專利名稱：一種蓄冷蓄熱型熱泵空調機的制作方法
技術領域：
本發明屬于蓄冷蓄熱型熱泵空調機領域。
隨著經濟建設的高速發展，世界各國面臨電力供應緊張局面。因此，電力供電網上的“移峰填谷”是急待解決的問題。隨著世界范圍內的峰谷電價的實施，蓄冷蓄熱型空調機開始得到發展，從1995年已開始應用于熱泵型變制冷劑流量空調系統中。日本日立公司在1995年的冷凍雜志Vol．70，№808中發表了“冰蓄熱式ビル用マルチェアュン”系統。如附
圖1中所示，它由室外機、蓄熱槽模塊和室內機組組成。在夜晚當室內機都停止工作時，關閉蓄熱槽模塊電磁閥E1、開啟電磁閥E2，該系統由電子膨脹閥V1節流，向蓄熱介質蓄冷。在白天取冷時，關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，降低系統的冷凝壓力，增大過熱度，降低壓縮機功耗，提高制冷量，從而達到對電力電網實現“移峰填谷”、均恒負荷的效果。該系統的結構簡單、成本較低、拼裝方便，能實現蓄冷、取冷運行和制熱運行。但存在以下缺點①只能在室內機完全停止運行后才能開始蓄冷運行，不可能實現部分蓄冷運行。②不可能在冬季實現蓄熱、部分蓄熱運行。為此，日本三菱電機公司在1996年三菱電機技報，Vol．70，No8中公開了“冰貯熱マルチェァュ ン”系統。如附圖2中所示，它是在日立公司提出的系統基礎上，增設了一臺制冷劑泵D，一個過冷卻器F，三個電磁閥E及兩個電子膨脹閥V。制冷劑泵D實際上是一臺低壓縮比的壓縮機。使該系統可實現在制冷和制熱運行時，都各具有三種運行模式，即蓄冷、蓄熱運行，取冷、取熱運行和壓縮機制冷、制熱運行。此類系統是利用降低冷凝溫度或提高蒸發溫度，減小壓縮比，降低壓縮機高峰電力運行時的壓縮機功耗而實現“移峰填谷”。采用此類系統的缺點是結構復雜，電磁閥、電子膨脹閥應用的較多，并需增設壓縮機、過冷卻器，使成本大幅度上升，而且不易拆卸拼裝。
本發明的目的是針對上述現有技術中存在的缺點，提供一種既結構簡單、成本低、拼裝方便，同時又能實現制冷、取冷、蓄冷、制熱、取熱、蓄熱的蓄冷蓄熱型熱泵空調機。
為了達到上述的發明目的，本發明的技術方案以如下方式實現一種蓄冷蓄熱型熱泵空調機，它是由室外機、蓄熱槽模塊和室內機組組成。室外機主要包括變頻壓縮機、四通閥、熱交換器和電子膨脹閥。蓄熱槽模塊包括蓄熱槽、兩個電子膨脹閥和三個電磁閥，在蓄熱槽內裝有換熱器和相變蓄熱介質。室內機組是由多個室內熱交換器和與其數量相等的電子膨脹閥構成。其結構特點是，所述室外機的壓縮機排氣管與四通閥進口相接，四通閥出口分別與熱交換器、壓縮機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。所述室內機組的多個室內熱交換器分別與各電子膨脹閥串接后并聯與蓄熱槽模塊的上、下出接口相接。
按照上述技術方案，所述蓄熱槽模塊的上、下入接口及其上、下出接口均設有截止閥。
本發明由于采用上述結構連接形式，可使該系統利用夜間廉價電力進行制冷、制熱，將冷、熱量貯存在相變蓄熱介質中。在高峰用電期，從蓄熱介質中吸取冷熱量。在制冷、取冷模式運行時降低系統的冷凝溫度，增大過冷度。在制熱、取熱模式運行時提高系統的蒸發溫度，減小壓縮機吸氣比容，增大制冷劑循環量。降低冷凝溫度或提高蒸發溫度均能減小系統的壓縮比，在制冷、制熱運行模式下，均能降低系統的運行能耗，提高制冷制熱能力，實現了電力系統的“移峰填谷”。同現有技術相比，不僅結構簡單、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機的全部功能。對降低電力系統的配置容量和均恒電力負荷都將產生巨大的社會效益和經濟效益。具有廣泛推廣使用的價值。
下面結合附圖及具體實施方式
對本發明作進一步說明。
圖1是日本日立公司的“冰蓄熱式ビル用マルテェアュン”熱泵空調機結構連接原理圖；圖2是日本三菱公司的“冰貯熱マルチェアュン”熱泵空調機結構連接原理圖；圖3是本發明的結構連接原理圖。
圖1和圖2在上述的背景技術段已作了簡要說明，不再贅述。參看圖3，本發明熱泵空調機，它是由室外機1、蓄熱槽模塊13及室內機組10組成。室外機1主要包括變頻壓縮機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內裝有換熱器和相變蓄熱介質。室內機組10是由三個室內熱交換器9和三個電子膨脹閥8構成。室外機1的壓縮機4排氣管與四通閥16進口相通，四通閥16出口分別與熱交換器2、壓縮機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。室內機組10的三個室內熱交換器9分別與各電子膨脹閥8串接后并聯與蓄熱槽模塊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、下出接口均設有截止閥5。
使用本發明在制冷制熱時各有三種運行模式。制冷運行模式有(1)制冷，包括取冷運行；(2)完全蓄冷運行；(3)部分蓄冷運行。制熱運行模式有(4)制熱，包括取熱運行；(5)完全蓄熱運行；(6)部分蓄熱運行。下面按照六種運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)制冷運行，空調機在制冷包括取冷運行時，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關閉，電磁閥7開啟。壓縮機4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經排氣管進四通閥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后流入室內機組10。制冷劑經室內各電子膨脹閥8節流降壓，在室內機組10各熱交熱器9內吸熱蒸發成低壓氣體，經壓縮機4吸氣管流回壓縮機4，完成制冷循環。制冷、取冷運行時，室外換熱器2和蓄熱槽14串聯，作為制冷系統的冷凝器使用。在白天高峰用電期，采用取冷運行模式。此時，室外熱交換器2的冷卻風扇停止或低速運行，制冷劑在熱交換器2中得到冷卻和部分冷凝，再進入蓄熱槽14，蓄熱介質的相變溫度低于室外環境溫度，吸收制冷劑的熱量，逐漸由固相轉化為液相，并使高壓氣態制冷劑繼續冷凝和過冷。其效果為①使系統的冷凝溫度得到大幅度降低，降低了壓縮機耗功；②增大了高壓液態制冷劑的過冷度，降低了液態制冷劑焓值，提高了制冷量；③減小了室外風扇的功率；④提高了能效比；⑤可擴大供冷面積。當蓄熱介質全部由固相轉化為液相后，蓄熱介質的溫度將逐漸上升，此時增大室外熱交換器2的風扇轉速，空調系統進入常規制冷運行模式。當蓄熱介質的溫度仍低于經熱交換器2冷凝后的液態制冷溫度時，液態制冷劑在蓄熱槽14內將得到進一步過冷，以降低液態制冷劑的焓值，提高制冷量。
(2)完全蓄冷運行，當夜晚室內機都停止運行時，所有室內機的電子膨脹閥8都關閉，此時關閉電磁閥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，空調機進入完全蓄冷運行模式。在完全蓄冷運行模式時，壓縮機4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經排氣管進四通閥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經電子膨脹閥15節流降壓，在蓄熱槽14中吸收蓄熱介質的熱量而蒸發成低壓氣體，通過電子膨脹閥12經電磁閥11后流回壓縮機4，完成制冷循環。蓄熱槽14中的蓄熱介質失去熱量，溫度逐漸降低，直至完全凝結成固態介質，將冷量存貯在蓄熱介質中，供白天用電高峰期使用。
(3)部分蓄冷運行，當夜晚只有部分室內機運行時，停止使用的室內熱交換器9的電子膨脹閥8關閉。正在工作的室內熱交換器9仍然進行制冷。此時與完全蓄冷模式所不同的是開啟電磁閥6。經室外熱交換器2冷凝后的液態制冷劑一部分經電子膨脹閥15節流降壓后在蓄熱槽14中吸收蓄熱介質的熱量而蒸發成低壓氣體，將冷量貯存在蓄熱介質中。另一部分經電磁閥6和正在工作的室內機電子膨脹閥8進入室內熱交換器9吸熱蒸發，向室內釋放冷量。兩部分被蒸發的制冷劑一同流回壓縮機4，完成制冷循環。
(4)制熱運行，空調機在制熱包括取熱運行時，電子膨脹閥15、電子膨脹閥3全開，電磁閥6、電磁閥11關閉，電磁閥7開啟。壓縮機4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經四通閥16進入室內各熱交換器9，并在此冷凝成液態制冷劑，液態制冷劑通過開啟的室內各電子膨脹閥8、電磁閥7，在電子膨脹閥12內節流降壓，流入蓄熱槽14，制冷劑在蓄熱槽14內吸取蓄熱介質的熱量而蒸發成低壓氣體，再經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4，完成制冷循環。制熱、取熱運行時，室外換熱器2和蓄熱槽14串聯，作為制冷系統的蒸發器使用。在白天高峰用電期，采用取熱運行模式。此時，室外熱交換器2的冷卻風扇停止或低速運行，制冷劑在蓄熱槽14中吸取夜晚貯存在蓄熱介質中的熱量，由于蓄熱介質的溫度高于室外環境溫度，使系統的蒸發溫度相對于無蓄熱槽直接從環境中取熱而得到提高，降低了壓縮機4的吸氣比容，提高了制冷劑的循環流量，提高了制熱能力。與無蓄熱槽直接從環境中取熱相比，在相同制熱量條件下，降低了壓縮機4的功耗。當蓄熱介質的溫度降低后，此時增大室外熱交換器2的風扇轉速，空調系統進入常規制熱運行模式。制冷劑從室外熱交換器2和蓄熱槽14同時取熱而蒸發，由于換熱面積增大，空調系統的蒸發溫度也將得到提高。
(5)完全蓄熱運行，當夜晚室內機都停止運行時，所有室內機的電子膨脹閥8都關閉，此時關閉電磁閥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，空調系統進入完全蓄熱運行模式。在完全蓄熱運行模式時，壓縮機4將低壓制冷劑蒸氣壓縮，經電磁閥11排入蓄熱槽14中，將熱量貯存在蓄熱介質中，供白天用電高峰期制熱使用，在蓄熱槽14中冷凝后的液態制冷劑經電子膨脹閥3節流降壓，在室外熱交換器2中吸熱蒸發后流回壓縮機4，完成制熱循環。
(6)部分蓄熱運行，當夜晚只有部分室內機運行時，停止使用的室內機電子膨脹閥8關閉，正在工作的室內機仍然進行制熱，此時與完全蓄熱模式所不同的是開啟電磁閥6。在室內熱交換器9中冷凝后的液態制冷劑經過電磁閥6和經過蓄熱槽14冷凝后的液態匯合，經電子膨脹閥3節流降壓后進入室外熱交換器2，制冷劑在熱交換器2中吸收環境空氣的熱量蒸發，然后回到壓縮機4。
按照上述的實施方式，若把室內機組10的熱交換器9的數量更換為一個或兩個以上形成的技術方案，也均屬本發明的保護范圍。
權利要求
1．一種蓄冷蓄熱型熱泵空調機，它是由室外機(1)、蓄熱槽模塊(13)和室內機組(10)組成，室外機(1)主要包括變頻壓縮機(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)內裝有換熱器和相變蓄熱介質，室內機組(10)是由多個室內熱交換器(9)和與其數量相等的電子膨脹閥(8)構成，其特征在于所述室外機(1)的壓縮機(4)排氣管與四通閥(16)進口相接，四通閥(16)出口分別與熱交換器(2)、壓縮機(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，所述室內機組(10)的多個室內熱交換器(9)分別與各電子膨脹閥(8)串接后并聯與蓄熱槽模塊(13)的上、下出接口相接。
2．按照權利要求1所述一種蓄冷蓄熱型熱泵空調機，其特征在于所述室內機組(10)的熱交換器(9)的數量，包括一個及兩個以上。
3．按照權利要求1或2所述一種蓄冷蓄熱型熱泵空調機，其特征在于所述蓄熱槽模塊(13)的上、下入接口及其上、下出接口均設有截止閥(5)。
全文摘要
本發明屬于蓄冷蓄熱型熱泵空調機。它是由室外機、蓄熱槽模塊和室內機組組成。其結構特點是,通過各零部件的組合、結構連接關系,按照一定的控制程序控制電磁閥和電子膨脹閥的開啟,使本發明實現三種運行模式,即蓄冷蓄熱運行,取冷取熱運行和制冷制熱運行。與現有技術相比,具有結構簡單、拼裝方便、成本低的特點。對降低電力系統的配置容量和均恒電力負荷,實現供電網上的“移峰填谷”將產生巨大的社會效益和經濟效益。
文檔編號F25B49/02GK1281128SQ9910966
公開日2001年1月24日 申請日期1999年7月5日 優先權日1999年7月5日
發明者石文星, 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