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连续供热相变蓄能复叠式空气源 热 泵系统及运行方法

阅读：1010发布：2020-08-19

专利汇可以提供连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统及运行方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统及运行方法，将复叠式空气源热泵技术与相变蓄能技术结合，利用相变蓄热器作为除霜和向室内供热的低位热源，保证复叠式空气源热泵除霜运行的稳定性和可靠性，同时室内不间断供热，从而保证房间温度稳定，提高除霜期间室内热舒适度；本发明由于相变蓄热器在除霜过程中提供了足够的热量，可以提高除霜速度；由于热泵在高效运行时蓄热，在需要除霜时将蓄存的热量用于除霜、供热，实现了能量的时空转移，提高了机组的整体运行效率。，下面是连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统及运行方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统，其特征在于，系统包括低温级压缩机（1）、高温级压缩机（2）、四通换向阀（3）、室内机（4）、室外机（5）、第二电子膨胀阀（6）、第一电子膨胀阀（7）、第二气液分离器（8）、第一气液分离器（9）、蒸发冷凝器（10）、相变蓄热器（11）、数个电磁阀，实现正常除霜且连续供热，系统包括低温级循环和高温级循环两部分；
低温级循环：低温级压缩机（1）的输出端与四通换向阀（3）的第一接口相连接，四通换向阀（3）的第二接口分两路，第一路通过第一电磁阀（F1）进相变蓄热器（11），另一路依次通过第五电磁阀（F5）、第三电磁阀（F3）连接相变蓄热器（11）的另一端；第五电磁阀（F5）和第三电磁阀（F3）之间连接管路分两路接蒸发冷凝器（10），一路通过第七电磁阀（F7）进入蒸发冷凝器（10），另一路依次通过第十一电磁阀（F11）、第九电磁阀（F9）进入蒸发冷凝器（10）；
第十一电磁阀（F11）和第九电磁阀（F9）之间连接管路通过第一电子膨胀阀（7）接室外机（5）一端，室外机（5）的另一端与四通换向阀（3）的第三接口相连接，四通换向阀（3）的第四接口与第一气液分离器（9）的输入端相连接，第一气液分离器（9）的输出端与低温级压缩机（1）的输入端相连接；
低温级压缩机（1）将室外机上的热量分别传递到相变蓄热器（11）和蒸发冷凝器（10）中，使相变蓄热器（11）中的相变材料蓄热，低温级压缩机（1）将相变蓄热器（11）热量传递到室外机（5）上用于除霜，使相变蓄热器（11）中的相变材料释热；
高温级循环：高温级压缩机（2）的输出端与室内机（4）的一端相连接，室内机（4）的另一端通过第二电子膨胀阀（6）分两路接蒸发冷凝器（10），一路通过第十电磁阀（F10）接蒸发冷凝器（10），另一路依次通过第十二电磁阀（F12）、第八电磁阀（F8）接蒸发冷凝器（10）；第十二电磁阀（F12）和第八电磁阀（F8）之间连接管路分两路接相变蓄热器（11），一路通过第四电磁阀（F4）接相变蓄热器（11），另一路依次通过第六电磁阀（F6）、第二电磁阀（F2）接相变蓄热器（11）；第六电磁阀（F6）和第二电磁阀（F2）之间连接管路接第二气液分离器（8）的输入端，第二气液分离器（8）的输出端与高温级压缩机（2）的输入端相连接；
高温级压缩机（2）将蒸发冷凝器（10）或相变蓄热器（11）的热量传递到室内机（4）中。
2.根据权利要求1所述系统的运行方法，其特征在于，所述系统分为正常制热模式、蓄热模式和除霜模式，
正常制热模式：将第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀关闭，将第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀打开，低温级循环：依次为低温级压缩机（1）、四通换向阀（3）、第五电磁阀（F5）、第七电磁阀（F7）、蒸发冷凝器（10）、第九电磁阀（F9）、第一电子膨胀阀（7）、室外机（5）、四通换向阀（3）、第一气液分离器（9）回到低温级压缩机（1）；高温级循环：依次为高温级压缩机（2）、室内机（4）、第二电子膨胀阀（6）、第十电磁阀（F10）、蒸发冷凝器（10）、第八电磁阀（F8）、第六电磁阀（F6）、第二气液分离器（8）回到高温级压缩机（2）；
蓄热模式：将第二电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀关闭，将第一电磁阀、第三电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀打开，低温级循环：依次为低温级压缩机（1）、四通换向阀（3）、第一电磁阀（F1）、相变蓄热器（11）、第三电磁阀（F3）、第七电磁阀（F7）、蒸发冷凝器（10）、第九电磁阀（F9）、第一电子膨胀阀（7）、室外机（5）、四通换向阀（3）、第一气液分离器（9）回到低温级压缩机（1）；高温级循环：依次为高温级压缩机（2）、室内机（4）、第二电子膨胀阀（6）、第十电磁阀（F10）、蒸发冷凝器（10）、第八电磁阀（F8）、第六电磁阀（F6）、第二气液分离器（8）回到高温级压缩机（2）；
低温级压缩机（1）将室外机上的热量分别传递到相变蓄热器（11）和蒸发冷凝器（10）中，使相变蓄热器（11）中的相变材料蓄热；高温级压缩机（2）将蒸发冷凝器（10）的热量传递到室内机（4）中；
除霜模式：将第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀关闭，将第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀打开，低温级循环：依次为低温级压缩机（1）、四通换向阀（3）、室外机（5）、第一电子膨胀阀（7）、第十一电磁阀、第三电磁阀、相变蓄热器（11）、第一电磁阀、四通换向阀（3）、第一气液分离器（9）回到低温级压缩机（1）；高温级循环：高温级压缩机（2）、室内机（4）、第二电子膨胀阀（6）、第十二电磁阀（F12）、第四电磁阀（F4）、相变蓄热器（11）、第二电磁阀（F2）、第二气液分离器（8）回到高温级压缩机（2）；低温级压缩机（1）将相变蓄热器（11）热量传递到室外机（5）上用于除霜，使相变蓄热器（11）中的相变材料释热；高温级压缩机（2）将相变蓄热器（11）的热量传递到室内机（4）中。

说明书全文

连续供热相变蓄能复叠式空气源 热 泵系统及运行方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种供热系统，特别涉及一种连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统及运行方法。

背景技术

[0002] 空气源热泵机组在北方地区冬季低温环境下应用将出现制热量急剧下降，会出现排气温度超限，压缩机保护停机等问题。采用复叠式空气源热泵可以达到改善空气源热泵的低温适应性、提高其低温制热性能的目的。与常规空气源热泵一样，复叠式空气源热泵在供热运行中当室外机表面温度低于空气露点且低于冰点时，会出现结霜现象。我国北方有很多城市冬季都有空气温度-10℃以下，相对湿度75%以上的低温高湿天气，例如哈尔滨、长春等城市。室外机结霜现象会导致空气源热泵制热量和系统能效比降低，影响空气源热泵系统的供热连续性和可靠性。为了保证机组的良好连续运行状态，需要对室外机进行周期性的除霜。一般复叠式空气源热泵利用系统自身的特点采用低温级旁通除霜的方法，然而在除霜过程中，由于室内无供热而使室内空气温度降低，影响室内热舒适。此外，实验研究发现，当室外温度低于-10℃左右，热气旁通除霜法除霜时间很长，其原因是单级运行的吸排气温度均很低，且室外温度低，压缩机制取的热量无法满足换热器从环境吸收的冷量和换热器霜层化霜所需的热量，更加延长了室内无供热的时间。

发明内容

[0003] 本发明是针对现有复叠式空气源热泵系统除霜过程中室内无供热、除霜时间长、室内舒适性差的问题，提出了一种连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统及运行方法，可实现正常除霜且连续供热的复叠式空气源热泵系统。

[0004] 本发明的技术方案为：一种连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统，系统包括低温级压缩机、高温级压缩机、四通换向阀、室内机、室外机、第二电子膨胀阀、第一电子膨胀阀、第二气液分离器、第一气液分离器、蒸发冷凝器、相变蓄热器、数个电磁阀，系统包括低温级循环和高温级循环两部分；

[0005] 低温级循环：低温级压缩机的输出端与四通换向阀的第一接口相连接，四通换向阀的第二接口分两路，第一路通过第一电磁阀进相变蓄热器，另一路依次通过第五电磁阀、第三电磁阀连接相变蓄热器的另一端；第五电磁阀和第三电磁阀之间连接管路分两路接蒸发冷凝器，一路通过第七电磁阀进入蒸发冷凝器，另一路依次通过第十一电磁阀、第九电磁阀进入蒸发冷凝器；第十一电磁阀和第九电磁阀之间连接管路通过第一电子膨胀阀接室外机一端，室外机的另一端与四通换向阀的第三接口相连接，四通换向阀的第四接口与第一气液分离器的输入端相连接，第一气液分离器的输出端与低温级压缩机的输入端相连接；

[0006] 高温级循环：高温级压缩机的输出端与室内机的一端相连接，室内机的另一端通过第二电子膨胀阀分两路接蒸发冷凝器，一路通过第十电磁阀接蒸发冷凝器，另一路依次通过第十二电磁阀、第八电磁阀接蒸发冷凝器；第十二电磁阀和第八电磁阀之间连接管路分两路接相变蓄热器，一路通过第四电磁阀接相变蓄热器，另一路依次通过第六电磁阀、第二电磁阀接相变蓄热器；第六电磁阀和第二电磁阀之间连接管路接第二气液分离器的输入端，第二气液分离器的输出端与高温级压缩机的输入端相连接。

[0007] 一种连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统的运行方法，所述系统分为正常制热模式、蓄热模式和除霜模式，

[0008] 正常制热模式：将第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀关闭，将第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀打开，低温级循环：依次为低温级压缩机、四通换向阀、第五电磁阀、第七电磁阀、蒸发冷凝器、第九电磁阀、第一电子膨胀阀、室外机、四通换向阀、第一气液分离器回到低温级压缩机；高温级循环：依次为高温级压缩机、室内机、第二电子膨胀阀、第十电磁阀、蒸发冷凝器、第八电磁阀、第六电磁阀、第二气液分离器回到高温级压缩机；

[0009] 蓄热模式：将第二电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀关闭，将第一电磁阀、第三电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀打开，低温级循环：依次为低温级压缩机、四通换向阀、第一电磁阀、相变蓄热器、第三电磁阀、第七电磁阀、蒸发冷凝器、第九电磁阀、第一电子膨胀阀、室外机、四通换向阀、第一气液分离器回到低温级压缩机；高温级循环：依次为高温级压缩机、室内机、第二电子膨胀阀、第十电磁阀、蒸发冷凝器、第八电磁阀、第六电磁阀、第二气液分离器回到高温级压缩机；

[0010] 除霜模式：将第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀关闭，将第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀打开，低温级循环：依次为低温级压缩机、四通换向阀、室外机、第一电子膨胀阀、第十一电磁阀、第三电磁阀、相变蓄热器、第一电磁阀、四通换向阀、第一气液分离器回到低温级压缩机；高温级循环：高温级压缩机、室内机、第二电子膨胀阀、第十二电磁阀、第四电磁阀、相变蓄热器、第二电磁阀、第二气液分离器回到高温级压缩机。

[0011] 本发明的有益效果在于：本发明连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统及运行方法，将复叠式空气源热泵技术与相变蓄能技术结合，利用相变蓄热器作为除霜和向室内供热的低位热源，保证复叠式空气源热泵除霜运行的稳定性和可靠性，同时室内不间断供热，从而保证房间温度稳定，提高除霜期间室内热舒适度；本发明由于相变蓄热器在除霜过程中提供了足够的热量，可以提高除霜速度；由于热泵在高效运行时蓄热，在需要除霜时将蓄存的热量用于除霜、供热，实现了能量的时空转移，提高了机组的整体运行效率。附图说明

[0012] 图1为本发明连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统结构示意图。

具体实施方式

[0013] 如图1所示连续供热相变蓄能复叠式空气源热泵系统结构示意图，系统包括低温级压缩机1、高温级压缩机2、四通换向阀3、室内机4、室外机5、第二电子膨胀阀6、第一电子膨胀阀7、第二气液分离器8、第一气液分离器9、蒸发冷凝器10、相变蓄热器11、电磁阀F1、电磁阀F2、电磁阀F3、电磁阀F4、电磁阀F5、电磁阀F6、电磁阀F7、电磁阀F8、电磁阀F9、电磁阀F10、电磁阀F11、电磁阀F12。所述系统包括低温级循环和高温级循环两部分。

[0014] 对于低温级：低温级压缩机1的输出端与四通换向阀3的第一接口相连接，四通换向阀3的第二接口分两路，第一路通过电磁阀F1进相变蓄热器11，另一路依次通过电磁阀F5、电磁阀F3连接相变蓄热器11的另一端。电磁阀F5和电磁阀F3之间连接管路分两路接蒸发冷凝器10，一路通过电磁阀F7进入蒸发冷凝器10，另一路依次通过电磁阀F11、电磁阀F9进入蒸发冷凝器10。电磁阀F11和电磁阀F9之间连接管路通过第一电子膨胀阀7接室外机5一端，室外机5的另一端与四通换向阀3的第三接口相连接，四通换向阀3的第四接口与第一气液分离器9的输入端相连接，第一气液分离器9的输出端与低温级压缩机1的输入端相连接。

[0015] 对于高温级：高温级压缩机2的输出端与室内机4的一端相连接，室内机4的另一端通过第二电子膨胀阀6分两路接蒸发冷凝器10，一路通过电磁阀F10接蒸发冷凝器10，另一路依次通过电磁阀F12、电磁阀F8接蒸发冷凝器10。电磁阀F12和电磁阀F8之间连接管路分两路接相变蓄热器11，一路通过电磁阀F4接相变蓄热器11，另一路依次通过电磁阀F6、电磁阀F2接相变蓄热器11。电磁阀F6和电磁阀F2之间连接管路接第二气液分离器8的输入端，第二气液分离器8的输出端与高温级压缩机2的输入端相连接。

[0016] 工作原理：

[0017] 蓄热工作状态时，低温级压缩机1、四通换向阀3、相变蓄热器11、蒸发冷凝器10、第一电子膨胀阀7、室外机5、四通换向阀3、第一气液分离器9、低温级压缩机1之间串联形成循环回路，低温级压缩机1将室外机上的热量分别传递到相变蓄热器11和蒸发冷凝器10中，使相变蓄热器11中的相变材料蓄热。高温级压缩机2、室内机4、与第二电子膨胀阀6、蒸发冷凝器10、第二气液分离器8、高温级压缩机2串联，高温级压缩机2将蒸发冷凝器10的热量传递到室内机4中。

[0018] 除霜工作状态时，低温级压缩机1、四通换向阀3、室外机5、第一电子膨胀阀7、相变蓄热器11，四通换向阀3、第一气液分离器9、低温级压缩机1之间串联形成循环回路，低温级压缩机1将相变蓄热器11热量传递到室外机5上用于除霜，使相变蓄热器11中的相变材料释热。高温级压缩机2、室内机4、与第二电子膨胀阀6、相变蓄热器11、第二气液分离器8、高温级压缩机2串联，高温级压缩机2将相变蓄热器11的热量传递到室内机4中。

[0019] 本发明是基于能量时空转移的思想将复叠式空气源热泵技术与相变蓄能技术有机结合的一种新系统。该系统冬季利用空气源热泵从空气中提取热量将热量蓄存在相变蓄能器中，当需要除霜时，将储存的热量取出除霜兼向房间供热。系统运行模式可分为正常制热模式、蓄热模式和除霜模式。

[0020] 一、正常制热模式

[0021] 将电磁阀F1、电磁阀F2、电磁阀F3、电磁阀F4、电磁阀F11、电磁阀F12关闭，将电磁阀F5、电磁阀F6、电磁阀F7、电磁阀F8、电磁阀F9、电磁阀F10打开。整个系统的流程是，对于低温级循环：低温级压缩机1→四通换向阀3→电磁阀F5→电磁阀F7→蒸发冷凝器10→电磁阀F9→第一电子膨胀阀7→室外机5→四通换向阀3→第一气液分离器9→低温级压缩机1；对于高温级循环：高温级压缩机2→室内机4→第二电子膨胀阀6→电磁阀F10→蒸发冷凝器
10→电磁阀F8→电磁阀F6→第二气液分离器8→高温级压缩机2。

[0022] 二、蓄热模式

[0023] 将电磁阀F2、电磁阀F4、电磁阀F5、电磁阀F11、电磁阀F12关闭，将电磁阀F1、电磁阀F3、电磁阀F6、电磁阀F7、电磁阀F8、电磁阀F9、电磁阀F10打开。整个系统的流程是，对于低温级循环：低温级压缩机1→四通换向阀3→电磁阀F1→相变蓄热器11→电磁阀F3→电磁阀F7→蒸发冷凝器10→电磁阀F9→第一电子膨胀阀7→室外机5→四通换向阀3→第一气液分离器9→低温级压缩机1；对于高温级循环：高温级压缩机2→室内机4→第二电子膨胀阀6→电磁阀F10→蒸发冷凝器10→电磁阀F8→电磁阀F6→第二气液分离器8→高温级压缩机2。

[0024] 三、除霜模式

[0025] 将电磁阀F5、电磁阀F6、电磁阀F7、电磁阀F8、电磁阀F9、电磁阀F10关闭，将电磁阀F1、电磁阀F2、电磁阀F3、电磁阀F4、电磁阀F11、电磁阀F12打开。整个系统的流程是，对于低温级循环：低温级压缩机1→四通换向阀3→室外机5→第一电子膨胀阀7→电磁阀F11→电磁阀F3→相变蓄热器11→电磁阀F1→四通换向阀3→第一气液分离器9→低温级压缩机1；对于高温级循环：高温级压缩机2→室内机4→第二电子膨胀阀6→电磁阀F12→电磁阀F4→相变蓄热器11→电磁阀F2→第二气液分离器8→高温级压缩机2。

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