而且未能优先利用太阳能。

现有学者提出了一种太阳能空气源热泵一体水箱，其包括保温水箱、电辅助加热装置、换热器和空气源热泵系统。空气源热泵系统、太阳能集热器、电辅助加热水的方式可以分别独立使用，也可以互相结合使用，节省时间，节省能源。形成的太阳能空气源一体水箱，搬运安装方便，外形美观。解决了以往太阳能与空气源热泵结合方式是将太阳能系统与空气源热泵系统两种形式的简单叠加后，不能实现优先利用太阳能资源，且叠加的系统，增加了整体设备操作的难度等问题。研究发现，在天气条件恶劣，室外环境温度很低时，太阳能集热设备和空气源热泵系统仍然不能正常运行，使用辅助电加热设备，造成整个设备能源利用效率低。

现有学者提出了一种三套管蓄能型太阳能与空气源热泵集成系统，将太阳能集热设备、空气源热泵设备等有机结合在一起。其能够有效解决空气源热泵机组应用在中央空调系统中使电网负荷不断上升、冬季热泵收集效率较低，易受天气影响的问题。实现了电力负荷的“移峰填谷”，平衡冬季昼夜热泵供热负荷，采用空气源、太阳能和蓄热多热源运行模式，弥补单一热源运行时存在的不足。但其系统构造复杂、维护困难，投资成本高，运行控制难。

现有一种补气增焓热泵系统，补气增焓技术能够较好地改善低温环境下压缩制冷循环的效率，降低压缩机排气温度，提高制冷设备的效率以达到节省能源的目的。经过实验在-10℃～-15℃的低温环境中的实验发现，该系统能够保持较高的制热能力和供暖温度，能够满足寒冷地区冬季的采暖要求，但随着环境温度的升高，补气改善性能系数的效果变差。

现有另一种双级压缩热泵循环系统，双级压缩式热泵循环系统通过中间压力补气方式来提高系统低温下的性能，虽然可以有效的降低排气温度过高，以及解决压比过大等带来的一系列可靠性问题。但对于双级压缩而言，在全工况运行时，由于两级很难平衡，在外气条件良好时，一级超配，在外界条件不好时二级超配，因此平均来说基本不节能。而且还存在许多急需解决的问题:如注油量，油平衡及油迁移，系统的控制策略，变频压缩低高压级的合理的输气量比，最佳中间压力的变化等问题。

综上，现有的太阳能复合式热泵以及补气增焓式热泵、双级压缩式热泵，虽然一定程度上解决了热泵结霜问题，但需要组配部件较多，导致热泵系统非常复杂，很难控制。

发明内容

针对现有技术中空气源热泵传统除霜的缺陷以及热泵在低温天气运行性能低的问题，本发明提供一种无结霜空气源蓄能式热泵系统及其使用方法。

本发明的技术方案：

一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，包括供能端、水源热泵机组和用户末端，所述供能端包括空气-载冷剂换热器和一体式相变蓄能箱，二者与所述水源热泵机组的水源侧形成三者相互连接或其中二者相连的可互相切换的供能循环管路，所述供能循环管路内流动有供能循环工质，所述水源热泵机组的供能侧与所述用户末端连接，

当在结霜环境制热时，所述供能循环管路的连接方式切换为一体式相变蓄能箱与水源热泵机组的水源侧连接，所述水源热泵机组的水源侧为蒸发端，所述水源热泵机组的供能侧为冷凝端，通过所述一体式相变蓄能箱内的相变工质由液体凝结为固体放热，为所述水源热泵机组提供热源，所述水源热泵机组制热供给所述用户末端，

在所述一体式相变蓄能箱供热前，所述相变工质通过热交换由固体融化为液体，蓄热能。

所述一体式相变蓄能箱的容积满足所述水源热泵机组连续运行至少8小时的蓄能量。

在所述一体式相变蓄能箱供热能前，所述供能循环管路的连接方式切换为所述空气-载冷剂换热器至少与所述一体式相变蓄能箱连接，通过将所述空气-载冷剂换热器吸收的环境热量与所述一体式相变蓄能箱换热，所述一体式相变蓄能箱蓄热能。

所述用户末端包括显热蓄热水箱和为室内供能的换热器，二者与所述水源热泵机组的供能侧形成三者相互连接或二者连接的可相互切换的用户循环管路，所述热泵机组制热的热量直接供给所述换热器和/或贮存在所述显热蓄热水箱，且贮存了热量的所述显热蓄热水箱可为所述换热器供热。

在夏季制冷工况，所述供能循环管路的连接方式切换为一体式相变蓄能箱与水源热泵机组的水源侧连接，所述水源热泵机组的水源侧为冷凝端，所述水源热泵机组的供能侧为蒸发端，通过已经蓄相变冷能的相变工质由固体融化为液体释放固-液相变潜热，为所述水源热泵机组的水源侧提供冷能。

所述一体式相变蓄能箱在供冷能前，通过一体式相变蓄能箱与制冷的所述水源热泵机组换热，所述相变工质由液体凝固为固体蓄冷能。

所述一体式相变蓄能箱包括壳体和芯体，所述芯体位于所述壳体内，包括若干蓄冰单元，所述蓄冰单元包括平板热管，所述平板热管侧面紧密贴合由多个空腔形成的翅片管且所述翅片管两端开放，所述壳体与芯体之间和所述翅片管内灌有所述相变工质，所述平板热管端部长于两侧翅片管，长出的部分与扁水管贴合，每根扁水管串联连接有多个蓄冰单元的平板热管，多个扁水管并联汇流于入口干管和出口干管，所述入口干管具有两个入口，所述出口干管具有两个出口：

蓄热能工况，空气源融冰蓄能入口和出口与所述空气-载冷剂换热器连接成供能循环管路，所述空气-载冷剂换热器内的循环工质在所述芯体和所述空气-载冷剂换热器之间循环；

蓄冷能或供热能或供冷能工况，热泵机组蓄冰供能入口和出口与所述热泵机组连接成循环回路，所述水源热泵机组内的循环工质在所述芯体和所述水源热泵机组之间循环。

采用上述的无结霜空气源蓄能式热泵系统的使用方法，所述供能端的一体式相变蓄能箱既能作为冷源来源，也能作为热能来源，

热泵在结霜环境的制热工况时，所述一体式相变蓄能箱为相变蓄热箱，所述相变工质由液体凝固为固体，释放液-固相变潜热，传输到所述水源热泵机组提供热能，所述水源热泵机组吸收低温热源制热，给用户末端供暖，所述相变蓄热箱在供热前，通过所述相变工质换热，由固体融化为液体，蓄固-液相变热能，循环供热；

热泵在制冷工况时，所述一体式相变蓄能箱为相变蓄冷箱，所述相变工质由固体融化为液体，释放固-液相变潜热，传输到所述水源热泵机组提供冷能，给用户末端供冷，所述相变蓄热箱在供冷前，通过所述相变工质换热，由液体凝固为固体，蓄液-固相变冷能。

在夜晚利用谷电所述水源热泵机组制冷，与所述相变蓄冷箱换热，所述相变工质由液体凝固为固体，蓄液-固相变冷能，所述相变蓄冷箱在白天作为供能端，为所述水源热泵机组供冷能。

在非结霜环境下，采用所述空气-载冷剂换热器为供能端，对所述水源热泵机组供热能，或同时对所述水源热泵机组和所述一体式相变蓄能箱供热能。

本发明的有益技术效果：

本发明的一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，在供能端增加了一体式相变蓄能箱，连接方式为空气-载冷剂换热器、一体式相变蓄能箱和水源热泵机组的水源侧两两之间均可相互连接，并且可选择切断和连通某个/些管路连接方式，从而形成在冬季可通过切换不同的供能循环管路提供多种供热模式。

为了避免结霜问题，至少在结霜环境制热时，例如环境温度低于0℃时，采用一体式相变蓄能箱作为供能端。所述热泵机组的直接热源来源于所述一体式相变蓄能箱内积蓄的相变热能，相变工质由液体凝固成固体时释放的潜热，即通过相变工质的凝结放热作为低温热源，满足用户供暖的需求。由于在结霜环境不使用空气-载冷剂换热器，而通过蓄能箱发生相变提供热源，相变工质凝结冰点一定，所以热泵蒸发端温度维持在较小的范围内变化，一方面很好的改善了由于夜间气温低、湿度大空气源热泵效率极低的特点，另一方面整体系统不会出现结霜问题。

在供热能前，外界温度较高或日照较强的天气时，例如环境温度可达5℃以上的情况，即非结霜环境，外界热源充足，可采用空气-载冷剂换热器分别与热泵机组和蓄能箱连接，空气-载冷剂换热器既为热泵提供低温热源供暖，同时也为一体式蓄能箱提供低温热源，融化相变工质蓄热，蓄能箱的容积可设置为满足热泵机组连续运行至少8小时的蓄能量。

在用户末端需要外界热源供暖，而外界气温虽然较高但不够充足，无法同时满足用户末端和一体式相变蓄能箱的供热要求时，或一体式相变蓄能箱已无需再蓄能时，也可以断开空气-载冷剂与蓄能箱的连接，切换为空气-载冷剂换热器只为热泵机组提供低温热源供暖。

在用户末端无需供暖时，例如白天家中无人的情况，可以切换至热源储能循环管路，所述空气-载冷剂换热器只为所述蓄能箱提供低温热源融化相变工质蓄热能。

此外，用户末端也可以设置显热蓄热水箱，通过热泵机组的供能端与用户末端的风换热器和显热蓄热水箱的不同连接方式实现不同的用户循环管路。例如，当供能端热量充足时，通过热泵供能循环管路，使得热泵机组的供能端同时为换热器和蓄热水箱供热；当供能端热量不太充足或蓄热水箱无需继续蓄热时，通过热泵供能循环管路仅为换热器供热；当供能端热量不足时，通过蓄热水箱供能循环管路使蓄热水箱为换热器供热；当无需供热时，通过热泵供能循环管路使供热段仅为水箱蓄热供热。

所述热泵机组的直接冷热源可全部来源于同一相变蓄能箱，因此又可称为相变蓄冷蓄热箱，如上所述，所述相变蓄冷蓄热箱既可为热泵机组制热时提供相变热源；同时，在制冷时，所述相变蓄冷蓄热箱也可为热泵制冷时提供相变冷源，又称为冷热一体式相变蓄能箱。供冷能时，可以通过所述一体式相变蓄能箱内的相变工质由固体融化为液体释放固-液相变潜热，为所述水源热泵机组的水源侧提供冷能。所述冷能提前通过与制冷的热泵机组进行换热，相变工质由液体凝固为固体储冷能。

优选的，所述一体式相变蓄能箱的液-固相变工质的相变温度介于-10℃至7℃之间，从而使得该温度不会过于低于室外环境温度，用于融化相变工质的空气-载冷剂换热器的循环工质不会明显低于环境温度，避免结霜。相变温度的选择在供暖与空调时取决于地域的冬天的平均环境温度。

本发明的相变工质为自来水或一定比例的防冻液或其它可凝结放热结冰的物质，所述一体式相变蓄能箱也可称为蓄冰水箱，其由壳体和芯体两部分组成，满足相变工质的保温，同时具有防渗防腐蚀功能。芯体由均匀布满蓄冰水箱的蓄冰单元组成，每个蓄冰单元包括一根平板热管，平板热管两侧紧密贴合(焊接或导热介质粘结)翅片管，平板热管略长于两侧翅片管，每根翅片管包含一定数量的矩形通道且两端不密封，因此相变工质同时填充翅片管以及水箱壳体内部。扁水管与蓄冰单元的热管上下端长于翅片管的部分紧密贴合(焊接或导热介质粘结)，若干个蓄冰单元通过扁水管串接之后，通过多根扁水管并联汇流于入口干管和出口干管，干管与循环管路连通。其中干管可形成一个两进两出的整体，其一路与空气-载冷剂换热器之间进行供能循环工质(载冷剂)循环，空气源融冰蓄能入口和出口与空气-载冷剂换热器连通，芯体内循环的工质来源于空气-载冷剂换热器的供能循环工质(载冷剂)，用于相变工质与空气-载冷剂换热器的载冷剂进行热交换，蓄热能；另一路与热泵机组内的供能循环工质(载冷剂)循环，热泵机组蓄冰供能入口和出口与热泵机组连接，芯体内循环的工质来源于热泵机组供能循环工质，用于相变工质与热泵系统的载冷剂进行热交换，蓄冷能/供能。总之可根据实际管路情况综合设置。供能循环工质属于同程式流动。蓄冰单元均匀布满蓄冰水箱，多个翅片管的设计能够确保相变工质凝结时水箱壳体受力均匀。

上述无结霜空气源蓄能式热泵系统的制冷制热使用方法，一体式相变蓄能箱为一体式相变蓄冷蓄热箱即作为热源，又作为冷源，在冬天采暖季节为相变蓄热箱，在夏天供冷季节为相变蓄冷箱，而相变工质不变。同一所述一体式相变蓄能箱的相变材料通过固-液相变储热，在热泵制热时所述相变蓄热箱中的液体相变工质凝固成固体，并释放储存的液-固相变潜热为热泵提供低温热源，而在热泵制冷时，所述热泵制冷时的直接冷源来源于相变蓄冷箱内固体变成液体时释放的潜热。所述相变蓄能箱通过载冷剂将冷量或者热量交还给冷热用户末端的供冷热需求。

优选的，冬季供暖时，由于昼夜温差大，在白天，采用空气-载冷剂换热器作为供能端，一方面作为水源热泵机组的低温热源，满足机组正常运行，向用户末端供暖；另一方面，将空气能存储于相变蓄能箱内的蓄能材料中，所述空气-载冷剂换热器内吸收了环境低温热能的载冷剂通过芯体的空气源融冰蓄能入口和出口，在换热器和芯体之间循环流动，融化所述一体式相变蓄冷蓄热箱内的相变工质成为液态，储存低温相变潜热，如蓄冰水箱内冰工质融化成水蓄能。在夜晚，采用相变蓄热箱为供能端，所述相变工质吸收环境冷能由液态凝固成固态，如由水变成冰的过程中释放相变潜热，为所述热泵机组提供相变潜热作为低温热源，所述热泵机组制热为用户末端提供相对高温热能采暖，如此往复。由于使用相变蓄能箱供热，空气-载冷剂换热器用于融化相变工质，其蒸发端温度变化小，不会低于冰点温度，避免结霜问题。

夏季制冷时在夜晚用户末端不需要制冷时，所述热泵机组利用谷电制冷，将在热泵机组的蒸发器端吸收了冷能的载冷剂，传递给相变蓄冷箱的相变工质，例如将水制成冰，蓄冷能：所述热泵机组内具有冷能的载冷剂通过芯体的热泵机组蓄冰供能入口和出口，循环流动在热泵机组和芯体之间，所述相变工质吸收冷能由液体凝固成固体，存储的相变冷能，需要时(如白天供冷)，释放固-液相变潜热，给用户末端供冷。从而错开了白天用电高峰，减少运行成本。

附图说明

图1是本发明的无结霜空气源蓄能式热泵系统的一种实施例的结构示意图；

图2是图1中空气-载冷剂换热器为热泵机组提供低温热源的冬季供暖工况示意图；

图3是图1中空气-载冷剂换热器为蓄冰水箱融冰蓄能的冬季蓄能工况示意图；

图4是图3中蓄冰水箱为热泵机组提供低温热源的冬季供暖工况示意图；

图5是图3中蓄冰水箱提供低温热源为蓄热水箱蓄热；

图6是图5中蓄热水箱作为热源直接供暖；

图7是本发明的无结霜空气源蓄能式热泵系统的制冷工况示意图；

图8是蓄冰水箱结构示意图；

图9是蓄能单元主视图；

图10蓄能单元俯视图；

图11是蓄能单元与扁水管贴合示意图。

附图编号：1-空气-载冷剂换热器；2-蓄冰水箱；21-壳体；22-芯体；221-蓄冰单元；2211-平板热管；2212-翅片管；222-上扁水管；223-入口干管；2231-热泵机组蓄冰供能入口；2232-空气源融冰蓄能入口；224-出口干管，2241-第一出口；2242-第二出口；225-下扁水管；3-膨胀罐；4-循环水泵；5-热泵机组；51-蒸发器；52-膨胀阀；53-冷凝器；54-压缩机；6-风机盘管；7-蓄热水箱；8-阀门。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的无结霜空气源热泵系统的运行方案，如何避免结霜问题，突出其不同于现有热泵系统的除霜方式，下面将结合附图1-11和具体实施例作详细的介绍，本领域普通技术人员可根据附图运行管理本系统。

实施例1

如图1所示，本实施例的一种新型无结霜空气源蓄能式热泵系统，可分为供能端、热泵机组5和用户末端三个部分。其中供能端包括可并联或串联连接的空气-载冷剂换热器1和一体式相变蓄能箱，本实施例中为蓄冰水箱2，二者也分别可与热泵机组5的水源侧连接，热泵机组5的供能侧与用户末端连接。本实施例中热泵机组5为普通水源热泵机组，包括蒸发器51、膨胀阀52、冷凝器53和压缩机54，若为冬季制热工况，则蒸发器51位于水源侧，供能侧为冷凝器53，与作为用户末端的风机盘管6连接；若为夏季制冷工况，则对调蒸发器51和冷凝器53的位置。供能循环工质为一定比例的防冻液或称为载冷剂，其通过循环水泵4循环流动，热泵机组5的循环工质为R22或其它制冷剂/载冷剂，用户末端的循环工质为自来水。

所述空气-载冷剂换热器1的形式为风冷却器，包括供载冷剂流通的扁水管通道、翅片、风机、以及进出口管路(未示出)。

如图8-11所示，所述蓄冰水箱2包括壳体21和芯体22。壳体21需要满足相变工质的保温，同时具有防渗防腐蚀功能，内部具有若干个芯体22，在壳体21和芯体22之间存储相变工质，本实施例中相变工质为水/冰。当然，所述相变工质也可以为在7℃至-10℃可凝结放热结冰的其它物质。

芯体22具有入口干管223、出口干管224和位于二者之间的多条并联热交换管路，入口干管223具有热泵机组蓄冰供能入口2231和空气源融冰蓄能入口2232，出口干管224具有第一出口2241和第二出口2242，形成一个两进两出的整体。每条热交换管路由若干个蓄冰单元221串接之后，通过上扁水管222和下扁水管225并联，汇流于出口干管224。芯体内的循环工质一路来源于热泵机组5供能循环工质—载冷剂，其经热泵机组蓄冰供能入口2231和第一出口2241循环流动，与蓄冰水箱2内的相变工质水热交换，相变工质由液体凝固为固体，用于蓄冰水箱2内蓄冷能；芯体内的循环工质的另一路来源于空气-载冷剂换热器1的蓄热能循环工质—载冷剂，空气源融冰蓄能入口2232和第二出口2242分别与空气-载冷剂换热器1的出入口连接，来源于空气-载冷剂换热器5内蒸发的载冷剂在芯体22内循环流动，用于相变工质蓄相变热能，芯体22内循环的载冷剂属于同程式流动。

蓄冰单元221均匀布满蓄冰水箱，能够确保相变工质凝结时水箱壳体受力均匀。每个所述蓄冰单元221包括一根平板热管2211，平板热管2211两侧通过焊接或导热介质粘结紧密贴合翅片管2212，平板热管2211略长于两侧翅片管2212，上扁水管222和下扁水管225与平板热管2211的上下端通过焊接或导热介质粘结紧密贴合。所述入口干管223和出口干管224为圆形干管，作为进出蓄冰水箱2的干管，汇流各上扁水管222和下扁水管225中的循环工质/载冷剂。所述的平板热管2211的两端通过焊接或导热介质粘结与上述的圆水管紧密贴合。每根翅片管2212包含一定数量的矩形通道，两端不密封。

所述新型无结霜空气源蓄能式热泵系统，其空气-载冷剂换热器1、蓄冰水箱2、以及用户末端装置的大小根据热泵机组5的制热/制冷量大小匹配。

在系统压力不稳定时，启动膨胀罐3，起到缓冲系统压力波动，消除水锤起到稳压卸荷，保证系统的水压稳定的作用。

所述热泵机组5也可以为适用于严寒地区的具有补气增焓压缩机的水源热泵机组。

所述用户末端装置还可包括地暖盘管系统。

另外，热泵系统的管路中还包括多个阀门8，控制流体例如载冷剂、制冷剂和水的流量、流向等。

实施例2

如图2所示，本实施例为实施例1的热泵系统在冬季供暖工况的一种实施方式，其中供能端采用空气-载冷剂换热器1为水源热泵机组5的低温热源，满足机组正常运行。该系统包括空气-载冷剂换热器1、热泵机组5和风机盘管6，图中实线表示实际连接的管路，虚线表示断开的管路。

空气-载冷剂换热器1提取环境热量，载冷剂吸热，与热泵机组5的蒸发器51内的制冷剂换热后返回至空气-载冷剂换热器1，再次吸收环境热量，循环上述过程；水源热泵机组5中的制冷剂在蒸发器51吸收该低温热量，蒸发成低温低压的气态制冷剂，被压缩机54压缩成高温高压的气态制冷剂后送入冷凝器53，在冷凝器53中的高温高压的气态制冷剂经过换热将热量传递给风机盘管6中的水，给用户末端供暖，而制冷剂冷凝为液体经膨胀阀52节流后成为低温低压气体，返回到蒸发器51中，重复吸热、换热的过程，向用户末端供热。

优选在冬季白天采用上述供暖方案，系统可充分利用空气能，始终保持较高的运行性能，更优选的，在室外温度大于水的凝结冰点例如5℃时，采用上述连接方式供热，不会产生结霜问题。

实施例3

如图3所示，本实施例为实施例1的热泵系统在冬季空气源蓄能模式：空气-载冷剂换热器1为蓄冰水箱2融冰蓄能。包括彼此连通的空气-载冷剂换热器1和蓄冰水箱2。

空气-载冷剂换热器1提取环境热量，载冷剂吸热，传送至蓄冰水箱2，通过空气源融冰蓄能入口2232进入芯体22，依次通过入口干管和每条热交换通道的管路后放热后冷凝为水，汇流于出口干管，经第二出口2242返回至空气-载冷剂换热器1，再次吸收环境热量，循环上述过程；而位于壳体21和芯体22之间的相变工质经过通过热交换管路的传热与载冷剂换热，吸收热量后由冰凝固为水，存储固-液相变潜热。

优选的，在外界温度较高、热量充足时，例如5℃，即非结霜情况，采用空气-载冷剂换热器1可分别与热泵机组5的水源侧和蓄冰水箱2连接，同时满足用户端和蓄冰水箱2的供热要求。

实施例4

如图4所示，本实施例为实施例1的热泵系统在结霜环境下，例如冬季夜晚，采用蓄冰水箱2作为供能端，为热泵机组5提供低温热源，给用户末端供暖，不仅改善了由于夜间气温低、湿度大空气源热泵效率极低的缺点，而且不会结霜。该系统包括蓄冰水箱2、热泵机组5和用户末端的风机盘管6。

已经通过实施例3蓄能的蓄冰水箱2中的相变工质为液态水，在冬季温度低于0℃而无空气-载冷剂换热器1的热交换情况下，受环境温度的影响，逐渐凝结为固体冰，在这个过程中不断释放出液-固相变潜热，载冷剂通过热泵机组蓄冰供能入口2231和第一出口2241循环流动在芯体22中，吸收热能，水源热泵机组5中的制冷剂在蒸发器51吸收该低温相变潜热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，被压缩机54压缩成高温高压的气态制冷剂后送入冷凝器53，在冷凝器53中的高温高压的气态制冷剂经过换热将热量传递给风机盘管6中的水，给用户末端供暖，而制冷剂冷凝为液体经膨胀阀52节流后成为低温低压气体，返回到蒸发器51中，重复吸热、换热的过程，向用户末端供热。

优选的，蓄冰水箱2的容积满足热泵机组5连续运行8小时及以上的蓄能量。

实施例5

如图5所示，本实施例的无结霜空气源蓄能式热泵系统，所述用户末端装置为蓄热水箱7。蓄热水箱7与热泵机组的供能侧连接。所述的蓄热水箱为普通不锈钢耐热、耐腐蚀水箱，其大小根据水源热泵机组5和用户负荷大小匹配。

本实施例为采用该热泵系统的冬季热泵蓄热模式，包括蓄冰水箱2、热泵机组5和蓄热水箱7。已经通过实施例3蓄能的蓄冰水箱2中的相变工质为液态水，在冬季温度低于0℃而无空气-载冷剂换热器1的热交换情况下，受环境温度的影响，逐渐凝结为固体冰，在这个过程中不断释放出液-固相变潜热，传递给热泵机组5，水源热泵机组5中的制冷剂在蒸发器51吸收该低温相变潜热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，被压缩机54压缩成高温高压的气态制冷剂后送入冷凝器53，在冷凝器53中的高温高压的气态制冷剂经过换热将热量传递给用户末端循环管路中的循环工质，并传递给蓄热水箱7中的水存储起来，而制冷剂冷凝为液体经膨胀阀52节流后成为低温低压气体，返回到蒸发器51中，重复吸热、换热的过程，蓄热。

优选的，蓄冰水箱2的容积满足热泵机组5连续运行8小时及以上的蓄能量。

优选的，上述过程在冬天采暖季节进行，所述热泵机组5利用深夜谷电及蓄冰水箱2的介质凝固时释放的低温热能，制成适合采暖温度的热后储存于所述蓄热水箱，节能环保。

实施例6

如图6所示，本实施例为实施例5的热泵系统的冬季制热工况的一种实施方式，已经蓄热的蓄热水箱7作为热源，为风机盘管6供暖。

优选的，在白天峰电及平电时进行。

实施例7

如图7所示，本实施例为实施例1的热泵系统的夏季制冷工况的一种方式。该系统包括空气-载冷剂换热器1、热泵机组5和用户末端。冷凝器53在热泵机组5的水源侧，与空气-载冷剂换热器1连接，蒸发器51在热泵机组5的供能侧，与冷用户末端的风机盘管6连接。

热泵机组5为用户制冷，冷凝热通过空气-载冷剂换热器1散热。具体方式如下：热泵机组5内的制冷剂首先在蒸发器51里从高温热源，例如从用户末端的常温空气吸热并汽化成低压蒸汽，而给用户制冷，然后制冷剂气体在压缩机54内压缩成高温高压的蒸汽，该高温高压气体在冷凝器53与空气-载冷剂换热器1内的载冷剂热交换，而冷却凝结为高压液体，该高压液体再经膨胀阀52节流成低温低压液体制冷剂，完成一个制冷过程，吸收热量的载冷剂循环至空气-载冷剂换热器1的室外侧散热，循环上述过程制冷。

优选的，上述过程在夏季白天进行。

实施例8

本实施例为实施例7的热泵系统的夏季制冷工况的另一种方式：夏季制冷兼制热水模式。该系统包括空气-载冷剂换热器1、热泵机组5和用户末端，用户末端包括风机盘管6和蓄热水箱7。

当蓄热水箱7的温度较低时，热泵机组5通过蓄热水箱7散热；当蓄热水箱7温度较高，能够满足生活用热水温度时，热泵机组5通过空气-载冷剂换热器1散热。

实施例9

本实施例为实施例1的热泵系统的夏季制冷工况的另一种方式：热泵机组5为蓄冰水箱2蓄冷能。该系统包括蓄冰水箱2和热泵机组5。

在夏季夜晚，利用深夜谷电通过水源热泵机组5制冷，然后蓄冰水箱2与制冷的所述水源热泵机组5换热，相变工质由液体凝固为固体蓄冷能。

在白天需要制冷时，整体采用类似图4的方式，所述供能循环管路的连接方式切换为蓄冰水箱2与水源热泵机组5的水源侧连接，不同的是所述水源热泵机组5的水源侧为冷凝端，所述水源热泵机组5的供能侧为蒸发端，通过所述蓄冰水箱2内的相变工质由固体融化为液体释放固-液相变潜热，为所述水源热泵机组的水源侧提供冷能，供给用户。

在此指明，以上叙述有助于本领域技术人员理解本发明的内容，但并非限制本发明的保护范围。任何没有脱离本发明实质内容的对以上叙述的等同替换、修饰改进和/或删繁从简而进行的实施，均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，其特征在于包括供能端、水源热泵机组和用户末端，所述供能端包括空气-载冷剂换热器和一体式相变蓄能箱，二者与所述水源热泵机组的水源侧形成三者相互连接或其中二者相连的可互相切换的供能循环管路，所述供能循环管路内流动有供能循环工质，所述水源热泵机组的供能侧与所述用户末端连接，

当在结霜环境制热时，所述供能循环管路的连接方式切换为一体式相变蓄能箱与水源热泵机组的水源侧连接，所述水源热泵机组的水源侧为蒸发端，所述水源热泵机组的供能侧为冷凝端，通过所述一体式相变蓄能箱内的相变工质由液体凝结为固体放热，为所述水源热泵机组提供热源，所述水源热泵机组制热供给所述用户末端，

在所述一体式相变蓄能箱供热前，所述相变工质通过热交换由固体融化为液体，蓄热能。

2.根据权利要求1所述的一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，其特征在于所述一体式相变蓄能箱的容积满足所述水源热泵机组连续运行至少8小时的蓄能量。

3.根据权利要求1所述的一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，其特征在于在所述一体式相变蓄能箱供热能前，所述供能循环管路的连接方式切换为所述空气-载冷剂换热器至少与所述一体式相变蓄能箱连接，通过将所述空气-载冷剂换热器吸收的环境热量与所述一体式相变蓄能箱换热，所述一体式相变蓄能箱蓄热能。

4.根据权利要求1所述的一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，其特征在于所述用户末端包括显热蓄热水箱和为室内供能的换热器，二者与所述水源热泵机组的供能侧形成三者相互连接或二者连接的可相互切换的用户循环管路，所述热泵机组制热的热量直接供给所述换热器和/或贮存在所述显热蓄热水箱，且贮存了热量的所述显热蓄热水箱可为所述换热器供热。

5.根据权利要求1所述的一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，其特征在于在夏季制冷工况，所述供能循环管路的连接方式切换为一体式相变蓄能箱与水源热泵机组的水源侧连接，所述水源热泵机组的水源侧为冷凝端，所述水源热泵机组的供能侧为蒸发端，通过已经蓄相变冷能的相变工质由固体融化为液体释放固-液相变潜热，为所述水源热泵机组的水源侧提供冷能。

6.根据权利要求5所述的一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，其特征在于所述一体式相变蓄能箱在供冷能前，通过一体式相变蓄能箱与制冷的所述水源热泵机组换热，所述相变工质由液体凝固为固体蓄冷能。

7.根据权利要求1所述的一种无结霜空气源蓄能式热泵系统，其特征在于所述一体式相变蓄能箱包括壳体和芯体，所述芯体位于所述壳体内，包括若干蓄冰单元，所述蓄冰单元包括平板热管，所述平板热管侧面紧密贴合由多个空腔形成的翅片管且所述翅片管两端开放，所述壳体与芯体之间和所述翅片管内灌有所述相变工质，所述平板热管端部长于两侧翅片管，长出的部分与扁水管贴合，每根扁水管串联连接有多个蓄冰单元的平板热管，多个扁水管并联汇流于入口干管和出口干管，所述入口干管具有两个入口，所述出口干管具有两个出口：

蓄热能工况，空气源融冰蓄能入口和出口与所述空气-载冷剂换热器连接成供能循环管路，所述空气-载冷剂换热器内的循环工质在所述芯体和所述空气-载冷剂换热器之间循环；

蓄冷能或供热能或供冷能工况，热泵机组蓄冰供能入口和出口与所述热泵机组连接成循环回路，所述水源热泵机组内的循环工质在所述芯体和所述水源热泵机组之间循环。

8.采用权利要求1-7任一所述的无结霜空气源蓄能式热泵系统的使用方法，其特征在于所述供能端的一体式相变蓄能箱既能作为冷源来源，也能作为热能来源，

热泵在结霜环境的制热工况时，所述一体式相变蓄能箱为相变蓄热箱，所述相变工质由液体凝固为固体，释放液-固相变潜热，传输到所述水源热泵机组提供热能，所述水源热泵机组吸收低温热源制热，给用户末端供暖，所述相变蓄热箱在供热前，通过所述相变工质换热，由固体融化为液体，蓄固-液相变热能，循环供热；

热泵在制冷工况时，所述一体式相变蓄能箱为相变蓄冷箱，所述相变工质由固体融化为液体，释放固-液相变潜热，传输到所述水源热泵机组提供冷能，给用户末端供冷，所述相变蓄热箱在供冷前，通过所述相变工质换热，由液体凝固为固体，蓄液-固相变冷能。

9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于在夜晚利用谷电所述水源热泵机组制冷，与所述相变蓄冷箱换热，所述相变工质由液体凝固为固体，蓄液-固相变冷能，所述相变蓄冷箱在白天作为供能端，为所述水源热泵机组供冷能。

10.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于在非结霜环境下，采用所述空气-载冷剂换热器为供能端，对所述水源热泵机组供热能，或同时对所述水源热泵机组和所述一体式相变蓄能箱供热能。