CN113531967A - 一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统及工作方法，该系统由室内换热器、一号三通阀、一号节流阀、室外换热器、二号三通阀、二号节流阀、传热管、电加热器、相变储热器和压缩机组成；本发明利用三通阀的开闭，将室内外换热器同时作为冷凝器，相变储热器吸收压缩机余热后作为蒸发器，构成新的除霜系统；当相变材料储热不足以除霜时，电加热器工作，保证相变储热器出口制冷剂为过热蒸汽，实现供热和除霜同时进行；本发明不仅充分利用了压缩机的壳体余热，而且解决了中南部地区低温环境下结霜问题；利用相变储热器充当蒸发器，避免四通阀换向，减少了室内温度波动，减少了管路布置，减少了热量损失，进而达到更好的制热和除霜效果。

Description

一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统及工作方法
技术领域
本发明涉及压缩机余热回收领域，特别涉及一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统及工作方法。
背景技术
压缩机作为重要的动力源，在钢铁、冶金、纺织、化工等工业领域中具有应用的广泛，然而，压缩机消耗的电能大约有15％转换为热能通过壳体对流和传导耗散到周围环境中，导致大量的能源浪费。为了实现“碳达峰”和“碳中和”的目标，降低工业能耗，促进压缩机的节能尤为重要。在空调系统中，压缩机工作会产生大量的壳体热，壳体的温度常常在60℃以上，制冷剂出口温度也高达90℃，利用储能系统回收这部分压缩机余热，能够有效提高压缩机的运行效率，实现压缩机的节能减排。相变储能具有储能密度大、价格低廉和稳定性好等优点，有望实现对压缩机余热的高效储存与利用。
在我国大多数地区，尤其是在中南部地区，空调在制热循环时，空调室外换热器表面容易结霜。这是因为中南部地区温度低、湿度大。室外换热器结霜增加了导热热阻，降低了蒸发器的传热系数，因此大大降低了房间制热量，影响室内舒适度。
目前应用广泛的除霜方式有逆循环除霜法和热气旁通除霜法。逆循环除霜法是通过四通阀换向使制冷剂反向流动，将压缩机从制热工况转换到制冷工况，因此除霜运行时，系统不能向室内供热，反而要从室内吸热，使室内温度降低，影响室内舒适度。热气旁通除霜法是将一部分压缩机排出的高温高压制冷剂直接引入室外换热器进行除霜，虽然不需要将四通阀换向，但是同样降低了室内供热量，而且除霜时间相对较长，也不能实现压缩机余热的回收利用。
针对以上现有除霜方式的不足，本发明提供了一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统，将供热过程和除霜过程结合，利用压缩机余热辅助电加热实现系统除霜需要的能量，具有除霜时间短、效率高等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统及工作方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题，具有压缩机效率高、除霜时间短的优点。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统，包括制热回路和压缩机余热除霜回路，其中，所述的制热回路包括依次连接形成室内供热制冷剂循环回路的压缩机10、室内换热器1、一号节流阀3以及室外换热器4；所述的压缩机余热除霜回路包括依次连接形成室内供热同时室外除霜制冷剂循环回路的压缩机10、室内换热器1、室外换热器4、二号节流阀6以及相变储热器9，电加热器8设置在相变储热器9内部，相变蓄热器9安装在压缩机10外部回收压缩机余热；所述的压缩机余热回收除霜系统还包括一号三通阀2和二号三通阀5，其中，一号三通阀2的a阀门与室内换热器1连接，一号三通阀2的b阀门与一号节流阀3连接，一号三通阀2的c阀门与室外换热器4连接；二号三通阀5的a阀门与室外换热器4连接，二号三通阀5的b阀门与压缩机10连接，二号三通阀5的c阀门与二号节流阀6连接。
所述的电加热器8为翅片式电加热器，所述的相变蓄热器9为空心的圆柱形，内侧为导热材料，外侧包裹保温材料；所述的相变蓄热器9包括传热管7和填充在传热管7外的相变材料，所述的传热管7为双螺旋盘管。
所述的压缩机余热除霜回路的制冷剂通过所述的传热管7吸收热量，所述传热管外填充相变材料储存和释放热量。
所述的一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统的工作方法，在制热模式时，开启一号三通阀2和二号三通阀5的a阀门和b阀门，同时关闭一号三通阀2和二号三通阀5的c阀门，使系统的运行与普通热泵的运行过程类似；此时，室外换热器4是蒸发器，室内换热器1是冷凝器；制冷剂依次流过压缩机10、室内换热器1、一号三通阀2、一号节流阀3、室外换热器4和二号三通阀5；经过压缩机10加压后的高温高压气态制冷剂进入室内换热器1冷凝放热后变为低温高压液态制冷剂，然后经过一号节流阀3节流变为低温低压的湿蒸汽制冷剂，最后经过室外换热器4蒸发吸热变为过热气态制冷剂；此时，相变储热器9回收压缩机1工作时释放的余热，使相变材料吸热融化；
在除霜模式时，开启一号三通阀2和二号三通阀5的a阀门和c阀门，同时关闭一号三通阀2和二号三通阀5的b阀门；此时，室内换热器1和室外换热器4同为冷凝器，相变储热器9作为蒸发器提供热量；制冷剂依次流过压缩机10、室内换热器1、一号三通阀2、室外换热器4、二号三通阀5、二号节流阀6和相变储热器9；经过压缩机10加压后的高温高压气态制冷剂进入室内换热器1供热后变为低温高压湿蒸汽制冷剂，然后经过室外换热器4除霜变为过冷液态制冷剂，继而过冷液态制冷剂通过二号节流阀6进入相变储热器9，吸收相变材料储存的热量，相变储热器9中的电加热器8辅助加热，保证相变储热器9出口制冷剂为过热蒸汽，实现了供热和除霜同时进行。
本发明的效果：本发明基于压缩机的壳体余热，利用相变储热器回收并储存了这部分热量。在除霜过程将压缩机的壳体余热用于制冷剂的蒸发，保证了制热模式的供热需求，同时也满足了除霜模式的除霜需求。既充分利用了压缩机的壳体余热，又解决了中南部地区低温环境下结霜问题。在除霜时，利用相变储热器充当蒸发器，避免了四通阀换向，减小少了室内温度波动，减少了系统的管路布置，减少了热量的损失，进而达到更好的制热和除霜效果。同时本发明可以根据除霜实际情况，调节翅片式电加热器的加热量，使系统适应多种除霜情况。翅片式电加热器可以强化相变材料内部的热量传输，实现相变材料快速地蓄放热。
附图说明
图1为本发明压缩机余热回收除霜系统的总体结构连接示意图。
图2为本发明压缩机余热回收除霜系统的制热模式原理示意图。
图3为本发明压缩机余热回收除霜系统的除霜模式原理示意图。
图4为本发明压缩机余热回收除霜系统的电加热器结构示意图。
其中:1-室内换热器、2-一号三通阀、3-一号节流阀、4-室外换热器、5-二号三通阀、6-二号节流阀、7-传热管、8-电加热器，9-相变储热器、10-压缩机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细说明。
参阅图1为本发明的一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统的结构连接示意图，该系统包括：室内换热器1，一号三通阀2，一号节流阀3，室外换热器4，二号三通阀5，二号节流阀6，传热管7，电加热器8，相变储热器9，压缩机10。传热管7和电加热器8设置在相变储热器9内部。如图4所示，所述的电加热器8为翅片式电加热器
参阅图2为本发明的一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统的制热模式原理示意图，关闭一号三通阀2和二号三通阀5的c阀门，同时使一号三通阀2的a阀门接通室内换热器1，一号三通阀2的b阀门接通一号节流阀3；二号三通阀5的a阀门接通室外换热器4，二号三通阀5的b阀门接通压缩机10，室内换热器1为冷凝器，室外换热器4为蒸发器。制冷剂依次流过压缩机10、室内换热器1、一号三通阀2、一号节流阀3、室外换热器4和二号三通阀5。经过压缩机10加压后的高温高压气态制冷剂进入室内换热器冷凝放热后变为低温高压液态制冷剂，然后经过一号节流阀3节流变为低温低压的湿蒸汽制冷剂，最后经过室外换热器4蒸发吸热变为过热气态制冷剂。此时，相变储热器回收压缩机工作时释放的余热，使相变材料吸热融化。
参阅图3本发明的一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统的除霜模式原理示意图，关闭一号三通阀2和二号三通阀5的b阀门，同时使一号三通阀2的a阀门接通室内换热器1，一号三通阀2的c阀门接通一号室外换热器4；二号三通阀5的a阀门接通室外换热器4，二号三通阀5的c阀门接通节流阀6，室内换热器1和室外换热器4同时为冷凝器，相变储热器9为蒸发器。制冷剂依次流过压缩机10、室内换热器1、一号三通阀2、室外换热器4、二号三通阀5、二号节流阀6、相变储热器9。经过压缩机10加压后的高温高压气态制冷剂进入室内换热器1供热后变为低温高压湿蒸汽制冷剂，然后经过室外换热器4除霜变为过冷液态制冷剂，继而过冷制冷剂通过二号节流阀6进入相变储热器9，吸收相变材料储存的热量，相变储热器中的电加热8辅助加热，保证相变储热器9出口制冷剂为过热蒸汽，实现了供热和除霜同时进行。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本说明书结合具体个例对本发明进行阐述，具体实施方式和应用范围都不应该局限于本说明书，本说明书不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统，其特征在于，包括制热回路和压缩机余热除霜回路，其中，所述的制热回路包括依次连接形成室内供热制冷剂循环回路的压缩机(10)、室内换热器(1)、一号节流阀(3)以及室外换热器(4)；所述的压缩机余热除霜回路包括依次连接形成室内供热同时室外除霜制冷剂循环回路的压缩机(10)、室内换热器(1)、室外换热器(4)、二号节流阀(6)以及相变储热器(9)，电加热器(8)设置在相变储热器(9)内部，相变蓄热器(9)安装在压缩机(10)外部回收压缩机余热；所述的压缩机余热回收除霜系统还包括一号三通阀(2)和二号三通阀(5)，其中，一号三通阀(2)的a阀门与室内换热器(1)连接，一号三通阀(2)的b阀门与一号节流阀(3)连接，一号三通阀(2)的c阀门与室外换热器(4)连接；二号三通阀(5)的a阀门与室外换热器(4)连接，二号三通阀(5)的b阀门与压缩机(10)连接，二号三通阀(5)的c阀门与二号节流阀(6)连接。
2.根据权利要求1所述的基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统，其特征在于，所述的电加热器(8)为翅片式电加热器，所述的相变蓄热器(9)为空心的圆柱形，内侧为导热材料，外侧包裹保温材料；所述的相变蓄热器(9)包括传热管(7)和填充在传热管(7)外的相变材料，所述的传热管(7)为双螺旋盘管。
3.根据权利要求1所述的基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统，其特征在于，所述的压缩机余热除霜回路的制冷剂通过所述的传热管(7)吸收热量，所述传热管外填充相变材料储存和释放热量。
4.权利要求1至3任一项所述的一种基于相变储能的压缩机余热回收除霜系统的工作方法，其特征在于：在制热模式时，开启一号三通阀(2)和二号三通阀(5)的a阀门和b阀门，同时关闭一号三通阀(2)和二号三通阀(5)的c阀门，使系统的运行与热泵的运行过程类似；此时，室外换热器(4)是蒸发器，室内换热器(1)是冷凝器；制冷剂依次流过压缩机(10)、室内换热器(1)、一号三通阀(2)、一号节流阀(3)、室外换热器(4)和二号三通阀(5)；经过压缩机(10)加压后的高温高压气态制冷剂进入室内换热器(1)冷凝放热后变为低温高压液态制冷剂，然后经过一号节流阀(3)节流变为低温低压的湿蒸汽制冷剂，最后经过室外换热器(4)蒸发吸热变为过热气态制冷剂；此时，相变储热器(9)回收压缩机(1)工作时释放的余热，使相变材料吸热融化；
在除霜模式时，开启一号三通阀(2)和二号三通阀(5)的a阀门和c阀门，同时关闭一号三通阀(2)和二号三通阀(5)的b阀门；此时，室内换热器(1)和室外换热器(4)同为冷凝器，相变储热器(9)作为蒸发器提供热量；制冷剂依次流过压缩机(10)、室内换热器(1)、一号三通阀(2)、室外换热器(4)、二号三通阀(5)、二号节流阀(6)和相变储热器(9)；经过压缩机(10)加压后的高温高压气态制冷剂进入室内换热器(1)供热后变为低温高压湿蒸汽制冷剂，然后经过室外换热器(4)除霜变为过冷液态制冷剂，继而过冷液态制冷剂通过二号节流阀(6)进入相变储热器(9)，吸收相变材料储存的热量，相变储热器(9)中的电加热器(8)辅助加热，保证相变储热器(9)出口制冷剂为过热蒸汽，实现了供热和除霜同时进行。
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