一种蓄热式空气源热泵系统及其控制方法 |
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| 申请号 | CN201710694070.5 | 申请日 | 2017-08-15 | 公开(公告)号 | CN107525296A | 公开(公告)日 | 2017-12-29 |
| 申请人 | 东北电力大学; | 发明人 | 邱国栋; 赵洪运; 林兴伟; 梁云; | ||||
| 摘要 | 一种蓄热式空气源 热 泵 系统及其控制方法，系统包括 压缩机 、四通换向 阀 、气液分离器、第二 电子 膨胀阀 、室内换热器、 室外换热器 和相关的阀 门 及连接用的管路，其特点是，还包括 蓄热器 、第一电子膨胀阀。环境 温度 低于切换温度时，制热运行时的控制方法为：当室内温度低于设定值1℃时，机组启动供热过程，该过程蓄热器作为系统的低温热源，由于蓄热器内的压 力 为中间压力，可使得压缩机的压缩比大大降低，机组稳定运行。在这一过程室内温度会升高，当室内温度高于设定值1℃时，机组启动蓄热过程，该过程压缩机的高温排气直接用于蓄热器的蓄热。在这一过程室内温度会下降，当室内温度低于设定值1℃时，机组又切换为供热过程。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种蓄热式空气源热泵系统，所述系统包括压缩机（1）、四通换向阀（2）、室内换热器（3）、第一电子膨胀阀（7）、第二电子膨胀阀（12）、室外换热器（14）和气液分离器（17），其特征在于，所述系统还包括蓄热器（8）、第一电磁阀（6）、第二电磁阀（13）、第三电磁阀（16）、第一管路（4）、第二管路（5）、第三管路（10）、第四管路（11）和第五管路（15），蓄热器（8）内含有螺旋盘管（9）充有相变蓄热材料，压缩机（1）的排气口与四通换向阀（2）的第一通孔连通，四通换向阀（2）的第二通孔与室内换热器（3）的入口端连通，室内换热器（3）的出口端同时与第一管路（4）的入口端和第二管路（5）的入口端连通，蓄热器（8）内螺旋盘管（9）的入口端同时与第一管路（4）的出口端和第二管路（5）的出口端连通，第一电子膨胀阀（7）设置在第一管路（4）上，第一电磁阀（6）设置在第二管路（5）上，蓄热器（8）内螺旋盘管（9）的出口端同时与第三管路（10）的入口端和第四管路（11）的入口端连通，第四管路（11）的出口端与室外换热器（14）的入口端连通，第二电子膨胀阀（12）设置在第四管路（11）上，室外换热器（14）的出口端与第五管路（15）的入口端连通，四通换向阀（2）的第三通孔同时与第五管路（15）的出口端和第三管路（10）的出口端连通，第二电磁阀（13）设置在第三管路（10）上，第三电磁阀（16）设置在第五管路（15）上，四通换向阀（3）的第四通孔与气液分离器（17）的入口端连通，气液分离器（17）的出口端与压缩机（1）的吸气口连通。 |
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| 说明书全文 | 一种蓄热式空气源热泵系统及其控制方法技术领域背景技术[0002] 空气源热泵在低温环境（如低于-5℃）运行时由于压缩机压缩比的增加，会导致排气温度过高，制热效果变差，机组的能效比会大大降低，可靠性变差，而且环境温度越低，这一问题愈严重，同时还伴随着机组结霜除霜的问题。传统的喷气增焓及双级压缩技术对改善机组低温下的制热性能有一定作用，但当室外温度很低时（如低于-20℃），机组仍然无法有效运行。 [0003] 传统的复叠式热泵循环技术虽然能够很好的改善机组在低温时的运行性能，制热量也有所提高，但该技术方案系统过于复杂，成本高，而且不能单级运行，在热负荷较小时效率低，也不能运行制冷模式，导致设备的利用率低，难以大面积推广使用。 [0004] 传统的逆循环除霜技术在除霜时四通换向阀换向，系统由制热循环变为制冷循环，不仅不供热，还要从室内吸热用于除霜，致使室温下降剧烈（约下降5-8℃），严重影响室内舒适性，，而且系统运行不稳定，可靠性差，同时系统的高低压对接（供热与除霜切换时）会对部件造成较大的机械冲击，使得机组易损坏，使用寿命降低；某些改良的除霜技术虽然除霜时间可缩短，但依然存在室内温度降低、高低压对接的问题。因此，空气源热泵的结霜除霜问题一直是制约其高效运行的一个瓶颈，尚未得到很好的解决。 发明内容[0005] 本发明的目的是提出一种蓄热式空气源热泵系统，并提供其控制方法，旨在改善机组在低温下的运行性能，同时也能很好的解决机组结霜除霜的问题。 [0006] 本发明的目的是由以下技术方案来是实现的：一种蓄热式空气源热泵系统，所述系统包括压缩机1、四通换向阀2、室内换热器3、第一电子膨胀阀7、第二电子膨胀阀12、室外换热器14和气液分离器17，其特征在于，所述系统还包括蓄热器8、第一电磁阀6、第二电磁阀13、第三电磁阀16、第一管路4、第二管路5、第三管路10、第四管路11和第五管路15，蓄热器8内含有螺旋盘管9充有相变蓄热材料，压缩机1的排气口与四通换向阀2的第一通孔连通，四通换向阀2的第二通孔与室内换热器3的入口端连通，室内换热器3的出口端同时与第一管路4的入口端和第二管路5的入口端连通，蓄热器8内螺旋盘管9的入口端同时与第一管路4的出口端和第二管路5的出口端连通，第一电子膨胀阀7设置在第一管路4上，第一电磁阀6设置在第二管路5上，蓄热器8内螺旋盘管9的出口端同时与第三管路10的入口端和第四管路11的入口端连通，第四管路11的出口端与室外换热器14的入口端连通，第二电子膨胀阀12设置在第四管路11上，室外换热器14的出口端与第五管路15的入口端连通，四通换向阀2的第三通孔同时与第五管路15的出口端和第三管路10的出口端连通，第二电磁阀13设置在第三管路10上，第三电磁阀16设置在第五管路15上，四通换向阀3的第四通孔与气液分离器17的入口端连通，气液分离器17的出口端与压缩机1的吸气口连通。 [0007] 所述蓄热器8中相变蓄热材料的相变温度在10-25℃之间。 [0008] 所述系统制热运行时的控制方法为：a.当室外空气温度高于切换温度，切换温度在-7℃ -2℃之间取值时，室内换热器3的~ 风机正常运转，第一电子膨胀阀7和第二电磁阀13关闭，第一电磁阀6和第三电磁阀16打开，第二电子膨胀阀12正常动作； b.当室外空气温度低于所述切换温度时，在这一前提条件下，当室内温度低于设定值1℃时，机组启动供热过程，室内换热器3的风机正常运转，第一电子膨胀阀6、第三电磁阀16和第二电子膨胀阀12关闭，第二电磁阀13打开，第一电子膨胀阀7正常动作，该过程蓄热器8放热，室内温度上升，当室内温度高于设定值1℃时，机组启动蓄热过程，室内换热器3的风机关闭，第一电子膨胀阀7和第二电磁阀13关闭，第一电磁阀6和第三电磁阀16打开，第二电子膨胀阀12正常动作，该过程蓄热器8蓄热，室内温度下降，当室内温度低于设定值1℃时，机组又切换为供热过程。 [0009] 本发明的一种蓄热式空气源热泵系统及其控制方法的有益效果体现在：（1）所述系统结构简单，其控制方法科学合理，简便适用，可根据实际需要进行单级或拟复叠模式的切换，使得机组在很宽的室外温度范围内能保持稳定高效的运行，而且系统比复叠式系统简单，控制比复叠式系统更加灵活； （2）所述蓄热器蓄放热时间短，所需容积小，成本低，而且易于和现有机组结合，生产加工方便； （3）在除霜时除霜速度快，室内温度下降少，舒适性大大提高，同时机组运行稳定，除霜彻底。 附图说明 [0010] 图1是本发明的一种蓄热式空气源热泵系统结构示意图。 具体实施方式参照图1，本发明的一种蓄热式空气源热泵系统，所述系统包括压缩机1、四通换向阀2、室内换热器3、第一电子膨胀阀7、第二电子膨胀阀12、室外换热器14和气液分离器17，其特征在于，所述系统还包括蓄热器8、第一电磁阀6、第二电磁阀13、第三电磁阀16、第一管路4、第二管路5、第三管路10、第四管路11和第五管路15，蓄热器8内含有螺旋盘管9充有相变蓄热材料，压缩机1的排气口与四通换向阀2的第一通孔连通，四通换向阀2的第二通孔与室内换热器3的入口端连通，室内换热器3的出口端同时与第一管路4的入口端和第二管路5的入口端连通，蓄热器8内螺旋盘管9的入口端同时与第一管路4的出口端和第二管路5的出口端连通，第一电子膨胀阀7设置在第一管路4上，第一电磁阀6设置在第二管路5上，蓄热器8内螺旋盘管9的出口端同时与第三管路10的入口端和第四管路11的入口端连通，第四管路11的出口端与室外换热器14的入口端连通，第二电子膨胀阀12设置在第四管路11上，室外换热器14的出口端与第五管路15的入口端连通，四通换向阀2的第三通孔同时与第五管路15的出口端和第三管路10的出口端连通，第二电磁阀13设置在第三管路10上，第三电磁阀16设置在第五管路15上，四通换向阀3的第四通孔与气液分离器17的入口端连通，气液分离器 17的出口端与压缩机1的吸气口连通。所述蓄热器8中相变蓄热材料的相变温度在10-25℃之间。 [0011] 根据图1提供的一种蓄热式空气源热泵系统制热运行时的控制方法为：a.当室外空气温度高于切换温度（切换温度在-7℃ -2℃之间取值）时，室内换热器3的~ 风机正常运转，第一电子膨胀阀7和第二电磁阀13关闭，第一电磁阀6和第三电磁阀16打开，第二电子膨胀阀12正常动作，制冷剂的流程如下：从压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2进到室内换热器3中冷凝放热，实现向室内的供热，之后经第一电磁阀6进到蓄热器8中，通过螺旋盘管9将热量传递给相变蓄热材料储存起来，随后被第二电子膨胀阀12节流变成低温低压的液体，进到室外换热器14中吸收室外空气的热量蒸发变成气体后，经第三电磁阀16、四通换向阀2、气液分离器17回到压缩机1的吸气口； b.当室外空气温度低于所述切换温度时，在这一前提条件下，当室内温度低于设定值1℃，即20℃（若设定值为21℃）时，机组启动供热过程，室内换热器3的风机正常运转，第一电子膨胀阀6、第三电磁阀16和第二电子膨胀阀12关闭，第二电磁阀13打开，第一电子膨胀阀7正常动作，制冷剂的流程如下：从压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2进到室内换热器3中冷凝放热，实现向室内的供热，之后被第一电子膨胀阀7节流变成低温低压的液体进到蓄热器8中，通过螺旋盘管9吸收相变蓄热材料中的热量蒸发变成气体后，经第二电磁阀13、四通换向阀2、气液分离器17回到压缩机1的吸气口。该过程蓄热器8放热，室内温度上升；当室内温度高于设定值1℃，即22℃时，机组启动蓄热过程，室内换热器3的风机关闭，第一电子膨胀阀7和第二电磁阀13关闭，第一电磁阀6和第三电磁阀16打开，第二电子膨胀阀12正常动作，制冷剂的流程如下：从压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2、室内换热器3，第一电磁阀6进到蓄热器8中冷凝放热，通过螺旋盘管9将热量传递给相变蓄热材料储存起来，随后被第二电子膨胀阀12节流变成低温低压的液体，进到室外换热器14中吸收室外空气的热量蒸发变成气体后，经第三电磁阀16、四通换向阀2、气液分离器 17回到压缩机1的吸气口。该过程蓄热器8蓄热，室内温度下降，当室内温度低于设定值1℃，即20℃时，机组又切换为供热过程。至此完成了一个供热和蓄热循环。 [0012] 本发明在室外空气温度高于切换温度时通过单级运行即可满足制热需求，此时的蓄热器8充当过冷器的作用，将机组多余的制热量储存在相变蓄热材料中，等到室外温度较低时再释放出来作为机组的低温热源，这样可实现能量的转移，系统更加节能；在室外空气温度低于切换温度时：由于蓄热器8内的压力为中间压力，这样无论在供热过程还是蓄热过程，压缩机的压缩比都大大降低，从而保证了机组在低温下的稳定运行。同时制热量也有所提高。 [0013] 本发明中的压缩机1还可以和变频技术相结合，通过变频让机组在供热和蓄热工况下高频运行，这样不仅能大幅提高机组在低温下的制热量，还能缩短蓄热时间，进一步提高室内的舒适性，提高系统的能效比。 [0014] 除霜运行时，第一电磁阀6和第三电磁阀16打开，第二电磁阀13、第一电子膨胀阀7和室内换热器3的风机关闭，第二电子膨胀阀12正常动作，制冷剂的流程如下：从压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2、第三电磁阀16进到室外换热器14中冷凝放热，放出的热量用于除霜，之后被第二电子膨胀阀12节流变成低温低压的液体进到蓄热器8中，通过螺旋盘管9吸收相变蓄热材料的热量蒸发变成气体后，经第一电磁阀6、室内换热器3、四通换向阀2、气液分离器17回到压缩机1的吸气口。 [0015] 本发明在除霜时蓄热器8作为低位热源，可为除霜过程提供充足的热量，不仅除霜速度快，除霜彻底，而且除霜期间系统运行稳定，室内温度下降少，舒适性大大提高。 [0016] 制冷运行时，第三电磁阀16打开，第一电磁阀6和第二电磁阀13关闭，第一电子膨胀阀7正常动作，第二电子膨胀阀12全开，制冷剂的流程如下：从压缩机1出来的高温高压气体制冷剂经四通换向阀2、第三电磁阀16进到室外换热器14中冷凝放热，放出的热量被室外空气带走，之后经第二电子膨胀阀12、蓄热器8被第一电子膨胀阀7节流变成低温低压的液体，进到室内换热器3中吸收室内空气的热量蒸发变成气体后、经四通换向阀2、气液分离器17回到压缩机1的吸气口。 [0017] 本发明的系统简单，在制热时可根据实际工况进行单，拟复叠切换，系统的能效比高，而且还兼有制冷功能，一机多用，机组利用率高。 [0018] 以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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