CN1595018A - 风冷热泵蓄能空调机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种一种风冷热泵蓄能空调机，由室外机组、室内机组和蓄能装置构成，室外机组包括压缩机1、冷剂泵2、室外换热器3、节流阀4－5、四通换向阀6和电磁阀7－10；室内机组包括室内换热器11和节流阀12；蓄能装置包括蓄能槽13、蓄能盘管14和蓄能材料15。本发明的优点是：削峰填谷、平衡电力负荷。蓄能空调是用电负荷需求削峰填谷的强有力措施。减少机组装机容量、节省空调用户的电力花费。应用蓄能空调技术，可扩大空调区域使用面积。解决现有热泵型空调机除霜频繁、制热效果差等不足，在室外环境温度低于－10℃的情况下，仍能正常向室内供热。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种空调机，特别是一种风冷热泵蓄能空调机。
二、背景技术
自改革开放以来，我国的综合国力和人民生活水平都有较大程度的提高。电力工业作为国民经济的基础产业之一，已取得长足发展。但是，电力的增长仍然满足不了国民经济的快速发展和人民生活用电急剧增长的需要，全国缺电局面仍然存在，且呈越来越严重的趋势。目前，电力供应紧张主要表现在下述方面：1、电网负荷率低，系统峰谷差加大，高峰电力严重不足，致使电网经常拉闸限电。峰谷差占高峰负荷的比例已高达30％以上。2、城市电力消费增长迅速，而城市电网不能适应，造成有电送不出、配不下的局面。夏季高温天气，许多城市都出现配电设备超载运行情况。3、在建筑能耗中，空调制冷用电尤其值得关注。2002年夏季降温，全国各电网空调制冷负荷共达4500万千瓦。2003年夏季，高温酷暑，多数电网负荷又连创历史新高，全国电网差不多全面告急，至少有10个省市仍不得不拉闸限电，各电网高峰负荷中约有1/3都属于空调制冷负荷。
解决电力不足的问题，一方面是靠增加对电力的投入，多装机组。另一方面还要通过经济的、技术的、行政的和法律的手段，鼓励用户节约用电，移峰填谷，充分利用现有电力资源，大力开发低谷用电。
为鼓励用户移峰填谷，电力部门已经会同地方制定峰谷电价政策，将高峰电价与低谷电价拉开，使低谷电价只相当高峰电价的1/3-1/5，鼓励用户使用低谷电，这项政策目前已在部分地区实施，并将推广至全国。
在电力供应紧张的情况下，由于峰谷电价政策的实施，为蓄冷空调技术提供了广阔的发展前景。
所谓蓄能空调是指在夜间电网低谷时间(同时也是空调负荷很低的时间)，制冷主机开机制冷(热)并由蓄能设备将冷(热)量储存起来，待白天电网高峰用电时间(同时也是空调负荷高峰时间)，再将冷(热)量释放出来满足高峰空调负荷的需要。这样，制冷系统的大部分耗电发生在夜间用电低峰期，而在白天用电高峰期只有辅助设备在运行，从而实现用电负荷“移峰填谷”。
据《暖通空调》杂志1996年第3期介绍，目前的蓄冷空调主要采用水蓄冷和冰蓄冷。水蓄冷是利用冷水储存在储槽内的显热进行蓄冷，即夜间制出4℃-7℃的低温水供白天空调用，该温度适合于大多数常规冷水机组直接制取冷水。水蓄冷的容量和效率取决于储槽的供、回水温差，以及供、回水温度有效的分层间隔。因水的比热远小于冰的溶解热，故水蓄冷的蓄冷密度低，需要体积较大的蓄水池，且冷损耗大，保温及防水处理麻烦。
冰蓄冷是利用冰的相变潜热进行冷量储存，具有蓄能密度大的优点。冰蓄冷系统的蓄冷温度几乎恒定，其蓄冷槽内的水温可降到0℃，因而空调系统送风温度可达4-7℃，与常规空调系统相比，提供相同的冷量，送风空气量可减少40％左右。
现有的热泵型空调机存在室外环境温度低时(如低于-5℃)，制热效果差、除霜频繁，室内供热温度波动范围较大等缺点。
三、发明内容
本发明的目的在于克服现有空调和热泵空调系统的不足，提出了一种风冷热泵蓄能空调机。该空调机在蓄冷、供冷时，其蓄冷密度比水蓄冷系统高；在蓄热、供热时，解决了现有热泵型空调机除霜频繁、制热效果不佳等不足；在室外环境温度低于-10℃的情况下，该空调机仍能正常向室内供热，且供热温度均匀。
本发明的技术方案(为叙述方便，用标号说明)是：一种风冷热泵蓄能空调机，由室外机组、室内机组和蓄能装置构成，室外机组包括压缩机1、冷剂泵2、室外换热器3、节流阀4-5、四通换向阀6和电磁阀7-10；室内机组包括室内换热器11和节流阀12；蓄能装置包括蓄能槽13、蓄能盘管14和蓄能材料15；其中压缩机1的出口分别与四通换向阀6和电磁阀7连接，进口分别与冷剂泵2、电磁阀10和四通换向阀6连接；室外换热器3的一端与四通换向阀6连接，另一端与节流阀4连接；室内换热器11的一端与节流阀12连接，另一端分别与四通换向阀6和电磁阀9连接；节流阀12的一端与室内换热器11连接，另一端分别与节流阀4和5连接；冷剂泵2的出口分别与电磁阀7和8连接，进口分别与电磁阀10、四通换向阀6和压缩机1的进口连接；蓄能盘管14的一端与节流阀5连接，另一端分别与电磁阀8、9和10连接；蓄能盘管14置于蓄能槽13内，蓄能槽13内填充有蓄能材料15。在蓄能槽13内可以设有辅助电加热器16。
所述的节流阀可以是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀；蓄能盘管采用螺旋盘管、蛇形盘管、“U”形盘管、光管、螺纹管、翅片管、紫铜管、钢管或导热塑料管；蓄能材料为冰或其他蓄能材料；蓄能槽为长方体或圆柱体，且为钢制、玻璃钢或钢筋混凝土结构。
本发明与与现有技术相比，其显著优点是：1、削峰填谷、平衡电力负荷。蓄能空调是用电负荷需求削峰填谷的强有力措施。2、减少机组装机容量、节省空调用户的电力花费。3、应用蓄能空调技术，可扩大空调区域使用面积。4、解决现有热泵型空调机除霜频繁、制热效果差等不足，在室外环境温度低于-10℃的情况下，仍能正常向室内供热。
四、附图说明
图1是本发明所述的制冷、蓄冷及供冷系统流程原理结构示意图。
图2是本发明所述的制热、蓄热及供热系统流程原理结构示意图。
五、具体实施方式
如图所示，本发明制作的风冷热泵蓄能空调机，由室外机组、室内机组和蓄能装置构成，室外机组包括压缩机1、冷剂泵2、室外换热器3、节流阀4-5、四通换向阀6和电磁阀7-10；室内机组包括室内换热器11和节流阀12；蓄能装置包括蓄能槽13、蓄能盘管14、蓄能材料15和辅助电加热器16。其工作原理是：
图1为本发明的制冷、蓄冷及供冷系统实施流程原理示意图。图中省略了干燥过滤器、气液分离器、液体分配器、电子控制部分及室内机组和室外机组的风机，室内机组可以根据需要多组并联，图中只画出一组室内机组予以示意。
当执行常规的制冷循环时，电磁阀7、8、9、10是关闭的，四通换向阀6处在制冷位置。制冷剂由压缩机1压缩后排出，经四通换向阀6流经室外换热器3放出热量，冷凝后的制冷剂液体经节流阀4和12进行节流降压，降压后的制冷剂在室内换热器11内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀6被吸入压缩机1。
当执行蓄冷循环时(夜间用电负荷低谷期)，电磁阀7、8、9是关闭的，电磁阀10是打开的，四通换向阀6处在制冷位置。制冷剂由压缩机1压缩后排出，经四通换向阀6流经室外换热器3放出热量，冷凝后的制冷剂液体经节流阀4和5进行节流降压，降压后的制冷剂在蓄能盘管14内蒸发吸热，而蓄能槽内盘管14外的蓄能材料15因放热而凝固成固态，将冷量以相变潜热和显热的形式储存在蓄能材料15内，蓄能盘管14内蒸发气化后的制冷剂经电磁阀10被吸入压缩机1内。
当执行由蓄能装置单独供冷循环时(白天用电负荷高峰期)，电磁阀7、9、10是关闭的，电磁阀8是打开的，四通换向阀6处在制冷位置，压缩机1停机、冷剂泵2开启。制冷剂由冷剂泵2压缩后排出，经电磁阀8流经蓄能盘管14向蓄能槽13放出热量，因蓄能盘管14内制冷剂蒸气的温度高于盘管外蓄能材料15的温度，制冷剂蒸气因放热给管外的蓄能材料15而液化，而管外的蓄能材料15因吸热而熔化，被蓄能材料15吸热而冷凝后的制冷剂液体经节流阀5和12进行节流降压，降压后的制冷剂在室内换热器11内蒸发吸热而产生制冷效应，蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀6被吸入冷剂泵2。
当执行由制冷机组和蓄能装置联合供冷循环时，电磁阀7、9、10是关闭的，电磁阀8是打开的，四通换向阀6处在制冷位置。从室内换热器11流回的制冷剂蒸气经四通换向阀6后分成两路：一路是制冷剂由压缩机1压缩后排出，经四通换向阀6流经室外换热器3放出热量，冷凝后的制冷剂液体经节流阀4和12进行节流降压，降压后的制冷剂在室内换热器11内蒸发吸热而产生制冷效应；另一路是制冷剂由冷剂泵2压缩后排出，经电磁阀8流经蓄能盘管14向蓄能槽13放出热量，因蓄能盘管14内制冷剂蒸气的温度高于盘管外蓄能材料15的温度，制冷剂蒸气因放热给管外的蓄能材料15而液化，而管外的蓄能材料15因吸热而熔化，被蓄能材料15吸热而冷凝后的制冷剂液体经节流阀5和12进行节流降压，降压后的制冷剂在室内换热器11内蒸发吸热而产生制冷效应。当启动蓄能装置向室内机组11供冷时，可以增大空调机组的制冷量，以弥补室内冷负荷较大时制冷机组供冷量的不足；或者在用电高峰期，启动蓄能装置向室内机组供冷，减少制冷主机的开机时间，从而起到用电负荷“移峰填谷”的作用。
图2为本发明的制热、蓄热及供热系统流程原理示意图。当执行常规的制热循环时，电磁阀7、8、9、10是关闭的，四通换向阀6处在制热位置。制冷剂由压缩机1压缩后排出，经四通换向阀6流经室内换热器11放出热量，向室内供热，冷凝后的制冷剂液体经节流阀12和4进行节流降压，降压后的制冷剂液体流至室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热量，蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀6被吸入压缩机1。
当执行蓄热循环时(夜间用电负荷低谷期)，电磁阀7、8、10是关闭的，电磁阀9是打开的，四通换向阀6处在制热位置。制冷剂由压缩机1压缩后排出，经四通换向阀6、电磁阀9流入蓄能盘管14内，盘管内高温高压的制冷剂气体向盘管外的蓄能材料15放热而冷凝，而盘管外的蓄能材料15因吸热而升温，将热量储存在蓄能材料15内，而冷凝后的制冷剂液体流经节流阀5和4进行节流降压，降压后的制冷剂液体流至室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热量，蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀6被吸入压缩机1。
当执行由蓄能装置单独供热循环时(白天用电负荷高峰期)，电磁阀8、9是关闭的，电磁阀7、10是打开的，四通换向阀6处在制热位置，压缩机1停机、冷剂泵2开启。制冷剂由冷剂泵2压缩后排出，经电磁阀7、四通换向阀6流入室内换热器11放出热量，向室内供热，冷凝后的制冷剂液体经节流阀12和5进行节流降压，降压后的制冷剂液体流至蓄能盘管14内蒸发吸收蓄能槽13储存的热量，因蓄能盘管14内制冷剂液体的温度低于盘管外蓄能材料15的温度，制冷剂液体因向管外的蓄能材料15吸热而气化，而管外的蓄能材料15因放热而降温，被蓄能材料15放热而蒸发气化后的制冷剂经电磁阀10被吸入冷剂泵2。
当执行由制冷机组和蓄能装置联合供热循环时，电磁阀8、9是关闭的，电磁阀7、10是打开的，四通换向阀6处在制热位置。从室内换热器11流回的制冷剂液体经节流阀12后分成两路：一路是制冷剂经节流阀4流经室外换热器3内蒸发吸收室外环境的热量，蒸发气化后的制冷剂经四通换向阀6被吸入压缩机1，制冷剂由压缩机1压缩后排出，经四通换向阀6流经室内换热器11放出热量，向室内供热，冷凝后的制冷剂液体经节流阀12进行节流降压；另一路是制冷剂经节流阀5流经蓄能盘管14向蓄能槽13吸收热量，因蓄能盘管14内制冷剂液体的温度低于盘管外蓄能材料15的温度，制冷剂液体向管外的蓄能材料15吸热而气化，而管外的蓄能材料15因放热而降温，被蓄能材料放热而蒸发气化后的制冷剂气体经电磁阀10被冷剂泵2吸入，制冷剂由冷剂泵2压缩后排出，经电磁阀7、四通换向阀6流入室内换热器11放出热量，向室内供热，冷凝后的制冷剂液体经节流阀12进行节流降压。当启动蓄能装置向室内机组供热时，可以增大空调机组的制热量，以弥补室内热负荷较大时制冷机组供热量的不足；或者在用电高峰期，启动蓄能装置向室内机组供热，减少制冷主机的开机时间，从而起到用电负荷“移峰填谷”的作用。
当热泵型空调机室外换热器3需要定期融霜时，这时可由控制系统自动将制热循环切换到由蓄能装置单独供热循环模式，该供热循环系统就可从蓄能槽13内取出储存的热量向室内供暖，而使空调机在融霜期间，不影响其向室内连续供暖的效果，使其向室内供暖的温度均匀。当室外换热器3表面上的霜层融化完毕时，控制系统再将其切换到原来的制热循环模式。
当风冷热泵空调机组室外环境温度很低(如低于-10℃)、制热效果不佳时，这时也可由控制系统自动将制热循环切换到由蓄能装置单独供热循环模式，该供热循环系统就可从蓄能槽13内取出储存的热量向室内供暖，当蓄能槽13储存的热量不够取用时，可以启动蓄能槽13内的辅助电加热器16工作，以弥补蓄能槽13内储存热量的不足，从而保证风冷热泵空调机组在寒冷季节也能向室内提供要求的供热量。
在满足本发明技术效果的情况下，本发明所涉及的部件可以有多种形式，如：节流阀4、5、12可以是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。蓄能盘管14可以采用螺旋盘管、蛇形盘管、“U”形盘管、光管、螺纹管、翅片管、紫铜管、钢管或导热塑料管。蓄能材料15为冰或其他蓄能材料。蓄能槽13为长方体或圆柱体，且为钢制、玻璃钢或钢筋混凝土结构。
Claims (6)
1、一种风冷热泵蓄能空调机，其特征在于它由室外机组、室内机组和蓄能装置构成，室外机组包括压缩机(1)、冷剂泵(2)、室外换热器(3)、节流阀(4-5)、四通换向阀(6)和电磁阀(7-10)；室内机组包括室内换热器(11)和节流阀(12)；蓄能装置包括蓄能槽(13)、蓄能盘管(14)和蓄能材料(15)；其中压缩机(1)的出口分别与四通换向阀(6)和电磁阀(7)连接，进口分别与冷剂泵(2)、电磁阀(10)和四通换向阀(6)连接；室外换热器(3)的一端与四通换向阀(6)连接，另一端与节流阀(4)连接；室内换热器(11)的一端与节流阀(12)连接，另一端分别与四通换向阀(6)和电磁阀(9)连接；节流阀(12)的一端与室内换热器(11)连接，另一端分别与节流阀(4)和(5)连接；冷剂泵(2)的出口分别与电磁阀(7)和(8)连接，进口分别与电磁阀(10)、四通换向阀(6)和压缩机(1)的进口连接；蓄能盘管(14)的一端与节流阀(5)连接，另一端分别与电磁阀(8、9、10)连接；蓄能盘管(14)置于蓄能槽(13)内，蓄能槽(13)内填充有蓄能材料(15)。
2、根据权利要求1所述的风冷热泵蓄能空调机，其特征在于在蓄能槽13内设有辅助电加热器16。
3、根据权利要求1所述的风冷热泵蓄能空调机，其特征在于所述的节流阀(4、5、12)是毛细管、热力膨胀阀或电子膨胀阀。
4、根据权利要求1所述的风冷热泵蓄能空调机，其特征在于蓄能盘管(14)采用螺旋盘管、蛇形盘管、“U”形盘管、光管、螺纹管、翅片管、紫铜管、钢管或导热塑料管。
5、根据权利要求1所述的风冷热泵蓄能空调机，其特征在于蓄能材料(15)为冰。
6、根据权利要求1所述的风冷热泵蓄能空调机，其特征在于蓄能槽(13)为长方体或圆柱体，且为钢制、玻璃钢或钢筋混凝土结构。
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