蓄能相变材料及使用该材料的蓄能式空气源热泵除霜系统

摘要

蓄能相变材料及使用该材料的蓄能式空气源热泵除霜系统，它涉及的是制冷设备(F25)技术领域。它可解决现有的空气源热泵热气除霜可靠性差、运行效果差等问题。蓄能相变材料的化学成分由CaCl2·6H2O、成核剂组成；8的第三端口通过2、1与8的第一端口相连，8的第四端口通过7、6、5、4、3与9的一端口、13的一端口相连，13的另一端口与管口14－4、12的一端口相连，9的另一端口与12的另一端口、11的一端口相连，管口14－5连接10的一端口，11的另一端口、10的另一端口与8的第二端口相连。本发明中的材料具有良好放热性、能量密度大的特点；其系统能从系统制热、余热蓄能、释能除霜到制热功能之间的转换。

说明书

技术领域：

本发明涉及的是制冷设备(F25)技术领域，具体是一种蓄能相变材料及使用该材料的蓄能式空气源热泵除霜系统。

背景技术：

目前，公认的空气源热泵热气除霜系统有两种方式：一是压缩机的高温热气通过旁通管路直接进入蒸发器进行除霜；二是利用四通换向阀，将热泵由制热工况运行变为制冷工况运行。但是，由于在热气除霜过程中，供除霜用的能量基本来自压缩机的耗功，供给除霜用的热量不足，由此引起除霜过程中吸排气压力变化剧烈，对压缩机的冲击大；系统制冷剂的回流量大，造成液击的可能性增大；除霜开始时吸气压力过低，可能出现低压保护停机；除霜时间过长而使能耗损失大；除霜效果差，蒸发器表面残留融霜水，导致供热运行开始时，又再次结为薄冰，为下次除霜带来更大困难，久而久之，出现蒸发器结冰而无法运行；除霜结束后，恢复供热效果差，向室内吹冷风，而对室内环境造成很大影响等，从而导致空气源热泵运行效果不理想，运行稳定性和可靠性差。已有蓄能相变材料在放热性及相变性上都非常不稳定，还有其能量密度过小而不能满足对上述系统改造的技术要求。

发明内容：

本发明的目的是提供一种蓄能相变材料及使用该材料的蓄能式空气源热泵除霜系统。本发明可解决现有的空气源热泵热气除霜时供融霜用的热量不足而引起的除霜可靠性差、能耗损失大、运行效果差等问题，及现有蓄能材料不能满足其除霜系统改造的问题。蓄能相变材料的化学成分由CaCl₂·6H₂O、成核剂组成，CaCl₂·6H₂O的质量百分比为95～99％，成核剂的质量百分比为1～5％；使用上述材料的蓄能式空气源热泵除霜系统包含压缩机1、气液分离器2、干燥过滤器3、第一毛细管4、单向阀5、第二毛细管6、室外换热器7、四通换向阀8、室内换热器9；压缩机1的输出端管口连接四通换向阀8的第一输入输出端管口，压缩机1的输入端管口连接气液分离器2的输出端管口，气液分离器2的输入端管口连接四通换向阀8的第三输入输出端管口，四通换向阀8的第四输入输出端管口连接室外换热器7的一端管口，室外换热器7的另一端管口连接第二毛细管6的一端管口；它还包含第一电磁阀10、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第四电磁阀13、蓄能换热器14；蓄能换热器14由圆形壳体14-1、螺旋盘管14-2、蓄能相变材料14-3组成；蓄能相变材料14-3设置在圆形壳体14-1中，螺旋盘管14-2浸没在蓄能相变材料14-3中；第二毛细管6的另一端管口、单向阀5的输入端管口连接第一毛细管4的一端管口，单向阀5的输出端管口、第一毛细管4的另一端管口连接干燥过滤器3的一端管口，干燥过滤器3的另一端管口、第四电磁阀13的一端管口连接室内换热器9的一端管口，第四电磁阀13的另一端管口、第三电磁阀12的一端管口连接蓄能换热器14中螺旋盘管14-2的一端管口，蓄能换热器14中螺旋盘管14-2的另一端管口连接第一电磁阀10的一端管口，室内换热器9的另一端管口、第三电磁阀12的另一端管口连接第二电磁阀11的一端管口，第二电磁阀11的另一端管口、第一电磁阀10的另一端管口连接四通换向阀8的第二输入输出端管口。本发明中的蓄能相变材料在短时间内(2～10分钟)有良好的放热性能，且具有相变稳定和能量密度大的特点。其蓄能式空气源热泵除霜系统能实现系统制热、余热蓄能、释能除霜、制热功能之间的快速转换，不仅解决了热气除霜时无外部热源的问题，而且改善了空气源热泵除霜特性，并具有结构简单、使用方便、易维护的优点。

蓄能式空气源热泵除霜系统的实测有益效果如下：

1、蓄能热气除霜时间可缩短到3分钟，这样便可减少除霜过程中的能耗损失；

2、蓄能热气除霜时，压缩机吸气压力比传统方式提高1倍，这样就可避免现有除霜方式常因吸气压力过低而出现低压保护停机问题；而排气压力的提高，又使冷凝温度提高，加大融霜过程的传热温差；

3、现有除霜系统除霜时，室内侧换热器送风温度在-2～+2℃，本发明除霜时，室内侧换热器送风温度在17～22℃，显然本发明能避免除霜时机组吹冷风问题；

4、除霜结束时，室外侧换热器翅片表面温度比传统除霜系统高5～7℃，这对融霜水蒸发阶段和自然对流换热阶段的传热传质过程非常有利，解决了传统除霜系统室外侧换热器残留融霜水的问题。

附图说明：

图1是蓄能换热器14的整体结构示意图，图2是图1A-A剖视图，图3是使用蓄能相变材料的蓄能式空气源热泵除霜系统的整体结构示意图，图4是具体实施方式一中的蓄能式空气源热泵除霜系统处在串联制热/蓄热的工作状态时的结构示意图，图5是具体实施方式五中的蓄能式空气源热泵除霜系统处在并联制热/蓄热的工作状态时的结构示意图，图6是具体实施方式六中的蓄能式空气源热泵除霜系统处在余能蓄热的工作状态时的结构示意图，图7是具体实施方式七中的蓄能式空气源热泵除霜系统处在释能除霜的工作状态时的结构示意图。

具体实施方式：

具体实施方式一：结合图1、图2、图3、图4说明本实施方式，蓄能相变材料的化学成分由CaCl₂·6H₂O、成核剂组成，CaCl₂·6H₂O的质量百分比为95～99％，成核剂的质量百分比为1～5％；所述成核剂的化学成分由Ba(OH)₂、BaSO₄组成；使用上述蓄能相变材料的蓄能式空气源热泵除霜系统包含压缩机1、气液分离器2、干燥过滤器3、第一毛细管4、单向阀5、第二毛细管6、室外换热器7、四通换向阀8、室内换热器9；压缩机1的输出端管口连接四通换向阀8的第一输入输出端管口，压缩机1的输入端管口连接气液分离器2的输出端管口，气液分离器2的输入端管口连接四通换向阀8的第三输入输出端管口，四通换向阀8的第四输入输出端管口连接室外换热器7的一端管口，室外换热器7的另一端管口连接第二毛细管6的一端管口；它还包含第一电磁阀10、第二电磁阀11、第三电磁阀12、第四电磁阀13、蓄能换热器14；蓄能换热器14由圆形壳体14-1、螺旋盘管14-2、蓄能相变材料14-3组成；蓄能相变材料14-3设置在圆形壳体14-1中，螺旋盘管14-2浸没在蓄能相变材料14-3中；第二毛细管6的另一端管口、单向阀5的输入端管口连接第一毛细管4的一端管口，单向阀5的输出端管口、第一毛细管4的另一端管口连接干燥过滤器3的一端管口，干燥过滤器3的另一端管口、第四电磁阀13的一端管口连接室内换热器9的一端管口，第四电磁阀13的另一端管口、第三电磁阀12的一端管口连接蓄能换热器14中螺旋盘管14-2的端管口14-5，蓄能换热器14中螺旋盘管14-2的端管口14-4连接第一电磁阀10的一端管口，室内换热器9的另一端管口、第三电磁阀12的另一端管口连接第二电磁阀11的一端管口，第二电磁阀11的另一端管口、第一电磁阀10的另一端管口连接四通换向阀8的第二输入输出端管口。整个系统中装有一定质量的制冷剂。上述蓄能式空气源热泵除霜系统处在串联制热/蓄热的工作状态时(如图4)四通换向阀8的第一输入输出端管口与第二输入输出端管口内部连通，四通换向阀8的第三输入输出端管口与第四输入输出端管口内部连通，第一电磁阀10内部连通，第二电磁阀11内部断开，第三电磁阀12内部连通，第四电磁阀13内部断开。

工作原理：在串联制热/蓄热工作状态时，压缩机1、蓄能换热器14、室内换热器9、干燥过滤器3、第一毛细管4、第二毛细管6、室外换热器7、气液分离器2、压缩机1相串联形成循环回路，压缩机1将室外换热器7上的热量分别传递到蓄能换热器14与室内换热器9中，使蓄能换热器14中的蓄能相变材料14-3相变蓄热。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于CaCl₂·6H₂O的质量百分比为96％，成核剂的质量百分比为4％。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于CaCl₂·6H₂O的质量百分比为98％，成核剂的质量百分比为2％。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于CaCl₂·6H₂O的质量百分比为97％，成核剂的质量百分比为3％。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于蓄能式空气源热泵除霜系统处在并联制热/蓄热的工作状态时四通换向阀8的第一输入输出端管口与第二输入输出端管口内部连通，四通换向阀8的第三输入输出端管口与第四输入输出端管口内部连通，第一电磁阀10内部连通，第二电磁阀11内部连通，第三电磁阀12内部断开，第四电磁阀13内部连通。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于蓄能式空气源热泵除霜系统处在余能蓄热的工作状态时四通换向阀8的第一输入输出端管口与第二输入输出端管口内部连通，四通换向阀8的第三输入输出端管口与第四输入输出端管口内部连通，第一电磁阀10内部连通，第二电磁阀11内部断开，第三电磁阀12内部断开，第四电磁阀13内部连通。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。本实施方式能在室内不需要热量时，将此热量直接传递到蓄能换热器14中，使蓄能换热器14中的蓄能相变材料14-3相变蓄热。

具体实施方式七：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一的不同点在于蓄能式空气源热泵除霜系统处在释能除霜的工作状态时四通换向阀8的第一输入输出端管口与第四输入输出端管口内部连通，四通换向阀8的第三输入输出端管口与第二输入输出端管口内部连通，第一电磁阀10内部连通，第二电磁阀11内部断开，第三电磁阀12内部断开，第四电磁阀13内部连通。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。本实施方式中的压缩机1、室外换热器7、第二毛细管6、单向阀5、干燥过滤器3、蓄能换热器14、气液分离器2、压缩机1相串联形成循环回路，压缩机1将蓄能换热器14中蓄能相变材料14-3的热量传递到室外换热器7上，以对室外换热器7除霜。