热泵系统稳定供热控制方法及相变储能式热泵系统与流程

本发明涉及相变储能和热泵，具体涉及一种热泵系统稳定供热控制方法及相变储能式热泵系统。

背景技术：

1、空气源热泵作为热泵的一种形式，主要从环境大气中吸取丰富的低品位能量，获取能量的方式较水源、地源热泵更为方便直接，随着近年来技术水平不断提升，已经成为热泵诸多能源形式中应用最为广泛的一种。

2、然而，空气源热泵制热能力受环境温度的影响很大，随着环境温度的降低，空气源热泵的制热量和制热效率均会降低，当前普遍应用的喷气增焓热泵技术、喷液增焓热泵技术、复叠式热泵技术扩大了空气源热泵供热的适用范围（可达到-35℃稳定运行），使得空气源热泵在北方市场得到了较大范围的推广应用，但低环温下制热能力不足和制热效率的降低仍是空气源热泵亟待解决的技术难题。

3、另一方面，空气源热泵冬季除霜仍主要依靠四通阀换向除霜技术，此技术通过切换四通阀的流通方向，将制热工况转换为制冷工况，制冷剂通过冷凝器吸收供热循环系统中的热量，经压缩机压缩后排出的高温气态制冷剂直接进入翅片式蒸发器以除去翅片表面的霜层。此种除霜方式在除霜过程中需要从供热循环系统取热，导致供热系统供热不稳定，还会降低空气源热泵的制热效率。

4、如果能够解决空气源热泵低环温下制热能力不足和除霜过程供热系统不稳定的问题，将大大提高空气源热泵在北方严寒地区的推广应用。发明专利（专利号cn202111158052.8）公开了一种基于相变储能式换热器除霜的空气源热泵及其控制方法，将相变式储能换热器应用于空气源热泵机组，依靠相变温度点稳定、蓄热量大的优势解决空气源热泵除霜所带来的供热不稳定及效率下降等问题。但此种方式除霜过程低温制冷剂仍需流过冷凝器从供热系统中吸收热量，仅仅减弱了除霜过程对供水温度的影响，未从根源上解决除霜过程所带来的供热不稳定问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种热泵系统稳定供热控制方法及相变储能式热泵系统，通过相变储能装置，保证除霜的同时能够连续稳定的供热。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种热泵系统稳定供热控制方法，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、气液分离器和相变储能装置，所述相变储能装置包括换热器罐体，所述换热器罐体内设有相变材料，所述冷凝器的供热侧与供热系统循环连通；

4、其包括以下步骤：

5、1、制热模式：

6、当t3＜t0时，压缩机启动，制冷剂从压缩机的排气口排出依次经过冷凝器、蒸发器和气液分离器后进入压缩机的吸气口，通过冷凝器的供热侧对供热系统的供热回水进行循环加热；

7、当t3≥t0时，压缩机停止运行，进入待机状态；

8、其中，t0为设定温度，t3为供热系统的回水温度，

9、2、储能模式：

10、在制热模式下，当t1＞t4时，经冷凝器换热后的制冷剂进入相变储能装置，相变材料融化吸热并储存热量，经相变储能装置储能后的制冷剂进入蒸发器和气液分离器后进入压缩机的吸气口；

11、当t1≤t4时，经冷凝器换热后的制冷剂进入蒸发器和气液分离器后进入压缩机的吸气口；

12、其中，t1为冷凝器出口温度，t4为相变材料相变温度；

13、3、除霜模式：

14、当系统满足除霜条件时，经冷凝器换热后的制冷剂直接进入蒸发器除去蒸发器表面的霜层，经蒸发器换热除霜后的制冷剂进入相变储能装置吸取相变材料中的相变热，经相变储能装置吸热后的制冷剂依次进入气液分离器和压缩机的吸气口。

15、进一步的，所述蒸发器为翅片换热器。

16、进一步的，所述相变储能装置包括换热器罐体和循环水通道，所述循环水通道设置在所述换热器罐体内，所述循环水通道的外壁设有填充相变材料的夹层腔，

17、还包括有，

18、储能加热模式：

19、在制热模式下，当t1＞t4，t1-t2＜c2，供热系统的供热回水依次经过相变储能装置的循环水通道和冷凝器的供热侧，相变材料放热对供热回水进行循环加热；

20、当t2＜t4，或t3≥t0时，供热系统的供热回水直接经过冷凝器进行加热；

21、其中，t2为储能模式下换热器罐体的出口温度，c2为储能回差。

22、进一步的，所述c2取值为0.5—1℃。

23、一种相变储能式热泵系统，包括压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器、气液分离器和相变储能装置，相变储能装置包括换热器罐体和循环水通道，所述循环水通道设置在所述换热器罐体内，所述循环水通道的外壁设有填充相变材料的夹层腔，

24、所述压缩机的排气口依次连通冷凝器、四通阀的d接口；

25、所述四通阀的c接口分两条支路，一条支路经过相变储能装置的换热器罐体后连通有储液器，另一条支路直接连通储液器，所述储液器的另一端依次连通蒸发器、四通阀的e接口，四通阀的s接口依次连通气液分离器和压缩机的吸气口；

26、所述冷凝器的供热侧与供热系统循环连通。

27、进一步的，所述供热系统的回水管路分两条支路，一条支路依次连通循环水通道和冷凝器的供热侧，另一只支路直接连通冷凝器的供热侧。

28、进一步的，所述循环水通道所在的支路上设有第三电磁阀。

29、进一步的，所述换热器罐体所在的支路上设有第一电磁阀，直接连通储液器的支路上设有第二电磁阀。

30、本发明与现有技术相比所取得的有益效果如下：

31、1、通过本发明所述的热泵系统稳定供热控制方法，当系统满足除霜条件时，经冷凝器换热后的制冷剂直接进入蒸发器，在保证冷凝器的供热侧对供热系统的供热回水持续稳定的进行循环加热的同时，将蒸发器表面的霜层除去；经蒸发器换热除霜后的制冷剂进入相变储能装置吸取相变材料中的相变热，然后依次进入气液分离器和压缩机的吸气口，保证热泵系统稳定运行；

32、2、在储能模式中，当t1＞t4时，经冷凝器换热后的制冷剂进入相变储能装置，相变材料融化吸热并储存热量，能快速吸收高蒸发温度所带来的额外制热量，使得热泵系统制热循环快速趋于稳定；

33、3、在储能加热模式中，相变储能装置存储的热量除用于满足除霜过程除霜和稳定供热系统供热外，多余的热量还可加热供热系统的供热回水，提高低环境温度下热泵系统的供热能力；

34、4、本发明所述的相变储能式热泵系统，相变储能装置串联在冷凝器之后，储能的同时进一步冷却了冷凝器输出的高温高压制冷剂液体，提高了经节流阀节流后制冷剂汽液两相中液相比重，改善了热泵系统的制热效率；

35、5、相变储能装置作为系统除霜过程中的蒸发器，由于相变温度恒定，使得系统蒸发温度稳定，除霜工况运行稳定，除霜更快、效果更好；

36、6、将四通阀设置于冷凝器和相变储能装置之间，除霜过程中冷凝器仍正常获取热量，不影响供热系统的热稳定性。

技术特征：

1.一种热泵系统稳定供热控制方法，其特征在于，包括压缩机、冷凝器、蒸发器、气液分离器和相变储能装置，所述相变储能装置包括换热器罐体，所述换热器罐体内设有相变材料，所述冷凝器的供热侧与供热系统循环连通；

2.根据权利要求1所述的热泵系统稳定供热控制方法，其特征在于，所述蒸发器为翅片换热器。

3.根据权利要求1所述的热泵系统稳定供热控制方法，其特征在于，所述相变储能装置包括换热器罐体和循环水通道，所述循环水通道设置在所述换热器罐体内，所述循环水通道的外壁设有填充相变材料的夹层腔，

4.根据权利要求3所述的热泵系统稳定供热控制方法，其特征在于，所述c2取值为0.5—1℃。

5.一种相变储能式热泵系统，其特征在于，包括压缩机、四通阀、冷凝器、蒸发器、气液分离器和相变储能装置，相变储能装置包括换热器罐体和循环水通道，所述循环水通道设置在所述换热器罐体内，所述循环水通道的外壁设有填充相变材料的夹层腔，

6.根据权利要求5所述的相变储能式热泵系统，其特征在于，所述供热系统的回水管路分两条支路，一条支路依次连通循环水通道和冷凝器的供热侧，另一只支路直接连通冷凝器的供热侧。

7.根据权利要求6所述的相变储能式热泵系统，其特征在于，所述循环水通道所在的支路上设有第三电磁阀。

8.根据权利要求5-7任一项所述的相变储能式热泵系统，其特征在于，所述换热器罐体所在的支路上设有第一电磁阀，直接连通储液器的支路上设有第二电磁阀。

技术总结本发明要解决的技术问题是提供一种热泵系统稳定供热控制方法及相变储能式热泵系统，通过相变储能装置，保证除霜的同时能够连续稳定的供热。当系统满足除霜条件时，经冷凝器换热后的制冷剂直接进入蒸发器除去蒸发器表面的霜层，经蒸发器换热除霜后的制冷剂进入相变储能装置吸取相变材料中的相变热，经相变储能装置吸热后的制冷剂依次进入气液分离器和压缩机的吸气口。技术研发人员：张艳乔,和富超,苏士民,宋甲甲,窦兆阳,刘伟,杨克磊受保护的技术使用者：山东力诺瑞特新能源有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11