[发明专利]一种储能式可再生能源利用及空调余热回收系统和方法

权利要求书

1.一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，包括空调制冷系统、热泵热水系统、第一储能水箱（S1）、第一热管（P1）、第二热管（P2）、第三热管（P3）、温度传感器及控制器；

所述空调制冷系统包括第一压缩机（1）、第二储能水箱（S2）、风冷冷凝器（2）、第三储能水箱（S3）、第一节流装置（3）、第一风冷蒸发器（4）；所述第一压缩机（1）、第二储能水箱（S2）、风冷冷凝器（2）、第三储能水箱（S3）、第一节流装置（3）、第一风冷蒸发器（4）通过制冷剂管道依次串联形成空调制冷循环，同时第三储能水箱（S3）的制冷剂进口设有第一电动二通阀（V1），第三储能水箱（S3）的制冷剂出口与第一电动二通阀（V1）的进口还接有旁通管路（5）；所述旁通管路（5）为制冷剂管道，其上设有第二电动二通阀（V2）；

所述热泵热水系统包括第二压缩机（6）、生活热水水箱（7）、第二节流装置（8）、第二风冷蒸发器（9）；所述的第二压缩机（6）、生活热水水箱（7）、第二节流装置（8）、第二风冷蒸发器（9）通过制冷剂管道依次串联形成热泵制热循环，制备热水；

所述第一热管（P1）的蒸发段位于室外，冷凝段位于第一储能水箱（S1）内部的水中；所述第二热管（P2）的蒸发段位于第二储能水箱（S2）内部的水中，冷凝段位于第一储能水箱（S1）内部的水中；所述第三热管（P3）的蒸发段位于第三储能水箱（S3）内部的水中，冷凝段位于第二风冷蒸发器（9）的出风口；

所述第一储能水箱（S1）包括水箱壳体、相变储能模块，其壳体上设置有进水口、出水口、排水口、热管进口，内部有水，出水口通过水管（10）与生活热水水箱（7）的进水口连接，将热水输送到生活热水水箱（7）中，相变储能模块在水箱壳体内部的水中；

所述温度传感器模块包括设置于风冷冷凝器（2）进风口处的第一温度传感器、第三储能水箱（S3）水中的第二温度传感器，所述第一温度传感器、第二温度传感器的信号输出端分别与控制器的信号输入端电性连接，所述控制器的信号输出端分别与第一电动二通阀（V1）、第二电动二通阀（V2）的控制信号输入端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，所述第二储能水箱（S2）和第三储能水箱（S3）均包括水箱壳体、相变储能模块、制冷剂管道，所述水箱壳体上设置有进水口、排水口、热管进口、制冷剂进口、制冷剂出口，内部有水；所述相变储能模块和制冷剂管道都设置在水箱内部的水中，所述制冷剂管道两端分别经制冷剂进口、制冷剂出口与相应的制冷剂管道连接。

3.根据权利要求1所述的一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，所述第一热管（P1）、第二热管（P2）、第三热管（P3）均为重力热管，与水平面呈30~45℃的夹角，方便液态制冷剂因重力作用流回底部；重力热管内流动工质为包括R410、R134a的制冷剂。

4.根据权利要求1或2所述的一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，所述相变储能模块采用相变材料镶嵌在金属板内，金属板相互平行形成水流通道。

5.根据权利要求4所述的一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，所述相变材料为无机水合盐、石蜡或有机-无机复合相变材料。

6.根据权利要求5所述的一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，所述第一储能水箱（S1）的相变材料的相变温度为35~40℃；所述第二储能水箱（S2）的相变材料的相变温度为45~50℃；所述第三储能水箱（S3）的相变材料的相变温度为20~25℃。

7.根据权利要求1或2所述的一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，所述水箱壳体为金属壳体或塑料壳体；所述水箱壳体和热管绝热段外侧四周均设有保温材料，避免热量向环境中散失。

8.根据权利要求7所述的一种储能式可再生能源利用及空调余热回收的系统，其特征在于，所述保温材料为聚氨酯、聚苯乙烯、玻璃棉或橡塑。

9.一种采用权利要求1-8任一项所述系统的储能式可再生能源利用及空调余热回收的方法，其特征在于，按如下方法进行可再生能源利用及空调余热回收：

当太阳辐射强度较高时，第一热管（P1）蒸发段的制冷剂吸收太阳辐射，变成气态制冷剂，气态制冷剂进入冷凝段被第一储能水箱（S1）中的水冷却，变成液态制冷剂，水的温度升高，加热第一储能水箱（S1）中的相变储能模块的相变材料，相变材料温度升高，熔化成液态相变材料，将太阳能储存起来，液态制冷剂依托本身重力重新流回蒸发段完成一个循环，上述过程反复进行，第一储能水箱（S1）实现无动力太阳能蓄热；

空调制冷系统启动，空调制冷循环运行时，第一压缩机（1）出口的制冷剂蒸汽进入到第二储能水箱（S2）中冷却放热，水的温度升高，加热其内部的相变储能模块的相变材料，相变材料温度升高，熔化成液态相变材料，将热量储存起来；

当第二储能水箱（S2）与第一储能水箱（S1）中水的温差达到第二热管（P2）的工作温差时，第二热管（P2）蒸发段的制冷剂吸收第二储能水箱（S2）中水的热量，变成气态制冷剂，气态制冷剂进入冷凝段，被第一储能水箱（S1）中的水冷却，变成液态制冷剂，第一储能水箱（S1）中水的温度升高，加热第一储能水箱（S1）中相变储能模块的相变材料，相变材料温度升高，熔化成液态相变材料，将热量储存起来，液态制冷剂依托本身重力重新流回热管的蒸发段完成一个循环，上述过程反复进行，第一储能水箱（S1）实现无动力空调余热回收；

当第一储能水箱（S1）提供给生活热水水箱（7）的热水能满足温度要求时，无需开启热泵热水系统；当第一储能水箱（S1）提供给生活热水水箱（7）的热水满足不了温度要求时，开启热泵热水系统，实现热泵制热循环，制备热水；

当室外空气与第三储能水箱（S3）中水之间的温差达到第三热管（P3）的工作温差时，第三热管（P3）蒸发段的制冷剂吸收第三储能水箱（S3）中水的热量，变成气态制冷剂，水的温度降低，冷却其内部的相变储能模块的相变材料，相变材料的温度降低，凝固成固态相变材料，冷量储存起来，气态制冷剂进入冷凝段被室外空气冷却，变成液态制冷剂，液态制冷剂依托本身重力重新流回热管的蒸发段完成一个循环，上述过程反复进行，第三储能水箱（S3）实现无动力自然冷源蓄冷；同时，热泵热水系统运行时，第二风冷蒸发器（9）排出的低温空气冷却第三热管（P3）冷凝段的气态制冷剂，所带有的冷量也将被储存在第三储能水箱（S3）中；

当第三储能水箱（S3）中的水温低于室外温度时，开启第一电动二通阀（V1），关闭第二电动二通阀（V2），风冷冷凝器（2）出来的制冷剂进入第三储能水箱（S3）中冷却放热，制冷剂的温度进一步降低，提高空调制冷循环效率；否则，关闭第一电动二通阀（V1），开启第二电动二通阀（V2），风冷冷凝器（2）出来的制冷剂直接进入到第一节流装置（3）。