CN103335463A - 一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统，包括室内换热器(3)、压缩机(7)、室外换热器、电子膨胀阀(9)，截止阀(10)、室外风机(5)，对室外换热器进行了分区域功能化构建，整个室外换热器由两个或两个以上的功能化换热器组成。在冬季制热时室外辅助换热器承担防霜、周期性除霜、辅助加热蒸发等功能，而室外主换热器负责吸收室外空气侧的热量向室内供热，空调器在除霜期间可实现向室内的不间断连续供热，即使在严寒地区的低温气候条件下，采用室外换热器分区域功能化的辅助加热蒸发供热模式，可以确保热泵型风冷空调器的正常运行，满足冬季严寒地区的空调器采暖需求，与传统除霜方法，本发明除霜方法具有显著的节能性、普适性及自适应性的优点。

Description

一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统

技术领域

本发明涉及一种能源利用领域的空调器防除霜方法，具体是一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜方法。

背景技术

采用热泵型风冷空调器对建筑物进行供热是目前应用最为广泛的采暖技术之一，然而当室外环境温度低于5℃时，空调器室外换热器表面会发生结霜现象，致使换热器的热阻增加造成空调器制热性能急剧下降，严重时会导致空调器无法正常运行，因此当室外换热器霜层达到一定厚度后就必须进行除霜作业。目前，热泵型风冷空调器组最常用的除霜方法是采用四通换向阀换向将室外换热器由原来蒸发器工作模式临时转换成冷凝器工作模式，利用压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽的冷凝热实现对室外换热器表面的除霜，该方法具有操作简单，无需增加额外部件的优点，但该除霜方法的最大缺点是在除霜期间完全暂停向室内供热，且还需要从室内吸收热量用于除霜，严重影响了室内的舒适度；此外，当室外环境温度较低、空气湿度较高的情况下，需频繁启动四通换向阀进行除霜，影响到空调器的可靠性，且大大降低了室内的热舒适性。特别的，对于冬季严寒地区，室外环境温度很低导致空调器压缩比较高耗功增大，在极端低温气候下可能导致压缩机无法正常运行，如何确保室外低温环境条件下热泵型风冷空调器的正常供热是目前的研究重点之一。

经对现有技术的文献检索，实现热泵型风冷空调器除霜的相关先进技术主要有：

1.申请号为200810153761.5的发明专利“一种空调器的热气旁通不间断供热除霜循环结构”，公开了一种采用空调机组制冷剂热气旁通进行除霜的方法，该方法其实质是消耗原本向室内供热的部分制冷剂的冷凝热进行加热除霜，利用毛细管和电磁阀的简单开闭来进行室内供热和室外除霜之间冷媒流量的自动调节，实现室外除霜的同时向室内不间断供热。该方法相对利用压缩机余热除霜的方法具有可以实现完全除霜的优点，但对于室外换热器而言，结霜通常发生在换热器的前两排，后面管排的结霜量非常少，采用该热气旁通除霜技术时需对整个室外换热器利用制冷剂的冷凝热进行加热，因此通常所需的旁通制冷剂流量较大，造成向室内供热的制冷剂流量减少，进而减少了向室内的供热量。

2.申请号为201210460595.X的发明专利“热管型空调器防、除霜系统及其防、除霜方法”公开了一种热管型空调器防、除霜方法，将基于热管技术回收压缩机余热除霜和基于热气旁通除霜二者有效结合，可实现冬季制热防霜模式、冬季制热周期性双效除霜模式和冬季制热优化运行模式，具有防霜和除霜双重功能、延缓结霜时间、缩短除霜时间等显著优点，也可解决夏季制冷运行时室外换热器的冷却问题。但该方法需要对室外换热器增加专用的压缩机余热回收风扇和热管部件，一方面使得空调器结构复杂，另一方面增加了制造成本，且在冬季周期性双效除霜期间，仍然存在向室内停止供热的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有显著的节能性、普适性及自适应性的热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统，包括室内换热器、压缩机、室外换热器、热气旁通三通阀、电子膨胀阀，截止阀、室外风机，其特征在于，对室外换热器进行了分区域功能化构建，整个室外换热器由两个或两个以上的功能化换热器组成。

所述的功能化换热器包括室外辅助换热器和室外主换热器，所述的系统还包括四通换向阀、压缩机气液分离器，其中室外辅助换热器和室外主换热器构成整个室外换热器；压缩机的高压出口与四通换向阀的第一接口a相通，四通换向阀的第二接口b分别与室外主换热器的一端以及热气旁通三通阀的e接口相通，热气旁通三通阀的g接口与室外辅助换热器的一端相通，室外主换热器的另一端和室外辅助换热器的另一端与电子膨胀阀的一端相通，电子膨胀阀的另一端与室内换热器的一端相通，室内换热器的另一端分别与四通换向阀的第四接口d和热气旁通三通阀的f接口相通，四通换向阀的第三接口c与压缩机气液分离器的进口相通，压缩机气液分离器的出口与压缩机的低压入口相通。

所述的室外辅助换热器和室外主换热器可在蒸发器模式与冷凝器模式间切换。

所述的室外风机置于室外换热器一侧。

利用四通换向阀和热气旁通三通阀的切换，冬季制热运行时，室外辅助换热器通过蒸发器和冷凝器模式的自动转换进行防霜、周期性除霜及辅助加热蒸发，室外主换热器以蒸发器模式从空气侧吸热，除霜期间仅对室外辅助换热器进行加热除霜，除霜消耗的热量由旁通的高温高压制冷剂蒸汽提供，或由其他热源提供。

利用四通换向阀和热气旁通三通阀的切换，夏季制冷运行时，室外辅助换热器和室外主换热器均为冷凝器，室内换热器为蒸发器，从压缩机排出的制冷剂蒸汽分别进入室外辅助换热器和室外主换热器经冷凝后通过电子膨胀阀流入室内换热器。

本发明专利的工作原理介绍如下：

冬季制热运行时，若室外环境温度相对较高不会造成室外换热器表面结霜时，室外辅助换热器和主换热器均为蒸发器负责从室外空气吸热，然后通过室内换热器向室内供热，与常规空调器的运行模式相同。

冬季制热运行时，若室外环境温度相对较低造成室外换热器表面结霜时，启用热泵空调器的周期性除霜模式，通过切换热气旁通三通阀使室外辅助换热器的工作模式在蒸发器和冷凝器之间转换负责周期性除霜，除霜期间室外主换热器仍以蒸发器模式向室外空气吸热通过室内换热器的冷凝器模式向室内供热。从压缩机排出的大量制冷剂蒸汽进入室内换热器实现冷凝供热，仅有少量制冷剂蒸汽旁通进入辅助换热器进行加热除霜，从室外辅助换热器流出的制冷剂与从室内换热器流出经膨胀阀节流降压后的制冷剂混合后一起流入室外主换热器，由于从室外辅助换热器流出的除霜后的制冷剂温度相对较高，因此混合后可提高室外主换热器内的制冷剂温度，进而提高蒸发温度防止结霜。除霜期间由于对室外换热器进行了分区域功能化处理，因而可保证冬季供热时热量的连续性和稳定性。

冬季制热运行时，若室外环境温度非常低(如严寒地区)致使空调器室外换热器的蒸发温度很低导致压缩机压缩比较高耗功增大，存在导致压缩机无法正常运行的风险时，启用热泵空调器的辅助加热蒸发供热模式，此时通过热气旁通三通阀将室外辅助换热器的工作模式一直切换为冷凝器模式负责对流向后排室外主换热器的空气进行预加热，而室外主换热器仍以蒸发器模式向室外空气吸热通过室内换热器的冷凝器模式向室内供热，室外空气被室外辅助换热器加热升温后再流经室外主换热器将热量传给制冷剂工质，由于室外空气温度经辅助换热器加热后温度上升，因而可提高空调器室外换热器的蒸发温度，确保空调器的正常运行，从室外辅助换热器流出的制冷剂与从室内换热器流出经膨胀阀节流降压后的制冷剂混合后一起流入室外主换热器进行蒸发换热。特别的，与传统的热气旁通技术不同，通过室外换热器分区域功能化技术可以实现室外环境温度很低的气候下空调器仍有效供热。

夏季制冷运行时，通过四通换向阀和热气旁通三通阀的切换，使室外辅助换热器和主换热器均为冷凝器，室内换热器为蒸发器，从压缩机排出的制冷剂蒸汽分别进入室外主换热器和辅助换热器冷凝后通过膨胀阀流入室内换热器实现供冷，与常规空调器的工作模式相同。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

第一，本发明除霜技术具有更好的节能性，传统除霜方法在冬季室外换热器除霜期间需对整个室外换热器进行加热，因而需要消耗大量原本向室内供热的制冷剂蒸汽，造成部分热量浪费降低了室内供热量；本发明对室外换热器进行分区域功能化处理，除霜期间仅需少量制冷剂蒸汽对辅助换热器进行加热除霜，因而可显著减少除霜期间制冷剂蒸汽的消耗量，最大程度减小了对室内舒适度的影响，具有显著的节能性。

第二，本发明除霜技术具有更好的普适性，传统除霜方法在冬季室外环境温度很低的气候条件下，尽管可以通过频繁的切换四通换向阀实现除霜，但由于室外换热器蒸发温度很低使得空调器压缩机的压缩比很大耗功增加，在极端低温气候下可能出现停机现象，限制了冬季严寒地区的使用；本发明对室外换热器进行分区域功能化处理，实施辅助加热蒸发供热技术可以确保空调器在室外低温环境条件下正常运行，满足冬季严寒地区空调器供热需求。

第三，本发明可解决空调器冬季制热和夏季制冷的有效切换，冬季制热时，实施室外换热器分区域功能化技术可以根据外界环境温度的高低实现不除霜、周期性除霜、辅助加热蒸发等多模式的转换，实现向室内的不间断连续供热，满足室内舒适度；夏季制冷时，通过取消室外换热器分区域功能化处理，整体以冷凝器工作模式通过制冷剂蒸汽向室外环境的释热实现对室内的供冷。

附图说明

图1为本发明原理示意图；

图2冬季制热运行模式原理示意图；

图3冬季制热周期性除霜、辅助加热蒸发模式原理示意图；

图4为夏季制冷运行模式原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1所示，本发明包括：室外辅助换热器1、室外主换热器2、室内换热器3、热气旁通三通阀4、室外风机5、四通换向阀6、压缩机7、压缩机气液分离器8、电子膨胀阀9、截止阀10，其中由室外辅助换热器1和室外主换热器2构成整个室外换热器。压缩机7的高压出口与四通换向阀6的第一接口a相通，四通换向阀6的第二接口b一方面与室外主换热器2的一端相通，另一方面与热气旁通三通阀4的e接口相通，热气旁通三通阀4的g接口与室外辅助换热器1的一端相通，室外主换热器2的另一端和室外辅助换热器1的另一端与电子膨胀阀9的一端相通，电子膨胀阀9的另一端与室内换热器3的一端相通，室内换热器3的另一端一方面与四通换向阀6的第四接口d相通，另一方面与热气旁通三通阀4的f接口相通，四通换向阀6的第三接口c与压缩机气液分离器8的进口相通，压缩机气液分离器8的出口与压缩机7的低压入口相通。

本发明专利包括以下几种工作模式：

如图2所示，冬季制热运行模式，若室外环境温度相对较高不会造成室外换热器表面结霜时，通过切换四通换向阀6和热气旁通三通阀4，使四通换向阀6的第一接口a与第四接口d相通、第二接口b与第三接口c相通，使热气旁通三通阀4的e-g接口相通而f-g接口关闭，此时室外辅助换热器1和室外主换热器2的工作模式均为蒸发器负责从室外空气吸热，然后通过室内换热器3向室内供热，满足采暖需求，该模式与常规空调器的运行模式相同。

如图3所示，冬季制热周期性除霜模式，若室外环境温度相对较低造成室外换热器表面结霜时，启用热泵空调器除霜模式，通过切换四通换向阀6使其第一接口a与第四接口d相通、第二接口b与第三接口c相通，通过切换热气旁通三通阀4使室外辅助换热器1的工作模式在蒸发器和冷凝器之间周期性转换，当热气旁通三通阀4的接口f-g关闭而接口e-g相通时，室外辅助换热器1的工作模式为蒸发器负责从室外空气吸热；当热气旁通三通阀4的接口f-g相通而接口e-g关闭时，室外辅助换热器1的工作模式为冷凝器负责向室外空气排热除霜，除霜期间室外主换热器2仍以蒸发器工作模式向室外空气吸热通过室内换热器3的冷凝器工作模式向室内供热。从压缩机7排出的大量高温高压制冷剂蒸汽进入室内换热器3进行冷凝供热，仅有少量高温高压制冷剂蒸汽通过热气旁通三通阀4旁通进入室外辅助换热器1进行加热除霜，从室外辅助换热器1流出的制冷剂与从室内换热器3流出经电子膨胀阀9节流降压后的制冷剂混合后一起流入室外主换热器2，由于从室外辅助换热器1流出的除霜后的制冷剂温度相对较高，因此混合后可提高室外主换热器2内的制冷剂温度，进而提高蒸发温度防止结霜；除霜期间由于对室外换热器进行了分区域功能化处理，因而可保证冬季供热热量的连续性和稳定性。

若室外环境温度非常低致使空调器蒸发温度很低导致压缩机7压缩比较高耗功增大，存在导致空调器无法正常运行风险时，启用热泵空调器的辅助加热蒸发模式，通过切换四通换向阀6使其第一接口a与第四接口d相通、第二接口b与第三接口c相通，通过切换热气旁通三通阀4使接口f-g长期相通而接口e-g长期关闭，将室外辅助换热器1的工作模式一直切换为冷凝器模式负责对室外空气进行辅助加热以提高室外主换热器2的蒸发温度，此时室外主换热器2仍以蒸发器向室外空气吸热通过室内换热器3的冷凝器工作模式向室内供热；从压缩机7排出的少量高温高压制冷剂蒸汽通过热气旁通三通阀4旁通进入室外辅助换热器1用于加热流向后排室外主换热器2的空气，空气被加热升温后流经室外主换热器2将热量传给制冷剂工质，由于空气经室外辅助换热器1加热后温度上升，因而可提高空调器室外换热器的蒸发温度，确保空调器的正常运行，从室外辅助换热器1流出的制冷剂与从室内换热器流3出经电子膨胀阀9节流降压后的制冷剂混合后一起流入室外主换热器2进行蒸发换热；由于启用了室外换热器分区域功能化的辅助加热蒸发模式，可以确保室外环境温度很低的气候条件下(如冬季严寒地区)空调器仍能实现有效供热。

如图4所示，夏季制冷运行模式，通过切换四通换向阀6和热气旁通三通阀4，使四通换向阀6的第一接口a与第二接口b相通、第三接口c与第四接口d相通，使热气旁通三通阀4的e-g接口相通而f-g接口关闭，此时室外辅助换热器1和室外主换热器2的工作模式均为冷凝器负责向室外空气排热，室内换热器3为蒸发器负责供冷，从压缩机7排出的高温高压制冷剂蒸汽分别进入室外主换热器2和室外辅助换热器1，经冷凝后的制冷剂通过电子膨胀阀9流入室内换热器3实现向室内的供冷。

与传统空调器除霜方法相比，本发明对室外换热器进行室外辅助换热器1和室外主换热器2的分区域功能化处理，冬季制热空调器除霜期间仅需少量的高温高压制冷剂蒸汽对室外辅助换热器1进行加热除霜，不再对整个室外换热器进行加热除霜，因而可显著减少除霜期间高温高压制冷剂蒸汽的消耗量，最大程度减小了对室内舒适度的影响，因而该发明具有显著的节能性。

与传统空调器除霜方法相比，本发明对室外换热器进行分区域功能化处理后，在室外环境温度很低的气候条件下，利用室外辅助换热器1对室外空气实施辅助加热蒸发技术，可显著提高室外主换热器2的蒸发温度，即使在严寒地区的低温气候条件下，也可确保空调器的正常运行，实现向室内的供热目的，因而该发明具有更好的普适性。

与传统空调器除霜方法相比，本发明可解决空调器冬季制热和夏季制冷模式的有效切换：冬季制热时室外换热器进行分区域功能化处理，室外辅助换热器1可根据外界环境温度的高低实现不除霜、周期性除霜、辅助加热蒸发的多模式转化；夏季制冷时，室外换热器取消分区域功能化处理，整体以冷凝工作模式通过高温高压制冷剂蒸汽向室外环境的释热实现对室内的供冷。

Claims (5)

1.一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统，包括室内换热器(3)、压缩机(7)、室外换热器、热气旁通三通阀(4)、电子膨胀阀(9)，截止阀(10)、室外风机(5)，其特征在于，对室外换热器进行了分区域功能化构建，整个室外换热器由两个或两个以上的功能化换热器组成。

2.根据权利要求1所述的一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统，其特征在于，所述的功能化换热器包括室外辅助换热器(1)和室外主换热器(2)，所述的系统还包括四通换向阀(6)、压缩机气液分离器(8)，其中室外辅助换热器(1)和室外主换热器(2)构成整个室外换热器；压缩机(7)的高压出口与四通换向阀(6)的第一接口a相通，四通换向阀(6)的第二接口b分别与室外主换热器(2)的一端以及热气旁通三通阀(4)的e接口相通，热气旁通三通阀(4)的g接口与室外辅助换热器(1)的一端相通，室外主换热器(2)的另一端和室外辅助换热器(1)的另一端与电子膨胀阀(9)的一端相通，电子膨胀阀(9)的另一端与室内换热器(3)的一端相通，室内换热器(3)的另一端分别与四通换向阀(6)的第四接口d和热气旁通三通阀(4)的f接口相通，四通换向阀(6)的第三接口c与压缩机气液分离器(8)的进口相通，压缩机气液分离器(8)的出口与压缩机(7)的低压入口相通。

3.根据权利要求2所述的一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统，其特征在于，所述的室外换热器由室外辅助换热器(1)和室外主换热器(2)组成，且室外辅助换热器(1)和室外主换热器(2)可在蒸发器模式与冷凝器模式间切换。

4.根据权利要求2所述的一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统，其特征在于，利用四通换向阀(6)和热气旁通三通阀(4)的切换，冬季制热运行时，室外辅助换热器(1)通过蒸发器和冷凝器模式的自动转换进行防霜、周期性除霜及辅助加热蒸发，室外主换热器(2)以蒸发器模式从空气侧吸热，除霜期间仅对室外辅助换热器(1)进行加热除霜，除霜消耗的热量由旁通的高温高压制冷剂蒸汽提供，或由其他热源提供。

5.根据权利要求1所述的一种热泵型风冷空调器分区域功能化除霜系统，其特征在于，利用四通换向阀(6)和热气旁通三通阀(4)的切换，夏季制冷运行时，室外辅助换热器(1)和室外主换热器(2)均为冷凝器，室内换热器(3)为蒸发器，从压缩机(7)排出的制冷剂蒸汽分别进入室外辅助换热器(1)和室外主换热器(2)经冷凝后通过电子膨胀阀(9)流入室内换热器(3)。

Images