CN103245150A - 一种空气源热泵除霜装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气源热泵除霜装置，包括压缩机、四通阀、气液分离器、换热器、储液器、过滤器、第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、设置在第一翅片管换热器空气进口的第一电动风门、设置在第二翅片管换热器空气进口的第二电动风门、设置在两个翅片管换热器空气出口处的风机，以及设置在管路上的第一电磁阀、第二电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀、电子膨胀阀和第三电磁阀。本发明装置的温度波动很小，提高了空调系统的舒适性，使系统除霜过程总的时间缩短，提高热泵系统的单位时间供热率。

Description

一种空气源热泵除霜装置

 

技术领域

本发明属于制冷空调系统设计和制造的技术领域，涉及一种空气源热泵系统的除霜方法及其实现这方法的装置。

 

背景技术

空气源热泵具有节能、兼顾供冷供热、使用灵活、方便、初投资少、所占空间小等优点在我国大部分地区得到广泛应用。但空气源热泵在冬季制热运行时遇到的最大问题是蒸发器表面结霜，由于霜层的形成与增长，加大了蒸发器表面与空气间的传热热阻，增加了空气流过蒸发器时的流动阻力，使得经过蒸发器的空气流量下降，换热效率明显降低，导致由空气和蒸发器之间换热量下降，热泵机组工作状况恶化，性能下降，甚至不能正常工作。因此空气源热泵在结霜条件下运行时必须适时除霜。

目前对空气源热泵常用的除霜方法是通过系统逆向循环(运行制冷循环)来实现，即将制热时与空气进行换热的吸收热量的蒸发器，除霜时变成冷凝器，原来的冷凝器变成蒸发器。这种传统的逆向除霜方法存在一系列弊端：除霜时由于四通阀换向，制冷系统原来的高低压部分切换，这使制冷系统压缩机出现“奔油”现象，降低压缩机的可靠性和使用寿命；除霜时制冷剂要从供热系统中吸取热量用于除霜，造成供热系统温度急剧波动，因而影响空调系统的舒适性；同时从除霜开始到除霜结束，四通阀要动作两次，系统的高低压部分（蒸发器与冷凝器）需切换两次再重新建立压力和温度平衡，这不仅造成大量能量损失而且使系统除霜过程总的时间加长。

 

发明内容

技术问题：本发明的目的是为解决现有逆向除霜方式给制冷系统所带来的诸多弊端，提供一种可靠性高，缩短除霜时间，改善除霜效果，提高热泵机组供热效率和空调系统舒适性的空气源热泵除霜装置。       

技术方案：本发明的空气源热泵除霜装置，包括压缩机、四通阀、气液分离器、换热器、储液器、过滤器、第一翅片管换热器、第二翅片管换热器、设置在第一翅片管换热器空气进口的第一电动风门、设置在第二翅片管换热器空气进口的第二电动风门、设置在两个翅片管换热器空气出口处的风机，以及设置在管路上的第一电磁阀、第二电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀、电子膨胀阀和第三电磁阀。

四通阀上设置有四通阀第一输入端、四通阀第一输出端、四通阀第二输入端和四通阀第二输出端，换热器上设置有换热器输入端和换热器输出端，第一翅片管换热器上设置有第一翅片管换热器输入端和第一翅片管换热器输出端，第二翅片管换热器上设置有第二翅片管换热器输入端和第二翅片管换热器输出端。压缩机的输出端接四通阀第一输入端，四通阀第二输入端通过第一电磁阀与换热器输入端连接，同时也通过第二电磁阀与第二翅片管换热器输入端连接，四通阀第一输出端分为两路，一路与第一翅片管换热器输入端连接，另一路通过第三电磁阀与第二翅片管换热器输入端连接，四通阀第二输出端与气液分离器的输入端连接，气液分离器的输出端与压缩机的输入端连接；

换热器输出端同时与第一单向阀的入口和第二单向阀的出口连接，第一单向阀的出口分成三路，一路接储液器的输入端，一路通过第三单向阀与第二翅片管换热器输出端连接，另外一路通过第四单向阀与第一翅片管换热器输出端连接，储液器的输出端通过过滤器与电子膨胀阀的输入端连接，电子膨胀阀的输出端分成三路，一路与第二单向阀的输入端连接，一路通过第五单向阀与第二翅片管换热器输出端连接，另外一路通过第六单向阀与第一翅片管换热器输出端连接。

本发明装置中，压缩机为变频压缩机或可实现能量调节的压缩机。

本发明装置中，当第一翅片管换热器除霜时，第一电动风门关闭，第二电动风门打开；当第二翅片管换热器除霜时，第一电动风门打开，第二电动风门关闭。

本发明装置中，第一翅片管换热器除霜时, 第二翅片管换热器作为蒸发器从空气中吸热；第二翅片管换热器除霜时, 第二翅片管换热器作为蒸发器从空气中吸热。

空气源热泵夏季制冷模式运行时：低温低压的制冷剂气体从气液分离器中被压缩机吸入、压缩后变成高温高压过热蒸气排出，经过四通阀后从四通阀第一输出端出来后分成两路，分别进入第一翅片管换热器和通过第三电磁阀进入第二翅片管换热器，此时第二电磁阀关闭，在第一翅片管换热器和第二翅片管换热器中，制冷剂与空气换热，放出热量冷凝成液体，然后分别从第一翅片管换热器、第二翅片管换热器出来后又分别经过第四单向阀、第三单向阀后汇合进入储液器，然后依次经过过滤器、电子膨胀阀后变成低温低压的气液两相，再经过第二单向阀后进入换热器，制冷剂在换热器中吸热蒸发，放出冷量，制冷剂完全蒸发后变成过热气体从换热器出来后经过第一电磁阀、四通阀进入气液分离器，然后再次被吸入压缩机，从而完成制冷循环，此时第一电动风门、第二电动风门都打开，风机工作。

空气源热泵冬季制热模式运行时：气液分离器中低温低压的制冷剂气体被压缩机吸入、压缩后排出进入四通阀，从四通阀第二输入端出来后经过第一电磁阀进入换热器，此时第二电磁阀关闭，制冷剂在换热器中放出热量，冷凝成液体后流出，经过第一单向阀进入储液器，制冷剂从储液器出来后经过过滤器、电子膨胀阀被节流成气液两相后，分成两路，一路经过第五单向阀进入第二翅片管换热器，另外一路经过第六单向阀进入第一翅片管换热器，制冷剂分别在两个换热器中与空气换热，吸收热量后变成过热蒸气，制冷剂从第一翅片管换热器出来后与从第二翅片管换热器出来后经过第三电磁阀的制冷剂汇合后进入四通阀，从四通阀第二输出端出来后进入气液分离器，然后再次被吸入压缩机，从而完成循环，此时第一电动风门、第二电动风门都打开，风机工作。

当热泵制热运行一段时间后需要除霜时，热泵切换到除霜模式。系统针对第一翅片管换热器和第二翅片管换热器采取交替除霜的方式。在制热模式切换到除霜模式时，首先进行第二翅片管换热器除霜：此时气液分离器中的制冷剂被压缩机吸入压缩、排出后进入四通阀，四通阀此时相比制热模式时，不动作，制冷剂从四通阀第二输入端流出后经过第二电磁阀进入第二翅片管换热器，此时第一电磁阀、第三电磁阀关闭，高温高压的制冷剂在第二翅片管换热器中放出热量，融化换热器表面霜层，制冷剂冷凝成液体后从第二翅片管换热器流出，经过第三单向阀后进入储液器，然后分别经过过滤器、电子膨胀阀被节流成气液两相后经过第六单向阀进入第一翅片管换热器，制冷剂在第一翅片管换热器中吸热蒸发，完全蒸发后流出第一翅片管换热器，进入四通阀，从四通阀第二输出端流出后经过气液分离器再次被压缩机吸入，完成对第二翅片管换热器除霜的循环，此时第一电动风门打开，第二电动风门关闭，风机工作。

当第二翅片管换热器完成除霜后，切换四通阀，从气液分离器中被压缩机吸入、压缩和排出的制冷剂经过四通阀后，从四通阀第一输出端流出后进入第一翅片管换热器，此时第三电磁阀关闭，制冷剂在第一翅片管换热器中放出热量，融化霜层，制冷剂冷凝成液体后从第一翅片管换热器流出经过第四单向阀进入储液器，然后依次经过过滤器、电子膨胀阀节流成气液两相后经过第五单向阀进入第二翅片管换热器，制冷剂在其中与空气换热，吸收热量完全蒸发，流出第二翅片管换热器后，经过第二电磁阀进入四通阀（此时第一电磁阀关闭），制冷剂从四通阀第二输出端流出后经过气液分离器，再次被压缩机吸入，完成对第一翅片管换热器除霜的循环，此时第一电动风门关闭，第二电动风门打开，风机工作。当第一翅片管换热器完成除霜后，四通阀动作换向，第一电动风门、第二电动风门都打开，风机一直工作，系统重新运行热泵制热循环。    

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

除霜时制冷剂不从供热系统中吸取热量用于除霜，使供热系统温度波动很小，提高了空调系统的舒适性；从除霜开始到除霜结束，四通阀虽然动作两次，但换热器中的压力平衡、温度平衡没有被破坏，避免了由此带来的大量能量损失（常规逆向循环除霜存在这损失），同时使系统除霜过程总的时间缩短，提高热泵系统的单位时间供热率。      

附图说明

图1是本发明新型空气源热泵除霜装置示意图。

图中有：压缩机1，四通阀2，四通阀第一输入端2a，四通阀第一输出端2b，四通阀第二输入端2c，四通阀第二输出端2d，第一电磁阀3，第二电磁阀4，换热器5，换热器输入端5a，换热器输出端5b，第一单向阀6，第二单向阀7，第三单向阀8，第四单向阀9，第五单向阀13，第六单向阀14，储液器10，过滤器11，电子膨胀阀12，第一翅片管换热器15，第一翅片管换热器输入端15a，第一翅片管换热器输出端15b，第一电动风门16，第二翅片管换热器17，第二翅片管换热器输入端17a，第二翅片管换热器输出端17b，第二电动风门18，风机19，第三电磁阀20，气液分离器21。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例来进一步说明本发明。

本发明具体的连接方法是压缩机1的输出端接四通阀第一输入端2a，四通阀第二输入端2c通过第一电磁阀3接换热器输入端5a，同时也通过第二电磁阀4接第二翅片管换热器输入端17a，换热器输出端5b接第一单向阀6的入口，第一单向阀6的出口分成三路，一路接储液器10的输入端，一路通过第三单向阀8接第二翅片管换热器输出端17b，另外一路通过第四单向阀9接第一翅片管换热器输出端15b，储液器10的输出端通过过滤器11接电子膨胀阀12的输入端，电子膨胀阀12的输出端分成三路，一路通过第二单向阀7接换热器输出端5b，一路通过第五单向阀13接第二翅片管换热器输出端17b，另外一路通过第六单向阀14接第一翅片管换热器输出端15b，第一翅片管换热器输入端15a接四通阀第一输出端2b，同时第二翅片管换热器输入端17a通过第三电磁阀20也接四通阀第一输出端2b，四通阀第二输出端2d接气液分离器21的输入端，气液分离器21的输出端接压缩机1的输入端，在第一翅片管换热器15的空气入口装有第一电动风门16，在第二翅片管换热器17的空气入口装有第二电动风门18，在第一翅片管换热器15与第二翅片管换热器17的空气出口装有风机19。

空气源热泵夏季制冷模式运行时：低温低压的制冷剂气体从气液分离器21中被压缩机1吸入、压缩后变成高温高压过热蒸气排出，经过四通阀2后从四通阀第一输出端2b出来后分成两路，分别进入第一翅片管换热器15和通过第三电磁阀20进入第二翅片管换热器17，此时第二电磁阀4关闭，在第一翅片管换热器15和第二翅片管换热器17中，制冷剂与空气换热，放出热量冷凝成液体，然后分别从第一翅片管换热器15、第二翅片管换热器17出来后又分别经过第四单向阀9、第三单向阀8后汇合进入储液器10，然后依次经过过滤器11、电子膨胀阀12后变成低温低压的气液两相，再经过第二单向阀7后进入换热器5，制冷剂在换热器5中吸热蒸发，放出冷量，制冷剂完全蒸发后变成过热气体从换热器5出来后经过第一电磁阀3、四通阀2进入气液分离器21，然后再次被吸入压缩机1，从而完成制冷循环，此时第一电动风门16、第二电动风门18都打开，风机19工作。

空气源热泵冬季制热模式运行时：气液分离器21中低温低压的制冷剂气体被压缩机1吸入、压缩后排出进入四通阀2，从四通阀第二输入端2c出来后经过第一电磁阀3进入换热器5，此时第二电磁阀4关闭，制冷剂在换热器5中放出热量，冷凝成液体后流出，经过第一单向阀6进入储液器10，制冷剂从储液器10出来后经过过滤器11、电子膨胀阀12被节流成气液两相后，分成两路，一路经过第五单向阀13进入第二翅片管换热器17，另外一路经过第六单向阀14进入第一翅片管换热器15，制冷剂分别在两个换热器中与空气换热，吸收热量后变成过热蒸气，从第一翅片管换热器15流出的过热蒸气与从第二翅片管换热器17流出并经过第三电磁阀20的过热蒸气汇合后进入四通阀2，从四通阀第二输出端2d出来后进入气液分离器21，然后再次被吸入压缩机1，从而完成循环，此时第一电动风门16、第二电动风门18都打开，风机19工作。

当热泵制热运行一段时间后需要除霜时，热泵切换到除霜模式。系统针对第一翅片管换热器15和第二翅片管换热器17采取交替除霜的方式。在制热模式切换到除霜模式时，首先进行第二翅片管换热器17除霜：此时气液分离器21中的制冷剂被压缩机1吸入压缩、排出后进入四通阀2，四通阀2此时相比制热模式时，不动作，第二电磁阀4开启，制冷剂从四通阀第二输入端2c流出后经过第二电磁阀4进入第二翅片管换热器17，此时第一电磁阀3、第三电磁阀20关闭，高温高压的制冷剂在第二翅片管换热器17中放出热量，融化翅片管换热器表面霜层，制冷剂冷凝成液体后从第二翅片管换热器17流出，经过第三单向阀8后进入储液器10，然后分别经过过滤器11、电子膨胀阀12被节流成气液两相后经过第六单向阀14进入第一翅片管换热器15，制冷剂在第一翅片管换热器15中吸热蒸发，完全蒸发后流出第一翅片管换热器15，进入四通阀2，从四通阀第二输出端2d流出后经过气液分离器21再次被压缩机1吸入，完成对第二翅片管换热器17除霜的循环，此时第一电动风门16打开，第二电动风门18关闭，风机19工作。

当第二翅片管换热器17完成除霜后，切换四通阀2，气液分离器21中的制冷剂被压缩机1吸入、压缩并排出，经过四通阀2后，从四通阀第一输出端2b流出后进入第一翅片管换热器15，此时第三电磁阀20关闭，制冷剂在第一翅片管换热器15中放出热量，融化霜层，制冷剂冷凝成液体后从第一翅片管换热器15流出经过第四单向阀9进入储液器10，然后依次经过过滤器11、电子膨胀阀12节流成气液两相后经过第五单向阀13进入第二翅片管换热器17，制冷剂在其中与空气换热，吸收热量完全蒸发，流出第二翅片管换热器17后，经过第二电磁阀4进入四通阀2（此时第一电磁阀3关闭），制冷剂从四通阀第二输出端2d流出后经过气液分离器21，再次被压缩机1吸入，完成对第一翅片管换热器15除霜的循环，此时第一电动风门16关闭，第二电动风门18打开。当第一翅片管换热器15完成除霜后，四通阀2动作换向，第一电动风门16、第二电动风门18都打开，风机19一直工作，系统重新运行热泵制热循环。

在除霜模式下，在分别进行第一翅片管换热器和第二翅片管换热器时，相对应的第一电动风门、第二电动风门关闭，可减小相应翅片管换热器除霜时与空气的换热热量损失，同时可增大不除霜的翅片管换热器的风量，提高系统的除霜效果。在交替除霜过程中可通过调节压缩机的运行频率或者对压缩机进行能量调节，保证除霜时系统的最佳运行。

Claims (4)

1.一种空气源热泵除霜装置，其特征在于该装置包括压缩机（1）、四通阀（2）、气液分离器（21）、换热器（5）、储液器（10）、过滤器（11）、第一翅片管换热器（15）、第二翅片管换热器（17）、设置在所述第一翅片管换热器（15）空气进口的第一电动风门（16）、设置在所述第二翅片管换热器（17）空气进口的第二电动风门（18）、设置在两个翅片管换热器空气出口处的风机（19），以及设置在管路上的第一电磁阀（3）、第二电磁阀（4）、第一单向阀（6）、第二单向阀（7）、第三单向阀（8）、第四单向阀（9）、第五单向阀（13）、第六单向阀（14）、电子膨胀阀（12）和第三电磁阀（20）；

所述四通阀（2）上设置有四通阀第一输入端（2a）、四通阀第一输出端（2b）、四通阀第二输入端（2c）和四通阀第二输出端（2d），所述换热器（5）上设置有换热器输入端（5a）和换热器输出端（5b），所述第一翅片管换热器（15）上设置有第一翅片管换热器输入端（15a）和第一翅片管换热器输出端（15b），所述第二翅片管换热器（17）上设置有第二翅片管换热器输入端（17a）和第二翅片管换热器输出端（17b），所述压缩机（1）的输出端接四通阀第一输入端（2a），四通阀第二输入端（2c）通过第一电磁阀（3）与换热器输入端（5a）连接，同时也通过第二电磁阀（4）与第二翅片管换热器输入端（17a）连接，四通阀第一输出端（2b）分为两路，一路与第一翅片管换热器输入端（15a）连接，另一路通过第三电磁阀（20）与第二翅片管换热器输入端（17a）连接，四通阀第二输出端（2d）与气液分离器（21）的输入端连接，气液分离器（21）的输出端与压缩机（1）的输入端连接；

换热器输出端（5b）同时与第一单向阀（6）的入口和第二单向阀（7）的出口连接，第一单向阀（6）的出口分成三路，一路接储液器（10）的输入端，一路通过第三单向阀（8）与第二翅片管换热器输出端（17b）连接，另外一路通过第四单向阀（9）与第一翅片管换热器输出端（15b）连接，储液器（10）的输出端通过过滤器（11）与电子膨胀阀（12）的输入端连接，电子膨胀阀（12）的输出端分成三路，一路与第二单向阀（7）的输入端连接，一路通过第五单向阀（13）与第二翅片管换热器输出端（17b）连接，另外一路通过第六单向阀（14）与第一翅片管换热器输出端（15b）连接。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵除霜装置，其特征在于，所述压缩机（1）为变频压缩机或可实现能量调节的压缩机。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵除霜装置，其特征在于，当所述第一翅片管换热器（15）除霜时，第一电动风门（16）关闭，第二电动风门（18）打开；当所述第二翅片管换热器（17）除霜时，第一电动风门（16）打开，第二电动风门（18）关闭。

4.根据权利要求1所述的空气源热泵除霜装置，其特征在于，所述第一翅片管换热器（15）除霜时, 第二翅片管换热器（17）作为蒸发器从空气中吸热；所述第二翅片管换热器（17）除霜时, 第二翅片管换热器（15）作为蒸发器从空气中吸热。

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