CN102620493A - 一种热泵冬季除霜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵冬季除霜系统，包括压缩机、四通阀、室外机和室内机，所述压缩机通过四通阀和制冷剂管道分别与所述室外机和室内机相连；所述室内机与室外机通过制冷剂管道相连，所述室内机的冷凝器通过制冷剂管道与用于在除霜时提供热源的pcm模块相连。本发明使得除霜时间较短、能耗低、不影响室内温度、不损害压缩机寿命。

Description

一种热泵冬季除霜系统

技术领域

本发明涉及热泵系统领域，特别是涉及一种热泵冬季除霜系统。

背景技术

目前，热泵空调系统冬季运行时，室外机组部分会有结霜现象，不及时除霜会导致室内制热量严重不足。现在主要的除霜方式有：四通阀换向除霜、热气旁通法除霜、电加热除霜、固体吸附剂吸附除霜、水力除霜、气动除霜、高压电除霜等方法。

其中运用最广泛的的是四通阀换向除霜，其系统原理如图1：进入除霜模式后，先停止压缩机运行，当压缩机吸气和排气两端压力平衡后，通过四通换向阀将蒸发器与冷凝器互换，加热室外机盘管以达到除霜的目的。但这种除霜方法会使室内供热不连续，当除霜结束后，切换到正常的制热模式还需加热室内机表冷器上的温度，会导致室温下降5-6℃，影响室内热舒适性。其次应用较多的是热气旁通除霜方法，该方法原理图如图2：除霜时，不改变制冷剂流向，机组保持制热工况不变，压缩机排出的一部分高温气体经旁通管路连接到室外碗热气进行融霜。该方法的优点是除霜过程中房间温度波动小，除霜切换时的压力变化平稳，启动和终止除霜时，不会产生四通阀换向气流噪声等；缺点是以消耗高品位的电能为代价，不符合低碳节能的理念。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种热泵冬季除霜系统，使得除霜时间较短、能耗低、不影响室内温度、不损害压缩机寿命。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种热泵冬季除霜系统，包括压缩机、四通阀、室外机和室内机，所述压缩机通过四通阀和制冷剂管道分别与所述室外机和室内机相连；所述室内机与室外机通过制冷剂管道相连，所述室内机的冷凝器通过制冷剂管道与用于在除霜时提供热源的pcm模块相连。

所述pcm模块与室内机的室内盘管做成套管的形式并安装在所述室内机的散热肋片上；所述pcm模块的pcm介质围在所述套管外。

所述pcm模块与室内盘管做成的套管周围均匀加有铜肋片。

所述pcm模块与室内机的室内盘管独立布置；所述pcm模块安装在所述室内机的风口处；所述室内盘管安装在所述室内机的散热肋片上。

所述pcm模块为梭型或薄片型；所述pcm模块外围为金属片，内部为pcm介质，所述pcm介质上设有用于与室内机的冷凝器相连的制冷剂管道。

所述pcm模块为两个，一个与室内机的室内盘管做成套管的形式并安装在所述室内机的散热肋片上；所述pcm模块的pcm介质围在所述套管外，另一个与室内机的室内盘管独立布置；所述pcm模块安装在所述室内机的风口处；所述室内盘管安装在所述室内机的散热肋片上。

所述pcm模块中的pcm介质为熔点在20℃-28℃之间的物质，包括无机物：Mn(NO₃)₂6H₂O；无机晶体：石蜡C₁₆-C₁₈、石蜡C₁₃-C₂₄、石蜡C₁₈、RT25、RT30、十二醇；水合盐：Climsel C23、STL27、S27；烷烃：十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷或上述烷烃的混合物。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明在室内机冷凝器上串联或表面布置适量的相变材料(phase change material，简称“pcm”)模块来提供除霜时室内负荷。冬季热泵正常制热，当到达除霜条件时，进入除霜模式，此时控制器控制四通换向阀工作，变换蒸发器和冷凝器的位置，室内机变为制冷端，从安装在表冷器附近的pcm模块吸热，此时室内机风机无需停运。制热时室内的送风温度设定为28℃，此温度在pcm介质的熔点之上，此时pcm介质处于液态并储存一定的热量；切换到除霜模式后，室内机变为蒸发器，蒸发温度低于模块的相变温度，此时室内机可以通过吸收液态pcm介质的凝固潜热作为热源，所以室内温度几乎不会受到影响。

附图说明

图1是现有技术中采用四通阀换向除霜的原理图；

图2是现有技术中采用热气旁通除霜的原理图；

图3是本发明的系统原理图；

图4是本发明实施例1的室内机示意图；

图5是本发明实施例1的pcm模块截面图；

图6是本发明实施例2的室内机示意图；

图7是本发明实施例2中的梭型pcm模块截面图；

图8是本发明实施例2中的薄片型pcm模块截面图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种热泵冬季除霜系统，如图3所示，包括压缩机1、四通阀2、装有风扇8的室外机7和室内机3，所述压缩机1通过四通阀2和制冷剂管道分别与所述室外机7和室内机3相连；所述室内机3与室外机7通过制冷剂管道相连，所述室内机3的冷凝器通过制冷剂管道与用于在除霜时提供热源的pcm模块4相连。其中，pcm模块4的介质材料的选择可以多样化，一般熔点在18℃-28℃的无害物质均可。例如烷烃中的十四烷[C₁₄H₃₀]、十五烷[C₁₅H₃₂]、十六烷[C₁₆H₃₄]、十七烷[C₁₇H₃₆]、十八烷[C₁₈H₃₈]或它们的混合物等等。

冬季热泵正常制热，当到达除霜条件时，进入除霜模式，此时控制器控制四通换向阀工作，变换蒸发器和冷凝器的位置，室内机变为制冷端，从安装在表冷器附近的pcm模块吸热，此时室内机风机无需停运。制热时室内的送风温度设定为28℃，此温度在pcm介质的熔点之上，此时pcm介质处于液态并储存一定的热量；切换到除霜模式后，室内机变为蒸发器，蒸发温度低于模块的相变温度，此时室内机可以通过吸收液态pcm介质的凝固潜热作为热源，所以室内温度几乎不会受到影响。

实施例1：

如图4和图5所示，所述pcm模块与室内机的室内盘管111做成套管11的形式并安装在所述室内机的散热肋片12上；所述pcm模块的pcm介质112围在所述套管11外。除霜时室内机风机停运。除霜所需热量全部由pcm介质的储存热和相变潜热提供。在除霜之前的正常制热阶段，受到室内回风的加热，pcm介质处于液态，切换到除霜模式后，室内机的蒸发温度低于pcm介质的相变温度，由此得出方案可行。为增大室内机与pcm模块中介质的换热量，在套管内均匀加装铜肋片。

参见图3(此时无部件9)，冬季热泵正常启动，在无霜的状态下运行，制冷剂从压缩机出来变为高温高压气态，经管路P1、P3后进入室内机冷凝放热，提供室内热量；由于pcm模块与制冷剂管路为套管，外管内的pcm介质被制冷剂加热，故进入制热一段时间后pcm介质处于液态(送风温度为28℃，大于pcm介质熔点)；再经管路P5进入室外机表冷器7，经节流阀6的制冷剂被降温后在表冷器10中蒸发吸热，最后经管路P2回到压缩机。

当检测器检测到需要除霜时，启动四通换向阀，由压缩机出的制冷剂蒸汽经管路P1经四通阀转换到管路P6，进入室外机表冷器中冷却放热，再经节流阀6节流降温后进入室内表冷器从pcm介质上蒸发吸热。刚切换到除霜模式时pcm介质仍处于液态，低温制冷剂通过室内风机与pcm模块进行导热换热、不断从液态pcm中吸热，由于制冷剂温度低于pcm介质熔点，故pcm介质会一直被降温到熔点并伴随凝固现象，放出大量相变潜热。按照需要除霜的热量计算pcm模块中pcm介质的质量M，对应固态下的体积为Vy，pcm模块设计容积应略大于Vy。此时室内机无需从室内吸热就能提供室外机除霜所需的热量。

实施例2：

如图6所示，所述pcm模块与室内机的室内盘管111独立布置；所述pcm模块4安装在所述室内机的风口处；所述室内盘管111安装在所述室内机的散热肋片12上。如图7和图8所示，所述pcm模块为梭型或薄片型；所述pcm模块外围为金属片114，内部为pcm介质112，所述pcm介质112上设有用于与室内机的冷凝器相连的制冷剂管道。

参见图3(此时有部件9)，热泵正常启动，在无霜的状态下运行，此时电路控制节流阀5关闭、6打开。制冷剂从压缩机出经管路P1、P3后进入室内机3，此阶段原理与方案一相同；如图6所示，pcm模块安装于室内机送风口处被空调送风加热，制热一段时间后模块中的pcm介质应处于液态并有储存热。

当检测器检测到需要除霜时，启动四通换向阀。电路板控制电磁阀5打开、6关闭；由压缩机出的制冷剂蒸汽经管路P1经四通阀转换到管路P6，进入室外机表冷器中冷却放热，再经管路P5、节流阀5节流降温，通过pcm模块中pcm介质换热(此时节流阀6关闭，制冷剂不走室内机盘管)。参见图6：刚切换到除霜模式后pcm模块中pcm介质仍处于液态，制冷剂从pcm模块中通过并从pcm介质中吸热，由于蒸发温度低于pcm介质熔点，故模块中会伴随凝固现象产生，放出大量相变潜热。梭型pcm模块计算容积V的计算方法与方案一相同。

实施例3：

如图4和图5所示，所述pcm模块与室内机的室内盘管111做成套管11的形式并安装在所述室内机的散热肋片12上；模块的pcm介质112围在所述套管11外。另有一pcm模块与室内机的室内盘管111独立布置，安装在所述室内机的风口处。

运行方式与实施例2基本相同，不同之处在于除霜阶段图3中电磁阀5和6均打开，制冷剂既从套管上的pcm介质吸热，也从室内机风口处的pcm介质吸热。

下面以一个实例说明本发明，选取麦克维尔1HP分体式热泵空调计算，其规格参数如下表：

	制冷量(kw)	制热量(kw)	制冷功率(kw)	制热功率(kw)
					1HP热泵空调	2.5	2.7	0.85	0.79

Pcm介质的质量公式： $M=\frac{236052}{10.2\×C_{\mathrm{PCM}}+\mathrm{\Δh}}\left(\mathrm{kg}\right)$

其中：M-pcm介质的质量(kg)；C_pcm-pcm介质的比热熔(J/kg·℃)；Δh-pcm介质的凝固焓(J/kg)。

●节电量

假定冬季平均每天除霜10次，冬季采暖天数取120天，那么对于1HP空气源热泵来说，一年能节约的电量为：65.3376kWh。运用本专利技术后，估算得全国每年仅1HP容量的空气源热泵节约的电量就有3.3×10⁷kWh。

●减碳排量

按照“碳足迹”的研究方法，假设节约出的电量原来是由火力发电提供；查得火力发电的CO₂排放系数为0.79kg/kWh，估算得应用该专利技术后全年气源热泵的碳减排量为：2.6×10⁴吨。

不难发现，本发明在室内机冷凝器上串联或表面布置适量的相变材料模块来提供除霜时室内负荷。冬季热泵正常制热，当到达除霜条件时，进入除霜模式，此时控制器控制四通换向阀工作，变换蒸发器和冷凝器的位置，室内机变为制冷端，从安装在表冷器附近的pcm模块吸热，此时室内机风机无需停运。制热时室内的送风温度设定为28℃，此温度在pcm介质的熔点之上，此时pcm介质处于液态并储存一定的热量；切换到除霜模式后，室内机变为蒸发器，蒸发温度低于模块的相变温度，此时室内机可以通过吸收液态pcm介质的凝固潜热作为热源，所以室内温度几乎不会受到影响。

Claims (7)

1.一种热泵冬季除霜系统，包括压缩机(1)、四通阀(2)、室外机(7)和室内机(3)，所述压缩机(1)通过四通阀(2)和制冷剂管道分别与所述室外机(7)和室内机(3)相连；所述室内机(3)与室外机(7)通过制冷剂管道相连，其特征在于，所述室内机(3)的冷凝器通过制冷剂管道与用于在除霜时提供热源的pcm模块(4)相连。

2.根据权利要求1所述的热泵冬季除霜系统，其特征在于，所述pcm模块(4)与室内机(7)的室内盘管(111)做成套管的形式并安装在所述室内机的散热肋片(12)上；所述pcm模块(4)的pcm介质(112)围在所述套管外。

3.根据权利要求2所述的热泵冬季除霜系统，其特征在于，所述pcm模块(4)与室内盘管(111)做成的套管周围均匀加有铜肋片(113)。

4.根据权利要求1所述的热泵冬季除霜系统，其特征在于，所述pcm模块(4)与室内机的室内盘管(111)独立布置；所述pcm模块(4)安装在所述室内机的风口处；所述室内盘管(111)安装在所述室内机的散热肋片(12)上。

5.根据权利要求4所述的热泵冬季除霜系统，其特征在于，所述pcm模块(4)为梭型或薄片型；所述pcm模块(4)外围为金属片，内部为pcm介质(112)，所述pcm介质(112)上设有用于与室内机的冷凝器相连的制冷剂管道。

6.根据权利要求1所述的热泵冬季除霜系统，其特征在于，所述pcm模块(4)为两个，一个与室内机(7)的室内盘管(111)做成套管的形式并安装在所述室内机的散热肋片(12)上；所述pcm模块(4)的pcm介质(112)围在所述套管外，另一个与室内机的室内盘管(111)独立布置；所述pcm模块(4)安装在所述室内机的风口处；所述室内盘管(111)安装在所述室内机的散热肋片(12)上。

7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的热泵冬季除霜系统，其特征在于，所述pcm模块(4)中的pcm介质(112)为熔点在20℃-28℃之间的物质，包括无机物：Mn(NO₃)₂·6H₂O；无机晶体：石蜡C₁₆-C₁₈、石蜡C₁₃-C₂₄、石蜡C₁₈、RT25、RT30、十二醇；水合盐：Climsel C23、STL27、S27；烷烃：十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷或上述烷烃的混合物。

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