CN1158158A - 装有热储存器的加热和冷却*** - Google Patents

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J·A·格斯廷
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Abstract

一种用于加热和冷却一个空间的装置，包括主流环路，该主流环路包括：压缩机(1012)、外侧热交换器(1014)、内侧热交换器(1016)，通过连接以便使工作流体在它们之间环流。该装置还包括在外侧热交换器(1014)和内侧热交换器(1016)之间以便选择地阻止工作流体在外侧热交换器(1014)和内侧热交换器(1016)之间流动的第一阀(1026)。第一旁通管路跨接在外侧热交换器(1014)的出口和内侧热交换器(1016)的入口之间。热储存装置(1018)配置在第一旁通管路上。第二旁通管路跨接在内侧热交换器(1016)的入口和内侧热交换器(1016)的出口之间，并与第一旁通管路相连通，以便旁路内侧热交换器(1016)。第二阀(1030)配置在第二旁通管路上，以便选择地阻止工作流体流过第二旁通管路。

Description

装有热储存器的加热和冷却***
本发明的背景和概述
本发明涉及装有热储存器的加热和冷却***，具体地说，本发明涉及装有直接膨胀式热储存器的以致冷剂为基础的加热和冷却***，其中某些热储存器适合于包含封装的和非封装的两类相变材料。
空气源热泵从室外空气获取热量然后将热量传输给待加热的室内空间的空气分配***。实际上，空气源热泵就象一个典型的空气调节器向一个空间“泵”出热一样将热“泵”入一个空间。
一个获得公认的观点是：当环境温度降到某一极限水平以下时，热泵效率将明显降低。即，对于热泵***可以定义一个平衡点温度，在该温度下，热泵容量等于该房间的热损失。当环境温度降低到该平衡点以下时为了维持加热空间的温度需要进行辅助加热。
可惜的是，对于大多数热泵***的平衡点温度的范围在从约20°F至约32°F(约-7℃至约0℃之间)。因此，在典型的北美洲冬季运行的热泵一般必须带有辅助加热单元。
此外，经常要求热泵在迅速改变环境条件的情况下运行，这种运行可能导致热泵产生的热量和热需求量之间的严重失配。例如在典型的冬季的日子运行，在白天可以保证平均环境温度接近***平衡点温度。但是在夜间平均环境温度可能迅速降低到***平衡点温度以下很多。这样，该***可能在白天以过剩的加热能力运行，而在夜间运行时加热能力不足。显然在夜间必须进行辅助加热。
当热泵***在从调节的空间获取热量的致冷模式下运行时，也会出现类似现象，当环境温度升高时，热泵能力将降低。在典型的夏季运行中，热泵在白天可能以适合的致冷量运行，但在夜间可能具有过剩的致冷量。
由于需要辅助加热，降低了所有的经济效益，因为可能另外提供一个热泵***而不是传统的加热***。然而，这样的***很可能在高峰付费时间内(例如通常在白天)运行在最高容量(而效率最低)下。
一些研究人员试图通过把一个热储存器装到热泵***中解决这个问题，参见例如美国专利4100092；4256475；4693089；4739624和4893476。这些装置通常是利用一种当材料发生相变(通常在固态和液态之间)时能使热能以潜热形式储存起来的相变材料，该热能储存装置储存例如在冬季白天运行时的过剩热量，以便在夜间运行中释放，这样便不再需要其它方式的辅助加热。类似地，该热能储存装置在夏季夜间运行时将储存“冷量”，而在白天运行时将释放上述“冷量”，从而减少***的功率消耗。
在所谓“致冷耦合热能储存”***的情况下，通常对装有热储存装置的热泵和空气调节***设法通过减少***压缩机上的负载或通过使压缩机运行与建筑物负载解除耦合而改变用电方式来达到节省能量的目的。实际上，把某些***设计成能在一定的时间中断压缩机的整体运行，借此减少整个压缩机的能量消耗。可是，这些***为了能使热直接从热储存介质中传输出而需要一个辅助风扇，与此不同的***是靠现存的风扇，但还需要把空气流从风扇传输给热储存装置的结构牢固的附加管路。
此外，为了在工作流体和装在热储存装置中的相变材料之间传输热量，人们已经尝试提供一种热储存装置。研究者试图将相变材料以一种有效的方式封装起来，以便使可供传热的表面积与工作流体的接触达到最大。另外，研究者们已经研制出适合用在各种温度范围内的相变合成物，从而提高了***的适应性。在已有技术中，热储存装置的设计的例子有许多，参见例如US专利No 3960207；4127161；4219072；4256475；4283925；4332290；4609036；4709750；4753080；4807696；4924935和5000252。
研究者还建议了各种提高装有热储存装置的热泵***的运行效率的控制对策，这些控制对策例如可以包括连续计算随时间、环境条件和/或在热储存装置中的状态变化的热储存目标状态。参见例如US专利No4645908；4685307和4940079。
尽管做了很多尝试，但是都没有得出可以广泛采用与热泵***连接使用的热储存装置的结论。目前对于热泵***有下述要求：该***应能方便地由现存的热泵***改装而成，并且可以为了控制在打算达到最大***效率和适应性的回路中的工作流体(例如致冷剂)的流动而提供各种结构。
另外，要求提供一种调节***，该***既可以在常规循环下运行又可以在储存和排放循环下运行，以便在选定压缩机的情况下提供更大的适应性。尤其在空调中还要求提供一些在峰值需要期间可以迅速地使一个空间冷却下来并且能防止致冷量过剩(即在非峰值需要期间为无用的致冷量)的***。
本发明提供一种热泵和空气调节***，该***可以至少在加热和冷却方式之一下运行，这两个方式都包括热储存循环和热排放循环。该***包括一个致冷剂回路，该致冷剂回路包括压缩机，串联连接的第一热交换器，膨胀装置和第二热交换器。该***还包括：热储存装置，将第一热交换器与热储存装置并联的第一连接装置，用于阻止流入第一连接装置和从第一连接装置流出的流体而安装的第一对三通阀，用于将热储存装置与第二热交换器并联的第二连接装置和为了阻止流体流入和从第二连接装置流出的第二对三通阀。该***还包括用于控制第一和第二对三通阀的装置，以便在加热方式运行期间进行储存循环，使致冷剂从致冷剂回路通过热储存装置流入第一连接装置，而在致冷方式期间进行排放循环，使致冷剂从致冷剂回路通过热储存装置流入第二连接装置。
按照本发明还提供一种热泵和空气调节***，该***可以至少在加热和冷却方式两者之一下运行，这两种包括热储存和排放循环。该***包括：致冷剂回路，安装在致冷剂回路中的相变热交换器或热储存装置，一对旁通管道和控制致冷剂通过上述旁通管道的控制器。该致冷剂回路包括：压缩机，串联连接的第一热交换器、第一膨胀装置、第二膨胀装置和第二热交换器。热储存装置安装在致冷剂回路中的第一和第二膨胀装置之间，第一旁通管道旁路第一膨胀装置，该管道包括第一控制阀，第二旁通管道旁路第二膨胀装置，该管道包括第二控制阀。用于控制第一和第二控制阀动作的装置按照下述方式进行控制：在热储存循环中，使致冷剂回路中的致冷剂绕过第一膨胀装置，而在热排放循环期间，使上述致冷剂绕过第二膨胀装置。
按照本发明的另一方面内容，第一旁通管道还旁路第一热交换器，而第二旁通管道还旁路第二热交换器。
按照本发明的再一方面内容，一种至少运行在加热和冷却工况两者之一下的热泵和空气调节***包括一个致冷剂回路，该致冷剂回路包括压缩机，串联连接的第一热交换器、四通阀和第二热交换器。该***还包括：装有热储存装置的热储存回路，膨胀装置，跨接在四通阀和膨胀装置之间的第一管道，和跨接在四通阀和热储存装置之间的第二管道。该***还可以包括为了完成下述运行而控制四通阀操作的装置：运行在加热方式期间进行储存循环和在冷却方式期间运行排放循环时，使在致冷剂回路中流动的致冷剂通过膨胀装置之前流过热储存装置，而运行在加热方式期间进行排放循环和在冷却方式期间进行储存循环时，使在致冷剂回路中流动的致冷剂在流过热储存装置之前流过膨胀装置。
按照本发明的又一方面内容，该***还包括：为了旁路第一热交换器而跨接在致冷剂回路和热储存回路之间第一旁通管路，和为了旁路第二热交换器而跨接在致冷剂回路和热储存回路之间的第二旁通管路，其中上述控制器包括用于在致冷剂回路和第一旁通管路之间传送致冷剂的第一装置和用于在致冷剂回路和第二旁通管路之间传送致冷剂的第二装置。
按照本发明，还提供一种利用一个热泵和空气调节***调节一个空间的方法。该***包括致冷剂回路和热储存装置，上述致冷剂回路包括压缩机，四通转换阀和串联连接的第一热交换器，膨胀装置和第二热交换器，该热储存装置与第一和第二热交换器两者并联。该方法包括将从压缩机流出的致冷剂分成第一和第二部分，同时使第一部分流到第一热交换器，并使第二部分流到热储存装置。
本发明的***通过控制流过第一和第二热交换器的致冷剂而达到节能的目的。本发明的***与现有的***相比，压缩机的运行是连续的。因此本发明的***不再需要用于相变储存介质的附加风扇或从现存的风扇上附加管路。这样，本发明的***可以很方便地用通常在很多对热储存性能无益的位置上运行的现存的热泵进行改装。而且，由于有热储存装置，本发明的***与传统的***相比，在加热工况下可以具有比较高的效率。实际上，本发明的一些***需要具有比在传统***中的压缩比小的压缩机，因而按照本发明的***可以用一个单级压缩机代替一个两级压缩机。
此外，本发明的***依靠单一致冷剂回路(包括一台单一的压缩机)可以在加热和致冷两种工况下运行。另外本发明的***根本不需要用于储存冷量的附加相变材料。
按照本发明的又一方面内容，相变热交换器或热储存装置包括一个容器，该容器限定一个为了接收具有第一熔解温度的第一相变材料而形成一定形状的内部区。上述热储存装置还包括至少一个延伸到该内部区的致冷剂盘管，以便将致冷剂流传输到里面。热储存装置还包括许多位于该内部区中的相变封壳；每个相变封壳装有具有比第一熔解温度高的第二熔解温度的第二相变材料。
按照本发明的再一方面内容，提供一种用于加热和致冷一个空间的装置。该装置包括：主流环路、旁通管路、安装在旁通管路上的热储存装置和工作流体泵。上述主流环路包括：一台压缩机、外侧热交换器、内侧热交换器和位于外侧热交换器之间的第一阀。旁通管路跨接在外侧热交换器的出口和内侧热交换器的出口之间，以便使在旁通管路中流动的工作流体旁路该内侧热交换器。工作流体泵安装在热储存装置和内侧热交换器的入口之间。工作流体泵以明显的优越性使工作流体在内侧热交换器和旁通管路上的热储存装置之间循环而与主流环路中的工作流体的循环相独立。
按照本发明的再一方面内容，一种用于加热或冷却一个空间的装置包括主流环路，该主流环路包括一台压缩机，外侧热交换器，内侧热交换器和可供选择地阻止致冷剂在外侧和内侧热交换器之间流动的第一阀。该装置还包括：第一旁通管路，安装在第一旁通管路上的热储存装置、第二旁通管路和安装在第二旁通管路上、可供选择地阻止致冷剂流过该旁通管路的第二阀。第一旁通管路跨接在外侧热交换器的出口和内侧热交换器的入口之间。第二旁通管路跨接在内侧热交换器的入口和内侧热交换器的出口之间，并且与第一旁通管路连通，以明显的优越性使工作流体从外侧热交换器通过第一和第二旁通管路两者流到压缩机中，以便旁路内侧热交换器。
按照本发明的其它方面内容，提供一种为了利用一加热或致冷***从一个热储存装置中排放所储存的能量的方法。该***包括外侧热交换器、内侧热交换器、一台压缩机和一个工作流体泵。该方法包括下述步骤：利用工作流体泵使在热储存装置和内侧热交换器之间的流体开始流动；冷凝在热储存装置中的工作流体，蒸发在内侧热交换器中的工作流体，借此冷却该空间。该方法还包括下述步骤：利用压缩机使在外侧热交换器和内侧热交换器之间的工作流体开始流动；同时保持热储存装置和内侧热交换器之间的工作流体流动；冷凝外侧热交换器中的工作流体，蒸发内侧热交换器中的工作流体，借此进一步冷却该空间。
通过下面对完成如同当前所理解那样的本发明的最佳方式描述的优选实施例进行详细说明，对于本技术领域的普通技术人员来讲，本发明的其它目的，特点和优点将是显而易见的。
附图的简要说明
下面具体地参考下述附图进行详细描述，这些附图是：
图1是按照本发明的热泵和空气调节***的一个实施例的原理图，图中示出了一个与第一和第二热交换器并联连接的相变热交换器或热储存装置，和一个控制第一和第二热交换器之间的致冷剂流的控制装置；
图2是按照本发明的热泵和空气调节***的另一实施例的原理图，图中示出了一个与第一和第二热交换器两者串联的热储存器、用于使与第一和第二膨胀装置一起旁路的第一和第二热交换器的旁通管路，和一个控制其间的致冷剂流的控制装置；
图3是按照本发明的热泵和空气调节***的又一实施例的原理图，图中示出了一个与第一和第二热交换器、以及第一和第二膨胀装置串联的热储存装置，用于旁路第一和第二膨胀装置的旁通管路和用于控制其间的致冷剂流的控制装置；
图4是按照本发明的热泵和空气调节***的再一实施例的原理图，图中示出了连接到一个与一对三通阀联合操作的四通阀上以便可选择地旁路第一热交换器或第二热交换器的热储存装置，和一个用于至少控制阀以便控制致冷剂流的控制装置；
图5是热泵和空气调节***的另一实施例的原理图，图中示出了一个与四通阀相连的热储存装置和一个用于控制致冷剂流到热储存器的控制器；
图6是装有一个水加热器的图2的热泵和空气调节***的原理图；
图7是按照本发明的热储存装置的一个实施例的分解图。
图8是图7的热储存装置的局部侧剖视图，图中示出了固定在一系列的栅架上的相变封壳；
图9是按照本发明的热储存装置的另一实施例的局部顶剖视图，图中示出了在致冷剂盘管配置的相变封壳的圆筒形容器；
图10是按照本发明的空气调节或致冷***的一个实施例的原理图，该***装有一个热储存器，该***可在常规循环，储存循环和排放循环下运行；
图11是按照本发明的空气调节或致冷***的另一个实施例的原理图，该***装有一个热储存装置和一个致冷剂泵，该***可以在常规的循环，储存循环和排放循环下运行，致冷剂可以在主流环路和旁通管路两个中流动；
图12是按照本发明的加热和致冷***的另一实施例的原理图，该***装有一个热储存装置和一个致冷剂泵，该***可以在常规循环，储存循环和排放循环下运行，致冷剂可以在主流环路和至少两条旁通管路之一中流动；
图13是一个空气调节或致冷***的另一实施例的原理图，该***装有一个热储存装置和一个致冷剂泵，该***可以在常规循环、储存循环和排放循环下运行，致冷剂可以在主流环路和在一条旁通管路两者中流动；
图14是一加热和致冷***的另一实施例的原理图，该***装有一个热储存装置和一个致冷剂泵，该***可以在常规循环，储存循环和排放循环下运行，致冷剂可以在主流环路和一条旁通管路两者中流动；
图15是加热和致冷***的又一个实施例的原理图，该***装有一个热储存器装置和一个致冷剂泵，该***可以在常规循环、储存循环和排放循环下运行，致冷剂可以在主流环路和一条旁通管路两者中流动。
附图的详细描述
本发明涉及用于热储存-辅助热泵和空气调节***的各种流动方案和特别适合用在上述***中的热储存装置，在本发明所公开的优选的流动方案中包括以致冷剂为基础的***。尽管市场上可以买到的其它的致冷剂例如氨也可以采用，包括例如R-22的卤代烃化合物是用在本发明***中的优选致冷剂。
所例举的本发明的流动方案的优选实施例是为了能在加热方式和致冷方式两者上运行而设计的热泵***。在这些例举的实施例中为了实现加热方式和致冷方式之间的转变的可改变致冷剂流动方向(利用四通转换阀)。致冷剂流动方向的转换是用于转换一个传统热泵***的运行方式的各种公知方法中的简单的一个，这一点对本技术领域的普通技术人员是显而易见的。其它一些不依靠转换阀的方案例如进一步在编入本申请参考文件中的ASHRAE Handbook 1984 Systems(Table1，P10.2)指出的那些方案根据本发明的权利要求书也可以采用，并且不偏离在此公开的流动方案。
另外，可以把本发明的***只设计成空调***，例如只在致冷方式下运行的***，这些***将省去所有的致冷剂流动转换阀，这将在本说明书中所描述的致冷方式之外的运行方式下运行。
在图1中示出一个优选的流动安排，如图1所示，热泵***10包括一个把被压缩的致冷剂流排放到管道14中的压缩机12。四通转换阀16从管道14中接收经压缩的致冷剂流，然后根据如下面进一步描述的***是在加热还是在致冷方式下将被压缩的致冷剂流输送到管道18或管道20中。四通转换阀16是市场上可以买到的通常借助于如图示的电磁阀或其它控制装置的导阀控制操作阀。使已经通过***10的致冷剂返回到转换阀16，然后借助管道22将致冷剂返回到压缩机12。
管道18在四通转换阀16和三通阀24之间传送致冷剂。三通阀24控制管道18、26和28之间的致冷剂流。管道26在三通阀24和第一热交换器30之间传送致冷剂。尽管也可以采用一个带有控制阀的水盘管的标准致冷剂-水热交换器，第一热交换器30是例如一个包括一个控制风扇32的标准致冷剂-空气热交换器。
管道34在第一热交换器30和三通阀36之间传送致冷剂。三通阀36控制在管道34、38和40之间的致冷剂流。管道38在三通阀36和膨胀装置42之间传送致冷剂。膨胀装置42可以是许多市场可买到的膨胀装置中的任何一种，例如一套反流式热力膨胀阀，一种毛细管装置或其它适合的装置。适合用在本发明***中的热力膨胀阀在例如ASHRAEHandbook 1988 Equipment PP 19.3-.4中已描述。
管道44在膨胀装置42和另一三通阀46之间传送致冷剂流，三通阀46控制在管道44、48和50之间的致冷剂流。管道48在一三通(T)接头52处将管道40和另一管道54连起来。
管道54跨接在接头52和热储存装置56之间。热储存装置56最好采用是下面将进一步描述的图7-9所示的结构。一个任选的辅助加热器58(用虚线表示)安装在热储存装置56上，另一任选的管道60跨接在热储存装置56和一接头62之间。接头62连接管道60，管道28和管道64。
致冷剂流回到跨接在三通阀46和第二热交换器66之间的管道50。第二热交换器66例如是一个包括一个控制风扇的标准致冷剂-空气热交换器，尽管也可以使用带有一个调节阀的水盘管的标准致冷剂-水热交换器。
另一根管道70跨接在第二热交换器66和三通阀72之间。三通阀72控制管道70、20和64之间的致冷剂流。管道20跨接在三通阀72和四通转换阀16之间，以便构成致冷剂回路。
在图1中例举的本发明的实施例中，热储存装置56有效地与第一热交换器30和第二热交换器66相并联。通过控制四通转换阀16和三通阀24、36、46和72可控制流过该***的致冷剂的流动路径。上述控制是利用一个控制器74实现的。控制器74通过导线与位于热储存装置56中的热电偶或其它温度检测装置(图中用虚线76表示)相连。可以用另外的温度检测器检测待调节空间的温度和室外温度。控制器74还可以通过导线与冰级检测器相连。根据检测出的温度和可以由用户用导线连接到***的逻辑电路或输入端的其它参量，控制器调节阀16(如用虚线78所指示)、阀24、36、46和72(分别用虚线80、82、84和86所表示)的位置，并控制风扇32和68(如用虚线88、90表示)运转。控制器74还控制辅助加热器58(如用虚线83表示)。控制器74可以包括例如一个由White Rogers或Honeywell制造的微电子可编程的温度控制器，该温度控制器和一个电子时间控制器一起动作，为了完成在此所描述的功能，本领域普通专业人员还可作出其它改进。上述时间控制器也可以编程，以便在加热和致冷方式之间和在这两个方式的储存或排放循环中转换，从而可以按时间利用能量以便付费。
图2示出了本发明的热泵和空气调节***的另一实施例。***110包括许多在***10中也使用并在这些附图中用相似标号代表的部件。例如压缩机112、四通转换阀116、第一热交换器130及其风扇132、第二热交换器166及其风扇168、热储存装置156和任选的辅助加热器158，而控制器174与图1实施例的控制器基本上无变化。
但是，与图1的***10不同，***110包括一个与冷凝器和蒸发器串联的热储存装置。另外，***110包括一个旁路第一热交换器和一个膨胀器两者的第一旁通管道和一个旁路第二热交换器和一个膨胀器的第二旁通管道。
具体地讲，三通(T)接头124使管道118与管道126和128相连。管道126跨接在接头124和第一热交换器130之间。管道128跨接在接头124和阀134之间。导管136跨接在阀134和接头138之间。接头138连接与管道140和142流体连通的管道136。如下面进一步描述那样，当阀134打开以便在管道128和管道136之间流过致冷剂时，致冷剂可以流过管道136进入管道142，通过接头160然后进入管道162而旁路第一热交换器130和第一膨胀装置154，致冷剂从上述管道162可以进入热储存装置156。因此，管道128、136和142共同提供一个为了旁路第一热交换器130和第一膨胀装置154的第一旁通管道。
类似地，在管道164中朝向接头170流动的致冷剂可以旁路第二膨胀装置176和第二热交换器166。管道180、194和197共同提供一条为了使致冷剂在管道194和197之间流动而选择阀196的位置时可以运行的第二旁通管道。
***110还包括一对跨接在接头146和接头138之间并包括一个阀152的管道148和140。类似地，***110包括一对跨接在接头182和接头190之间并包括阀186的管道184和188。管道148和140(与管道142一起)在阀134关闭而阀152打开时，可以旁路膨胀装置154，但不旁路第一热交换器130。管道184和188(和管道192一起)当阀196关闭，阀186打开时，可旁路膨胀装置176，但不旁路第二热交换器166。控制器174在相应的状态下(如虚线185、187、189、191和193所示)操纵阀116、134、152、186和196。控制器174还按虚线183所指示那样操作辅助加热器158，并按虚线177、179所指示那样控制风扇132、168。
图3所示的***210还提供第一和第二旁通管道。管道231和管道234协同提供在阀233打开致冷剂流动时使膨胀装置236旁路的第一旁通管道。同样，管道250和254协同提供在阀252打开致冷剂流动时使第二膨胀装置260旁路的第二旁通管道。在此，控制器274还分别按虚线276、278、280所指示那样操纵阀216、233和252。另外，控制器274按虚线283的指示操作辅助加热器258，并按虚线282、284所示操作风扇232，268。
图4示出的***310装有一对三通阀324、360和一个四通阀336。该四通阀不是一个转换阀，但最好是一个类似于在液压或废水应用中使用的阀。
四通阀336连同三通阀324、360一起动作，以便提供可选择地或者旁路第一热交换器330或旁路第二热交换器366的装置。例如为了防止致冷剂流进入管道326，而允许进入管道328可以安装三通阀324。在管道328中的致冷剂流经接头354流到管道350，然后经接头348到达管道346。为了阻止致冷剂从管道338流出，装有四通阀336。同样，为了阻止致冷剂从管道352中流出装有阀360。
这样，在管道346中的致冷剂流进入热储存装置356，通过管道344到膨胀装置342后进入管道340。四通阀336控制致冷剂流使之从管道340流到管道343，再从管道343通过第二热交换器366、管道362然后根据三通阀360的相应定位到达管道320。同样，可以通过操纵阀336和360在相应的状态下旁路第二热交换器366，这将在下面说明。控制器374根据在热储存装置356中的检测的状态(按虚线370所示)控制阀324、336和360(分别按虚线380、376、378的指示)、以及四通转换阀316(按虚线372所指示)和风扇332、368(分别按虚线384、382所示)。控制器374还按照虚线383所示控制辅助加热器358。
在图5的***410中，示出了类似于图4中的***的布置。可是，在图5中，四通阀426能有效地控制包括膨胀装置438和热储存装置456的辅助致冷回路中的致冷剂流的方向。即管道434跨接在四通阀426和膨胀装置438之间。膨胀装置438通过管道440与热储存装置456相连。另一管道428跨接在热储存器456和四通阀426之间，以便完成辅助回路(在本说明中也称为热储存回路)。通过控制器474操纵四通阀426的位置，再根据在热储存装置456的检测状态(按虚线470所指示那样)可以改变热储存回路中的致冷剂流的方向。此外，控制器474按照虚线483所指示那样控制辅助加热器458。
在图6中示出的***510是图2中所公开的***110的变型。在***510中，一个家用的水加热器519安装在管道518和管道529之间，以便接收从压缩机512中排出的高温压缩的致冷剂。水加热器519是通用的标准水加热器，在很多住宅中都可见到。在本设计***中还包括一个水加热器旁通管道527和串联的阀521、523。阀521、523按虚线577所指示那样由控制器574控制。在其它方面，***510的操作与图2中***110相同。
在图7-9中示出了适合与本发明连接的热储存装置的一些优选实施例。如图7所示，按照本发明的一个热储存装置610的优选实施例包括一个限定一个内部区614的矩形绝热箱或容器612。
一组致冷剂盘管616安装在内部区614中，以便为在内部区614中输送致冷剂流提供一个手段。盘管组616包括一个使致冷剂流入的入口618和一个排放致冷剂流的出口620。正如本领域普通技术人员显而易见那样，在盘管组616中的盘管622的确切数目可以随着具体的应用而改变。此外，虽然管616包括若干排均匀错开的U形盘管622，盘管的布置和几何形状也可以改变，以便满足具体的应用。
首先，将非封装相变材料624(图8中以其液态示出)装于内部区614。尽管其它公知的相变材料也可以使用，非封装相变材料624例如是水。非封装相变材料624充入这些盘管之间的间隙中，这样就可以用作从管组616传输热量的导热槽。当然其本身也可以用作一种相变材料。
热储存装置610还可以任选地包括许多可叠装的栅架626，这些栅架彼此隔开且平行地位于内部区614中。栅架626包括腿628，以便进行叠放，当然，也可以提供其它的叠放装置，例如可移动地装在容器612的内壁上的槽中。显然，也可采用各种使栅架626在内部区614彼此隔开配置的结构。
用在内部区614的栅架626的数目将取决于应用。如下面所进一步描述的那样，对于主要为寒冷季节的预期的运行，通常采用的栅架626的数目较多，而对于主要为热的季节的预期的运行，通常可用比较少的栅架626。当然也可以完全不用栅架。
栅架626具有一些大小能滑动地容纳管组616的盘管622的细长开口630，这样便可以把栅架626放置在内部区614中或在不妨碍管组616的情况下从中取出栅架。
封装的相变材料632也在内部区614中，并且被浸埋在未封装的相变材料624中。例如，可将若干相变封壳634放在栅架上处于管组616包围之中。可以如图8所示那样，用固态相变材料将封壳634填充到满量的80％-90％，以便在相变期间允许封装材料632有一个膨胀空间，或者用液态的相变材料632将封壳几乎充填到满量的100％。用在封壳634中的典型相变材料包括由CaCl2·6H2O组成的制剂。
相变材料632的融熔温度比相变材料624的融熔温度高。例如，一个典型***可以用CaCl2·6H2O作为封装相变材料632(融熔温度约27℃)和用H2O作为未封装的相变材料(融熔温度约0℃)。
在本发明中，封壳634的几何形状可以为各种公知的形状。例如封壳634可以是球形，椭球形，也可以是复杂的无规则的几何形状，以便可以在保持用于被未封装相变材料624浸埋的空间的同时能嵌入叠装。此外，封壳634可用挠性材料加工而成，并可在相变材料632的体积胀大或相变材料632的体积压缩时填入，封壳634的壁可以随意弯曲。
图9示出了本发明的热储存装置的另一实施例。热储存装置710包括一个限定出内部区域714的隔热的圆柱形容器712。致冷剂盘管716置于内部区域714中，上述致冷剂盘管包括一个使致冷剂流入的入口718和一个排出致冷剂的出口(未示出)。
尽管将盘管盘绕成其它形状亦在本发明的构思之内，但是盘管716最好为螺旋形盘管。盘管716例如可以包括若干等直径的相连接的环。
将未封装的相变材料720(通常为水)装入内部区域714中。此外，将另一种相变材料722封装在封壳724中，再将封壳724浸埋在内部区域714中的未封装相变材料720中。虽然可用相互隔开的栅架来支撑封壳724层，但也可不用栅架。
图7-9中示出的内部热储存装置的形状力图借助于封装使相变盐的传热表面积最大，此外，装有两种熔点不同的相变材料可在较宽的温度范围内贮热和放热。这种能方便地改变封壳的排列和数目的能力对于调节贮热和放热的温度及效率更具优越性。
容器612(或容器712)的尺寸可以根据实际应用而改变。例如最好是一个如尺寸适于放在壁或底面支柱之间的容器612那样的长方形容器。也可以是一些容器612本身就构成壁面和底面的容器。容器的尺寸应适于方便地放在住宅中可用的储存空间(例如地下室空间)甚至可以遮盖在待调节的建筑物的外面。
虽然容器612、712通常是封闭的(如示出的隔热钢箱)但在本发明构思范围内也可选择不同形状和结构的箱体。例如可以采用成本相当低的开顶的整体储存容器。在这些设计中，要用一种绝热材料，该绝热材料不能与装入的相变材料相混合，并且该材料在液态下的致密性比相变材料的致密性要稀松。例如，这些绝热材料可以包括石腊油、矿物油、或这些组合物的混合物。这些绝热材料将分层地放在装入的相变材料的上方，以便绝热。对于这种形状和结构其中包含的相变材料最好是一种单一的在附图中例举的未封装的相变材料，而不是二元相变材料***。I加热方式
A储存循环
在适合的环境条件下，本发明的热泵和空气调节***可以在加热能力过剩的条件下运行，例如在冬季的白天运行。这种过剩加热能力有利于通过使用热能来液化上述相变材料而将热能以潜热的形式储存在热储存装置中。
当图1的***10处于加热方式的储存循环时，四通转换阀16控制经压缩的致冷剂从管道14流向管道18。管道18中的致冷剂流向三通阀24。控制器74调节三通阀24，使之关闭管道26，而与管道28相通。于是气态致冷剂流在接头62处流入管道60。由于控制器74通过阀72关闭了从管道64流出的致冷剂，所以迫使致冷剂在接头62处流入管道60。
然后，气态致冷剂从管道60流过热储存装置56。致冷剂将热量传给相变介质，使相变介质熔化，致冷剂被液化。于是热储存装置56能有效地用作冷凝器。主要为液态的致冷剂流入管道54并流向接头52。控制器74调节三通阀46以防止致冷剂从管道48流向管道50。于是，致冷剂通过接头52流入管道40。控制器74调节阀36，使致冷剂从管道40流入管道38。
管道38中的主要为液态的致冷剂流过膨胀装置42并进入管道44。控制器74调节阀46使致冷剂从管道44经阀46流入管道50。然后致冷剂进入第二热交换器66(作为蒸发器运行)，在该热交换器中，致冷剂蒸发，由于控制器74已使风扇68运转，致冷剂吸收蒸发器介质的热。于是大部分气态低压致冷剂流入管道70，再经控制阀72流入管道20，然后经四通转换阀16流入管道22再返回到压缩机12。控制器74通过检测如用虚线76所指出的热储存装置56中的温度和检测待调节空间的温度监控连续储存循环。
在图2的***110中，控制器74调节阀134使致冷剂从管道128流到管道136将该***置于加热方式、储存循环。调节阀152，使之切断管道148和140之间的致冷剂流动，尽管阀152仍为开启状态，也不会影响***操作。此外，调节阀186使之切断管道184和188之间和致冷剂流动，调节阀196使之切断管道194和197之间的致冷剂流动。这样在管道118中流动的致冷剂绕过第一热交换器130和第一膨胀装置154，当达到接头124时流到管道128并通过阀134到达管道136，再经管道142流到管道162，之后进入热储存装置156。致冷剂将热量经未封装相变材料传递给已封装的相变材料，然后经管道164被排出。
主要为液态的致冷剂通过接头170到管道172，再经第二膨胀装置176排到管道178。液态致冷剂通过接头190流到管道192，再通过第二热交换器166，在该热交换器中，致冷剂蒸发后，从蒸发器介质中吸收热。最后，主要为气态的致冷剂通过管道199、管道120、四通转换阀116和管道122返回到压缩机112中。
在图3的***210中，控制器74使阀233开启，使致冷剂绕过第一膨胀装置236。接着，控制器74使阀252关闭，迫使致冷剂通过第二膨胀装置260。这样，在管道218中流动的高温气态致冷剂以最小的热损失(此时受控制的风扇232没有运转)通过第一热交换器230，然后再经管道224流到管道231。致冷剂经阀233流到管道234，当达到接头240时流入管道242。
致冷剂进入热储存装置256，然后主要是液态的致冷剂流入管道244。接着，主要为液体的致冷剂通过接头246流到管道248达到第二膨胀装置260，再进入管道262。从该处，致冷剂通过管道270，流到第二热交换器266(此时，风扇368正在运转)，然后经管道220和222返回压缩机。
在图4的***310中，控制器374调节阀324使致冷剂从管道318流到管道328并同时阻止致冷剂流过管道326，从而旁路第一热交换器330使***置于加热方式储存循环。控制器374还调节四通阀336使致冷剂只从管道340流过管道343到第二热交换器366。最后控制器374调节阀360使致冷剂从管道362流到导管320，同时阻止致冷剂流到管道352。
这样，在导管318中流动的致冷剂经过阀324流到管道328、经接头354流到管道350，然后通过接头348流到管道346，在该处，致冷剂进入热储存装置356中。主要为液态的致冷剂排放到管道344，然后经过膨胀装置342流到管道340，再流过四通阀336到达管道343。以液态为主的致冷剂从管道343在风扇368运行的条件下流过第二热交换器366。最后，主要为气体的致冷剂经管道362、320和322返回到压缩机312。
在图5的***410中，控制器474操纵阀426使***置于加热方式、储存循环。具体地讲，控制器474调节阀426使致冷剂从管道424流到管道428，并使致冷剂从管道434流到管道436。这样，在管道418中的致冷剂以最小的热损失(风扇432停止运转)流过第一热交换器430，再流过管道424、阀426到管道428，到达热储存装置456。主要为液态的致冷剂流出热储存装置456，接着流过管道440，到达膨胀装置438，然后从管道434经过阀426流到管道436。液态致冷剂流到第二热交换器466并蒸发，此后通过管道420和422返回到压缩机412。
图6中的***510与图2中的***110同样处于加热方式、储存循环。也可以通过旁通管道527使致冷剂流旁路水加热器519，这时使阀521关闭、阀523开启。
B排放循环
如果需要将热储存装置中的热能释放给***，则本发明的热泵和空气调节***在加热方式的排放循环下运行。即在加热方式的排放循环中，在热储存装置中至少部分相变介质处于液态。在未封装的或封装的相变材料都使用的情况下，未封装相变材料和封装相变材料通常都部分地处于液态。通过至少使部分封装相变材料返回到固态把热能释放给***，并且作为显热从封装和未封装相变材料两者中释放出。
在图1的***10中，在加热方式的排放循环中，调节四通转换阀16使致冷剂从管道14流到管道18。调节阀24使致冷剂从管道18流到管道26阻止致冷剂流到管道28，调节阀36使致冷剂从管道34流到管道38并阻止致冷剂流到管道40中，调节阀46，使致冷剂从管道40流到管道48，同时阻止致冷剂流到管道50，调节阀72，使致冷剂从管道64流到管道20，同时阻止致冷剂流到管道70。最后，借助这种安排，使致冷剂绕过第二热交换器66。
于是，在管道18中的致冷剂通过阀24和管道26后进入第一热交换器30(风扇32运转，以便使第一热交换器作为冷凝器运行)，在该处，致冷剂被液化。主要为液态的致冷剂流过管道34、管道38、膨胀装置42和管道44，到达阀46。在此，致冷剂流过管道48，经接头52进入管道54，以便进入热储存器56。在热储存装置56(在这种情况下，它作为一个蒸发器)中，液态的致冷剂流从相变材料中吸收热量，然后至少使封装的相变材料固化。
以气体为主的致冷剂经过管道60流出热储存装置56，然后通过接头62流到管道64，从此处，致冷剂通过管道20、22返回到压缩机12。
在图2的***110中，在加热方式下，排放循环中，控制器174调节阀134阻止致冷剂在管道128和136之间流动，并调节阀152阻止致冷剂流在管道148和140之间流动。控制器174也可以调节阀186以阻止致冷剂从管道184流到管道188(虽然在这种配置下***的运行不是必需的)，并调节阀196使致冷剂从管道194流到管道197。四通转换阀116始终处在使致冷剂从管道114流到管道118的位置。这时风扇168不运转。
在管道118中的致冷剂流过接头124到管道126然后流过第一热交换器130(风扇132运转)。然后致冷剂流过管道144、150、膨胀装置146，管道158和162，热储存装置156。在热储存装置156中完成吸热后，以气态为主的致冷剂流过管道164、180、194和197后，经管道120、122返回压缩机112。
在图3的***210中，在加热方式排放循环中，控制器274调节阀233使之处于关闭位置，以便迫使致冷剂流过膨胀装置236，同时还调节阀252使之为开启位置，以便使致冷剂绕过膨胀装置260。调节四通转换阀使致冷剂从管道214流到管道218。
这样，在释放被储存的热的过程中，在管道218中压缩的致冷剂流到第一热交换器230(风扇232运转)该致冷剂在第一热交换器中被冷凝。接着，以液态为主的致冷剂流过管道224和228流到膨胀装置236中。然后致冷剂流过管道238和242，到达热储存装置256，在热储存装置256中致冷剂从包含在其中的相变材料中吸收热并使该相变材料固化。
然后以气态为主的致冷剂通过管道244、管道250、阀252、管道254和管道270到达第二热交换器266，此时风扇268停止运行，以便使热量传递最少。最后，致冷剂通过管道220和222返回到压缩机212。
在图4的***310中，在加热方式的排放循环中，控制器374调节阀324使致冷剂在管道318和326中流动并阻止流过管道328。控制器374调节阀336使致冷剂从管道334流到管道340，并切断其它路流体流动。调节阀360使致冷剂从管道352流到管道320。
这样，在管道318中的致冷剂流过管道326和第一热交换器330(风扇332运转)达到管道334。以液态为主的致冷剂经过阀336流过管道340、膨胀装置342，管道344，然后进入热储存装置356。正如在前面一些实施例中所指出那样，致冷剂在装置356中吸热后蒸发。以气体为主的致冷剂先流经管道346和管道352，然后经管道320、322返回到压缩机312。
在图5的***410中，在加热方式的排放循环中，控制器474调节阀426使致冷剂从管道424流到管道434并使致冷剂从管道428流到管道436中。另外，控制器474使风扇432运转，并使风扇468停转。这样，在管道418中的致冷剂流过第一热交换器430(风扇432运转)、管道424，管道434、膨胀装置438，管道440和热储存装置456。吸热后，以气态为主的致冷剂流过管道428和436，流过第二热交换器466(风扇468停止运转)，最后经管道420和422流回压缩机412。
图6中***的工作方式与图2中的***类似。
II致冷方式
A储存循环
当热泵和空气调节***以过量的致冷能力运行时，利用热能储存装置可以储存“冷量”。这个用于致冷方式的储存循环在很多方面类似加热方式的排放循环。
在图1的***10中，控制器74通过调节转换四通阀16使致冷剂从压缩机12排入管道14后流到管道20而不流到管道18而使***运行在致冷方式储存循环下。控制器74还调节阀72以便阻止致冷剂流过管道64，迫使致冷剂流到第二热交换器66。开启可控阀46，使致冷剂从管道50流到管道44，但关闭从管道50到管道48的流动通路，这样便迫使致冷剂流过膨胀装置42。开启可控阀36，使致冷剂从管道38流到管道40，但关闭从管道38到管道34的流动通路，这样便使致冷剂绕过第一热交换器30。操作可控阀24关闭致冷剂从管道26到管道18的流动，但打开致冷剂从管道28到管道18的流动。
从压缩机12被排放到管道14的致冷剂流到管道20，然后通过阀72到管道70，再流到第二热交换器66，致冷剂在此热交换器中被液化。以液态为主的致冷剂排放到管道50，然后流过阀46到管道44再到膨胀装置42，排放到管道38。以液态为主的致冷剂从管道38经阀36流到管道40，而后流过接头52到达管道54。接着，致冷剂进入热储存装置56，在该装置中致冷剂吸收相变材料的热量后蒸发，并至少使封装的相变材料固化，从而储存“冷量”。
以气态为主的致冷剂流过管道60、经过接头62流到管道28，接着通过阀24达到管道18，致冷剂从该管道经管道22返回到压缩机12。
在图2的***110中，在致冷方式的储存循环中，阀116被置于使致冷剂从管道114流到管道120而不流过管道118的位置。另外，阀196被置于能防止致冷剂从管道197流到管道194的位置上，阀186被置于防止致冷剂从管道188流到管道184的位置上。另外，可将阀152调节在能防止致冷剂从管道140流到管道148(尽管这不是必需的)的位置，将阀134调节成可使致冷剂从管道136流到管道128。通过这种布置，致冷剂流过第二热交换器166、膨胀装置176和热储存装置156，但绕过膨胀装置154和第一热交换器130。
具体地讲，在管道120中的致冷剂经过接头198流过管道199，然后流到第二热交换器166(风扇168运转)致冷剂在该第二热交换器166中液化。接着，致冷剂流过管道192、接头190流到管道178，然后流到膨胀装置176，接着，致冷剂流过管道172，接头170和管道164，以便进入热储存装置156，致冷剂在热储存装置中吸收热并蒸发，同时使热储存装置156中的相变材料固化。
流出热储存装置156的以气态为主的致冷剂流过管道162、经过接头160流到管道142，然后经过接头138流到管道136。致冷剂从此管道经过阀134流到管道128，绕过第一热交换器130(风扇132停止运转)。最后，致冷剂经过管道118和122返回到压缩机112。
在图3的***210中，在致冷方式储存循环中，调节四通转换阀使致冷剂从管道214流到管道220，关闭阀252迫使致冷剂流过膨胀装置260，并开启阀233使致冷剂绕过膨胀装置236。于是，在管道20中的致冷剂流过第二热交换器266(风扇268运转，该热交换器266起冷凝器的作用)，然后流过管道270，接头264和管道262，以便到达膨胀装置260。接着以液态为主的致冷剂流过管道248、244，到达热储存装置256。以液态为主的致冷剂吸收热储存装置的热量，并且蒸发，至少使封装的相变材料固化。以气态为主的致冷剂流过管道242、接头240、管道234，然后流过阀233流到管道231。由此，致冷剂流过接头226到管道224，然后流过第一热交换器230(关掉风扇232，以便使热损失最小)。接着，以气体为主的致冷剂经过管道218和222返回到压缩机212。
在图4的***310中，在致冷方式的储存循环中，将三通阀360置于使致冷剂从管道320到管道362同时阻止致冷剂流到管道352的状态。调节四通阀336使致冷剂从管道343流到管道340。调节三通阀324使致冷剂从管道328流到管道318，同时阻止致冷剂流过管道326，从而迫使致冷剂绕过第一热交换器330。于是，在管道320中的致冷剂流过管道362、第二热交换器366(风扇368运转)、管道343，管道340、膨胀装置342，管道344和致冷剂在此蒸发的热储存装置356。以气态为主的致冷剂流过管道346、350和328，最后经过管道318和322返回到压缩机。
在图5的***410中，在致冷方式的储存循环中，将四通阀426置于使致冷剂从管道436流到管道434、然后从管道428流到管道424的位置。于是在管道420中的致冷剂流过第二热交换器466(风扇468运转)、管道436，管道434、膨胀装置438，管道440和热储存装置456。在吸收热能后，以气体为主的致冷剂流过管道428，管道424和第一热交换器430(风扇432停转)、然后经过管道418和422返回到压缩机412。
图6中的***510的运行与图2中的***210相类似。
B  排放循环
在需强冷的***运行期间例如夏季白天的运行期间-本发明的热泵和空气调节***的配置能从热储存装置的相变材料中放出储存的“冷量”，借此，降低整个***的功率消耗和增加***的致冷能力。在致冷方式排放循环下***的操作在很多方面类似于加热方式下的储存循环。
在图1的***10中，在致冷方式下的排放循环中，调节四通转换阀16，使致冷剂从管道14流到管道20，然后从管道18流到管道22。此外，调节阀72，使致冷剂从管道20流到管道64，并阻止致冷剂流过管道70。调节阀46，以便阻止致冷剂流过管道50，同时允许致冷剂从管道48流过管道44。调节阀36，以使致冷剂从管道38流过管道34，同时阻止致冷剂流过管道40。最后，调节阀24，以便阻止致冷剂流过管道28，同时允许致冷剂从管道26流到管道18。于是，致冷剂绕过第二热交换器66(风扇68停止运转)，但流过第一热交换器30。
具体地讲，在管道20中的致冷剂流过管道64和管道60到达热储存装置56，在热储存装置56中致冷剂从固态相变材料中吸收“冷量”。致冷剂液化，并至少使非封装的相变材料熔化。以液态为主的致冷剂经过管道54流出，然后流过管道48，管道44、膨胀装置42，管道38、管道34和第一热交换器30(风扇32运转)。最后，致冷剂流过管道26、18和22后返回到压缩机12。
在图2的***110中，在致冷工况下的排放循环中，控制器174调节阀196，使致冷剂从管道197流到管道194，并调节阀186阻止致冷剂在管道184和188之间流动，(尽管这不是必需的)。另外，控制器174调节阀152阻止致冷剂在管道140和148之间流动，并且调节阀134，阻止致冷剂在管道136和128之间流动。于是，在管道120中的致冷剂流过管道197、194、180和164到达热储存装置156，致冷剂在热储存装置156中吸收“冷量”后液化。接着以液态为主的致冷剂流过管道162和158，通过第一膨胀装置154，然后流过管道150和144到达第一热交换器130(风扇132运转)。从该处，致冷剂流经管道126、118和122返回到压缩机112。
在图3的***210中，在致冷方式下的排放循环中，控制器274控制阀252，使致冷剂从管道254流到管道250，并控制阀233，使之阻止致冷剂从管道234流到管道231。于是，在管道220中的致冷剂流过第二热交换器266(风扇268停止运转，以便使热损失最小)，管道270和254，管道250和管道244，以便进入热储存装置256。在热储存装置256中，致冷剂吸收“冷量”并被液化，然后流过管道242，并从该处流过管道238，第一膨胀装置236、管道228和224，到达第一热交换器230(风扇232运转)。最后，致冷剂流经管道218、222返回到压缩机212。
在图4的***310中，在致冷方式的排放循环中，调节阀360，使致冷剂从管道320流到管道352，调节阀336，使致冷剂从管道340流到管道334，调节阀324，使致冷剂从管道326流到管道318。于是管道320中的致冷剂流过管道352和管道346到达热储存装置356。致冷剂流出热储存装置356，然后流过膨胀装置342，管道340、管道334和第一热交换器330(风扇332运转)，接着致冷剂流出管道326，然后从该处经过管道318和322流到压缩机312。
在图5的***410中，调节阀426使致冷剂从管道436流到管道428，再使之从管道434流到管道424。另外，控制器474使风扇468停转，使风扇432运转。于是，在管道420中的致冷剂流过第二热交换器466(风扇468停止运转)，管道436和管道428，以便达到热储存装置456，在热储存装置456中致冷剂与装在里面的相变材料换热。以液态为主的致冷剂流过管道440、膨胀装置438和管道434，然后流过四通阀426到管道424，再到达第一热交换器430(风扇432运转)。上述致冷剂流出管道418，然后经管道422返回到压缩机412。
图6中的***510与图2中的***110的运行方式类似。
III旁路方式
为了使本发明的***在一定条件下运行，不一定需要由热储存装置储存或取出热能。于是，本发明的***在适合的条件下可有效地旁路热储存装置。
在操作在旁路方式下的图1的***10中，控制器74控制阀24使致冷剂在管道18和26之间流动，并控制阀36使致冷剂在管道34和38之间流动。另外，控制器74控制阀46使致冷剂在管道44和50之间流动，并且控制阀72使致冷剂在管道70和20之间流动。于是，致冷剂流过第一热交换器30(风扇32运转)、膨胀装置42和第二热交换器66(风扇68运转)，但绕过热储存装置56。控制器74可以调节四通转换阀16使致冷剂从管道14流到导管18，也可以调节阀16使致冷剂从管道14流到管道20。
在图2的***110中，控制器174关闭阀134，阻止致冷剂在管道128和136之间流动，并且与此类似地关闭阀196，阻止致冷剂在管道194和197之间流动。根据致冷剂流动方向可以关闭或打开阀152和186。即致冷剂从压缩机112和管道114流向管道118，阀152打开，而阀186关闭。于是，通过这种布置，致冷剂流过第一热交换器130(风扇132运转)，绕过第一膨胀装置154，然后流过热储存装置156，第二膨胀装置176和第二热交换器166(风扇168运转)。虽然致冷剂流过热储存装置156，但是致冷剂流的温度仍没有达到发生相变的温度。因此，通过这种布置实际上“绕过”热储存装置156。
另外，致冷剂从压缩机112和管道14流向管道120，阀152关闭，而阀186打开。即，通过这种布置，致冷剂流过第二热交换器166(风扇168运转)，热储存装置156、第一膨胀装置154和第一热交换器130(风扇132运转)。在热储存装置156中仍不发生相变，因此该热储存装置实际上被“旁路”。
在图3的***210的旁路方式下，控制器274根据致冷剂流动方向或开启或关闭阀233、252，致冷剂从压缩机212和管道214流向管道218，阀233打开，阀252关闭，因此致冷剂流过第一热交换器230(风扇232运转)，热储存装置256(没有发生相变)、第二膨胀装置260和第二热交换器266(风扇268运行)。或者，致冷剂从压缩机212和管道214流向管道220，致冷剂流过第二热交换器230(风扇232运转)、热储存装置256(风扇268运转)，第一膨胀装置236和第一热交换器230(风扇232运转)。
在图4的***310中，致冷剂从压缩机312和管道314流向管道318，控制器374控制阀324使致冷剂在管道318和326之间流动，并且控制阀360使致冷剂在管道362和320之间流动。另外，控制器374控制四通阀336使致冷剂在管道334和338，以及在管道340和343之间流动。于是，致冷剂流过第一热交换器330(风扇332运转)，热储存装置356(未发生相变)、膨胀装置342和第二热交换器366。另外，为了使流动改变方向，控制器374控制阀360、336和324，以便使致冷剂流过第二热交换器366(风扇368运转)、热储存装置356(没有发生相变)、膨胀装置342和第一热交换器330(风扇332运转)。
在图5的***410中，致冷剂从压缩机412经管道414流到管道418，控制器474控制四通阀426使致冷剂在管道424和428之间以及在管道434和436之间流动。于是，致冷剂流过第一热交换器430(风扇432运转)、热储存装置456(没有发生相变)、膨胀装置438和第二热交换器466(风扇468运转)。接着，致冷剂流动反向，控制器474控制阀426使致冷剂从管道436流到管道428，并且从管道434流到管道424。于是，通过这种布置，致冷剂流过第二热交换器466(风扇468运转)、热储存装置456(没以发生相变)、膨胀装置438和第一热交换器430(风扇432运转)。
图6中的***510与图2中的***110在旁路工况下的运行相类似。
IV混合方式
本发明的***也可以运行在“混合”方式下，在该方式下致冷剂平行流过热交换器和热储存器。例如在图1的***10中，控制器74可以控制阀24使在管道18中的一部分致冷剂流进管道26，同时使另一部分致冷剂流入管道28。接着控制阀36，以便接收来自管道36和40两者中的致冷剂，并将该混合流输送到管道38。在这种布置中，风扇32和68通常均运转，不过风扇36可以控制在低速下运转。
在另一种混合方式布置中，可以控制阀46以接收来自管道44的致冷剂并使该致冷剂流的一部分流到管道48，使另一部分流到管道50。接着，控制阀72使其接收来自导管64和70两者中的致冷剂，并将该混合致冷剂流输送到管道20，风扇32和68两者通常都运转，不过风扇68可以在低速下运行。
本***可在混合工况下或实现加热或进行致冷，或储存或排放。例如为了适应待调节空间的一部分稍热一些的需要而同时又能储存在热储存装置中，可以使***在混合工况下运行。
在特别适合图3和图5的***中的另一混合方式的布置中，第一和第二热交换器的风扇可以在低速下运行，于是在热储存装置中可使致冷剂部分液化，并在上述热交换器之一中部分地液化。与此类似，在热储存装置和在上述热交换器之一中使致冷剂部分蒸发。
V其它一些实施例
图10例举了本发明的空气调节或致冷***的另一实施例。在这个实施例中，***1010包括一个主流环路，该环路包括一台压缩机1012，一个外盘管1014、一个内盘管1016和一个热储存装置1018组成。如图所示，储热装置1018安装在从外盘管1014的出口延伸到内盘管1016的出口的第一旁通管路上，这样便可以按如下所述那样完全将内盘管1016旁路。这些部件的连接也如上述实施例所描述那样，能够使工作流体(通常是标准的致冷剂)在这些部件之间进行循环。
可以用在图10-14的实施例中所采用的热储存装置中的相变材料很多。代表性的相变材料包括在前面描述的实施例中使用的相变材料。用在图10-14的实施例中的推荐的具体的相变材料是水。
热储存装置1018的内部结构可以改变。虽然例如在图7-9中所公开的那些结构是可以认可的，但是本技术领域的技术人员所熟悉的结构也可以用。除了在此指出的结构特点之外，为了防止液相中层间温度不均匀和为了加强在相变材料和致冷剂盘管表面之间的热交换还可以进行搅拌(agitation)。
***1010还包括测量装置1020、1022以及阀1024、1026、1028和1030。测量装置1020、1022都位于第一旁通管路上。阀1030位于从内盘管1016的入口延伸到内盘管1016的出口并与第一旁通管路连通的第二旁通管路上。在第一旁通管路中流动的工作流体可以流入第二旁通管路并且在阀1030打开时完全将内盘管1016旁路。为了按照由用户通过标准接口提供的预选参量控制阀1024、1026、1028和1030也可以配置一个控制器1040。这些部件可以如图10所示的流动图那样布置，以便使***1010运行在常规、储存和排放循环下时致冷剂能通过这些部件。
在图10-14的实施例中的“常规的”循环这个术语是指热储存装置完全被旁路的情况。为使***1010在常规的循环下运行，阀1026和1028应打开，而阀1024和1030应关闭。于是，致冷剂从压缩机1012流过外盘管1014然后流到测量装置1020，开启的阀1026、1028，最后流到内盘管1016。致冷剂从内盘管1016流回到压缩机1012。
通常***1010在非峰值时间可以在常规的循环下运行，在该非峰值期间具有不需要消耗储存在装在热储存装置1018中的相变材料中能量的优点。于是，可以保持装置1018中所储存的能量以便在峰值运行期间使用。
也可以使空气调节或致冷***1010运行在储存非峰值时间的“冷量”以便在峰值期间利用的工况下，例如，如果在热储存装置1018中装的相变材料是水，可以将水结成冰，因此可以储存冷量。在这个循环中，在此称为“储存循环”，阀1024和1026关闭，而阀1028和1030打开。于是，致冷剂从压缩机1012流过外盘管1014、测量装置1020和热储存装置1018。因为阀1028打开，所以，致冷剂绕过测量装置1022。因为阀1030打开，所以致冷剂流过完全旁路内盘管1016的第二旁通管路后，直接流回到压缩机1012。
***1010也可以运行在排放循环下，以便在峰值负载周期放出储存的能量。这时，阀1024打开(将测量阀1020旁路)，同时使阀1026、1028和1030关闭。通过这种布置，致冷剂或工作流体从压缩机1012经过外盘管1014，打开的阀1024，然后从该处流到热储存装置1018。在离开热储存装置1018时，致冷剂在流回压缩机1012之前流过测量装置1022之后，流过内盘管1016。
这个实施例的优点在于：***1010的压缩机可以省掉一级或多级，即在这种布置中，一个单级压缩机作为在排放循环中的两级压缩机的第一级工作，而在储存循环中作为两级压缩机的第二级工作。另一个优点是，在相同的循环中可以在根据本发明构成的***中用单级压缩机代替多级压缩机。
例如，如果***1010利用R-22致冷剂〔冷凝温度130°F(54℃)蒸发温度-40°F(-40℃)〕和一台单级压缩机只运行在常规的循环(即不用热储存装置)，则该压缩机的压缩比将高到不能接收的程度，近似20.5，这个比值是用压缩机的排气压力(311.5psia(21.5Mpa))，除以吸入压力(15.2psia(0.104Mpa))的结果。另外，在***中利用多级压缩机将使***复杂化。
与此相反，在储存和排放循环两者中通过向***1010中提供利用热储存装置1018，便可以利用一台单级压缩机，压缩比能很好地处在允许的范围内。在储存循环中，假设用水作相变材料，致冷剂温度只需要从130°F(54℃)降到约22°F(-5℃)，就能使相变材料在32°F(0℃)结冰。该压缩机起一台两级压缩机的第二级的作用，其压缩比仅为5.2。与此类似，在排放循环中，该压缩机起两级压缩机的第一级的作用，其压缩比为约5.71，这个值也在允许范围内。
作为本发明的另外一个特点是：可以将热储存装置1018设计成在排放循环中不仅作冷凝器之用，还可以用作下游的“过冷器”。为此可以通过提供一对延伸通过热储存装置1418内部的热交换器盘管1032、1034完成。还可设置一个用于中断致冷剂流到这两个盘管中之一的阀1036(在图10中为盘管1034)。通过这种布置，致冷剂先在外盘管1014中冷凝，然后流过阀1024。致冷剂(现在主要为液态)在热储存装置1018中的盘管1032中过冷，同时借助于关闭阀1036阻止致冷剂流过盘管1034。即，因为阻止致冷剂流过盘管1034，所以在相变材料和致冷剂之间的换热只流过盘管1032。因此，在这种布置中，热储存装置1018不作为冷凝器工作。
如上所述，从热储存装置1018流入盘管1032的致冷剂流过测量装置1022，然后流过内盘管1016，并流回到压缩机1012。本技术领域的普通技术人员熟知的那些布置，例如已经在本实施例中描述和图示的双盘管布置也可以应用到本发明下述的其它实施例中。
对***1010的一些试验表明，该***可达到比不具有热储存能力的标准***更满意的蒸发温度。例如当把一个往复式压缩机(EADB-0200-CAB，由Copeland生产)用在***1010中时，蒸发温度可达-62°F(-52℃)，而与其对比的标准***的蒸发温度为-40°F(-40℃)。当把一个涡旋式压缩机(232R，由Copeland生产)用在***1010中时，蒸发温度可达-40°F(-40℃)，而与其对比的标准***的蒸发温度为-20°F(-29℃)。
图11示出了本发明的另一个实施例，如图所示，***1110包括一个主流环路，该环路由压缩机1112，外盘管1114、内盘管1116和热储存装置1118组成。热储存装置1118安装在延伸在外盘管1114的出口和内盘管1116的出口之间并且使内盘管1116旁路的旁通管路上。
还包括测量装置1120、1122、阀1124、阀1126和可选择地安装的阀1128。测量装置1120位于上述旁通管路上，而测量装置1122位于主流环路上。阀1124和1128位于上述旁通管路上，阀1126位于上述主流环路上，还可以配置一个控制器1140。
***1110还包括一个安装在热储存装置1118和内侧热交换器1116入口之间的工作流体泵1130。泵1130可以是本技术领域内普通技术人员公知的任何一种标准致冷剂泵，包括例如定量泵和离心泵。
为了使图11的实施例处于常规循环下，将阀1124和1128关闭，而将阀1126打开。流出压缩机的致冷剂流过外盘管1114，阀1126、测量装置1122和内盘管1116，然后绕过热储存装置1118，然后，致冷剂又流回到压缩机1112。
空气调节/致冷***1110也可以在储存循环下运行，此时阀1124和1128打开，而阀1126关闭。流出压缩机1112和致冷剂流过外盘管1114，经过打开的阀1124和测量装置1120到达热储存装置1118。致冷剂从热储存装置1118中的相变材料吸热之后，流过打开的阀1128，然后流回到压缩机1112。于是，在热储存装置1118中的相变材料由于致冷剂或其它工作流体的直接膨胀而凝固。这个实施例的优点在于：热储存装置1118在这种布置中实际上作为一个蒸发器工作。
接着，***1110可运行在为了在峰值负载期间排放储存的冷量的工况下。借助于关闭阀1124和1126同时保持阀1128打开使致冷剂开始在旁通管路中流动。在这种布置中，压缩机1112离线。为了使以液态为主的致冷剂流到内盘管1116而使泵1130运转，在该处致冷剂吸收热后将“冷量”释放给待调节的空间。然后主要为蒸汽的致冷剂流过打开的阀1128后返回到热储存装置1118。这个实施例的优点在于：对泵1130的电动率的需要量相对较少，可用其它能源(包括太阳、电池、风和废热发电)供峰值负载时使用。
也可以借助打开阀1126和起动压缩机1112同时在主流环路中产生致冷剂流。于是流出压缩机1112的热致冷剂流过外盘管1114，在该盘管中致冷剂被液化。因为阀1124关闭，流出外盘管1114的液态致冷剂被迫流过打开的阀1126，然后流过测量装置1122。
在接头1134处由泵1130泵出的致冷剂流与来自测量装置1122的致冷剂流汇合。该混合流流过内盘管1116，以便向待冷却空间排放冷量。在接头1136处，蒸汽流可以分流通过打开的阀1128，以便流回到热储存装置1118，并且也可以流回压缩机1112。
这个实施例的优点在于：借助于在主流环路和旁通管路中按上述那样利用并进行排放循环使***1110能迅速地冷下来。即***1110在非峰值时间储存冷量，并在峰值期间利用储存的冷量以便弥补峰值负载。在传统的致冷***中，为了力图适当地控制而迅速地冷却和在峰值负载期间控制相当高的环境温度通常要提供过剩的冷量。在本发明的***中不需要过剩的冷量，因为不要求热储存装置1118为了在蒸汽流出内盘管1116后被冷凝而起冷量积储器的作用。
另外，与类似***相比，所例举的***1110在不损失效率的前提下可以使压缩机的容量明显降低。例如，在传统***中需要用一台4吨压缩机，而在本***中只要用一台2吨的压缩机即可。
图12中示出了本发明的另一个实施例。在该实施例中，所示出的实施例可以作为热泵和空气调节或致冷***运行。如图所示，热泵和空气调节/致冷***1210包括：一台压缩机1212，外盘管1214，内盘管1216和热储存装置1218。还装有测量装置1220、1222和1224。此外，除了转换阀1226外，还装有阀1228、1230、1232和1234。***1210还包括如在结合图11所示的实施例中描述那样的致冷剂泵1240。还可能选择地装有一个控制器1252。同样可以配置一个液体分离器1250。
为了在常规的循环下作为一个热泵/空气调节***运行，将阀1232打开，同时将阀1228、1230和1234全部关闭。于是使致冷剂从压缩机1212流出，流过转换阀1226到外盘管1214，然后流过打开的阀1232，再流过测量装置1222到达内盘管1216。从该处，致冷剂可以经过转换阀1226流回到压缩机1212。在这个循环中，热储存装置1218完全被旁路。当然，通过改变转换阀1226的设定位置可以使致冷剂反向流动，并且按相反的顺序完成上述步骤。
***1210也可以作为一个包括热储存装置1218的热泵运行。为使***1210作为一个热泵在储存循环下运行，将阀1230和1234打开，而将阀1228和1232关闭。致冷剂从压缩机1212流出，流过位置设定在使致冷剂流向管道1236的转换阀1226。
因为阀1234打开，所以在管道1236中的致冷剂可以流过阀1234到达热储存装置1218并将热释放给装在装置1218中的相变材料。接着致冷剂流出热储存装置1218，并且流过测量装置1220。因为阀1230也是打开的，所以致冷剂可以流到外盘管1214，之后，经过转换阀1226流回到压缩机1212。为了促使热储存装置1218中的相变材料储存，还可以采用一个任选的辅助加热器1242。
借助本发明的实施例，可以或者在两条旁通流路之一或同时在主流环路和两条旁通流路之一两者上进行排放循环(对于热泵运行)，为了在旁通流路中的第一流路上产生致冷剂流，应打开阀1228，但阀1230、1232和1234都关闭。流出压缩机1212并流过转换阀1226的致冷剂流向管道1236，但此后不能流过阀1234，因为该阀是关闭的。于是，致冷剂只能流过内盘管1216。
当致冷剂流出内盘管1216后流过测量装置1224，到达热储存装置1218。致冷剂从装在装置1218中的相变材料中吸收能量。因为阀1230关闭，而阀1228打开，所以在管道1238中流动的致冷剂可以流过阀1228，再经过转换阀1226流回到压缩机1212。
在两个旁通流路的第二流路的排放循环中，阀1234打开，而阀1228关闭。阀1230和1232始终关闭。此外泵1240运转，压缩机1212停止转动。
于是，致冷剂流过内盘管1216，放出热量后被液化，然后(沿顺时钟方向)流过接头1246、流到泵1240。致冷剂一旦流到泵1240，就流过热储存装置1218，吸收能量后被气化。
当致冷剂流出热储存装置1218时，致冷剂可以流过开启的阀1234以便再循环到内盘管1216。也可以有选择地配置一个辅助加热器1242，以便可以随装在热储存装置1218中的相变材料的状态而工作，从而向流入的致冷剂提供附加能量。
为了使***1210运行在主流环路和两个旁通流路之一两者中的同时流动的排放循环下，将阀1232和1234都打开，并且使阀1228和1230都关闭。使泵1240和压缩机1212都运转。
于是，流出压缩机1212并流过转换阀1226的以蒸汽为主的致冷剂经过管道1236流向接头1248。这时泵1240将致冷剂泵送到热储存装置1218。流出热储存装置1218的以蒸汽为主的致冷剂流过打开的阀1234，并到达接头1248。于是，两股以蒸汽为主的致冷剂流在接头1248处汇合，然后该混合流流过内盘管1216，在内盘管中放热后被冷凝。
此时，主要为液体的致冷剂流出内盘管1216然后流到接头1246，在接头1246处，一部分致冷剂流到泵1240，并如前所述那样接着被泵送到热储存装置1218。剩余的致冷剂流过测量装置1222、打开的阀1232和外盘管1214，然后经过转换阀1226流回到压缩机1212。
***1210还可以作为空气调节器运行。为了使***1210运行在储存循环下，阀1230和1234打开，而阀1228和1232关闭。控制转换阀1226使致冷剂从压缩机1212流向管道1244。
因为阀1228关闭，致冷剂从管道1244流过外盘管1214。然后致冷剂流过打开的阀1230，经过测量装置1220，然后流入热储存装置1218，从在装置1218内的相变材料中吸收能量。致冷剂流出热储存装置1218后，流过打开的阀1234，然后可以经转换阀1226流回到压缩机1212。
空气调节器在排放循环下的运行如在图11所示的***描述中那样在主流环路和在旁通管路中并行。为了在旁通管路中产生流，将阀1234打开，使阀1228、1230和1232都关闭，使泵1240运转，压缩机1212停止运转。
因此，液态致冷剂在泵1240的驱动下流过接头1246到内盘管1216，气态的致冷剂从此处流过打开的阀1234，到达热储存装置1218，在该装置中气态致冷剂被液化。当致冷剂流出热储存装置1218时，被强迫流回到泵1240，因为阀1228和1230是关闭的。
为了在排放循环下在主流环路中产生致冷剂流，而使阀1232打开。阀1234仍打开，阀1228和1230仍关闭。此外，压缩机1212运转。于是在管道1244中的致冷剂可以流过外盘管1214，然后流过打开的阀1232和测量装置1222，最后到达接头1246。在此处，上述致冷剂与被泵1240从热储存装置1218中泵送出的致冷剂汇合。混合后的致冷剂流过内盘管1216，将“冷量”释放给待调节的空间，在流出内盘管1216时，该混合流可以分路，流过打开的阀1234，以便流回到热储存装置1218。这个混合流还流入管道1236，然后经过转换阀1226返回到压缩机1212。
图13示出本发明的另一个实施例，如图所示空气调节或致冷***1310包括：一台压缩机1312、外盘管1314、内盘管1316，和一个热储存装置1318。***1310还包括单一的一个测量装置1320和一对阀1322和1324。还配置一个致冷剂泵1326。在压缩机1312的上游可以有选择地安装一个液态致冷剂分离器1330。还可以装有一个控制器1340。
***1310可以作为一个空气调节器或一个致冷***运行在常规、储存和排放循环下。为了在常规的循环下运行，将阀1322关闭，阀1324打开。此外，压缩机1312运转，泵1326不运转。如在前面的实施例所指出那样，例如，欲阻止不希望的致冷剂流过泵1326(如果泵1326是一个离心泵)，则可能需要在管路1328上增加阀。
于是，通过这种布置，致冷剂从压缩机1312流过外盘管1314，然后流过测量装置1320。因为阀1322关闭，致冷剂绕过热储存装置1318，全部流过打开的阀1324到达内盘管1316。一旦致冷剂流过内盘管1316，如果装有液体分离器，再流过液体分离器1330，流回到压缩机1312。
为了使***1310在储存循环下运行，而使阀1324打开，阀1326关闭。压缩机1312运转，而泵1326关闭。于是，致冷剂从压缩机1312流过外盘管1314和测量装置1320，然后流过打开的阀1322，以便到达热储存装置1318。在从装在热储存装置1318内的相变材料中吸热(于是储入热储存装置的是“冷量”)后，以气体为主的致冷剂流过可选择地设置的分离器1330，然后流回到压缩机1312。
为了使***1310运行在排放循环下，而可以使致冷剂或者流过单一的旁通管路或者并行流过旁通管路和主流环路。为了在旁通管路上产生致冷剂流，而使阀1322和1324都关闭。压缩机1312停止运转，泵1326运转。泵1326驱动致冷剂流过内盘管1316，在该处，致冷剂吸热后将“冷量”排放给待调节的空间。然后，以气体为主的致冷剂流过可选择地设置的液体分离器1330并流回到热储存装置1318。
为了在排放循环下在主流环路中产生致冷剂流，同时在旁通管路中保持致冷剂流动，使压缩机1312运转，阀1324打开。阀1322仍打开，泵1326仍运行。于是，致冷剂从压缩机1312流过外盘管1314、测量装置1320和阀1324，在流回压缩机1312之前流过内盘管1316(可选择地流过液体分离器1330)。同时，致冷剂从泵1326到内盘管1361经过液体分离器1330到热储存装置1318(沿反时钟方向在旁通管路中流动)的旁通管路中流动。如前面所述，这样，便可以在不损失性能的条件下明显地降低压缩机的容量。
图14示出了要求保护的本发明的另一实施例，图14中所示的***1410可以作为一个空气调节***或一个致冷***运行，或者作为一个热泵运行。***1410包括：一台压缩机1412，外盘管1414，内盘管1416和热储存装置1418。***1410还包括：一个测量装置1420、三个阀1422、1424和1426，以及一个转换阀1428。显然，根据下面的说明，阀1426是任选的，还可以安装一个致冷剂泵1430，和任选地安装一个控制器1444。
为了使***1410运行在常规的循环下，将阀1424打开，同时关闭阀1422和1426，压缩机1412运转，泵1430停止运转。于是致冷剂从压缩机1412流过外盘管1414，然后流过测量装置1420。因为阀1422关闭，阀1424打开，所以致冷剂流过阀1424而到达内盘管1416。因为阀1426也关闭，所以流出内盘管1416的致冷剂流过管路1436并流过转换阀1428。然后，致冷剂可以流过任选的液体分离器1440到达压缩机1412。
为了使***1410作为一个热泵在储存循环下运行，将阀1426和1422打开，同时使阀1424关闭。压缩机1412运转，而泵1430停止运转。于是，致冷剂从压缩机1412流过转换阀1428到达管路1436。因为阀1426打开，而阀1424关闭，所以致冷剂流过阀1426到达热储存装置1418，并向在装置1418中的相变材料放热。在致冷剂流出热储存装置1418后，流过打开的阀1422，然后流过测量装置1420到达外盘管1414。致冷剂由此处经过转换阀1428流过任选的液体分离器1440流回到压缩机1412。
为了使***1410作为一个热泵在排放循环下运行，将阀1426打开，同时使阀1424和1422关闭。压缩机1312停止运转，而泵1430运转。可以接通辅助加热器1438。
于是，借助这种布置，泵1430驱动致冷剂流过热储存装置1418，打开的阀1426、接头1432和内盘管1416(这样，在旁通管路中致冷剂沿顺时针方向流动)。在此处，致冷剂液化，接着流过接头1442到达泵1430。因为阀1422关闭，所以致冷剂继续在旁通管路中流动，并流回到热储存装置1418，以便从相变材料和从辅助加热器1438中吸热。
为了在排放循环下致冷剂在主流环路和旁通管路中维持流动，而使阀1422关闭，但将阀1424和1426打开。压缩机1412和泵1430两者都运转。于是致冷剂从压缩机1412流过转换阀1428和管路1436到达接头1432。在此处，上述致冷剂汇合旁路流(即，经过热储存装置1418和打开的阀1426到达接头1432的致冷剂流)。经混合的致冷剂流过内盘管1416，然后流到接头1442。在接头1442处，如前所述那样，一部分致冷剂流回到旁通管路，流过泵1430和热储存装置1418。其余部分的致冷剂流过在主流环路上的接头1442，流过测量装置1420和外盘管1414，最后经过转换阀1428和任选的液体分离器1440流回到压缩机1412。
如前面所述，***1410还可以作为一个空气调节***或致冷***运行。在储存循环中，阀1422和1426打开，同时阀1424关闭。压缩机1412运转，泵1430停转。致冷剂从压缩机1412流过转换阀1428到达外盘管1414。接着，致冷剂流过测量装置1420和打开的阀1422到达热储存装置1418，并从装置1418中的相变材料中吸热(即，使相变材料储“冷”)。致冷剂从此处流过打开的阀1426，然后流回到压缩机1412。
为了使***1410作为一个空气调节***或一个致冷***在排放循环下运行，而使阀1426打开，阀1422和1424关闭，以便在旁通管路中产生致冷剂流。压缩机1412停止运转，泵1430运转。泵1430驱动致冷剂流过内盘管1416，流过打开的阀1426和热储存装置1418(因此，致冷剂沿反时针方向流动)。因为阀1422关闭，所以致冷剂只能流回到泵1430，然后继续在旁通管路中环流。
为了在排放循环下使致冷剂在主流环路和旁通管路中维持流动，将阀1424和1426都打开，使阀1422关闭。使泵1430和压缩机1412都运转。于是，致冷剂从压缩机1412流过转换阀，然后流过外盘管1414和测量装置1420，接着流过打开的阀1424并到达接头1442。同时，如上所述，致冷剂在旁通管路中流动。于是，在接头1442处经混合的致冷剂流过内盘管1416而被蒸发，然后流过接头1432。如前面所述那样，在该处，一部分致冷剂流过旁通管路，经过阀1426到达热储存装置1418，在此处，致冷剂被液化，然后流到泵1430。致冷剂的其余部分继续在主流环路中流动，流过接头1432，然后经过转换阀1428流回到压缩机1412。
图15示出了本发明的另一实施例。***1510包括：一台压缩机1512，外盘管1514、内盘管1516和热储存装置1518。***1510还包括：测量装置1546、1548、三个阀1522、1524和1526，以及一个转换阀1528。还可以配置一个致冷剂泵1530。也可选择地安装一个控制器1544、一个液体分离器1540和一个延伸到热储存装置1518的加热线圈1538。
为了使***1510运行在常规的循环中，将阀1524打开，同时使阀1522和1526关闭。压缩机1524运行，而泵1530停止运转。于是，致冷剂从压缩机1512流过外盘管1514，流过打开的阀1524，流过测量装置1520到达内盘管1516。流出内盘管1516的致冷剂流过管路1536，然后流过转换阀1528。接着，致冷剂可以流过任选的液体分离器1540到达压缩机1512。
为了使***1510作为一个空气调节器运行在储存循环中，而使阀1526打开，同时使阀1522和1524关闭。压缩机1512运转，泵1530停止运转。致冷剂从压缩机1512流过转换阀1528到达外盘管1514，接着，致冷剂流过测量装置1548和热储存装置1518，并从装置1518中的相变材料中吸热。从此处，致冷剂流过打开的阀1526，然后流回到压缩机1512。
为了使***1510在排放循环下运行，将阀1524和1526闭合，同时使阀1522打开。气态致冷剂从压缩机1512流入外盘管1514并液化，接着，以液体为主的致冷剂流过接头1550，到达打开的阀1522。接着致冷剂流过接头1560到达热储存装置1518。以液体为主的致冷剂在热储存装置1518中过冷，然后经过管路1554流出。
因为泵1530仍没有运转，所以致冷剂流过测量装置1546，然后流过接头1542到达内盘管1516，在此处，致冷剂蒸发。流出内盘管1516的过热蒸汽致冷剂流过接头1532，然后经过转换阀1528流回到压缩机1512。
***1510在预定的时间周期内完成在这种布置下的运行后，液体致冷剂流入泵1530的入口管路。这个实施例的优点在于：泵1530只在这一时刻运行，从而减少了当入口管线内没有致冷剂时泵1530起动的可能性。在这一时刻，阀1522关闭，而阀1526打开。***1510然后可以按先前在图14所描述的相同的方式运行在排放循环下。
虽然上面参照一些优选实施例对本发明进行了详细描述，但是各种改型和变种也都在本发明的下述权利要求书的保护范围内。

Claims (32)

1.一种用于加热或冷却一个空间的装置，包括：
主流环路，该主流环路包括：压缩机，外侧热交换器、内侧热交换器，通过连接能使工作流体在它们之间环流，该装置还包括位于外侧热交换器和内侧热交换器之间并可供选择地阻止外侧热交换器和内侧热交换器之间流动的第一阀；
跨接在外侧热交换器的出口和内侧热交换器出口之间的旁通管路，该旁通管路使流体从外侧热交换器绕过内侧热交换器流到压缩机；
配置在上述旁通管路上的热储存装置；以及
配置在热储存装置和内侧热交换器的入口之间的工作流体泵，该工作流体泵使工作流体在内侧热交换器和旁通管路上的热储存装置之间的环流与主流环路中的工作流体环流独立。
2.如权利要求1所述的装置，还包括一个配置在外侧热交换器和内侧热交换器之间的主流环路中的第一测量装置。
3.如权利要求2所述的装置，其中，第一测量装置配置在上述第一阀和内侧热交换器之间，以便使第一阀可供选择地阻止工作流体在外侧热交换器和第一测量装置之间流动。
4.如权利要求2所述的装置，其中，第一测量装置配置在外侧热交换器和上述第一阀之间，以便使第一阀可供选择地阻止工作流体在外侧热交换器和内侧热交换器之间流动，但允许其在外侧热交换器和上述测量装置之间流动。
5.如权利要求1所述的装置，还包括：配置在外侧热交换器和在旁通管路上的热储存装置之间的第二测量装置。
6.如权利要求5所述的装置，还包括位于外侧热交换器和第二测量装置之间以便可供选择地阻止工作流体在外侧热交换器和旁通管路之间流动的第二阀。
7.如权利要求1所述的装置，还包括配置在外侧热交换器和旁通管路上的热储存装置之间以便可供选择地阻止工作流体在外侧热交换器和旁通管路之间流动的第二阀。
8.如权利要求1所述的装置，还包括配置在热储存装置和内侧热交换器之间的旁通管路上的第三阀。
9.如权利要求1所述的装置，还包括配置在内侧热交换器和压缩机之间的液体分离器。
10.如权利要求9所述的装置，其中，上述液体分离器配置在旁通管路和主流环路之间的接头处。
11.如权利要求1所述的装置，还包括配置在主流环路上并在压缩机与内侧和外侧热交换器之间以便使工作流体的流动方向反向的转换阀。
12.如权利要求1所述的装置，还包括向热储存装置供热的辅助加热器。
13.如权利要求1所述的装置，还包括延伸到热储存装置的第一和第二盘管以及第四阀，该第四阀可供选择地阻止致冷剂流过第一或第二盘管之一。
14.一种用于加热或冷却一个空间的装置，该装置包括：
主流环路，该主流环路包括：压缩机、外侧热交换器、内侧热交换器，通过连接以便使工作流体在它们之间环流，该装置还包括位于外侧热交换器和内侧热交换器之间以便可供选择地阻止工作流体在外侧热交换器和内侧热交换器之间流动的第一阀；
跨接在外侧热交换器的出口和内侧热交换器的入口之间的第一旁通管路；
配置在第一旁通管路上的热储存装置；
跨接在内侧热交换器的入口和内侧热交换器出口之间并与第一旁通管路连通以便绕过内侧热交换器的第二旁通管路；以及
配置在第二旁通管路上以便可供选择地阻止工作流体流过第二旁通管路的第二阀。
15.如权利要求14所述的装置，还包括：配置在外侧热交换器和在第一旁通管路上的热储存装置之间的第一测量装置。
16.如权利要求15所述的装置，还包括：配置在主流环路上并在外侧热交换器和第一阀之间的第三阀，该第三阀可供选择地阻止工作流体在外侧热交换器和第一阀之间流动，借此迫使工作流体流过第一测量装置。
17.如权利要求14所述的装置，还包括配置在旁通管路上，在热储存装置和内侧热交换器之间的第二测量装置。
18.如权利要求17所述的装置，还包括配置在主流环路上并在内侧热交换器和第一阀之间的第四阀，该第四阀用于可供选择地阻止工作流体在第一阀和内侧热交换器之间流动，借此迫使工作流体流过第二测量装置。
19.如权利要求14所述的装置，还包括配置在内侧热交换器和压缩机之间的液体分离器。
20.如权利要求14所述的装置，还包括延伸到热储存装置的第一和第二盘管以及用于可供选择地阻止工作流体流过第一或第二盘管之一的第五阀。
21.一种利用加热或致冷***从一个热储存装置放出储存能量来加热或冷却一个空间的方法，该***包括：外侧热交换器、内侧热交换器、压缩机和工作流体泵，该方法包括下述步骤：
利用工作流体泵使工作流体在热储存装置和内侧热交换器之间流动；
冷凝在热储存装置中的工作流体，蒸发在内侧热交换器中的工作流体，借此冷却该空间；
利用压缩机使工作流体在外侧热交换器和内侧热交换器之间流动，同时在热储存装置和内侧热交换器之间维持工作流体流动；以及
冷凝在外侧热交换器中的工作流体，并蒸发在内侧热交换器中的工作流体，借此进一步冷却上述空间。
22.如权利要求21所述的方法，还包括控制热储存装置和内侧热交换器之间的工作流体流量与外侧热交换器和内侧热交换器之间的工作流体流量的比例的步骤。
23.如权利要求21所述的方法，还包括在冷凝内侧热交换器中的工作流体之后和在蒸发热储存装置中的工作流体之前，使工作流体的压力降低到一个预定水平的步骤。
24.如权利要求21所述的方法，还包括在蒸发内侧热交换器中的工作流体之前降低工作流体压力的步骤。
25.如权利要求21所述的方法，其中，上述***还包括延伸到热储存装置上的第一和第二热交换器，该方法还包括在冷凝热储存装置中的工作流体之前阻止工作流体流过第一热交换器，以便使热储存装置起过冷器作用的步骤。
26.一种如权利要求21所述的方法，还包括下述步骤：
使工作流体的流动方向反向；
冷凝热储存装置中的工作流体，并蒸发外侧热交换器中的工作流体，以便使热储存装置储存；
利用工作流体泵在热储存装置和内侧热交换器之间产生工作流体流；
蒸发热储存装置中的工作流体，并冷凝内侧热交换器中的工作流体，以便加热该空间；和
利用压缩机在外侧热交换器和内侧热交换器之间产生工作流体流，同时维持在热储存装置和内侧热交换器之间的工作流体流；以及
蒸发外侧热交换器中的工作流体，并冷凝内侧热交换器中的工作流体，以便进一步加热该空间。
27.如权利要求26所述的方法，还包括在冷凝热储存装置中的工作流体之后和在蒸发外侧热交换器中的工作流体之前使工作流体的压力降低到一个预定水平的步骤。
28.如权利要求26所述的方法，其中，上述***还包括辅助加热器，该方法还包括为了蒸发热储存装置中的工作流体而接通该辅助加热器的步骤。
29.一种使热储存装置储存热能然后使热储存装置排放以便冷却一个空间的方法，该***包括：外侧热交换器，第一测量装置、用于可供选择地旁路第一测量装置的第一旁通管路，包括热储存介质的热储存装置、第二测量装置、内侧热交换器、用于可供选择地旁路第二测量装置和内侧热交换器的第二旁通管路，压缩机和致冷剂；该方法包括下述步骤：
通过下述步骤使热储存装置储存：
使致冷剂压缩后在外侧热交换器中经预冷并由蒸汽冷凝成液体；
使液态致冷剂流过第一测量装置；
蒸发热储存装置中的致冷剂，同时使热从致冷剂中排放给热储存介质；
使致冷剂蒸汽流过第二旁通管路到达压缩机；和
在压缩机中压缩该致冷剂蒸汽；以及
通过下述步骤使热储存装置排放；
在致冷剂被压缩后，使外侧热交换器中的致冷剂蒸汽预冷；
使致冷剂流过第一旁通管路；
使热从热储存装置内的致冷剂中放出，以便冷凝致冷剂；
使液态致冷剂流过第二测量装置；
蒸发内侧热交换器中的致冷剂；和
在压缩机中压缩致冷剂蒸汽。
30.如权利要求29所述的方法，还包括在使热储存装置储存和使热储存装置排放之间进行切换的步骤，所述的储存是通过使致冷剂流过第一测量装置和第二旁通管路完成的；所述的排放是使致冷剂流过第一旁通管路，第二测量装置和内侧热交换器完成的。
31.一种使热储存装置储存热能和使热储存装置排放以便冷却一个空间的方法，该***包括：外侧热交换器、第一测量装置、可供选择地旁路第一测量装置的第一旁通管路，包括热储存介质的热储存装置、第二测量装置、内侧热交换器、用于可供选择地旁路第二测量装置和内侧热交换器的第二旁通管路、压缩机和致冷剂，该方法包括下述步骤：
通过下述步骤使热储存装置储存：
在致冷剂被压缩后，使外侧热交换器中的致冷剂蒸汽预冷和冷凝成液体；
使液体致冷剂流过第一测量装置；
蒸发热储存装置中的致冷剂，同时使热从热储存介质中放出；
使致冷剂蒸汽流过第二旁通管路到达压缩机；和
在压缩机中压缩致冷剂蒸汽；以及
通过下述步骤使热储存装置排放；
在致冷剂压缩后，使外侧热交换器内的致冷剂蒸汽预冷并冷凝；
使液态致冷剂流过第一旁通管路；
通过把热从致冷剂中排放到热储存介质中使热储存装置中的致冷剂过冷；
使液态致冷剂膨胀并通过第二测量装置；
蒸发在内侧热交换器内的液态致冷剂；
在压缩机中压缩致冷剂蒸汽。
32.如权利要求31所述的方法，还包括在使热储存装置储存和使热储存装置排放之前进行切换的步骤，所述的储存是通过使致冷剂流过第一测量装置和第二旁通管路完成的，所述的排放是使致冷剂流过第一旁通管路、第二测量装置和内侧热交换器完成的。
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