CN101699196B

CN101699196B - 一种利用压缩机余热防霜的风冷热泵

Info

Publication number: CN101699196B
Application number: CN2009101934120A
Authority: CN
Inventors: 汪双凤; 蔡旺
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: CN101699196A

Abstract

本发明公开了一种利用压缩机余热防霜的风冷热泵，包括制冷剂回路、平板回路热管和室外机风机；由压缩机、室外换热器、节流装置和室内换热器成制冷剂回路；压缩机的排气管连接室内换热器的进口，室内换热器的出口连接节流装置的进口、节流装置的出口连接室外换热器的进口，室外换热器的出口连接压缩机的吸气管；由金属蒸发腔、冷凝部、汽相金属管道、液相金属管道和金属散热翅片组成平板回路热管；在冬季制热运行时，无须额外动力的状况下，紧贴压缩机顶部的金属蒸发腔受热，腔内工质蒸发、汽化，将热带到冷凝部加热室外换热器进口空气，防止结霜。

Description

一种利用压缩机余热防霜的风冷热泵

技术领域

本发明专利涉及一种风冷热泵室外换热器的防霜装置，尤其是涉及一种利用压缩机余热提高室外换热器空气进口温度，防止风冷热泵室外换热器在低温工况下结霜的新型节能防霜装置。

技术背景

风冷热泵机组能够通过室外换热器吸收大气环境中的热量，具有节能和环保双重效果，在世界各地得到了广泛的应用。风冷热泵在冬季运行时，室外温度过低，空气中显热量很小，换热是主要靠空气中的潜热换热。当室外换热器翅片表面温度低于0℃且低于大气露点温度时，室外换热器表面要结霜。在大气温度较低而相对湿度较大的情况下这种现象尤为严重。当室外换热器霜层发展到一定程度就必须除霜，而除霜需要消耗能量。据统计，用于除霜消耗的能量占热泵总能耗的10-20％，这从一定程度上抵消了热泵节能的效果。因此风冷热泵在北方市场广泛应用的主要问题就是如何解决风冷热泵在冬季低温工况下的结霜问题。

为了减少风冷热泵机组室外换热器结霜对机组性能的影响，技术上目前都是在研究采用什么除霜方式以及如何优化除霜控制方法使风冷热泵机组在低温条件下稳定可靠的运行。

申请号为97110273.2中国发明专利公开了一种空调机的除霜控制方法，该方法是在空调机的热泵供暖时，检测室内换热器的温度梯度的降低是由高负荷状态引起的还是由结霜状态引起的，并在进行高负荷防止操作时封锁除霜控制，当具备指定的条件时才开始进行除霜控制。这种控制除霜方式虽然在一定程度上能够优化除霜时间和次数，但也是在室外换热器结霜后再来考虑结霜，不可避免的降低了室内的舒适度和增加了能耗。

申请号为200610145421.9中国发明专利申请公开了一种在室外机换热器上安装缠绕发热线的方形铁框，由室外机的印刷线路板控制发热线的开关，利用发热线通电放热来提高室外机进风温度，以此提高空气中显热量的比例，降低换热器对潜热量的需求，减少凝结水，延缓结霜的除霜装置。这种除霜方式虽然能有效除霜，提高系统制热量，但是需要消耗大量的电能，并不经济。

申请号为200910036760.7的中国发明专利申请公开了一种装有冷媒电加热器，利用四通阀将制热模式切换到制冷模式的除霜系统。用于除霜的能量来自室内环境的热量以及冷媒电加热器所消耗的电能。这种除霜装置在运行时，热泵不但不能向室内提供热量，相反还要从室内吸收热量用于除霜，使温度较高的制冷剂流经室外换热器使霜层融化，达到除霜目的。此种除霜方式不仅使热泵系统的能效降低，而且也极大影响室内的舒适度。另外，系统由制热模式向化霜模式切换过程也造成系统的能量浪费。

发明内容

本发明旨在为有效地解决风冷热泵在北方冬季运行时室外机常常因结霜恶化传热，影响风冷热泵系统性能的问题，提供一种应用平板回路热管回收压缩机原本释放给环境的热量提高室外换热器进口空气温度以达到节能防霜的目的。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种利用压缩机余热防霜的风冷热泵：包括制冷剂回路、平板回路热管和室外机风机；由压缩机、室外换热器、节流装置和室内换热器成制冷剂回路；压缩机的排气管连接室内换热器的进口，室内换热器的出口连接节流装置的进口、节流装置的出口连接室外换热器的进口，室外换热器的出口连接压缩机的吸气管；由金属蒸发腔、冷凝部、汽相金属管道、液相金属管道和金属散热翅片组成平板回路热管；金属毛细芯将金属蒸发腔分隔成左右空腔，左右空腔分别与液相金属管道和汽相金属管道连通；液相金属管道和汽相金属管道与冷凝部连通，冷凝部处于室外换热器的迎风面上，冷凝部的散热管路和室外换热器的蒸发管路错排穿插布置在同一金属散热翅片上；金属蒸发腔紧贴压缩机顶部；工作流体设置在金属蒸发腔、冷凝部、汽相金属管道和液相金属管道组成的回路中；室外机风机位于室外换热器的背风面。

为进一步实现本发明目的，所述金属蒸发腔为空心腔体，腔体中部设有金属丝网15和金属毛细芯，金属丝网位于一部分金属毛细芯上方并与该部分毛细芯在中部纵向填充金属蒸发腔，该部分金属毛细芯占整体金属毛细芯宽度的1/4～3/4；剩余部分毛细芯单独在中部纵向位于金属丝网一侧，在中部纵向填满填充金属蒸发腔。

所述工作流体优选为水或乙醇。

所述室内换热器和室外换热器都优选为百叶窗式管翅式换热器。

所述压缩机优选为涡旋式压缩机；节流装置优选为电子膨胀阀；室外机风机优选为大叶片低转速轴流风机。

所述金属蒸发腔与压缩机中间优选涂有导热硅胶。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果。首先，本发明在风冷热泵系统制热运行时利用平板回路热管回收压缩机余热，加热室外换热器进口空气，有效改善了结霜程度，延缓了结霜时间，减少了风源热泵的除霜次数，从而改善了风冷热泵在低温工况下的性能，提高了风冷热泵的冬季性能系数。其次，由于压缩机受到了冷却，对其起到了保护作用，延长了压缩机的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的利用压缩机余热防霜的风冷热泵的原理示意图。

图2为平板回路热管的结构示意图。

图3为室外换热器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施方式对本发明作进一步说明，但是实施方式并不构成对本发明要求保护范围的限制。

如图1、图2所示，利用压缩机余热防霜的风冷热泵，主要包括制冷剂回路、平板回路热管6和室外机风机5；由压缩机1、室外换热器2、节流装置3和室内换热器4组成制冷剂回路；压缩机1的排气管连接室内换热器4的进口，室内换热器4的出口连接节流装置3的进口、节流装置3的出口连接室外换热器2的进口，室外换热器2的出口连接压缩机1的吸气管；由金属蒸发腔7、冷凝部8、汽相金属管道9、液相金属管道10和金属散热翅片13组成平板回路热管6；金属蒸发腔7紧贴压缩机1顶部，金属蒸发腔7与压缩机1中间涂有导热硅胶，冷凝部8处于室外换热器2的迎风面。冷凝部8的散热管路17和室外换热器2的蒸发管路16错排穿插布置在同一块散热翅片板上，共用相同的散热翅片13。金属蒸发腔7为空心腔体，腔体中部设有金属丝网15和金属毛细芯14，金属丝网15位于一部分金属毛细芯14上方并与该部分毛细芯在中部纵向填充金属蒸发腔7，该部分金属毛细芯占整体金属毛细芯宽度的1/4～3/4；剩余部分毛细芯单独在中部纵向位于金属丝网5一侧，在中部纵向填满填充金属蒸发腔7，即在金属丝网15一侧沿金属蒸发腔7中部纵向填满金属蒸发腔7，其中纵向为图2的截面方向，也就是金属蒸发腔7的宽度方向，金属毛细芯14将金属蒸发腔7分隔成左右空腔，左右空腔分别与液相金属管道10和汽相金属管道9连通；液相金属管道10和汽相金属管道9与冷凝部8连通，平板回路热管6还包括工作流体，由于水潜热大，成本低，宜选作工作流体。另外也可选用容易起振的工质乙醇。工作流体设置在金属蒸发腔7、冷凝部8、汽相金属管道9和液相金属管道10组成的回路中。

如图3所示，室外换热器2包括冷凝部散热区12的散热管路17、制冷剂回路蒸发段20的蒸发管路16和金属散热翅片13。蒸发管路16由正面弯头19和背面弯头18连接，错排布置。蒸发管路16和散热管路17共用相同的散热翅片13。室外机风机5位于室外换热器2的背风面。

金属毛细芯14由导热性能良好的细铜粉烧结而成，具体是是粒径很小的细铜粉烧结粒烧结在一起而形成有很多很小的毛细通道结构，这些毛细通道可以通过毛细力吸收工作流体吸；金属丝网15优先选用高导热材料铜材料，金属丝网15是将不同网目丝径的金属丝网叠合起来，再压紧成形，构成一致密的网状结构，金属丝网15也具有毛细结构的，可以通过毛细力将液体吸过来；金属丝网15为可挠性结构。可绕行结构是指可以折弯，折成不同形状，可塑性强。金属毛细芯14和金属丝网15两者区别在于构成的毛细结构具有不同的毛细力，金属丝网15构成的毛细结构中毛细通道比较大，毛细力比较小。金属毛细芯14与金属丝网15具有良好的亲水性能，使金属毛细芯14与金属丝网15充满工作流体。

风冷热泵工作时，室外机风机5在室外换热器2的背风面抽空气，使空气从室外换热器2的迎风面进，从背风面出；室外换热器2中的低温低压液态制冷剂从空气中吸热并汽化；然后压缩机1抽取室外换热器2中气化后的制冷剂，并将其压缩成高温高压气态制冷剂；该高温高压气态制冷剂在室内换热器4内被室内空气冷却、凝结成高温高压液态制冷剂；再经节流装置3截流成低温低压液态制冷剂。如此就完成一个制热循环。

工作时，压缩机1的壳体表面温度高达80-90℃，金属蒸发腔7内液态工质受热蒸发、汽化，产生吸热区11与整个环路之间的压力差，压力差使得产生的蒸气通过汽相金属流道9进入到位于室外换热器2迎风面处的冷凝部散热区12，并将大量的热传导到与冷凝部散热区12相连的铝制金属翅片13上，室外机风机抽进的空气正好先掠过处于迎风面的冷凝部散热区12及其翅片13而被加热升温，而汽化的工作流体冷却变回液态。在无需额外动力的状态下，液态的工作流体在金属丝网15和金属毛细芯14的毛细力作用下经液相金属管道10回到处于吸热区11的金属蒸发腔7，完成一次热量的传输，以此循环可以将压缩机壳体的热回收用于加热室外换热器进口空气，达到节能防霜的目的。即风冷热泵工作时，压缩机放热，平板回路热管正好回收其热量用于加热室外换热器进口空气，实现防霜、节能。

本发明中压缩机1可选用涡旋式压缩机；节流装置3可选用电子膨胀阀；室内换热器4和室外换热器2可选用百叶窗式管翅式换热器；室外机风机5可选用大叶片低转速轴流风机。

在冬季制热运行时，本发明在风冷热泵系统制热运行时，紧贴压缩机顶部的金属蒸发腔受热，腔内工质蒸发、汽化，将热带到冷凝部加热室外换热器进口空气，因而利用平板回路热管回收了压缩机余热，加热室外换热器进口空气，有效改善了结霜程度，延缓了结霜时间，减少了风源热泵的除霜次数，从而改善了风冷热泵在低温工况下的性能，提高了风冷热泵的冬季性能系数。同时由于压缩机受到了冷却，对其起到了保护作用，延长了压缩机的使用寿命。

Claims

1.一种利用压缩机余热防霜的风冷热泵，其特征在于：包括制冷剂回路、平板回路热管和室外机风机；由压缩机、室外换热器、节流装置和室内换热器成制冷剂回路；压缩机的排气管连接室内换热器的进口，室内换热器的出口连接节流装置的进口、节流装置的出口连接室外换热器的进口，室外换热器的出口连接压缩机的吸气管；由金属蒸发腔、冷凝部、汽相金属管道、液相金属管道和金属散热翅片组成平板回路热管；金属毛细芯将金属蒸发腔分隔成左右空腔，左右空腔分别与液相金属管道和汽相金属管道连通；液相金属管道和汽相金属管道与冷凝部连通，冷凝部处于室外换热器的迎风面上，冷凝部的散热管路和室外换热器的蒸发管路错排穿插布置在同一金属散热翅片上；金属蒸发腔紧贴压缩机顶部；工作流体设置在金属蒸发腔、冷凝部、汽相金属管道和液相金属管道组成的回路中；室外机风机位于室外换热器的背风面；

所述金属蒸发腔为空心腔体，腔体中部设有金属丝网(15)和金属毛细芯，金属丝网位于一部分金属毛细芯上方并与该部分毛细芯在中部纵向填充金属蒸发腔，该部分金属毛细芯占整体金属毛细芯宽度的1/4～3/4；剩余部分毛细芯单独在中部纵向位于金属丝网一侧，在中部纵向填满填充金属蒸发腔。

2.根据权利要求1所述的利用压缩机余热防霜的风冷热泵，其特征在于：所述工作流体为水或乙醇。

3.根据权利要求1所述的利用压缩机余热防霜的风冷热泵，其特征在于：所述室内换热器和室外换热器都为百叶窗式管翅式换热器。

4.根据权利要求1所述的利用压缩机余热防霜的风冷热泵，其特征在于：所述压缩机为涡旋式压缩机；节流装置为电子膨胀阀；室外机风机为大叶片低转速轴流风机。

5.根据权利要求1所述的利用压缩机余热防霜的风冷热泵，其特征在于：金属蒸发腔与压缩机中间涂有导热硅胶。