蒸汽压缩制冷系统中的反循环除霜基于相变材料的增强的制作方法

本发明涉及一种除霜方法和结构，目的在于热泵和任意蒸汽压缩制冷系统中的蒸发器除霜。本发明还涉及一种热能储存系统，其适合与适于将热量从至少一个热源传递到至少一个散热器(热传递系统)的系统一同使用，该热能储存系统包括至少一个热能储存单元。更具体地，本发明涉及用于热泵和任意蒸汽压缩制冷系统的热能储存系统，为蒸发器除霜而不会影响除霜循环前在冷凝器中传递的能量。本发明还涉及用于热泵或蒸汽压缩制冷系统的热能储存系统、一种不会影响除霜循环前在冷凝器中传递的能量的蒸发器除霜方法、以及用于热泵或蒸汽压缩制冷系统中的蒸发器除霜的系统结构。

背景技术：

1、热泵和蒸汽压缩制冷系统通过使用外部动力，如电力，使热量沿与热流自发方向相反的方向移动，从至少一个热源向至少一个散热器传递热量。这适用于通过提升来自热源的热能来升高散热器的温度，也适用于通过降低来自热源的热能来降低散热器的温度。

2、蒸汽压缩循环是众所周知的，且通常用于不同的应用来将热量从较冷的环境移向较热的环境，例如加热室内环境、冷却车厢以及冷却制冷机房中的空气。

3、如图1所示，工作流体，通常为制冷剂，通过压缩机(1)被压缩至高温高压气态；高温加压的蒸汽随后在冷凝器(2)中冷却，在冷凝器中释放热量并凝结为中温高压液体或气液混合物；该液体或气液混合物随后进入降压设备(3)中，变成低温液体或气液混合物；最后一步，其进入蒸发器(4)，在蒸发器中受热并在返回压缩机前再次蒸发。

4、这项技术众所周知的问题在于，当蒸发器周围的环境温度达到结霜条件时，盘管上形成有冰，降低了制冷剂和周围气体之间的热传递速率。这能够导致蒸发器的效力损失，并且如果不采取措施，将导致热泵或蒸汽压缩系统停止工作。

5、当达到结霜条件且蒸发器上开始结冰，本领域已知有各种除霜方法。如今，通常使用反循环除霜。如图2所示，它包括通过切换四通换向阀(5)的位置暂时恢复制冷剂的流动，使压缩机(1)驱动高温高压蒸汽进入蒸发器(4)，蒸发器(4)此时充当冷凝器，高温高压蒸汽在融化冰的同时冷却。

6、高压中温液体通过降压设备(3)相继膨胀，之后进入冷凝器(2)被再次加热，冷凝器(2)此时充当蒸发器。然后低压高温蒸汽进入压缩机并再次开始循环，直到蒸发器上的所有冰都融化。在常规操作中使用热泵或任何蒸汽压缩制冷系统以加热连接到冷凝器(2)的目标散热器的情况下，例如，提供热水的水箱，或者为房屋供暖的暖气片系统的回路，反循环除霜有明显的缺点，之前提供这个散热器的一些能量用来融化蒸发器上的冰，最终冷却了热水箱或暖气片的温度，这降低了内部环境的舒适度。

7、因此希望提供改进的除霜系统。

8、因此，希望提供改进的除霜系统，其处理结霜的问题且不会影响相关的辅助系统，例如热水箱、暖气片等。

9、申请人开发了一种新型热能储存系统，其包括改进的除霜系统，并克服了本领域系统的问题。

技术实现思路

1、根据本发明的第一个方面，提供一种热能储存系统，适合与适于将热量从至少一个热源传递到至少一个散热器(热传递系统)的系统一起使用，包括至少一个热能储存单元，其中所述至少一个热能储存单元包括包括热库，该热库包括具有至少一个盘管的热交换器，其中所述至少一个盘管由合适的相变材料围绕，且其中所述热能储存单元包括用于彼此连接和/或与热传递系统中的一个或多个组件相连接的装置。

2、本发明还提供了根据第一方面或任意其他方面的热能储存系统，其中所述系统包括至少两个热能储存单元，其中所述至少一个热能储存单元包括热库，该热库包括具有一个盘管的热交换器，其中所述一个盘管由合适的相变材料围绕，其中至少一个进一步的热能储存单元包括热库，该热库包括具有两个或更多个盘管的热交换器，且其中每个所述热能储存单元能够可选地并独立地包括用于热能库的旁路装置。

3、本发明还提供了根据本文所详述的热能储存系统的第一方面或任意其他方面的一种包括一个或更多个热能储存单元的热传递系统，其中所述热传递系统还包括一个或多个压缩机、一个或多个蒸发器、一个或多个降压设备以及一个或多个冷凝器，其中所述组件彼此互相连接且/或与一个或多个热能储存单元相互连接。

4、该至少一个热能储存单元还可包括与所述一个或多个盘管共同定位的内部金属翅片。

5、热能储存系统还可包括至少两个热能储存单元。

6、每个热能储存单元可包括相变材料，相变材料独立选自包含以下任一成分或其任意组合的配方：一种或多种蜡；石蜡；一种或多种脂肪酸或其盐水合物；一种或多种有机-有机共晶化合物、一种或多种有机-无机共晶化合物；一种或多种无机-无机共晶化合物；或一种或多种吸湿材料；或这些材料的任意组合。

7、热能储存系统还可包括至少两个热能储存单元，且其中每个热能储存单元能够可选地并独立地包括用于热能单元的旁路装置。

8、热能储存系统还可包括用于每个热能储存单元的旁路装置，其独立的选自一个或多个分配阀、一个或多个系统阀或一个或多个电磁阀。

9、热能储存系统还可包括至少两个热能储存单元，其中至少一个热能储存单元可包括热库，该热库包括具有一个盘管的热交换器，其中所述一个盘管围绕有合适的相变材料，其中至少一个进一步的热能储存单元包括热库，该热库包括具有两个或更多盘管的热交换器，其中每个所述热能储存单元能够可选地并独立地包括用于热能库的旁路装置。

10、热能储存系统还可包括热能储存单元中的至少一个，其可包括用于热能库的旁路装置，且其中所述旁路装置独立地选自一个或多个分配阀、一个或多个系统阀或一个或多个电磁阀。

11、热能储存系统还可包括至少两个热能储存单元，该热能储存单元包括具有一个盘管的热交换器，盘管围绕有合适的相变材料，其中所述两个或更多个单元中的每一个可包括相同或不同的相变材料，且其中所述相变材料可独立选自包含以下成分的配方：一种或多种蜡；石蜡；一种或多种脂肪酸或其盐水合物；一种或多种有机-有机共晶化合物、一种或多种有机-无机共晶化合物；一种或多种无机-无机共晶化合物；或一种或多种吸湿材料；或这些材料的任意组合。

12、热能储存系统还包括至少一个进一步的热能储存单元中的一个盘管，主盘管，其可专用于制冷剂流体并适合于内部连接至冷凝器和降压设备，用于热传递系统。

13、热能储存系统还可包括至少一个进一步的热能储存单元中的一个或多个盘管，辅助盘管，可专用于热传递流体，且其中所述辅助盘管适于与每个热储存单元中的相变材料交换热量。

14、辅助盘管可适于连接至热传递系统中进一步的除霜或热储存装置。

15、热传递流体可以是水、水-乙二醇混合物和/或制冷剂。

16、相变材料热库的结构、热能储存单元的构造大致在图6中示出并进行描述。

17、相变材料热库的结构、热能储存单元的构造能够大致在图7中示出并进行描述。

18、热传递系统还可包括一个或多个压缩机、一个或多个蒸发器、一个或多个降压设备以及一个或多个冷凝器，其中所述组件彼此互相连接且/或与一个或多个热能储存单元相互连接。

19、一个或多个热能储存单元可位于热传递系统中。

20、一个或多个热能储存单元可位于热传递系统外，且通过合适的连接装置连接至系统。

21、所述连接装置可以是合适的制冷剂连接装置，如一个或多个管道。

22、降压装置可以是膨胀阀。

23、一个或多个热能储存单元可在至少一个冷凝器和至少一个降压装置之间的位置连接至热传递系统中的组件，且其中合适的连接装置设置在所述冷凝器和所述降压装置上，或者设置为从所述冷凝器和所述降压装置到一个或多个热能储存单元。

24、该系统可独立地选自：蒸汽压缩系统；反循环除霜蒸汽压缩系统；蒸汽压缩制冷系统；反循环除霜蒸汽压缩制冷系统；或热泵系统。

25、该系统可以是反循环蒸汽压缩制冷系统，其中一个或多个热能储存单元可以位于内部单元外部且与内部单元通过合适的制冷剂连接件相连接，该内部单元包括一个或多个压缩机、一个或多个蒸发器、一个或多个降压设备以及一个或多个冷凝器，且其中热传递系统还包括用于一个或多个压缩机的旁路装置。

26、该系统可以是反循环蒸汽压缩制冷系统，其中一个或多个热能储存单元和一个或多个压缩机可以位于内部单元外部且与内部单元通过合适的制冷剂连接件相连接，该内部单元包括一个或多个蒸发器、一个或多个降压设备以及一个或多个冷凝器，且其中热传递系统还包括用于一个或多个压缩机的旁路装置。

27、所述旁路装置可包括分配阀、电磁阀系统、或其组合。

28、热能储存系统可提供用于检测和管理结霜条件的装置。

29、检测装置可由用于测量系统内点的温度、压力和功率多个传感器提供。

30、用于管理结霜条件的装置可以是位于压缩机和冷凝器之间的四通换向阀(5)和冷凝器分配装置(7)的组合，其中换向阀适于阻止从一个或多个压缩机(1)到一个或多个冷凝器(2)的液流/气流，其中分配装置使液流/气流绕过系统内的一个或多个冷凝器，且其中所述循环被反向，以从一个或多个压缩机(1)提供蒸汽至一个或多个蒸发器(4)，随后至一个或多个降压设备(3)，再然后到一个或多个热能储存单元(6)，其中根据需要重复此反循环。

31、根据进一步的方面，可以另外提供一种热传递系统，包括根据如本文详述的热能储存系统的第一方面或任何其他方面的热能储存系统，其中所述热传递系统的结构独立地且基本上如图3至图8中任一所示并进行描述。

32、根据进一步的方面，可在热传递系统的制冷过程中提供热能储存单元，热传递系统包括一个或多个压缩机、一个或多个蒸发器、一个或多个降压设备和一个或多个冷凝器，且其中所述压缩机、蒸发器、降压设备和冷凝器彼此连接且/或与一个或多个热能储存单元连接，且其中所述制冷过程包括：

33、(i)提供合适的制冷剂流体或工作流体到热传递系统；

34、(ii)在合适的温度压力条件下为流体加压并加热，使液体在一个或多个压缩机中汽化；

35、(iii)将所形成的高压蒸汽在高温下通过合适的装置提供至一个或多个冷凝器；

36、(iv)冷却蒸汽，以提供温度降低的加压或加压的液体/蒸汽混合物；

37、(v)提供液体或液体/蒸汽混合物至一个或多个热能储存单元；

38、(vi)通过热储存单元中的热能交换装置降低温度；向一个或多个降压设备中提供液体或液体/蒸汽混合物；

39、(vii)将温度降低且压力降低的液体或液体/蒸汽混合物提供至一个或多个蒸发器；

40、(viii)再次加热液体或液体/蒸汽混合物，以提供蒸汽；将产物再次蒸发提供至一个或多个压缩机。

41、在下文中详述了本发明的这些方面和进一步的方面。