[發明專利]一種可梯級蓄熱供熱除霜的空氣源熱泵供暖系統

在審

• 申請號: 202010067342.0
• 申請日: 2020-01-20
• 公開（公告）號: CN111140899A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 呂石磊;許勃文
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: F24D11/02
• 分類號: F24D11/02;F24D19/10;F25B47/02;F28D20/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種可梯級蓄熱供熱除霜的空氣源熱泵供暖系統，包括制冷劑回路和供暖熱水回路。其中，制冷劑回路包括蒸發器、四通換向閥氣液分離器、壓縮機、梯級相變儲熱裝置、冷凝器、過濾器、膨脹閥。供暖熱水回路包括，梯級相變儲熱裝置、冷凝器、熱水循環泵，供暖末端設備。與現有技術相比，本發明所提出的空氣源熱泵供暖系統，可實現所蓄存的熱量直接用于供暖，大幅減少中間環節，提升系統的能源利用效率。該系統還可根據工作條件，實現六種運行模式調節，最大化經濟和節能效益。本發明所提出的梯級相變儲熱裝置，可劃分為用于供暖的中低溫儲熱單元和的可用于熱泵除霜的低溫儲熱單元，進而實現熱量的梯級利用。

技術領域

本發明涉及一種空氣源熱泵供暖系統，尤其涉及一種可梯級蓄熱供熱除霜的空氣源熱泵供暖系統。

背景技術

空氣源熱泵是一種清潔供暖方式，具有節能環保，受資源條件限制小等優點。然而，空氣源熱泵在應用過程中仍存在一些問題，限制其進一步推廣。從技術層面來說，系統在低溫高濕環境下運行，室外換熱器結霜會導致熱泵性能下降，制約其高效運行。而從經濟性角度出發，空氣源熱泵的初投資較電鍋爐，燃氣壁掛爐等供暖設備高，投資回收期長，并不具備經濟優勢。因此，如何高效快速除霜并提高空氣源熱泵經濟效益，是其在夏熱冬冷地區推廣應用的關鍵。

專利號為ZL2011100780118的中國專利公布一種用于空氣源熱泵熱水器的相變蓄熱型除霜系統。除霜過程是通過相變蓄熱器把熱泵熱水器系統的冷凝余熱和淋浴室的廢水余熱進行回收，通過四通換向閥的轉向，改變制冷劑在板式相變蓄熱器和室外換熱器的流動方向，實現系統余熱蓄能、釋能除霜之間功能的轉換。然而，該專利僅考慮熱泵除霜，未考慮在夜間低谷電時期，蓄存熱泵熱量，在白天用電高峰期釋放以降低運行成本，功能不夠完善。

專利號為ZL2012102631502的中國專利公布一種相變蓄熱空氣源熱泵供暖系統，包括渦旋式壓縮機、油分離器、多個氣液分離器、四通換向閥、多個電磁閥、多個單向閥、套管冷凝器、水箱、相變蓄熱器、蒸發器、干燥過濾器、視液鏡、多個熱力膨脹閥。當環境溫度高于平衡點溫度時，蓄熱器蓄熱，冷劑蒸只由室外蒸發器產生；當環境溫度低于平衡點溫度時，蓄熱器變為蒸發器，放出蓄存的熱量使一部分冷劑液體蒸發，為蝸旋壓縮機補氣，此時冷劑蒸氣分別由室外蒸發器和蓄熱器產生，增加了蝸旋壓縮機的蒸氣流量，使系統的制熱量大大增加，同時極大地改善了空氣源熱泵系統低溫環境下的運行工況。然而該專利僅考慮采用蓄熱器提供除霜所需的低位熱能，未考慮利用相變蓄熱器在供熱量不足時提供部分熱量，熱泵功能不夠全面。

專利申請號為201510727615.9的中國專利公布了一種蓄能型空氣源熱泵供暖系統及其運行方法。申請者通過調節三通換向閥，改變系統內部各設備的連通關系，進而實現包括制熱供熱、制熱蓄熱、蓄熱供熱，相變蓄能器供熱模式和制熱取熱模式。然而，該相變蓄熱空氣源熱泵供暖系統仍存在以下問題：1、熱泵缺少除霜功能。在嚴寒天氣，該空氣源熱泵制熱量下降，性能衰減，甚至可能無法正常運行。2、不同于前人專利，該專利通過相變儲熱器和供暖熱水回路介質換熱來供暖，因此需要選擇高熔點的相變材料。但這樣會導致在蓄熱模式以及蓄熱供熱模式，制冷劑與相變材料的溫差減少，相變儲熱裝置的蓄熱速率下降，可能無法蓄存足夠多的熱量。但申請者在專利中并未給出解決方案。