本發(fā)明涉及熱泵技術(shù)設(shè)備，具體來說是一種帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

熱泵是根據(jù)制冷原理把熱量從低溫環(huán)境向高溫環(huán)境輸送的一種裝置。在熱泵裝置中，其壓縮機(jī)每消耗單位能源(對(duì)于電力驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)就是電能)，其蒸發(fā)器就能從低溫環(huán)境中吸收大約3～6倍的熱量(或者稱為排放冷量)，其冷凝器就能向高溫環(huán)境中排放前述冷量與消耗能源之和的熱量。

在實(shí)際應(yīng)用中，大部分的熱泵系統(tǒng)均只利用其一側(cè)的冷量或熱量，只利用冷量的裝置就是空調(diào)，其高溫端產(chǎn)生的熱量直接排放到環(huán)境中；只利用熱量的裝置就是熱泵，其低溫端產(chǎn)生的冷量直接排放到環(huán)境中。前述空調(diào)和熱泵均屬于單用型熱泵裝置，即只利用其制取的冷量或熱量，利用冷量時(shí)熱量就排放掉，利用熱量是冷量就排放掉。即使只利用了一端的熱量(冷量)，熱泵裝置的能效比也在3～6以上，即消耗單位電能，可以獲得3～6倍的冷量或者熱量。對(duì)于使用熱水的場(chǎng)合，采用熱泵制取熱水比直接采用電加熱(能效比為1)制取熱水要節(jié)能得多，因此，熱泵供熱是一種節(jié)能供熱技術(shù)。

而在現(xiàn)實(shí)生活中，許多場(chǎng)合既需要供冷又需要供熱，比如酒店、醫(yī)院、學(xué)校、家庭等場(chǎng)合。在這些冷、熱都有需求的場(chǎng)合，傳統(tǒng)的解決方案是冷、熱各自供給，互不關(guān)聯(lián)，這就使得空調(diào)系統(tǒng)排放的熱量沒有得到利用，而是白白排向大氣環(huán)境中，而制取熱水所需的熱量又要另外消耗能源?；蛘卟捎脝斡眯蜔岜弥迫崴畷r(shí)產(chǎn)生的冷量沒有得到利用，白白排向環(huán)境大氣中，而空調(diào)供冷又要另外消耗能源制取冷量。因此目前的熱泵系統(tǒng)應(yīng)用上述場(chǎng)所時(shí)會(huì)造成消耗大量的能源，且產(chǎn)生的熱量與冷量無法得到充分的利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可降低能源消耗，且提高熱量與冷量的利用率的帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)，包括熱水循環(huán)裝置、冷水循環(huán)裝置、壓縮機(jī)和節(jié)流閥；

所述熱水循環(huán)裝置包括冷凝器、相變蓄熱罐、熱水用戶端和第一水泵，所述冷凝器的冷側(cè)出水口與相變蓄熱罐的入水口連接，所述相變蓄熱罐的出水口通過第一管道與熱水用戶端的入口連接，所述相變蓄熱罐的出水口通過第二管道與第一水泵的入水口連接，所述熱水用戶端的出口與第一水泵的入水口連接，所述第一水泵的出水口通過第三管道與冷凝器的冷側(cè)入水口連接，所述第一水泵的出水口通過第一旁通管道與相變蓄熱罐的入水口連接；所述第一管道、第二管道、第三管道和第一旁通管道分別設(shè)有第一閥門、第二閥門、第三閥門和第四閥門；

冷水循環(huán)裝置包括蒸發(fā)器、相變蓄冷罐、風(fēng)機(jī)盤管和第二水泵，所述蒸發(fā)器的熱側(cè)出水口與相變蓄冷罐的入水口連接，所述相變蓄冷罐的出水口通過第四管道與風(fēng)機(jī)盤管的入口連接，所述相變蓄冷罐的出水口通過第五管道與第二水泵的入水口連接，所述風(fēng)機(jī)盤管的出口與第二水泵的入水口連接，所述第二水泵的出水口通過第六管道與蒸發(fā)器的熱側(cè)入水口連接，所述第二水泵的出水口通過第二旁通管道與相變蓄冷罐的入水口連接，所述第四管道、第五管道、第六管道和第一旁通管道分別設(shè)有第五閥門、第六閥門、第七閥門和第八閥門；

所述冷凝器的熱側(cè)入口與壓縮機(jī)的出口連接，所述壓縮機(jī)的入口與蒸發(fā)器的冷側(cè)出口連接，所述冷凝器的熱側(cè)出口通過主管道與蒸發(fā)器的冷側(cè)入口連接，所述節(jié)流閥安裝于主管道。

優(yōu)選的，所述的帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)還包括第一溫度傳感器和散熱器，所述第一溫度傳感器安裝于第三管道，且此第一溫度傳感器位于冷凝器的冷側(cè)入水口與第三閥門之間；所述散熱器的入口與冷凝器的冷側(cè)出水口連接，所述散熱器的出口通過第七管道與第一水泵的入水口連接，所述第七管道設(shè)有第九閥門。

優(yōu)選的，所述的帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)還包括第二溫度傳感器和散冷器，所述第二溫度傳感器安裝于第六管道，且此第二溫度傳感器位于蒸發(fā)器的熱側(cè)入水口與第七閥門之間；所述散冷器的入口與蒸發(fā)器的熱側(cè)出水口連接，所述散冷器的出口通過第八管道與第二水泵的入水口連接，所述第八管道設(shè)有第十閥門。

優(yōu)選的，所述相變蓄熱罐包括第一罐體，此第一罐體內(nèi)填充滿第一封裝單體，各第一封裝單體之間具有第一空隙；所述第一封裝單體內(nèi)充滿相變蓄熱材料。

優(yōu)選的，所述第一封裝單體呈球狀。

優(yōu)選的，所述相變蓄冷罐包括第二罐體，此第二罐體內(nèi)填充滿第二封裝單體，各第二封裝單體之間具有第二空隙；所述第二封裝單體內(nèi)充滿相變蓄冷材料。

優(yōu)選的，所述第二封裝單體呈球狀。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果：

本帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)主要由熱水循環(huán)裝置、冷水循環(huán)裝置、壓縮機(jī)、節(jié)流閥構(gòu)成，熱水循環(huán)裝置和冷水循環(huán)裝置之間的熱交換通過壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)的主循環(huán)回路完成，且熱水循環(huán)裝置和冷水循環(huán)裝置分別具有相變蓄熱罐和相變蓄冷罐，則熱水循環(huán)熱水裝置和冷水循環(huán)裝置分別具有多個(gè)工作狀態(tài)，故熱水循環(huán)裝置中的各個(gè)工作狀態(tài)與冷水循環(huán)裝置中相應(yīng)的工作狀態(tài)進(jìn)行組合，這解決冷、熱需求側(cè)對(duì)冷量或熱量因數(shù)量上的不平衡和時(shí)間上的不同步而造成的部分冷量或熱量的浪費(fèi)，基本實(shí)現(xiàn)了兩用型熱泵裝置冷量和熱量的最大化利用，減少能源的損耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。

如圖1所示，本帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)，包括熱水循環(huán)裝置、冷水循環(huán)裝置、壓縮機(jī)1和節(jié)流閥2；所述熱水循環(huán)裝置包括冷凝器3、相變蓄熱罐4、熱水用戶端5和第一水泵6，所述冷凝器3的冷側(cè)出水口與相變蓄熱罐4的入水口連接，所述相變蓄熱罐4的出水口通過第一管道7與熱水用戶端5的入口連接，所述相變蓄熱罐4的出水口通過第二管道8與第一水泵6的入水口連接，所述熱水用戶端5的出口與第一水泵6的入水口連接，所述第一水泵6的出水口通過第三管道9與冷凝器3的冷側(cè)入水口連接，所述第一水泵6的出水口通過第一旁通管道10與相變蓄熱罐4的入水口連接；所述第一管道7、第二管道8、第三管道9和第一旁通管道10分別設(shè)有第一閥門11、第二閥門12、第三閥門13和第四閥門14；冷水循環(huán)裝置包括蒸發(fā)器15、相變蓄冷罐16、風(fēng)機(jī)盤管17(即空調(diào)用戶端)和第二水泵18，所述蒸發(fā)器15的熱側(cè)出水口與相變蓄冷罐16的入水口連接，所述相變蓄冷罐16的出水口通過第四管道19與風(fēng)機(jī)盤管17的入口連接，所述相變蓄冷罐16的出水口通過第五管道20與第二水泵18的入水口連接，所述風(fēng)機(jī)盤管17的出口與第二水泵18的入水口連接，所述第二水泵18的出水口通過第六管道21與蒸發(fā)器15的熱側(cè)入水口連接，所述第二水泵18的出水口通過第二旁通管道22與相變蓄冷罐16的入水口連接，所述第四管道19、第五管道20、第六管道21和第一旁通管道22分別設(shè)有第五閥門23、第六閥門24、第七閥門25和第八閥門26；所述冷凝器3的熱側(cè)入口與壓縮機(jī)1的出口連接，所述壓縮機(jī)1的入口與蒸發(fā)器15的冷側(cè)出口連接，所述冷凝器3的熱側(cè)出口通過主管道27與蒸發(fā)器15的冷側(cè)入口連接，所述節(jié)流閥2安裝于主管道27。

所述的帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)還包括第一溫度傳感器28和散熱器29，所述第一溫度傳感器28安裝于第三管道9，且此第一溫度傳感器28位于冷凝器3的冷側(cè)入水口與第三閥門13之間；所述散熱器29的入口與冷凝器3的冷側(cè)出水口連接，所述散熱器29的出口通過第七管道30與第一水泵6的入水口連接，所述第七管道30設(shè)有第九閥門31。第一溫度傳感器28檢測(cè)進(jìn)入冷凝器3的介質(zhì)的溫度，當(dāng)檢測(cè)到介質(zhì)的溫度高于安全設(shè)定值后，即打開第九閥門31，并開啟散熱器29，以維持熱水循環(huán)裝置的正常運(yùn)行，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。

所述的帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)還包括第二溫度傳感器32和散冷器33，所述第二溫度傳感器32安裝于第六管道21，且此第二溫度傳感器32位于蒸發(fā)器15的熱側(cè)入水口與第七閥門25之間；所述散冷器33的入口與蒸發(fā)器15的熱側(cè)出水口連接，所述散冷器33的出口通過第八管道34與第二水泵18的入水口連接，所述第八管道34設(shè)有第十閥門35。第二溫度傳感器32檢測(cè)進(jìn)入蒸發(fā)器15的介質(zhì)的溫度，當(dāng)檢測(cè)到介質(zhì)的溫度低于安全設(shè)定值后，即打開第十閥門35，并開啟散冷器33，以維持冷水循環(huán)裝置的正常運(yùn)行，保證整個(gè)系統(tǒng)的正常工作。

所述相變蓄熱罐4包括第一罐體41，此第一罐體41內(nèi)填充滿第一封裝單體42，各第一封裝單體42之間具有第一空隙；所述第一封裝單體42內(nèi)充滿相變蓄熱材料。各第一封閉單體42之間具有第一空隙，則介質(zhì)可在第一空隙中進(jìn)行流動(dòng)，保證介質(zhì)與第一封裝單體42內(nèi)的相變蓄熱材料進(jìn)行熱傳遞。其中，相變蓄熱材料可為二十四烷或三水醋酸鈉等材料等。

所述第一封裝單體42呈球狀。其中第一封裝單體42的形成不僅限于球狀，其也可為不規(guī)則的形成，只要各個(gè)第一封裝單體42之間具有第一空隙，以使保證介質(zhì)可在相變蓄熱罐內(nèi)流動(dòng)即可。

所述相變蓄冷罐16包括第二罐體161，此第二罐體161內(nèi)填充滿第二封裝單體162，各第二封裝單體161之間具有第二空隙；所述第二封裝單體162內(nèi)充滿相變蓄冷材料。各第二封閉單體162之間具有第二空隙，則介質(zhì)可在第二空隙中進(jìn)行流動(dòng)，保證介質(zhì)與第二封裝單體162內(nèi)的相變蓄冷材料進(jìn)行熱傳遞。其中，相變蓄冷材料可為十四烷或四丁基溴化銨水溶液等材料等。

所述第二封裝單體162呈球狀。其中第二封裝單體的形成不僅限于球狀，其也可為不規(guī)則的形成，只要各個(gè)第二封裝單體162之間具有第二空隙，以使保證介質(zhì)可在相變蓄冷罐內(nèi)流動(dòng)即可。

本帶相變蓄冷和蓄熱的冷熱兩用熱泵系統(tǒng)的工作原理如下所述：

一、熱水循環(huán)裝置的工作狀態(tài)為：

1)冷凝器運(yùn)行，供熱的同時(shí)進(jìn)行蓄熱時(shí)：在冷凝器工作過程中，熱水用戶端有供熱需求時(shí)，第一閥門和第三閥門處于打開狀態(tài)，而第二閥門、第四閥門和第九閥門關(guān)于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)經(jīng)冷凝器產(chǎn)生的熱量通過介質(zhì)傳遞至相變蓄熱罐和熱水用戶端。在此過程中，當(dāng)相變蓄熱罐尚未達(dá)到蓄滿熱量的狀態(tài)，則相變蓄熱罐在吸收熱量以蓄熱的同時(shí)，熱水用戶端也得到熱量；而當(dāng)相變蓄熱罐已達(dá)到蓄滿熱量的狀態(tài)，則介質(zhì)流經(jīng)相變蓄熱罐的進(jìn)、出口時(shí)沒有溫度變化，也沒有熱量增減，這些介質(zhì)輸送的全部熱量被送往熱水用戶端。從熱水用戶端的出口出來的較低溫度介質(zhì)則經(jīng)第一水泵直接回到冷凝器的熱水側(cè)通道中，繼續(xù)循環(huán)輸送熱量。

2)冷凝器運(yùn)行，單獨(dú)蓄熱時(shí)：在冷凝器工作過程中，熱水用戶端沒有供熱需求，且相變蓄熱罐未達(dá)到蓄滿熱量的狀態(tài)時(shí)，第二閥門和第三閥門處于打開狀態(tài)，而第一閥門、第四閥門和第九閥門關(guān)于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)經(jīng)冷凝器產(chǎn)生的熱量通過介質(zhì)傳遞至相變蓄熱罐，第一封裝單元體內(nèi)的相變蓄熱材料發(fā)生固-液相變吸收并儲(chǔ)存熱量，釋放熱量的較低溫度介質(zhì)經(jīng)第一水泵直接回到冷凝器的熱水側(cè)通道中，繼續(xù)循環(huán)輸送熱量。

3)冷凝器停止工作，采用相變蓄熱罐直接供熱：在冷凝器停止運(yùn)行，而熱水用戶端有供熱需求時(shí)，第一閥門和第四閥門處于打開狀態(tài)，第二、第三和第九閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)由相變蓄熱罐、熱水用戶端、第一水泵、第一旁通管組成一個(gè)連通的循環(huán)回路。通過介質(zhì)在此循環(huán)回路中流動(dòng)，把相變蓄熱罐中儲(chǔ)存的熱量送往熱水用戶端，滿足供熱需求。從熱水用戶端返回的較低溫度的介質(zhì)經(jīng)第一水泵直接回到相變蓄熱罐，這些低溫度的介質(zhì)在吸收相變蓄熱材料凝固時(shí)釋放的潛熱后繼續(xù)循環(huán)流向熱水用戶端供熱。

4)冷凝器運(yùn)行，直接向環(huán)境散熱：在冷凝器工作的過程中，且熱水用戶端沒有供熱需求，同時(shí)相變蓄熱罐已蓄滿熱量時(shí)，第三閥門和第九閥門處于打開狀態(tài)，而第一閥門、第二閥門和第四閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)經(jīng)冷凝器產(chǎn)生的熱量通過介質(zhì)傳遞至散熱器并排放到環(huán)境中，散熱后較低溫度的介質(zhì)經(jīng)第一水泵直接回到冷凝器的熱水側(cè)通道中，繼續(xù)循環(huán)輸送熱量。此種情況即既無用熱需求，蓄熱罐又已蓄滿熱量，只能把多余的熱量拋棄。

二、冷水循環(huán)裝置的工作狀態(tài)：

A、蒸發(fā)器運(yùn)行，供冷的同時(shí)蓄冷：在蒸發(fā)器工作過程中，且風(fēng)機(jī)盤管有供冷需求時(shí)，第五閥門、第七閥門處于打開狀態(tài)，而第六閥門、第八閥門和第十閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)經(jīng)蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量通過介質(zhì)傳遞至相變蓄冷罐和風(fēng)機(jī)盤管，在此過程中，當(dāng)相變蓄冷罐尚未達(dá)到蓄滿冷量的狀態(tài)時(shí)，則相變蓄冷罐吸收冷量以蓄冷的同時(shí)，風(fēng)機(jī)盤管也可得到冷量；而當(dāng)相變蓄冷罐已達(dá)到蓄滿冷量的狀態(tài)時(shí)，則介質(zhì)流經(jīng)相變蓄冷罐進(jìn)、出口時(shí)沒有溫度變化，也沒有冷量增減，則介質(zhì)輸送的全部冷量被送往風(fēng)機(jī)盤管，這些介質(zhì)從風(fēng)機(jī)盤管返回的較高溫度的介質(zhì)則經(jīng)第二水泵直接回到蒸發(fā)器的冷水側(cè)通道中，繼續(xù)循環(huán)輸送冷量。

B、蒸發(fā)器運(yùn)行，單獨(dú)蓄冷：在蒸發(fā)器工作過程中，且風(fēng)機(jī)盤管沒有供冷需求，同時(shí)相變蓄冷罐未達(dá)到蓄滿冷量的狀態(tài)時(shí)，第六閥門和第七閥門處于打開狀態(tài)，第五閥門、第八閥門和第十閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)經(jīng)蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量通過介質(zhì)傳遞至相變蓄冷罐，則第二封裝單元體內(nèi)的相變蓄冷材料的液-固相變吸收并儲(chǔ)存冷量，釋放冷量而變得較高溫度介質(zhì)經(jīng)第二水泵回到蒸發(fā)器的冷水側(cè)通道中，繼續(xù)循環(huán)輸送冷量。

C、蒸發(fā)器停止，相變蓄冷罐直接供冷：在蒸發(fā)器停止運(yùn)行，且風(fēng)機(jī)盤管有供冷需求時(shí)，第五閥門和第八閥門處于打開狀態(tài)，第六閥門、第七閥門和第十閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)由相變蓄冷罐、風(fēng)機(jī)盤管、第二水泵、第二旁通管組成一個(gè)連通的循環(huán)回路，介質(zhì)在此循環(huán)回路中循環(huán)流動(dòng)。即相變蓄冷罐中儲(chǔ)存的冷量被送往風(fēng)機(jī)盤管，滿足供冷需求，風(fēng)機(jī)盤管返回的較高溫度的介質(zhì)經(jīng)第二水泵回到相變蓄冷罐，在其中吸收相變蓄冷材料液化時(shí)釋放的潛熱冷量后繼續(xù)循環(huán)向風(fēng)機(jī)盤管供熱。

D、蒸發(fā)器運(yùn)行，直接向環(huán)境散冷：在蒸發(fā)器工作過程中，且風(fēng)機(jī)盤管沒有供熱需求，同時(shí)相變蓄冷罐已蓄滿冷量時(shí)，第七閥門和第十閥門處于打開狀態(tài)，第五閥門、第六閥門和第八閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。此時(shí)經(jīng)蒸發(fā)器產(chǎn)生的冷量通過介質(zhì)傳遞至散冷器并排放到環(huán)境中，散冷后較高溫度的介質(zhì)經(jīng)第二水泵回到蒸發(fā)器的冷水側(cè)通道中，繼續(xù)循環(huán)輸送冷量。此種情況即既無用冷需求，蓄冷罐又已蓄滿冷量，只能把多余的冷量拋棄。

由上述可知，熱水循環(huán)裝置的工作狀態(tài)具有4種，即1)、2)、3)和4)這四種，而冷水循環(huán)裝置的工作狀態(tài)也具有4種，即A、B、C和D這四種。而在整個(gè)工作系統(tǒng)中，冷凝器的冷側(cè)通道、壓縮機(jī)、蒸發(fā)器的熱側(cè)通道和節(jié)流閥構(gòu)成主循環(huán)回路。則當(dāng)只要壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，則冷凝器和蒸發(fā)器就得同時(shí)運(yùn)行；而當(dāng)壓縮機(jī)停止時(shí)，則冷凝器和蒸發(fā)器就得同時(shí)停止。因此，在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程時(shí)，熱水循環(huán)裝置的1)、2)和4)這三種工作狀態(tài)與冷水循環(huán)裝置的A、B和D這三種工作狀態(tài)可構(gòu)成9種運(yùn)行模式。在這9種運(yùn)行模式中，熱水循環(huán)裝置中的熱量和冷水循環(huán)裝置中的冷量在冷凝器的冷側(cè)通道、壓縮機(jī)和蒸發(fā)器的熱側(cè)通道形成的循環(huán)回路中完成傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)消耗能源所抽取的熱量和冷量的最大化利用，顯著提高了整個(gè)系統(tǒng)的能效比。而熱水循環(huán)裝置的工作狀態(tài)3)與冷水循環(huán)裝置的工作狀態(tài)C必定同時(shí)存在而構(gòu)成1種運(yùn)行模式，即壓縮機(jī)、冷凝器和蒸發(fā)器都停止，熱水用戶端和風(fēng)機(jī)盤管各自單獨(dú)或同時(shí)分別由相變蓄熱罐供熱和相變蓄冷罐供冷，這可大大減少能源的損耗。

上述具體實(shí)施方式為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不能對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限定，其他的任何未背離本發(fā)明的技術(shù)方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。