CN2679560Y - 一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种兼有蓄冷蓄热功能的空调器，包括室内机和室外机，所述室外机中设有依序连接的压缩机、四通换向阀、气管截止阀、室外机换热器、制热节流机构和液管截止阀，还包括通过管路与所述压缩机的吸入接口、室外机换热器的接口和气管、液管截止阀的接口相连接的蓄热放热装置。空调器可以在用电低谷时进行蓄冷运行，在用电高峰时通过对制冷剂进行过冷的方法释放冷量，从而可以提高空调器的制冷能力至少在30％以上；同样这种空调器在制热运行时，可以根据环境条件调节空调器的制热输出能力；可在制热运行过程中快速提高室内温度；在空调器除霜时间短，而且除霜后冷风保护时间短，还可对电力的使用起到移峰填谷的作用。

Description

一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器

                       技术领域

本实用新型涉及室内空气调节技术，具体涉及热泵型空调器，更具体地说，涉及一种兼有蓄冷和放冷以及蓄热和放热功能的热泵空调器。

                       背景技术

现有的家用热泵空调器基本上是采用如附图1所示的系统结构流程，该系统流程与普通空调器的区别是采用一个四通换向阀，通过四通换向阀的转换从而达到系统的制冷和制热运行。这种系统流程在制冷、制热运行过程中所存在的主要技术缺陷表现在以下几个方面：

1、一般的热泵空调器很难根据环境条件的变化而调节制热能力的输出，要达到空调器的制热能力的输出随环境条件的改变而改变，通常是采用变频技术，然而采用变频率技术一方面存在相当多的技术难题，另一方面系统造价高；

2、一般热泵空调器在制热运行开始阶段，室内机的出风温度一般较低，很难达到快速暖房的目的，而且当在室外环境条件比较恶劣的情况下工作时，将可能出现室内空气温度长时间达不到用户的期望温度，从而严重影响系统的人感舒适度。尽管现有的空调器采用辅助电加热器来解决这些问题，但是采用辅助电加热器存在对设备的损坏和安全问题；

3、一般的热泵空调器在制热运行一段时间之后，室外机换热器表面将出现比较严重的结霜现象，此时空调器将通过四通换向阀来改变其运行模式，此时的空调系统其实质是进行制冷运行，使得室内气体温度下降，从而影响空气的人感舒适度；

4、一般的热泵空调器通常在用冷高峰时段的制冷能力比在用冷低峰时段的制冷能力要低(这主要是因为在用冷高峰时段的室外环境温度最高，从而使得空调器的制冷COP系数较低)，这样将使得业主或者用户安装更大功率的空调器；

5、电力行业实行分时电价是未来发展的必然趋势，然而当前的家用热泵空调器无法实现对电力系统的移峰填谷作用；

6、现有的蓄冷空调器或者蓄热空调器的功能单一，而且运行流程复杂，其在结构上是一体的，无法进行单元组合。

                       发明内容

本实用新型的发明目的在于提供一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，可克服上述热泵型空调技术存在的诸多缺点。

本实用新型的发明目的是这样实现的：一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，包括室内机、室外机，所述室外机中设有压缩机，与压缩机的冷媒进出管路相连接有四通换向阀，所述四通换向阀的另两个接口分别与气管截止阀和室外机换热器相连接，所述室外机换热器的另一接口与一个制热节流机构的连接接口相连接，所述制热节流机构的另一接口与液管截止阀相连接，其特征在于：还包括通过管路与所述的室外机和室内机相联接的蓄冷蓄热装置。

所述蓄冷蓄热装置可以作为一个单独的单元装置存在。也可以与室外机共同作为一个单元装置一起存在。

所述蓄冷蓄热装置包括一个盛装有相变蓄热蓄冷材料的蓄冷蓄热容器和放置在蓄冷蓄热容器中的两组并联的换热器以及与两组换热器相连接的蓄冷节流机构、制冷节流机构；所述两组换热器其中一组为过冷换热器；所述过冷换热器的一端接口与室外机液管截止阀相连接，另一接口与制冷节流机构一个接口相连接；制冷节流机构的另一接口与室内机换热器的相连；另一组换热器是蓄冷换热器，所述蓄冷换热器的一端接口与室外机和室内机之间的气体管路相连接，另一端接口与蓄冷节流机构一个接口相连接；蓄冷节流机构的另一接口与过冷换热器连接管路并联后与制冷节流机构相连接。

在蓄冷蓄热容器内装有电加热元件和温度传感器，所述电加热元件和温度传感器与空调的控制系统电连接。

所述制冷节流机构可以采用一电子膨胀阀。也可以采用由一并联连接的毛细管和单向阀。

所述蓄冷节流机构可以采用一电子膨胀阀。也可以采用由一串联连接的蓄冷毛细管和电磁阀，蓄冷毛细管的一个接口与室内机的换热器的相连，另一接口与电磁阀的一个接口相连接，所述电磁阀的另一接口与过冷换热器连接管路并联后与制冷节流机构相连接。

上述蓄冷换热器还可以用除霜换热器替换，蓄冷节流机构可以用除霜换热节流机构替换。

上述除霜换热节流机构可以采用一电子膨胀阀。也可以采用由一串联连接的除霜毛细管和电磁阀，除霜毛细管的一个接口与室内机换热器的相连，另一接口与电磁阀的一个接口相连接，所述电磁阀的另一接口与过冷换热器连接管路并联后与制冷节流机构相连接。

本实用新型提供的兼有蓄冷和蓄热功能的空调器，在原有的空调器中增加一个蓄冷蓄热装置，这一蓄冷蓄热装置包括一个盛装有相变蓄热蓄冷材料的蓄冷蓄热容器和放置在蓄冷蓄热容器中的过冷换热器、蓄冷或者除霜换热器以及与过冷换热器、蓄冷或者除霜换热器相连接的蓄冷或者除霜节流机构、制冷节流机构；这种蓄热蓄冷相变材料将起到极其重要的蓄冷、蓄热、放冷和放热作用，而且可以置有电加热元件以便在极端恶劣的环境中使得系统能够进行正常的制热运行，空调系统通过微电脑控制，系统根据室内外环境条件的变化情况和人为设定的运行程序控制装置中的电磁阀和四通换向阀的导通，可根据环境条件调节空调器的制热输出能力。由于蓄冷蓄热装置的作用，空调器的制冷输出能力将至少提高30％以上，而且空调器可以在极端恶劣的室外条件下进行制冷运行，通过蓄冷和放冷的作用，空调器可以对电力的供给起到移峰填谷的作用，同样由于有蓄冷蓄热装置的作用，可使空调器在制热运行过程中对室内的温度快速提高，并使得空调器在除霜过程中可不间断制热，这样大大提高空调器的制热运行的舒适性。

本实用新型的主要优点表现在以下几个方面：

1、制冷系统流程与一般热泵空调器的制冷系统流程相比，显得要复杂一些，但是系统将蓄冷和蓄热功能进行集成，而且系统集成后的流程与国外同类只具有蓄冷或者只具有蓄热功能的空调器的系统流程要简单许多，然而其所能实现的功能将比一般的单独蓄冷或者单独蓄热功能的空调器要多出许多；

2、系统的蓄冷蓄热装置可以与室外机作为一个整体的单元存在，同样也可以作为一个蓄冷蓄热单元装置单独存在，可以通过连管与室外机和室内机进行连接，这样可以给用户提供更多的选择；

3、系统所需要的配件只增加了两套节流机构、一个蓄热容器、过冷换热器、蓄冷或除霜换热器和相应的管路，这些配件在安装中是比较容易实现的，而且其使用性能是相当可靠的。这些配件的价格相对比较便宜，且来源广泛；

4、本系统由于采用蓄冷过程，因此系统在正常制冷过程中，其制冷能力将至少提高30％以上，因此用户可以减少装机能力，而且通过使用低价的低谷电力，这样可以大大降低用户的运行费用；

5、本实用新型应用到目前所使用的家用热泵空调器中，将可能给热泵空调器带来许多的新的功能和买点，给消费者带来许多的方便，对提高消费者的生活质量有着十分现实意义；

6、将对电力起到移峰填谷的作用，这对平衡供电矛盾和降低消费者的用电费用都有十分重要的现实意义；

7、所采用的相变蓄热蓄冷材料化学性质稳定，对人、动物以及周围环境和设备无任何危害。

                         附图说明

图1为一般热泵空调器的制冷系统结构流程图；

图2为本实用新型的系统结构示意图；

图3是本实用新型所述蓄冷蓄热装置的结构示意图。

图4为本实用新型进行制冷循环工作时的流程图；

图5为本实用新型进行制热循环工作时的流程图；

图6为本实用新型进行蓄冷、制热除霜循环工作时的流程图。

                      具体实施方式

下面结合附图，用实施例进一步说明本实用新型。

图1中，1为压缩机，2为四通换向阀，3为室外机换热器，4为制热毛细管，5为单向阀，6为气管截止阀，7为液管截止阀，13为室内机换热器，15为制冷毛细管，17为室外机部分，16为室内机部分。

如图2和图3所示的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，是在原热泵型空调器的基础之上增加一个蓄冷蓄热装置18，蓄冷蓄热装置18可以作为一个单独的单元装置存在。也可以与室外机17共同作为一个单元装置一起存在。当蓄冷蓄热装置18作为一个单独的单元装置存在时，其可以通过两条气体和两条液体连管分别与空调器的室外机17和室内机16相连接。

本实施方式所提供的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器由室外机17部分、蓄冷蓄热装置18、室内机16部分三部分组成，其具体结构是：

室外机17中设有压缩机1，四通换向阀2，室外机换热器3，由一并联连接的制热毛细管4和单向阀5构成的制热节流机构以及相连接的管路。当然制冷节流机构也可以采用一电子膨胀阀。

在室外机17的压缩机1的冷媒进出接口上通过管路与四通换向阀2相连接，四通换向阀2的另两个接口分别与气管截止阀6和室外机换热器3相连接，室外机换热器3的另一接口与一个并联连接的制热毛细管4、单向阀5的连接的接口相连接。并联连接的制热毛细管4、单向阀5相连接的另一接口与空调器的液管截止阀7相连接，与液管截止阀7相连接的管路为空调器的液体管路，液管截止阀7的另一接口可以通过液体连管与空调器的蓄冷蓄热装置18部分相连接，同样气管截止阀6的另一接口可以通过空调器的气体管路与空调器的蓄冷蓄热装置18相连接。

蓄冷蓄热装置18包括一个盛装有相变蓄热蓄冷材料的蓄冷蓄热容器14和放置在蓄冷蓄热容器14中的过冷换热器11、蓄冷或者除霜换热器12、蓄冷或除霜节流机构、制冷节流机构以及相连接的管路。

蓄冷或除霜节流机构可以采用一电子膨胀阀。也可以如本实施方式样，采用由一串联连接的蓄冷或除霜毛细管10和电磁阀9构成。

制冷节流机构可以如本实施方式样采用一电子膨胀阀8。也可以采用由一并联连接的毛细管和单向阀构成。

过冷换热器11、蓄冷或者除霜换热器12可以是翅片管式的传热元件。

在蓄冷蓄热容器14内装有电加热元件和温度传感器，电加热元件和温度传感器与空调的控制系统电连接，以确保系统在制热除霜过程能够快速除霜。

过冷换热器11的一个接口通过液体连管与室外机17的液管截止阀7相连接，另一接口同时与电子膨胀阀8和电磁阀9相连接，电子膨胀阀8的另一接口可以通过液体连管与室内机换热器13相连接，电磁阀9的另一接口与蓄冷或者除霜毛细管10相连接。蓄冷或者除霜毛细管10的另一接口与蓄冷或者除霜换热器12的一个接口相连接，蓄冷或者除霜换热器12的另一接口分成两个方向，其中一方向可以通过气体连接管路与室外机17的气管截止阀6相连接，另一方向可以通过气体管路与空调器的室内机换热器13的一接口相连接。

在蓄冷蓄热容器14内充满相变蓄热蓄冷材料。

所述的室内机16部分与普通空调器的结构完全一样。

系统的控制由微电脑根据室内外环境条件的变化，以及人为设定的运行程序进行蓄冷、蓄热、放冷、除霜等运行。

下面结合附图详细说明兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器在各种运行工况下的实现本实用新型的发明目的的工作过程(各附图中的箭头所示为系统中冷媒的流向)：

1、兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器在正常制冷运行时的工作过程。

如图4所示，制冷剂经压缩机1压缩升温升压后，气体将进入四通换向阀2，此时四通换向阀2处于断电状态，因此流体通过四通换向阀2后将进入室外机换热器3(冷凝器)，制冷剂气体通过室外机换热器3(冷凝器)与室外环境的空气强制换热后，转变为一种饱和或者过冷的制冷剂液体。由于流体经过制热毛细管4的阻力很大，故这种饱和或者过冷的制冷剂液体经过单向阀5而不经过制热毛细管4(其中单向阀5和制热毛细管4可以由一电子膨胀阀替代，此时这替代的电子膨胀阀处于全开状态)，流过单向阀5的流体来到液管截止阀7，并流经液管截止阀7后将进入过冷换热器11内部，由于在蓄冷蓄热容器14内部装有相变蓄热蓄冷材料，这时过冷换热器11内部的饱和或者过冷制冷剂将大量的显热通过过冷换热器11的翅片传递给蓄冷蓄热容器14内的相变蓄热蓄冷材料，同时蓄冷蓄热容器14内的相变蓄热蓄冷材料通过固——液相转变将自身的储存潜热传递给过冷换热器11内部的制冷剂流体，这样制冷剂的温度变得相当低，以至于低于空调器的正常蒸发温度。制冷剂流体经过过冷换热器11后进入电子膨胀阀8(也可以是一并联连接的单向阀和毛细管)。制冷剂经过节流变为低压的液体，通过液体管路进入室内机换热器13(蒸发器)。这种低温、低压的制冷剂液体在室内机换热器13内进行蒸发，通过室内机换热器13环境吸收大量的潜热和显热，使得室内空气的温度和湿度不断降低；另一方面制冷剂通过吸热后变为饱和或者过热气体，这种低压、低温的制冷剂气体将通过气体管路进入蓄冷蓄热装置18中的蓄冷或除霜换热器12，再通过气体管路和气管截止阀6后返回到压缩机1入口，从而实现制冷循环过程；系统通过制冷剂流体在过冷换热器11的运行后，其制冷能力将至少可以提高30％以上。

2、兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器在正常制热运行时的工作过程。

如图5所示，制冷剂经压缩机1压缩升温升压后，气体将进入四通换向阀2，此时四通换向阀2处于送电状态，因此流体通过四通换向阀2后将直接进入气管截止阀6，并通过气体管路进入到蓄冷蓄热装置18中的蓄冷或除霜换热器12。再通过一段气体管路后，这种高温、高压的制冷剂气体将进入室内机换热器13(冷凝器)，高温、高压的制冷剂气体在室内机换热器13管内时与室内空气进行换热，一方面制冷剂大量放出热量，通过室内机换热器13的换热管和换热翅片将热量传递给室内空气，从而使得室内空气的温度不断升高，达到人们所期望的空气温度；另一方面制冷剂通过放热后变为饱和或者过冷液体，这种饱和或者过冷液体将通过液体管路进入蓄冷蓄热装置18。这种饱和或者过冷液体通过处于全开状态的电子膨胀阀8(如果制冷节流机构为一并联的单向阀和毛细管，此时制冷剂液体将通过单向阀进入过冷换热器11中)，经过过冷换热器11后，液体通过液体管路和液管截止阀7。由于此时单向阀5的处于流动相反的方向，故制冷剂液体经过液管截止阀7进入一段制热毛细管4(对于制热节流机构为电子膨胀阀的情况，此时电子膨胀阀处于制热节流调节状态)，饱和或者过冷高压液体经过节流后，制冷剂流体变为低温、低压的汽液两相混合物。这些汽液两相混合物直接进入室外机换热器3(蒸发器)，低温低压的制冷剂在室外机换热器3管内与室外空气进行换热，制冷剂大量吸收空气所传递的热量(含潜热和显热)，制冷剂通过吸热后变为饱和或者过热气体，这种低压、低温的制冷剂气体将通过四通换向阀2后，返回到压缩机1入口，从而实现循环过程；

3、兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器在蓄冷、除霜运行时的工作过程。

当本实用新型处于用电低谷状态时，此时空调器一般也不需要进行制冷运行，此时本实用新型可以根据用户的要求将空调器进行蓄冷运行。具体地说，本实用新型可以根据用户的设定时间和条件(如系统进行蓄冷运行的流程，如可以选测分时电价差，在用电低峰时自动进行蓄冷运行操作)，本实用新型自动将在规定的条件下自动启动蓄冷运行程序，而且本实用新型可以根据温度、压力等参数判断是否完成蓄冷运行，一旦本实用新型完成蓄冷运行，将进行自动关机。进行蓄冷运行的目的有两个方面，一方面是本实用新型通过蓄冷将在用电低谷时段的电力转化为冷量，并且将其以蓄热蓄冷材料的相变潜热的形式存在，当本实用新型处于用电高峰和用冷高峰时，通过过冷制冷剂液体，从而达到提高制冷剂的制冷量，另一方面本实用新型通过蓄冷运行可以减少在用电高峰的用电量，这样可以减少用户的空调使用费用，而且由于有蓄冷作用，可以提高空调器的制冷能力至少在30％以上。

本实用新型的蓄冷运行流程如图6所示，制冷剂经压缩机1压缩升温升压后，气体将进入四通换向阀2，此时四通换向阀2处于断电状态，因此流体通过四通换向阀2后将进入室外机换热器3(冷凝器)，制冷剂气体通过室外机换热器3(冷凝器)与室外环境的空气强制换热后，转变为一种饱和或者过冷的制冷剂液体，由于流体经过制热毛细管4的阻力很大，故这种饱和或者过冷的制冷剂液体经过单向阀5而不经过制热毛细管4(其中单向阀5和制热毛细管4可以由一电子膨胀阀替代，此时这替代的电子膨胀阀处于全开状态)，流过单向阀5的流体来到液管截止阀7，流体流经液管截止阀7将进入过冷换热器11内部。由于在蓄冷蓄热容器14内部装有相变蓄热蓄冷材料，这时过冷换热器11内部的饱和或者过冷制冷剂将大量的显热通过过冷换热器11的翅片传递给蓄冷蓄热容器14的蓄热蓄冷相变材料，同时蓄冷蓄热容器14内的蓄热蓄冷相变材料通过固——液相转变将自身的储存潜热传递给过冷换热器11内部的制冷剂流体，这样制冷剂的温度变得相当低，以至于低于空调器的正常蒸发温度。制冷剂流体经过过冷换热器11后进入电磁阀9(此时电子膨胀阀8处于关闭状态)，制冷剂液体通过电磁阀9后将通过一段蓄冷或除霜毛细管10进行节流，制冷剂经过节流变为低压的液体，通过液体管路进入蓄冷或除霜换热器12(蒸发器)，这种低温、低压的制冷剂液体在蓄冷或除霜换热器12中进行蒸发，通过蓄冷或除霜换热器12环境吸收蓄热蓄冷相变材料的大量的潜热和显热，使得蓄冷蓄热容器14内的蓄热蓄冷相变材料不断降低温度并发生相变，另一方面制冷剂通过吸热后变为饱和或者过热气体，这种低压、低温的制冷剂气体将通过气体管路和气管截止阀6后返回到压缩机1入口，从而实现蓄冷循环过程；系统在进行蓄冷的过程中，由于蓄冷蓄热容器14内的蓄热蓄冷相变材料不断发生液——固相转变，因而蓄冷或除霜换热器12的传热系数同样也不断降低，传热性能的降低又表现在返回压缩机1的气体温度不断降低，因此当本实用新型蓄冷完成，压缩机1的返回气体温度将变得很低，空调器的控制系统通过检测压缩机1的返回气体温度的变化将可以判断系统是否进行蓄冷完成。

4、兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器在制热除霜运行时的工作过程。

制冷系统在制热运行一段时间之后由于室外空气中含有一定量的水分，而且室外机换热器3的表面温度又比较低，此时将有部分水蒸汽在室外机换热器3表面凝结为霜层，这些霜层的存在将一方面降低换热器的对流传热系数，另一方面将降低通过室外机换热器3的风量，因此当霜层厚度达到一定程度之后，系统必须对霜层进行去除。

这种兼有蓄冷和蓄热功能的空调器的除霜运行流程完全与系统进行蓄冷运行流程一致，如图6所示。

Claims (10)

1、一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，包括室内机(16)、室外机(17)，所述室外机(17)中设有压缩机(1)，与压缩机(1)的冷媒进出管路相连接有四通换向阀(2)，所述四通换向阀(2)的另两个接口分别与气管截止阀(6)和室外机换热器(3)相连接，所述室外机换热器(3)的另一接口与一个制热节流机构的连接接口相连接，所述制热节流机构的另一接口与液管截止阀(7)相连接，其特征在于：还包括通过管路与所述的室外机(17)和室内机(16)相联接的蓄冷蓄热装置(18)。

2、根据权利要求1所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述蓄冷蓄热装置(18)可以作为一个单独的单元装置存在。

3、根据权利要求1所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述蓄冷蓄热装置(18)也可以与室外机(17)共同作为一个单元装置一起存在。

4、根据权利要求1或2或3所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述蓄冷蓄热装置(18)包括一个盛装有相变蓄热蓄冷材料的蓄冷蓄热容器(14)和放置在蓄冷蓄热容器(14)中的两组并联的换热器以及与两组换热器相连接的蓄冷节流机构、制冷节流机构；所述两组换热器其中一组为过冷换热器(11)；所述过冷换热器(11)的一端接口与室外机(17)液管截止阀(7)相连接，另一接口与制冷节流机构一个接口相连接；制冷节流机构的另一接口与室内机换热器(13)的相连；另一组换热器是蓄冷换热器(12)，所述蓄冷换热器(12)的一端接口与室外机(17)和室内机(16)之间的气体管路相连接，另一端接口与蓄冷节流机构一个接口相连接；蓄冷节流机构的另一接口与过冷换热器(11)连接管路并联后与制冷节流机构相连接。

5、根据权利要求4所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是在蓄冷蓄热容器(14)内装有电加热元件和温度传感器，所述电加热元件和温度传感器与空调的控制系统电连接。

6、根据权利要求4所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述两组换热器可以是翅片管式的传热元件。

7、根据权利要求4所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述制冷节流机构可以采用一电子膨胀阀(8)。

8、根据权利要求4所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述制冷节流机构也可以采用由一并联连接的毛细管和单向阀。

9、根据权利要求4所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述蓄冷节流机构可以采用一电子膨胀阀。

10、根据权利要求4所述的一种兼有蓄冷和蓄热功能的热泵空调器，其特征是所述蓄冷节流机构也可以采用由一串联连接的蓄冷毛细管(10)和电磁阀(9)，蓄冷毛细管(10)的一个接口与室内机换热器(3)的相连，另一接口与电磁阀(9)的一个接口相连接，所述电磁阀(9)的另一接口与过冷换热器(11)连接管路并联后与制冷节流机构相连接。

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