CN1825030A - 热泵型蓄能户式中央空调机组 - Google Patents

Abstract

热泵型蓄能户式中央空调机组，涉及一种空调机组。为了减轻户式中央空调给夏季电力负荷带来的巨大压力和冬季采用辅助热源所造成的电能浪费，保证冬季热泵的供暖效果。本发明机组包括制冷设备和蓄能换热装置(8)，(8)的进水口(8－1)与室内板式换热器(5)的进水口(5－1)相连，出水口(8－2)与(5)的出水口(5－2)相连；(8)的制冷剂蒸汽出口(8－3)分别与四通换向阀(2)、低压气液分离器(18)的入口、(5)的制冷剂蒸汽出口(5－3)相连，制冷剂液体入口(8－4)分别与节流机构(20)、(5)的制冷剂液体入口(5－4)相连。本空调机组可以减小空调系统的装机容量，提高蓄能换热装置的利用率，节省设备出投资和系统运行费用，便于推广应用。

Description

热泵型蓄能户式中央空调机组

技术领域

本发明涉及一种空调机组，具体涉及一种具有冬季蓄冷和夏季蓄热双重功能的空调机组。

背景技术

随着空气源热泵机组在我国户式中央空调系统中应用的不断增多，其存在的问题在使用过程中逐渐体现出来：(1)夏季空调使用时段集中，造成电力负荷集中，加剧城市电网峰谷差。由于夏季空调主要集中在白天运行，使电网负荷不断上升，造成了电网高峰负荷不断攀升。(2)冬季热泵供热能力与建筑物负荷需求不同步，出现供需矛盾。受昼夜温差的影响，白天室外气温高时，热泵供热量大，但室内热负荷需求小；而当晚上室外气温降低时，热泵供热量减少，而室内热负荷需求增加。所以白天机组多处于部分负荷运行状态，而晚上需要增加辅助加热装置以满足热量要求。传统方法一般直接采用电加热作为辅助热源，造成高位热源的浪费。

发明内容

本发明在普通空气源热泵户式中央空调系统中增加相变蓄能装置，在夏季充分利用晚上低谷电蓄冷供白天使用，降低白天空调电力负荷；冬季充分发挥空调节能作用，热泵在白天充分使用，将过剩热量转移到晚上使用，解决晚上供热不足的问题。

为了减轻户式中央空调给夏季电力负荷带来的巨大压力和冬季电能作为辅助热源所造成的能源浪费，本发明的热泵型蓄能户式中央空调机组充分发挥热泵节能环保的作用，以期实现能源、环境的可持续发展，所述空调机组包括由压缩机、低压气液分离器、四通换向阀、节流机构、室外换热器和室内板式换热器组成的制冷设备和蓄能换热装置，蓄能换热装置的进水口与室内板式换热器的进水口相连，出水口与室内板式换热器的出水口相连；蓄能换热装置的制冷剂蒸汽出口分别与四通换向阀、低压气液分离器的入口、室内板式换热器的制冷剂蒸汽出口相连，蓄能换热装置的制冷剂液体入口分别与节流机构、室内板式换热器的制冷剂液体入口相连。

本发明采用相变材料在夏季机组在电力低谷期的晚上进行蓄冷，补充白天的高峰负荷，降低电力负荷峰值，实现“移峰填谷”的目的；冬季平衡热泵的热量供需平衡，减小或消除辅助热源，充分发挥热泵节能的作用。本发明空调机组具有如下特点：

1、三套管蓄能换热装置冬夏两用，大大提高了设备利用率，降低初投资。

2、采用相变材料贮能，解决蓄能装置体积较大、蓄能效率较低、初投资偏高的问题。由于相变材料的相变潜热远大于其显热，因此蓄热装置的体积可大大减小，可行性大大提高。

3、设计独特的三套管蓄能换热装置，使系统运行方式和控制灵活，只要设置合理就能充分发挥蓄能系统的作用，提高机组的能效。

本发明的蓄能型户式中央空调较普通户式中央空调，其优越性效果可归结为：实现电力负荷的“移峰填谷”，缓和电网高峰负荷压力；平衡冬季昼夜热泵供热负荷，减少或消除热泵辅助热源；采用相变材料，蓄冷温度比冰蓄冷高，热泵夏季可以在正常工况下实现蓄冷，比冰蓄冷效率高；减少系统装机容量，同时空调可以尽可能在满负荷状态下运行，有利于改善机组运行效果。

附图说明

图1为本发明蓄能型户式中央空调机组的整体结构示意图，图2为三套管蓄能换热装置的结构示意图，图3为机组单独供冷/供热原理图，图4为机组单独蓄冷/蓄热原理图，图5为机组联合供冷原理图，图6为利用蓄热制热原理图，图7为机组蓄冷/供冷、蓄热/供热原理图，图8为机组蓄冷单独供冷原理图，其中：←表示制冷，←---表示制热， 表示三通阀开启，

表示三通阀右关，

表示三通阀左关。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示，本实施方式的空调机组包括由压缩机1、低压气液分离器18、四通换向阀2、节流机构20、室外换热器17和室内板式换热器5组成的制冷设备和蓄能换热装置8两部分，蓄能换热装置8的进水口8-1与室内板式换热器5的进水口5-1相连，出水口8-2与室内板式换热器5的出水口5-2相连；蓄能换热装置8的制冷剂蒸汽出口8-3分别与四通换向阀2、低压气液分离器18的入口、室内板式换热器5的制冷剂蒸汽出口5-3相连，蓄能换热装置8的制冷剂液体入口8-4分别与节流机构20、室内板式换热器5的制冷剂液体入口5-4相连。

本实施方式中，所述蓄能换热装置8的进水口8-1、室内板式换热器5的进水口5-1、供水管的入口通过一号三通阀6相连，蓄能换热装置8的出水口8-2、室内板式换热器5的出水口5-2、回水管的出口通过二号三通阀4相连。

本实施方式中，所述蓄能换热装置8的制冷剂液体入口8-4、四通换向阀2的一端、室内板式换热器5的制冷剂液体入口5-3通过三号三通阀3相连，所述蓄能换热装置8的制冷剂蒸汽出口8-3与低压气液分离器18的入口之间通过一号电磁阀7相连。

本实施方式中，所述节流机构20由一号单向阀13、三号电磁阀12、二号单向阀11、三号单向阀16、四号单向阀15、节流阀14组成，所述蓄能换热装置8的制冷剂液体入口84通过二号电磁阀10与三号电磁阀12、节流阀14、二号单向阀11的一端相连，二号单向阀11的另一端与四号单向阀15的一端相连，且二号单向阀11的另一端、室内板式换热器5的制冷剂蒸汽出口5-4和所述蓄能换热装置8的制冷剂蒸汽出口8-4通过四号三通阀9相连，四号单向阀15的另一端与节流阀14的另一端和三号单向阀16的一端相连，三号电磁阀12的另一端通过一号单向阀13与室外换热器17的制冷剂液体出口、三号单向阀16的另一端相连。

本实施方式中，所述四通换向阀2的另外三端分别与室外换热器17的制冷剂气体入口、压缩机1的排气端和低压气液分离器18的入口相连。

本实施方式中的室外换热器17、蓄能换热装置8、室内板式换热器5的出入口指对夏季运行而言，冬季运行时相反，而压缩机1、低压气液分离器18冬夏没有变化，本实施方式中以夏季运行为例。

具体实施方式二：蓄能换热装置的设计是本系统的关键。蓄能换热装置要求具有多种功能，内部有制冷剂、相变材料和水三种介质的存在。为此，本实施方式设计了一种三套管蓄能槽换热装置。蓄能槽换热装置8具有三层套管，即中心套管8-5、中间层套管8-6和外层套管8-7，外层套管8-7的首端开有进水口8-1，末端开有出水口8-2；中心套管8-5的首端开有制冷剂液体入口8-4，末端开有制冷剂蒸汽出口8-3。其中，中心套管8-5是制冷剂管，中间层套管8-6储存相变材料，外层套管8-7为冷水管，其结构设计如图2所示。蓄冷时制冷剂通过中心套管8-5，直接蒸发制冷，通过冷却中间层管道8-6中的相变蓄能材料蓄冷；取冷时冷水通过外层套管8-7，从中间层相变蓄能材料中提取冷量；蓄热时制冷剂直接在中心套管8-5中冷凝放热，将热量蓄在中间层相变材料中；取热采用的也是直接蒸发方式，制冷剂节流后通过中心套管8-5蒸发，而蒸发热量来源于中间层管道8-6的蓄能材料，由于蓄能材料温度高，可以保证较高的蒸发温度，从而达到稳定供热的目的。三层套管之间采用肋19支撑，以达到结构稳定的目的。这种套管式蓄能槽换热装置可根据蓄热要求的大小而自由组装，即由机组设计大小决定蓄能槽换热装置大小，组装之后再加上边框及保温材料即可。

具体实施方式三：本实施方式的空调机组夏季可以实现五种运行模式，冬季具有四种运行模式(如表1所示)，具体介绍如下：

(1)如图3所示，夏季机组单独制冷(序号1)和冬季机组单独制热(序号6)与常规热泵空调基本上是一样的，只需将制冷剂进入蓄能换热装置的阀门关闭。

(2)如图4所示，机组单独蓄冷(序号2)出现在夏季晚上低谷电价又无需供冷的时候，此时室外气温较低，可以降低机组的冷凝温度，提高制冷效率。而机组单独蓄热(序号7)出现在冬季白天气温较高室内不用供暖或居室中没人时，此时室外气温较高，可以提高机组蒸发温度，提高制热效率。

(3)如图5所示，机组联合供冷(序号4)是指机组和蓄能换热装置同时向用户提供冷量，这是考虑到蓄能系统不能太大同时又尽可能减小系统的装机容量。此时只要按设计要求将供回水分流即可。

(4)如图6所示，用蓄热制热(序号9)是本系统的创新之处，由于昼夜温差的存在，到晚上热泵会经常出现供热不足的情况。本系统将白天过剩热量储存之后，在夜间蓄能换热装置被当作系统的低位热源，制冷剂直接通过蓄能换热装置取热，这样可以保证机组在较高的蒸发温度下运行，大大改善机组的性能，提高系统运行效率，并且保证供热效果。

(5)如图7所示，机组蓄冷/供冷(序号3)出现在夏季晚上气温较高需要供冷的情况下，此时制冷剂通过三通阀分流，一部分进入室内板式换热器供冷，一部分进入蓄能换热装置蓄冷。由于一般居民后半夜空调工作时间比较短，这种情况出现不多。机组冬季蓄热/供热(序号8)是本机组冬季最为突出的特点，也是充分发挥蓄能换热装置的作用的关键技术。在实际空调应用中，白天空调满负荷运行时一般都是会负荷过剩的，所以把热量储存起来，在夜晚供热不足的情况下供热，可以尽可能减小辅助供热量，充分发挥热泵节能的作用。

(6)如图8所示，蓄能换热装置单独供冷(序号5)指按设计要求，蓄能换热装置提供的负荷能完全满足用户要求时，机组停开，供回水通过蓄能换热装置取冷即可。

                  表1  系统各种工作模式下阀门开启状态

季节	序号	系统工作状态	电磁阀			三通阀
										7	10	12	3	9	4	6
			夏季	1	机组制冷	关	关	关	开								开	左关	左关
2	机组蓄冷	关								关	关	右关	右关	----	----
				3	机组蓄冷/供冷	关	关	关	调节							调节	左关	左关
4	联合供冷	关								关	关	开	开	调节	调节
				5	蓄冷单独供冷	关	关	关	----							----	开	开
冬季	6	机组制热								关	关	开	开	开	左关				左关
			7	机组蓄热	关	关	开	右关	右关							----	----
	8	机组蓄热/制热								关	关	开	调节	调节	左关			左关
			9	用蓄热制热	开	开	关	开	开							左关	左关

注：“----”表示三通阀完全关闭。

Claims (7)

1、热泵型蓄能户式中央空调机组，它包括由压缩机(1)、低压气液分离器(18)、四通换向阀(2)、节流机构(20)、室外换热器(17)和室内板式换热器(5)组成的制冷设备，其特征在于它还包括蓄能换热装置(8)，蓄能换热装置(8)的进水口(8-1)与室内板式换热器(5)的进水口(5-1)相连，出水口(8-2)与室内板式换热器(5)的出水口(5-2)相连；蓄能换热装置(8)的制冷剂蒸汽出口(8-3)分别与四通换向阀(2)、低压气液分离器(18)的入口、室内板式换热器(5)的制冷剂蒸汽出口(5-3)相连，蓄能换热装置(8)的制冷剂液体入口(8-4)分别与节流机构(20)、室内板式换热器(5)的制冷剂液体入口(5-4)相连。

2、根据权利要求1所述的热泵型蓄能户式中央空调机组，其特征在于所述蓄能换热装置(8)由中心套管(8-5)、中间层套管(8-6)和外层套管(8-7)组成，外层套管(8-7)的首端开有进水口(8-1)，外层套管(8-7)的末端开有出水口(8-2)；中心套管(8-5)的首端开有制冷剂液体入口(8-4)，中心套管(8-5)的末端开有制冷剂蒸汽出口(8-3)。

3、根据权利要求2所述的热泵型蓄能户式中央空调机组，其特征在于所述中心套管(8-5)、中间层套管(8-6)和外层套管(8-7)之间采用肋(19)相互支撑。

4、根据权利要求1所述的热泵型蓄能户式中央空调机组，其特征在于所述蓄能换热装置(8)的进水口(8-1)、室内板式换热器(5)的进水口(5-1)、供水管的入口通过一号三通阀(6)相连，蓄能换热装置(8)的出水口(8-2)、室内板式换热器(5)的出水口(5-2)、回水管的出口通过二号三通阀(4)相连。

5、根据权利要求1所述的热泵型蓄能户式中央空调机组，其特征在于所述蓄能换热装置(8)的制冷剂液体入口(8-4)、四通换向阀(2)的一端、室内板式换热器(5)的制冷剂液体入口(5-3)通过三号三通阀(3)相连，所述蓄能换热装置(8)的制冷剂蒸汽出口(8-3)与低压气液分离器(18)的入口之间通过一号电磁阀(7)相连。

6、根据权利要求1所述的热泵型蓄能户式中央空调机组，其特征在于所述节流机构(20)由一号单向阀(13)、三号电磁阀(12)、二号单向阀(11)、三号单向阀(16)、四号单向阀(15)、节流阀(14)组成，所述蓄能换热装置(8)的制冷剂液体入口(8-4)通过二号电磁阀(10)与三号电磁阀(12)、节流阀(14)、二号单向阀(11)的一端相连，二号单向阀(11)的另一端与四号单向阀(15)的一端相连，且二号单向阀(11)的另一端、室内板式换热器(5)的制冷剂蒸汽出口(5-4)和所述蓄能换热装置(8)的制冷剂蒸汽出口(8-4)通过四号三通阀(9)相连，四号单向阀(15)的另一端与节流阀(14)的另一端和三号单向阀(16)的一端相连，三号电磁阀(12)的另一端通过一号单向阀(13)与室外换热器(17)的制冷剂液体出口、三号单向阀(16)的另一端相连。

7、根据权利要求1所述的热泵型蓄能户式中央空调机组，其特征在于所述四通换向阀(2)的另外三端分别与室外换热器(17)的制冷剂气体入口、压缩机(1)的排气端和低压气液分离器(18)的入口相连。

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