CN110500777A - 一种相变蓄热式供热系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种相变蓄热式供热系统及其控制方法,相变蓄热式供热系统包括:制冷剂循环回路和水循环回路,制冷剂循环回路上设置有压缩机、第一热交换器、节流装置和第二热交换器,水循环回路上设置有蓄热器和第二热交换器,制冷剂循环回路和水循环回路在第二热交换器处进行换热;且蓄热器所在的部分管路的第一端还通过第一水管路连通至冷水进口,蓄热器所在的部分管路的第二端还通过第二水管路连通至热水出口。通过本发明能够有效地将相变蓄热热水器的制冷剂系统和水系统相互隔开,能够有效地提高蓄热器的充放热效率,提高系统能效,且还可以有效防止制冷剂泄露污染水系统,能够同时保证蓄热和用户供热。
Description
技术领域
本发明属于热水器技术领域,具体涉及一种相变蓄热式供热系统及其控制方法。
背景技术
对比传统的电热水器,空气源热泵热水器具有能效高、供热量大、使用安全无漏电隐患等优点。但是热泵热水器的水箱通常体积很大,耗电量大,制造成本高、制热效果受环境温度影响较大。
将相变蓄能技术应用到空气源热泵热水器上,以相变点在家用热水应用温区内的蓄能材料作为蓄热介质,存储和释放热量,利用相变材料在相变时吸收大量相变潜热而温度不变的特点,相变蓄热器可以较小的体积存储大量的热量,提升了储热密度,减小占地面积,节约空间。
目前相变蓄热热水器常采用制冷剂直接给蓄热材料充热、蓄热材料向自来水放热的方式,如专利号为CN105588327A的专利,由于制冷剂和水不能共用换热器管路,因此蓄热器中换热器管路一部分走制冷剂、一部分走水,导致充放热效率的降低,影响了系统能效的发挥。
还有部分相变蓄热热水器的充放热工作模式单一,当热泵系统制热时热量只能供给蓄热器而不能供热给用户,不能随时满足用户的用热需求。
由于现有技术中的相变蓄热供热系统存在由于蓄热器中换热器管路一部分走制冷剂、一部分走水,导致充放热效率的降低,影响了系统能效的发挥,并且热泵系统制热时热量不能同时对蓄热器和用户进行供热,无法满足多方面需求等技术问题,因此本发明研究设计出一种相变蓄热式供热系统及其控制方法。
发明内容
因此,本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的相变蓄热供热系统存在无法同时保证充放热效率以及同时保证蓄热和用户供热的缺陷,从而提供一种相变蓄热式供热系统及其控制方法。
本发明提供一种相变蓄热式供热系统,其包括:
制冷剂循环回路和水循环回路,所述制冷剂循环回路上设置有压缩机、第一热交换器、节流装置和第二热交换器,所述水循环回路上设置有蓄热器和第二热交换器,所述制冷剂循环回路和所述水循环回路在所述第二热交换器处进行换热;且所述蓄热器所在的部分管路的第一端还通过第一水管路连通至冷水进口,所述蓄热器所在的部分管路的第二端还通过第二水管路连通至热水出口。
优选地,
还包括第三水管路,所述第三水管路的一端通过三通阀连通至所述第二水管路上,所述第三水管路的另一端连通至所述第一水管路上,所述三通阀能将相接的三个端中的至少两个接通。
优选地,
所述蓄热器所在的所述部分管路上还设置有第二截止阀,和/或所述水循环回路上与所述部分管路相接的管段上还设置有第三截止阀,和/或所述水循环回路上还设置有循环水泵。
优选地,
在所述循环水泵上并联地还设置有第一支路,且在所述第一支路上设置有第一截止阀。
优选地,
还包括第二支路,所述第二支路的一端连接至所述蓄热器和所述第二截止阀之间、另一端连接至所述第二热交换器的一端与所述第三截止阀之间的位置,且在所述第二支路上还设置有第一截止阀’。
优选地,
还包括第三支路,所述第三支路的一端连接至所述部分管路的第二端与所述第三截止阀之间的位置,另一端连接至所述第二热交换器的第三端与所述部分管路的所述第一端之间的位置,且在所述第三支路上还设置有第一截止阀”。
优选地,
还包括第四支路,所述第四支路的一端连接至所述第二热交换器的第四端与所述第三截止阀之间的位置,另一端连接至所述第二水管路上,且所述第四支路上还设置有第四截止阀,且所述第四支路的另一端与所述部分管路的所述第二端之间还设置有第五截止阀。
优选地,
在所述蓄热器所在的所述部分管路的所述第一端与所述第二热交换器的所述第三端之间还设置有第六截止阀。
优选地,
所述蓄热器内部的换热管路为“Z”字型流路,和/或,所述蓄热器布置为上下进出的方式,且所述蓄热器蓄热时水流上进下出、放热时水流下进上出。
本发明还提供一种相变蓄热式供热系统的控制方法,其使用前任一项所述的相变蓄热式供热系统,对蓄热器蓄热运行、蓄热器独立供热、热泵独立制取热水和热泵制热与蓄热器联合供热模式进行控制以及切换控制。
优选地,
当同时包括第一截止阀、第二截止阀、第三截止阀和三通阀时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀和所述第三截止阀均打开,控制所述第一截止阀和所述三通阀均关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀和所述三通阀开启、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第一截止阀和所述第三截止阀关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀、所述第二截止阀、所述第三截止阀和所述三通阀均打开、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第一截止阀、所述第三截止阀和所述三通阀打开、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第二截止阀关闭。
优选地,
当同时包括第一截止阀’、第二截止阀、第三截止阀和三通阀时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀和所述第三截止阀打开,控制所述第一截止阀’和所述三通阀关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀和所述三通阀开启、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第一截止阀’和所述第三截止阀关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀’和所述三通阀均打开、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第二截止阀和所述第三截止阀均关闭;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第三截止阀和所述三通阀均打开、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第一截止阀’和所述第二截止阀均关闭。
优选地,
当同时包括第一截止阀”、第二截止阀、第三截止阀、第四截止阀、第五截止阀、第六截止阀和三通阀时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀、所述第三截止阀和所述第六截止阀打开,控制所述第一截止阀”、所述第四截止阀、所述第五截止阀和所述三通阀均关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀、所述第五截止阀和所述三通阀均开启、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第一截止阀”、所述第三截止阀、所述第四截止阀和所述第六截止阀均关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀”、所述第二截止阀、所述第四截止阀和所述三通阀均打开、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第三截止阀、所述第五截止阀、所述第六截止阀均关闭;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第四截止阀、所述第六截止阀和所述三通阀均打开、且控制所述第二水管路与所述热水出口连通,控制所述第一截止阀”、所述第二截止阀、所述第三截止阀、所述第五截止阀均关闭。
优选地,
当还包括第三水管路时、且需要对所述热水出口的水温进行调节时,控制所述三通阀打开、且控制所述第三水管路和所述第二水管路均与所述热水出口连通。
本发明提供的一种相变蓄热式供热系统及其控制方法具有如下有益效果:
1.本发明通过制冷剂循环回路和水循环回路以及二者通过第二热交换器相换热的设置形式、且蓄热器设置在水循环回路中,能够有效地将相变蓄热热水器的制冷剂系统和水系统相互隔开,能够有效地提高蓄热器的充放热效率,提高系统能效,且还可以有效防止制冷剂泄露污染水系统;且蓄热器只有一个进管和一个出管,充热过程和放热过程共用一套管路系统,可以充分利用换热器的换热面积,能够进一步提高充放热过程的换热效率,提高系统能效;并且还将蓄热器所在部分管路的第一端连通至冷水进口、第二端连通至热水出口,能够通过蓄热器对用户供水进行加热、同时还能通过热泵直接对用户供水进行加热,在蓄热器中存储热量不够而又有热量需求时,可以选择空气源热泵直接对冷水加热供用户使用,也可联合蓄热器取热和热泵直接加热冷水这两种方式共同供热,能够同时保证蓄热和用户供热。
2.本发明蓄热器内仅有水系统的管路经过,蓄热材料充热和放热都是与水交换热量,充分利用管路的换热面积,且如果管路老化水泄漏在蓄热器中,不会产生安全问题;热水器系统分为热泵系统和水系统两部分,由中间换热器连接,系统中任一流体泄漏不会互相影响,易于维护。
3.本发明利用空气源热泵产热并储存在蓄热器内的蓄热材料中,蓄热材料通过蓄热器内的蓄热器与流路中的水换热,可随时存取热量,蓄热器蓄热密度大,体积小、节约空间;可以联合热泵对冷水直接加热和冷水流经蓄热器取热的方式供用户使用;可以实现空气源热泵直接供热;蓄热器中,充热阶段水上进下出,放热阶段下进上出,存取热充分,热流稳定。
附图说明
图1是本发明实施例一的相变蓄热式供热系统的管路示意图;
图2是本发明实施例二的相变蓄热式供热系统的管路示意图;
图3为本发明实施例三的相变蓄热式供热系统的管路示意图。
图中附图标记表示为:
1、压缩机;2、第一热交换器;3、节流装置;4、第二热交换器;5、循环水泵;6、第一截止阀;6’、第一截止阀’;6”、第一截止阀”;7、第二截止阀;8、蓄热器;9、三通阀(或称混水阀);10、第三截止阀;12、第四截止阀;13、第五截止阀;14、第六截止阀。
100、制冷剂循环回路;200、水循环回路;201、部分管路;301、第一水管路;302、第二水管路;303、冷水进口;304、热水出口;300、第三水管路;401、第一支路;402、第二支路;403、第三支路;404、第四支路。
具体实施方式
如图1-3,本发明提供一种相变蓄热式供热系统,其包括:
制冷剂循环回路100和水循环回路200,所述制冷剂循环回路100上设置有压缩机1、第一热交换器2、节流装置3和第二热交换器4,所述水循环回路200上设置有蓄热器8和第二热交换器4,所述制冷剂循环回路100和所述水循环回路200在所述第二热交换器4处进行换热;且所述蓄热器8所在的部分管路201的第一端还通过第一水管路301连通至冷水进口303,所述蓄热器8所在的部分管路201的第二端还通过第二水管路302连通至热水出口304。
本发明通过制冷剂循环回路和水循环回路以及二者通过第二热交换器相换热的设置形式、且蓄热器设置在水循环回路中,能够有效地将相变蓄热热水器的制冷剂系统和水系统相互隔开,能够有效地提高蓄热器的充放热效率,提高系统能效,且还可以有效防止制冷剂泄露污染水系统;且蓄热器只有一个进管和一个出管,充热过程和放热过程共用一套管路系统,可以充分利用换热器的换热面积,能够进一步提高充放热过程的换热效率,提高系统能效;并且还将蓄热器所在部分管路的第一端连通至冷水进口、第二端连通至热水出口,能够通过蓄热器对用户供水进行加热、同时还能通过热泵直接对用户供水进行加热,在蓄热器中存储热量不够而又有热量需求时,可以选择空气源热泵直接对冷水加热供用户使用,也可联合蓄热器取热和热泵直接加热冷水这两种方式共同供热,能够同时保证蓄热和用户供热。
本发明蓄热器内仅有水系统的管路经过,蓄热材料充热和放热都是与水交换热量,充分利用管路的换热面积,且如果管路老化水泄漏在蓄热器中,不会产生安全问题;热水器系统分为热泵系统和水系统两部分,由中间换热器连接,系统中任一流体泄漏不会互相影响,易于维护。
优选地,
还包括第三水管路300,所述第三水管路300的一端通过三通阀9连通至所述第二水管路302上,所述第三水管路300的另一端连通至所述第一水管路301上,所述三通阀9能将相接的三个端中的至少两个接通(如图1-3所示该阀可以左右两端连通,也可以左右下三端进行连通)。通过第三水管路的设置形式能够有效地对热水出口补入温度较低的冷水,使其与经过蓄热器和/或热泵第二热交换器被加热后的热水之间进行混合,从而有效调节热水出口的水温。
优选地,
所述蓄热器8所在的所述部分管路201上还设置有第二截止阀7,和/或所述水循环回路200上与所述部分管路201相接的管段上还设置有第三截止阀10,和/或所述水循环回路200上还设置有循环水泵5。通过第二截止阀7的设置能够对蓄热器所在的部分管路进行有效控制,能够在蓄热和通过蓄热器放热时打开该阀、在热泵独立制热水时关闭该阀,通过第三截止阀能够对热泵的第二热交换器的接通与否进行控制,即能够在蓄热、热泵独立制热水以及热泵和蓄热同时制热水时均打开该阀,在蓄热器独立制热水时关闭该阀;通过循环水泵能够有效驱动水循环回路中的水流动,尤其是在蓄热过程进行时。
实施例1优选地,
如图1所示,在所述循环水泵5上并联地还设置有第一支路401,且在所述第一支路上设置有第一截止阀6。这是本发明的实施例1的优选结构形式,能够有效的实现热泵第二热交换器4和蓄热器并联连接的形式,在热泵制热与蓄热器联合供热模式时实现第二热交换器和蓄热器的并联,同时给用户用水进行供热的作用。图1为本发明提供的相变蓄热热水器实施例一。系统包括热泵制热回路和水系统蓄放热回路。热泵制热回路由压缩机1、第一热交换器2、节流装置3、第二热交换器4及附属管路系统组成;水系统蓄热回路由蓄热器8、第二热交换器4、循环水泵5、第一截止阀6、第二截止阀7、三通阀9、第三截止阀10及附属管路系统组成。
本发明中作为换热器的蓄热器可以采用翅片管换热器、螺旋盘管换热器、蛇形管换热器及其他形式换热器,管内走水,管外侧封装着相变温度范围为40-60℃的相变材料或者复合相变材料。
本发明中蓄热器的换热器管路采用“Z”字型流路,可以有效减小充放热过程中复热的影响,提高传热效率;蓄热过程蓄热器中水流向采用上进下出的方式,放热过程蓄热器中水流向采用下进下上的方式,有利于减小换热温差,充分存取蓄热材料的潜热,提高传热效率。
实施例2优选地,
如图2所示,还包括第二支路402,所述第二支路402的一端连接至所述蓄热器8和所述第二截止阀7之间、另一端连接至所述第二热交换器4的一端与所述第三截止阀10之间的位置,且在所述第二支路402上还设置有第一截止阀’6’。这是本发明的实施例2的优选结构形式,能够有效的实现热泵第二热交换器4和蓄热器串联连接的形式,在热泵制热与蓄热器联合供热模式时实现第二热交换器和蓄热器的串联,且第二热交换器位于低温端、蓄热器位于高温端,同时给用户用水进行供热的作用。
图2分别为本发明提供的相变蓄热热水器实施例2。系统包括热泵制热回路和水系统蓄放热回路。热泵制热回路由压缩机1、第一热交换器2、节流装置3、第二热交换器4及附属管路系统组成;水系统蓄热回路由蓄热器8、第二热交换器4、循环水泵5、第一截止阀’6’、第二截止阀7、三通阀9、第三截止阀10、第四截止阀12、第五截止阀13、第六截止阀14及附属管路系统组成。
实施例2和实施例1工作过程基本相同,区别在于实施例1的热泵制热与蓄热器联合供热模式中,热泵供热支路和蓄热器供热支路是并联的,而实施例2的热泵供热和蓄热器供热是串联在一个支路上的。
串联联合供热依据蓄热材料的相变温度高低选取,相变温度较高时蓄热器8作为高温级,此时热泵换热器加热低温级的水,加热速度快、加热能量足,能够在较短时间达到用户所需的热水温度;反之作为低温级,热泵由于加热高温级的水、其消耗的电量小,热泵加热的能效高。按蓄热器释热功率和热泵加热功率比(大于1)评估综合能效较优的方案。串联联合供热水被梯级加热,有利于提升系统综合能效。当蓄热器8作为高温级时,系统可调整为图2所示的相变蓄热热水器实施例2。
实施例3优选地,
如图3所示,还包括第三支路403,所述第三支路403的一端连接至所述部分管路201的第二端与所述第三截止阀10之间的位置,另一端连接至所述第二热交换器4的第三端与所述部分管路201的所述第一端之间的位置,且在所述第三支路403上还设置有第一截止阀”6”。这是本发明的实施例3的优选结构形式,能够有效的实现热泵第二热交换器4和蓄热器串联连接的形式,在热泵制热与蓄热器联合供热模式时实现第二热交换器和蓄热器的串联,且第二热交换器位于高温端、蓄热器位于低温端,同时给用户用水进行供热的作用,此时充热能效高。
图3为本发明提供的相变蓄热热水器实施例3。系统包括热泵制热回路和水系统蓄放热回路。热泵制热回路由压缩机1、第一热交换器2、节流装置3、第二热交换器4及附属管路系统组成;水系统蓄热回路由蓄热器8、第二热交换器4、循环水泵5、第一截止阀”6”、第二截止阀7、三通阀9、第三截止阀10、第四截止阀12、第五截止阀13、第六截止阀14及附属管路系统组成。
实施例3和实施例1工作过程基本相同,区别在于实施例1的热泵制热与蓄热器联合供热模式中,热泵供热支路和蓄热器供热支路是并联的,而实施例3的热泵供热和蓄热器供热是串联在一个支路上的。
串联联合供热依据蓄热材料的相变温度高低选取,相变温度较高时蓄热器8作为高温级,此时热泵换热器加热低温级的水,加热速度快、加热能量足,能够在较短时间达到用户所需的热水温度;反之作为低温级,热泵由于加热高温级的水、其消耗的电量小,热泵加热的能效高。按蓄热器释热功率和热泵加热功率比(大于1)评估综合能效较优的方案。串联联合供热水被梯级加热,有利于提升系统综合能效。当蓄热器8作为低温级时,系统可调整为图3所示的相变蓄热热水器实施例3。
优选地,
还包括第四支路404,所述第四支路404的一端连接至所述第二热交换器4的第四端与所述第三截止阀10之间的位置,另一端连接至所述第二水管路302上,且所述第四支路404上还设置有第四截止阀12,且所述第四支路404的另一端与所述部分管路201的所述第二端之间还设置有第五截止阀13。
优选地,
在所述蓄热器8所在的所述部分管路201的所述第一端与所述第二热交换器4的所述第三端之间还设置有第六截止阀14。
优选地,
所述蓄热器8内部的换热管路为“Z”字型流路,和/或,所述蓄热器8布置为上下进出的方式,且所述蓄热器8蓄热时水流上进下出、放热时水流下进上出。本发明中蓄热器的换热器管路采用“Z”字型流路,可以有效减小充放热过程中复热的影响,提高传热效率;蓄热过程蓄热器中水流向采用上进下出的方式,放热过程蓄热器中水流向采用下进下上的方式,有利于减小换热温差,充分存取蓄热材料的潜热,提高传热效率。
本发明还提供一种相变蓄热式供热系统的控制方法,其使用前任一项所述的相变蓄热式供热系统,对蓄热器蓄热运行、蓄热器独立供热、热泵独立制取热水和热泵制热与蓄热器联合供热模式进行控制以及切换控制。
本发明通过制冷剂循环回路和水循环回路以及二者通过第二热交换器相换热的设置形式、且蓄热器设置在水循环回路中,能够有效地将相变蓄热热水器的制冷剂系统和水系统相互隔开,能够有效地提高蓄热器的充放热效率,提高系统能效,且还可以有效防止制冷剂泄露污染水系统;且蓄热器只有一个进管和一个出管,充热过程和放热过程共用一套管路系统,可以充分利用换热器的换热面积,能够进一步提高充放热过程的换热效率,提高系统能效;并且还将蓄热器所在部分管路的第一端连通至冷水进口、第二端连通至热水出口,能够通过蓄热器对用户供水进行加热、同时还能通过热泵直接对用户供水进行加热,在蓄热器中存储热量不够而又有热量需求时,可以选择空气源热泵直接对冷水加热供用户使用,也可联合蓄热器取热和热泵直接加热冷水这两种方式共同供热,能够同时保证蓄热和用户供热。
本发明蓄热器内仅有水系统的管路经过,蓄热材料充热和放热都是与水交换热量,充分利用管路的换热面积,且如果管路老化水泄漏在蓄热器中,不会产生安全问题;热水器系统分为热泵系统和水系统两部分,由中间换热器连接,系统中任一流体泄漏不会互相影响,易于维护。
实施例1优选地如图1所示,
当同时包括第一截止阀6、第二截止阀7、第三截止阀10和三通阀9时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀7和所述第三截止阀10均打开,控制所述第一截止阀6和所述三通阀9均关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀7和所述三通阀9均开启、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第一截止阀6和所述第三截止阀10关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀6、所述第二截止阀7、所述第三截止阀10和所述三通阀9均打开、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第一截止阀6、所述第三截止阀10和所述三通阀9打开、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第二截止阀7关闭。
这是本发明实施例1的多种模式的分别控制形式,能够实现四种模式以及相互间的切换,能够为用户供热水提供更加优越的条件,避免供热不足的情况发生。为了进一步说明本发明,下面结合附图作详细说明。
根据对热量的需求和使用环境的不同,有四种不同的运行模式供选择。
1)蓄热器蓄热模式
此模式适用于用户对热量无需求的情况,此时热泵系统制热并将热量储存于蓄热器中。
此模式下热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量,第二截止阀7和第三截止阀10打开,第一截止阀6和三通阀9关闭。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第二热交换器4,并在其中加热来自蓄热器8中的冷水,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,在第二热交换器4中被加热的水在循环水泵5的驱动下经过第三截止阀10进入蓄热器8中,通过蓄热器8加热封装的蓄热材料,与蓄热材料换热后的水重新进入第二热交换器4中被加热,完成水系统蓄热回路。经过多次循环充热后,蓄热器8中的蓄热材料完成相变过程,温度上升至设定值,完成整个蓄热过程。
2)蓄热器独立供热模式
此模式适用于蓄热器内热量足够用户使用或热泵系统无法制热的情况下,此时热泵系统关闭,用户使用的全部热量由蓄热器提供。
此模式下热泵系统不运行,冷水流经蓄热器8与蓄热材料换热,升温后用于供热需求。此时,第二截止阀7和三通阀9开启,第一截止阀6和第三截止阀10关闭。从冷水进口端流入的部分冷水经过第二截止阀7进入蓄热器8中,并在其中吸收封装在蓄热器8外侧的蓄热材料中的热量后升温,并与直接流入三通阀9的冷水按比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
3)热泵制热与蓄热器联合供热模式
此模式适用于蓄热器内热量不能满足用户需求的情况下,此时用户使用的热量由热泵系统制热和蓄热器中储存的热量共同提供。
热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第二热交换器4,与流经第二热交换器4的冷水换热,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第一截止阀6、第二截止阀7、第三截止阀10和三通阀9均打开,三条水流路并联,第一条支路的冷进水流经第一截止阀6后进入第二热交换器4,与制冷剂换热升温后,再流经第三截止阀10,流向三通阀9;第二条支路的冷进水流经过第二截止阀7进入蓄热器8,通过蓄热器8与蓄热材料交换热量,升温后流出蓄热器8流向三通阀9;第三条支路的冷进水直接流向三通阀9,与前两条支路的水按一定比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
4)热泵独立供热模式
此模式适用于用户使用时蓄热器内无热量储存或用户对热量的需求量较少且需求时间较短的情况,此时用户使用的热量全部由热泵系统提供。
此模式下热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第二热交换器4,与流经第二热交换器4的冷水换热,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第一截止阀6、第三截止阀10和三通阀9打开,第二截止阀7关闭。部分冷进水流过第一截止阀6后,流入第二热交换器4换热升温,再流过第三截止阀10后与直接流入三通阀9的另一部分冷进水按一定比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
实施例2优选地如图2所示,
当同时包括第一截止阀’6’、第二截止阀7、第三截止阀10和三通阀9时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀7和所述第三截止阀10打开,控制所述第一截止阀’6’和所述三通阀9关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀7和所述三通阀9开启、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第一截止阀’6’和所述第三截止阀10关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀’6’和所述三通阀9均打开、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第二截止阀7和所述第三截止阀10均关闭;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第三截止阀10和所述三通阀9均打开、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第一截止阀’6’和所述第二截止阀7均关闭。
这是本发明实施例2的多种模式的分别控制形式,能够实现四种模式以及相互间的切换,能够为用户供热水提供更加优越的条件,避免供热不足的情况发生,且蓄热器位于高温级能够适用于相变温度较高的蓄热材料,且此时热泵换热器加热低温级的水,加热速度快、加热能量足,能够在较短时间达到用户所需的热水温度。为了进一步说明本发明,下面结合附图作详细说明。
当蓄热器8作为高温级时,系统可调整为图2所示的相变蓄热热水器实施例二,以下结合附图作详细说明。
根据对热量的需求和使用环境的不同,有四种不同的运行模式供选择。
1)蓄热器蓄热模式
此模式适用于用户对热量无需求的时段,热泵系统制热并将热量储存于蓄热器中。
此模式下热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第二热交换器4,并在其中加热来自蓄热器中的冷水,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第二截止阀7和第三截止阀10打开,第一截止阀’6’和三通阀9关闭。在第二热交换器4中被加热的水在循环水泵5的驱动下经过第三截止阀10进入蓄热器8中,加热封装在蓄热器8内的蓄热材料,与蓄热材料换热后的水重新进入第二热交换器4中被加热,完成水系统蓄热回路。经过多次循环充热后,蓄热器8中的蓄热材料完成相变过程,温度上升至设定值,完成整个蓄热过程。
2)蓄热器独立供热模式
此模式适用于蓄热器内热量足够用户使用或热泵系统无法制热的情况下,此时热泵系统关闭,用户使用的全部热量由蓄热器提供。
此模式下热泵系统不运行,冷水流经蓄热器8与蓄热材料换热,升温后用于供热需求。此时,第二截止阀7和三通阀9开启,第一截止阀’6’和第三截止阀10关闭。从冷水进口端流入的冷水进入蓄热器8中,并在其中吸收封装在蓄热器8外侧的蓄热材料中的热量后,升温并与直接流入三通阀9的冷水按比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
3)热泵制热与蓄热器联合供热模式
此模式适用于蓄热器内热量不能满足用户需求的情况下,此时用户使用的热量由热泵系统制热和蓄热器中储存的热量共同提供。
此模式下热量由热泵系统制热和蓄热器中的储存的热量共同提供。热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第二热交换器4,与流经第二热交换器4的冷水换热,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第一截止阀’6’和三通阀9打开,第二截止阀7和第三截止阀10关闭。部分冷进水流入第二热交换器4升温后,经过第一截止阀6流入高温级蓄热器8中,通过蓄热器8与蓄热器8中的蓄热材料换热再次升温并流向三通阀9,与另一部分直接流入三通阀9的冷进水按一定比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
4)热泵独立供热模式
此模式适用于用户使用时蓄热器内无热量储存或用户对热量的需求量较小且需求时间较短的情况,此时用户使用的热量全部由热泵系统提供。
此模式下热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第一热交换器2,与流经第二热交换器4的冷水换热,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第三截止阀10和三通阀9打开,第一截止阀’6’和第二截止阀7关闭。部分冷进水流入第二热交换器4与制冷剂换热升温后,流经第三截止阀10流向三通阀9,与直接流入三通阀9的另一部分冷进水按一定比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
实施例3优选地如图3所示,
当同时包括第一截止阀”6”、第二截止阀7、第三截止阀10、第四截止阀12、第五截止阀13、第六截止阀14和三通阀9时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀7、所述第三截止阀10和所述第六截止阀14打开,控制所述第一截止阀”6”、所述第四截止阀12、所述第五截止阀13和所述三通阀9均关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀7、所述第五截止阀13和所述三通阀9均开启、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第一截止阀”6”、所述第三截止阀10、所述第四截止阀12和所述第六截止阀14均关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀”6”、所述第二截止阀7、所述第四截止阀12和所述三通阀9均打开、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第三截止阀10、所述第五截止阀13、所述第六截止阀14均关闭;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第四截止阀12、所述第六截止阀14和所述三通阀9均打开、且控制所述第二水管路302与所述热水出口304连通,控制所述第一截止阀”6”、所述第二截止阀7、所述第三截止阀10、所述第五截止阀13均关闭。
这是本发明实施例3的多种模式的分别控制形式,能够实现四种模式以及相互间的切换,能够为用户供热水提供更加优越的条件,避免供热不足的情况发生,且蓄热器位于低温级能够适用于即时温度较低的蓄热材料,且此时热泵由于加热高温级的水、其消耗的电量小,热泵加热的能效高。为了进一步说明本发明,下面结合附图作详细说明。
当蓄热器8作为低温级时,系统可调整为图3所示的相变蓄热热水器实施例三,以下结合附图作详细说明。
根据对热量的需求和使用环境的不同,有四种不同的运行模式供选择。
1)蓄热器蓄热模式
此模式适用于用户对热量无需求的时段,热泵系统制热并将热量储存于蓄热器中。
此模式下热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第二热交换器4,并在其中加热来自蓄热器中的冷水,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第二截止阀7、第三截止阀10和第六截止阀14打开,第一截止阀”6”、第四截止阀12、第五截止阀13和三通阀9关闭。在第二热交换器4中被加热的水在循环水泵5的驱动下经过第三截止阀10进入蓄热器8中,加热封装在蓄热器8内的蓄热材料,与蓄热材料换热后的水流经第二截止阀7、第六截止阀14,重新进入第二热交换器4中被加热,完成水系统蓄热回路。经过多次循环充热后,蓄热器8中的蓄热材料完成相变过程,温度上升至设定值,完成整个蓄热过程。
2)蓄热器独立供热模式
此模式适用于蓄热器内热量足够用户使用或热泵系统无法制热的情况下,此时热泵系统关闭,用户使用的全部热量由蓄热器提供。
此模式下热泵系统不运行,冷水流经蓄热器与蓄热材料换热,升温后用于供热需求。此时,第二截止阀7、第五截止阀13和三通阀9开启,第一截止阀”6”、第三截止阀10、第四截止阀12和第六截止阀14均关闭。从冷水进口端流入的冷水进入蓄热器8中,并在其中吸收封装在蓄热器8外侧的蓄热材料中的热量后,升温并与直接流入三通阀9的冷水按比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
3)热泵制热与蓄热器联合供热模式
此模式适用于蓄热器内热量不能满足用户需求的情况下,此时用户使用的热量由热泵系统制热和蓄热器中储存的热量共同提供。
此模式下热量由热泵系统制热和蓄热器中的储存的热量共同提供。热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第二热交换器4,与流经第二热交换器4的冷水换热,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第一截止阀”6”、第二截止阀7、第四截止阀12和三通阀9打开,第三截止阀10、第五截止阀13、第六截止阀14均关闭,部分冷进水通过第二截止阀7流入低温级蓄热器8内,通过蓄热器8与蓄热材料换热升温,再经过第一截止阀”6”流入作为高温级的第二热交换器4再次升温,并流经第四截止阀12后流向三通阀9,与另一部分直接流入三通阀9的冷进水按一定比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
4)热泵独立供热模式
此模式适用于用户使用时蓄热器内无热量储存或用户对热量的需求量较小且需求时间较短的情况,此时用户使用的热量全部由热泵系统提供。
此模式下热泵系统运行,节流装置3打开并根据逻辑控制制冷剂流量。从压缩机1排出的制冷剂气体进入第一热交换器2,与流经第二热交换器4的冷水换热,制冷剂冷却冷凝后进入节流装置3,在其中经过节流降压后进入第一热交换器2吸收空气中的热量蒸发,从压缩机吸气口进入压缩机气缸,完成制冷剂回路循环;而对于水路系统,第四截止阀12、第六截止阀14和三通阀9打开,第一截止阀”6”、第二截止阀7、第三截止阀10、第五截止阀13均关闭。部分冷进水通过第六截止阀14流入第二热交换器4与制冷剂换热升温后,流经第四截止阀12再流向三通阀9,与直接流入三通阀9的另一部分冷进水按一定比例混合,达到需求温度后,供用户使用。
优选地,
当还包括第三水管路300时、且需要对所述热水出口304的水温进行调节时,控制所述三通阀9打开、且控制所述第三水管路300和所述第二水管路302均与所述热水出口304连通。通过本发明的三通阀的控制,能够使得第三水管路能够与热水出口,从而使得第三水管路与第二水管路中经过加热的热水进行换热,有效实现对水的水温进行调节的作用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种相变蓄热式供热系统,其特征在于:包括:
制冷剂循环回路(100)和水循环回路(200),所述制冷剂循环回路(100)上设置有压缩机(1)、第一热交换器(2)、节流装置(3)和第二热交换器(4),所述水循环回路(200)上设置有蓄热器(8)和第二热交换器(4),所述制冷剂循环回路(100)和所述水循环回路(200)在所述第二热交换器(4)处进行换热;且所述蓄热器(8)所在的部分管路(201)的第一端还通过第一水管路(301)连通至冷水进口(303),所述蓄热器(8)所在的部分管路(201)的第二端还通过第二水管路(302)连通至热水出口(304)。
2.根据权利要求1所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
还包括第三水管路(300),所述第三水管路(300)的一端通过三通阀(9)连通至所述第二水管路(302)上,所述第三水管路(300)的另一端连通至所述第一水管路(301)上,所述三通阀(9)能将相接的三个端中的至少两个接通。
3.根据权利要求1或2所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
所述蓄热器(8)所在的所述部分管路(201)上还设置有第二截止阀(7),和/或所述水循环回路(200)上与所述部分管路(201)相接的管段上还设置有第三截止阀(10),和/或所述水循环回路(200)上还设置有循环水泵(5)。
4.根据权利要求3所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
在所述循环水泵(5)上并联地还设置有第一支路(401),且在所述第一支路上设置有第一截止阀(6)。
5.根据权利要求3所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
还包括第二支路(402),所述第二支路(402)的一端连接至所述蓄热器(8)和所述第二截止阀(7)之间、另一端连接至所述第二热交换器(4)的一端与所述第三截止阀(10)之间的位置,且在所述第二支路(402)上还设置有第一截止阀’(6’)。
6.根据权利要求3所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
还包括第三支路(403),所述第三支路(403)的一端连接至所述部分管路(201)的第二端与所述第三截止阀(10)之间的位置,另一端连接至所述第二热交换器(4)的第三端与所述部分管路(201)的所述第一端之间的位置,且在所述第三支路(403)上还设置有第一截止阀”(6”)。
7.根据权利要求6所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
还包括第四支路(404),所述第四支路(404)的一端连接至所述第二热交换器(4)的第四端与所述第三截止阀(10)之间的位置,另一端连接至所述第二水管路(302)上,且所述第四支路(404)上还设置有第四截止阀(12),且所述第四支路(404)的另一端与所述部分管路(201)的所述第二端之间还设置有第五截止阀(13)。
8.根据权利要求7所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
在所述蓄热器(8)所在的所述部分管路(201)的所述第一端与所述第二热交换器(4)的所述第三端之间还设置有第六截止阀(14)。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的相变蓄热式供热系统,其特征在于:
所述蓄热器(8)内部的换热管路为“Z”字型流路,和/或,所述蓄热器(8)布置为上下进出的方式,且所述蓄热器(8)蓄热时水流上进下出、放热时水流下进上出。
10.一种相变蓄热式供热系统的控制方法,其特征在于:
使用权利要求1-9中任一项所述的相变蓄热式供热系统,对蓄热器蓄热运行、蓄热器独立供热、热泵独立制取热水和热泵制热与蓄热器联合供热模式进行控制以及切换控制。
11.根据权利要求10所述的控制方法,其特征在于:
当同时包括第一截止阀(6)、第二截止阀(7)、第三截止阀(10)和三通阀(9)时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀(7)和所述第三截止阀(10)均打开,控制所述第一截止阀(6)和所述三通阀(9)均关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀(7)和所述三通阀(9)均开启、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第一截止阀(6)和所述第三截止阀(10)关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀(6)、所述第二截止阀(7)、所述第三截止阀(10)和所述三通阀(9)均打开、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第一截止阀(6)、所述第三截止阀(10)和所述三通阀(9)打开、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第二截止阀(7)关闭。
12.根据权利要求10所述的控制方法,其特征在于:
当同时包括第一截止阀’(6’)、第二截止阀(7)、第三截止阀(10)和三通阀(9)时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀(7)和所述第三截止阀(10)打开,控制所述第一截止阀’(6’)和所述三通阀(9)关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀(7)和所述三通阀(9)开启、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第一截止阀’(6’)和所述第三截止阀(10)关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀’(6’)和所述三通阀(9)均打开、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第二截止阀(7)和所述第三截止阀(10)均关闭;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第三截止阀(10)和所述三通阀(9)均打开、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第一截止阀’(6’)和所述第二截止阀(7)均关闭。
13.根据权利要求10所述的控制方法,其特征在于:
当同时包括第一截止阀”(6”)、第二截止阀(7)、第三截止阀(10)、第四截止阀(12)、第五截止阀(13)、第六截止阀(14)和三通阀(9)时:
且当需要执行蓄热模式时,控制所述第二截止阀(7)、所述第三截止阀(10)和所述第六截止阀(14)打开,控制所述第一截止阀”(6”)、所述第四截止阀(12)、所述第五截止阀(13)和所述三通阀(9)均关闭;
当需要执行蓄热器独立供热模式时,控制所述第二截止阀(7)、所述第五截止阀(13)和所述三通阀(9)均开启、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第一截止阀”(6”)、所述第三截止阀(10)、所述第四截止阀(12)和所述第六截止阀(14)均关闭;
当需要执行热泵制热与蓄热器联合供热模式时,控制所述第一截止阀”
(6”)、所述第二截止阀(7)、所述第四截止阀(12)和所述三通阀(9)均打开、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第三截止阀(10)、所述第五截止阀(13)、所述第六截止阀(14)均关闭;
当需要执行热泵独立供热模式时,控制所述第四截止阀(12)、所述第六截止阀(14)和所述三通阀(9)均打开、且控制所述第二水管路(302)与所述热水出口(304)连通,控制所述第一截止阀”(6”)、所述第二截止阀(7)、所述第三截止阀(10)、所述第五截止阀(13)均关闭。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的控制方法,其特征在于:
当还包括第三水管路(300)时、且需要对所述热水出口(304)的水温进行调节时,控制所述三通阀(9)打开、且控制所述第三水管路(300)和所述第二水管路(302)均与所述热水出口(304)连通。
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