[發明專利]太陽能熱泵-相變儲能材料食物保溫蜂巢柜及工作方法

在審

• 申請號: 202010360219.8
• 申請日: 2020-04-30
• 公開（公告）號: CN111426147A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 袁艷平;周錦志;余南陽;張楠
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: F25D31/00
• 分類號: F25D31/00;F25D3/00;F25D19/00;F25D29/00;F25B29/00;F25B41/04;F25B49/02;H02S20/20;F24S25/33
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡

1.一種太陽能熱泵-相變儲能材料相變儲能材料食物保溫蜂巢柜，其特征在于：包括光伏遮陽棚(1)、太陽能蓄電池(25)、太陽能逆變系統(26)、蒸發器冷室(4)、冷凝器熱室(12)；蒸發器冷室(4)和冷凝器熱室(12)之間設有壓縮機(9)、輔助風冷換熱器(10)、電子膨脹閥(11)；

所述光伏遮陽棚(1)包括光伏模塊(2)和遮陽棚(3)，光伏模塊(2)平鋪于遮陽棚(3)頂面，光伏模塊(2)與太陽能逆變系統(26)并聯接入太陽能蓄電池(25)，太陽能蓄電池(25)分別連接壓縮機(9)和輔助風冷換熱器(10)；

蒸發器冷室(4)包括最外層的冷室保溫層(5)、最內層的低溫儲存柜(8)，冷室保溫層(5)和低溫儲存柜(8)之間設置低溫相變層(6)；低溫儲存柜(8)為蜂巢狀密閉空間；熱泵蒸發器(7)的換熱管路穿插于低溫相變層(6)內；

冷凝器熱室(12)由外到內依次為熱室保溫層(13)、高溫相變層(14)、高溫儲存柜(16)，熱泵冷凝器(15)的換熱管路穿插于高溫相變層(14)內；

風冷換熱器(10)的上端口通過管路和閥門分別連通熱泵蒸發器(7)的出口和熱泵冷凝器(15)的進口，而風冷換熱器(10)下端口通過管路和閥門分別連通熱泵蒸發器(7)的進口和熱泵冷凝器(15)的出口，熱泵蒸發器(7)的進口通過管路和閥門連通電子膨脹閥(11)的出口、熱泵蒸發器(7)的出口通過管路和閥門連通壓縮機(9)的進口，熱泵冷凝器(15)的進口通過管路和閥門連通壓縮機(9)的出口，熱泵冷凝器(15)的出口通過管路和閥門連通電子膨脹閥(11)的進口。

2.根據權利要求1所述的一種太陽能熱泵-相變儲能材料食物保溫蜂巢柜，其特征在于：所述低溫相變層(6)采用硫酸鈉水合鹽體系相變材料，按質量百分比計配方為：75.5％Na₂SO₄·10H₂O、3％硼砂、1.25％PAAS、16％NH₄Cl、4％KCl、0.25％去離子水，相變溫度8℃～10℃。

3.根據權利要求1所述的一種太陽能熱泵-相變儲能材料食物保溫蜂巢柜，其特征在于：高溫相變層(14)采用無機相變材料，按質量百分比計配方為：27％六水氯化鈣、23％六水氯化鍶、7.5％馬來酸酐、6.5％甲酸鈉、7.5％氯化鈉、3.5％過硫酸鉀、25％水，相變溫度40℃～45℃。

4.根據權利要求1所述的一種太陽能熱泵-相變儲能材料食物保溫蜂巢柜，其特征在于：熱泵蒸發器(7)的出口經熱泵蒸發器出口閥門(17)連通至壓縮機(9)的進口，輔助風冷換熱器(10)的上端口經輔助風冷換熱器-蒸發出口閥門(18)連接至壓縮機(9)的進口，壓縮機(9)的出口經熱泵冷凝器進口閥門(22)連接至熱泵冷凝器(15)的進口，壓縮機(9)的出口經輔助風冷換熱器-冷凝進口閥門(21)連接至輔助風冷換熱器(10)的上端口，風冷換熱器(10)的下端口依次經輔助風冷換熱器-冷凝出口閥門(23)、電子膨脹閥(11)、熱泵蒸發器進口閥門(19)連接至熱泵蒸發器(7)的進口，熱泵冷凝器(15)的出口依次經熱泵冷凝器出口閥門(24)、電子膨脹閥(11)、熱泵蒸發器進口閥門(19)連接至熱泵蒸發器(7)的進口；熱泵冷凝器(15)的出口依次經熱泵冷凝器出口閥門(24)、電子膨脹閥(11)、輔助風冷換熱器-蒸發進口閥門(20)進入輔助風冷換熱器(10)的下端口。

5.根據權利要求1所述的一種太陽能熱泵-相變儲能材料食物保溫蜂巢柜，其特征在于：市電輸入端(27)與太陽能逆變系統(26)電連接，為壓縮機(9)和輔助風冷換熱器(10)供電。

6.權利要求1至5任意一項所述蜂巢柜的工作方法，其特征在于具有三種工作模式：普通模式、環境輔助供熱模式、環境輔助散熱模式：

普通模式下，熱泵蒸發器出口閥門(17)，熱泵蒸發器進口閥門(19)，熱泵冷凝器進口閥門(22)，熱泵冷凝器出口閥門(24)開啟，輔助風冷換熱器-蒸發出口閥門(18)，輔助風冷換熱器-蒸發進口閥門(20)，輔助風冷換熱器-冷凝進口閥門(21)，輔助風冷換熱器-冷凝出口閥門(23)關閉；熱泵蒸發器(7)內部液態冷媒經低溫蒸發吸收低溫相變層(6)的熱量，液態冷媒相變為氣態，而液態低溫相變層(6)放熱相變為固態并以潛熱形式儲存冷量，氣態冷媒經過壓縮機(9)升壓升溫后，在熱泵冷凝器(15)內部冷凝放熱，高溫相變層(14)吸收熱量后由固態相變為液態以潛熱形式儲存熱能，冷凝后的高溫高壓液態冷媒經過電子膨脹閥(11)后等焓變為低壓低溫兩相流流體，進入熱泵蒸發器(7)后繼續吸收熱量，完成一個熱傳遞循環過程；

當冷室保溫層(5)內部溫度達到預設值，而冷凝器熱室(12)未達到預設值時，啟動環境輔助供熱模式：輔助風冷換熱器-蒸發出口閥門(18)，輔助風冷換熱器-蒸發進口閥門(20)，熱泵冷凝器進口閥門(22)，熱泵冷凝器出口閥門(24)開啟，熱泵蒸發器出口閥門(17)，熱泵蒸發器進口閥門(19)，輔助風冷換熱器-冷凝進口閥門(21)，輔助風冷換熱器-冷凝出口閥門(23)關閉；輔助風冷換熱器(10)內部的冷媒蒸發吸收環境空氣的熱量，經過壓縮機(9)后進入熱泵冷凝器(15)并將熱量傳遞給高溫相變層(14)，液態冷媒再經過電子膨脹閥(11)后重新進入輔助風冷換熱器(10)，完成熱泵將熱量從環境空氣到高溫相變層(14)的傳遞；

當冷凝器熱室(12)內部溫度達到預設值，而冷室保溫層(5)未達到預設值時，啟動環境輔助散熱模式：熱泵蒸發器(7)內部液態冷媒經低溫蒸發吸收低溫相變層(6)的熱量，經過壓縮機(9)后進入輔助風冷換熱器(10)內部，氣態冷媒冷凝將熱量散于環境空氣中，液態冷媒再經過電子膨脹閥(11)后重新進入熱泵蒸發器(7)，完成熱泵將熱量從熱泵蒸發器(7)到環境空氣的傳遞。