CN211926196U - 一种相变储热的空气源热泵供热系统 - Google Patents

Abstract

本技术公开一种相变储热的空气源热泵供热系统，从压缩机出口管路开始依次连接冷媒侧—膨胀阀—蒸发器，冷媒侧和水侧被封装在冷凝器内，水侧一端连接市政水管，另一端连接用户水管，在市政水管和用户水管之间并联连接有内置相变储热材料的相变储热器，相变储热材料内设置有多条热交换管，热交换管一端连接市政水管，另一端连接用户水管，在水侧的管路上设置有可变流量水泵，相变储热器内朝市政水管一侧设置有温度传感器，在压缩机排气管中设置冷媒压力传感器，温度传感器和冷媒压力传感器通过计算机系统与可变流量水泵形成信号连接，通过相变储热材料的临时储热功能与水侧的即时加热功能相互配合下，使热泵系统产生的热量以较为合理的状态被利用。

Description

一种相变储热的空气源热泵供热系统

技术领域：

本实用新型涉及热泵技术领域，具体涉及一种相变储热的空气源热泵供热系统。

背景技术：

传统的热泵制热系统发展到今天，已经进入一个新的技术层面。目前技术较为先进的热泵制热系统是采用相变储热材料对热泵所制得的热量进行临时存储，在需要使用时又可以从相变储热材料中释放出来利用。当前利用相变储热技术来实现制热的方式主要有两类。

一类是热泵制热所得的热量保存在相变储热材料中，然后在需要利用时，把冷水流经相变储热材料，只依靠相变储热材料对冷水进行加热，这种技术方式从相变储热材料制得的热水温度不高，越往后热水水温越低，经常满足不了用户的用水要求。

第二类是在第一类的基础上，在相变储热材料的出水口一侧管路上增设辅助加热装置，例如电热装置，对从相变储热材料出来的温水进行进一步的高温加热，这会导致能源损耗较大，设备投入成本较高。

热泵系统加热过程中，当水箱内的水温达到设定值时，压缩机就会停机，但由于相变储热材料传热系数偏低，也就是说热泵系统的制热速度远大于相变储热材料的吸热速度，导致一段时间后因相变储热材料的吸热而使水箱内的水温下降，此时压缩机需要再次启动加热，上述原因，导致压缩机需要频繁启停，电能损耗较大。

上述两种结构方式都存在严重的缺陷，目前缺乏一种既可节约能源和成本，又可满足用户用水要求的相变储热热泵制热系统。

实用新型内容：

本实用新型的目的是为了克服上述现有技术的缺点，提供一种成本低、安全、热利用合理高效的相变储热的空气源热泵供热系统。

本实用新型的发明目的可以通过以下的技术方案来实现：一种相变储热的空气源热泵供热系统，包括有压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器、冷媒侧和水侧，从压缩机出口管路开始依次连接冷媒侧—膨胀阀—蒸发器，蒸发器出口接驳回压缩机入口，冷媒侧和水侧被封装在冷凝器内，水侧的一端连接市政水管，另一端连接用户水管，在市政水管和用户水管之间并联连接有相变储热器，在相变储热器内设置有相变储热材料，相变储热材料内设置有多条热交换管，热交换管的一端连接市政水管，另一端连接用户水管，在水侧的管路上设置有可变流量水泵，相变储热器内朝市政水管一侧设置有温度传感器，温度传感器通过计算机系统与压缩机形成信号连接，在压缩机排气管中设置冷媒压力传感器，冷媒压力传感器通过计算机系统与可变流量水泵形成信号连接。

压缩机为变频压缩机。

采用本技术方案后，与现有技术相比，本技术方案具有以下优点：通过相变储热材料的临时储热功能与水侧的即时加热功能相互配合下，使热泵系统产生的热量以较为合理的状态被利用，不需要辅助加热的情况下满足用户热水供应。

附图说明：

图1是本实用新型非热水需求状态下热泵供热系统中的水流原理图；

图2是本实用新型热水生产量大于热水需求量时的水流原理图；

图3是本实用新型热水生产量少于热水需求量时的水流原理图；

图4是本实用新型热泵供热系统逻辑运算方法的逻辑关系图。

具体实施方式：

下面对本技术作进一步说明。

本相变储热的空气源热泵供热系统包括有变频压缩机1、蒸发器2、膨胀阀3、冷媒侧4、冷凝器5和水侧6，从变频压缩机1的排气管开始依次连接冷媒侧4—膨胀阀3—蒸发器2，蒸发器2出口接驳回变频压缩机1入口，冷媒侧4和水侧6都被封装于冷凝器5内，水侧6的一端连接市政水管7，另一端连接用户水管8，在市政水管7和用户水管8之间并联连接有相变储热器9，在相变储热器9内设置有相变储热材料10，相变储热材料10内设置有多条热交换管11，热交换管11的一端连接市政水管7，另一端连接用户水管8，在水侧6的管路上设置有可变流量水泵12，在相变储热器9内朝市政水管7一侧设置有温度传感器13，温度传感器13通过计算机系统14与变频压缩机1形成信号连接，在变频压缩机1的排气管内设置冷媒压力传感器15，冷媒压力传感器15通过计算机系统14与可变流量水泵12形成信号连接。

非热水需求状态，用户水管8不需要热水，此时可变流量水泵12继续工作，使水侧6与相变储热器9两者之间的水不停地循环流动，循环流动过程中冷水会吸收冷媒侧4释放出来的热量变为热水，热水把热量传递给相变储热材料10，并被相变储热材料10吸收储存起来，水流动情况如图1所示，直到相变储热器9出水口处的水温达到设定温度，此时温度传感器13指令热泵系统停止制热工作，可变流量水泵12停止工作。

热水需求状态下有两种情况：

第一种情况是热水生产量大于热水需求量，水流动情况如图2所示，可变流量水泵12启动，使水管内的水流动起来，在可变流量水泵12的作用下，从水侧6流出的热水一部分会流进相变储热器9内，另一部分会流向用户水管8而被用户使用，流进相变储热器9内热水的热量会被相变储热材料10吸收储存起来。第二种情况是热水生产量少于热水需求量，水流动情况如图3所示，市政水管7中的冷水兵分两路，一路进入相变储热器9内吸收相变储热材料10中的热量，然后流出进入用户水管8，另一路流经水侧6吸收冷媒侧4传过来的热量，然后流进用户水管8，这个过程相变储热器9内的相变储热材料10会把前期保存的热量释放出来，对流经的水进行加热，两路被加热后的热水混合后供应给用户。若用户关闭用水，同时相变储热器9内的水温较低，系统执行前一段所述的非热水需求状态运行。

上述两种状态只是简单的加热原理过程，具体精准的控制过程是依靠计算机中的程序系统执行，如下所述：

执行所述空气源热泵供热系统的逻辑运算方法，设定相变储热器9内的水温目标值T，同时设定水温回差值Δt，设定压缩机排气管内的冷媒压力标准值P，其步骤如下(如图4所示)：

a.读取相变储热器9内温度传感器13的水温实时数值T1和冷媒压力传感器15的冷媒实时数值P1；

b.根据热泵系统是否处于制热状态判断执行方向：

b1.若热泵系统处于制热状态，比较水温实时数值T1和水温目标数值T，当T1≥T时，热泵系统停止制热，水泵停止，计算机系统14直接重新读取水温实时数值T1和冷媒压力实时数值P1，重新比对各数值，这个重复读数过程是对相变储热器9内水温的持续监控；当T1＜T时，相变储热器9内水温还没达到目标值T，但水温会慢慢接近目标值T，此时为了节约能源，避免T1瞬间超出目标值T，随着水温不断接近目标值T，计算机系统14不停地调整变频压缩机1的频率，在T1越接近目标值T时，变频压缩机1频率越低，即逐渐降低变频压缩机1的功率，直到T1＝T，甚至是T1＞T(冷凝器内的冷媒侧继续放热给热水，令水继续升温。又或者温控探头T1会有差量误差，测量数值出现波动)，此时热泵系统和水泵都停机，计算机系统14直接重新读取水温实时数值T1和冷媒压力实时数值P1，重新比对各数值进行水温监控。此外为了应对用户用水需求的突然增加，导致热水温度达不到要求，计算机系统14还会比较冷媒实时压力值P1和冷媒压力标准值P，目的是让热泵系统的出水温度(即供应给用户水管8的水温)恒定在一个高水温值，理论上流经水侧6的冷水水流量增大时，冷媒侧4传给水侧6的热量就越多，变频压缩机1排气管上的冷媒压力就会降低，但因水流量增大，水体流经水侧6后水温上升较慢，热水温度不能满足用户要求，反之亦然，所以本技术为了保证输送过去用户的热水水温满足要求，通过控制可变流量水泵12的流量保证水体拥有足够的时间吸收冷媒侧4中的热量来达到控制水温。具体地说，监控冷媒压力获知热交换情况，若流经水侧6的水流量偏高时，这些水流量中市政水管7的冷水占比较高，相变储热器9流出的温水占比较低，冷媒侧4和水侧6双方的温差较大，冷媒侧4对水侧6的热交换效率提高，冷媒压力降低，但由于水流量过大而导致水升温较慢，此时计算机系统14指令可变流量水泵12降低流量，保证流经的水有足够的时间吸收足够的热量才输送给用户，从而保证热水水温满足用户要求，即由冷媒压力来掌控可变流量水泵12的流量。监控冷媒压力过程中，P1-P的差值若是正数，系统调大可变流量水泵12的流量，若是负数，调少可变流量水泵12的流量，从而保证水温满足用户要求；

b2.若热泵系统处于停机状态，比较水温实时数值T1和水温最低极限值T-Δt，若T1≤T-Δt时，启动可变流量水泵12，启动热泵系统制热，然后重新读取水温实时数值T1和冷媒压力实时数值P1，计算机系统14重新比对各数值。若T1＞T-Δt时，计算机系统14直接重新读取水温实时数值T1和冷媒压力实时数值P1，重新比对各数值。

本技术中若用户开启水龙头，而可变流量水泵处于停止状态，仍然会有少量水流流经冷媒侧，为了保证用户水管8水温足够高，安装可变流量水泵12的水管采用管径较少的管材。另外在实际使用中，可能存在可变流量水泵12把水流量调低至一个较低的流量值时，会迫使市政水管7中的大流量水体会进入相变储热器9内，导致相变储热器9流量增大，为了保证从相变储热器9流出的水体温度保持较高，设计时在相变储热材料10内布置更多的热交换管11，采用直径较小的管材，保证相变储热材料10对流经水体的加热效果。上述两种情况都需要经过有限次的试验才能确定。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种相变储热的空气源热泵供热系统，包括有压缩机、蒸发器、膨胀阀、冷凝器、冷媒侧和水侧，从压缩机出口管路开始依次连接冷媒侧—膨胀阀—蒸发器，蒸发器出口接驳回压缩机入口，其特征在于：冷媒侧和水侧被封装在冷凝器内，水侧的一端连接市政水管，另一端连接用户水管，在市政水管和用户水管之间并联连接有相变储热器，在相变储热器内设置有相变储热材料，相变储热材料内设置有多条热交换管，热交换管的一端连接市政水管，另一端连接用户水管，在水侧的管路上设置有可变流量水泵，相变储热器内朝市政水管一侧设置有温度传感器，温度传感器通过计算机系统与压缩机形成信号连接，在压缩机排气管中设置冷媒压力传感器，冷媒压力传感器通过计算机系统与可变流量水泵形成信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种相变储热的空气源热泵供热系统，其特征在于：压缩机为变频压缩机。

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