CN103175354B - 蓄热相变除霜装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蓄热相变除霜装置，包括：设置在冷媒循环管路上的蓄热相变装置，还包括，除霜管路，由压缩机引出，通过室外换热器，与顺序通过四通阀和室内换热器的供热管路汇合，再通过蓄热相变装置回到压缩机形成循环。以及一种蓄热相变除霜装置，包括：设置在冷媒循环管路上的蓄热相变装置，蓄热相变装置分别可通断地串联在室内换热器和室外换热器之间以及室外换热器和四通阀及压缩机之间。本发明使用并行的供热管路和除霜管路，不影响原有系统的性能，利用压缩机余热，可以使除霜时间大大缩减且继续向室内供热。

Description

蓄热相变除霜装置

技术领域

本发明涉及除霜装置领域，特别是一种蓄热相变除霜装置。

背景技术

目前国内的热泵空调和热水器所采用的除霜方式大都是利用压缩机的排气温度进行热气冲霜。具体的除霜过程为：进入除霜模式-压缩机停止-四通阀换向-压缩机启动-热气冲霜-压缩机停止-四通阀换向-压缩机启动-放冷风-除霜结束。

现有技术存在的如下不足之处：

1、一个化霜周期需启停压缩机2次，启动能耗高，对电网有较大的冲击，启停频繁大大缩减压缩机的寿命；

2、一个化霜周期四通阀换向2次，易磨损内部的滑块，造成四通阀换向故障率升高，缩减四通阀的寿命；

3、四通阀换向和压缩机的启停需要花费约4分钟，整个除霜过程需要花费约12分钟，恶劣环境下需要花费更长时间；

4、化霜时室内不制热，化霜结束后还需放一段时间冷风才能正常制热，严重影响室内舒适性；

5、化霜只依靠压缩机排气进行热气冲霜，能量来源于压缩机做功，用于除霜的能量最高只能达到压缩机的最高运行功率，恶劣环境下造成化霜时间长或化霜不干净；

6、压缩机运行时壁面与外界环境进行热交换，散发热量，造成排气温度有所下降，浪费能源。

国外目前有些技术采用蓄热除霜方式。该方法是正常制热时利用蓄热装置吸取并存储压缩机的散热，除霜时再把蓄热装置中的热量导出来用于除霜和供热。该除霜方式除霜时四通阀不需换向、压缩机不停止工作，能够部分地解决上述国内现有技术存在的不足。

但该除霜方式也存在不足之处：

1、除霜时制冷剂没有经过节流蒸发，没有完整的制冷循环，不能发挥制冷剂相变携带能量的功效。

2、制冷剂流经室外换热器后成为过冷状态，流经蓄热装置后成为过热蒸汽，两者混合后能量损失较大。

3、流经室外换热器和蓄热器的制冷剂混合后可能呈湿蒸汽状态，进入压缩机后造成压缩机湿压缩，严重缩短压缩机的使用寿命，也会造成外机强烈的震动。

4、蓄热材料没有发生相变，蓄热能力较差。蓄热材料呈液态，易发生泄漏和挥发。

5、蓄热器中的换热管呈水平蛇形状，不易折弯。且其铜管为光管，换热能力差。

6、化霜时冷媒从冷凝器底部进入，由冷凝器底部向上化霜，霜融化成的水从上部流下带走下部的热量，不利于化霜。

发明内容

本发明提供一种蓄热相变除霜装置，利用了压缩机产生的废热，克服现有技术中的热气冲霜装置降低部件寿命，浪费能源，不能持续供热等技术问题；并解决现有的相变除霜装置制冷剂混合造成的耗能和振动等技术问题。

本发明通过如下技术方案实现：一种蓄热相变除霜装置，包括：设置在冷媒循环管路上的蓄热相变装置，还包括，除霜管路，由压缩机引出，通过室外换热器，与顺序通过四通阀和室内换热器的供热管路汇合，再通过蓄热相变装置回到压缩机形成循环。

进一步地，除霜管路从压缩机引出，经过第一电磁阀连通室外换热器，室内换热器和室外换热器之间通过电子膨胀阀连通，在供热管路上室内换热器与蓄热相变装置之间设有第二电磁阀，四通阀与压缩机之间设有第三电磁阀。

进一步地，除霜管路从压缩机引出，经过第一电磁阀连通室外换热器，室内换热器和室外换热器之间通过电子膨胀阀连通，在室外换热器与蓄热相变装置之间设有第二电磁阀，四通阀与压缩机之间设有第三电磁阀。

进一步地，除霜管路从压缩机引出，经过三通阀连通室外换热器，四通阀连通三通阀，在室外换热器与蓄热相变装置之间设有第二电磁阀。

进一步地，蓄热相变装置分别可通断地串联在室内换热器和室外换热器之间以及室外换热器和四通阀之间。

进一步地，除霜管路在进入蓄热相变装置之前经过节流装置，节流装置是毛细管或电子膨胀阀。

进一步地，蓄热相变装置包括蓄热槽、蓄热材料和换热器，蓄热材料装填在蓄热槽内，蓄热槽的蓄热材料内穿设有换热器，冷媒循环管路穿过换热器。

进一步地，蓄热槽紧贴压缩机，与压缩机之间填充导热硅胶。

进一步地，换热器采取以下形式中的任一种：折弯光管或螺纹管换热器、U型翅片管并联或串联换热器和微通道换热器。

进一步地，蓄热材料为聚乙二醇固液相变材料或石蜡、膨胀石墨固固相变复合材料。

根据本发明的另一方面，提供一种蓄热相变除霜装置，包括：设置在冷媒循环管路上的蓄热相变装置，蓄热相变装置分别可通断地串联在室内换热器和室外换热器之间以及室外换热器和四通阀及压缩机之间。

通过上述技术方案，本发明的主要优点是，本发明使用并行的供热管路和除霜管路，不影响原有系统的性能而且可以使除霜时间大大缩减且继续向室内供热，同时利用压缩机余热，节约能源。

附图说明

构成本发明的一部分的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1a示出了包含本发明的第一实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制冷模式的示意图；

图1b示出了包含本发明的第一实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制热模式的示意图；

图1c示出了包含本发明的第一实施例的蓄热相变除霜装置的管路在供热除霜模式的示意图；

图1d示出了包含本发明的第一实施例的蓄热相变除霜装置的管路在快速除霜模式的示意图；

图2a示出了包含本发明的第二实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制冷模式的示意图；

图2b示出了包含本发明的第二实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制热模式的示意图；

图2c示出了包含本发明的第二实施例的蓄热相变除霜装置的管路在供热除霜模式的示意图；

图3a示出了包含本发明的第三实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制冷模式的示意图；

图3b示出了包含本发明的第三实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制热模式的示意图；

图3c示出了包含本发明的第三实施例的蓄热相变除霜装置的管路在供热除霜模式的示意图；

图3d示出了包含本发明的第三实施例的蓄热相变除霜装置的管路在快速除霜模式的示意图；

图4a示出了包含本发明的第四实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制冷模式的示意图；

图4b示出了包含本发明的第四实施例的蓄热相变除霜装置的管路在制热模式的示意图；

图4c示出了包含本发明的第四实施例的蓄热相变除霜装置的管路在供热除霜模式的示意图；以及

图4d示出了包含本发明的第四实施例的蓄热相变除霜装置的管路在快速除霜模式的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

具有本发明的制冷系统管路流程是在普通的制冷系统基础上改进的，添加电磁阀和蓄热装置及其管路。正常的制冷制热循环与平常所用的制冷制热循环没有差别。本发明的系统管路共有四种工作方式，分别是：制冷模式、制热模式、供热除霜模式、快速除霜模式。在以下具体说明的相应附图中，用三角符号标出冷媒流动路径。

第一实施例：

制冷模式：如图1a所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82关闭、第三电磁阀83打开、四通阀20断电，压缩机10排出的高温高压气态冷媒进入室外换热器30冷凝后经过电子膨胀阀40节流进入室内换热器50蒸发吸热从而完成制冷过程。

制热模式：如图1b所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82关闭、第三电磁阀83打开、四通阀20通电，压缩机10排出的高温高压气态冷媒进入室内换热器50冷凝放热后经过电子膨胀阀40节流进入室外换热器30蒸发吸热，完成制热过程。

供热除霜模式：如图1c所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82打开、第三电磁阀83关闭、电子膨胀阀40关闭、四通阀20通电。由压缩机10排出的高温高压气态冷媒分两路，一路经由第一电磁阀81从室外换热器30下部流入用于化霜，另一路经由四通阀20进入室内换热器50用于供热。两路冷媒汇合后经毛细管60节流后进入蓄热装置70吸收蓄热装置70储存的热量，提供给室外换热器30除霜和室内换热器50供热。由制热模式转换为供热除霜模式四通阀20不需要换向，压缩机10也不需要启停。

快速除霜模式：如图1d所示，第一电磁阀81打开、第二电磁阀82和第三电磁阀83关闭、电子膨胀阀40全闭、四通阀20通电。压缩机10排出的高温高压气态冷媒经由第一电磁阀81全部进入室外换热器30冷凝放热用于除霜后经由毛细管60节流进入蓄热装置70中蒸发吸收蓄热装置70中储存的热量回到压缩机10完成快速除霜。该模式下压缩机10所做的功和蓄热装置70中储存的热量全用于除霜，且由制热模式转换为快速除霜模式四通阀20不需要换向、压缩机10不需启停，大大缩短除霜时间。

第一实施例的方案的优点是可以关闭第三电磁阀使回气经过蓄热装置以提高制热和除霜时的吸排气温度。其缺点也很明显，除霜时从冷凝器底部开始，对除霜有不利影响，使用三个电磁阀，成本高控制复杂。

第二实施例：

制冷模式：如图2a所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82打开，四通阀20断电。压缩机10排出的高温高压气态冷媒经过四通阀20与第一电磁阀81进入冷凝器30冷凝放热后通过第二电磁阀82经电子膨胀阀40节流进入蒸发器50蒸发吸热再经过四通阀20回到压缩机10完成制冷过程。

制热模式：如图2b所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82打开，四通阀20通电。压缩机10排出的高温高压气态冷媒经过四通阀20进入蒸发器50冷凝放热后经电子膨胀阀40节流通过第二电磁阀82进入冷凝器30蒸发吸热再经过第一电磁阀81和四通阀20回到压缩机10完成制热过程。

供热除霜模式：如图2c所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82关闭，四通阀20通电。压缩机10排出的高温高压气态冷媒经过四通阀20进入蒸发器50冷凝放热后经电子膨胀阀40节流进入蓄热器70蒸发吸取蓄热装置70中的热量然后流入冷凝器30用于化霜，从冷凝器30出来的过冷液态冷媒再次流入蓄热装置70二次截流蒸发吸热回到压缩机10完成供热除霜。

该实施例的方案没有快速除霜模式，但相比第一实施例可以减少使用一个电子膨胀阀，还可以用单向阀替代第一电磁阀同样可以达到正常的制冷制热和供热除霜。同时可以提高制热与除霜时的吸排气温度，使制热和除霜达到更好的效果。第二实施例的缺点是需要二次节流，对系统的压力不容易控制。同时制冷时会有部分流量流入蓄热器，对系统制冷效果稍有影响。

第三实施例：

制冷模式：如图3a所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82关闭、第三电磁阀83打开、四通阀20断电，压缩机10排出的高温高压气体进入室外换热器30冷凝后经过电子膨胀阀40节流进入室内换热器50蒸发吸热从而完成制冷过程。制冷模式下蓄热装置70内没有冷媒流动，不会太大影响制冷效果。

制热模式：如图3b所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82关闭、第三电磁阀83打开、四通阀20通电，压缩机排出的高温高压气态冷媒进入室内换热器50冷凝放热后经过电子膨胀阀40节流进入室外换热器30蒸发吸热，完成制热过程。制热模式下蓄热装置内没有冷媒流动，不会带走蓄热装置内的热量，使得蓄热装置内的热量得以储存用于除霜，也不会对制热效果有太大的影响。

供热除霜模式：如图3c所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82打开、第三电磁阀83关闭、电子膨胀阀40全开、四通阀20通电。由压缩机10排出的高温高压气态冷媒分两路，一路经由第一电磁阀81从室外换热器30上部流入用于化霜，另一路经由四通阀20进入室内换热器50用于供热。两路冷媒汇合后经第二电磁阀82和毛细管60节流后进入蓄热装置70吸收蓄热装置储存的热量，提供给室外换热器30除霜和室内换热器50供热。由制热模式转换为供热除霜模式四通阀不需要换向，压缩机也不需要启停。

快速除霜模式：如图3d所示，第一电磁阀81与第二电磁阀82打开、第三电磁阀83关闭、电子膨胀阀40全闭、四通阀20通电。压缩机10排出的高温高压气态冷媒经由第一电磁阀81全部进入室外换热器30冷凝放热用于除霜后经由第二电磁阀82和毛细管60节流进入蓄热装置70中蒸发吸收蓄热装置70中储存的热量回到压缩机10完成快速除霜。该模式下压缩机10所做的功和蓄热装置70中储存的热量全用于除霜，且由制热模式转换为快速除霜模式四通阀不需要换向、压缩机不需启停，大大缩短除霜时间。

第三实施例较第一和第二实施例最大的优点是，除霜时从冷凝器上部开始利于除霜和冷媒流动，除霜时四通阀不换向、压缩机不启停，大大缩短除霜时间。供热除霜时可以通过调节电子膨胀阀的开度调整冷凝器和蒸发器中冷媒的流量比例，正常的制冷制热时没有流量流过蓄热装置利于蓄热装置的蓄热。可以用两个压差自力二通阀替代其中两个电磁阀或者用一个二位六通阀替代三个电磁阀。

第四实施例：

此方案为优选方案。电磁三通阀90断电默认位置为：室外换热器30与四通阀20相连。通电后室外换热器30与压缩机10排气相连。

制冷模式：如图4a所示，电磁三通阀90断电、电磁阀80关闭、四通阀20断电，压缩机10排出的高温高压气体进入室外换热器30冷凝后经过电子膨胀阀40节流进入室内换热器50蒸发吸热从而完成制冷过程。制冷模式下蓄热装置70内没有冷媒流动，不会太大影响制冷效果。

制热模式：如图4b所示，电磁三通阀90断电、电磁阀80关闭、四通阀20通电，压缩机10排出的高温高压气态冷媒进入室内换热器50冷凝放热后经过电子膨胀40阀节流进入室外换热器30蒸发吸热，完成制热过程。制热模式下蓄热装置70内没有冷媒流动，不会带走蓄热装置内的热量，使得蓄热装置内的热量得以储存用于除霜，也不会对制热效果有太大的影响。

供热除霜模式：如图4c所示，电磁三通阀90通电、电磁阀80打开、电子膨胀阀40全开、四通阀20通电。由压缩机10排出的高温高压气态冷媒分两路，一路经由电磁三通阀90从室外换热器30上部流入用于化霜，另一路经由四通阀20进入室内换热器50用于供热。两路冷媒汇合后经电磁阀80和毛细管60节流后进入蓄热装置70吸收蓄热装置70储存的热量，提供给室外换热器30除霜和室内换热器50供热。由制热模式转换为供热除霜模式四通阀不需要换向，压缩机也不需要启停。

快速除霜模式：如图4d所示，电磁三通阀90通电、电磁阀80打开、电子膨胀阀40全闭、四通阀20通电。压缩机10排出的高温高压气态冷媒经由电磁三通阀全部进入室外换热器50冷凝放热用于除霜后经由电磁阀80和毛细管60节流进入蓄热装置70中蒸发吸收蓄热装置70中储存的热量回到压缩机完成快速除霜。该模式下压缩机10所做的功和蓄热装置70中储存的热量全用于除霜，且由制热模式转换为快速除霜模式四通阀不需要换向、压缩机不需启停，大大缩短除霜时间。

第四实施例继承了第三实施例方案的优点：除霜时从冷凝器上部开始利于除霜和冷媒流动，除霜时四通阀不换向、压缩机不启停，大大缩短除霜时间。供热除霜时可以通过调节电子膨胀阀的开度调整冷凝器和蒸发器中冷媒的流量比例，正常的制冷制热时没有流量流过蓄热装置利于蓄热装置的蓄热。

优选地，第四实施例中，用一个电磁三通阀替代两个电磁阀，即简化了控制又降低了成本。同样还可以用一个二位五通替代电磁三通阀和电磁阀。

以上的所有方案中的毛细管及其流路前的电磁阀均可采用常闭无流量、通电打开后带有一定节流的电磁阀替代，可简化管路。

本发明的蓄热相变装置，包括蓄热槽、蓄热材料、蓄热装置换热器及其附属的管路和阀件。

蓄热槽：圆弧形槽状，紧贴压缩机外壁，并用扎带捆绑结实。可用工程塑料或钣金铸造，导热良好。有密封盖，密封良好，盛装液体不发生泄漏。蓄热槽与压缩机间用导热硅胶填充以增强导热。

蓄热材料：采用聚乙二醇固液相变材料或石蜡、膨胀石墨固固相变复合材料，填充于蓄热槽内，当压缩机正常工作时吸收压缩机的散热发生相变，当需要用来除霜和供热时发生相变放出热量。

蓄热装置换热器，可以有以下形式：1、蛇形折弯光管或螺纹管，采用尽量小的折弯半径加长总长度以增强换热；2、多根U型翅片管并联或串联，翅片间填充并压实石蜡、膨胀石墨复合材料；3、小型微通道换热器，在微通道间填充并压实石蜡、膨胀石墨复合材料。

管路及阀件设计：压缩机排出的高温高压气体分两路，一路经过四通阀进入室内换热器供热，另一路通过电磁阀进入室外换热器由上到下化霜。两路冷媒换热完毕呈过冷液态汇合经过毛细管节流后进入蓄热装置蒸发吸取蓄热装置中的热量变为过热蒸汽。

根据本发明的，具有如下有益效果：

除霜过程四通阀没有换向，正常的制冷制热循环与平常所用的制冷制热循环基本一致。使用本发明不影响原有系统的性能而且可以使除霜时间大大缩减为5分钟并且继续向室内供热。

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。

Claims (8)

1.一种蓄热相变除霜装置，包括：设置在冷媒循环管路上的蓄热相变装置(70)，

其特征在于，还包括，

除霜管路，由压缩机(10)引出，通过室外换热器(30)，与顺序通过四通阀(20)和室内换热器(50)的供热管路汇合，再通过所述蓄热相变装置(70)回到所述压缩机(10)形成循环；

所述除霜管路和所述供热管路在进入所述蓄热相变装置(70)之前先汇合再经过节流装置，所述节流装置是毛细管(60)或电子膨胀阀。

2.根据权利要求1所述的蓄热相变除霜装置，其特征在于，所述除霜管路从所述压缩机(10)引出，经过第一电磁阀(81)连通所述室外换热器(30)，在所述供热管路上所述室内换热器(50)与所述蓄热相变装置(70)之间设有第二电磁阀，所述四通阀(20)与所述压缩机(10)之间设有第三电磁阀(83)。

3.根据权利要求1所述的蓄热相变除霜装置，其特征在于，所述除霜管路从压缩机(10)引出，经过第一电磁阀(81)连通室外换热器(30)，在所述室外换热器(30)与所述蓄热相变装置(70)之间设有第二电磁阀(82)，所述四通阀(20)与所述压缩机(10)之间设有第三电磁阀(83)。

4.根据权利要求1所述的蓄热相变除霜装置，其特征在于，所述除霜管路从压缩机(10)引出，经过三通阀(90)连通所述室外换热器(30)，所述四通阀(20)也连通所述三通阀(90)，在所述室外换热器(50)与所述蓄热相变装置(70)之间设有电磁阀(80)。

5.根据权利要求1所述的蓄热相变除霜装置，其特征在于，所述蓄热相变装置(70)包括蓄热槽、蓄热材料和换热器，所述蓄热材料装填在所述蓄热槽内，所述蓄热槽的蓄热材料内穿设有换热器，所述冷媒循环管路穿过所述换热器。

6.根据权利要求5所述的蓄热相变除霜装置，其特征在于，所述蓄热槽紧贴所述压缩机(10)，与所述压缩机(10)之间填充导热硅胶。

7.根据权利要求5所述的蓄热相变除霜装置，其特征在于，所述换热器采取以下形式中的任一种：折弯光管或螺纹管换热器、U型翅片管并联或串联形成的换热器、微通道换热器。

8.根据权利要求5所述的蓄热相变除霜装置，其特征在于，所述蓄热材料为聚乙二醇固液相变材料或石蜡、膨胀石墨固固相变复合材料。