CN113915786B - 一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，包括制热单元和蓄热单元，所述制热单元包括空气换热器、四通换向阀、压缩机装置、冷凝器Ⅰ和蒸发冷凝器；所述空气换热器在释能工况用于将其内部通入的气液两相态制冷剂工质，通过吸收室外环境中空气能而汽化成低压气态制冷剂，所述空气换热器在蓄能工况用于将其内部通入的气态制冷剂工质，通过向空气中释放冷凝热而液化为高压液态制冷剂；所述压缩机装置包括中压压缩段和高压压缩段，本装置通过将夜间电力低谷电能转化为潜能储存同时可实现夜间向用户供热，在用电高峰期提供用户所需热量，实现电力移峰填谷。

Description

一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置

技术领域

本发明属于压缩式热泵装置技术领域，具体涉及一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置。

背景技术

蓄能技术作为一种能量储存的方式，与空气源及其它低温热泵方式相结合，能够进一步提高热泵在低温环境下的稳定性，解决热需求与热供给的不平衡问题，可进行电力调峰并实现移峰填谷。空气源热泵具有安装灵活，初投资较低等特点，与传统供热方式相比又具有节能等优势，因此得以广泛应用。我国空气源热泵产业起步较晚，上世纪50年代天津大学的学者开始研究热泵；上世纪60年代我国把热泵技术应用在暖通空调领域；上世纪70年代末期爆发能源危机，热泵空调的发展和应用机遇来临；上世纪80年代初至90年代末我国暖通空调行业出现热泵热。近年来，虽然空气源热泵的优势明显且应用广泛，但传统的空气源热泵具有结霜、空气温度不能过低等缺点，故导致了空气源热泵无法发挥节能的优势，寒冷地区过低的室外温度，将使空气源热泵机组的压缩比过大，机组无法正常运行。为了弥补空气源热泵的缺点，采用蓄能技术对空气源热泵进行改造，能够提高低温下空气源热泵的供热效率，在“煤改电”的大背景下，具有较好的节能效果。

蓄能技术作为一种将热量储存集中并加以利用的技术，能够提高能量利用效率，尤其在太阳能利用、工业余热收集以及空调余热回收方面有广阔的应用前景。目前的蓄热方式主要有三种：显热蓄热、相变蓄热和热化学反应蓄热。显热蓄热方式是通过升高蓄热材料的温度来实现蓄热过程，这种方式储存的热能密度主要与蓄能材料的温度和热容量有关。通常情况下显热蓄热蓄能的密度较小，往往需要较大的蓄能容积来满足需求。相变蓄热利用蓄热材料的相变过程来实现热量的释放和储存。由于蓄能材料的相变潜热大于显热，所以相变蓄热的热能密度要明显高于显热蓄热。热化学反应蓄热则通过可逆热化学反应以达到蓄热的目的。这种蓄能方式储存的热能密度通常要高于另外两种蓄能方式，但目前研究较少，还未进行商业应用。

目前空气源热泵利用蓄能技术主要用于除霜和电力调峰，而利用蓄能技术进行热力供应，尤其是较大规模供热实例较少，需要进一步对蓄能型空气源热泵系统进行优化。显热蓄热研究比较充分，但该种蓄能方式存在蓄能装置体积过大，蓄能密度较低的缺点，与空气源热泵系统的使用方便灵活，占地面积小的特点相矛盾；而利用相变材料进行相变蓄热能够弥补前者的缺点，但存在材料相变温度与中间水环路温度的匹配、不同蓄能罐的结构对充能与蓄能的影响等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，本装置通过将夜间电力低谷电能转化为潜能储存同时可实现夜间向用户供热，在用电高峰期提供用户所需热量，实现电力移峰填谷，双源双温冷凝器设计流程实现压缩机梯级压缩和冷凝器按冷凝温度梯级散热，有助于降低储能过程中压缩机的能耗。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，包括制热单元和蓄热单元，所述制热单元包括空气换热器、四通换向阀、压缩机装置、冷凝器Ⅰ和蒸发冷凝器；所述空气换热器在释能工况用于将其内部通入的气液两相态制冷剂工质，通过吸收室外环境中空气能而汽化成低压气态制冷剂，所述空气换热器在蓄能工况用于将其内部通入的气态制冷剂工质，通过向空气中释放冷凝热而液化为高压液态制冷剂；所述压缩机装置包括中压压缩段和高压压缩段，所述中压压缩段具有低压制冷剂进口和中压制冷剂出口，用于将低压气态制冷剂压缩为中压气态制冷剂，所述高压压缩段一端与所述低中压压缩段的中压制冷剂出口相连，另一端设置有高压制冷剂出口，所述高压压缩段用于将中压气态制冷剂压缩成高压气态制冷剂；所述四通换向阀具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中四通换向阀的第一端口与压缩机装置的中压制冷剂出口相连，四通换向阀的第二端口与压缩机装置的低压制冷剂进口相连，其第三端口与所述空气换热器的制冷剂管道的一端口相连，其第四端口与所述蒸发冷凝器的一端口相连，所述蒸发冷凝器在蓄能工况用于通过四通换向阀向所述压缩机装置的低压制冷剂进口输送低压气态制冷剂；所述冷凝器Ⅰ具有可进行换热的制冷剂管道和溶液管道，所述制冷剂管道的进口与所述压缩机装置的高压制冷剂出口连接，用于将高压气态制冷剂释放热量冷凝为高压液态制冷剂，所述冷凝器Ⅰ的制冷剂管道的出口通过第一节流部件与所述蒸发冷凝器的另一端口相连，所述溶液管道内用于通过来自蓄热单元的密闭罐体内的稀盐溶液，并由冷凝器Ⅰ的制冷剂管道对所述稀盐溶液进行加热。

作为优选方案，还包括冷凝器Ⅱ，所述冷凝器Ⅱ具有可进行换热的制冷剂管道和水管道，所述冷凝器Ⅱ的制冷剂管道的进口端通过第一控制阀与所述四通换向阀的第三端口相连，用于将来自压缩机装置的一部分中压气态制冷剂输送至所述冷凝器Ⅱ的制冷剂管道内，用于对所述冷凝器Ⅱ水管道内的水进行加热。

作为优选方案，所述冷凝器Ⅱ水管道依次串联有水循环泵和溶液冷却器，其中溶液冷却器设置在蓄热单元的密封罐体内，用于对水管道内的水进行加热，水循环泵用于实现水管道内部的水循环。

作为优选方案，所述四通换向阀第三端口分别与空气换热器和冷凝器Ⅱ相连，在所述四通换向阀的第三端口和空气换热器相连管路上设置有第四控制阀，在释能工况用于控制将两相态制冷剂经空气换热器吸收空气能而蒸发为低压气态制冷剂，在蓄能工况用于控制将中压制冷剂气体经空气换热器冷凝为中压液态制冷剂；所述空气换热器的制冷剂端口与蒸发冷凝器的端口之间的管路上设置有第二节流部件，用于将冷凝后的中压液态制冷剂降压成为低压两相态制冷剂；所述四通换向阀的第三端口和冷凝器Ⅱ的制冷剂进口端之间管路设置有第一控制阀，用于控制将中压气态制冷剂经过冷凝器Ⅱ冷凝为中压液态制冷剂；所述冷凝器Ⅱ的制冷剂管道出口与蒸发冷凝器的相连的管路上设置有第三节流部件，用于将冷凝后的中压液态制冷剂降压成为低压两相态制冷剂。

作为优选方案，所述冷凝器Ⅰ的制冷剂管道端口通过第一节流部件与蒸发冷凝器连接，用于将高压液态制冷剂节流降压成为低压两相态制冷剂。

作为优选方案，所述蓄热单元包括密闭罐体，所述密闭罐体内用于盛装蓄能盐溶液，在密闭罐体内顶部设置有冷剂水喷头，所述冷剂水喷头位于蒸发冷凝器的正上方，在蒸发冷凝器的正下方设置有冷剂水收集盘，所述冷剂水收集盘底部开口与冷剂水收集罐相连，所述冷剂水收集罐通过冷剂水循环泵与冷剂水喷头相连，其中，冷剂水收集盘将收集的凝结水输送至冷剂水收集罐内，冷剂水收集罐内的凝结水通过冷剂水循环泵送入冷剂水喷头，冷剂水喷头喷淋成液滴以分布到蒸发冷凝器的外部，用于吸收蒸发冷凝器内制冷剂冷凝的释放热量，从而使得蒸发冷凝器外部的冷剂水液体气化为水蒸气分布在密闭罐体内。

作为优选方案，所述密闭罐体的一个底部出口与稀溶液储罐相连，稀溶液储罐通过第一溶液泵与冷凝器Ⅰ的溶液管道进口相连，冷凝器Ⅰ的溶液管道出口与稀溶液喷头相连，所述稀溶液喷头位于溶液冷却器的下方，且位于密闭罐体的液面上方，用于向密闭罐体内喷淋闪蒸被加热后的稀盐溶液，稀盐溶液分离生成冷剂水蒸气和浓盐溶液，冷剂水蒸气冷凝冷剂水液体收集在冷剂水收集罐，浓盐溶液被收集在浓溶液储罐中。

作为优选方案，所述浓溶液储罐的进口与所述密闭罐体的另一个底部出口相连，浓溶液储罐的出口通过第二溶液泵与浓溶液喷头相连，所述浓溶液喷头位于冷剂水收集盘和溶液冷却器之间，用于向溶液冷却器表面喷洒浓盐溶液。

作为优选方案，所述压缩机装置为具有中压排气口和高压排气口的一体式压缩机。

作为优选方案，所述压缩机装置包括第一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机具有低压制冷剂进口和中压制冷剂出口，所述第二压缩机具有高压制冷剂出口，所述第一压缩机的中压制冷剂出口与第二压缩机的进口相连。

有益效果

其一、本方案通过改进，通过将夜间电力低谷电能转化为潜能储存的同时可实现夜间向用户供热，在用电高峰期提供用户所需热量，实现电力移峰填谷，通过设置冷凝器Ⅰ和冷凝器Ⅱ的双源双温冷凝器设计，可实现压缩机梯级压缩和冷凝器按冷凝温度梯级散热，有助于降低储能过程中压缩机能耗。该装置通过在夜间电力低谷时段蓄能，在白天高峰时段供热，能够有效减少电力高峰时段供热电力消耗，有助于电力的移峰填谷并降低运行费用，具有运行可靠稳定、能量利用效率高优点，应用前景广阔。

其二、本方案，利用制热单元将低谷时期电能转化为潜热由蓄热单元储存起来，通过制热单元的冷凝器Ⅰ加热储罐稀溶液实现溶液浓缩过程，通过制热单元的蒸发冷凝器将溶液喷淋所产生的部分蒸汽冷凝成液体，同时通过空气换热器排出溶液所产生的多余的蒸汽冷凝热，或通过冷凝器Ⅱ提供部分夜间供热量；当在用电高峰期，制热单元通过空气换热器吸收空气能提供冷剂水储罐内冷剂水蒸发所需要热量，水蒸气被浓溶液吸收所释放吸收热用于加热热水，从而实现储罐内释能过程。

附图说明

为了更清楚地说明发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明压缩式热泵装置一个实施例的结构图；

图2为本发明压缩式热泵装置另一个实施例的结构图；

图中标记：1、空气换热器，2、四通换向阀，3、压缩机装置，4、冷凝器Ⅰ，5、蒸发冷凝器，6、冷凝器Ⅱ，7、水循环泵，8、溶液冷却器，9、密闭罐体，10、冷剂水喷头，11、冷剂水收集盘，12、冷剂水收集罐，13、冷剂水循环泵，14、稀溶液储罐，15、第一溶液泵，16、稀溶液喷头，17、浓溶液储罐，18、第二溶液泵，19、浓溶液喷头，31、第一压缩机，32、第二压缩机，101、第一控制阀，102、第二控制阀，103、第三控制阀，104、第四控制阀，201、第一节流部件，202、第二节流部件，203、第三节流部件。

具体实施方式

以下通过示例性的实施方式对本发明进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益的结合到其它实施方式中。

需要说明的是：除非另做定义，本文所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语不表述数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，但并不排除其他具有相同功能的元件或者物件。

如图1所示，压缩式热泵装置包括电压缩的制热单元和蓄热单元，其中制热单元由空气换热器1、四通换向阀2、压缩机装置3、冷凝器Ⅰ4、蒸发冷凝器5、冷凝器Ⅱ6、水循环泵7、第一节流部件201、第二节流部件202、第三节流部件203、第一控制阀101和第四控制阀104等部件连接组合而成。

本方案，空气换热器1在释能工况用于将其内部通入的气液两相态制冷剂工质，通过吸收室外环境中空气能而汽化成低压气态制冷剂，空气换热器1在蓄能工况用于将其内部通入的气态制冷剂工质，通过向空气中释放冷凝热而液化为高压液态；空气换热器1为低温空气换热器，其制冷剂一端口通过第四控制阀104、四通换向阀2与压缩机装置3的中压气体通道出口的其中一个支路相连，空气换热器1的制冷剂另一端口设置有第二节流部件202，并通过第二节流部件202与蒸发冷凝器5的一端口相连，电压缩制热单元通过低温空气换热器吸收空气能，以提供冷剂水收集罐12内冷剂水蒸发所需要热量。

本实施例，四通换向阀2其具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，如图1所示，四通换向阀2处的1、2、3、4对应指示第一、二、三和四端口位置。四通换向阀2的第一端口（高压气体进口）与压缩机装置3的中压制冷剂出口的一个支管相连，四通换向阀2的第三端口通过两个支管分别与空气换热器1的制冷剂管道一端口和冷凝器Ⅱ6的制冷剂管道一端口相连，其中在四通换向阀2的第三端口与空气换热器1之间设置有第四控制阀104，该第三端口与冷凝器Ⅱ6之间设置有第一控制阀101，四通换向阀2的第四端口与蒸发冷凝器5的一端口相连，第二端口（低压气体出口）与压缩机装置3的中压压缩段的低压制冷剂进口连接。需要指出的是，在蓄能过程中，四通换向阀2的第一端口和第三端口导通，第二端口和第四端口导通；在释能过程中，四通换向阀2的阀体中滑块位置进行切换，从而实现第一端口和第四端口导通，第二端口和第三端口导通。

如图1和图2中所示，压缩机装置3包括中压压缩段和高压压缩段，中压压缩段具有低压制冷剂进口和中压制冷剂出口，用于将低压气态制冷剂压缩为中压气态制冷剂，高压压缩段具有中压制冷剂进口和高压制冷剂出口，高压压缩段的中压制冷剂进口与中压压缩段的中压制冷剂出口相连，用于将中压气态制冷剂压缩成高压气态制冷剂；具体地，压缩机装置3可以采用如图1所示的由第一压缩机31和第二压缩机32连接组合而成的装置，其中第一压缩机31为中压段压缩机，第二压缩机32为高压段压缩机，也可以采用如图2所示的具有低压进气口、中压排气口和高压排气口的一体式压缩机，当采用由第一压缩机31和第二压缩机32组成的压缩装置时，在第一压缩机31出口设置有两根支管管道分别与四通换向阀2的第一端口和第二压缩机32的进口连接，当采用一体式压缩机时，压缩机装置3的中压制冷剂出口与四通换向阀2的第一端口相连，压缩机装置3的低压制冷剂进口通过四通换向阀2的第二端口与蒸发冷凝器5的一端口相连。

本方案，冷凝器Ⅰ4包括可进行换热的制冷剂管道和溶液管道，制冷剂管道的进口与压缩机装置3的高压制冷剂出口连接，用于将高压气态制冷剂释放热量冷凝为高压液态制冷剂，冷凝器Ⅰ4的制冷剂管道的出口与蒸发冷凝器5的一端口相连，在该处相连管道上设置有第一节流部件201，冷凝器Ⅰ4的溶液管道内用于通过来自蓄热单元的稀盐溶液，并由制冷剂管道对来自蓄热单元的稀盐溶液进行加热。

本实施例中，蒸发冷凝器5的一端口分别与冷凝器Ⅰ4的制冷剂管道出口、冷凝器Ⅱ6的制冷剂管道出口以及空气换热器1的制冷剂一端口分别相连，且冷凝器Ⅱ6与空气换热器1的制冷剂管道端口通过管道上的对应的第二、三节流部件202、203后共接于同一根管道，再与蒸发冷凝器5的一端口连接，蒸发冷凝器5的另一端口与四通换向阀2的第四端口相连，在蓄能工况用于向压缩机装置3的低压制冷剂进口输送低压气态制冷剂。

冷凝器Ⅱ6的作用是，用于对用户侧的循环热水进行加热，其中冷凝器Ⅱ6具有可进行换热的制冷剂管道和水管道，其制冷剂管道的进口通过第一控制阀101与四通换向阀2的第三端口相连，以将来自第一压缩机31的一部分中压制冷剂气体进入冷凝器Ⅱ6内，用于对冷凝器Ⅱ6的水管道内的水进行加热。冷凝器Ⅱ6的制冷剂管道的出口通过第三节流部件203与蒸发冷凝器5的端口对接，四通换向阀2的第三端口的管道接于第一控制阀101和第四控制阀104之间的管道上。本方案中，用户的供暖的加热工质为水，冷凝器Ⅱ6的水管道串联有用户侧、水循环泵7和溶液冷却器8，水循环泵7用于实现水管道内的水循环，溶液冷却器8设置在蓄热单元的密闭罐体9内，用于对水管道的内流体进行加热，以供用户侧使用。

本方案的电压缩制热单元各部件的连接关系如下：第一压缩机31的中压排气口分为两个支路，首先，第一支路与第二压缩机32的吸气口相连，第二压缩机32的排气口与溶液冷却式冷凝器（冷凝器Ⅰ4）的制冷剂管道入口连接，溶液冷却式冷凝器的制冷剂管道经第一节流部件201与蒸发冷凝器5的一端口连接，蒸发冷凝器5的另一端口与四通换向阀2的第四端口连接，四通换向阀2的第二端口与第一压缩机31的低压吸气入口相连。其次，第二支路与四通换向阀2的第一端口相连，四通换向阀2的第三端口又分为两个支路，支路Ⅰ经过第四控制阀104与低温空气换热器（空气换热器1）的制冷剂管道一端相连，低温空气换热器的制冷剂管道另一端与第二节流部件202相连，支路Ⅱ经过第一控制阀101与冷凝器Ⅱ6的制冷剂管道进口相连，冷凝器Ⅱ6的制冷剂管道出口与第三节流部件203相连。再次，第一控制阀101和第四控制阀104共接于四通换向阀2的中压气体通道出口管，第二节流部件202和第三节流部件203共接于同一根管道上，并与蒸发冷凝器5的一端端口相连。

本实施例，蓄热单元包括密闭罐体9、冷剂水喷头10、冷剂水收集盘11、浓溶液喷头19、稀溶液喷头16、冷剂水收集罐12，第一溶液泵15、第二溶液泵18、第二控制阀102，第三控制阀103和溶液冷却器8。在密闭罐体9内由上至下依次设置有：冷剂水喷头10、蒸发冷凝器5、冷剂水收集盘11、浓溶液喷头19、溶液冷却器8、稀溶液喷头16，稀溶液喷头16置于密闭罐体9的液面之上且不能淹没于溶液之中。冷剂水收集罐12、稀溶液储罐14和浓溶液储罐17位于密封罐体11外部。密闭罐体9内盐溶液为溴化锂水溶液、氯化锂水溶液、氯化钙水溶液、氢氧化钠水溶液中的任意一种或其中两种或几种混合物。

本方案，密闭罐体9内用于盛装蓄能盐溶液，在密闭罐体9内顶部设置有冷剂水喷头10，冷剂水喷头10位于蒸发冷凝器5的正上方，在蒸发冷凝器5的正下方设置有冷剂水收集盘11，冷剂水收集盘11底部开口通过管道与冷剂水收集罐12入口相连，冷剂水收集罐12出口通过冷剂水循环泵13与冷剂水喷头10相连。其中，冷剂水收集盘11将收集的凝结水输送至冷剂水收集罐12内，冷剂水收集罐12内的凝结水通过冷剂水循环泵13送入冷剂水喷头10，冷剂水喷头10喷淋成液滴以分布到蒸发冷凝器5的外部，用于吸收蒸发冷凝器5内制冷剂冷凝的释放热量，从而使得蒸发冷凝器5外部的冷剂水液体气化为水蒸气分布在密闭罐体9内。

密闭罐体9底部具有两个出口，其中一个出口通过第二控制阀102与稀溶液储罐14相连，稀溶液储罐14通过第一溶液泵15与冷凝器Ⅰ4的溶液管道进口相连，冷凝器Ⅰ4的溶液管道出口与稀溶液喷头16相连，稀溶液喷头16位于溶液冷却器8的下方，且位于密闭罐体9的液面上方。其中，稀溶液储罐14内的稀盐溶液经第一溶液泵15送入冷凝器Ⅰ4的溶液管道，被冷凝器Ⅰ4的制冷剂管道加热成高温盐溶液后，经稀溶液喷头16喷淋闪蒸，闪蒸后的蒸气上升至密闭罐体9内的顶部，并在蒸发冷凝器5的外部冷凝成液态冷剂水，通过冷剂水收集盘11进行收集；溶液闪蒸后生成的浓溶液储存至浓溶液储罐17，从而实现溶液潜热储能过程。

密闭罐体9的另一个出口通道第三控制阀103与浓溶液储罐17相连，浓溶液储罐17的进口与密闭罐体9相连，其出口通过第二溶液泵18与浓溶液喷头19相连，浓溶液喷头19位于冷剂水收集盘11和溶液冷却器8之间，其中，浓溶液储罐17内的浓盐溶液经第二溶液泵18送入浓溶液喷头19喷淋产生雾状的浓溶液液滴，从而分布到溶液冷却器8管外表面，气态冷剂水被分布在溶液冷却器8表面的浓盐溶液液滴吸收并释放吸收热，所释放的吸收热加热溶液冷却器8内的工质流体水至一定温度并用于用户侧供热，从而完成浓溶液释能过程。

以下结合图1和图2，分析热泵的蓄能过程和热泵释能过程如下：

热泵蓄能过程

模式一：空气换热器1工作、冷凝器Ⅱ6不工作；

在电力低谷时段，电压缩制热单元与蓄热单元运行工作，且用户不需要供热，第一控制阀101关闭，第三节流部件203关闭，第一压缩机31排出的一部分中压气态制冷剂经四通换向阀2的第一端口和第三端口进入空气换热器1冷凝为中压液态制冷剂，经过第二节流部件202节流降压成为低压两相态制冷剂，同时，第一压缩机31排出的一部分中压气态制冷剂进入第二压缩机32再次压缩成高压气态制冷剂，然后进入冷凝器Ⅰ4加热来自稀溶液储罐14的稀盐溶液，冷凝器Ⅰ4的制冷剂管道中的高温高压过热制冷剂蒸汽冷凝成高压液态制冷剂，经第一节流部件201节流降压成为低压两相态制冷剂，第二节流部件202出口两相态制冷剂工质与第一节流部件201出口两相态制冷剂工质汇合后，进入蒸发冷凝器5吸收密闭罐体9内水蒸气冷凝热，而汽化为低压气态制冷剂，再经过四通换向阀2回到第一压缩机31吸气口。

溶液蓄能过程为：第二控制阀102关闭，第三控制阀103打开，冷剂水循环泵13关闭，稀溶液储罐14内稀溶液经第一溶液泵15送入冷凝器Ⅰ4，被加热成高温溶液经稀溶液喷头16喷淋闪蒸，并实现稀溶液的发生过程，经稀溶液喷头16喷淋闪蒸得到的冷剂水蒸气在蒸发冷凝器5的换热管外冷凝成液态冷剂水，并储存于冷剂水收集罐12内，发生过程分离得到的浓盐溶液通过第三控制阀103储存于浓溶液储罐17内，从而实现溶液潜热储能过程。

模式二：空气换热器1不工作、冷凝器Ⅱ6工作；

在电力低谷时段，制热单元与蓄热单元运行工作，且用户需要供热，第四控制阀104关闭，第二节流部件202关闭，第一控制阀101、第三节流部件203打开，第一压缩机31排出的一部分中压气态制冷剂经四通换向阀2的第三端口进入冷凝器Ⅱ6，加热用户侧热水至40-100℃，中压制冷剂气体在冷凝器Ⅱ6内被冷凝为中压液态制冷剂，经过第三节流部件203节流降压成为低压两相态制冷剂，同时，第一压缩机31排出的一部分中压气态制冷剂进入第二压缩机32再次压缩成高压气态制冷剂，然后进入冷凝器Ⅰ4加热来自稀溶液储罐14的稀溶液，高温高压过热制冷剂蒸汽冷凝成高压液态制冷剂，经第一节流部件201节流降压成为低压两相态制冷剂，第三节流部件203出口两相态制冷剂工质与第一节流部件201出口两相态制冷剂工质汇合后，进入蒸发冷凝器5吸收密闭罐体9内水蒸气冷凝热而汽化为低压气态制冷剂，再经过四通换向阀2回到第一压缩机31吸气口。

溶液蓄能过程为：第二控制阀102关闭，第三控制阀103打开，冷剂水循环泵13关闭，稀溶液储罐14内稀盐溶液经第一溶液泵15送入冷凝器Ⅰ4被加热成高温溶液经稀溶液喷头16喷淋闪蒸，并实现稀盐溶液的发生过程，经稀溶液喷头16喷淋闪蒸得到的冷剂水蒸气在蒸发冷凝器5的换热管外冷凝成液态冷剂水，并储存于冷剂水收集罐12中，发生过程分离得到的浓盐溶液通过第三控制阀103储存于浓溶液储罐17内，从而实现溶液潜热储能过程。

模式三、空气换热器1和冷凝器Ⅱ6同时工作；

在电力低谷时段，电压缩制热单元与蓄热单元运行工作，且用户需要供热，第一控制阀101、第四控制阀104、第二节流部件202、第三节流部件203打开，第一压缩机31排出的一部分中压气态制冷剂进入四通换向阀2的第三端口分为两部分，其中一部分中压气态制冷剂进入空气换热器1冷凝为中压液态制冷剂，经过第二节流部件202节流降压成为低压两相态制冷剂，另一部分中压气态制冷剂经进入冷凝器Ⅱ6加热用户侧热水至40-100℃，中压气态制冷剂在冷凝器Ⅱ6内被冷凝为中压液态制冷剂，经过第三节流部件203节流降压成为低压两相态制冷剂，同时，第一压缩机31排出的一部分中压气态制冷剂进入第二压缩机32再次压缩成高压气态制冷剂，然后进入冷凝器Ⅰ4加热来自稀溶液储罐14的稀溶液，高温高压过热制冷剂蒸汽冷凝成高压液态制冷剂，经第一节流部件201节流降压成为低压两相态制冷剂，第二节流部件202出口两相态制冷剂工质、第三节流部件203出口两相态制冷剂工质与第一节流部件201出口两相态制冷剂工质汇合后，进入蒸发冷凝器5吸收密闭罐体9内水蒸气冷凝热而汽化为低压气态制冷剂，再经过四通换向阀2回到第一压缩机31吸气口。

溶液蓄能过程为：第二控制阀102关闭，第三控制阀103打开，稀溶液储罐14内稀盐溶液经第一溶液泵15送入冷凝器Ⅰ4，被加热成高温溶液经稀溶液喷头16喷淋闪蒸，并实现稀盐溶液的发生过程，经稀溶液喷头16喷淋闪蒸得到的冷剂水蒸气，在蒸发冷凝器5的换热管外冷凝成液态冷剂水并储存于冷剂水储罐14中，此时，冷剂水储罐14底部出口阀门关闭，冷剂水循环泵13不工作，发生过程分离得到的浓盐溶液通过第三控制阀103储存于浓溶液储罐17内，从而实现溶液潜热储能过程。

热泵释能过程

具体如下：热泵释能是热泵制热和溶液释能耦合过程。热泵制热过程：在用电高峰时期，第一节流部件201关闭，第三节流部件203关闭，第一控制阀101关闭，第二压缩机32停止运行，四通换向阀2的第一端口和第四端口连通，第二端口和第三端口连通，第一压缩机31排出的中压气态制冷剂经四通换向阀2的第四端口进入蒸发冷凝器5，冷剂水收集罐12内的液体冷剂水由冷剂水喷头10喷淋在蒸发冷凝器5外表面，蒸发冷凝器5内的气态制冷剂被冷凝成为中压液态制冷剂，后经第二节流部件202节流降压成低压的两相态制冷剂，通过两相态制冷剂工质在空气换热器1中吸收室外环境中空气能而汽化成低压气态制冷剂，之后再通过四通换向阀2被吸入第一压缩机31，从而实现热泵制热过程。

溶液释能过程

具体过程为：第二控制阀102打开，第三控制阀103关闭，四通换向阀2的第一端口和第四端口连通，第二端口和第三端口连通，第一压缩机31排出的中压气态制冷剂经四通换向阀2的第四端口进入蒸发冷凝器5，冷剂水收集罐12内的凝结水经冷剂水循环泵13送入冷剂水喷头10喷淋成液滴分布到蒸发冷凝器5的管外，管外的液滴吸收蒸发冷凝器5管内制冷剂的冷凝热而汽化为水蒸气，浓溶液储罐17内的浓盐溶液经第二溶液泵18送入浓溶液喷头19喷淋产生雾状的浓溶液液滴，而分布到溶液冷却器8的外表面，上述冷剂水气化成的水蒸气被分布在溶液冷却器8外表面的浓盐溶液液滴吸收，并释放吸收热，所释放的吸收热将加热溶液冷却器8的管内热水至40-100℃并用于用户侧供热，从而完成浓溶液释能过程。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，其特征在于：包括制热单元和蓄热单元，所述制热单元包括空气换热器、四通换向阀、压缩机装置、冷凝器Ⅰ和蒸发冷凝器；

所述空气换热器在释能工况用于将其内部通入的气液两相态制冷剂工质，通过吸收室外环境中空气能而汽化成低压气态制冷剂，所述空气换热器在蓄能工况用于将其内部通入的气态制冷剂工质，通过向空气中释放冷凝热而液化为高压液态制冷剂；

所述压缩机装置包括中压压缩段和高压压缩段，所述中压压缩段具有低压制冷剂进口和中压制冷剂出口，用于将低压气态制冷剂压缩为中压气态制冷剂，所述高压压缩段一端与所述的中压压缩段的中压制冷剂出口相连，另一端设置有高压制冷剂出口，所述高压压缩段用于将中压气态制冷剂压缩成高压气态制冷剂；

所述四通换向阀具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中四通换向阀的第一端口与压缩机装置的中压制冷剂出口相连，四通换向阀的第二端口与压缩机装置的低压制冷剂进口相连，其第三端口与所述空气换热器的制冷剂管道的一端口相连，其第四端口与所述蒸发冷凝器的一端口相连，所述蒸发冷凝器在蓄能工况用于通过四通换向阀向所述压缩机装置的低压制冷剂进口输送低压气态制冷剂；

所述冷凝器Ⅰ具有可进行换热的制冷剂管道和溶液管道，所述制冷剂管道的进口与所述压缩机装置的高压制冷剂出口连接，用于将高压气态制冷剂释放热量冷凝为高压液态制冷剂，所述冷凝器Ⅰ的制冷剂管道的出口通过第一节流部件与所述蒸发冷凝器的另一端口相连，所述溶液管道内用于通过来自蓄热单元的密闭罐体内的稀盐溶液，并由冷凝器Ⅰ的制冷剂管道对所述稀盐溶液进行加热；

所述蓄热单元包括密闭罐体，所述密闭罐体内用于盛装蓄能盐溶液，在密闭罐体内顶部设置有冷剂水喷头，所述冷剂水喷头位于蒸发冷凝器的正上方，在蒸发冷凝器的正下方设置有冷剂水收集盘，所述冷剂水收集盘底部开口与冷剂水收集罐相连，所述冷剂水收集罐通过冷剂水循环泵与冷剂水喷头相连，其中，冷剂水收集盘将收集的凝结水输送至冷剂水收集罐内，冷剂水收集罐内的凝结水通过冷剂水循环泵送入冷剂水喷头，冷剂水喷头喷淋成液滴以分布到蒸发冷凝器的外部，用于吸收蒸发冷凝器内制冷剂冷凝的释放热量，从而使得蒸发冷凝器外部的冷剂水液体气化为水蒸气分布在密闭罐体内；

所述密闭罐体的一个底部出口与稀溶液储罐相连，稀溶液储罐通过第一溶液泵与冷凝器Ⅰ的溶液管道进口相连，冷凝器Ⅰ的溶液管道出口与稀溶液喷头相连，所述稀溶液喷头位于溶液冷却器的下方，且位于密闭罐体的液面上方，用于向密闭罐体内喷淋闪蒸被加热后的稀盐溶液，稀盐溶液闪蒸分离生成冷剂水蒸气和浓盐溶液，冷剂水蒸气冷凝冷剂水液体收集在冷剂水收集罐中，浓盐溶液被收集在浓溶液储罐中；

所述浓溶液储罐的进口与所述密闭罐体的另一个底部出口相连，浓溶液储罐的出口通过第二溶液泵与浓溶液喷头相连，所述浓溶液喷头位于冷剂水收集盘和溶液冷却器之间，用于向溶液冷却器表面喷洒浓盐溶液。

2.如权利要求1所述的一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，其特征在于：还包括冷凝器Ⅱ，所述冷凝器Ⅱ具有可进行换热的制冷剂管道和水管道，所述冷凝器Ⅱ的制冷剂管道的进口端通过第一控制阀与所述四通换向阀的第三端口相连，用于将来自压缩机装置的一部分中压气态制冷剂输送至所述冷凝器Ⅱ的制冷剂管道内，用于对所述冷凝器Ⅱ水管道内的水进行加热。

3.如权利要求2所述的一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，其特征在于：所述冷凝器Ⅱ水管道依次串联有水循环泵和溶液冷却器，其中溶液冷却器设置在蓄热单元的密封罐体内，用于对水管道内的水进行加热，水循环泵用于实现水管道内部的水循环。

4.如权利要求3所述的一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，其特征在于：所述四通换向阀第三端口分别与空气换热器和冷凝器Ⅱ相连，在所述四通换向阀的第三端口和空气换热器相连管路上设置有第四控制阀，在释能工况用于控制将两相态制冷剂经空气换热器吸收空气能而蒸发为低压气态制冷剂，在蓄能工况用于控制将中压制冷剂气体经空气换热器冷凝为中压液态制冷剂；所述空气换热器的制冷剂端口与蒸发冷凝器的端口之间的管路上设置有第二节流部件，用于将冷凝后的中压液态制冷剂降压成为低压两相态制冷剂；所述四通换向阀的第三端口和冷凝器Ⅱ的制冷剂进口之间管路设置有第一控制阀，用于控制将中压气态制冷剂经过冷凝器Ⅱ冷凝为中压液态制冷剂；所述冷凝器Ⅱ的制冷剂管道出口与蒸发冷凝器的相连的管路上设置有第三节流部件，用于将冷凝后的中压液态制冷剂降压成为低压两相态制冷剂。

5.如权利要求4所述的一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，其特征在于：所述冷凝器Ⅰ的制冷剂管道端口通过第一节流部件与蒸发冷凝器连接，用于将高压液态制冷剂节流降压成为低压两相态制冷剂。

6.如权利要求1所述的一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，其特征在于：所述压缩机装置为具有中压排气口和高压排气口的一体式压缩机。

7.如权利要求1所述的一种利用潜热蓄能的压缩式热泵装置，其特征在于：所述压缩机装置包括第一压缩机和第二压缩机，所述第一压缩机具有低压制冷剂进口和中压制冷剂出口，所述第二压缩机具有高压制冷剂出口，所述第一压缩机的中压制冷剂出口与第二压缩机的进口相连。

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