本發(fā)明屬于熱泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種蓄能型空氣源熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

空氣源熱泵有以取之不盡用之不竭的空氣作為低位熱源，適用地域范圍廣，設(shè)備利用率高等優(yōu)點(diǎn)。但空氣源熱泵的特性與運(yùn)行實(shí)踐亦表明：(1)冬季空氣源熱泵日間室外空氣溫度較高時(shí)能效高，而夜間室外空氣溫度低時(shí)能效低，夏季空氣源熱泵日間室外空氣溫度較高時(shí)能效低，而夜間室外空氣溫度低時(shí)能效高，這與建筑的用能負(fù)荷剛好相反，空氣源熱泵制熱性能與建筑負(fù)荷隨室外氣溫變化相悖。(2)易受結(jié)除霜問題困擾，尤其對于夏熱冬冷地區(qū)。上述問題導(dǎo)致其運(yùn)行能耗高、適用性差、不經(jīng)濟(jì)，是制約空氣源熱泵運(yùn)行和推廣的重要因素。

近年來，相變蓄能技術(shù)不斷成熟和發(fā)展并已在建筑環(huán)境熱舒適營造和節(jié)能領(lǐng)域取得良好效果，為空氣源熱泵進(jìn)一步應(yīng)用和推廣提供了良好技術(shù)基礎(chǔ)。因此，探索空氣源熱泵與蓄能技術(shù)的集成創(chuàng)新，化解空氣源熱泵的運(yùn)行特性與環(huán)境、建筑用能需求之間的矛盾與制約并實(shí)現(xiàn)三者間的協(xié)同，以系統(tǒng)集成創(chuàng)新和過程節(jié)能為理念提高空氣源熱泵效率并拓廣其應(yīng)用地域范圍對于我國建筑節(jié)能降耗具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能效高、耗能低的蓄能型空氣源熱泵系統(tǒng)。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種蓄能型空氣源熱泵系統(tǒng)，包括制冷劑回路，所述制冷劑回路上設(shè)有壓縮機(jī)、室內(nèi)換熱器、第一節(jié)流機(jī)構(gòu)、室外換熱器以及用于改變制冷劑流向的換向閥，該系統(tǒng)還包括相變蓄能器；

所述換向閥和室外換熱器之間的管路上設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥，所述換向閥和室內(nèi)換熱器之間的管路上設(shè)有第二調(diào)節(jié)閥；

所述相變蓄能器的第一端通過第一管路與所述第一調(diào)節(jié)閥和換向閥之間的管路連通，所述相變蓄能器的第二端通過第二管路與所述第二調(diào)節(jié)閥和換向閥之間的管路連通，所述第一管路和第二管路上分別設(shè)有第三調(diào)節(jié)閥和第四調(diào)節(jié)閥；

所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)和室外換熱器之間的管路通過第三管路，與所述第四調(diào)節(jié)閥和相變蓄能器的第二端之間的管路連通；所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)和室內(nèi)換熱器之間的管路通過第四管路，與所述第三調(diào)節(jié)閥和相變蓄能器的第一端之間的管路連通；所述第三管路和第四管路上分別設(shè)有第五調(diào)節(jié)閥和第六調(diào)節(jié)閥。

進(jìn)一步地，所述換向閥和壓縮機(jī)之間的回氣管路上設(shè)有氣液分離器。

進(jìn)一步地，所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)和室外換熱器之間的管路上還設(shè)有第二節(jié)流機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步地，該系統(tǒng)還包括第五管路，所述第五管路的一端與所述第二節(jié)流機(jī)構(gòu)和室外換熱器之間的管路連通；所述第五管路的另一端與所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)和室內(nèi)換熱器之間的管路連通。

進(jìn)一步地，還包括儲(chǔ)液器，所述儲(chǔ)液器的輸入端與所述第五管路連通，所述儲(chǔ)液器的輸出端與所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)和第二節(jié)流機(jī)構(gòu)之間的管路連通。

進(jìn)一步地，所述第五管路上設(shè)有相對設(shè)置的第一單向閥和第二單向閥，所述第一單向閥和第二單向閥分設(shè)于所述儲(chǔ)液器與所述第五管路連接端的兩側(cè)。所述第一單向閥用于防止制冷劑流入室外換熱器，所述第二單向閥用于防止制冷劑流入室內(nèi)換熱器。

進(jìn)一步地，所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)和第二節(jié)流機(jī)構(gòu)均為膨脹閥。

進(jìn)一步地，所述換向閥為四通換向閥。

進(jìn)一步地，第一調(diào)節(jié)閥、第二調(diào)節(jié)閥、第三調(diào)節(jié)閥、第四調(diào)節(jié)閥、第五調(diào)節(jié)閥和第六調(diào)節(jié)閥均為電磁閥。

進(jìn)一步地，所述相變蓄能器內(nèi)填充有相變蓄能材料，本發(fā)明的相變蓄能材料為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的蓄能材料。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：

本發(fā)明基于能量時(shí)空轉(zhuǎn)移的思想，綜合空氣能特點(diǎn)、空氣源熱泵技術(shù)和相變蓄能技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，在制冷劑回路中創(chuàng)新性地增設(shè)了相變蓄能器和若干調(diào)節(jié)閥，通過對相關(guān)調(diào)節(jié)閥的控制，在夏天不僅能夠?qū)崿F(xiàn)正常制冷，而且能夠?qū)崿F(xiàn)夜間蓄冷、日間釋冷；

另外，本發(fā)明創(chuàng)新性地增設(shè)了第二節(jié)流機(jī)構(gòu)，通過切換四通換向閥，即可將制冷模式改為制熱模式，在相變蓄能器的輔助下，在冬天不僅能夠?qū)崿F(xiàn)正常制熱，而且能夠?qū)崿F(xiàn)日間蓄熱、夜間釋熱；

即，本發(fā)明采用相變蓄能技術(shù)，科學(xué)化解了空氣源熱泵的運(yùn)行特性與環(huán)境、建筑用能需求之間的矛盾與制約并實(shí)現(xiàn)了三者間的協(xié)同，提高了對設(shè)備的利用效率，提高了能效，降低了能耗，對于我國建筑的節(jié)能降耗具有重要意義。

具體來講：

(1)夏季夜間溫度較低時(shí)，將高效工作的空氣源熱泵制取的冷量儲(chǔ)存在相變蓄能器中。當(dāng)日間溫度較高時(shí)，蓄能器可完全替代室外換熱器或作為室外換熱器的輔助設(shè)備，即蓄能器作為日間運(yùn)行的冷凝器或冷凝器的一部分，從而節(jié)省了室外換熱器或降低了室外換熱器的工作強(qiáng)度，在提高空氣源熱泵系統(tǒng)日間制冷能效的同時(shí)，大大降低了系統(tǒng)的能耗；即：在夏季時(shí)，本發(fā)明的相變蓄能器可以夜間作為一個(gè)蒸發(fā)器并蓄冷，日間作為一個(gè)冷凝器吸收冷凝熱。

(2)冬季日間溫度較高時(shí)，將高效工作的空氣源熱泵制取的熱量儲(chǔ)存在相變蓄能器中。當(dāng)夜間溫度較低時(shí)，蓄能器可完全替代室外換熱器或者作為室外換熱器的輔助設(shè)備，即蓄能器作為夜間運(yùn)行的蒸發(fā)器或蒸發(fā)器的一部分，從而節(jié)省了室外換熱器或降低了室外換熱器的工作強(qiáng)度，在提高空氣源熱泵系統(tǒng)夜間制熱能效的同時(shí)，大大降低了系統(tǒng)的能耗；即：在冬季時(shí)，本發(fā)明的相變蓄能器可以日間作為一個(gè)冷凝器蓄熱，夜間作為一個(gè)蒸發(fā)器釋放熱量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例所述蓄能型空氣源熱泵系統(tǒng)的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1、壓縮機(jī)；2、換向閥；3、室內(nèi)換熱器；4、第二單向閥；5、第一單向閥；6、相變蓄能器；7、儲(chǔ)液器；8、第一節(jié)流機(jī)構(gòu)；9、第二節(jié)流機(jī)構(gòu)；10、氣液分離器；11、室外換熱器；12、第一調(diào)節(jié)閥；13、第三調(diào)節(jié)閥；14、第五調(diào)節(jié)閥；15、第六調(diào)節(jié)閥；16、第四調(diào)節(jié)閥；17、第二調(diào)節(jié)閥；18、第三管路；19、第四管路；20、第五管路；22、第一管路；23、第二管路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以視具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

如圖1所示，本實(shí)施例提供了一種蓄能型空氣源熱泵系統(tǒng)，其包括制冷劑回路，所述制冷劑回路上設(shè)有壓縮機(jī)1、室內(nèi)換熱器3、第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8、室外換熱器11以及用于改變制冷劑流向的換向閥2，該系統(tǒng)還包括相變蓄能器6；所述換向閥2和室外換熱器11之間的管路上設(shè)有第一調(diào)節(jié)閥12，所述換向閥2和室內(nèi)換熱器3之間的管路上設(shè)有第二調(diào)節(jié)閥17。

所述相變蓄能器6的第一端通過第一管路22與所述第一調(diào)節(jié)閥12和換向閥2之間的管路連通，所述相變蓄能器6的第二端通過第二管路23與所述第二調(diào)節(jié)閥17和換向閥2之間的管路連通，所述第一管路22和第二管路23上分別設(shè)有第三調(diào)節(jié)閥13和第四調(diào)節(jié)閥16。

所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8和室外換熱器11之間的管路通過第三管路18，與所述第四調(diào)節(jié)閥16和相變蓄能器6的第二端之間的管路連通；所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8和室內(nèi)換熱器3之間的管路通過第四管路19，與所述第三調(diào)節(jié)閥13和相變蓄能器6的第一端之間的管路連通；所述第三管路18和第四管路19上分別設(shè)有第五調(diào)節(jié)閥14和第六調(diào)節(jié)閥15。

在本實(shí)施例中，所述換向閥2和壓縮機(jī)1之間的回氣管路上設(shè)有氣液分離器10；所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8和室外換熱器11之間的管路上還設(shè)有第二節(jié)流機(jī)構(gòu)9；

進(jìn)一步，該系統(tǒng)還包括第五管路20和儲(chǔ)液器7，所述第五管路20的一端與所述第二節(jié)流機(jī)構(gòu)9和室外換熱器11之間的管路連通；所述第五管路20的另一端與所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8和室內(nèi)換熱器3之間的管路連通。所述儲(chǔ)液器7的輸入端與所述第五管路20連通，所述儲(chǔ)液器7的輸出端與所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8和第二節(jié)流機(jī)構(gòu)9之間的管路連通。

本實(shí)施例中，所述第五管路20上設(shè)有相對設(shè)置的第一單向閥5和第二單向閥4，所述第一單向閥5和第二單向閥4分設(shè)于所述儲(chǔ)液器7與所述第五管路20連接端的兩側(cè)。具體來講，所述第一單向閥5用于防止制冷劑流入室外換熱器11，所述第二單向閥4用于防止制冷劑流入室內(nèi)換熱器3。

本實(shí)施例中，所述第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8和第二節(jié)流機(jī)構(gòu)9均為膨脹閥；所述換向閥2為四通換向閥；所述第一調(diào)節(jié)閥12、第二調(diào)節(jié)閥17、第三調(diào)節(jié)閥13、第四調(diào)節(jié)閥16、第五調(diào)節(jié)閥14和第六調(diào)節(jié)閥15均為電磁閥。所述相變蓄能器6內(nèi)填充有相變蓄能材料，相變蓄能材料在特定的溫度(如相變溫度)下發(fā)生物相變化，并伴隨著吸收或放出能量，可用來控制周圍環(huán)境的溫度，或用以儲(chǔ)存能量，它把熱量或冷量儲(chǔ)存起來，在需要時(shí)再把它釋放出來，從而提高了能源的利用率。

工作中，本實(shí)施例的蓄能型空氣源熱泵系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)以下運(yùn)行模式：

1、夏季正常制冷模式

關(guān)閉第三調(diào)節(jié)閥13、第五調(diào)節(jié)閥14、第六調(diào)節(jié)閥15和第四調(diào)節(jié)閥16，開啟第一調(diào)節(jié)閥12和第二調(diào)節(jié)閥17，來自壓縮機(jī)1的制冷劑依次流經(jīng)四通換向閥2和第一調(diào)節(jié)閥12，進(jìn)入室外換熱器11冷凝放熱后，再流經(jīng)第一單向閥5和儲(chǔ)液器7，經(jīng)過第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8節(jié)流降壓，在室內(nèi)換熱器3吸熱釋放冷量，然后再依次流經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥17、四通換向閥2的第四接口和氣液分離器10，最終返回壓縮機(jī)1再次被壓縮，由此完成正常制冷。

2、夏季夜間相變蓄能器蓄冷模式

關(guān)閉第三調(diào)節(jié)閥13、第五調(diào)節(jié)閥14和第二調(diào)節(jié)閥17，開啟第一調(diào)節(jié)閥12、第六調(diào)節(jié)閥15和第四調(diào)節(jié)閥16，來自壓縮機(jī)1的制冷劑依次流經(jīng)四通換向閥2和第一調(diào)節(jié)閥12，進(jìn)入室外換熱器11冷凝放熱后，再流經(jīng)第一單向閥5和儲(chǔ)液器7，經(jīng)過第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8節(jié)流降壓，流經(jīng)第六調(diào)節(jié)閥15，在相變蓄能器6吸熱釋放冷量，然后再依次流經(jīng)第四調(diào)節(jié)閥16、四通換向閥2和氣液分離器10，最終返回壓縮機(jī)1再次被壓縮，由此完成蓄冷。

該模式下，系統(tǒng)無需啟動(dòng)室內(nèi)換熱器3，僅通過相變蓄能器6儲(chǔ)存冷量，而不向室內(nèi)供冷；因而，該模式適合在室外溫度較低而不需向室內(nèi)供冷的夜間運(yùn)行，系統(tǒng)制取的冷量儲(chǔ)存在相變蓄能器6中，以備日間使用。

3、夏季日間相變蓄能器釋冷模式

關(guān)閉第一調(diào)節(jié)閥12、第六調(diào)節(jié)閥15和第四調(diào)節(jié)閥16，開啟第三調(diào)節(jié)閥13、第五調(diào)節(jié)閥14和第二調(diào)節(jié)閥17，來自壓縮機(jī)1的制冷劑依次流經(jīng)四通換向閥2和第三調(diào)節(jié)閥13，進(jìn)入相變蓄能器6冷凝放熱后，流經(jīng)第五調(diào)節(jié)閥14、第一單向閥5和儲(chǔ)液器7，經(jīng)過第一節(jié)流機(jī)構(gòu)8節(jié)流降壓，在室內(nèi)換熱器3吸熱釋放冷量，然后再依次流經(jīng)第二調(diào)節(jié)閥17、四通換向閥2和氣液分離器10，最終返回壓縮機(jī)1再次被壓縮，由此完成釋冷。

該模式在室外溫度較高的日間運(yùn)行，系統(tǒng)無需啟動(dòng)室外換熱器11，能耗較低的相變蓄能器6作為冷凝器，發(fā)揮了室外換熱器11的作用，降低了能耗，相變蓄能器6夜間儲(chǔ)存的冷量大大提高了系統(tǒng)在日間的制冷能效。

4、冬季正常供熱模式

關(guān)閉第三調(diào)節(jié)閥13、第五調(diào)節(jié)閥14、第六調(diào)節(jié)閥15和第四調(diào)節(jié)閥16，開啟第二調(diào)節(jié)閥17和第一調(diào)節(jié)閥12，來自壓縮機(jī)1的制冷劑依次流經(jīng)四通換向閥2和第二調(diào)節(jié)閥17，進(jìn)入室內(nèi)換熱器3冷凝放熱后，再流經(jīng)第二單向閥4和儲(chǔ)液器7，經(jīng)過第二節(jié)流機(jī)構(gòu)9節(jié)流降壓，在室外換熱器11吸熱釋放冷量，然后再依次流經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥12、四通換向閥2和氣液分離器10，最終返回壓縮機(jī)1再次被壓縮，由此完成正常供熱。

5、冬季日間相變蓄能器蓄熱模式

關(guān)閉第三調(diào)節(jié)閥13、第五調(diào)節(jié)閥14和第二調(diào)節(jié)閥17，開啟第四調(diào)節(jié)閥16、第六調(diào)節(jié)閥15和第一調(diào)節(jié)閥12，來自壓縮機(jī)1的制冷劑依次流經(jīng)四通換向閥2和第四調(diào)節(jié)閥16，進(jìn)入相變蓄能器6冷凝放熱后，流經(jīng)第六調(diào)節(jié)閥15、第二單向閥4和儲(chǔ)液器7，經(jīng)過第二節(jié)流機(jī)構(gòu)9節(jié)流降壓，在室外換熱器11吸熱釋放冷量，然后再依次流經(jīng)第一調(diào)節(jié)閥12、四通換向閥2和氣液分離器10，最終返回壓縮機(jī)1再次被壓縮，由此完成蓄熱。

該模式下，系統(tǒng)無需啟動(dòng)室內(nèi)換熱器3，僅通過相變蓄能器6儲(chǔ)存熱量，而不向室內(nèi)供熱；因而，該模式適合在室外溫度較高而不需向室內(nèi)供熱的日間運(yùn)行，系統(tǒng)制取的熱量儲(chǔ)存在相變蓄能器6中，以備夜間使用。

6、冬季夜間相變蓄能器釋熱模式

關(guān)閉第一調(diào)節(jié)閥12、第六調(diào)節(jié)閥15和第四調(diào)節(jié)閥16，開啟第二調(diào)節(jié)閥17、第五調(diào)節(jié)閥14和第三調(diào)節(jié)閥13，來自壓縮機(jī)1的制冷劑依次流經(jīng)四通換向閥2和第二調(diào)節(jié)閥17，進(jìn)入室內(nèi)換熱器3冷凝放熱后，再依次流經(jīng)第二單向閥4和儲(chǔ)液器7，經(jīng)過第二節(jié)流機(jī)構(gòu)9節(jié)流降壓，流經(jīng)第五調(diào)節(jié)閥14，進(jìn)入相變蓄能器6吸熱釋放冷量，然后再依次流經(jīng)第三調(diào)節(jié)閥13、四通換向閥2和氣液分離器10，最終返回壓縮機(jī)1再次被壓縮，由此完成釋熱。

該模式在室外溫度較低的夜間運(yùn)行，系統(tǒng)無需啟動(dòng)室外換熱器11，相變蓄能器6作為蒸發(fā)器，發(fā)揮了室外換熱器11的作用，降低了能耗，而且相變蓄能器6日間儲(chǔ)存的熱量大大提高了系統(tǒng)在夜間的制熱能效。

綜上所述，本實(shí)施例的蓄能型空氣源熱泵系統(tǒng)，在夏季夜間溫度較低時(shí)，將高效工作的空氣源熱泵制取的冷量儲(chǔ)存在相變蓄能器中；當(dāng)日間溫度較高時(shí)，儲(chǔ)存了大量冷量的蓄能器完全替代室外換熱器，作為日間運(yùn)行的冷凝器，提高空氣源熱泵系統(tǒng)日間制冷能效。

在冬季日間溫度較高時(shí)，將高效工作的空氣源熱泵制取的熱量儲(chǔ)存在相變蓄能器中；當(dāng)夜間溫度較低時(shí)，儲(chǔ)存了大量熱量的蓄能器替代室外換熱器，作為夜間運(yùn)行的蒸發(fā)器，提高空氣源熱泵系統(tǒng)夜間制熱能效。

需要說明的是，上述實(shí)施例所述的六種供熱/冷模式僅是基于若干調(diào)節(jié)閥的不同開閉所進(jìn)行的各種選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上對該系統(tǒng)進(jìn)行各種變型。

例如，在“夏季日間相變蓄能器釋冷模式”中，可以選擇開啟第一調(diào)節(jié)閥12，從而使相變蓄能器6作為室外換熱器11的輔助設(shè)備，即作為冷凝器的一部分，從而降低冷凝溫度，由此提高系統(tǒng)日間制冷能效，降低系統(tǒng)能耗。

再比如，在“冬季夜間相變蓄能器釋熱模式”中，可以選擇開啟第一調(diào)節(jié)閥12，從而使相變蓄能器6作為室外換熱器11的輔助設(shè)備，即作為蒸發(fā)器的一部分，從而提高了蒸發(fā)溫度，提高了系統(tǒng)夜間的制熱能效，降低了系統(tǒng)能耗。

而本領(lǐng)域技術(shù)人員所作的上述各種變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

最后，本發(fā)明的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。