蓄能组件及热泵系统

摘要

本发明公开了一种蓄能组件及热泵系统。蓄能组件，包括：蓄能罐，所述蓄能罐上设置有进液口和出液口；第一相变蓄能部件，所述第一相变蓄能部件位于所述蓄能罐中；第二相变蓄能部件，所述第二相变蓄能部件位于所述蓄能罐中；其中，所述第一相变蓄能部件的相变温度高于所述第二相变蓄能部件的相变温度。通过在蓄能罐中配置不同相变温度的相变蓄能部件，以满足冷量和热量的储能要求，实现降低热泵系统的能耗。

说明书

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种蓄能组件及热泵系统。

背景技术

目前，热泵系统通常配置有制冷回路和用户换热终端，其中，而制冷回路通常包括连接在一起的压缩机、室外换热器、节流装置和室内换热器。而室内换热器中通常配置有相互换热的冷媒流道和介质流道。中国专利申请号201510727615.9公开了一种蓄能型空气源热泵供暖系统，其中，配置有相变蓄能器，以满足冬季存储热能的需求。但是，在夏季环境下，相变蓄能器则无法满足冷量存储的要求，导致热泵系统产生过多的冷量浪费，使得整体能耗增加。如何设计一种能够同时满足冷热量存储以降低能耗的热泵系统是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种蓄能组件及热泵系统，通过在蓄能罐中配置不同相变温度的相变蓄能部件，以满足冷量和热量的储能要求，实现降低热泵系统的能耗。

为达到上述技术目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种蓄能组件，包括：

蓄能罐，所述蓄能罐上设置有进液口和出液口；

第一相变蓄能部件，所述第一相变蓄能部件位于所述蓄能罐中；

第二相变蓄能部件，所述第二相变蓄能部件位于所述蓄能罐中；

其中，所述第一相变蓄能部件的相变温度高于所述第二相变蓄能部件的相变温度。

进一步的，所述蓄能罐内还设置有间隔网，所述间隔网将所述蓄能罐分隔为上下布置的第一腔体和第二腔体；所述第一相变蓄能部件位于所述第一腔体中，所述第二相变蓄能部件位于所述第二腔体中。

进一步的，所述第一相变蓄能部件的相变温度为40℃～50℃；所述第二相变蓄能部件的相变温度为7℃～10℃。

进一步的，所述第一相变蓄能部件和所述第二相变蓄能部件为胶囊结构，所述胶囊结构中填充有相变材料。

进一步的，所述蓄能罐内还设置有柔性膜，所述柔性膜将所述蓄能罐内部间隔为缓冲腔体和溶液腔体，所述进液口和所述出液口分别连通所述溶液腔体；所述第一相变蓄能部件和所述第二相变蓄能部件位于所述溶液腔体中。

进一步的，所述柔性膜位于所述第一相变蓄能部件和所述第二相变蓄能部件的上方。

进一步的，所述蓄能罐上还设置有可开关的第一打气嘴，所述第一打气嘴连通所述缓冲腔体。

进一步的，所述蓄能罐内还设置有至少一个柔性气囊。

进一步的，所述柔性气囊连接有可开关的第二打气嘴，所述第二打气嘴外伸出至所述蓄能罐的外部。

本发明还提供一种热泵系统，包括制冷回路和用户换热终端，所述制冷回路包括压缩机、室外换热器、节流装置和室内换热器，所述室内换热器中配置有相互换热的冷媒流道和介质流道，所述压缩机、所述室外换热器、所述节流装置和所述冷媒流道依次连接，所述用户换热终端与所述介质流道连接，还包括上述蓄能组件，所述蓄能组件中的蓄能罐串联在所述用户换热终端和所述介质流道之间。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：通过在蓄能罐内配置两种相变温度不同的相变蓄能部件，则在冬季制热模式下，利用第一相变蓄能部件存储热量，在制冷回路运行过程中，便可以通过第一相变蓄能部件充分的吸收热量进行储能；而在夏季制冷模式下，利用第二相变蓄能部件存储冷量，在制冷回路运行过程中，便可以通过第二相变蓄能部件充分的吸收冷量进行储能，这样，便可以制冷回路产生的过多的冷量和热量均可以由对应的相变蓄能部件吸收，以降低热泵系统的运行能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明热泵系统实施例的结构原理图;

图2为本发明热泵系统实施例中蓄能组件的结构原理图之一；

图3为本发明热泵系统实施例中蓄能组件的结构原理图之二。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示，本实施热泵系统，包括制冷回路100和用户换热终端200，制冷回路100包括压缩机101、室外换热器102、节流装置103和室内换热器104，室内换热器104中配置有相互换热的冷媒流道（未标记）和介质流道（未标记），压缩机101、通过四通阀105与室外换热器102和冷媒流道依次连接，室外换热器102和冷媒流道之间连接节流装置103，用户换热终端200与所述介质流道连接。其中，用户换热终端200的表现实体可以采用散热器或风机盘管等，用户换热终端200与所述介质流道之间为了加快换热介质循环流动，则通常配置有循环泵201。另外，室内换热器104通常采用板式换热器或套管式换热。上述结构配置为常规热泵系统的配置方式，在此不做赘述和限定。

而为了满足在制冷和制热模式下，对冷量和热量均能够储能，则本实施热泵系统还配置有本实施热泵系统还配置有蓄能组件300；蓄能组件300包括蓄能罐1和相变蓄能部件3，蓄能罐1上设置有进液口11和出液口12；相变蓄能部件3包括第一相变蓄能部件31和第二相变蓄能部件32，第一相变蓄能部件31和第二相变蓄能部件32均位于蓄能罐1中。其中，第一相变蓄能部件31的相变温度高于第二相变蓄能部件32的相变温度。蓄能罐1则通过进液口11和出液口12串联在用户换热终端200与所述介质流道之间。

具体的，相变蓄能部件3中配置有相变材料，相变材料能够起到蓄能的作用。在冬季制热模式下，通过第一相变蓄能部件31中的相变材料可以存储热量；而在夏季制冷模式下，通过第二相变蓄能部件32中的相变材料可以存储冷量。这解决冷、热需求侧对冷量或热量因数量上的不平衡和时间上的不同步而造成的部分冷量或热量的浪费。

其中，第一相变蓄能部件31和第二相变蓄能部件32可以混合装在蓄能罐1中。优选地，利用换热介质冷热比重不同，则可以在蓄能罐1内还设置有间隔网15，间隔网15将所述蓄能罐分隔为上下布置的第一腔体和第二腔体；第一相变蓄能部件31位于第一腔体中，第二相变蓄能部件32位于第二腔体中。具体的，在制热模式下，热的换热介质位于上层，则可以通过第一相变蓄能部件31快速吸热；相反，在制冷模式下，冷的换热介质位于下层，则可以通过第二相变蓄能部件32快速吸冷。

优选地，针对实际制冷和制热的要求，第一相变蓄能部件31的相变温度为40℃～50℃；第二相变蓄能部件32的相变温度为7℃～10℃。

另外，为了避免在相变过程中，第一相变蓄能部件31和第二相变蓄能部件32的相变材料相互干扰，则第一相变蓄能部件31和第二相变蓄能部件32均采用胶囊结构，胶囊结构中填充有相变材料。

更重要的是，对于配置有相变蓄能部件3的蓄能罐1，在不同模式下的起到的作用不同，具体说明如下。

夏季制冷模式下：

用户换热终端200接到制冷运行指令后，循环泵201启动，用户换热终端200开始向室内释放冷量。循环泵201出口的冷水经过进入用户换热终端200，对室内空气冷却(例如：用户换热终端200采用风机盘管的方式将冷空气吹入房间产生空调制冷效果)后，换热介质温度升高，然后进入室内换热器104，若此时检测室内换热器104的回水温度T≥13℃（第一温度值）时，制冷回路100启动制冷运行。从室内换热器104出来的冷水进入蓄能罐1中，对相变蓄能部件3内部相变储能材料进行一定冷却蓄能后，从蓄能罐1流出进入循环泵201，再进入用户换热终端200，这样循环往复，从而完成室内水系统的制冷循环。而在制冷回路100运行过程中，当T≤10℃（第二温度值）时，制冷回路100停止制冷运行，循环泵201继续运行，此过程中用户换热终端200的空调冷量来自于蓄能罐1的相变蓄能部件3中蓄冷的释放，由于蓄能罐1具有一定的蓄冷量，能够在较长时间内为用户换热终端200提供冷量，这样就减少了制冷回路100的开停机次数，避免了因制冷回路100频繁开停机造成的电能浪费，具有较好的节能效果。当T≥13℃时，蓄能罐1内的蓄冷量已释放完毕，此时制冷回路100启动制冷运行，同时为蓄能罐1的蓄冷和用户换热终端200的空气冷却来提供冷量，直到当T≤10℃时，又开始以上的循环，这样周而复始。

冬季制热情况下：

用户换热终端200接到制热运行指令后，循环泵201启动，用户换热终端200开始运行；循环泵201出口的热水进入用户换热终端200，对室内空气加热后，水温降低，然后进入室内换热器104。若此时检测室内换热器104进口的回水管15内的回水温度T≤39℃（第三温度值）时，制冷回路100启动制热运行。从室内换热器104出来的制热热水进入蓄能罐1，对蓄能罐1中的相变蓄能部件3内部相变储能材料进行一定加热蓄能后，从蓄能罐1输出的热水进入循环泵201，再进入用户换热终端200加热室内空气，这样循环往复，从而完成室内水系统的制热循环。当T≥42℃（第四温度值）时，制冷回路100停止制热运行，循环泵201继续运行，此过程中用户换热终端200的制热热量来自于蓄能罐1的相变蓄能部件3中蓄热的释放，由于蓄能罐1具有一定的蓄热量，能够在较长时间内为用户换热终端200提供热量，这样就减少了制冷回路100的开停机次数，避免了因制冷回路100频繁开停机造成的电能浪费，具有较好的节能效果。当T≤39℃时，蓄能罐1内的蓄热量已释放完毕，此时制冷回路100启动制热运行，同时为蓄能罐1的蓄热和用户换热终端200的空气加热来提供热量，直到当T≥42℃时，又开始以上的循环，这样周而复始。

制热过程中，当制冷回路100接到除霜指令时，制冷回路100的四通阀105换向，室内换热器104由制热工况下的冷凝器变为除霜工况下的蒸发器，室外换热器102则由制热工况下的蒸发器变为除霜工况下的冷凝器。此时，室内循环泵201继续运行，蓄能罐1的相变蓄能部件3中的相变储能材料由液态变为固态来释放热量，该热量先经用户换热终端200加热室内空气，然后经水管路进入室内换热器104，使其中的液态制冷剂蒸发变为气体，之后经制冷剂管路进入压缩机101，经压缩机101压缩变为高温高压的制冷剂排气进入室外换热器102，对室外换热器102进行除霜。因此，蓄能罐1中释放的热量为制冷回路100除霜提供了充足的热量，也为除霜过程为保持用户换热终端200连续制热提供了热量，此过程可以显著减少除霜时间，且保持用户换热终端200较高的出风温度。除霜过程中能够保持室内温度稳定，不会出现室内温度下降而周期性波动，显著提升了用户体验，特别是舒适性体验。除霜结束后，制冷回路100的四通阀105再次换向，恢复制热状态，同时为蓄能罐1的蓄热和用户换热终端200的空气加热来提供热量。

基于上述技术方案，可选的，为了满足减小因换热介质热胀冷缩对室内管路造成影响。如图2所示，蓄能组件300还包括柔性膜2，柔性膜2设置在蓄能罐1中，柔性膜2将蓄能罐1内部间隔为缓冲腔体和溶液腔体，进液口11和出液口12分别连通所述溶液腔体；第一相变蓄能部件31和第二相变蓄能部件32位于溶液腔体中。具体的，在热泵系统实际运行过程中，制冷回路100中的冷媒循环流动，而用户换热终端200与室内换热器104之间存在换热介质循环流动。换热介质和冷媒则在室内换热器104中进行热交换。在冬季制热模式下，换热介质的温度较高，使得换热介质出现体积的膨胀。换热介质因升温发生膨胀后会在蓄能罐1的溶液腔体内提升液体压力，而柔性膜2在液体压力的作用下会产生形变，以缓冲换热介质体积膨胀对管路的影响。

其中，柔性膜2位于第一相变蓄能部件31和第二相变蓄能部件32的上方，一方面可以确保换热介质在蓄能罐1中顺畅的流动，缓冲介质在柔性膜2的下方流动，换热介质在流动过程中，柔性膜2对流动中的换热介质影响较小。同时，由于柔性膜2无需重载换热介质的重量，延长了柔性膜2的寿命。

另外，为了方便将柔性膜2组装到蓄能罐1中。则蓄能罐1包括：罐体13和罐盖14，罐体13上设置有进液口11和出液口12；罐盖14可拆卸的安装在罐体13上；柔性膜2与罐盖14之间形成所述缓冲腔体，相对应的，则在罐体13中形成溶液腔体。具体的，在实际组装过程中，可以采用将柔性膜2夹在罐体13和罐盖14之间的方式来完成组装。这种情况下，则将柔性膜2的边缘夹在罐盖14和罐体13之间，柔性膜2的边缘与罐盖14和罐体13接触并密封连接，以形成溶液腔体和缓冲腔体。而由于柔性膜2自身材质具有弹性，柔性膜2被罐盖14和罐体13夹紧后，可以通过柔性膜2起到密封罐体13和罐盖14之间形成的连接部位。而为了提高密封效果，则在罐体13的上边缘设置有第一外翻边（未标记），罐盖14的边缘设置有第二外翻边（未标记）；柔性膜2的边缘夹在所述第一外翻边和所述第二外翻边之间。通过第一外翻边和第二外翻边配合来增大与柔性膜2接触面积，以提高密封性能。优选地，为了在组装时，方便向缓冲腔体中充气，则罐盖14上还设置有可开关的第一打气嘴21，第一打气嘴21连通所述缓冲腔体。具体的， 在将罐体13、罐盖14和柔性膜2组装好后，可以在蓄能罐1的外部通过第一打气嘴21向缓冲腔体中充气。同样的，在后期使用过程中，也可以在缓冲腔体泄气的情况下，通过第一打气嘴21对缓冲腔体补充气体。

同样的，如图3所示，还可以采用柔性气囊2’替代上述的柔性膜。具体为，柔性气囊2’设置在蓄能罐1内。在冬季制热模式下，换热介质的温度较高，使得换热介质出现体积的膨胀。换热介质因升温发生膨胀后会在蓄能罐1内提升液体压力，而柔性气囊2’在液体压力的作用下会产生形变，以缓冲换热介质体积膨胀对管路的影响。而为了更好的起到缓冲的效果，可以在蓄能罐1内的上端部设置有多个柔性气囊2’。具体的，多个柔性气囊2’相互配合，能够获得更优的缓冲效果。而将柔性气囊2’设置在蓄能罐1的上端部，缓冲介质主要在柔性气囊2’的下方流动，换热介质在流动过程中，柔性气囊2’对流动中的换热介质影响较小。另外，对于柔性气囊2’可以安装在罐盖14或罐体13上，以安装在罐盖14为例。则柔性气囊2’安装在罐盖14的内表面上，例如：可以采用胶粘的方式将柔性气囊2’粘结在罐盖14上。优选地，为了在组装时，方便向柔性气囊2’中充气，则罐盖14上还设置有可开关的第二打气嘴21’，第二打气嘴21’连通所述柔性气囊2’。具体的，在将罐体13、罐盖14和柔性气囊2’组装好后，可以在蓄能罐1的外部通过第二打气嘴21’向柔性气囊2’中充气。同样的，在后期使用过程中，也可以在柔性气囊2’泄气的情况下，通过第二打气嘴21’对柔性气囊2’补充气体。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明个实施例技术方案的精神和范围。