CN110500683A - 一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，包括热泵型空调室外装置和热泵型空调室内装置两大部份，其中热泵型空调室内装置包括内部中空且两端为敞口的壳体、固接在所述壳体底部且与外界连通的底座、设置在所述水箱内的电加热装置、设置在水箱内用于使水升温或降温的制冷剂‑水换热器、安装在所述水箱下方的风机，所述壳体与所述水箱之间形成供气流通过的风道，所述壳体远离所述底座的一端设有风帽，所述风帽的四周开设有出风口。本发明的优点是可实现房间级的冷热双蓄，而且结构简单、安装成本低、安全可靠性高，本发明为解决寒冷地区的清洁取暖、电网负荷平衡、降低供热供冷运行费用、消纳清洁能源等重要需求提供了良好的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及采暖与空调设备技术领域，尤其是涉及一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置。
背景技术
目前，国家在大力推广“清洁供热”技术，随着对环境的治理，消除雾霾要求的加大，减少或禁止采用烧煤、烧气、烧油等不可再生资源供热方式或对环境有污染的供热方式，采取清洁供暖措施是目前及今后的供暖政策，其中，采用电力取暖代替燃煤取暖是政府大力推广的技术措施。根据目前的电采暖实施情况，要实施有效的、可持续的电采暖并不容易，主要存在的问题包括：
1 、集中式电采暖系统规划、设计、施工总工期时间长，且单位供热面积投资大，投资回收周期长，系统运营管理成本高；
2、 现有分散式电蓄热产品表面温度高、成本高、安装不方便；
3 、现有分散式电直供产品使用峰电、平电，导致运行费用高、不能用于电网负荷调节；
前述3种类型的电采暖方法都不具备夏季供冷的功能；
4 、目前，使用空气源热泵成为一个主要清洁取暖方法，这种取暖设备在冬天可以实现清洁取暖，在夏天还可以供冷，但也存在运行费用仍较高、不具有电网平衡能力的问题。
在夏季，尤其是我国南方的一些城市，其空调的耗电量占到全社会总用电量的30％-50％，是电网主要负荷，且具有明显的时间性。
除空调负荷外，其它电力负荷也大多具有明显的时间性，即白天是用电负荷的高峰期，夜晚是用电负荷的低谷期，这种用电的巨大差异性给电网的平衡工作带来极大的困难，也带来社会资源的浪费（需要建造更大的电厂或电网负荷调节设备）。为缓解电网平衡的问题国家鼓励错峰用电并出台了峰谷电价政策。
中国清洁能源(如风电、光电、水电、核电)近年来持续快速发展，而这也使中国的电网负荷平衡问题更加严重，并且出现大量的清洁能源不能上网而弃用的现象，因此，设法消纳清洁能源成为能源行业的一项重要工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其优点是结构简单、安装成本低、安全可靠性高，不仅可解决寒冷地区冬季清洁取暖的问题，而且还具有夏季供冷的能力；不但如此，本发明还具有“蓄能”的能力，通过在电价低谷时蓄冷/热、用电高峰时放冷/热的方式，大幅度降低电力负荷高峰时间段的用电负荷，起到平衡电网负荷、降低运行费用的作用，最终还可起到降低清洁能源弃用的作用。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，由热泵型空调室外装置和热泵型空调室内装置两大部份组成，其中热泵型空调室内装置包括内部中空且两端为敞口的壳体、固接在所述壳体底部且与外界连通的底座、安装在所述壳体内的水箱、设置在所述水箱内以对水体进行加热的电加热管、以及安装在所述水箱下方的风机，所述壳体与所述水箱之间形成气流通过的风道，所述壳体远离所述底座的一端设有风帽，所述风帽的四周开设有出风口，所述风帽的出风口处设有在风力作用下自动打开或关闭的自重式阀门。
通过上述技术方案，本申请中的空气源热泵冷热双蓄型空调装置，在电价低谷时段，用户可以使用两种方式或两种方式之一对水体加热升温，而在非电价低谷时段释放水体中的热量来实现持续供热。因此，利用这种方法，不但可以实现连续供热，还可以平衡电网的负荷，并降低供暖成本。方法1：开启热泵型空调室外装置，对室内装置水体加热升温；方法2：利用室内装置中的电加热管对水体进行加热升温。这里所谓的两种方式的结合是指：第一步利用热泵室外装置使水温升高到较高值，然后再利用电加热管使水温升高到接近沸点的温度（例如95℃左右）。
并且在蓄热的同时，水体将热量传递至水箱壁板上，并依次由风道、顶帽、出风口向室内主动放热；但当室内温度低于设定温度时，风机工作，将室内空气从底座处吸入并送至风道内，空气在风道内通过与水箱外壁进行热交换变成热风，然后由风帽上的出风口送入室内进行供热；由于风机运行，风道中的空气流量增加，空气与水箱壁板的传热系数升高，这就大幅度强化了放热能力，从而实现房间空气的快速升温；当室内温度达到设定的温度区间的最高值时，风机降低转速或停止工作，以减少水箱的放热量，并使房间温度维持在控制范围内。由于风道内始终填充有空气，因此在风机不工作时，风道中的空气还能作为保温层对水箱进行保温，降低水箱壁板被动放热的放热量，从而降低了保温材料的使用成本，也更加有利于节能或节约运行费用；由于该空气保温层的存在，外壳表面的温度就较低，避免了目前“固体蓄热电暖器”外壳温度高、容易造成烫伤的风险；本发明所采用的水蓄能的方式，使该装置的“蓄能介质”材料（即“水”）的成本相比目前的固体蓄热电暖器的采用的“镁砖”介质材料的成本显著降低，且不存在“镁”材质的资源开采受限的问题；本发明所采用的水蓄能方式，使该装置在运输过程中，不必将蓄热介质“水”随装置一同发运，这就减轻了运输重量，也避免了安装过程中，1个人很难完成安装的问题。
本发明进一步设置为：所述风帽的出风口处设有在风力作用下自动打开或关闭的自重式阀门。
通过上述技术方案，当风机停止工作时，自重式阀门能够阻止风道内空气的流通，减小对流传热即减少水箱中热量的释放，避免可能出现的水箱向房间过量放热的现象，因此有利于装置的节能运行。
本发明进一步设置为：所述自重式阀门包括一对相互平行且竖直设置的立板、等距固接在两所述立板之间的多根固定轴、以及转动连接在每根所述固定轴上且与所述固定轴等长度设置的风板，所述风板由上至下依次搭接，两所述立板竖直安装在所述出风口沿其长度方向的两端，所述风板位于所述风帽外侧。
通过上述技术方案，供暖时，风板受风力的影响朝外打开，暖风从相邻风板之间的空隙进入房间实现供暖；停止供暖时，风板受自身重力的作用自动将出风口关闭。
本发明进一步设置为：所述风板呈弧形，其朝所述风帽的外侧凸设。
通过上述技术方案，风板呈弧形的设置，使其能在风力较小的情况下打开。
本发明进一步设置为：所述水箱内设有制冷剂-水换热器，所述制冷剂-水换热器的进口和出口分别穿过所述壳体至外部并且与热泵空调室外装置连通。
通过上述技术方案，在冬季，用户可以开启热泵空调室外装置、运行热泵制热功能，利用室内装置的制冷剂-水换热器向水箱中输送热量，并可使水箱内水温升高到较高水平（例如65℃左右，视热泵空调室外装置的能力而定）。由于热泵运行时，整套装置具有较高的能效比，所以，可以实现良好的节能效果，并且整套装置是在低谷电期间工作，因此，供暖运行费用可以显著降低。如果整套装置运行在极寒季节，则水箱内需要储存更多的热量才能满足全天的热量需要，此时，在热泵使水箱升温到较高温度之后，电加热管开启，使水温进一步升高到更高温度（例如95℃左右）。在夏季，在电价低谷时段，用户可以开启热泵空调室外机、运行制冷功能，使制冷工质通过室内装置的制冷剂-水换热器对水体进行降温，直至水箱中的水体降温到零度甚至凝结成冰；通过这种方式，使水箱中的水体可以储存较多的冷量，从而大幅度降低制冷系统在白天电力高峰时间段的运行时间，平衡电网的负荷，并节约可观的制冷运行电费；对室内进行降温时，用户通过集成式控制面板启动风机，使其将室内空气从底座处吸入并送至风道内，进入风道的空气通过与水箱外壁进行热交换温度降低，然后由风帽上的出风口送入室内使室内空气温度降低。
本发明进一步设置为：所述水箱的下方设有接水盘，所述接水盘内一体连接有可螺纹连接在所述水箱底部的螺杆，所述风机固定在所述接水盘远离所述螺杆的一侧。
通过上述技术方案，接水盘的设置，用于对制冷时水箱外壁上的凝结水进行收集，避免其直接滴落在地面上。
本发明进一步设置为：所述接水盘上连接穿过所述壳体至外部的排水管。
通过上述技术方案，排水管的设置，用于将接水盘内的凝结水排出，避免其溢出。
本发明进一步设置为：所述水箱的上表面设有注水口，所述注水口处设有盖板，所述盖板上开设有气压平衡孔；所述水箱一侧靠下的位置设有穿过所述壳体至外部的水管，所述水管上安装有水阀。
通过上述技术方案，通常情况下通过水管外接水源进行补水或换水，当水箱距离水源较远不便接管时，用户或工作人员可通过注水口进行补水；而盖板的设置，用于避免灰尘等杂质由注水口处进入水箱，使水体被污染；气压平衡孔的设置，用于与外界连通，保证水箱内为常压状态，避免水体被加热后，水箱内的压强增大而对水箱造成损坏。
本发明进一步设置为：所述壳体的外壁上设有集成式控制面板，所述水箱内安装有高水位和低水位两个水位传感器，所述水位传感器、所述风机和所述电加热管均由所述风道布线并与所述集成式控制面板连接。
通过上述技术方案，水位传感器的设置，用于对水箱内的水位进行实时监测，以便进行补水；由于电加热管、水位传感器和风机等电器元件均通过风道进行布线，因此，在装配、检修和维护上增加了便利性。
本发明进一步设置为：所述水箱与所述壳体之间设有多根连接两者的支撑杆。
通过上述技术方案，支撑杆的设置，用于对壳体和水箱进行连接固定。
综上所述，本发明的有益技术效果为：
1、本申请中的空气源热泵冷热双蓄型空调装置，在电价低谷时段蓄热或蓄冷，大幅度降低该装置在白天电力高峰时间段的运行时间，平衡电网的负荷，并节约可观的供暖或制冷的运行电费；由于风道内始终填充有空气，因此风道还能作为保温层对水箱进行保温，降低水箱壁板放热的放热量，从而降低了保温材料的使用成本，也更加有利于节能；而自重式阀门的设置，能够阻止风道内空气的流通，减小对流传热，从而有利于降低水箱壁板的放热量并避免壳体外部温度过高可能造成烫伤的风险；
2、风板呈弧形的设置，使其能在风力较小的情况下打开；
3、接水盘的设置，用于对制冷时水箱外壁上的凝结水进行收集，避免其直接滴落在地面上；
4、由于电加热管、水位传感器和风机等电器元件均通过风道进行布线，因此，在装配、检修和维护上增加了便利性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是体现盖板和气压平衡孔的结构示意图；
图3是体现自重式阀门位置的结构示意图；
图4是体现自重式阀门结构的示意图。
图中，1、壳体；11、集成式控制面板；12、支撑杆；13、风道；2、底座；3、风帽；4、水箱；41、电加热管；42、制冷剂-水换热器；43、水管；44、水阀；45、盖板；46、气压平衡孔；47、水位传感器；48、维护阀；5、风机；6、接水盘；61、螺杆；62、排水管；7、热泵空调室外装置；8、自重式阀门；81、立板；82、固定轴；83、风板。
具体实施方式
参照图1，为本发明公开的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，由热泵空调室内装置和热泵空调室外装置7两大部份组成，两大部份采用制冷剂管路连接，其中，热泵空调室内装置包括壳体1、底座2、风帽3、水箱4、电加热管41、制冷剂-水换热器42、风机5和接水盘6；该空气源热泵冷热双蓄型空调装置的横截面可为矩形或圆形，本实施例中以矩形为例进行说明。其中，壳体1的内部中空且两端为敞口，在其外壁上设有集成式控制面板11；底座2固接在壳体1的底部，用于对壳体1进行支撑，从而保证其始终与外界连通；风帽3可拆卸连接在壳体1远离底座2的一端，其四周设有出风口；水箱4设置在壳体1内部，其与壳体1之间通过多根支撑杆12连接并形成供气流通过的风道13；电加热管41安装在水箱4内，其通过风道13布线并且与集成式控制面板11相连接，用于对水体进行加热。
参照图1和图2，水箱4的上表面设有注水口，在水箱4一侧靠下的位置设有穿过壳体1至外部的水管43，水管43上安装有水阀44，通常情况下通过水管43外接水源进行补水或换水，当水箱4距离水源较远不便接管时，用户或工作人员可通过注水口进行补水，每次注水的水位均低于注水口。为避免灰尘等杂质由注水口处进入水箱4，而使水体被污染，在注水口处设置与之相匹配的盖板45。盖板45上开设有气压平衡孔46，用于与外界连通，保证水箱4内为常压状态，避免水体被加热后，水箱4内的压强增大而对水箱4造成损坏。由于水箱4为常压运行，因此对水箱4的结构强度要求较低，材料消耗较少，有利于降低成本。
参照图1，水箱4内还安装有高水位和低水位两个水位传感器47，其分别通过风道13布线并且与集成式控制面板11相连接，用于对水箱4内的水位进行实时监测，以便进行补水。
制冷剂-水换热器42安装在水箱4内，其进口和出口分别穿过壳体1至外部并且与热泵空调室外装置7相连通。在制冷剂-水换热器42与热泵空调室外装置7连接的管道上安装有维护阀48，用于控制管道的通断。热泵空调室外装置7包括制冷压缩机、制冷剂-室外空气换热器、四通阀、膨胀装置等压缩式制冷系统部件，也包括风机、控制器等部件，其结构、原理与常规热泵型房间空调室外装置相同或相似。而安装于水箱4内部的制冷剂-水换热器42为与水箱4形状相适配的有利于均匀制冰或融冰的换热器。
风机5设置在水箱4的下方，其通过风道13布线并且与集成式控制面板11相连接，用于将风抽送至风道13内与升温或降温后的水体进行热交换，从而实现对室内进行供暖或制冷。在风机5附近或底座进风位置安装有温度传感器，其与集成式控制面板11相连接，用于检测室内的温度，当室内温度低于或高于设定温度时，风机5启动并开始送风以强化放热（冬季供暖时）或放冷（夏季供冷时）。利用风机5强化放热放冷功能，可方便实现用户的“行为节能”功能，即：在冬季，用户离开房间时，关闭风机5，则水箱4的放热量大幅度降低，而人员回到房间时，风机开启，可快速升温，快速满足温度舒适性要求；在夏季，与冬季相似，人员离开房间时，关闭风机5，降低放冷量，人员回到房间时，开启风机5，快速降温。
由于电加热管41、水位传感器47、维护阀48、风机5和温度传感器等电器元件均通过风道13进行布线，因此，在装配、检修和维护上增加了便利性。
参照图1，接水盘6设置在水箱4与风机5之间，其呈碗状，接水盘6的边沿斜向上延伸，并且将水箱4底部完全兜住，用于对制冷时水箱4外壁上的凝结水进行收集，避免其直接滴落在地面上。接水盘6内一体连接有竖直的螺杆61，接水盘6通过螺杆61螺纹连接在水箱4的底部，根据需要，工作人员可对其进行拆装，风机5安装在接水盘6远离螺杆61的一侧，其可随接水盘6一同被拆下，以便清洗或维修。接水盘6上连接有排水管62，其穿过壳体1至外部，用于将接水盘6内的液化水排出。
冬季，在电价低谷时段，工作人员通过集成式控制面板11设定好水体加热温度和室内温度区间，启动热泵室外装置7或启动电加热管41，使其对水体进行加热，当水体加热至设定温度时，热泵室外装置7或电加热管41停止工作；在蓄热的同时，水体将热量传递至水箱4壁板上，并依次由风道13、顶帽、出风口向室内主动放热，但当室内温度低于设定温度时，温度传感器向集成式控制面板11发送信号，使集成式控制面板11控制风机5工作，将室内空气从底座2处吸入并送至风道13内，室内空气进入风道13的过程中，由于接水盘6边沿与壳体1外壁之间的间隙小于风道13，类似于喉管结构，因此，当冷风通过该处结构并进入风道13内时，能够增加气流在风道13内的扰动，增强传热效果，进入风道13后，冷风通过与水箱4外壁进行热交换变成热风，然后由风帽3上的出风口送入室内进行供热；当室内温度达到设定的温度区间的最高值时，风机5降低转速或停止工作，水箱4再次进入自然放热的模式。
由于风道13内始终填充有空气，因此风道13还能作为保温层对水箱4进行保温，即：当风机5停止运行时，该风道13可降低水箱4壁板放热的放热量；这种设计有利于节能运行：即在人员离开房间并且关闭风机5时，可以使水箱4的放热量减少。这种通风放热的结构设计方法巧妙地利用空气的保温性能，并降低了保温的成本。
参照图3和图4，为进一步提高保温效果，降低水箱4壁板的放热量，在风帽3的出风口处设置在风力作用下自动打开或关闭的自重式阀门8。自重式阀门8包括一对相互平行且竖直设置的立板81、等距固接在两立板81之间的多根固定轴82、以及转动连接在每根固定轴82上且与固定轴82等长度设置的风板83，风板83由上至下依次搭接，风板83呈弧形，其朝风帽3的外侧凸设，通常情况下，自重式阀门8呈自然下垂状态并将出风口关闭。
供暖时，风板83受风力的作用朝外打开，暖风从相邻风板83之间的空隙进入房间实现供暖，风板83呈弧形的设置，有利于在风力较小的情况下打开；风机5停止运行时，风板83受自身重力的作用自动下垂将出风口关闭。
参照图1，夏季，在电价低谷时段，用户或工作人员通过集成式控制面板11开启制冷模式，使制冷工质通过制冷剂-水换热器42对水体进行降温，直至水箱4中的水体降温甚至凝结成冰。通过这种方式，使水箱4中的水体可以储存较多的冷量，从而大幅度降低制冷系统在白天电力高峰时间段的运行时间，平衡电网的负荷，并节约可观的制冷运行电费。对室内进行降温时，用户或工作人员通过集成式控制面板11启动风机5，使其将室内空气从底座2处吸入并送至风道13内，进入风道13的空气通过与水箱4外壁进行热交换降温，然后由风帽3上的出风口送入室内进行供冷。
上述实施方式为本发明的一个较佳实施案例，并非依此限制本发明的保护范围，实际上，可以对上述实施案例进行适当变化，也可以实现“冷热双蓄”供热供冷等前述各种功能，例如：如果采用可以耐高温的风机和电机，则风机可以安装在顶部，结构可望进一步简化；顶部风帽也可以与风道合并，形成看似没有风帽的结构，这也有利于简化结构、降低成本；如果采用“单制热型”空调室外装置，则可形成仅用于寒冷地区的蓄热型采暖设备；如果采用“单制冷型”空调室外装置，则可形成仅用于夏季供冷的蓄冷型空调设备；另外，电加热管也可以改用其它类型适合于该发明的产品的结构特征的电加热装置。
故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：由热泵型空调室外装置和热泵型空调室内装置两大部份组成，热泵型空调室内装置包括内部中空且两端为敞口的壳体(1)、固接在所述壳体(1)底部且与外界连通的底座(2)、安装在所述壳体(1)内的水箱(4)、设置在所述水箱(4)内以对水体进行加热的电加热管(41)、以及安装在所述水箱(4)下方的风机(5)，所述壳体(1)与所述水箱(4)之间形成供气流通过的风道(13)，所述壳体(1)远离所述底座(2)的一端设有风帽(3)，所述风帽(3)的四周开设有出风口。
2.根据权利要求1所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述风帽(3)的出风口处设有在风力作用下自动打开或在重力作用下自动关闭的自重式阀门(8)。
3.根据权利要求2所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述自重式阀门(8)包括一对相互平行且竖直设置的立板(81)、等距固接在两所述立板(81)之间的多根固定轴(82)、以及转动连接在每根所述固定轴(82)上且与所述固定轴(82)等长度设置的风板(83)，所述风板(83)由上至下依次搭接，两所述立板(81)竖直安装在所述出风口沿其长度方向的两端，所述风板(83)位于所述风帽(3)外侧。
4.根据权利要求3所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述风板(83)呈弧形，其朝所述风帽(3)的外侧凸设。
5.根据权利要求1所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述水箱(4)内设有制冷剂-水换热器(42)，所述制冷剂-水换热器(42)的进口和出口分别穿过所述壳体(1)至外部并且与热泵空调室外装置(7)连通。
6.根据权利要求1所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述水箱(4)的下方设有接水盘(6)，所述接水盘(6)内一体连接有可螺纹连接在所述水箱(4)底部的螺杆(61)，所述风机(5)固定在所述接水盘(6)远离所述螺杆(61)的一侧。
7.根据权利要求6所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述接水盘(6)上连接穿过所述壳体(1)至外部的排水管(62)。
8.根据权利要求1所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述水箱(4)的上表面设有注水口，所述注水口处设有盖板(45)，所述盖板(45)上开设有气压平衡孔(46)；所述水箱(4)一侧靠下的位置设有穿过所述壳体(1)至外部的水管(43)，所述水管(43)上安装有水阀(44)。
9.根据权利要求1所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述壳体(1)的外壁上设有集成式控制面板(11)，所述水箱(4)内安装有高水位和低水位两个水位传感器(47)，所述水位传感器(47)、所述风机(5)和所述电加热管(41)均由所述风道(13)布线并与所述集成式控制面板(11)连接。
10.根据权利要求1所述的一种空气源热泵冷热双蓄型空调装置，其特征在于：所述水箱(4)与所述壳体(1)之间设有多根连接两者的支撑杆(12)。
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