CN103344068A - 一种节能除霜空气源热泵系统 - Google Patents

一种节能除霜空气源热泵系统 Download PDF

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董建锴
姜益强
张龙
�田�浩
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哈尔滨工业大学
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一种节能除霜空气源热泵系统,它涉及一种热泵系统,以解决现有的空气源热泵采用逆循环除霜,存在影响室内舒适性、四通换向阀换向时造成四通换向阀泄露,进而导致系统性能降低,影响热泵工作,以及采用热气旁通除霜存在除霜时间长,影响压缩机安全运行的问题,它包括压缩机、四通换向阀、室内机、过滤器、第一节流装置、室外机、气液分离器和第二节流装置,压缩机的出口与四通换向阀连通,四通换向阀分别与室内机和室外机连通,它还包括蓄热换热器、第一电磁阀和第二电磁阀,所述蓄热换热器包括蓄热套、换热管和相变材料,蓄热套的内表面包覆在压缩机上,四通换向阀分别与第一电磁阀和第二电磁阀连通。本发明用于空气热源泵除霜用。

Description

一种节能除霜空气源热泵系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种热泵系统,具体涉及一种节能除霜空气源热泵系统。
背景技术
[0002] 空气源热泵在冬季运行时,风冷热泵机组室外机组部分会结霜,当霜层积累到一定程度时制热量显著衰减,必须进行除霜。常用的除霜方式主要有逆循环除霜和热气旁通除霜两种。
[0003] 逆循环除霜是采用最为普遍的除霜方式。但是此除霜方式存在很多缺点:1、除霜时要从房间吸热,室温会降低5〜6°C,影响室内的舒适性;2、切换制热和除霜模式时,系统压力波动剧烈,产生的机械冲击比较大;3、除霜时室内换热器作为蒸发器,表面温度低达-20〜-25°C,当恢复制热后,较长一段时间吹不出热风;4、在启动和终止除霜时,四通阀换向产生较大的气流噪声,同时四通换向阀频繁换向后容易造成四通换向阀泄露,从而导致系统性能降低。热气旁通除霜方式可以克服逆循环除霜方式的上述缺点,除霜过程中系统参数变化平缓,制热和除霜模式切换时对压缩机的机械冲击较小,不从房间取热,恢复制热即吹出热风,舒适性较好,四通换向阀不需要换向,气流噪声小。但同时也存在其它方面的问题,比如:除霜能量来自压缩机的部分高温排气,延长了除霜时间,同时吸气过热度低,高温排气压力较高,对压缩及产生一定冲击,危机压缩机的安全等。如何有效地结合逆循环除霜和热气旁通除霜的优点,合理的规避其缺点,解决空气源热泵除霜过程中的各种问题将成为制约空气源热泵进一步应用的关键。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为解决现有的空气源热泵采用逆循环除霜,存在影响室内舒适性、四通换向阀换向时造成四通换向阀泄露,进而导致系统性能降低,影响热泵工作,以及采用热气旁通除霜存在除霜时间长,影响压缩机安全运行的问题,进而提供一种节能除霜空气源热泵系统。
[0005] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是:本发明的一种节能除霜空气源热泵系统包括压缩机、四通换向阀、室内机、过滤器、第一节流装置、室外机、气液分离器和第二节流装置,压缩机的出口与四通换向阀连通,四通换向阀分别与室内机和室外机连通,室内机与过滤器连通,过滤器与第一节流装置连通,第一节流装置与室外机连通,气液分离器的出口与压缩机的入口连通,所述系统还包括蓄热换热器、第一电磁阀和第二电磁阀,所述蓄热换热器包括蓄热套、换热管和相变材料,所述蓄热套的形状为圆弧形,蓄热套的内壁包覆在压缩机上,蓄热套内填充有相变材料,蓄热套内还盘设有换热管;四通换向阀分别与第一电磁阀和第二电磁阀连通,第一电磁阀与气液分离器的入口连通,气液分离器的入口与换热管的出口连通,第二电磁阀与第二节流装置的入口连通,第二节流装置的出口与换热管的入口连通。
[0006] 本发明的有益效果是:一、本发明相对常规空气源热泵系统,仅外加了一个填充有相变材料的蓄热换热器以及两个电磁阀,因此系统结构简单合理,成本造价低;二、避免了逆循环除霜过程中的四通换向阀换向,减小了四通换向阀的气流噪声和泄露的可能性,保证了系统性能稳定,工作安全可靠;三、除霜过程中,还能同时向室内供热,有效地提高了除霜过程中室内的热舒适性,制热和除霜连续运行,实现了不停机除霜;四、利用充填有相变材料的蓄热换热器储存压缩机的废热,除霜时用来加热低温制冷剂,从而实现了废热回收并极大的缩短了除霜时间,节能高效,压缩机运行安全稳定,除霜时间相比现有的热气旁通除霜时间6-8分钟缩短了 20% -50%,能量利用效率相比常规空气源热泵系统的10%提高了 15% -40%。
附图说明
[0007] 图1是本发明的整体结构示意图,图2是蓄热换热器的立体结构示意图,图3是由两个圆弧形蓄热套件构成的蓄热换热器的展开结构示意图。
具体实施方式
[0008] 具体实施方式一:结合图1-图3说明本实施方式,本实施方式的一种节能除霜空气源热泵系统包括压缩机1、四通换向阀2、室内机3、过滤器4、第一节流装置5、室外机6、气液分离器7和第二节流装置10,压缩机I的出口与四通换向阀2连通,四通换向阀2分别与室内机3和室外机4连通,室内机2与过滤器4连通,过滤器4与第一节流装置5连通,第一节流装置5与室外机6连通,气液分离器7的出口与压缩机I的入口连通,所述系统还包括蓄热换热器11、第一电磁阀8和第二电磁阀9,所述蓄热换热器11包括蓄热套11-1、换热管11-2和相变材料,所述蓄热套11-1的形状为圆弧形,蓄热套11-1的内壁包覆在压缩机I上,蓄热套11-1内填充有相变材料,蓄热套11-1内还盘设有换热管11-2 ;四通换向阀2分别与第一电磁阀8和第二电磁阀9连通,第一电磁阀8与气液分离器7的入口连通,气液分离器7的入口与换热管11-2的出口 11-4连通,第二电磁阀9与第二节流装置10的入口连通,第二节流装置10的出口与换热管11-2的入口 11-3连通。
[0009] 本实施方式的第一电磁阀和第二电磁阀均可为单向电磁阀。
[0010] 相变材料具有在一定温度范围内改变其物理状态的能力,以固-液相变为例,在加热到熔化温度时,就产生从固态到液态的相变,熔化的过程中,相变材料吸收并储存大量的潜热;当相变材料冷却时,储存的热量在一定的温度范围内要散发到环境中去,进行从液态到固态的逆相变。在这两种相变过程中,所储存或释放的能量称为相变潜热。物理状态发生变化时,材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变,形成一个宽的温度平台,虽然温度不变,但吸收或释放的潜热却相当大;
[0011] 相变材料的分类相变材料主要包括无机PCM、有机PCM和复合PCM三类。其中,无机类PCM主要有结晶水合盐类、熔融盐类、金属或合金类等;有机类PCM主要包括醋酸和其他有机物;复合相变储热材料的应运而生,它既能有效克服单一的无机物或有机物相变储热材料存在的缺点,又可以改善相变材料的应用效果以及拓展其应用范围。
[0012] 本实施方式的室内机主要由室内风机和室内冷凝器组成,室外机主要由室外风机和室外冷凝器组成。
[0013] 具体实施方式二:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述相变材料为石蜡。如此设置,石蜡是很好的储热材料,相变温度20°C左右,其比热容为2.14〜2.9J.g—1.Γ1,相变潜热为200〜220J.g_\储热效果好,满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。
[0014] 具体实施方式三:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述相变材料为聚乙二醇。如此设置,储热效果好,本实施方式的聚乙二醇优选用聚乙二醇400和聚乙二醇600,聚乙二醇400的相变温度为5°C左右,相变潜热99J.g—1 ;聚乙二醇600的相变温度为20°C左右,相变潜热127J.g_\储热效果好,满足实际需要。其它与具体实施方式一相同。
[0015] 具体实施方式四:结合图1和图2说明本实施方式,本实施方式所述相变材料为癸酸和月桂酸的混合物,所述癸酸和月桂酸的摩尔比为65: 35。如此设置,所述混合物的相变温度20°C左右,相变潜热HSJ^g—1,储热效果好,满足实际需要,此时,癸酸和月桂酸的质量比为1.6:1。其它与具体实施方式一相同。
[0016] 具体实施方式五:结合图2说明本实施方式,本实施方式所述换热管11-2为铜换热管。如此设置,铜质材料的热导率高,化学稳定性强,满足实际工作的需要。其它与具体实施方式一、二、三或四相同。
[0017] 具体实施方式六:结合图2说明本实施方式,本实施方式所述换热管11-2为蛇形管。结构简单,使用方便,造价低廉,管子可承受较大的流体介质压力,满足实际工作需要。其它与具体实施方式五相同。
[0018] 具体实施方式七:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述第一节流装置5为电子膨胀阀。如此设置,能有效调制冷剂节流经室内机时的冷凝程度,从而更加有效地缩短除霜时间和改善除霜过程中室内供热环境。其它与具体实施方式一、二、三、四或六相同。
[0019] 具体实施方式八:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述第二节流装置10为毛细管。如此设置,制冷时,毛细管将从冷凝器出来的高压液态制冷剂,通过节流膨胀使其成为低压的液态制冷剂,再进入蒸发器,能起到很好的节流作用。其它与具体实施方式七相同。
[0020] 具体实施方式九:结合图1说明本实施方式,本实施方式所述第一电磁阀8为直动式电磁阀,所述第二电磁阀9为直动式电磁阀。如此设置,结构简单,价廉易得,断电可以复位,满足实际工作需要。其它与具体实施方式八相同。
[0021] 具体实施方式十:结合图3说明本实施方式,本实施方式所述蓄热套11-1由两个圆弧形蓄热套件11-5对接而成,所述蓄热套11-1为四分之三圆弧形蓄热套。如此设置,安装维护方便,满足实际工作需要。其它与具体实施方式一、二、三、四、六、八或九相同。
[0022] 工作过程
[0023] 结合图1-图3说明,当系统正常供热时,打开第一电磁阀8,关闭第二电磁阀9,压缩机I排出的高温制冷剂经过四通换向阀2后到达室内机3供热,之后经过干燥过滤器4,再通过电子膨胀阀5被节流变为低温低压气液两相制冷剂,进入到室外机6内取热变为低温低压气态制冷剂,回到四通换向阀2后流经第一电磁阀8回到气液分离器7,最后回到压缩机I的入口端,从而完成室内机3供热循环;此过程中填充有相变材料的相变蓄热换热器11储存压缩机I向外散出的热量。
[0024] 当系统处于除霜状态时,关闭第一电磁阀8,打开第二电磁阀9,压缩机I排出的高温制冷剂经过四通换向阀2后进入室内机3,此时由于制冷剂与进风存在温差,室内机吹微风,会向室内提供一部分的热量,然后流经干燥过滤器4,制冷剂通过电子膨胀阀5轻微节流,进入室外机6中,在室外机6中散热融化和蒸发室外机6壁面霜层,之后流入四通换向阀2,通过第二单向电磁阀9,经过毛细管节流后到达包裹在压缩机I壁面上的蓄热换热器
11。在此,低温低压的气液两相制冷剂吸收徐热换热器11里储存的热量后变为低温低压的气态制冷剂,之后回到气液分离器7的进口处,最后回到压缩机I的入口端;此外,除霜过程中通过改变第一节流装置的节流量,可以有效调制冷剂节流经室内机3时的冷凝程度,从而可以有效的缩短除霜时间和改善除霜过程中室内供热环境。
[0025] 当除霜结束时,再次打开第一电磁阀8,关闭第二电磁阀9。本系统再次处于供热状态,由于除霜过程中室内机3持续向室内供热,因此除霜结束后不需要恢复供热,可以不间断供热和除霜。

Claims (10)

1.一种节能除霜空气源热泵系统,所述系统包括压缩机(I)、四通换向阀(2)、室内机(3)、过滤器(4)、第一节流装置(5)、室外机¢)、气液分离器(7)和第二节流装置(10),压缩机⑴的出口与四通换向阀⑵连通,四通换向阀⑵分别与室内机⑶和室外机(4)连通,室内机(2)与过滤器(4)连通,过滤器(4)与第一节流装置(5)连通,第一节流装置(5)与室外机(6)连通,气液分离器(7)的出口与压缩机⑴的入口连通,其特征在于:所述系统还包括蓄热换热器(11)、第一电磁阀(8)和第二电磁阀(9),所述蓄热换热器(11)包括蓄热套(11-1)、换热管(11-2)和相变材料,所述蓄热套(11-1)的形状为圆弧形,蓄热套(11-1)的内壁包覆在压缩机(I)上,蓄热套(11-1)内填充有相变材料,蓄热套(11-1)内还盘设有换热管(11-2);四通换向阀(2)分别与第一电磁阀⑶和第二电磁阀(9)连通,第一电磁阀(8)与气液分离器(7)的入口连通,气液分离器(7)的入口与换热管(11-2)的出口(11-4)连通,第二电磁阀(9)与第二节流装置(10)的入口连通,第二节流装置(10)的出口与换热管(11-2)的入口 (11-3)连通。
2.根据权利要求1所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述相变材料为石蜡。
3.根据权利要求1所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述相变材料为聚乙二醇。
4.根据权利要求1所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述相变材料为癸酸和月桂酸的混合物,所述癸酸和月桂酸的摩尔比为65: 35。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述换热管(11-2)为铜换热管。
6.根据权利要求5所述·的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述换热管(11-2)为蛇形管。
7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述第一节流装置(5)为电子膨胀阀。
8.根据权利要求7所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述第二节流装置(10)为毛细管。
9.根据权利要求8所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述第一电磁阀(8)为直动式电磁阀,所述第二电磁阀(9)为直动式电磁阀。
10.根据权利要求1、2、3、4、6、8或9所述的一种节能除霜空气源热泵系统,其特征在于:所述蓄热套(11-1)由两个圆弧形蓄热套件(11-5)对接而成,所述蓄热套(11-1)为四分之三圆弧形蓄热套。
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