一种直接膨胀式相变储能热泵系统及工作方法技术方案

本发明专利技术涉及一种直接膨胀式相变储能热泵系统及其工作方法，包括室内机组、室外机组和水箱，室内机组包括室内机壳体，室内机壳体内部上方设有风机段、内部下方设有回风段，室内机壳体侧面上部设有与所述风机段相连通的送风口、侧面下部设有与回风段相连通的回风口；室内机壳体中部设有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道上端与风机段连通、下端与回风段连通；第二换热通道上端与风机段连通，下端与所述回风段连通；第一换热通道内设有室内风冷换热器，第二换热通道内设有相变储能蓄冷装置；所述水箱内设有相变储能蓄热装置。回收蒸汽压缩制冷循环的余热制备热水，对提高能源利用率、降低运行费用和缓解电网压力有显著的效果。的效果。的效果。

【技术实现步骤摘要】
一种直接膨胀式相变储能热泵系统及工作方法


[0001]本专利技术涉及热泵、相变储能
，特别是一种直接膨胀式相变储能热泵系统及其工作方法。

技术介绍

[0002]随着经济的发展和人民生活水平的提高，空调和热水器日益成为我国绝大多数家庭的必需品。然而，空调和热水的高能耗问题给我国的能源供应带来了巨大压力。空气源热泵热水器通过吸收空气中的热量来加热水，其加热相同热水的耗电量仅为电热水器的1/4左右，由于能效高，得到了广泛的关注和应用。空调在蒸汽压缩制冷循环时向环境排热，而空气源热泵热水器在蒸汽压缩制热循环时从环境吸热，存在能量的浪费。
[0003]基于相变材料的相变储能技术具有储能密度大、储能过程中温度变化小等优点，可有效解决能量供给与需求在时间和使用强度上的不匹配问题。相变材料与空调或热泵系统相结合，夜间将冷量储存在相变材料中，白天将冷量释放出来冷却室内环境，可实现电力的移峰填谷，降低供冷运行费用。如何实现相变材料的快速储能，是相变储能系统应用的关键。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种能提高能源利用率、降低运行费用的直接膨胀式相变储能热泵系统及其工作方法。
[0005]本专利技术采用以下方案实现：一种直接膨胀式相变储能热泵系统，包括通过管道连接的室内机组、室外机组和水箱，所述室内机组包括室内机壳体，所述室内机壳体内部上方设有风机段、内部下方设有回风段，室内机壳体侧面上部设有与所述风机段相连通的送风口、侧面下部设有与回风段相连通的回风口；室内机壳体中部设有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道上端与风机段连通、下端与回风段连通；第二换热通道上端与风机段连通，下端与所述回风段连通；第一换热通道内设有室内风冷换热器，第二换热通道内设有相变储能蓄冷装置；所述水箱内设有相变储能蓄热装置。
[0006]进一步的，所述第一换热通道的下端设有用以控制第一换热通道开关的第一电动风阀；所述第二换热通道下端设有用以控制第二换热通道开关的第二电动风阀；所述室内风冷换热器和第一电磁阀通过制冷剂管道串联后的管路与所述相变储能蓄冷装置和第二电磁阀通过制冷剂管道串联后的管路相并联。
[0007]进一步的，所述室外机组包括设有进风口和排风口的室外机壳体、压缩机、气液分离器、四通换向阀、第三电磁阀、室外风冷换热器、节流装置、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀和冷凝风机；所述压缩机的吸气口通过制冷剂管道与气液分离器相连，排气口通过制冷剂管道与四通换向阀相连；四通换向阀的一个端口通过制冷剂管道与气液分离器相连，一个端口通过制冷剂管道经第三电磁阀与室外风冷换热器相连，一个端口通过制冷剂管道与室内风冷换热器的一端相连；所述节流装置的一端通过制
冷剂管道经第四电磁阀与室外风冷换热器相连，一端通过制冷剂管道经第一电磁阀与室内风冷换热器相连；水箱和第五电磁阀串联后的管路与第三电磁阀、室外风冷换热器和第四电磁阀串联后的管路相并联；所述第四电磁阀和节流装置串联后的管路与第六电磁阀所在管路相并联；所述第七电磁阀的一端通过制冷剂管道连接在所述水箱和第五电磁阀之间的管路上，一端通过制冷剂管道连接在四通换向阀和室内风冷换热器之间的管路上；所述第八电磁阀的一端通过制冷剂管道连接在第三电磁阀和室外风冷换热器之间的管路上，一端通过制冷剂管道连接在四通换向阀和室内风冷换热器之间的管路上。
[0008]进一步的，所述回风口处设有第一温度传感器；所述送风口处设有第二温度传感器；所述水箱的出水管处设有第三温度传感器。
[0009]进一步的，所述水箱的壳体上设置有进水管、排水管、出水管，所述相变储能蓄热装置位于水箱内部的水中；所述进水管上依次设置有过滤器、止回阀和第一闸阀；所述排水管上设置有第二闸阀。
[0010]进一步的，所述相变储能蓄冷装置和相变储能蓄热装置均由多个互相平行的相变储能模块组成，所述相变储能模块采用相变材料镶嵌在金属板内，制冷剂管道在相变材料内部“回”字形盘绕且之间留有一定的间距，其外部形状为光管或带外翅片的长方体，相邻相变储能模块之间留有一定的间距形成通道；相变材料为无机水合盐、石蜡或有机
‑
无机复合相变材料，所述相变储能蓄冷装置的相变材料的相变温度为7~12℃；所述相变储能蓄热装置的相变材料的相变温度为40~45℃。
[0011]进一步的，所述室内机组的室内机壳体和室外机组的室外机壳体均为金属壳体或塑料壳体；所述水箱的壳体为金属壳体；所述室内机组的室内机壳体和水箱的壳体外侧四周均设有保温材料，所述保温材料为聚氨酯、聚苯乙烯、玻璃棉或橡塑。
[0012]本专利技术另一技术方案：一种如上所述直接膨胀式相变储能热泵系统的工作方法，包括以下步骤：步骤S1：设定室内设定温度为T
aset
、热水设定温度为T
wset
；步骤S2：第一温度传感器检测到的室内温度为T
n
，第二温度传感器检测到室内机组送风温度为T
o
，第三温度传感器检测到水箱热水温度为T
w
，室内温度T
n
与室内设定温度T
aset
之间的控制温差
△
T
a
、热水温度T
w
与热水设定温度T
wset
之间的控制温差
△
T
w
、室内温度T
n
与送风温度T
o
之间的控制温差
△
T
o
；供冷模式时，T
n
与设定的T
aset
和（T
aset
‑△
T
a
）进行比较，T
n
与（T
o
+
△
T
o
）进行比较；供暖模式时，T
n
与设定的T
aset
和（T
aset
+
△
T
a
）进行比较；T
w
与设定的T
wset
和（T
wset
‑△
T
w
）进行比较；步骤S3：选择运行模式：蓄冷模式、供冷模式、供暖模式、水箱蓄热模式；步骤S4：执行蓄冷模式：具体按照如下步骤实现：步骤S41：当T
w
＜T
wset
时，进入步骤S42，当T
w
≥T
wset
时，进入步骤S43；步骤S42：控制器开启第二电磁阀、压缩机、第五电磁阀，关闭送风机、第一电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、冷凝风机；压缩机吸收气液分离器中的低温低压制冷剂蒸汽，加压后形成高温高压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽依次通过四通换向阀、第五电磁阀进入水箱，与水箱中的相变材料和水换热放出热量，相变材料由固态变成液态，制冷剂蒸汽形成中温高压的制冷剂液体，经节流装置后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接膨胀式相变储能热泵系统，其特征在于：包括通过管道连接的室内机组、室外机组和水箱，所述室内机组包括室内机壳体，所述室内机壳体内部上方设有风机段、内部下方设有回风段，室内机壳体侧面上部设有与所述风机段相连通的送风口、侧面下部设有与回风段相连通的回风口；室内机壳体中部设有第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道上端与风机段连通、下端与回风段连通；第二换热通道上端与风机段连通，下端与所述回风段连通；第一换热通道内设有室内风冷换热器，第二换热通道内设有相变储能蓄冷装置；所述水箱内设有相变储能蓄热装置。2.根据权利要求1所述的直接膨胀式相变储能热泵系统，其特征在于：所述第一换热通道的下端设有用以控制第一换热通道开关的第一电动风阀；所述第二换热通道下端设有用以控制第二换热通道开关的第二电动风阀；所述室内风冷换热器和第一电磁阀通过制冷剂管道串联后的管路与所述相变储能蓄冷装置和第二电磁阀通过制冷剂管道串联后的管路相并联。3.根据权利要求2所述的直接膨胀式相变储能热泵系统，其特征在于：所述室外机组包括设有进风口和排风口的室外机壳体、压缩机、气液分离器、四通换向阀、第三电磁阀、室外风冷换热器、节流装置、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀和冷凝风机；所述压缩机的吸气口通过制冷剂管道与气液分离器相连，排气口通过制冷剂管道与四通换向阀相连；四通换向阀的一个端口通过制冷剂管道与气液分离器相连，一个端口通过制冷剂管道经第三电磁阀与室外风冷换热器相连，一个端口通过制冷剂管道与室内风冷换热器的一端相连；所述节流装置的一端通过制冷剂管道经第四电磁阀与室外风冷换热器相连，一端通过制冷剂管道经第一电磁阀与室内风冷换热器相连；水箱和第五电磁阀串联后的管路与第三电磁阀、室外风冷换热器和第四电磁阀串联后的管路相并联；所述第四电磁阀和节流装置串联后的管路与第六电磁阀所在管路相并联；所述第七电磁阀的一端通过制冷剂管道连接在所述水箱和第五电磁阀之间的管路上，一端通过制冷剂管道连接在四通换向阀和室内风冷换热器之间的管路上；所述第八电磁阀的一端通过制冷剂管道连接在第三电磁阀和室外风冷换热器之间的管路上，一端通过制冷剂管道连接在四通换向阀和室内风冷换热器之间的管路上。4.根据权利要求3所述的直接膨胀式相变储能热泵系统，其特征在于：所述回风口处设有第一温度传感器；所述送风口处设有第二温度传感器；所述水箱的出水管处设有第三温度传感器。5.根据权利要求3所述的直接膨胀式相变储能热泵系统，其特征在于：所述水箱的壳体上设置有进水管、排水管、出水管，所述相变储能蓄热装置位于水箱内部的水中；所述进水管上依次设置有过滤器、止回阀和第一闸阀；所述排水管上设置有第二闸阀。6.根据权利要求1所述的直接膨胀式相变储能热泵系统，其特征在于：所述相变储能蓄冷装置和相变储能蓄热装置均由多个互相平行的相变储能模块组成，所述相变储能模块采用相变材料镶嵌在金属板内，制冷剂管道在相变材料内部“回”字形盘绕且之间留有一定的间距，其外部形状为光管或带外翅片的长方体，相邻相变储能模块之间留有一定的间距形成通道；相变材料为无机水合盐、石蜡或有机
‑
无机复合相变材料，所述相变储能蓄冷装置的相变材料的相变温度为7~12℃；所述相变储能蓄热装置的相变材料的相变温度为40~45℃。
7.根据权利要求1所述的直接膨胀式相变储能热泵系统，其特征在于：所述室内机组的室内机壳体和室外机组的室外机壳体均为金属壳体或塑料壳体；所述水箱的壳体为金属壳体；所述室内机组的室内机壳体和水箱的壳体外侧四周均设有保温材料，所述保温材料为聚氨酯、聚苯乙烯、玻璃棉或橡塑。8.一种如权利要求4所述直接膨胀式相变储能热泵系统的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1：设定室内设定温度为T
aset
、热水设定温度为T
wset
；步骤S2：第一温度传感器检测到的室内温度为T
n
，第二温度传感器检测到室内机组送风温度为T
o
，第三温度传感器检测到水箱热水温度为T
w
，室内温度T
n
与室内设定温度T
aset
之间的控制温差
△
T
a
、热水温度T
w
与热水设定温度T
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之间的控制温差
△
T
w
、室内温度T
n
与送风温度T
o
之间的控制温差
△
T
o
；供冷模式时，T
n
与设定的T
aset
和（T
aset
‑△
T
a
）进行比较，T
n
与（T
o
+
△
T
o
）进行比较；供暖模式时，T
n
与设定的T
aset
和（T
aset
+
△
T
a
）进行比较；T
w
与设定的T
wset
和（T
wset
‑△
T
w
）进行比较；步骤S3：选择运行模式：蓄冷模式、供冷模式、供暖模式、水箱蓄热模式；步骤S4：执行蓄冷模式：具体按照如下步骤实现：步骤S41：当T
w
＜T
wset
时，进入步骤S42，当T
w
≥T
wset
时，进入步骤S43；步骤S42：控制器开启第二电磁阀、压缩机、第五电磁阀，关闭送风机、第一电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、冷凝风机；压缩机吸收气液分离器中的低温低压制冷剂蒸汽，加压后形成高温高压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽依次通过四通换向阀、第五电磁阀进入水箱，与水箱中的相变材料和水换热放出热量，相变材料由固态变成液态，制冷剂蒸汽形成中温高压的制冷剂液体，经节流装置后形成低温低压的制冷剂液体，通过第二电磁阀进入相变储能蓄冷模块中吸收相变材料的热量，相变材料由液态变成固态，低温低压的制冷剂液体变成低温低压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽通过四通换向阀重新进入气液分离器，被压缩机再次吸收压缩；上述过程反复进行，相变储能蓄冷模块实现蓄冷，水箱实现蓄热；当相变储能蓄冷模块蓄满时，进入步骤S2；否则，进入步骤S41；其中，相变储能蓄冷模块冷量是否蓄满是通过一个算法得到；步骤S43：控制器开启第二电磁阀、压缩机、第三电磁阀、第四电磁阀、冷凝风机，关闭送风机、第一电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀；冷凝风机将室外空气通过进风口引入到室外机组内部，与室外风冷换热器中的制冷剂进行换热，并将换热后的空气通过排风口排出室外；压缩机吸收气液分离器中的低温低压制冷剂蒸汽，加压后形成高温高压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽依次通过四通换向阀、第三电磁阀进入室外风冷换热器与空气换热放出热量，形成中温高压的制冷剂液体，制冷剂液体依次通过第四电磁阀、节流装置后形成低温低压的制冷剂液体，通过第二电磁阀进入相变储能蓄冷模块中吸收相变材料的热量，相变材料由液态变成固态，低温低压的制冷剂液体变成低温低压的制冷剂蒸汽，制冷剂蒸汽通过四通换向阀重新进入气液分离器，被压缩机再次吸收压缩；上述过程反复进行，相变储能蓄冷模块实现蓄冷；当相变储能蓄冷模块蓄满时，进入步骤S2；否则，进入步骤S41；其中，相变储能蓄冷模块冷量是否蓄满是通过一个算法得到；步骤S5：执行供冷模式：具体按照如下步骤实现：步骤S51：当T
n
＞T
aset
时，进入步骤S52，当T
n
≤T
aset
时，进入步骤S53；
步骤S52：控制器开启送风机、第二电动风阀，关闭第一电动风阀、第一电磁阀、第二电磁阀、压...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓明，刘其炘，蒋柱武，邱金友，陈昀煌，罗煊，郑雄，龚跃方，
申请(专利权)人：福建工程学院，
类型：发明
国别省市：