CN102374702A - 一种超低温空气能热泵机组及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种超低温空气能热泵机组及其使用方法，提供了一种结构简单，冷凝器可自动除霜，且除霜效果好，节约能耗的超低温空气能热泵机组及其使用方法，解决了现有技术中存在的空气能热泵机组在超低温情况下冷凝器无法正常除霜，除霜效果差，严重时导致空气能热泵热水器或制热空调无法正常工作等技术问题，它通过在装置的冷凝器上设置冷凝器传感器和若干组发热翅片，发热翅片与冷凝器的翅片平行并固定在冷凝器铜管上，在水箱内设置水温传感器，压缩机、发热翅片、冷凝器传感器及水温传感器通过控制仪与外接电源相连，控制仪根据冷凝器传感器以及水温传感器测得温度值来自动控制发热翅片的开关。

Description

一种超低温空气能热泵机组及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种空气能热泵机组，尤其涉及一种冷凝器可自动除霜，节约能耗的超低温空气能热泵机组及其使用方法。 

背景技术

热交换器包括空气能热泵热水器和制热空调，二者均设有室外机，其中冷凝器和压缩机为室外机中的主要部件。冷凝器主要由翅片和铜管组成，铜管内装有冷媒介质，与铜管相连的压缩机做功，将冷媒介质压缩成高温高压气体蒸汽，高温高压气体蒸汽经过与之相连的热交换器或制热空调器室内机时进行热交换，使热交换器所在的水箱内水温或室内空气温度升高。二者是家庭及宾馆、饭店广泛采用的供热设备。但在工作环境温度较低时，冷凝器极易结霜，使热效率降低，增大能耗。现有除霜技术一般是通过四通换向阀用介质的热量来除霜,有的是在冷凝器旁加装电热棒，但上述除霜方法能耗大，效果差，尤其是在零下5度以下的冬天往往无法正常除霜，严重时甚至导致空气能热泵热水器或制热空调无法正常工作。 

中国专利“水源/空气源混合型蒸发、冷凝器（CN201028898Y）”公开了一种蒸发、冷凝器结构，它包括排列的翅片，翅片中有冷媒管穿过，所述翅片中另有辅管穿过，它是通过利用废水、废气、地源接入辅管的进口流经蒸发、冷凝器后再由出口排出，能回收此部分环境能量，当用空气源在冬季低温高湿环境下制暖时，通过辅管回收的热量能去除翅片结霜；用水源时在高温环境下制冷时，通过辅管流动的相对低温可利用废水、废气、地源能吸走热量。此装置是通过在冷凝器的翅片是穿插辅管，通过辅管回收的热量能去除翅片结霜，但由于辅管回收的热量有限，只能对邻近辅管的翅片除霜，当环境温度降至零下的冬天，装置甚至无法正常除霜，因此同样存在除霜效果差，严重时直接导致空气能热泵热水器或制热空调无法正常工作等技术问题。 

发明内容

本发明主要是提供了一种结构简单，冷凝器可自动除霜，且除霜效果好，节约能耗的超低温空气能热泵机组及其使用方法，解决了现有技术中存在的空气能热泵机组在超低温情况下冷凝器无法正常除霜，除霜效果差，严重时导致空气能热泵热水器或制热空调无法正常工作等技术问题。 

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种超低温空气能热泵机组，包括水箱和室外机，在水箱内设有换热器，在室外机内设有压缩机及通过管道与压缩机相连的冷凝器，所述换热器的输入端通过下连接管与冷凝器相连，换热器的输出端通过上连接管与压缩机相连，在所述冷凝器上设有冷凝器传感器和若干组发热翅片，所述发热翅片与冷凝器的翅片平行并固定在冷凝器铜管上，在所述水箱内设有水温传感器，所述压缩机、发热翅片、冷凝器传感器及水温传感器通过控制仪与外接电源相连。通过在装置的冷凝器上设置若干个发热翅片及冷凝器传感器，在水箱内设置水温传感器，冷凝器传感器及水温传感器再将检测到的温度信息传递至控制仪，控制仪根据温度信息控制压缩机和发热翅片的开关，即当冷凝器温度降至一定值时，通过控制仪自动打开发热翅片加热进行自动除霜，由于发热翅片设置在翅片间，因此发热翅片通电后热量向两侧扩散，冷凝器铜管及两侧的翅片升温，即保证冷凝器由内至外除霜效果一致，除霜效果好；当发热翅片加热一定时间后冷凝器温度还无法降至设定值时，控制仪控制压缩机关闭，使冷凝器在非工作状态下除霜，除霜完毕后再启动压缩机；当水箱内的水温升至设定值时，控制仪控制压缩机和发热翅片同时关闭，降至设定值时又重新启动，整个除霜过程完全根据设备的使用状态自动控制，由此确保设备在超低温情况下正常使用，结构简单，设备能耗低，热效率高，节约能源。 

第一发热带可以焊接在传热板的边沿上，作为优选，所述发热翅片包括长条形的传热板，在所述发热翅片的长度方向上设有与冷凝器铜管对应的一列或两列定位孔，所述传热板通过定位孔套装固定在冷凝器铜管上并与翅片保持平行，所述传热板的边沿同侧弯折后形成卷筒，在所述卷筒内夹设有第一发热带，所述第一发热带通过第一发热带导线与控制仪电连接。顺沿冷凝器的翅片方向设置长条形的传热板，又通过在传热板上开定位孔，定位孔与冷凝器上的一列或两列铜管相对应，即一块传热板通过定位孔套在单列或双列铜管上，又通过在传热板的边沿上向一侧弯折后形成卷筒，在卷筒内夹持与控制仪电连接的第一发热带，第一发热带通电加热后，热量自传热板的边沿向内扩散至铜管，同时传热板又将热量向两侧的翅片传播，铜管及翅片同步除霜，因此将长条形的传热板横向平铺后即可与两侧的翅片完全对应，使相邻翅片及翅片间的铜管均能除霜，传热面积大，效率高，除霜效果好；第一发热带夹持在卷筒内，增加了第一发热带与传热板的接触面积，而且相对焊接固定减少了热阻，节约能耗。 

作为更优选，所述传热板为厚度为1mm至3mm的铝板，所述第一发热带为耐高温硅胶碳纤维发热导线。铝板热传导性能好，价格便宜；耐高温硅胶碳纤维发热导线发热体热惯性小，发热迅速，电热转换效率高，省电节能。 

作为优选，所述发热翅片焊接固定在对应的冷凝器铜管中部，对应于同一组间的发热翅片并列后彼此对接形成一个与翅片形状及大小相同的平面。将发热翅片横向平铺后成一个与翅片形状及大小相同的平面时，此平面即可与两侧的翅片完全对应，使相邻翅片及翅片间的铜管均能除霜，传热面积大，效率高，除霜效果好。 

作为优选，在对应于翅片外侧的冷凝器铜管上缠绕有第二发热带，所述第二发热带通过第二发热带导线与控制仪电连接。通过在翅片外侧裸露的铜管上缠绕与控制仪电连接的第二发热带，即可通过第二发热带加热去除发热翅片无法去除的结霜，进一步提高冷凝器热效率，节约能耗。 

作为更优选，所述第二发热带导线为耐高温硅胶碳纤维发热导线。耐高温硅胶碳纤维发热导线发热体热惯性小，发热迅速，电热转换效率高，省电节能。 

作为优选，在所述冷凝器上设有二个冷凝器传感器，其中一个冷凝器传感器设于冷凝器的输入端端口处，另一个冷凝器传感器设于冷凝器的输出端端口处。由于冷凝器输入端的温度远高于冷凝器输出端的温度，且对应于冷凝器上不同的点温度均存在差异，因此为了准确判断冷凝器的工作状态，在冷凝器的输入端和输出端上分别设置冷凝器传感器，为此控制仪即可根据两个冷凝器传感器的检量数据准确判断工况，并启动发热翅片除霜，确保冷凝器保持最好的工作状态。 

作为优选，所述发热翅片在冷凝器上沿翅片的排列方向等距分布。发热翅片沿翅片的排列方向等距分布时，可确保冷凝器各处除霜效果均匀一致。 

一种超低温空气能热泵机组的使用方法，该方法包括如下步骤： 

第一步骤：接通外接电源后控制仪启动，压缩机开始运行；

第二步骤：冷凝器传感器检测出冷凝器的输入端端口处的温度t1、冷凝器的输出端端口处的温度t2，水温传感器检测出水箱内的水温t3，并将检测到的温度信息传递至控制仪；

第三步骤：控制仪根据第二步骤中两个冷凝器传感器测得温度的平均值△t=（t1- t2）/2，以及水温传感器测得的水箱内的水温t3控制发热翅片和第二发热带的开关；

a、当冷凝器上的温度平均值△t≤6℃时，控制仪启动冷凝器上的发热翅片和第二发热带通电加热除霜，当冷凝器上的温度平均值△t≥15℃时，控制仪控制发热翅片和第二发热带断电，停止加热；

b、当发热翅片和第二发热带连续工作40分钟后，冷凝器传感器测得的冷凝器上的温度平均值△t≤6℃时，在发热翅片和第二发热带保持通电的情况下，控制仪控制压缩机停机3至5分钟后再启动压缩机；

c、当水箱内的水温t3达到55℃时，控制仪控制压缩机、发热翅片和第二发热带同时停止工作，当水箱内的水温t3降到52℃时，控制仪控制压缩机、发热翅片和第二发热带同时启动工作。

因此，本发明的一种超低温空气能热泵机组及其使用方法具有下述优点： 

1、结构简单，能根据冷凝器的工作状况自动启动或关闭发热翅片及发热带除霜，使用方便，节能效果明显；

2、发热翅片和发热带的热量可通过铜管内的冷介质传至压缩机，再经压缩机做功，二次热利用，显著提高热效率,节约能源。

附图说明：

图1是本发明一种超低温空气能热泵机组的结构示意图；

图2是图1所示A处的放大图；

图3是图2所示去掉铜管后第一种实施方式时的B-B剖视图；

图4是发热翅片的横向剖视图；

图5是图2所示去掉铜管后第二种实施方式时的B-B剖视图。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1： 

如图1所示，本发明的一种超低温空气能热泵机组，包括水箱1和室外机2，在水箱1内的液面下装有一个盘管形的换热器3，在室外机2内装有压缩机4，压缩机4通过管道与冷凝器5相连，换热器3的输入端通过下连接管6与冷凝器5的输入端相连，换热器3的输出端通过上连接管7与压缩机4的输出端相连。在冷凝器5的翅片51上穿插排列了二列冷凝器铜管52，每一列冷凝器铜管52在翅片51间呈蛇形弯折，在冷凝器5上安装了二个冷凝器传感器10，其中的一个位于冷凝器5的输入端端口处，另一个位于冷凝器5的输出端端口处，在水箱1内的液面下装有一个水温传感器11，二个冷凝器传感器10及水温传感器11与水箱1外侧的控制仪12电连接，控制仪12接在外接电源9上并与压缩机4电连接。在冷凝器5的翅片51间装有10组发热翅片8，10组发热翅片8沿翅片51的排列方向均匀分布，每组发热翅片8里有二个发热翅片8，二个发热翅片8并列后彼此对接形成一个与翅片51形状及大小相同的平面，如图2所示，发热翅片8包括长条形的传热板81，传热板81为厚度为2mm的铝板制成，如图3所示，在传热板81的长度方向上开有一列定位孔82，定位孔82共计22个，其与翅片51间的22段冷凝器铜管52相对应，传热板81上的定位孔82套装并焊接在对应的冷凝器铜管52中部，且传热板81表面与两侧的翅片51保持平行，如图4所示，在传热板81的边沿上同侧弯折后形成卷筒83，在卷筒83内夹持一条第一发热带84，第一发热带84延伸至翅片51的上方并通过第一发热带导线85与控制仪12电连接。如图2所示，在对应于翅片51外侧的冷凝器铜管52上缠绕有第二发热带13，第二发热带13通过第二发热带导线14与控制仪12电连接。其中的第一发热带84和第二发热带导线14均为耐高温硅胶碳纤维发热导线。

本发明使用时，包括如下步骤： 

第一步骤：接通外接电源9后控制仪12启动，压缩机4开始运行；

第二步骤：冷凝器传感器10实时检测冷凝器5的输入端端口处的温度t1、冷凝器5的输出端端口处的温度t2，水温传感器11实时检测水箱1内的水温t3，并将检测到的温度信息传递至控制仪12；

第三步骤：控制仪12根据第二步骤中两个冷凝器传感器10测得温度的平均值△t=（t1- t2）/2，以及水温传感器11测得的水箱内的水温t3控制发热翅片8和第二发热带13的开关；

a、当冷凝器上的温度平均值△t≤6℃时，控制仪12启动冷凝器5上的发热翅片8和第二发热带13通电加热除霜，当冷凝器上的温度平均值△t≥15℃时，控制仪12控制发热翅片8和第二发热带13断电，停止加热；

b、当发热翅片8和第二发热带13连续工作40分钟后，冷凝器传感器10测得的冷凝器上的温度平均值△t≤6℃时，在发热翅片8和第二发热带13保持通电的情况下，控制仪12控制压缩机4停机4分钟后再启动压缩机；

c、当水箱1内的水温t3达到55℃时，控制仪12控制压缩机4、发热翅片8和第二发热带13同时停止工作，当水箱1内的水温t3降到52℃时，控制仪12控制压缩机4、发热翅片8和第二发热带13同时启动工作。

实施例2： 

如图5所示，将制热空调的室内机代替水箱1，水温传感器11安装在制热空调室内机所在的空间内，在传热板81的长度方向上开有二列共计44个定位孔82，44个定位孔82与翅片51间的二列共计44段冷凝器铜管52相对应，每组发热翅片8里有一个发热翅片8，且发热翅片8与翅片51的形状及大小相同。其余部分与实施例1相同。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的构思作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。 

  

Claims (9)

1. 一种超低温空气能热泵机组，包括水箱（1）和室外机（2），在水箱（1）内设有换热器（3），在室外机（2）内设有压缩机（4）及通过管道与压缩机（4）相连的冷凝器（5），所述换热器（3）的输入端通过下连接管（6）与冷凝器（5）相连，换热器（3）的输出端通过上连接管（7）与压缩机（4）相连，其特征在于：在所述冷凝器（5）上设有冷凝器传感器（10）和若干组发热翅片（8），所述发热翅片（8）与冷凝器（5）的翅片（51）平行并固定在冷凝器铜管（52）上，在所述水箱（1）内设有水温传感器（11），所述压缩机（4）、发热翅片（8）、冷凝器传感器（10）及水温传感器（11）通过控制仪（12）与外接电源（9）相连。

2.根据权利要求1所述的一种超低温空气能热泵机组，其特征在于：所述发热翅片（8）包括长条形的传热板（81），在所述发热翅片（8）的长度方向上设有与冷凝器铜管（52）对应的一列或两列定位孔（82），所述传热板（81）通过定位孔（82）套装固定在冷凝器铜管（52）上并与翅片（51）保持平行，所述传热板（81）的边沿同侧弯折后形成卷筒（83），在所述卷筒（83）内夹设有第一发热带（84），所述第一发热带（84）通过第一发热带导线（85）与控制仪（12）电连接。

3.根据权利要求2所述的一种超低温空气能热泵机组，其特征在于：所述传热板（81）为厚度为1mm至3mm的铝板，所述第一发热带（84）为耐高温硅胶碳纤维发热导线。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种超低温空气能热泵机组，其特征在于：所述发热翅片（8）焊接固定在对应的冷凝器铜管（52）中部，对应于同一组间的发热翅片（8）并列后彼此对接形成一个与翅片（51）形状及大小相同的平面。

5.根据权利要求1或2或3所述的一种超低温空气能热泵机组，其特征在于：在对应于翅片（51）外侧的冷凝器铜管（52）上缠绕有第二发热带（13），所述第二发热带（13）通过第二发热带导线（14）与控制仪（12）电连接。

6.根据权利要求5所述的一种超低温空气能热泵机组，其特征在于：所述第二发热带导线（14）耐高温硅胶碳纤维发热导线。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种超低温空气能热泵机组，其特征在于：在所述冷凝器（5）上设有二个冷凝器传感器（10），其中一个冷凝器传感器（10）设于冷凝器（5）的输入端端口处，另一个冷凝器传感器（10）设于冷凝器（5）的输出端端口处。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种超低温空气能热泵机组，其特征在于：所述发热翅片（8）在冷凝器（5）上沿翅片（51）的排列方向等距分布。

9.一种权利要求1所述超低温空气能热泵机组的使用方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

第一步骤：接通外接电源（9）后控制仪（12）启动，压缩机（4）开始运行；

第二步骤：冷凝器传感器（10）检测出冷凝器（5）的输入端端口处的温度t1、冷凝器（5）的输出端端口处的温度t2，水温传感器（11）检测出水箱（1）内的水温t3，并将检测到的温度信息传递至控制仪（12）；

第三步骤：控制仪（12）根据第二步骤中两个冷凝器传感器（10）测得温度的平均值△t=（t1- t2）/2，以及水温传感器（11）测得的水箱内的水温t3控制发热翅片（8）和第二发热带（13）的开关；

a、当冷凝器上的温度平均值△t≤6℃时，控制仪（12）启动冷凝器（5）上的发热翅片（8）和第二发热带（13）通电加热除霜，当冷凝器上的温度平均值△t≥15℃时，控制仪（12）控制发热翅片（8）和第二发热带（13）断电，停止加热；

b、当发热翅片（8）和第二发热带（13）连续工作40分钟后，冷凝器传感器（10）测得的冷凝器上的温度平均值△t≤6℃时，在发热翅片（8）和第二发热带（13）保持通电的情况下，控制仪（12）控制压缩机（4）停机3至5分钟后再启动压缩机；

c、当水箱（1）内的水温t3达到55℃时，控制仪（12）控制压缩机（4）、发热翅片（8）和第二发热带（13）同时停止工作，当水箱（1）内的水温t3降到52℃时，控制仪（12）控制压缩机（4）、发热翅片（8）和第二发热带（13）同时启动工作。

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