一种用于控制建筑物内部温度的热泵系统。该系统包括：压缩机、第一热交换器、膨胀装置和第二热交换器，它们通过制冷剂流而流体连接在一起从而限定制冷剂回路，以及热能储存装置，热能储存装置可热连接到制冷剂回路以与制冷剂交换热能。热泵系统被配置成可在正常制热模式和除霜模式下运行。在正常制热模式下，热能从第二热交换器传递到制冷剂中，并通过第一热交换器从制冷剂传递来为建筑物供暖。在除霜模式下，热能从热能储存装置传递到制冷剂中，并通过第一热交换器从制冷剂传递来为建筑物供暖，通过第二热交换器从制冷剂传递来为第二热交换器除霜。热泵系统包括切换组件，该切换组件被配置成在正常制热模式和除霜模式之间切换，并且切换组件被配置成当在除霜模式下运行热泵系统时，引导离开第一热交换器的制冷剂流过第二热交换器，使制冷剂中的余热为第二热交换器除霜。换器除霜。换器除霜。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热泵系统
[0001]本专利技术涉及热泵系统和热泵系统的运行方法。
[0002]专利技术背景
[0003]众所周知，可以提供热泵以从热源(例如环境外部空气)提取热能(即热量)，然后将提取的热能释放到封闭空间例如建筑物的内部。任何温度高于绝对零度的热源都包含一些热能，可以利用这些热能来提高封闭空间的内部温度。
[0004]一种已知的热泵系统示例是空气源热泵(ASHP)，其通常包括蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀装置。ASHP的组件通过流体管道而流体连接以形成制冷剂回路。蒸发器和冷凝器各自包括热交换器，热交换器被配置成允许热量被传递到流过制冷剂回路的制冷剂中和/或从中传递出来。蒸发器布置在外部位置，使得它可以从周围的外部空气传递热量，而冷凝器通常连接到建筑物的中央供暖系统。
[0005]制冷回路从压缩机开始，蒸发的制冷剂被压缩形成热蒸汽。然后，热的制冷剂蒸汽被引向冷凝器，冷凝器从制冷剂中传递一些热量，从而将蒸汽冷凝成液体。然后液态制冷剂流到膨胀阀，发生膨胀，从而降低压力和温度。冷的制冷剂混合物被引导通过蒸发器，随后它从外部空气传递热量，使制冷剂蒸发。然后制冷剂蒸汽被引导回压缩机以再次启动制冷剂回路。
[0006]ASHP的一个已知问题是，当周围外部空气温度下降时，热容量和性能系数(COP)会急剧下降。这意味着当最需要流入热量来提高建筑物的内部温度使，ASHP的性能会下降到最低水平。
[0007]已知的ASHP的另一个问题是当外部温度下降到大约6℃以下时，可能会在蒸发器的盘管或翅片上形成霜和冰。结冰会降低蒸发器的运行效率，从而导致ASHP停止工作。有必要定期对蒸发器除霜以防止结冰，尤其是在寒冷和潮湿的气候下。
[0008]蒸发器除霜的典型方法包括反转制冷剂通过回路的流动方向，引导制冷剂从压缩机流向蒸发器。通过配置ASHP从冷凝器中提取热量来融化蒸发器中积聚的冰来进行这种所谓的“反向循环方法”。
[0009]一种替代方法是为制冷剂回路提供旁路导管或通道，其配置成将压缩机的输出端流体连接到蒸发器的输入端同时绕过冷凝器。这种“热气旁路方法”中压缩机被配置成产生热汽化的制冷剂，然后将其引导至蒸发器以融化其上形成的冰。
[0010]另一种可选的除霜方法使用单独的电加热器，该电加热器被配置成直接加热蒸发器的外表面以融化在寒冷和潮湿条件下积聚的霜和冰。这种除霜方法使用额外的电力，并且还需要在除霜过程中关闭ASHP装置，这会导致建筑物内部的供热中断。
[0011]在除霜操作期间，这些除霜方法中的每一种都消耗电力而不向建筑物内部提供热量。例如，在热气旁路方法中，压缩机运行以提供热制冷剂蒸汽，但没有热量提供给建筑物的中央供暖系统，因为热蒸汽被从冷凝器中传递。或者，反向循环方法使冷制冷剂在流向蒸发器的途中流过冷凝器。这会导致从冷凝器中提取热量，从而降低建筑物内部的温度。
[0012]这些除霜方法在运行过程中，都需要提供备用热源，如电加热器或燃气锅炉，以便
在蒸发器除霜的同时为建筑物内部供暖。因此，每种除霜方法都显着降低了热泵系统的整体性能系数(COP)。
[0013]本公开旨在解决现有热泵系统的上述问题中的一个或多个。
技术实现思路
[0014]在最广义上，本专利技术的各方面提供了一种热泵系统，该系统被配置成当在除霜模式下运行时，将来自冷凝器的残余热能引导至蒸发器除霜，同时还将储存的热能从热能储存装置引导至冷凝器，以便在除霜操作期间为建筑物供暖的内部。本专利技术的各方面还提供了一种在除霜模式下运行热泵系统的方法，该方法包括将来自冷凝器的残余热能引导至蒸发器除霜，以及将储存的热能从热能储存装置引导至冷凝器。
[0015]本专利技术的第一方面提供了一种用于建筑物温度控制系统的热泵系统，该系统包括：压缩机、第一热交换器、膨胀装置和第二热交换器，它们通过制冷剂流而流体连接在一起从而限定制冷剂回路，以及热能储存装置，该热能储存装置可热连接到制冷剂回路以与制冷剂交换热能。热泵系统被配置成可在正常制热模式和除霜模式下运行。在正常制热模式下，热能从第二热交换器传递到制冷剂中，并通过第一热交换器从制冷剂传递来为建筑物供暖；在除霜模式下，热能从热能储存装置传递到制冷剂中，并通过第一热交换器从制冷剂传递来为建筑物供暖，通过第二热交换器从制冷剂传递来为第二热交换器除霜。该热泵系统包括切换组件，该切换组件被配置成在正常制热模式和除霜模式之间切换，并且该切换组件被配置成当在除霜模式下运行热泵系统时，引导离开第一热交换器的制冷剂流过第二热交换器，使制冷剂中的余热为第二热交换器除霜。
[0016]制冷剂回路可通过切换组件配置，使得从第一热交换器流出的制冷剂中的残余热能被引导至第二热交换器，以便融化已经积聚在其外表面上的冰。
[0017]来自第一热交换器的余热表示未被第一热交换器传递到建筑物的中央供暖系统中的多余热量。在已知的热泵系统中，这种“余热”通常被浪费。在除霜操作过程中，热能储存装置被配置成将储存的热能传递到制冷剂回路中，使得第一热交换器能够继续为建筑物的中央供暖系统提供热量。
[0018]因此，热泵系统的除霜模式能够将第二热交换器除霜与建筑物的连续(即不间断)加热相结合。此功能消除了对备用加热器的需求，从而显着提高了热泵系统的性能系数(COP)，从而降低了其运营成本。
[0019]现在将列出可选特征。这些特征可单独应用或与任何方面以任何组合应用。
[0020]应当理解，在本文中术语“制冷剂”指传热流体，例如，能够在气相和液相之间转变并且可用于传热过程的流体。例如，制冷剂可包括能够充当媒介在传热过程的一侧进行冷却、在传热过程的另一侧进行加热，并将热能从传热过程的一侧传递到另一侧的任何传热流体。因此，根据本公开，本文描述的每个制冷剂回路可限定传热流体回路。
[0021]第一热交换器和第二热交换器可分别限定内部热交换器和外部热交换器。也就是说，第一热交换器可配置成在热泵系统与建筑物的内部空间之间传递热能，而第二热交换器可配置成在热泵系统与外部环境之间传递热能。因此，第一热交换器和第二热交换器可分别定义为热泵系统的室内和室外热交换器(或单元)。第一热交换器可以是冷凝器。第二热交换器可以是蒸发器。
[0022]应当理解，膨胀装置可以包括任何膨胀装置，其被适当地配置成引起制冷剂膨胀。例如，膨胀装置可包括膨胀阀。膨胀装置可配置成在任一流动方向上操作。因此，膨胀装置可以是毛细管。备选地，膨胀装置可包括布置在可切换回路中的两个或更多个单向膨胀阀，以便引起制冷剂流在任一方向上的膨胀，如本领域技术人员所理解的那样。另一种膨胀装置可包括两个不对称膨胀装置，它们与两个单向阀连接在一起。或者，膨胀装置可包括单个不对称膨胀阀，其通过四个控制阀连接到制冷剂回路，如本领域技术人员将理解的那样。
[0023]切换组件可被配置成当在除霜模式下运行热泵系统时，引导离开第一热交换器的制冷剂依次通过第二热交换器、膨胀装置和压缩机。以此方式，热泵系统可以被配置成使来自第一热交换器的残余热能被制冷本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于控制建筑物内部温度的热泵系统，所述系统包括：压缩机、第一热交换器、膨胀装置和第二热交换器，它们通过制冷剂流而流体连接在一起从而限定制冷剂回路，以及热能储存装置，所述热能储存装置可热连接到所述制冷剂回路以与所述制冷剂交换热能；其中所述热泵系统被配置成可在正常制热模式和除霜模式下运行，其中：在正常制热模式下，热能从所述第二热交换器传递到所述制冷剂中，并通过所述第一热交换器从所述制冷剂传递来为建筑物供暖，在除霜模式下，热能从所述热能储存装置传递到所述制冷剂中，并通过所述第一热交换器从所述制冷剂传递来为建筑物供暖，通过所述第二热交换器从所述制冷剂传递来为所述第二热交换器除霜；其中所述热泵系统包括切换组件，所述切换组件被配置成在正常制热模式和除霜模式之间切换，并且所述切换组件被配置成当在除霜模式下运行所述热泵系统时，引导离开所述第一热交换器的制冷剂流过所述第二热交换器，使所述制冷剂中的余热为所述第二热交换器除霜。2.根据权利要求1所述的热泵系统，其中所述切换组件被配置成当在除霜模式下运行所述热泵系统时，引导离开所述第一热交换器的制冷剂依次通过所述第二热交换器、所述膨胀装置和所述压缩机。.3.根据权利要求1或权利要求2所述的热泵系统，其中所述热能储存装置连接到在所述膨胀装置和所述压缩机之间的所述制冷剂回路。4.根据权利要求2或权利要求3所述的热泵系统，其中所述切换组件包括四通阀，所述四通阀被配置成当在除霜模式下运行所述热泵系统时，将所述第一热交换器直接连接到所述第二热交换器。5.根据权利要求1所述的热泵系统，其中所述切换组件被配置成当在除霜模式下运行热泵系统时，绕过所述膨胀装置并引导离开所述第一热交换器的制冷剂依次通过第二膨胀装置、所述热能储存装置、所述第二热交换器和所述压缩机。6.根据权利要求5所述的热泵系统，其中所述切换组件包括第一旁路组件，所述第一旁路组件被配置成当在除霜模式下运行所述热泵系统时，将所述膨胀装置与所述制冷剂回路隔离。7.根据权利要求5或权利要求6所述的热泵系统，其中所述热能储存装置连接到在所述第二膨胀装置和所述第二热交换器之间的所述制冷剂回路。8.根据权利要求7所述的热泵系统，其中所述切换组件包括第二旁路组件，所述第二旁路组件被配置成当在除霜模式下运行所述热泵系统时，将所述第二膨胀装置流体连接到在所述第一热交换器和所述热能储存装置之间的所述制冷剂回路。9.根据权利要求5至8中任一项所述的热泵系统，其中所述热泵系统可在充热模式下运行，在所述充热模式下，热能从所述制冷剂传递到所述热能储存装置，其中所述切换组件被配置成当在所述充热模式下运行所述热泵系统时，引导离开所述压缩机的制冷剂绕过所述第二膨胀装置和所述第一热交换器。10.根据权利要求5至9中任一项所述的热泵系统，其中所述热泵系统可在辅助制热模式下运行，在所述辅助制热模式下，热能从所述热能储存装置传递到所述制冷剂中，其中所
述切换组件被配置成当在所述辅助制热模式下运行所述热泵系统时，绕过所述膨胀装置和所述第二热交换器。11.根据前述权利要求中任一项所述的热泵系统，其中所述热能储存装置包括相变材料。12.根据权利要求11所述的热泵系统，其中所述相变材料被配置成与所述制冷剂回路的管道直接热接触。13.根据权利要求11所述的热泵系统，其中所...
【专利技术属性】
技术研发人员：于智斌，
申请(专利权)人：格拉斯哥大学校董会，
类型：发明
国别省市：
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