專利名稱：一種蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)領(lǐng)域。
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，世界各國面臨電力供應(yīng)緊張局面。因此，電力供電網(wǎng)上的“移峰填谷”是急待解決的問題。隨著世界范圍內(nèi)的峰谷電價(jià)的實(shí)施，蓄冷蓄熱型空調(diào)機(jī)開始得到發(fā)展，從1995年已開始應(yīng)用于熱泵型變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)中。日本日立公司在1995年的冷凍雜志Vol.70，№808中發(fā)表了“冰蓄熱式ビル用マルチエアユン”系統(tǒng)。如附


圖1中所示，它由室外機(jī)、蓄熱槽模塊和室內(nèi)機(jī)組組成。在夜晚當(dāng)室內(nèi)機(jī)都停止工作時(shí)，關(guān)閉蓄熱槽模塊電磁閥E1、開啟電磁閥E2，該系統(tǒng)由電子膨脹閥V1節(jié)流，向蓄熱介質(zhì)蓄冷。在白天取冷時(shí)，關(guān)閉蓄熱槽模塊電磁閥E1、電磁閥E2，把電子膨脹閥V1全開。制冷劑在室外熱交換器C、蓄熱槽中冷凝及過冷，降低系統(tǒng)的冷凝壓力，增大過熱度，降低壓縮機(jī)功耗，提高制冷量，從而達(dá)到對電力電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“移峰填谷”、均恒負(fù)荷的效果。該系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、拼裝方便，能實(shí)現(xiàn)蓄冷、取冷運(yùn)行和制熱運(yùn)行。但存在以下缺點(diǎn)①只能在室內(nèi)機(jī)完全停止運(yùn)行后才能開始蓄冷運(yùn)行，不可能實(shí)現(xiàn)部分蓄冷運(yùn)行。②不可能在冬季實(shí)現(xiàn)蓄熱、部分蓄熱運(yùn)行。為此，日本三菱電機(jī)公司在1996年三菱電機(jī)技報(bào)，Vol.70，№8中公開了“冰貯熱マルチエアユン”系統(tǒng)。如附圖2中所示，它是在日立公司提出的系統(tǒng)基礎(chǔ)上，增設(shè)了一臺制冷劑泵D，一個(gè)過冷卻器F，三個(gè)電磁閥E及兩個(gè)電子膨脹閥V。制冷劑泵D實(shí)際上是一臺低壓縮比的壓縮機(jī)。使該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)在制冷和制熱運(yùn)行時(shí)，都各具有三種運(yùn)行模式，即蓄冷、蓄熱運(yùn)行，取冷、取熱運(yùn)行和壓縮機(jī)制冷、制熱運(yùn)行。此類系統(tǒng)是利用降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度，減小壓縮比，降低壓縮機(jī)高峰電力運(yùn)行時(shí)的壓縮機(jī)功耗而實(shí)現(xiàn)“移峰填谷”。采用此類系統(tǒng)的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電磁閥、電子膨脹閥應(yīng)用的較多，并需增設(shè)壓縮機(jī)、過冷卻器，使成本大幅度上升，而且不易拆卸拼裝。
本實(shí)用新型的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，提供一種既結(jié)構(gòu)簡單、成本低、拼裝方便，同時(shí)又能實(shí)現(xiàn)制冷、取冷、蓄冷、制熱、取熱、蓄熱的蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)。
為了達(dá)到上述的發(fā)明目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)一種蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)，它是由室外機(jī)、蓄熱槽模塊和室內(nèi)機(jī)組組成。室外機(jī)主要包括變頻壓縮機(jī)、四通閥、熱交換器和電子膨脹閥。蓄熱槽模塊包括蓄熱槽、兩個(gè)電子膨脹閥和三個(gè)電磁閥，在蓄熱槽內(nèi)裝有換熱器和相變蓄熱介質(zhì)。室內(nèi)機(jī)組是由多個(gè)室內(nèi)熱交換器和與其數(shù)量相等的電子膨脹閥構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，所述室外機(jī)的壓縮機(jī)排氣管與四通閥進(jìn)口相接，四通閥出口分別與熱交換器、壓縮機(jī)吸氣管及蓄熱槽模塊上入接口相接。熱交換器另一端與其一電子膨脹閥相接，其一電子膨脹閥另一端與蓄熱槽模塊下入接口相接。所述蓄熱槽模塊上入接口與其上出接口及其一電磁閥相接通，其一電磁閥另一端與其二電磁閥、其二電子膨脹閥相接，其二電子膨脹閥另一端接入蓄熱槽，蓄熱槽另一端與其三電子膨脹閥相接，其三電子膨脹閥另一端與蓄熱槽模塊下入接口、其三電磁閥相接，其三電磁閥另一端與其二電磁閥、蓄熱槽模塊下出接口相接。所述室內(nèi)機(jī)組的多個(gè)室內(nèi)熱交換器分別與各電子膨脹閥串接后并聯(lián)與蓄熱槽模塊的上、下出接口相接。
按照上述技術(shù)方案，所述蓄熱槽模塊的上、下入接口及其上、下出接口均設(shè)有截止閥。
本實(shí)用新型由于采用上述結(jié)構(gòu)連接形式，可使該系統(tǒng)利用夜間廉價(jià)電力進(jìn)行制冷、制熱，將冷、熱量貯存在相變蓄熱介質(zhì)中。在高峰用電期，從蓄熱介質(zhì)中吸取冷熱量。在制冷、取冷模式運(yùn)行時(shí)降低系統(tǒng)的冷凝溫度，增大過冷度。在制熱、取熱模式運(yùn)行時(shí)提高系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度，減小壓縮機(jī)吸氣比容，增大制冷劑循環(huán)量。降低冷凝溫度或提高蒸發(fā)溫度均能減小系統(tǒng)的壓縮比，在制冷、制熱運(yùn)行模式下，均能降低系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，提高制冷制熱能力，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)的“移峰填谷”。同現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅結(jié)構(gòu)簡單、拼裝方便、成本可大幅度下降，而且保證了蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)的全部功能。對降低電力系統(tǒng)的配置容量和均恒電力負(fù)荷都將產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。具有廣泛推廣使用的價(jià)值。
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。
圖1是日本日立公司的“冰蓄熱式ビル用マルチエアユン”熱泵空調(diào)機(jī)結(jié)構(gòu)連接原理圖；圖2是日本三菱公司的“冰貯熱マルチエアユン”熱泵空調(diào)機(jī)結(jié)構(gòu)連接原理圖；圖3是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)連接原理圖。
圖1和圖2在上述的背景技術(shù)段已作了簡要說明，不再贅述。參看圖3，本實(shí)用新型熱泵空調(diào)機(jī)，它是由室外機(jī)1、蓄熱槽模塊13及室內(nèi)機(jī)組10組成。室外機(jī)1主要包括變頻壓縮機(jī)4、四通閥16、熱交換器2和電子膨脹閥3。蓄熱槽模塊13包括蓄熱槽14、電子膨脹閥15、電子膨脹閥12和電磁閥6、電磁閥7及電磁閥11，在蓄熱槽14內(nèi)裝有換熱器和相變蓄熱介質(zhì)。室內(nèi)機(jī)組10是由三個(gè)室內(nèi)熱交換器9和三個(gè)電子膨脹閥8構(gòu)成。室外機(jī)1的壓縮機(jī)4排氣管與四通閥16進(jìn)口相通，四通閥16出口分別與熱交換器2、壓縮機(jī)4吸氣管及蓄熱槽模塊13上入接口相接。熱交換器2另一端與電子膨脹閥3相接，電子膨脹閥3另一端與蓄熱槽模塊13下入接口相接。蓄熱槽模塊13上入接口與其上出接口及電磁閥11相接通。電磁閥11另一端與電磁閥7、電子膨脹閥12相接，電子膨脹閥12另一端接入蓄熱槽14，蓄熱槽14另一端與電子膨脹閥15相接，電子膨脹閥15另一端與蓄熱槽模塊13下入接口、電磁閥6相接，電磁閥6另一端與電磁閥7、蓄熱槽模塊13下出接口相接。室內(nèi)機(jī)組10的三個(gè)室內(nèi)熱交換器9分別與各電子膨脹閥8串接后并聯(lián)與蓄熱槽模塊13的上、下出接口相接。在蓄熱槽模塊13的上、下入接口及其上、下出接口均設(shè)有截止閥5。
使用本實(shí)用新型在制冷制熱時(shí)各有三種運(yùn)行模式。制冷運(yùn)行模式有(1)制冷，包括取冷運(yùn)行；(2)完全蓄冷運(yùn)行；(3)部分蓄冷運(yùn)行。制熱運(yùn)行模式有(4)制熱，包括取熱運(yùn)行；(5)完全蓄熱運(yùn)行；(6)部分蓄熱運(yùn)行。下面按照六種運(yùn)行模式分別加以敘述。在不拼換蓄熱槽模塊13的情況，各截止閥5始終為全開。
(1)制冷運(yùn)行，空調(diào)機(jī)在制冷包括取冷運(yùn)行時(shí)，電子膨脹閥15、電子膨脹閥12和電子膨脹閥3全開，電磁閥6、電磁閥11關(guān)閉，電磁閥7開啟。壓縮機(jī)4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經(jīng)排氣管進(jìn)四通閥16、室外熱交換器2、電子膨脹閥3、電子膨脹閥15、蓄熱槽14、電子膨脹閥12、電磁閥7后流入室內(nèi)機(jī)組10。制冷劑經(jīng)室內(nèi)各電子膨脹閥8節(jié)流降壓，在室內(nèi)機(jī)組10各熱交熱器9內(nèi)吸熱蒸發(fā)成低壓氣體，經(jīng)壓縮機(jī)4吸氣管流回壓縮機(jī)4，完成制冷循環(huán)。制冷、取冷運(yùn)行時(shí)，室外換熱器2和蓄熱槽14串聯(lián)，作為制冷系統(tǒng)的冷凝器使用。在白天高峰用電期，采用取冷運(yùn)行模式。此時(shí)，室外熱交換器2的冷卻風(fēng)扇停止或低速運(yùn)行，制冷劑在熱交換器2中得到冷卻和部分冷凝，再進(jìn)入蓄熱槽14，蓄熱介質(zhì)的相變溫度低于室外環(huán)境溫度，吸收制冷劑的熱量，逐漸由固相轉(zhuǎn)化為液相，并使高壓氣態(tài)制冷劑繼續(xù)冷凝和過冷。其效果為①使系統(tǒng)的冷凝溫度得到大幅度降低，降低了壓縮機(jī)耗功；②增大了高壓液態(tài)制冷劑的過冷度，降低了液態(tài)制冷劑焓值，提高了制冷量；③減小了室外風(fēng)扇的功率；④提高了能效比；⑤可擴(kuò)大供冷面積。當(dāng)蓄熱介質(zhì)全部由固相轉(zhuǎn)化為液相后，蓄熱介質(zhì)的溫度將逐漸上升，此時(shí)增大室外熱交換器2的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入常規(guī)制冷運(yùn)行模式。當(dāng)蓄熱介質(zhì)的溫度仍低于經(jīng)熱交換器2冷凝后的液態(tài)制冷溫度時(shí)，液態(tài)制冷劑在蓄熱槽14內(nèi)將得到進(jìn)一步過冷，以降低液態(tài)制冷劑的焓值，提高制冷量。
(2)完全蓄冷運(yùn)行，當(dāng)夜晚室內(nèi)機(jī)都停止運(yùn)行時(shí)，所有室內(nèi)機(jī)的電子膨脹閥8都關(guān)閉，此時(shí)關(guān)閉電磁閥6、電磁閥7，開啟電磁閥11，電子膨脹閥12、電子膨脹閥3全開，空調(diào)機(jī)進(jìn)入完全蓄冷運(yùn)行模式。在完全蓄冷運(yùn)行模式時(shí)，壓縮機(jī)4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經(jīng)排氣管進(jìn)四通閥16流入熱交換器2，制冷劑蒸氣在熱交換器2中冷凝成液體后，通過電子膨脹閥3經(jīng)電子膨脹閥15節(jié)流降壓，在蓄熱槽14中吸收蓄熱介質(zhì)的熱量而蒸發(fā)成低壓氣體，通過電子膨脹閥12經(jīng)電磁閥11后流回壓縮機(jī)4，完成制冷循環(huán)。蓄熱槽14中的蓄熱介質(zhì)失去熱量，溫度逐漸降低，直至完全凝結(jié)成固態(tài)介質(zhì)，將冷量存貯在蓄熱介質(zhì)中，供白天用電高峰期使用。
(3)部分蓄冷運(yùn)行，當(dāng)夜晚只有部分室內(nèi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，停止使用的室內(nèi)熱交換器9的電子膨脹閥8關(guān)閉。正在工作的室內(nèi)熱交換器9仍然進(jìn)行制冷。此時(shí)與完全蓄冷模式所不同的是開啟電磁閥6。經(jīng)室外熱交換器2冷凝后的液態(tài)制冷劑一部分經(jīng)電子膨脹閥15節(jié)流降壓后在蓄熱槽14中吸收蓄熱介質(zhì)的熱量而蒸發(fā)成低壓氣體，將冷量貯存在蓄熱介質(zhì)中。另一部分經(jīng)電磁閥6和正在工作的室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥8進(jìn)入室內(nèi)熱交換器9吸熱蒸發(fā)，向室內(nèi)釋放冷量。兩部分被蒸發(fā)的制冷劑一同流回壓縮機(jī)4，完成制冷循環(huán)。
(4)制熱運(yùn)行，空調(diào)機(jī)在制熱包括取熱運(yùn)行時(shí)，電子膨脹閥15、電子膨脹閥3全開，電磁閥6、電磁閥11關(guān)閉，電磁閥7開啟。壓縮機(jī)4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經(jīng)四通閥16進(jìn)入室內(nèi)各熱交換器9，并在此冷凝成液態(tài)制冷劑，液態(tài)制冷劑通過開啟的室內(nèi)各電子膨脹閥8、電磁閥7，在電子膨脹閥12內(nèi)節(jié)流降壓，流入蓄熱槽14，制冷劑在蓄熱槽14內(nèi)吸取蓄熱介質(zhì)的熱量而蒸發(fā)成低壓氣體，再經(jīng)過全開的電子膨脹閥15、電子膨脹閥3、四通閥16流回壓縮機(jī)4，完成制冷循環(huán)。制熱、取熱運(yùn)行時(shí)，室外換熱器2和蓄熱槽14串聯(lián)，作為制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器使用。在白天高峰用電期，采用取熱運(yùn)行模式。此時(shí)，室外熱交換器2的冷卻風(fēng)扇停止或低速運(yùn)行，制冷劑在蓄熱槽14中吸取夜晚貯存在蓄熱介質(zhì)中的熱量，由于蓄熱介質(zhì)的溫度高于室外環(huán)境溫度，使系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度相對于無蓄熱槽直接從環(huán)境中取熱而得到提高，降低了壓縮機(jī)4的吸氣比容，提高了制冷劑的循環(huán)流量，提高了制熱能力。與無蓄熱槽直接從環(huán)境中取熱相比，在相同制熱量條件下，降低了壓縮機(jī)4的功耗。當(dāng)蓄熱介質(zhì)的溫度降低后，此時(shí)增大室外熱交換器2的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入常規(guī)制熱運(yùn)行模式。制冷劑從室外熱交換器2和蓄熱槽14同時(shí)取熱而蒸發(fā)，由于換熱面積增大，空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)溫度也將得到提高。
(5)完全蓄熱運(yùn)行，當(dāng)夜晚室內(nèi)機(jī)都停止運(yùn)行時(shí)，所有室內(nèi)機(jī)的電子膨脹閥8都關(guān)閉，此時(shí)關(guān)閉電磁閥6、電磁閥7，開啟電磁閥11，電子膨脹閥15、電子膨脹閥12全開，空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)入完全蓄熱運(yùn)行模式。在完全蓄熱運(yùn)行模式時(shí)，壓縮機(jī)4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經(jīng)電磁閥11排入蓄熱槽14中，將熱量貯存在蓄熱介質(zhì)中，供白天用電高峰期制熱使用，在蓄熱槽14中冷凝后的液態(tài)制冷劑經(jīng)電子膨脹閥3節(jié)流降壓，在室外熱交換器2中吸熱蒸發(fā)后流回壓縮機(jī)4，完成制熱循環(huán)。
(6)部分蓄熱運(yùn)行，當(dāng)夜晚只有部分室內(nèi)機(jī)運(yùn)行時(shí)，停止使用的室內(nèi)機(jī)電子膨脹閥8關(guān)閉，正在工作的室內(nèi)機(jī)仍然進(jìn)行制熱，此時(shí)與完全蓄熱模式所不同的是開啟電磁閥6。在室內(nèi)熱交換器9中冷凝后的液態(tài)制冷劑經(jīng)過電磁閥6和經(jīng)過蓄熱槽14冷凝后的液態(tài)匯合，經(jīng)電子膨脹閥3節(jié)流降壓后進(jìn)入室外熱交換器2，制冷劑在熱交換器2中吸收環(huán)境空氣的熱量蒸發(fā)，然后回到壓縮機(jī)4。
按照上述的實(shí)施方式，若把室內(nèi)機(jī)組10的熱交換器9的數(shù)量更換為一個(gè)或兩個(gè)以上形成的技術(shù)方案，也均屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1. 一種蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)，它是由室外機(jī)(1)、蓄熱槽模塊(13)和室內(nèi)機(jī)組(10)組成，室外機(jī)(1)主要包括變頻壓縮機(jī)(4)、四通閥(16)、熱交換器(2)和電子膨脹閥(3)，蓄熱槽模塊(13)包括蓄熱槽(14)、電子膨脹閥(15、12)和電磁閥(6、7、11)，在蓄熱槽(14)內(nèi)裝有換熱器和相變蓄熱介質(zhì)，室內(nèi)機(jī)組(10)是由多個(gè)室內(nèi)熱交換器(9)和與其數(shù)量相等的電子膨脹閥(8)構(gòu)成，其特征在于所述室外機(jī)(1)的壓縮機(jī)(4)排氣管與四通閥(16)進(jìn)口相接，四通閥(16)出口分別與熱交換器(2)、壓縮機(jī)(4)吸氣管及蓄熱槽模塊(13)上入接口相接，熱交換器(2)另一端與電子膨脹閥(3)相接，電子膨脹閥(3)另一端與蓄熱槽模塊(13)下入接口相接，所述蓄熱槽模塊(13)上入接口與其上出接口及電磁閥(11)相接通，電磁閥(11)另一端與電磁閥(7)、電子膨脹閥(12)相接，電子膨脹閥(12)另一端接入蓄熱槽(14)，蓄熱槽(14)另一端與電子膨脹閥(15)相接，電子膨脹閥(15)另一端與蓄熱槽模塊(13)下入接口、電磁閥(6)相接，電磁閥(6)另一端與電磁閥(7)、蓄熱槽模塊(13)下出接口相接，所述室內(nèi)機(jī)組(10)的多個(gè)室內(nèi)熱交換器(9)分別與各電子膨脹閥(8)串接后并聯(lián)與蓄熱槽模塊(13)的上、下出接口相接。
2.按照權(quán)利要求1所述一種蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)，其特征在于所述室內(nèi)機(jī)組(10)的熱交換器(9)的數(shù)量，包括一個(gè)及兩個(gè)以上。
3.按照權(quán)利要求1或2所述一種蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)，其特征在于所述蓄熱槽模塊(13)的上、下入接口及其上、下出接口均設(shè)有截止閥(5)。
專利摘要本實(shí)用新型屬于蓄冷蓄熱型熱泵空調(diào)機(jī)。它是由室外機(jī)、蓄熱槽模塊和室內(nèi)機(jī)組組成。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是,通過各零部件的組合、結(jié)構(gòu)連接關(guān)系,按照一定的控制程序控制電磁閥和電子膨脹閥的開啟,使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)三種運(yùn)行模式,即蓄冷蓄熱運(yùn)行,取冷取熱運(yùn)行和制冷制熱運(yùn)行。與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有結(jié)構(gòu)簡單、拼裝方便、成本低的特點(diǎn)。對降低電力系統(tǒng)的配置容量和均恒電力負(fù)荷,實(shí)現(xiàn)供電網(wǎng)上的“移峰填谷”將產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號F25B30/02GK2378670SQ99214599
公開日2000年5月17日 申請日期1999年7月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年7月5日
發(fā)明者石文星, 彥啟森, 江億, 趙慶珠, 王鵬飛 申請人:清華同方股份有限公司, 清華大學(xué)