CN205505272U - 一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机 - Google Patents

Abstract

一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机，由储冰储热容器和水‑水热泵及两端的设备组成。储冰储热容器由壳体、圆柱形翅片换热器、左右侧封头构成，壳体内设置有圆柱形翅片换热器，左右侧封头、壳体、圆柱形翅片换热器通过翅片组左右侧环形板、封头与壳体法兰密封垫片、封头与壳体法兰固定螺栓连接构成一个整体。本实用新型利用低谷电制冰蓄冷、蓄热，夏季可以在蓄冷的同时把冷却水的热能储存起来，能效比高达1：6，冬季1kg水的蓄热量可以达到728kj。本实用新型主要应用于利用低谷电夏季制冰蓄冷的空调领域和冬季蓄热的采暖领域。

Description

一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机

技术领域

本实用新型涉及一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机，主要应用于利用低谷电夏季制冰蓄冷的空调领域和冬季蓄热的采暖领域。

背景技术

由于水——冰的相变潜热很大（335kj/kg）,1kg的水从12℃降至0℃的冰所吸收（释放）的冷量（热量）为385kj，因此，利用低谷电制冰蓄冷、融冰蓄热，是夏季蓄冷空调领域和冬季蓄热采暖领域的一项重要技术措施。

由于水制成冰后体积膨胀、加之冰的导热系数变低的原因，在现有的制冰技术中，冰盘管式储冰槽和完全冻结式储冰罐，都必须给冰的膨胀预留空间，一般是敞开式的，而且许多工程的储冰槽或储冰罐是根据现场条件现场制作的，而密封件式储冰容器又存在着制造成本高，这几种储冰容器都存在着制冰蓄冷——放冷效率低的缺陷，而无法形成定型的产品，不能普遍应用在蓄冷空调领域。

现有的低谷电水蓄热采暖技术，一般的蓄热——放热的水温是40℃——90℃，每1kg水储存的热量只有4.186*50=209kj。如果实现冬季采暖的蓄热量与夏季空调冰的蓄冷量相同，储热容积要增加84%，由于储热水箱容积的增大，使得设备的占地面积增大，建筑物的承重负载增大，而使得一些大型采暖工程无法实施。

实用新型内容

为了解决现有技术存在的问题，本实用新型提供一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机，由储冰储热容器和水-水热泵及两端的设备组成。冬季和夏季都使用同一个储冰储热容器，这种储冰储热容器在夏季制冰蓄冷--放冷水温0℃-12℃、冬季蓄热--放热水温2℃-94℃的情况下，蓄冷、蓄热量均为385kj/kg,这种储冰储热容器壳体内设置有圆柱形翅片换热器，冰凝结在翅片上，翅片弥补了冰的导热系数低的缺陷，本实用新型制冰蓄冷——放冷、融冰蓄热——放热效率高，设备操作简单可靠，可以形成定型产品，主要应用于利用低谷电夏季制冰蓄冷的空调领域和冬季蓄热的采暖领域。

本实用新型所采用的技术方案：

一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机，由储冰储热容器和水-水热泵及两端的设备组成。水-水热泵的蒸发器端包括：储冰储热容器、膨胀排气罐、电锅炉、循环水泵、管路阀门；冷凝器端包括：冷却塔、板式换热器、卫生热水保温水箱、循环水泵、管路阀门、末端用户组成。蒸发器端循环管路中的循环介质是载冷剂；冷凝器端循环管路中的循环介质是自来水。

储冰储热容器由下列部件构成：

壳体、壳体保温层、右侧封头、左侧封头、圆柱形翅片换热器、进水口、排气溢流管、密封螺帽、O型密封胶圈、封头与壳体法兰密封垫片、封头与壳体法兰固定螺栓、载冷剂进口管、载冷剂出口管、载冷剂进口分液管、载冷剂出口集中管、翅片、翅片间载冷剂循环管、翅片组右侧环形板、翅片组右侧端板、翅片组右侧端板间固定螺栓、翅片组左侧环形板、翅片组左侧端板、翅片组左侧端板间固定螺栓、翅片组端板与环形板固定螺栓。

储冰储热容器的结构特征：

壳体内设置有圆柱形翅片换热器，左右侧封头、壳体、圆柱形翅片换热器通过翅片组左右侧环形板、封头与壳体法兰密封垫片、封头与壳体法兰固定螺栓连接构成一个整体；右侧封头与载冷剂的进出口管之间由O型密封胶圈通过密封螺帽密封，构成了载冷剂循环管路之外、壳体内的密封空间和载冷剂循环管路之内的密封空间，载冷剂循环管路内装入载冷剂，壳体内装入自来水。

为便于装配，翅片组左右侧环形板的外径小于壳体的内径，环形板与壳体之间是动配合；左右侧封头的外径小于左右侧环形板的内径，封头与环形板之间是动配合。

优选的，所述的圆柱形翅片换热器由下列方式构成：翅片、翅片间载冷剂循环管两侧是翅片组左右侧端板、翅片组左右侧环形板。左右侧端板与左右侧环形板通过翅片组端板与环形板固定螺栓固定；左右侧端板之间由左右侧端板间固定螺栓固定；载冷剂进口管与载冷剂进口分液管连接，载冷剂进口分液管与翅片间载冷剂循环管连接；载冷剂出口管与载冷剂出口集中管连接，载冷剂出口集中管与翅片间载冷剂循环管连接。

优选的，由翅片、翅片间载冷剂循环管、翅片组右侧端板、翅片组左侧端板构成一个翅片组，每个翅片组的结构形式与液体——空气换热器的结构形式相似，由于液体——液体间的换热系数较大，因此，这时需要翅片面积更小，翅片间的间距更大，翅片组竖向翅片间载冷剂循环管的排数，可以是2排的、3排的、4排的。

优选的，为给冰膨胀预留空间，壳体的内半径与圆柱形翅片换热器中翅片的外沿半径之差大于翅片之间的间距。

优选的，右侧封头上的密封螺帽，当管径大于DN50时，可采用法兰连接的方式。

优选的，所述的封头与壳体法兰密封垫片由非刚性材料制成的。

储冰储热容器的工作过程：

夏季蓄冷：

低谷电时间段中启动水-水热泵：

蒸发器端：出水温度7℃—— -3.3℃，回水温度12℃—— -2℃，载冷剂通过循环管路进入储冰储热容器，提取容器内水中的热能，当载冷剂的回水温度到达0℃以下的某个数值时（如-1℃），刚好圆柱形翅片换热器内结满了冰或冰晶，而圆柱形翅片换热器的周围仍然是0℃的水，冰膨胀使周围0℃的水通过排气溢流管进入到膨胀排气罐，此时，蒸发器端完成制冰蓄冷的过程，水-水热泵停止工作；

冷凝器端：对于有需求卫生热水的场合，如宾馆、洗浴中心等，冷凝器端所释放热能的冷却水先进入到卫生热水保温水箱循环升温至45℃-50℃以备使用，多余的热能通过冷却塔释放到空气中；

若把制取卫生热水计算在内，此时水-水热泵在低谷电的时间段运行的能效比（cop值）可以达到1：6。

夏季冷量的释放：

水-水热泵在非低谷电的时间段中停止运行，载冷剂通过循环管路进入到储冰储热容器，提取容器内冰的冷量到板式换热器把冷量传递给末端用户。

冬季蓄热：

在低谷电的时间段中启动电锅炉，水-水热泵停止工作，把储冰储热容器内中的水加温到94℃。

冬季热量的释放：

电锅炉在非低谷电的时间段中停止运行，载冷剂通过循环管路进入到储冰储热容器，提取容器内水的热能到板式换热器把热量传递给末端用户；

当容器内的水温降到35℃以下时，板式换热器停止工作，水-水热泵开始工作，蒸发器端载冷剂提取储冰储热容器内水的热能，把水温从35℃下降到2℃，冷凝器端把循环水水温提升到45℃-50℃并将其热能输送给末端用户；

此时，水-水热泵在非低谷电时间段运行的综合能效比为1：4，那么，每提1kg水的热能，热泵的用电量是（35-2）*4.186/4=34.5kj,因此，非低谷电的用电量只占低谷电用电量的34.5/385=9%；

对于冬季热量需求量大于夏季冷量的地区的用户，或冬季极端低气温天气末端热能需求量较大时，可以把储冰储热容器内的水温降到冰点形成0℃的冰，此时，储冰储热容器内水的蓄热量可以达到728kj/kg，这个蓄热量比固体蓄热砖150℃-750℃的蓄热量还要大。

本实用新型的有益效果：

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：

a)、储冰储热容器，制冰蓄冷——放冷、融冰蓄热——放热效率高，设备操作简单，主要应用于利用低谷电夏季制冰蓄冷的空调领域和冬季蓄热的采暖领域；

b)、夏季在利用低谷电蓄冷时，可以把冷却水的热能也储存起来，夏季的能效比高达1：6；

c)、储冰储热容器冬季的储热量大，储热的温度2℃-94℃，释放热量的温度94℃-2℃，此时，热泵机组在非低谷电时间段的耗电量只是低谷电耗电量的9%；对于冬季热能需求量大的用户，或极端低气温天气时，低谷电加热的温度可以把0℃的冰融化并加热到94℃，热能释放时，把水从94℃下降到0℃并形成冰，水的蓄热量高达728kj/kg。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理图；

图2为储冰储热容器结构图；

图3为圆柱形翅片换热器结构主视剖面图；

图4为壳体剖面图；

图5为左侧封头剖面图；

图6为右侧封头剖面图；

图7为左侧封头与壳体、圆柱形翅片换热器连接处局部放大图；

图8为右侧封头与壳体、圆柱形翅片换热器连接处局部放大图；

图9为圆柱形翅片换热器右视图；

图10为密封螺帽、O型密封胶圈连接处局部放大图。

图中：各部件的序号和名称如下：

1、储冰储热容器；2、排气溢流管；3、封头与壳体法兰密封垫片；4、壳体；5、封头与壳体法兰固定螺栓；6，翅片组端板与环形板固定螺栓；7、壳体保温层；8、右侧封头；9、载冷剂进口分液管；10、密封螺帽；11、载冷剂进口管；12、O型密封胶圈；13、进水口；14、载冷剂出口管；15、载冷剂出口集中管；16、翅片组右侧环形板；17、翅片组右侧端板；18、翅片组右侧端板间固定螺栓；19、翅片间载冷剂循环管；20、翅片；21、圆柱形翅片换热器；22、翅片组左侧端板；23、翅片组左侧环形板；24、左侧封头；25、翅片组左侧端板间固定螺栓；26，膨胀排气罐；27、管路阀门27；28、管路阀门28；29、蒸发器；30、水-水热泵；31、压缩机；32、制冷剂循环管路；33、冷凝器；34、管路阀门34；35、管路阀门35；36、冷却塔；37、卫生热水保温水箱；38、单向阀；39、末端用户；40、末端循环水泵；41、板式换热器；42、管路阀门42；43、冷凝器端循环水泵；44、旁通阀；45、电锅炉；46、膨胀阀；47、载冷剂循环管路；48、管路阀门48；49、蒸发器端循环水泵。

具体实施方式

参见图1，本实用新型提供了一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机，由储冰储热容器1和水-水热泵30及两端的设备组成。水-水热泵30的蒸发器端包括：储冰储热容器1，膨胀排气罐2，电锅炉45，蒸发器端循环水泵49，管路阀门27、28、48；冷凝器端包括：冷却塔36，板式换热器41，卫生热水保温水箱37，末端循环水泵40，冷凝器端循环水泵43，管路阀门34、35、42，末端用户39组成。蒸发器端循环管路47中的循环介质是载冷剂；冷凝器端循环管路中的循环介质是自来水。

参见图2储冰储热容器1由下列部件构成：

壳体4，壳体保温层7，右侧封头8，左侧封头24，圆柱形翅片换热器21，进水口13，排气溢流管2，密封螺帽10，O型密封胶圈12，封头与壳体法兰密封垫片3，封头与壳体法兰固定螺栓5，载冷剂进口管11，载冷剂出口管14，载冷剂进口分液管9，载冷剂出口集中管15，翅片20，翅片间载冷剂循环管19，翅片组右侧环形板16，翅片组右侧端板17，翅片组右侧端板间固定螺栓18，翅片组左侧环形板23，翅片组左侧端板22，翅片组左侧端板间固定螺栓25，翅片组端板与环形板固定螺栓6。

参见图3、图9圆柱形翅片换热器21由下列部件构成：

翅片20，翅片间载冷剂循环管19，翅片组左侧端板22与翅片组左侧环形板23通过翅片组端板与环形板固定螺栓6固定；翅片组右侧端板17与翅片组右侧环形板16通过翅片组端板与环形板固定螺栓6固定；翅片组左侧端板之间由翅片组左侧端板间端固定螺栓25固定；翅片组右侧端板之间由翅片组右侧端板间固定螺栓18固定；载冷剂进口管11与载冷剂进口分液管9连接；载冷剂进口分液管9与翅片间载冷剂循环管19连接；载冷剂出口管14与载冷剂出口集中管连接15；载冷剂出口集中管15与翅片间载冷剂循环管19连接。

水-水热泵30由下列部件构成：

蒸发器29，冷凝器33，压缩机31，膨胀阀46，制冷剂循环管路32。

壳体4，左侧封头24，右侧封头8，圆柱形翅片换热器21，载冷剂进、出口管11、14之间的装配关系：

壳体4与圆柱形翅片换热器21上的左右侧环形板16、23之间是动配合，￠1﹥￠2；左右侧环形板16、23与左右侧封头8、24之间是动配合，￠2﹥￠3；右侧封头8上载冷剂进、出口管11、14与右侧封头8之间是动配合，￠4﹥￠5。

储冰储热容器1的工作过程：

夏季蓄冷：

低谷电时间段中启动水-水热泵30：

蒸发器端：出水温度7℃—— -3.3℃，回水温度12℃—— -2℃，开启管路阀门28；关闭管路阀门27、48；开启蒸发器端循环水泵49，载冷剂通过循环管路进入储冰储热容器1，提取容器内水中的热能，当载冷剂的回水温度到达0℃以下的某个数值时（如-1℃），刚好圆柱形翅片换热器21内结满了冰或冰晶，而圆柱形翅片换热器21的周围仍然是0℃的水，冰膨胀使周围0℃的水通过排气溢流管2进入到膨胀排气罐26，此时，蒸发器端完成制冰蓄冷的过程，水-水热泵30停止工作；

冷凝器端：关闭管路阀门42；对于有需求卫生热水的场合，如宾馆、洗浴中心等，开启冷凝器端循环水泵43，冷却水先进入到卫生热水保温水箱37循环升温至45℃-50℃以备使用，此时，要开启管路阀门35、关闭管路阀门34；制热水完成后，关闭管路阀门35、开启管路阀门34，多余的热能通过冷却塔36释放到空气中。

夏季冷量的释放：

关闭管路阀门28、27、42，开启管路阀门48，开启蒸发器端循环水泵49，开启末端循环水泵40，关闭冷凝器端循环水泵43，开启旁通阀44，板式换热器41处于工作状态，水-水热泵30在非低谷电的时间段中停止运行，载冷剂通过载冷剂循环管路47进入到储冰储热容器1，提取容器内冰的冷量经旁通阀44到板式换热器41把冷量传递给末端用户39；

夏季极端高温天气蓄冷量满足不了末端需求时，开启管路阀门28、27；关闭管路阀门48、42，开启旁通阀44，开启蒸发器端循环水泵49，开启末端循环水泵40，板式换热器41处于工作状态，开启冷凝器端循环水泵43，开启管路阀门34，开启水-水热泵30，水-水热泵30蒸发器端产生的冷冻水经旁通阀44到板式换热器41把冷量传递给末端用户39；冷凝器端冷却水的热能通过冷却塔36释放到空气中。

冬季蓄热：

关闭管路阀门28，27，开启管路阀门48，关闭旁通阀44，低谷电的时间段中启动电锅炉45，水-水热泵30停止工作，开启蒸发器端循环水泵49，把储冰储热容器1内中的水加温到94℃。

冬季热量的释放：

电锅炉45在非低谷电的时间段中停止运行，开启旁通阀44，关闭管路阀门28、27、42，开启管路阀门48，开启蒸发器端循环水泵49，开启末端循环水泵40，板式换热器41处于工作状态，载冷剂通过载冷剂循环管路47进入到储冰储热容器1，提取容器内水的热能经旁通阀44到板式换热器41把热量传递给末端用户39；

当储冰储热容器1内的水温降到35℃以下时：

蒸发器端：开启管路阀门28，关闭管路阀门27、48，开启蒸发器端循环水泵49，水-水热泵30工作，把水温从35℃下降到2℃；

冷凝器端：开启冷凝器端循环水泵43，开启管路阀门42，关闭管路阀门34、35，关闭末端循环水泵40，板式换热器41停止工作，水-水热泵30工作，把冷却水的水温提升到40℃-50℃经单向阀38将其热能输送给末端用户39；

当冬季遇到极端低温天气末端热能需求量较大时，可把储冰储热容器1内的水温降到冰点形成0℃的冰，此时，容器内水的蓄热量高达728kj/kg 。

当储冰储热容器1与空气源热泵组合时，可以应用在夏季制冰蓄冷的空调领域：蓄冷时空气源热泵产生的冷冻水（防冻液）将储冰储热容器1内的水制成0℃的冰，放冷时将储冰储热容器1内冰的冷量释放给末端用户39；冬季采暖时，由空气源热泵产生的热水（或防冻液）直接提供给末端用户39，储冰储热容器1只起到热量的平衡缓冲作用。

Claims (6)

1.一种低谷电蓄热蓄冷热泵空调机，由储冰储热容器和水-水热泵及两端的设备组成，储冰储热容器由壳体、壳体保温层、右侧封头、左侧封头、圆柱形翅片换热器、进水口、排气溢流管、密封螺帽、O型密封胶圈、封头与壳体法兰密封垫片、封头与壳体法兰固定螺栓、载冷剂进口管、载冷剂出口管、载冷剂进口分液管、载冷剂出口集中管、翅片、翅片间载冷剂循环管、翅片组右侧环形板、翅片组右侧端板、翅片组右侧端板间固定螺栓、翅片组左侧环形板、翅片组左侧端板、翅片组左侧端板间固定螺栓、翅片组端板与环形板固定螺栓构成，其特征在于，壳体内设置有圆柱形翅片换热器，左右侧封头、壳体、圆柱形翅片换热器通过翅片组左右侧环形板、封头与壳体法兰密封垫片、封头与壳体法兰固定螺栓连接构成一个整体，右侧封头与载冷剂的进出口管之间由O型密封胶圈通过密封螺帽密封。

2.根据权利要求1所述的热泵空调机，其特征在于，所述的圆柱形翅片换热器由翅片、翅片间载冷剂循环管、翅片组左侧端板、翅片组右侧端板、翅片组右侧环形板、翅片组左侧环形板构成，左右侧端板之间由左右侧端板间固定螺栓固定，左右侧环形板与左右侧端板之间由翅片组端板与环形板固定螺栓固定。

3.根据权利要求1所述的热泵空调机，其特征在于，所述的翅片、翅片间载冷剂循环管、翅片组右侧端板、翅片组左侧端板构成一个翅片组，每个翅片组竖向翅片间载冷剂循环管的排数，可以是2排的、3排的、4排的。

4.根据权利要求1所述的热泵空调机，其特征在于，所述圆柱形翅片换热器周围与壳体之间留有冰膨胀的空间，壳体的内半径与圆柱形翅片换热器中翅片的外沿半径之差大于翅片之间的间距。

5.根据权利要求1所述的热泵空调机，其特征在于，所述的密封螺帽，当管径大于DN50时，可采用法兰连接的方式。

6.根据权利要求1所述的热泵空调机，其特征在于，所述的封头与壳体法兰密封垫片，由非刚性材料制成。