一种分时分段升温的蓄热式采暖系统的制作方法

本发明涉及蓄热式空气源热泵领域，具体涉及一种分时分段升温的蓄热式采暖系统。

背景技术：

近年来，随着人们节能环保意思及需求的提升，高产出-投入比的采暖装置正越来越受到个人乃至整个国家层面的关注。尤其是华北、西北地区的冬季采暖方面，国家大力推行燃煤改造项目，全面取缔小型燃煤采暖锅炉采暖，采用更加环保无污染，投入产出比更高的采暖装置进行替代。

目前的采暖改造中主要是将燃煤锅炉改造成燃气锅炉及空气源热泵。燃气锅炉采暖，出水温度与燃煤锅炉相同，可以保持原有整个采暖系统及设备不改变，但因其同样属于化石燃料直接燃烧，因此仅仅减少了粉尘及颗粒物的产生，温室气体排放及节能性方面并无明显优势。

常规的空气源热泵产品，采用电能驱动，从空气中汲取热量，没人任何直接的粉尘及温室气体排放，并且产出投入比通常会达到2倍以上，然而受到压缩机工艺水平限制，设备压比不能太大，因而无法再低环境温度下可靠制取与燃煤锅炉同等温度的采暖用水，由于这一原因，低温空气源热泵领域的国家标准中，将热泵出水温度规定为41℃，因此使用常规空气源热泵的采暖系统通常需要进行改造，或者强化房屋外墙保温。

目前还有一种采用两级压缩式的热泵，由低压级和高压级系统进行两级提升，在满足水温和环境温度的同时，使每一级系统运行在安全可控的范围之内。然而，由于具有高、低压两个系统，设备成本较高，控制复杂，故障率较高，对变工况环境的适应性差等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种分时分段升温的蓄热式采暖系统，能够在低环境温度下可靠的制取高温热水，同时降低整个系统的制造成本，提高系统的可靠性与可控性。

为此，本发明提供了一种蓄热式采暖系统，包括压缩机、气液分离器、四通阀、以及介质循环管路，所述介质循环管路包括中温蓄热器、膨胀阀、第一三通阀、第二三通阀、蒸发器、高温蓄热器，其中，所述高温蓄热器与所述蒸发器并联设置，所述第一三通阀用于沿第一介质流向择一地选通所述高温蓄热器或所述蒸发器，所述第二三通阀用于沿第二介质流向择一地选通所述高温蓄热器或所述蒸发器，其中，所述中温蓄热器串联在四通阀和膨胀阀之间的管路上，本系统在阶段一下运行时，系统利用蒸发器从低温空气中吸收低品位的热量，经过热泵升温后，储存在所述中温蓄热器中供阶段二使用；本系统在阶段二下运行时，系统从所述中温蓄热器中吸收热量，经过热泵升温后，储存在所述高温蓄热器中加热循环水，其中，所述阶段一和阶段二交替进行，实现高温热水的制取。

进一步地，上述高温蓄热器中储存的热量，足够保证热泵运行在阶段一时用户的用热需求，中温蓄热器中储存的热量足够保证热本运行在阶段二时热泵从中温蓄热器吸取的热量。

进一步地，上述中温蓄热器内贮存低温相变蓄热介质，蓄热温度25℃；高温蓄热器内贮存相变蓄热介质，相变温度65℃。

进一步地，上述高温蓄热器的用户供回水管路上设有循环泵。

进一步地，上述蓄热式采暖系统还包括化霜模式，其中，所述蒸发器在化霜时散热和所述中温蓄热器在化霜时蓄热。

由于系统采用分时分段的运行思路，使得单级压缩机取得了双级压缩机才能取得的效果。由于采用中温蓄热器温度和高温蓄热器温度双温度组合分区的控制逻辑，整个系统控制的合理性和可靠性得到了极大提升。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的蓄热式采暖系统在一阶段模式下的运行示意图；

图2是根据本发明的蓄热式采暖系统在二阶段模式下的运行示意图；以及

图3是根据本发明的蓄热式采暖系统进入化霜模式时的运行示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1至图3示出了根据本发明的一些实施例。

如图1所示，分时分段升温的蓄热式采暖系统，包括压缩机1、中温蓄热器2、膨胀阀3、第一三通阀4、第二三通阀5、蒸发器6、高温蓄热器7、四通阀8、气液分离器9、以及循环泵10。

其中，蒸发器6和高温蓄热器7并联设置，四通阀8控制系统的介质流向，将图1中的介质流向称为第一介质流向，将图2中的与第一介质流向相反的介质流向称为第二介质流向，反之亦可。

当介质沿图1所示的第一介质流向在管道中流动时，第二三通阀5择一地选通蒸发器6或高温蓄热器7，当介质沿图2所示的第二介质流向流动时，第一三通阀4择一地选通蒸发器6或高温蓄热器7。

其中，中温蓄热器内贮存低温相变蓄热介质，蓄热温度25℃；高温蓄热器内贮存相变蓄热介质，相变温度65℃。由于相变蓄热介质具有很大的溶解热(220j/g以上)，因此使用较小容积的蓄热器即可以满足系统蓄热需求。

本系统采用分时分段运行模式。

当系统在一阶段模式下运行时(图1)，四通阀切换为dc接口连通、es接口连通模式，第二三通阀切换为dc接口连通模式，第一三通阀切换为dc接口连通模式，具体是：压缩机排出高温高压的制冷剂蒸汽，由四通阀d接口进入，由四通阀c接口流出，进入中温蓄热器。制冷剂工质在中温蓄热器中放热后，变成中温高压的制冷剂过冷液体，并经由膨胀阀节流降压，成为低温低压的制冷剂汽液混合物。该汽液混合物经由第二三通阀的d接口流入，c接口流出，进入蒸发器，在蒸发器中吸热完全汽化，由第一三通阀的c接口流入、d接口流出，之后由四通阀e接口进入，s接口流出，并经过汽液分离器回流至压缩机，完成整个循环。

此时高温蓄热器中的蓄热介质向用户供回水释放热量而逐步凝固，当蓄热介质温度低于65℃时，系统将进行一次运行模式判断。中温蓄热器内的蓄热介质吸收制冷剂放出的热量逐步融化，当蓄热介质温度上升至26.5℃时，系统将进行一次运行模式判断。

当系统在二阶段模式下运行时(图2)，四通阀切换为de接口连通、cs接口连通模式，第二三通阀切换为de接口连通模式，第一三通阀切换为de接口连通模式，具体是：压缩机排出高温高压的制冷剂蒸汽，由四通阀d接口进入，由四通阀e接口流出，并经由第一三通阀的d接口流入、e接口流出，进入高温蓄热器。制冷剂工质在高温蓄热器中放热后，变成中温高压的制冷剂过冷液体，经由第二三通阀的e接口流入，d接口流出，进入膨胀阀节流降压，成为低温低压的制冷剂汽液混合物。该汽液混合物，进入中温蓄热器吸热完全汽化，之后由四通阀c接口流入，s接口流出，并经过汽液分离器回流至压缩机，完成整个循环。

此时高温蓄热器中的蓄热介质一边吸收制冷剂释放的热量，一边向用户供回水释放热量，但吸收的热量大于释放的热量，因此其中的相变介质逐步融化将富余热量贮存起来，当相变介质温度高于66.5℃时，系统将进行一次运行模式判断。中温蓄热器内的蓄热介质向制冷剂放出贮存的热量而逐渐凝固，当蓄热介质低于25℃时，系统将进行一次运行模式判断。

控制系统运行控制逻辑如下表所示：

当系统检测化霜条件，进入化霜模式时，将按照如图3所示的方式运行：

当系统进入化霜模式时，系统进入二阶段模式运行(图3)，具体是：压缩机排出高温高压的制冷剂蒸汽，由四通阀(此时d、e相通，s、c相通)d接口进入，由四通阀e接口流出，并经由第一三通阀(此时d、c相通)的d接口流入、c接口流出，进入蒸发器。制冷剂工质在蒸发器中放热，融化掉蒸发器表面的霜层后，变成中温高压的制冷剂过冷液体，经由第二三通阀(此时d、c相通)的c接口流入，d接口流出，进入膨胀阀节流降压，成为低温低压的制冷剂汽液混合物。该汽液混合物，进入中温蓄热器吸取少量热量后完全汽化，之后由四通阀c接口流入，s接口流出，并经过汽液分离器回流至压缩机，完成整个循环。

本系统分时分段蓄热运行。系统在阶段一模式下运行时，从低温空气中吸收低品位的热量，经过热泵升温后，储存在中温蓄热器中供阶段二使用。当进入阶段二后，系统从中温蓄热器中吸收热量，经过热泵系统提升品位后，储存在高温蓄热器中加热循环水，供给用户采暖和生活热水。阶段一和阶段二交替进行，实现高温热水的制取。其中高温蓄热器中储存的热量，足够保证热泵运行在阶段一时用户的用热需求，中温蓄热器中储存的热量足够保证热本运行在阶段二时热泵从中温蓄热器吸取的热量。

由于系统采用分时分段的运行思路，使得单级压缩机取得了双级压缩机才能取得的效果。由于采用中温蓄热器温度和高温蓄热器温度双温度组合分区的控制逻辑，整个系统控制的合理性和可靠性得到了极大提升。

与现有技术相比，本系统具有以下优势：

1、由于系统采用分段提升温度的方式，因此降低了每个阶段系统内蒸发温度和冷凝温度的温差，进而降低了压比，极大提高了系统的可靠性。

2、由于中温蓄热器温度低于阶段一的排气温度，因此起到了中间冷却的效果，降低了排气过热度，提高了整个系统的综合能效。

3、由于设置了高温蓄热器，采用相变蓄热介质，用户采暖用水温度波动将非常小，极大提高了采暖舒适度。

4、由于系统采用了三通阀，因此可以方便的完成阶段一与阶段二的自动切换，系统同时采用了三通阀与四通阀，因此可以方便的实现自动除霜。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。