CN114110846A - 一种蓄能热泵系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蓄能热泵系统及其控制方法，蓄能热泵系统包括：压缩机、室内换热器、室外换热器以及蓄能装置和控制阀组件，在昼间模式下控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过压缩机、室内换热器和蓄能装置后，再经过节流以及室外换热器后返回压缩机；在夜间模式下控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过压缩机和室内换热器后，再经过节流以及蓄能装置后返回压缩机。根据本发明使得热泵系统处于较高蒸发温度运行，制热效率高，节能效果好，该热泵系统运行压比小于常规热泵，特别是夜间优势明显，该热泵系统蒸发、冷凝压力更为稳定，显著降低机组核心部件(压缩机、节流阀等)的运行范围要求，整机成本下降。

Description

一种蓄能热泵系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，具体涉及一种蓄能热泵系统及其控制方法。
背景技术
热泵采暖系统相对于传统锅炉采暖，具有环保、节能、便于安装改造等诸多优势，随着我国“煤改电”政策的实施，北方冬季热泵采暖作为民生工程大规模普及。而作为民生工程，一旦热泵系统无法达到功能要求，轻则影响用户舒适性体验，重则威胁百姓的生命和财产安全。
我国北部地区冬季室外温度低，个别地区夜间最低温度可低至-30℃，已经接近甚至超过大多数制冷压缩机极限运行范围(如图1)，对热泵系统的低温制热能力和运行可靠性都是具有挑战性的。
从热泵理论循环分析，室外环境温度对热泵效率影响巨大。按照采暖室内供热温度20℃，冷凝/蒸发温度与环境温度温差5℃，运行工质为R410A冷媒，使用某排量定频压缩机的热泵机组，室外环境-30℃与10℃相比，理论运行参数如表1所示。
表1热泵机组理论运行参数
Figure BDA0003370560300000011
由数据可见，室外温度由10℃降低-30℃后，机组制热能力下降72.6％，达到相同制热量耗电量上升234％，运行压比上升322％。环境温度的降低，对机组的能力影响十分明显，而运行工况接近极限、运行压比上升对可靠性影响也是显而易见的。
由于现有技术中的蓄能式热泵在冬季制热采暖季，夜间环境温度低时，存在热泵效率低，耗电量大等技术问题，因此本发明研究设计出一种蓄能式热泵及其控制方法。
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蓄能式热泵在冬季制热且夜间环境温度低时，存在热泵效率低，耗电量大的缺陷，从而提供一种蓄能热泵系统及其控制方法。
为了解决上述问题，本发明提供一种蓄能热泵系统，其包括：
压缩机、室内换热器、室外换热器以及蓄能装置和控制阀组件，在昼间模式下所述控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机、所述室内换热器和所述蓄能装置后，再经过节流以及所述室外换热器后返回所述压缩机；在夜间模式下所述控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机和所述室内换热器后，再经过节流以及所述蓄能装置后返回所述压缩机。
在一些实施方式中，所述蓄能热泵系统还包括第一节流装置，所述控制阀组件包括第一四通阀和第一三通阀，通过所述第一四通阀的控制和所述第一三通阀的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置连通在所述室内换热器的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第一节流装置连通在所述蓄能装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器连通在所述第一节流装置的沿制冷剂流动方向的下游端；在夜间模式下时：所述第一节流装置连通在所述室内换热器的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置连通在所述第一节流装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器不连通。
在一些实施方式中，所述第一四通阀包括第一端、第二端、第三端和第四端，所述第一三通阀包括第五端、第六端和第七端，所述第一端能与所述室内换热器连通，所述第二端能与所述蓄能装置连通，所述第三端能与所述压缩机的吸气端连通，所述第四端能与所述第一三通阀的所述第七端连通；所述第五端与所述第一节流装置连通，所述第六端与所述室外换热器连通；在昼间模式下时，所述第一端与所述第二端连通，所述第三端与所述第四端连通，所述第五端与所述第六端连通，所述第七端不连通；在夜间模式下时，所述第一端与所述第四端连通，所述第二端与所述第三端连通，所述第五端与所述第七端连通，所述第六端不连通。
在一些实施方式中，还包括第一管路、第二管路、第三管路、第四管路和第五管路，所述第一管路的一端与所述压缩机的排气端连通、另一端连通至所述第一四通阀的所述第一端，所述室内换热器设置在所述第一管路上，所述第二管路的一端与所述第二端连通、另一端连通至所述第一三通阀的所述第五端，所述第二管路上串联设置有所述蓄能装置和所述第一节流装置，所述第三管路的一端与所述第四端连通、另一端与所述第七端连通，所述第四管路的一端与所述第三端连通、另一端与所述压缩机的吸气端连通，所述第五管路的一端与所述第六端连通、另一端与所述压缩机的吸气端连通，所述第五管路上设置所述室外换热器。
在一些实施方式中，所述控制阀组件包括第二三通阀和第三三通阀，所述蓄能热泵系统还包括第二节流装置和第三节流装置，通过所述第二三通阀的控制和所述第三三通阀的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置连通在所述室内换热器的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第三节流装置连通在所述蓄能装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器连通在所述第三节流装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第二节流装置不接通；在夜间模式下时：所述第二节流装置连通在所述室内换热器的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置连通在所述第二节流装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第三节流装置不连通，所述室外换热器不连通。
在一些实施方式中，所述第二三通阀包括第八端、第九端和第十端，所述第三三通阀包括第十一端、第十二端和第十三端，所述第二三通阀中，所述第八端能与所述室内换热器连通，所述第九端能与所述蓄能装置连通，所述第十端能与所述第二节流装置连通；所述第三三通阀中，所述第十一端能与所述蓄能装置连通，所述第十二端能与所述第三节流装置连通，所述第十三端能与所述压缩机的吸气端连通；在昼间模式下时，所述第八端与所述第九端连通，所述第十端不连通，所述第十一端与所述第十二端连通，所述第十三端不连通；在夜间模式下时，所述第八端与所述第十端连通，所述第九端不连通，所述第十一端与所述第十三端连通，所述第十二端不连通。
在一些实施方式中，还包括第六管路、第七管路、第八管路、第九管路、第十管路和第十一管路，所述第六管路的一端与所述压缩机的排气端连通、另一端与所述第二三通阀的所述第八端连通，所述第六管路上设置所述室内换热器，所述第七管路的一端与所述第九端连通、另一端与所述蓄能装置连通，所述第八管路的一端与所述第十端连通、另一端与所述蓄能装置连通，所述第八管路上设置所述第二节流装置，所述第九管路的一端与所述蓄能装置连通、另一端与所述第三三通阀的所述第十一端连通，所述第十管路的一端与所述第十三端连通、另一端与所述压缩机的吸气端连通，所述第十一管路的一端与所述第十二端连通、另一端连通至所述压缩机的吸气端，所述第十一管路上串联设置所述第三节流装置和所述室外换热器。
在一些实施方式中，所述控制阀组件包括第一两通阀、第二两通阀、第三两通阀和第四两通阀，所述蓄能热泵系统还包括第四节流装置和第五节流装置，通过所述第一两通阀、所述第二两通阀、所述第三两通阀和所述第四两通阀的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置连通在所述室内换热器的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第五节流装置连通在所述蓄能装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器连通在所述第五节流装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第四节流装置不接通；在夜间模式下时：所述第四节流装置连通在所述室内换热器的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置连通在所述第四节流装置的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第五节流装置不连通，所述室外换热器不连通。
在一些实施方式中，所述第一两通阀连通在所述第四节流装置与所述室内换热器之间，所述第一两通阀与所述第四节流装置串联后与所述第二两通阀并联，所述第四两通阀连通在所述蓄能装置与所述压缩机的吸气端之间，所述第三两通阀、所述第五节流装置和所述室外换热器串联后再与所述第四两通阀并联。
在一些实施方式中，还包括第十二管路、第十三管路、第十四管路、第十五管路和第十六管路，所述第十二管路的一端与所述压缩机的排气端连通、另一端与所述室内换热器连通，所述第十三管路的一端与所述室内换热器连通、另一端与所述蓄能装置连通，所述第一两通阀和所述第四节流装置串联设置在所述第十三管路上，所述第十四管路并联设置在所述第一两通阀和所述第四节流装置串联后的两端，且所述第十四管路上设置所述第二两通阀，所述第十五管路的一端与所述蓄能装置连通、另一端与所述压缩机的吸气端连通，所述第四两通阀设置在所述第十五管路上，所述第十六管路并联设置在所述第四两通阀的两端，且所述第十六管路上串联设置所述第三两通阀、所述第五节流装置和所述室外换热器。
本发明还提供一种如前任一项所述的蓄能热泵系统的控制方法，其包括：
检测步骤，检测室外温度T；
判断步骤，判断室外温度T与预设温度T设之间的关系；
控制步骤，当T＞T设时，控制系统进入昼间模式，使得制冷剂依次经过所述压缩机、所述室内换热器和所述蓄能装置后，再经过节流以及所述室外换热器后返回所述压缩机；当T≤T设时，控制系统进入夜间模式下，使得制冷剂依次经过所述压缩机和所述室内换热器后，再经过节流以及所述蓄能装置后返回所述压缩机。
在一些实施方式中，当所述控制阀组件包括第一四通阀和第一三通阀，且所述第一四通阀包括第一端、第二端、第三端和第四端，所述第一三通阀包括第五端、第六端和第七端时：
在昼间模式下时，控制所述第一端与所述第二端连通，所述第三端与所述第四端连通，控制所述第五端与所述第六端连通，所述第七端不连通；在夜间模式下时，控制所述第一端与所述第四端连通，所述第二端与所述第三端连通，控制所述第五端与所述第七端连通，所述第六端不连通。
在一些实施方式中，当所述控制阀组件包括第二三通阀和第三三通阀，且所述第二三通阀包括第八端、第九端和第十端，所述第三三通阀包括第十一端、第十二端和第十三端时：
在昼间模式下时，控制所述第八端与所述第九端连通，所述第十端不连通，控制所述第十一端与所述第十二端连通，所述第十三端不连通；在夜间模式下时，控制所述第八端与所述第十端连通，所述第九端不连通，控制所述第十一端与所述第十三端连通，所述第十二端不连通。
在一些实施方式中，当所述控制阀组件包括第一两通阀、第二两通阀、第三两通阀和第四两通阀时：
在昼间模式下时，控制所述第一两通阀关闭、控制所述第二两通阀打开，控制所述第三两通阀打开，控制所述第四两通阀关闭；在夜间模式下时，控制所述第一两通阀打开，控制所述第二两通阀关闭，控制所述第三两通阀关闭，控制所述第四两通阀打开。
本发明提供的一种蓄能热泵系统及其控制方法具有如下有益效果：
本发明提供一种蓄能热泵系统，通过设置蓄能装置和控制阀组件，并且控制阀组件能够控制管路使得昼间模式时制冷剂能够依次经过所述压缩机、所述室内换热器和所述蓄能装置后，再经过节流以及所述室外换热器后返回所述压缩机，能够在昼间模式下通过蓄能装置吸收制冷剂冷凝放热释放出的热量，而在夜间模式下能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机和所述室内换热器后，再经过节流以及所述蓄能装置后返回所述压缩机，从而使得在夜间模式下通过蓄能装置对制冷剂进行放热，制冷剂在蓄能装置处蒸发吸热，吸收的热量用来对室内换热器进行制热，使得在夜间模式下室外换热器不工作，不会从室外的较低环境温度空间中吸收热量，使得热泵系统处于较高蒸发温度运行，制热效率高，节能效果好，该热泵系统运行压比小于常规热泵，特别是夜间优势明显，该热泵系统蒸发、冷凝压力更为稳定，显著降低机组核心部件(压缩机、节流阀等)的运行范围要求，整机成本下降。
附图说明
图1为现有技术中的蓄热热泵的系统结构图；
图2为本发明实施例1的蓄热热泵在昼间模式下的系统结构图；
图3为本发明实施例1的蓄热热泵在夜间模式下的系统结构图；
图4为本发明实施例1的蓄热热泵在昼间模式下的系统压焓图；
图5为本发明实施例1的蓄热热泵在夜间模式下的系统压焓图；
图6为本发明实施例2的蓄热热泵在昼间模式下的系统结构图；
图7为本发明实施例2的蓄热热泵在夜间模式下的系统结构图；
图8为本发明实施例3的蓄热热泵在昼间模式下的系统结构图；
图9为本发明实施例3的蓄热热泵在夜间模式下的系统结构图。
附图标记表示为：
1、压缩机；2、室内换热器；3、第一节流装置；4、室外换热器；5、蓄能装置；6、第一四通阀；a1、第一端；b1、第二端；c1、第三端；d1、第四端；7、第一三通阀；a2、第五端；b2、第六端；c2、第七端；8、第二三通阀；a3、第八端；b3、第九端；c3、第十端；9、第三三通阀；a4、第十一端；b4、第十二端；c4、第十三端；10、第二节流装置；11、第三节流装置；12、第一两通阀；13、第二两通阀；14、第三两通阀；15、第四两通阀；16、第四节流装置；17、第五节流装置；101、第一管路；102、第二管路；103、第三管路；104、第四管路；105、第五管路；106、第六管路；107、第七管路；108、第八管路；109、第九管路；110、第十管路；111、第十一管路；112、第十二管路；113、第十三管路；114、第十四管路；115、第十五管路；116、第十六管路。
具体实施方式
如图2-9所示，本发明提供一种蓄能热泵系统，其包括：
压缩机1、室内换热器2、室外换热器4以及蓄能装置5和控制阀组件，在昼间模式下所述控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机1、所述室内换热器2和所述蓄能装置5后，再经过节流以及所述室外换热器4后返回所述压缩机1；在夜间模式下所述控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机1和所述室内换热器2后，再经过节流以及所述蓄能装置5后返回所述压缩机1。
本发明提供一种蓄能热泵系统，通过设置蓄能装置和控制阀组件，并且控制阀组件能够控制管路使得昼间模式时制冷剂能够依次经过所述压缩机、所述室内换热器和所述蓄能装置后，再经过节流以及所述室外换热器后返回所述压缩机，能够在昼间模式下通过蓄能装置吸收制冷剂冷凝放热释放出的热量，而在夜间模式下能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机和所述室内换热器后，再经过节流以及所述蓄能装置后返回所述压缩机，从而使得在夜间模式下通过蓄能装置对制冷剂进行放热，制冷剂在蓄能装置处蒸发吸热，吸收的热量用来对室内换热器进行制热，使得在夜间模式下室外换热器不工作，不会从室外的较低环境温度空间中吸收热量，使得热泵系统处于较高蒸发温度运行，制热效率高，节能效果好，该热泵系统运行压比小于常规热泵，特别是夜间优势明显，该热泵系统蒸发、冷凝压力更为稳定，显著降低机组核心部件(压缩机、节流阀等)的运行范围要求，整机成本下降。
本发明提出的一种蓄能式热泵及其控制方法，可调节机组的运行工况、降低极限运行压缩比，降低热泵采暖系统对压缩机、节流阀等关键零部件的运行范围要求，提高机组可靠性，节约整机成本。同时，提高机组综合制热能力、节能省电，减小环境温度、特别是夜间低温对机组的影响。
图4压焓图表征昼间热泵工作情况，正常热泵按照1-2-3-4-1循环，在四个部件经历四个热力过程，分别对应：压缩机中的压缩过程1～2，冷凝器中的冷凝冷却过程2～3，节流阀中的节流降压过程3～4，蒸发器中的蒸发过程4～1。在循环中，蒸发器从外界环境吸热、冷凝器向供暖方向放热，达到热泵采暖的目的。
本发明热泵昼间按照1’-2’-3-3’-4’-1’循环，相较于正常热泵系统，本发明热泵内制冷剂出内机后在蓄热装置继续放热3～3’。蓄热装置出口制冷机状态3’与换热装置换热系数、面积、相变温度等参数相关；另外，两个系统经历相同的压缩热力过程(1～2＝1’～2’)，这意味着本发明昼间模式不会带来额外的压缩机功耗。
图5压焓图表征夜间热泵工作情况，正常热泵按照1”-2”-3”-4”-1”循环，本发明热泵按照1”’-2”’-3”’-4”’-1”’循环。区别在于本发明热泵制冷剂在蓄热装置中完成蒸发过程，由于蓄热装置相变温度高于外界环境，相比于常规热泵，蒸发温度更高。机组制热能力提高、制热耗电量降低，压缩机运行压力比降低、机组可靠性更高。
实施例1，如图2-3，在一些实施方式中，所述蓄能热泵系统还包括第一节流装置3，所述控制阀组件包括第一四通阀6和第一三通阀7，通过所述第一四通阀6的控制和所述第一三通阀7的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置5连通在所述室内换热器2的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第一节流装置3连通在所述蓄能装置5的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器4连通在所述第一节流装置3的沿制冷剂流动方向的下游端；在夜间模式下时：所述第一节流装置3连通在所述室内换热器2的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置5连通在所述第一节流装置3的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器4不连通。本发明通过第一四通阀和第一三通阀的设置能够通过二者的切换控制有效实现昼间模式和夜间模式之间的切换，使得在昼间模式下蓄能装置位于室内换热器的下游、节流装置的上游，通过蓄能装置储蓄热量；而在夜间模式下蓄能装置位于节流装置的下游，仅通过蓄能装置对室内换热器提供热量，以提高室内换热的蒸发温度，提高制热效率，提高系统能效。
在一些实施方式中，所述第一四通阀6包括第一端a1、第二端b1、第三端c1和第四端d1，所述第一三通阀7包括第五端a2、第六端b2和第七端c2，所述第一端a1能与所述室内换热器2连通，所述第二端b1能与所述蓄能装置5连通，所述第三端c1能与所述压缩机1的吸气端连通，所述第四端d1能与所述第一三通阀7的所述第七端c2连通；所述第五端a2与所述第一节流装置3连通，所述第六端b2与所述室外换热器4连通；在昼间模式下时，所述第一端a1与所述第二端b1连通，所述第三端c1与所述第四端d1连通，所述第五端a2与所述第六端b2连通，所述第七端c2不连通；在夜间模式下时，所述第一端a1与所述第四端d1连通，所述第二端b1与所述第三端c1连通，所述第五端a2与所述第七端c2连通，所述第六端b2不连通。
这是本发明的第一四通阀和第一三通阀的进一步优选结构形式和连接方式，能够实现昼间模式下蓄能装置位于室内换热器的下游、节流装置的上游，通过蓄能装置储蓄热量；而在夜间模式下蓄能装置位于节流装置的下游，仅通过蓄能装置对室内换热器提供热量，以提高室内换热的蒸发温度，提高制热效率，提高系统能效。
在一些实施方式中，还包括第一管路101、第二管路102、第三管路103、第四管路104和第五管路105，所述第一管路101的一端与所述压缩机1的排气端连通、另一端连通至所述第一四通阀6的所述第一端a1，所述室内换热器2设置在所述第一管路101上，所述第二管路102的一端与所述第二端b1连通、另一端连通至所述第一三通阀7的所述第五端a2，所述第二管路102上串联设置有所述蓄能装置5和所述第一节流装置3，所述第三管路103的一端与所述第四端d1连通、另一端与所述第七端c2连通，所述第四管路104的一端与所述第三端c1连通、另一端与所述压缩机1的吸气端连通，所述第五管路105的一端与所述第六端b2连通、另一端与所述压缩机1的吸气端连通，所述第五管路105上设置所述室外换热器4。这是本发明的实施例1的优选管路结构形式以及连接方式，通过第一至第无法管路的设置，使得压缩机、室内换热器、蓄能装置、节流装置以及室外换热器连接为一个循环系统中，有效地实现昼间模式下通过蓄能装置储蓄热量，夜间模式下仅通过蓄能装置放出热量以对室内进行制热，提高系统的能效。
实施例2，如图6-7，在一些实施方式中，所述控制阀组件包括第二三通阀8和第三三通阀9，所述蓄能热泵系统还包括第二节流装置10和第三节流装置11，通过所述第二三通阀8的控制和所述第三三通阀9的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置5连通在所述室内换热器2的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第三节流装置11连通在所述蓄能装置5的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器4连通在所述第三节流装置11的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第二节流装置10不接通；在夜间模式下时：所述第二节流装置10连通在所述室内换热器2的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置5连通在所述第二节流装置10的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第三节流装置11不连通，所述室外换热器4不连通。这是本发明的实施例2的优选结构形式，通过第二三通阀和第三三通阀的设置能够通过二者的切换控制有效实现昼间模式和夜间模式之间的切换，使得在昼间模式下蓄能装置位于室内换热器的下游、节流装置的上游，通过蓄能装置储蓄热量；而在夜间模式下蓄能装置位于节流装置的下游，仅通过蓄能装置对室内换热器提供热量，以提高室内换热的蒸发温度，提高制热效率，提高系统能效。
在一些实施方式中，所述第二三通阀8包括第八端a3、第九端b3和第十端c3，所述第三三通阀9包括第十一端a4、第十二端b4和第十三端c4，所述第二三通阀8中，所述第八端a3能与所述室内换热器2连通，所述第九端b3能与所述蓄能装置5连通，所述第十端c3能与所述第二节流装置10连通；所述第三三通阀9中，所述第十一端a4能与所述蓄能装置5连通，所述第十二端b4能与所述第三节流装置11连通，所述第十三端c4能与所述压缩机1的吸气端连通；在昼间模式下时，所述第八端a3与所述第九端b3连通，所述第十端c3不连通，所述第十一端a4与所述第十二端b4连通，所述第十三端c4不连通；在夜间模式下时，所述第八端a3与所述第十端c3连通，所述第九端b3不连通，所述第十一端a4与所述第十三端c4连通，所述第十二端b4不连通。
这是本发明实施例2下的第二三通阀和第三三通阀的进一步优选结构形式和连接方式，能够实现昼间模式下蓄能装置位于室内换热器的下游、节流装置的上游，通过蓄能装置储蓄热量；而在夜间模式下蓄能装置位于节流装置的下游，仅通过蓄能装置对室内换热器提供热量，以提高室内换热的蒸发温度，提高制热效率，提高系统能效。
在一些实施方式中，还包括第六管路106、第七管路107、第八管路108、第九管路109、第十管路110和第十一管路111，所述第六管路106的一端与所述压缩机1的排气端连通、另一端与所述第二三通阀8的所述第八端a3连通，所述第六管路106上设置所述室内换热器2，所述第七管路107的一端与所述第九端b3连通、另一端与所述蓄能装置5连通，所述第八管路108的一端与所述第十端c3连通、另一端与所述蓄能装置5连通，所述第八管路108上设置所述第二节流装置10，所述第九管路109的一端与所述蓄能装置5连通、另一端与所述第三三通阀9的所述第十一端a4连通，所述第十管路110的一端与所述第十三端c4连通、另一端与所述压缩机1的吸气端连通，所述第十一管路111的一端与所述第十二端b4连通、另一端连通至所述压缩机1的吸气端，所述第十一管路111上串联设置所述第三节流装置11和所述室外换热器4。这是本发明的实施例2的优选管路结构形式以及连接方式，通过第六至第十一管路的设置，使得压缩机、室内换热器、蓄能装置、节流装置以及室外换热器连接为一个循环系统中，有效地实现昼间模式下通过蓄能装置储蓄热量，夜间模式下仅通过蓄能装置放出热量以对室内进行制热，提高系统的能效。
实施例3，如图8-9，在一些实施方式中，所述控制阀组件包括第一两通阀12、第二两通阀13、第三两通阀14和第四两通阀15，所述蓄能热泵系统还包括第四节流装置16和第五节流装置17，通过所述第一两通阀12、所述第二两通阀13、所述第三两通阀14和所述第四两通阀15的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置5连通在所述室内换热器2的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第五节流装置17连通在所述蓄能装置5的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器4连通在所述第五节流装置17的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第四节流装置16不接通；在夜间模式下时：所述第四节流装置16连通在所述室内换热器2的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置5连通在所述第四节流装置16的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第五节流装置17不连通，所述室外换热器4不连通。这是本发明的实施例3的优选结构形式，通过第一至第四两通阀的设置能够通过四个两通阀的切换控制有效实现昼间模式和夜间模式之间的切换，使得在昼间模式下蓄能装置位于室内换热器的下游、节流装置的上游，通过蓄能装置储蓄热量；而在夜间模式下蓄能装置位于节流装置的下游，仅通过蓄能装置对室内换热器提供热量，以提高室内换热的蒸发温度，提高制热效率，提高系统能效。
在一些实施方式中，所述第一两通阀12连通在所述第四节流装置16与所述室内换热器2之间，所述第一两通阀12与所述第四节流装置16串联后与所述第二两通阀13并联，所述第四两通阀15连通在所述蓄能装置5与所述压缩机1的吸气端之间，所述第三两通阀14、所述第五节流装置17和所述室外换热器4串联后再与所述第四两通阀15并联。
这是本发明实施例3下的第一至第四两通阀的进一步优选结构形式和连接方式，能够实现昼间模式下蓄能装置位于室内换热器的下游、节流装置的上游，通过蓄能装置储蓄热量；而在夜间模式下蓄能装置位于节流装置的下游，仅通过蓄能装置对室内换热器提供热量，以提高室内换热的蒸发温度，提高制热效率，提高系统能效。
在一些实施方式中，还包括第十二管路112、第十三管路113、第十四管路114、第十五管路115和第十六管路116，所述第十二管路112的一端与所述压缩机1的排气端连通、另一端与所述室内换热器2连通，所述第十三管路113的一端与所述室内换热器2连通、另一端与所述蓄能装置5连通，所述第一两通阀12和所述第四节流装置16串联设置在所述第十三管路113上，所述第十四管路114并联设置在所述第一两通阀12和所述第四节流装置16串联后的两端，且所述第十四管路114上设置所述第二两通阀13，所述第十五管路115的一端与所述蓄能装置5连通、另一端与所述压缩机1的吸气端连通，所述第四两通阀15设置在所述第十五管路115上，所述第十六管路116并联设置在所述第四两通阀15的两端，且所述第十六管路116上串联设置所述第三两通阀14、所述第五节流装置17和所述室外换热器4。
这是本发明的实施例3的优选管路结构形式以及连接方式，通过第十二至第十六管路的设置，使得压缩机、室内换热器、蓄能装置、节流装置以及室外换热器连接为一个循环系统中，有效地实现昼间模式下通过蓄能装置储蓄热量，夜间模式下仅通过蓄能装置放出热量以对室内进行制热，提高系统的能效。
本发明还提供一种如前任一项所述的蓄能热泵系统的控制方法，其包括：
检测步骤，检测室外温度T；
判断步骤，判断室外温度T与预设温度T设之间的关系；
控制步骤，当T＞T设时，控制系统进入昼间模式，使得制冷剂依次经过所述压缩机1、所述室内换热器2和所述蓄能装置5后，再经过节流以及所述室外换热器4后返回所述压缩机1；当T≤T设时，控制系统进入夜间模式下，使得制冷剂依次经过所述压缩机1和所述室内换热器2后，再经过节流以及所述蓄能装置5后返回所述压缩机1。
本发明提出一种工作介质为制冷剂的蓄能式热泵采暖系统，具有蓄热储能部件及具有联动关系的模式切换控制阀组。
通过定时或检测外界环境温度，执行阀门开关或换向，可以实现如下控制：
昼间模式，按照冷媒流动方向，蓄热装置位于冷凝侧室内换热器下游，热泵在向室内环境供热后继续将热量储存至蓄热装置；夜间模式，蓄热装置位于蒸发侧，且室外蒸发器不工作，全部制冷剂在蓄热装置中完成蒸发过程。使得在夜间模式下室外换热器不工作，不会从室外的较低环境温度空间中吸收热量，使得热泵系统处于较高蒸发温度运行，制热效率高，节能效果好，该热泵系统运行压比小于常规热泵，特别是夜间优势明显，该热泵系统蒸发、冷凝压力更为稳定，显著降低机组核心部件(压缩机、节流阀等)的运行范围要求，整机成本下降。
蓄热装置优选相变蓄热材料，要求相变温度或工作温度高于采暖季最高室外环境温度且低于室内最低设定温度(高于室内设定温度会影响供热时的内机供热效果(在室内机的下游)，低于外部环境温度，夜间模式会加大系统运行压比，无法实现发明有益效果)，蓄热装置的容量大小必须大于一个完整夜间模式工作周期的取热需求(夜间供热时，全部制冷剂在蓄热装置中蒸发，也就是说夜间蓄热装置为唯一热源)。
在一些实施方式中，当所述控制阀组件包括第一四通阀6和第一三通阀7，且所述第一四通阀6包括第一端a1、第二端b1、第三端c1和第四端d1，所述第一三通阀7包括第五端a2、第六端b2和第七端c2时：
在昼间模式下时，控制所述第一端a1与所述第二端b1连通，所述第三端c1与所述第四端d1连通，控制所述第五端a2与所述第六端b2连通，所述第七端c2不连通；在夜间模式下时，控制所述第一端a1与所述第四端d1连通，所述第二端b1与所述第三端c1连通，控制所述第五端a2与所述第七端c2连通，所述第六端b2不连通。
图1为常规热泵系统工作流程图，仅标示了最为关键的四大部件(压缩机1、内机冷凝器(室内换热器2)、节流阀(第一节流装置3)、外机蒸发器(室外换热器4))；图2和图3分别为本发明热泵系统昼间和夜间工作流程图，图中实线为工作通路，虚线管路不工作。相对于常规热泵，本发明增加了蓄能装置5(即蓄热装置)及模式切换控制阀门。为减小蓄热装置体积，优选采用相变蓄热材料，推荐相变温度高于采暖季最高室外环境温度且低于室内最低设定温度，蓄热装置的容量大小必须大于一个完整夜间模式工作周期的取热需求。
两种模式切换可按照定时设定，例如：6:00～20:00为昼间模式，20:00～6:00为夜间模式；也可通过外界环境温度选择，环境温度高时执行昼间模式、环境温度低时执行夜间模式。
昼间模式运行时，经压缩的制冷剂从压缩机1排出，依次通过内机冷凝器、第一四通阀和蓄热装置放热冷却，再经过节流阀降压后，经第一三通阀通道进入外机蒸发器吸热蒸发后流入压缩机吸气口完成一次循环。
夜间模式运行时，第一四通阀6和第一三通阀7联动切换，经压缩的制冷剂从压缩机1排出，在内机冷凝器放热冷却后经过第一四通阀和第一三通阀通道进入节流阀降压，低压的制冷剂蒸气在蓄热装置中吸热蒸发，最后通过第一四通阀通道进入压缩机吸气口完成循环。此模式下，外机蒸发器处于停机状态、不工作。
图4压焓图表征昼间热泵工作情况，正常热泵按照1-2-3-4-1循环，在四个部件经历四个热力过程，分别对应：压缩机中的压缩过程1～2，冷凝器中的冷凝冷却过程2～3，节流阀中的节流降压过程3～4，蒸发器中的蒸发过程4～1。在循环中，蒸发器从外界环境吸热、冷凝器向供暖方向放热，达到热泵采暖的目的。
本发明热泵昼间按照1’-2’-3-3’-4’-1’循环，相较于正常热泵系统，本发明热泵内制冷剂出内机后在蓄热装置继续放热3～3’。蓄热装置出口制冷机状态3’与换热装置换热系数、面积、相变温度等参数相关；另外，两个系统经历相同的压缩热力过程(1～2＝1’～2’)，这意味着本发明昼间模式不会带来额外的压缩机功耗。
图5压焓图表征夜间热泵工作情况，正常热泵按照1”-2”-3”-4”-1”循环，本发明热泵按照1”’-2”’-3”’-4”’-1”’循环。区别在于本发明热泵制冷剂在蓄热装置中完成蒸发过程，由于蓄热装置相变温度高于外界环境，相比于常规热泵，蒸发温度更高。机组制热能力提高、制热耗电量降低，压缩机运行压力比降低、机组可靠性更高。
图6、图7为本发明实施例2
在一些实施方式中，当所述控制阀组件包括第二三通阀8和第三三通阀9，且所述第二三通阀8包括第八端a3、第九端b3和第十端c3，所述第三三通阀9包括第十一端a4、第十二端b4和第十三端c4时：
在昼间模式下时，控制所述第八端a3与所述第九端b3连通，所述第十端c3不连通，控制所述第十一端a4与所述第十二端b4连通，所述第十三端c4不连通；在夜间模式下时，控制所述第八端a3与所述第十端c3连通，所述第九端b3不连通，控制所述第十一端a4与所述第十三端c4连通，所述第十二端b4不连通。
相比于实施例1，本例昼间和夜间使用两个节流阀，并使用两个三位两通阀实现模式切换功能。昼间运行模式，蓄能装置5处于冷凝侧储能，外机蒸发器正常工作；夜间运行模式，蓄能装置5处于蒸发侧放热，外机蒸发器不工作。
图8、图9为本发明实施例3
在一些实施方式中，当所述控制阀组件包括第一两通阀12、第二两通阀13、第三两通阀14和、第四两通阀15时：
在昼间模式下时，控制所述第一两通阀12关闭、控制所述第二两通阀13打开，控制所述第三两通阀14打开，控制所述第四两通阀15关闭；在夜间模式下时，控制所述第一两通阀12打开，控制所述第二两通阀13关闭，控制所述第三两通阀14关闭，控制所述第四两通阀15打开。
相比于实施例2，本例使用四个两通阀实现模式切换功能。昼间运行模式，蓄能装置5处于冷凝侧储能，外机蒸发器正常工作；夜间运行模式，蓄能装置5处于蒸发侧放热，节外机蒸发器不工作。
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)

1.一种蓄能热泵系统，其特征在于：包括：
压缩机(1)、室内换热器(2)、室外换热器(4)以及蓄能装置(5)和控制阀组件，在昼间模式下所述控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机(1)、所述室内换热器(2)和所述蓄能装置(5)后，再经过节流以及所述室外换热器(4)后返回所述压缩机(1)；在夜间模式下所述控制阀组件能够控制管路使得制冷剂依次经过所述压缩机(1)和所述室内换热器(2)后，再经过节流以及所述蓄能装置(5)后返回所述压缩机(1)。
2.根据权利要求1所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
所述蓄能热泵系统还包括第一节流装置(3)，所述控制阀组件包括第一四通阀(6)和第一三通阀(7)，通过所述第一四通阀(6)的控制和所述第一三通阀(7)的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置(5)连通在所述室内换热器(2)的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第一节流装置(3)连通在所述蓄能装置(5)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器(4)连通在所述第一节流装置(3)的沿制冷剂流动方向的下游端；在夜间模式下时：所述第一节流装置(3)连通在所述室内换热器(2)的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置(5)连通在所述第一节流装置(3)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器(4)不连通。
3.根据权利要求2所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
所述第一四通阀(6)包括第一端(a1)、第二端(b1)、第三端(c1)和第四端(d1)，所述第一三通阀(7)包括第五端(a2)、第六端(b2)和第七端(c2)，所述第一端(a1)能与所述室内换热器(2)连通，所述第二端(b1)能与所述蓄能装置(5)连通，所述第三端(c1)能与所述压缩机(1)的吸气端连通，所述第四端(d1)能与所述第一三通阀(7)的所述第七端(c2)连通；所述第五端(a2)与所述第一节流装置(3)连通，所述第六端(b2)与所述室外换热器(4)连通；在昼间模式下时，所述第一端(a1)与所述第二端(b1)连通，所述第三端(c1)与所述第四端(d1)连通，所述第五端(a2)与所述第六端(b2)连通，所述第七端(c2)不连通；在夜间模式下时，所述第一端(a1)与所述第四端(d1)连通，所述第二端(b1)与所述第三端(c1)连通，所述第五端(a2)与所述第七端(c2)连通，所述第六端(b2)不连通。
4.根据权利要求3所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
还包括第一管路(101)、第二管路(102)、第三管路(103)、第四管路(104)和第五管路(105)，所述第一管路(101)的一端与所述压缩机(1)的排气端连通、另一端连通至所述第一四通阀(6)的所述第一端(a1)，所述室内换热器(2)设置在所述第一管路(101)上，所述第二管路(102)的一端与所述第二端(b1)连通、另一端连通至所述第一三通阀(7)的所述第五端(a2)，所述第二管路(102)上串联设置有所述蓄能装置(5)和所述第一节流装置(3)，所述第三管路(103)的一端与所述第四端(d1)连通、另一端与所述第七端(c2)连通，所述第四管路(104)的一端与所述第三端(c1)连通、另一端与所述压缩机(1)的吸气端连通，所述第五管路(105)的一端与所述第六端(b2)连通、另一端与所述压缩机(1)的吸气端连通，所述第五管路(105)上设置所述室外换热器(4)。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
所述控制阀组件包括第二三通阀(8)和第三三通阀(9)，所述蓄能热泵系统还包括第二节流装置(10)和第三节流装置(11)，通过所述第二三通阀(8)的控制和所述第三三通阀(9)的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置(5)连通在所述室内换热器(2)的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第三节流装置(11)连通在所述蓄能装置(5)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器(4)连通在所述第三节流装置(11)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第二节流装置(10)不接通；在夜间模式下时：所述第二节流装置(10)连通在所述室内换热器(2)的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置(5)连通在所述第二节流装置(10)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第三节流装置(11)不连通，所述室外换热器(4)不连通。
6.根据权利要求5所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
所述第二三通阀(8)包括第八端(a3)、第九端(b3)和第十端(c3)，所述第三三通阀(9)包括第十一端(a4)、第十二端(b4)和第十三端(c4)，所述第二三通阀(8)中，所述第八端(a3)能与所述室内换热器(2)连通，所述第九端(b3)能与所述蓄能装置(5)连通，所述第十端(c3)能与所述第二节流装置(10)连通；所述第三三通阀(9)中，所述第十一端(a4)能与所述蓄能装置(5)连通，所述第十二端(b4)能与所述第三节流装置(11)连通，所述第十三端(c4)能与所述压缩机(1)的吸气端连通；在昼间模式下时，所述第八端(a3)与所述第九端(b3)连通，所述第十端(c3)不连通，所述第十一端(a4)与所述第十二端(b4)连通，所述第十三端(c4)不连通；在夜间模式下时，所述第八端(a3)与所述第十端(c3)连通，所述第九端(b3)不连通，所述第十一端(a4)与所述第十三端(c4)连通，所述第十二端(b4)不连通。
7.根据权利要求6所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
还包括第六管路(106)、第七管路(107)、第八管路(108)、第九管路(109)、第十管路(110)和第十一管路(111)，所述第六管路(106)的一端与所述压缩机(1)的排气端连通、另一端与所述第二三通阀(8)的所述第八端(a3)连通，所述第六管路(106)上设置所述室内换热器(2)，所述第七管路(107)的一端与所述第九端(b3)连通、另一端与所述蓄能装置(5)连通，所述第八管路(108)的一端与所述第十端(c3)连通、另一端与所述蓄能装置(5)连通，所述第八管路(108)上设置所述第二节流装置(10)，所述第九管路(109)的一端与所述蓄能装置(5)连通、另一端与所述第三三通阀(9)的所述第十一端(a4)连通，所述第十管路(110)的一端与所述第十三端(c4)连通、另一端与所述压缩机(1)的吸气端连通，所述第十一管路(111)的一端与所述第十二端(b4)连通、另一端连通至所述压缩机(1)的吸气端，所述第十一管路(111)上串联设置所述第三节流装置(11)和所述室外换热器(4)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
所述控制阀组件包括第一两通阀(12)、第二两通阀(13)、第三两通阀(14)和第四两通阀(15)，所述蓄能热泵系统还包括第四节流装置(16)和第五节流装置(17)，通过所述第一两通阀(12)、所述第二两通阀(13)、所述第三两通阀(14)和所述第四两通阀(15)的控制能够使得所述蓄能热泵系统运行在所述昼间模式或夜间模式，在昼间模式下时：所述蓄能装置(5)连通在所述室内换热器(2)的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述第五节流装置(17)连通在所述蓄能装置(5)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述室外换热器(4)连通在所述第五节流装置(17)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第四节流装置(16)不接通；在夜间模式下时：所述第四节流装置(16)连通在所述室内换热器(2)的沿制冷剂流动方向的下游端，同时所述蓄能装置(5)连通在所述第四节流装置(16)的沿制冷剂流动方向的下游端，所述第五节流装置(17)不连通，所述室外换热器(4)不连通。
9.根据权利要求8所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
所述第一两通阀(12)连通在所述第四节流装置(16)与所述室内换热器(2)之间，所述第一两通阀(12)与所述第四节流装置(16)串联后与所述第二两通阀(13)并联，所述第四两通阀(15)连通在所述蓄能装置(5)与所述压缩机(1)的吸气端之间，所述第三两通阀(14)、所述第五节流装置(17)和所述室外换热器(4)串联后再与所述第四两通阀(15)并联。
10.根据权利要求9所述的蓄能热泵系统，其特征在于：
还包括第十二管路(112)、第十三管路(113)、第十四管路(114)、第十五管路(115)和第十六管路(116)，所述第十二管路(112)的一端与所述压缩机(1)的排气端连通、另一端与所述室内换热器(2)连通，所述第十三管路(113)的一端与所述室内换热器(2)连通、另一端与所述蓄能装置(5)连通，所述第一两通阀(12)和所述第四节流装置(16)串联设置在所述第十三管路(113)上，所述第十四管路(114)并联设置在所述第一两通阀(12)和所述第四节流装置(16)串联后的两端，且所述第十四管路(114)上设置所述第二两通阀(13)，所述第十五管路(115)的一端与所述蓄能装置(5)连通、另一端与所述压缩机(1)的吸气端连通，所述第四两通阀(15)设置在所述第十五管路(115)上，所述第十六管路(116)并联设置在所述第四两通阀(15)的两端，且所述第十六管路(116)上串联设置所述第三两通阀(14)、所述第五节流装置(17)和所述室外换热器(4)。
11.一种如权利要求1-10中任一项所述的蓄能热泵系统的控制方法，其特征在于：包括：
检测步骤，检测室外温度T；
判断步骤，判断室外温度T与预设温度T设之间的关系；
控制步骤，当T＞T设时，控制系统进入昼间模式，使得制冷剂依次经过所述压缩机(1)、所述室内换热器(2)和所述蓄能装置(5)后，再经过节流以及所述室外换热器(4)后返回所述压缩机(1)；当T≤T设时，控制系统进入夜间模式下，使得制冷剂依次经过所述压缩机(1)和所述室内换热器(2)后，再经过节流以及所述蓄能装置(5)后返回所述压缩机(1)。
12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：
当所述控制阀组件包括第一四通阀(6)和第一三通阀(7)，且所述第一四通阀(6)包括第一端(a1)、第二端(b1)、第三端(c1)和第四端(d1)，所述第一三通阀(7)包括第五端(a2)、第六端(b2)和第七端(c2)时：
在昼间模式下时，控制所述第一端(a1)与所述第二端(b1)连通，所述第三端(c1)与所述第四端(d1)连通，控制所述第五端(a2)与所述第六端(b2)连通，所述第七端(c2)不连通；在夜间模式下时，控制所述第一端(a1)与所述第四端(d1)连通，所述第二端(b1)与所述第三端(c1)连通，控制所述第五端(a2)与所述第七端(c2)连通，所述第六端(b2)不连通。
13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：
当所述控制阀组件包括第二三通阀(8)和第三三通阀(9)，且所述第二三通阀(8)包括第八端(a3)、第九端(b3)和第十端(c3)，所述第三三通阀(9)包括第十一端(a4)、第十二端(b4)和第十三端(c4)时：
在昼间模式下时，控制所述第八端(a3)与所述第九端(b3)连通，所述第十端(c3)不连通，控制所述第十一端(a4)与所述第十二端(b4)连通，所述第十三端(c4)不连通；在夜间模式下时，控制所述第八端(a3)与所述第十端(c3)连通，所述第九端(b3)不连通，控制所述第十一端(a4)与所述第十三端(c4)连通，所述第十二端(b4)不连通。
14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：
当所述控制阀组件包括第一两通阀(12)、第二两通阀(13)、第三两通阀(14)和、第四两通阀(15)时：
在昼间模式下时，控制所述第一两通阀(12)关闭、控制所述第二两通阀(13)打开，控制所述第三两通阀(14)打开，控制所述第四两通阀(15)关闭；在夜间模式下时，控制所述第一两通阀(12)打开，控制所述第二两通阀(13)关闭，控制所述第三两通阀(14)关闭，控制所述第四两通阀(15)打开。
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