CN113915794A - 一种多能互补的制冷/制热储能系统的制冷制热方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多能互补的制冷/制热储能系统及制冷制热方法，第一储能换热器和第二储能换热器，所述相变储能槽内用于填充相变储能填料，其中第一储能换热器和第二储能换热器设置在相变储能槽内并淹没在相变储能填料中；所述第一储能换热器的进口和出口两端分别与所述太阳能集热单元相连，所述第二储能换热器的进口和出口两端分别与所述热泵单元相连，所述相变储能单元用于在不同情况下，进行热量或冷量的储能和/或换热；本系统具有可靠性高和节能效果显著的优点，一机多用，不但可提供卫生热水，同时还作为空调冷、热源，特别适合作为温湿度独立控制空调系统的冷热源，应用前景广阔。

Description

一种多能互补的制冷/制热储能系统的制冷制热方法

技术领域

本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种多能互补的制冷/制热储能系统及制冷制热方法。

背景技术

近年来，低碳、可持续发展已成为全社会共同关注焦点。传统的单一能源因其能源利用效率低及在技术与经济方面存在诸多不足，已不能满足能源短缺背景下的能源可持续发展的需要，因此因地制宜地利用可利用的各种能源资源，提高能源利用效率，降低能源损耗和用清洁能源取代高污染能源的功能方式已成为减少能源浪费和缓解环境危机的必由之路。

压缩式热泵因其具有满足用户冷、热需求、连续稳定运行等优点而被广泛应用，但是电能驱动的空气源压缩式热泵消耗的是高品位的电能，不具有节能减排的明显优势，且存在无法利用峰谷电价差而导致运行费用偏高问题。

太阳能作为可再生能源，与传统能源相比具有很多优点，不受地域的限制，不但能提供用户所需供热量还能提供生活热水，具有节能环保的显著优势，然而因日照强度变化而呈现间歇性和不稳定性等缺点。相变储能材料因其具有体积变化小、节能效果好、易于控制的优点，在储能领域应用越来越广泛，相变材料在其本身发生相变的过程中，可以吸收环境的热量，并在需要时向环境放出热量从而达到能量储存和控制周围环境温度的目的。现有技术中的太阳能辅助的空气源热泵系统主要通过电力驱动热泵供暖，太阳能利用十分有限，而且其功能单一，不能实现用户供冷需求，尤其不能作为温湿度独立控制空调系统冷热源。

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，提供一种多能互补的制冷/制热储能系统，本装置具有可靠性高和节能效果显著的优点，一机多用，不但可提供卫生热水，同时还作为空调冷、热源，特别适合作为温湿度独立控制空调系统的冷热源，应用前景广阔。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种多能互补的制冷/制热储能系统，包括太阳能集热单元、热泵单元和相变储能单元；所述相变储能单元包括相变储能槽、第一储能换热器和第二储能换热器，所述相变储能槽内用于填充相变储能填料，其中第一储能换热器和第二储能换热器设置在相变储能槽内并淹没在相变储能填料中；所述第一储能换热器的进口和出口两端分别与所述太阳能集热单元相连，所述第二储能换热器的进口和出口两端分别与所述热泵单元相连，所述相变储能单元用于在不同情况下，进行热量或冷量的储能和/或换热；所述太阳能集热单元，包括太阳能集热器，用于吸收太阳能并转化为热能，从而向用户侧和/或相变储能单元供应热量；所述热泵单元，包括相连接的压缩机和室外换热器，用于通过制热或制冷过程从而向用户侧和/或相变储能单元供应热量或冷量。

作为优选方案，所述太阳能集热单元包括太阳能集热器、循环泵Ⅰ和第一热质交换设备，所述循环泵Ⅰ与第一储能换热器的出口相连，循环泵Ⅰ的出口分为支路一和支路二，太阳能集热器的进口和出口分别与支路一和支路二对应连接，所述第一热质交换设备具有壳体和两个独立的换热通道，其中一个换热通道的进口与支路二相连，该换热通道的出口与第一储能换热器的进口相连。

作为优选方案，所述太阳能集热单元还包括蓄水箱和循环泵Ⅱ，所述太阳能集热器的出口端还与蓄水箱的进口相连，蓄水箱的出口通过循环泵Ⅱ与太阳能集热器的进口相连，从而使得太阳能集热器、蓄水箱和循环泵Ⅱ形成一循环回路。

作为优选方案，所述支路二上设置有第三控制阀，在太阳能集热器的进出口对应设置有第一控制阀和第二控制阀，蓄水箱的进口端通过第五控制阀连接在太阳能集热器和第二控制阀之间的管路上，循环泵Ⅱ通过第四控制阀连接在太阳能集热器和第一控制阀之间的管路上。

作为优选方案，所述热泵单元包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、闪蒸分离器和第二热质交换设备，其中压缩机具有低压进气口、中压进气口和高压排气口；四通换向阀具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第一端口为高压气态制冷剂进口，第二端口为低压气态制冷剂进口；所述压缩机的高压排气口与四通换向阀的第一端口相连，四通换向阀的第四端口与第二热质交换设备的制冷剂通道一个端口相连，四通换向阀的第三端口与室外换热器的第一端相连，四通换向阀的第二端口与压缩机的低压进气口相连，所述第二热质交换设备的制冷剂通道另一端口与闪蒸分离器的第三液体管道接口相连，在第三液体管道上设置有第三节流部件，闪蒸分离器的第一液体管道与室外换热器的第二端相连，在第一液体管道上设置有第一节流部件，闪蒸分离器的气体管道与压缩机的中压进气口相连。

作为优选方案，在闪蒸分离器的气体管道上设置有第四节流部件。

作为优选方案，所述闪蒸分离器的第二液体管道出口分为两个支路，其中一个支路通过第六控制阀与第二储能换热器的进口相连，第二储能换热器的出口与压缩机的中压进气口相连。

作为优选方案，所述闪蒸分离器的第二液体管道的出口的另一个支路通过第二节流部件与室外换热器的第二端相连，第二节流部件的出口端和第一节流部件的进口端共接于室外换热器的第二端。

作为优选方案，所述第一热质交换设备为辐射板、板翅式换热器或翅片管式换热器；所述第二热质交换设备为板式换热器、管壳式换热器。

本方案还提供一种多能互补的制冷/制热储能系统的制冷制热方法，所述太阳能集热单元、热泵单元和相变储能单元三者根据不同情况采用联合运行方式或独立运行方式，具体如下：

一、制冷方法为：

太阳能集热单元独立工作，热泵单元和相变储能单元联合工作；具有如下运行方式：

（11）由太阳能集热器、蓄水箱、循环泵Ⅱ、第四控制阀和第五控制阀组成太阳能集热单元独立运作，制取热水储存于蓄水箱内实现蓄水箱显热储能；

（12）、当热泵单元单独向相变储能槽提供冷量时，由压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一节流部件、第四节流部件、闪蒸分离器、第六控制阀、第二储能换热器和相变储能槽组成中压缩比或低圧缩比的压缩制冷循环，向相变储能槽提供冷量实现相变储能槽的相变蓄冷过程；

（13）、当热泵单元单独向用户侧提供冷量时，压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一节流部件、第三节流部件、闪蒸分离器、第二热质交换设备组成高压缩比的压缩制冷循环向用户端提供冷量；

（14）、当热泵单元同时向相变储能槽供冷及用户侧供冷时，压缩机实现梯级压缩过程，同时进行不同压缩比的压缩制冷循环，分别通过第二储能换热器和第二热质交换设备制取不同蒸发温度的冷量来满足相变储能槽蓄冷过程的冷量及用户端供冷需求，从而为建筑空调温湿度独立控制空调系统提供不同品位冷量，实现对建筑潜热负荷和显热负荷分开处理；

二、制热方法为：

（21）、当太阳能充足时，太阳能集热单元提供热能用于蓄水箱显热储能、相变储能槽潜热储能和第一热质交换设备供热；

（22）、当太阳能不充足时，第一热质交换设备只能向用户提供部分供热量，热泵单元以制热模式工作，由压缩机、四通换向阀、第二热质交换设备、第三节流部件、闪蒸分离器、第二节流部件和室外换热器组成高压缩比的压缩制热循环，向用户提供其余部分供热量；

（23）、当无太阳能时且相变储能槽内的相变材料有相变储能时，相变储能槽内的相变材料经相变过程释放热量提供用户所需部分供热量，其余供热量由热泵单元从低温环境中空气获得，压缩机通过中压吸气口和低压吸气口进行不同压缩比的压缩制热循环，实现压缩机梯级压缩制热过程；

（24）、当无太阳能且相变储能槽内的相变材料没有相变储能时，由压缩机、四通换向阀、第二热质交换设备、第三节流部件、闪蒸分离器、第二节流部件、室外换热器组成高压缩比的压缩制热循环提供用户所需全部供热量。

有益效果

1、本发明通过改进，根据不同需要，既能够实现热泵单元、相变储能单元和太阳能集热单元的三者的配合运行工作，同时也能够实现单个系统的独立运行工作，其中相变储能单元实现了热泵单元和太阳能集热单元之间的能量传递和蓄能，相变储能单元储存热能，一是用于承担供热模式下新风预热负荷，还可提供中压比的压缩制热循环所需的较高温度下热量，实现双蒸发温度下压缩机梯级压缩制热循环过程，提高压缩热泵循环的制热效率和太阳能利用率，克服传统太阳能供热的间歇性问题。太阳能集热单元一方面可提供用户所需的部分供热量，还可将部分热能储存于相变储能槽内，热泵单元既能够实现制热作用，同时能够进行制冷工作。本发明可有效利用太阳能，具有可靠性高和节能效果显著的优点，一机多用，不但可提供卫生热水，同时还作为空调冷热源，尤其特别适合作为温湿度独立控制空调系统的冷热源，应用前景广阔。

2、本发明通过改进，优化了系统的制冷制热控制方法，通过与整个系统装置的有机结合，可根据不同的环境状况和不同的用户需求，以多种不同的方式进行联合运行或独立运行，实现冷/热量梯级制备与储存：制冷控制方法中，太阳能集热单元独立运行，可制取卫生热水，提高利用率；当热泵单元在夜间电力低谷时，以梯级压缩制冷循环运行，既满足夜间建筑空调供冷需求，还可将冷能储存于相变储能槽中用于消除建筑显热冷负荷，白天时段，热泵单元只需制取低温冷水承担建筑潜热负荷，从而为建筑空调温湿度独立控制空调系统提供不同品位冷量，实现对建筑潜热负荷和显热负荷分开处理；以降低白天电力高峰期空调系统的用电量，有助于电力移峰填谷和降低运行费用，制热控制方法中，当太阳能充足时，充分利用低品位的太阳能热源，太阳能集热单元同时可提供用户所需的部分供热量并将部分热能储存于相变储能槽中，当无太阳能且有相变储能时，相变储能槽所储存热能，一是用于承担供热模式下新风预热负荷，还可提供中压比的压缩制热循环所需的较高温度下热量，实现双蒸发温度下压缩机梯级压缩制热循环过程，提高压缩热泵循环的制热效率和太阳能利用率，克服传统太阳能供热的间歇性问题。

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为本发明制冷/制热储能系统的结构图；

图中标记：1、第一储能换热器，2、第二储能换热器，3、相变储能槽，4、太阳能集热器，5、循环泵Ⅰ，6、第一热质交换设备，7、蓄水箱，8、循环泵Ⅱ，11、压缩机，12、四通换向阀，13、室外换热器，14、闪蒸分离器，15、第二热质交换设备，101、第一控制阀，102、第二控制阀，103、第三控制阀，104、第四控制阀，105、第五控制阀，106、第六控制阀，201、第一节流部件，202第二节流部件，203、第三节流部件，204、第四节流部件。

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。

如图所示，本方案提供一种多能互补的制冷/制热储能系统，由太阳能集热单元、热泵单元和相变储能单元三大部分组成，相变储能单元包括相变储能槽3、第一储能换热器1、第六控制阀106和第二储能换热器2，其中第一储能换热器1和第二储能换热器2置于相变储能槽3内，且淹没于相变储能槽3内的相变储能材料内；相变储能槽3所采用的相变材料为脂肪酸、多元醇、石蜡、石墨或膨胀石墨等性能较为稳定的材料。第一储能换热器1和第二储能换热器2为盘管式换热器或翅片管式换热器。第一储能换热器1的进口和出口两端分别与太阳能集热单元相连，第二储能换热器2的进口和出口两端分别与热泵单元相连，相变储能单元用于在不同情况下，进行热量或冷量的储能和/或换热；第六控制阀106的一端与第二储能换热器2的进口连接，另一端与热泵单元连接。需要指出的是：图1中箭头显示方向为流体流动的正向，空心箭头显示方向为制热模式时流体流动的正向，实心箭头显示方向为制冷模式时流体流动的正向，本方案中，热泵单元按供热模式运行时，太阳能集热单元一方面可提供用户所需的部分供热量，还可将部分热能储存于相变储能槽3内，相变储能槽3可用于储存热能，一是用于承担供热模式下新风预热负荷，还可提供中压比的压缩制热循环所需的较高温度下热量，实现双蒸发温度下压缩机梯级压缩制热循环过程，提高压缩热泵循环的制热效率和太阳能利用率，克服传统太阳能供热的间歇性问题。

本方案中，太阳能集热单元包括太阳能集热器4、循环泵Ⅰ5、第一热质交换设备6、蓄水箱7、循环泵Ⅱ8、第一控制阀101、第二控制阀102、第三控制阀103、第四控制阀104和第五控制阀105，循环泵Ⅰ5设置在第一储能换热器1的出口管路上，循环泵Ⅰ5的出口分为支路一和支路二，其中支路一经过第一控制阀101与太阳能集热器4的进口相连，支路二上设置有第三控制阀103，支路二出口再分成两个支路，其中的一个支路与通过第二控制阀102与太阳能集热器4的出口相连，另一个支路与第一热质交换设备6的其中一个换热管道的入口相连，该换热管道的出口与第一储能换热器1的进口相连。本方案中，第一热质交换设备6为辐射板、板翅式换热器或翅片管式换热器。

本方案中，太阳能集热器4、第五控制阀105、蓄水箱7、循环泵Ⅱ8和第四控制阀104可组成一闭合的循环回路，其中太阳能集热器4的进口端与第四控制阀104相连，第四控制阀104的一端连接在太阳能集热器4和第一控制阀101之间的管路上，另一端通过循环泵Ⅱ8与蓄水箱7的出口相连，第五控制阀105、蓄水箱7、循环泵Ⅱ8和第四控制阀104串联在管道上，且第五控制阀105连接在太阳能集热器4和第二控制阀102之间的管路上，当太阳能集热器4两端的第一控制阀101和第二控制阀102关闭后，第四控制阀104和第五控制阀105开启，从而使得太阳能集热器4、蓄水箱7和循环泵Ⅱ8形成一个闭合循环回路，以制取热水储存于蓄水箱7内。

本实施例，压缩式热泵单元包括压缩机11、四通换向阀12、室外换热器13、第一节流部件201、第二节流部件202、第三节流部件203、第四节流部件204、闪蒸分离器14和第二热质交换设备15，第二热质交换设备15为板式换热器或管壳式换热器；室外换热器13为板翅式换热器或翅片管式换热器。第一、二、三、四节流部件为热力膨胀阀或电子膨胀阀。其中压缩机11具有低压吸气口、中压吸气口和高压排气口。

四通换向阀12具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，四通换向阀12的第一、二、三、四端口对应图中的四通换向阀12的1、2、3、4所指示位置，其中第一端口为高压气气体进口，第二端口为低压气体出口，四通换向阀12具有阀体和容纳于阀体内并且在阀体内第一位置和第二位置之间移动的滑块， 压缩机11的高压排气口与四通换向阀12的第一端口相连，压缩机11的低压吸气口与四通换向阀12的第二端口相连，四通换向阀12的第三端口与室外换热器13的一端相连，四通换向阀12的第四端口与第二热质交换设备15的一端相连，当滑块在第一位置，第一端口与第三端口连通，第二端口与第四端口连通；当滑块在第二位置，第一端口与第四端口连通，第二端口与第三端口连通。

上述第二热质交换设备15的制冷剂通道的另一端口经第三节流部件203与闪蒸分离器14的第三液体管道接口相连，闪蒸分离器14包括罐体和与罐体连通的三个液体管道和一个气体管道，三个液体通道分别为第一、二、三液体通道，闪蒸分离器14的气体管道经过第四节流部件204与压缩机11的中压吸气口相连，闪蒸分离器14的第二液体管道出口分为两个支路，其中一个支路通过第六控制阀106与第二储能换热器2的进口相连，第二储能换热器2的出口与压缩机11的中压进气口相连，第二液体管道的工质走向是由闪蒸分离器14向外排出。闪蒸分离器14的第二液体管道的出口的另一个支路通过第二节流部件202与室外换热器13的端口相连。第一节流部件201和第二节流部件202共接于室外换热器13的制冷剂通道的一端口，室外换热器13的另一端口与四通换向阀12的第三端口相连，室外换热器13通过第一液体管道和第一节流部件201与闪蒸分离器14相连，第一液体管道用于制冷过程，第一液体管道的走向是制冷剂液体由室外换热器13通过直接进入第一液体管道并经过第一节流部件201节流降压后，进入闪蒸分离器14。

本方案还提供一种多能互补的制冷/制热储能系统的制冷制热方法，太阳能集热单元、热泵单元和相变储能单元三者根据不同情况采用联合运行方式或独立运行方式；具体运行方式如下：

当热泵单元以制冷模式工作，此时，太阳能集热单元独立工作；由太阳能集热器4、蓄水箱7、循环泵Ⅱ8、第四控制阀104和第五控制阀105组成太阳能集热单元，制取热水储存于蓄水箱7内实现蓄水箱7显热储能；

同时，热泵单元和相变储能单元联合工作，具体分为如下三种运行方式：其一、当热泵单元单独向相变储能槽3提供冷量时，由压缩机11、四通换向阀12、室外换热器13、第一节流部件201、第四节流部件204、闪蒸分离器14、第六控制阀106、第二储能换热器2和相变储能槽3组成中压缩比或低圧缩比的压缩制冷循环，向相变储能槽3提供冷量实现相变储能槽3的相变蓄冷过程；

其二、当热泵单元单独向用户侧提供冷量时，压缩机11、四通换向阀12、室外换热器13、第一节流部件201、第三节流部件203、闪蒸分离器14、第二热质交换设备15组成高压缩比的压缩制冷循环向用户端提供冷量；

其三、当热泵单元同时向相变储能槽3供冷及用户侧供冷时，压缩机11实现梯级压缩过程，同时进行不同压缩比的压缩制冷循环，分别通过第二储能换热器2和第二热质交换设备15制取不同蒸发温度的冷量来满足相变储能槽3蓄冷过程的冷量及用户端供冷需求，从而为建筑空调温湿度独立控制空调系统提供不同品位冷量，实现对建筑潜热负荷和显热负荷分开处理。

另外，相变储能单元运行包括单独蓄冷、单独释冷和蓄冷释冷并行三种运行模式，当相变储能单元单独释冷过程时，相变储能槽3内的第一储能换热器1、第一热质交换设备6通过两级换热过程向用户端供冷。

当热泵单元以制热模式工作，太阳能集热单元和相变储能单元联合运行：

具体采用如下运行模式：其一、当太阳能充足时，太阳能集热单元提供热能用于蓄水箱7显热储能、相变储能槽3潜热储能和第一热质交换设备6供热，由太阳能集热器4、蓄水箱7、循环泵Ⅱ8、第四控制阀104和第五控制阀105组成太阳能集热单元，制取热水储存于蓄水箱7内，由太阳能集热器4、循环泵Ⅰ5、相变储能槽3内的第一储能换热器1、第一热质交换设备6、第一控制阀101和第二控制阀102组成相变储能单元,所生产高温热水先经第一热质交换设备6向用户供热，再经相变储能槽3内的第一储能换热器1向相变储能槽3内的相变材料释放热量，相变材料发生相变将吸收热量储存起来。

其二、太阳能不充足时，第一热质交换设备6只能向用户提供部分供热量，热泵单元以制热模式工作，由压缩机11、四通换向阀12、第二热质交换设备15、第三节流部件203、闪蒸分离器14、第二节流部件202和室外换热器13组成高压缩比的压缩制热循环，向用户提供其余部分供热量。

其三、当无太阳能时且相变储能槽3内的相变材料有相变储能时，第一控制阀101和第二控制阀102关闭，由循环泵Ⅰ5、第三控制阀103、第一热质交换设备6、相变储能槽3内的第一储能换热器1组成相变储能单元用户供热循环，相变储能槽3内的相变材料经相变过程释放热量提供用户所需部分供热量，其余供热量由热泵单元从低温环境中空气获得，压缩机11通过中压吸气口和低压吸气口进行不同压缩比的压缩制热循环，实现压缩机梯级压缩制热过程，由压缩机11、四通换向阀12、第二热质交换设备15、第三节流部件203、闪蒸分离器14、第六控制阀106、第二储能换热器2、相变储能槽3、第四节流部件204组成中压缩比的压缩制热循环，同时，由压缩机11、四通换向阀12、第二热质交换设备15、第三节流部件203、闪蒸分离器14、第二节流部件202、室外换热器13组成高压缩比的压缩制热循环，由中压缩比的压缩制热循环和高压缩比的压缩制热循环实现压缩机梯级的压缩制热过程。

其四、当无太阳能且相变储能槽3内的相变材料没有相变储能时，由压缩机11、四通换向阀12、第二热质交换设备15、第三节流部件203、闪蒸分离器14、第二节流部件202、室外换热器13组成高压缩比的压缩制热循环提供用户所需全部供热量。

热泵单元有如下三种运行方式：

其一、以制冷模式工作时，第一控制阀101、第二控制阀102关闭，第三控制阀103、第四控制阀104和第五控制阀105开启，相变储能槽3内相变材料所储存冷量经第一储能换热器1由循环泵Ⅰ5输送至第一热质交换设备6供给用户。

本方案中，热泵单元以制冷模式工作时，第一热质交换设备6制备15-20℃的高温冷水承担建筑空调显热冷负荷，第二热质交换设备15制备6-10℃的低温冷水承担建筑空调潜热冷负荷。

其二、当热泵单元以制热模式工作且太阳能充足时，第一控制阀101、第二控制阀102、第四控制阀104和第五控制阀105均开启，第三控制阀103关闭，太阳能集热器4所吸收热能一部分经第一热质交换设备6提供给用户供热，另一部分经相变储能槽3内第一储能换热器1加热相变储能槽3内相变材料发生相变储存于相变储能槽3中。

其三、当热泵单元以制热模式工作且太阳能弱或无太阳能时，第一控制阀101和第二控制阀102关闭，第三控制阀103开启，相变储能槽3内相变材料所储存热能经第一储能换热器1由循环泵Ⅰ5输送至第一热质交换设备6供给用户。

本方案中，当热泵单元以制热模式工作时，第一热质交换设备6制备20-30℃低温热水的承担室外新风预热负荷，第二热质交换设备15制备40-60℃的高温热水承担建筑热负荷。

本方案的工作原理如下：

一、制热模式

当太阳能充足时，太阳能集热单元和相变储能单元联合运行，太阳能集热单元提供热能用于蓄水箱7显热储能、相变储能槽3的潜热储能和第一热质交换设备6供热。

第一控制阀101、第二控制阀102、第四控制阀104和第五控制阀105均开启，第三控制阀103关闭，太阳能集热器4所产生的高温热水一部分先经第一热质交换设备6提供给用户供热，再经相变储能槽3内第一储能换热器1加热相变储能槽3内的相变材料使其发生相变吸收热量储存于相变储能槽3内，另一部分储存于蓄水箱7内做卫生热水供用户使用，此时太阳能集热单元4独立承担用户所需热量。

当太阳能不充足时，太阳能集热单元和热泵单元联合工作，第一热质交换设备6只能向用户提供部分供热量，热泵单元以制热模式工作。

此时，由压缩机11、四通换向阀12、第二热质交换设备15、第三节流部件203、闪蒸分离器14、第二节流部件202和室外换热器13组成高压缩比的压缩制热循环，向用户提供其余部分供热量，第二节流部件202和第三节流部件203均开启，第一节流部件201、第四节流部件204和第六控制阀106均关闭，高温高压的制冷剂蒸汽从压缩机11的高压排气口，通过管道依次连接四通换向阀12的高压气体入口，经过第二热质交换设备15的制冷剂通道被冷凝成液体，流入闪蒸分离器14后，通过闪蒸分离器14的其中第二液体通道并经第二节流部件202节流降压后，进入室外换热器13的制冷剂通道后，经四通换向阀12流回压缩机11的低压吸气口组成高压缩比的制热循环，此时太阳能集热单元和热泵单元共同承担用户所需热量。

当无太阳能时且相变储能槽3内的相变材料有相变储能时，相变蓄能单元和热泵单元联合工作。此时，第三控制阀103开启，第一控制阀101、第二控制阀102、第四控制阀104和第五控制阀105均关闭，相变储能槽3内的相变材料经相变过程释放热量，与第一储能换热器1进行换热后，经循环泵Ⅰ5和第三控制阀103进入第一热质交换设备6向用户提供部分所需供热量，其余热量由热泵单元从低温环境中的空气获得，第二节流部件202、第三节流部件203、第四节流部件204和第六控制阀106均开启，第一节流部件201关闭，高温高压的制冷剂蒸汽从压缩机11的高压排气口通过管道连接四通换向阀12的高压气体入口，经过第二热质交换设备15的制冷剂通道，被冷凝成液体通过第三液体通道和第三节流部件203流入闪蒸分离器14后，分别流入闪蒸分离器14的第二液体通道和气体通道，气态制冷剂经气体通道经第四节流部件204节流降压成较高压力的制冷剂后，流回压缩机11的中压吸气口，制冷剂液体经第二液体通道后被分为两支路，其中一支路经第六控制阀106和第二储能换热器2后，流回压缩机11的中压吸气口组成中压缩比的压缩制热循环，另一支路经第二节流部件202节流降压成较低压力的制冷剂，进入室外换热器13的制冷剂通道后，经过四通换向阀12的制冷剂低压气体入口，流回压缩机11的低压吸气口组成高压缩比的压缩制热循环，由中压缩比的压缩制热循环和高压缩比的压缩制热循环实现压缩机梯级的压缩制热过程，此时相变储能单元和热泵单元共同承担用户所需热量。

当无太阳能且相变储能槽3内的相变材料没有相变储能时，热泵单元独立以制热模式工作，由压缩机11、四通换向阀12、第二热质交换设备15、第三节流部件203、闪蒸分离器14、第二节流部件202和室外换热器13组成高压缩比的压缩制热循环提供用户所需全部供热量。

二、制冷模式

太阳能集热单元只能独立工作，第四控制阀104和第五控制阀105开启，第一控制阀101、第二控制阀102和第三控制阀103均关闭，由太阳能集热器4、蓄水箱7、循环泵Ⅱ8、第四控制阀104和第五控制阀105组成太阳能集热单元，制取高温热水储存于蓄水箱7内实现蓄水箱7显热储能给用户提供卫生热水，提高太阳能集热器4的利用率。

热泵单元和相变储能单元联合工作，当热泵单元向相变储能槽3提供冷量时，第一节流部件201、第四节流部件204和第六控制阀106均开启，第二节流部件202和第三节流部件203关闭，高温高压的蒸汽态制冷剂从压缩机11的高压排气口通过管道，并依次连接四通换向阀12的高压气体入口和室外换热器13的制冷剂通道的一端口被冷凝成液体，经第一液体通道和第一节流部件201流入闪蒸分离器14后，分别流入闪蒸分离器14的一个液体流动通道和气体通道，气态制冷剂经气体通道并经第四节流部件204节流降压成较高压力的制冷剂后，流回压缩机11的中压吸气口，液态制冷剂经第二液体管道后经第六控制阀106和第二储能换热器2后流回压缩机11的中压吸气口，以组成中压压缩比或低压比的压缩制冷循环向相变储能槽3提供冷量实现相变储能槽3的相变蓄冷过程。

当热泵单元向用户端提供冷量时，第一节流部件201和第三节流部件203开启，第二节流部件202、第四节流部件204和第六控制阀106均关闭，高温高压的蒸汽态制冷剂从压缩机11的高压排气口通过管道依次连接四通换向阀12的高压气体入口和室外换热器13的制冷剂通道的一端口，被冷凝成液体经第一节流部件201流入闪蒸分离器14后，通过闪蒸分离器14的第三液体管道并经第三节流部件203节流降压后，进入第二热质交换设备15的制冷剂通道后，再经四通换向阀12流回压缩机11的低压吸气口，以组成高压缩比的压缩制冷循环向用户提供冷量。

当热泵单元同时向相变储能槽3供冷及用户端供冷时，第一节流部件201、第三节流部件203、第四节流部件204和第六控制阀106均开启，第二节流部件202关闭，由压缩机11、四通换向阀12、室外换热器13、第一节流部件201、第四节流部件204、闪蒸分离器14、第六控制阀106、第二储能换热器2和相变储能槽3组成中压缩比或低圧缩比的压缩制冷循环，向相变储能槽3提供冷量实现相变储能槽3的相变蓄冷过程，由压缩机11、四通换向阀12、室外换热器13、第一节流部件201、第三节流部件203、闪蒸分离器14和第二热质交换设备15组成高压缩比的压缩制冷循环，向用户端提供冷量，压缩机11实现梯级压缩过程，同时进行不同压缩比的压缩制冷循环，分别通过第二储能换热器2和第二热质交换设备15制取不同蒸发温度的冷量，来满足相变储能槽3蓄冷过程的冷量及用户端供冷需求，从而为建筑空调温湿度独立控制空调系统提供不同品位冷量，实现对建筑潜热负荷和显热负荷分开处理。

以上，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 (10)

1.一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：包括太阳能集热单元、热泵单元和相变储能单元；

所述相变储能单元包括相变储能槽、第一储能换热器和第二储能换热器，所述相变储能槽内用于填充相变储能填料，其中第一储能换热器和第二储能换热器设置在相变储能槽内并淹没在相变储能填料中；所述第一储能换热器的进口和出口两端分别与所述太阳能集热单元相连，所述第二储能换热器的进口和出口两端分别与所述热泵单元相连，所述相变储能单元用于在不同情况下，进行热量或冷量的储能和/或换热；

所述太阳能集热单元，包括太阳能集热器，用于吸收太阳能并转化为热能，从而向用户侧和/或相变储能单元供应热量；

所述热泵单元，包括相连接的压缩机和室外换热器，用于通过制热或制冷过程从而向用户侧和/或相变储能单元供应热量或冷量。

2.如权利要求1所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：所述太阳能集热单元包括太阳能集热器、循环泵Ⅰ和第一热质交换设备，所述循环泵Ⅰ与第一储能换热器的出口相连，循环泵Ⅰ的出口分为支路一和支路二，太阳能集热器的进口和出口分别与支路一和支路二对应连接，所述第一热质交换设备具有壳体和两个独立的换热通道，其中一个换热通道的进口与支路二相连，该换热通道的出口与第一储能换热器的进口相连。

3.如权利要求2所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：所述太阳能集热单元还包括蓄水箱和循环泵Ⅱ，所述太阳能集热器的出口端还与蓄水箱的进口相连，蓄水箱的出口通过循环泵Ⅱ与太阳能集热器的进口相连，从而使得太阳能集热器、蓄水箱和循环泵Ⅱ形成一循环回路。

4.如权利要求3所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：所述支路二上设置有第三控制阀，在太阳能集热器的进出口对应设置有第一控制阀和第二控制阀，蓄水箱的进口端通过第五控制阀连接在太阳能集热器和第二控制阀之间的管路上，循环泵Ⅱ通过第四控制阀连接在太阳能集热器和第一控制阀之间的管路上。

5.如权利要求4所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：所述热泵单元包括压缩机、四通换向阀、室外换热器、闪蒸分离器和第二热质交换设备，其中压缩机具有低压进气口、中压进气口和高压排气口；

四通换向阀具有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中第一端口为高压气态制冷剂进口，第二端口为低压气态制冷剂进口；

所述压缩机的高压排气口与四通换向阀的第一端口相连，四通换向阀的第四端口与第二热质交换设备的制冷剂通道一个端口相连，四通换向阀的第三端口与室外换热器的第一端相连，四通换向阀的第二端口与压缩机的低压进气口相连，所述第二热质交换设备的制冷剂通道另一端口与闪蒸分离器的第三液体管道接口相连，在第三液体管道上设置有第三节流部件，闪蒸分离器的第一液体管道与室外换热器的第二端相连，在第一液体管道上设置有第一节流部件，闪蒸分离器的气体管道与压缩机的中压进气口相连。

6.如权利要求5所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：在闪蒸分离器的气体管道上设置有第四节流部件。

7.如权利要求6所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：所述闪蒸分离器的第二液体管道出口分为两个支路，其中一个支路通过第六控制阀与第二储能换热器的进口相连，第二储能换热器的出口与压缩机的中压进气口相连。

8.如权利要求7所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：所述闪蒸分离器的第二液体管道的出口的另一个支路通过第二节流部件与室外换热器的第二端相连，第二节流部件的出口端和第一节流部件的进口端共接于室外换热器的第二端。

9.如权利要求7所述的一种多能互补的制冷/制热储能系统，其特征在于：所述第一热质交换设备为辐射板、板翅式换热器或翅片管式换热器；所述第二热质交换设备为板式换热器、管壳式换热器。

10.一种多能互补的制冷/制热储能系统的制冷制热方法，其特征在于：所述太阳能集热单元、热泵单元和相变储能单元三者根据不同情况采用联合运行方式或独立运行方式，具体如下：

一、制冷方法为：

太阳能集热单元独立工作，热泵单元和相变储能单元联合工作；具有如下运行方式：

（11）由太阳能集热器、蓄水箱、循环泵Ⅱ、第四控制阀和第五控制阀组成太阳能集热单元且独立运作，制取热水储存于蓄水箱内实现蓄水箱显热储能；

（12）、当热泵单元单独向相变储能槽提供冷量时，由压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一节流部件、第四节流部件、闪蒸分离器、第六控制阀、第二储能换热器和相变储能槽组成中压缩比或低圧缩比的压缩制冷循环，向相变储能槽提供冷量实现相变储能槽的相变蓄冷过程；

（13）、当热泵单元单独向用户侧提供冷量时，压缩机、四通换向阀、室外换热器、第一节流部件、第三节流部件、闪蒸分离器、第二热质交换设备组成高压缩比的压缩制冷循环向用户端提供冷量；

（14）、当热泵单元同时向相变储能槽供冷及用户侧供冷时，压缩机实现梯级压缩过程，同时进行不同压缩比的压缩制冷循环，分别通过第二储能换热器和第二热质交换设备制取不同蒸发温度的冷量来满足相变储能槽蓄冷过程的冷量及用户端供冷需求，从而为建筑空调温湿度独立控制空调系统提供不同品位冷量，实现对建筑潜热负荷和显热负荷分开处理；

二、制热方法为：

（21）、当太阳能充足时，太阳能集热单元提供热能用于蓄水箱显热储能、相变储能槽潜热储能和第一热质交换设备供热；

（22）、当太阳能不充足时，第一热质交换设备只能向用户提供部分供热量，热泵单元以制热模式工作，由压缩机、四通换向阀、第二热质交换设备、第三节流部件、闪蒸分离器、第二节流部件和室外换热器组成高压缩比的压缩制热循环，向用户提供其余部分供热量；

（23）、当无太阳能时且相变储能槽内的相变材料有相变储能时，相变储能槽内的相变材料经相变过程释放热量提供用户所需部分供热量，其余供热量由热泵单元从低温环境中空气获得，压缩机通过中压吸气口和低压吸气口进行不同压缩比的压缩制热循环，实现压缩机梯级压缩制热过程；

（24）、当无太阳能且相变储能槽内的相变材料没有相变储能时，由压缩机、四通换向阀、第二热质交换设备、第三节流部件、闪蒸分离器、第二节流部件、室外换热器组成高压缩比的压缩制热循环提供用户所需全部供热量。

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