CN103644690A - 空气源热泵除霜系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空气源热泵除霜系统，针对压缩机、四通换向阀、用户侧换热器、节流部件、热源侧换热器和气液分离器等部件组成的空气源热泵四通阀换向除霜带来的用户侧热能损失比较大的问题，本发明在用户侧换热器与热源侧换热器之间接有单向阀和辅助换热器，并在单向阀与辅助换热器之间接有除霜管路连通到回气管路，除霜管路上接有除霜电磁阀；在除霜过程中除霜电磁阀通电开通、四通换向阀换向后制冷剂经过热源侧换热器和辅助换热器后不经过用户侧换热器而是通过除霜管路返回压缩机，制冷剂除霜不再吸收用户侧换热器中传热介质的有效热能，从而提高热泵冬季制热性能。本除霜方法结构简单，控制方便，效果稳定，运行可靠。
Description
技术领域
本发明涉及制冷和热泵技术领域，特别涉及一种用于空气源热泵的除霜系统。
背景技术
常规空气源热泵产品在化霜或者融冰过程中一般采用四通阀换向除霜，但四通阀换向除霜往往是以牺牲用户侧制热量为代价的，甚至因为除霜而直接影响客户使用产品的舒适性或连续性，所以人们一直在寻找更合适的热泵除霜方式。热气旁通的除霜系统可以不吸收用户侧换热器的供热量，但由于缺少了有效的供热来源，热气旁通的除霜方式常常会导致制冷剂低压过低，产生除霜时间长，除霜不彻底等问题。
采用外加热源或者蓄能的除霜系统逐渐增加，其中专利号为200510009975.1的“蓄能式空气源热泵除霜系统”、专利申请号为201210301570.5“空调除霜系统及除霜方法”均是在空调管路中安装蓄热换热器，并配置多路电磁阀以实现蓄热和放热的不同流程，控制管路相对比较复杂，特别是需要吸收一定量的有效热能来实现蓄热过程，使得在蓄热过程中产品制热能效比会有一定下降，在实际应用中难以推广。
专利申请号为201110078011.8的“一种用于空气源热泵热水器的相变蓄热型除霜系统”，设计了吸收冷凝余热和洗浴废水热能的板式相变蓄热器，通过在用户侧换热器后面连接四通阀来实现制热与化霜过程的切换；但该专利有三个方面的问题：1、在除霜过程中制冷剂经过用户侧换热器之后再经过热源侧换热器除霜，这样的流程必然会降低除霜供热量，延长除霜时间；2、该专利采用的板式相比换热器实现难度大，并且由于板式换热器的体积比较小，对应的蓄热量也很难满足除霜需求；3、该系统仅限应用于空气源热泵热水器，系统中还包括有储水箱和淋浴室，使用范围大大受限。
发明内容
本发明在于提供一种具有广泛应用价值、结构简单、运行可靠的热泵除霜系统，除霜过程中不吸收用户侧换热器的有价值热能，不影响用户侧换热器侧的制热性能，有效改善空气源热泵产品的冬季运行性能。
本发明的技术方案是：通过管路依次连接压缩机排气口与四通换向阀进气口、四通阀第一出气口与用户侧换热器入口、用户侧换热器出口与节流部件进口、节流部件出口与热源侧换热器进口、热源侧换热器出口与四通换向阀第二出气口、四通换向阀低压出气口与气液分离器进口、气液分离器出口与压缩机进口组成的制冷剂循环回路；在用户侧换热器出口与热源侧换热器进口之间的管路上串联有辅助换热器；在用户侧换热器出口与辅助换热器入口之间管路上串联有单向阀或者其他具有通断功能的电磁阀、电动阀、调节阀、节流阀；在单向阀出口与辅助换热器进口之间制冷剂管路上旁通除霜管路，除霜管路连通到气液分离器的入口或者其它回气管路中，除霜管路上串接有电磁阀或者其他具有通断功能的电动阀、调节阀。
本发明所述的辅助换热器可以是一个通过外界热源给制冷剂提供热能的换热器，外界热源可以是电加热器，可以是热水，可以是蒸汽，可以是防冻液收集的太阳能热能，可以是压缩机电机散热，可以是热空气或者烟气；辅助换热器还可以是一个通过蓄热介质正向制热循环时蓄热、逆向除霜循环时放热的换热器，蓄热介质可以是水，可以是防冻液，可以是导热油，可以是变压器油，可以是使用CaCl2·6H2O或Na2SO4·10H2O为主要成分的无机相变物质，可以是使用石蜡为主要成分的有机相变物质；辅助换热器也可以是外界热源和蓄热介质相结合的换热器；使用电加热棒作为外界热源时辅助换热器(5)采用内置单回路螺旋管的罐式结构，电加热棒置于换热器底部，蓄热介质存放罐中，制冷剂在螺旋管内；在使用水、防冻液、导热油、变压器油、高温气体作为外界热源传热介质时，辅助换热器(5)采用内置双回路螺旋形金属管的罐式结构或者双回路的管壳式结构，传热介质和制冷剂分别在换热器的两个管内回路中流动，蓄热介质存放在金属管外的罐中。
所述节流部件可以是热力膨胀阀、电子膨胀阀或者毛细管，也可以是热力膨胀阀、电子膨胀阀或者毛细管与单向阀、电磁阀共同形成的部件组合。
所述的单向阀和电磁阀可以用一个能够用电磁线圈控制管路切换的三通阀或者四通阀来替代。
所述的空气源热泵制冷剂管路中可以串接电磁阀、节流部件、储液器、经济器、闪蒸器、压力开关、过滤器、油分离器。
本发明的有益效果是在传统四通阀换向除霜的基础上以较小的成本和简单的改动实现新型的除霜系统，除霜过程不吸收用户侧换热器的能量，提高热泵的冬季制热效果，应用广泛，适用于采用水、空气、土层或者其他介质、用于制热、保温或者供暖目的的空气源热泵产品，包括空气源热泵型热水器，空气源热泵型地暖机，空气源热泵型烘干机，空气源热泵型冷暖空调，空气源热泵型多联机，空气源热泵型空调热水联供机，等等。
附图说明
附图1为本发明应用于热泵热水器的一个实施例的结构示意图。
附图2为本发明应用于冷暖空调的一个实施例的结构示意图。
附图3为本发明应用于热泵烘干机的一个实施例的结构示意图。
附图4为本发明应用于多联式空调机的一个实施例的结构示意图。
附图5为本发明应用于直膨式空气源热泵地暖机的一个实施例的结构示意图。
附图6为本发明应用于空气源热泵空调热水机的一个实施例的结构示意图。
图中：1、压缩机；2、四通换向阀；3、用户侧换热器；4、单向阀；5、电加热型换热器；6、电子膨胀阀；7、热源侧换热器；8、气液分离器；9、电磁阀；10、毛细管；11、相变换热器；12、电子膨胀阀；13、电磁阀；14、毛细管；15、蓄热换热器；16、用户侧换热器；17、电子膨胀阀；18、用户侧换热器；19、电子膨胀阀；20、压缩机余热换热器；21、直膨式地暖换热器；22、相变换热器；23、单向阀；24、毛细管；25、四通换向阀；26、热力膨胀阀；27、电磁阀；28、电磁阀；29、电磁阀；30、空调用户侧换热器；31、单向阀。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图1所示，应用于热泵热水机实施例的循环系统由压缩机1，四通换向阀2，用户侧换热器3，单向阀4，电加热型换热器5，电子膨胀阀6，热源侧换热器7、四通阀2、气液分离器8、压缩机1经制冷剂管路连接而成；四通换向阀2的接口2-1与压缩机1的排气管路相连，接口2-2通往用户侧换热器3，接口2-3连通热源侧换热器7，接口2-4与气液分离器8相通；单向阀4和电加热型换热器5串接在用户侧换热器3与电子膨胀阀6之间；单向阀4和电加热型换热器5之间管路中通过三通接有旁通管路，旁通管路串接电磁阀9后连通到气液分离器8前的回气管路上；电加热型换热器5是一个带有电加热棒的罐体，罐体内充注导热油或者防冻液、水、变压器油等导热介质，罐体内还盘绕有螺旋状铜管，铜管内是制冷剂通道，除霜过程中电加热棒加热导热介质，再通过导热油加热制冷剂，提供除霜过程所需的热能。实践证明，通过导热介质传递热能比直接用电加热加热制冷剂控制更方便，传热更可靠，同时一定容积的导热介质具有蓄热功能，可以在制热循环过程中吸收用户侧换热器出来的制冷剂中的余热。
在制热模式下，压缩机1的排气经四通换向阀2进入用户侧换热器3，经单向阀4、电加热型换热器5之后通过电子膨胀阀6节流降压，在热源侧换热器7内吸收外界热量气化，再经四通换向阀2进入气液分离器8、压缩机1。
在除霜过程中，四通阀2中线圈通电换向、电磁阀9中线圈通电开通除霜管路、辅助换热器5中电加热通电加热导热油，压缩机1的排气经四通换向阀2流向热源侧换热器7，在高温制冷剂气体的加热作用下，热源侧换热器7表面霜层融化，从热源侧换热器7流出的液态制冷剂经电子膨胀阀6节流降压和电加热型换热器5加热蒸发之后，经过电磁阀9回到气液分离器8和压缩机1；除霜模式下单向阀4阻止制冷剂流向用户侧换热器3。
实施例2
附图2所示，应用于冷暖空调实施例的循环系统由压缩机1，四通换向阀2，用户侧换热器3，单向阀4，相变换热器11，电子膨胀阀12，热源侧换热器7、四通换向阀2、气液分离器8、压缩机1经制冷剂管路连接而成。四通换向阀2的接口2-1与压缩机1的排气管路相连，接口2-2通往用户侧换热器3，接口2-3连通热源侧换热器7，接口2-4与气液分离器8相通。单向阀4前到电子膨胀阀12后的管路上并联一个由电磁阀13和毛细管10串联而成的旁通管路，其中电磁阀13在制冷运行时开启；单向阀4与相变换热器11之间管路中接有旁通除霜管路，旁通管路串接电磁阀9后连通到气液分离器8前的回气管路上；相变换热器11是一个带有相变蓄热介质的换热器，相变蓄热介质由相变温度在0-50摄氏度之间一段温区的石蜡和导热金属粉组成，相变换热器内还装有螺旋状的制冷剂通道，制热过程中相变介质吸收用户侧换热器出来的制冷剂热能，除霜过程中液态的相变介质加热经过电子膨胀阀节流后的制冷剂。
在制冷模式下，电磁阀13通电导通旁通管路，压缩机1的排气经四通换向阀2进入热源侧换热器7放热，经毛细管10、电磁阀13后在用户侧换热器3内吸热蒸发，再经四通换向阀2进入气液分离器8和压缩机1。
在制热模式下，电磁阀13关闭，四通换向阀2通电换向，压缩机1的排气经四通换向阀2进入用户侧换热器3放热，经单向阀4后在相变换热器11内再次换热，之后经电子膨胀阀12节流降压，在热源侧换热器7内吸收外界空气热量蒸发，最后经四通换向阀2进入气液分离器8和压缩机1。
在除霜过程中，电磁阀13关闭，四通换向阀断电切换到制冷方向，电磁阀9通电导通除霜管路，压缩机1的排气经四通换向阀2流向热源侧换热器7，通过高温气态制冷剂融化热源侧换热器7表面霜层，从热源侧换热器7流出的液态制冷剂经电子膨胀阀12节流后进入相变换热器11吸热蒸发，再经过电磁阀9回到气液分离器8和压缩机1。
实施例3
附图3所示，应用于热泵烘干机实施例的循环系统由压缩机1，四通换向阀2，用户侧换热器3，电子膨胀阀12，蓄热换热器15，毛细管14，热源侧换热器7、四通换向阀2、气液分离器8、压缩机1经制冷剂管路连接而成。四通换向阀2的接口2-1与压缩机1的排气管路相连，接口2-2通往用户侧换热器3，接口2-3连通热源侧换热器7，接口2-4与气液分离器8相通。蓄热换热器15前与电子膨胀阀12后管路上并联有一个电磁阀13的管路，电磁阀13在无霜时期开启，旁通制冷剂；电子膨胀阀12与蓄热换热器15之间管路中有旁通管路，旁通管路串接电磁阀9后连通到气液分离器8前的回气管路上；蓄热换热器15是一个带有防冻液的箱式换热器，换热器内有盘旋状的制冷剂通道，有霜时期的烘干过程中防冻液吸收用户侧换热器出来的较高温度制冷剂能量，除霜过程中防冻液放热给经过毛细管14节流的较低温度的制冷剂。防冻液可以用水、导热油、变压器油或者其他液体来替代，防冻液中可以加入带有相变材料的蓄热胶囊或者具有蓄热作用的鹅暖石来替代。
在烘干模式下，在气温7摄氏度以上无霜时期，电磁阀13开通，压缩机1的排气经四通换向阀2进入用户侧换热器3放热，经电子膨胀阀12节流降压，通过电磁阀13进入热源侧换热器吸热蒸发，再经四通换向阀2回到气液分离器8和压缩机1。气温在气温7摄氏度以下的有霜时期，电磁阀13关闭，烘干运行时用户侧换热器3放热后的制冷剂经电子膨胀阀12初步节流降压后进入蓄热换热器15再次放热，再经过毛细管14节流降压后进入热源侧换热器7吸热蒸发，最后经四通换向阀2回到气液分离器8和压缩机1。
在除霜过程中，电子膨胀阀12和电磁阀13均关闭，电磁阀9打开，四通换向阀2通电切换方向，压缩机1的排气经换向后的四通换向阀2流向热源侧换热器7，高温气态制冷剂融化热源侧换热器7表面霜层，从热源侧换热器7流出的液态制冷剂经毛细管14节流后进入蓄热换热器15吸热蒸发，再经过电磁阀9回到气液分离器8和压缩机1。
实施例4
附图4所示，应用于多联式空调机实施例的循环系统由压缩机1，四通换向阀2，用户侧换热器16，电子膨胀阀17，用户侧换热器18，电子膨胀阀19，单向阀4，压缩机余热换热器20，电子膨胀阀12，热源侧换热器7、四通换向阀2、气液分离器8、压缩机1经制冷剂管路连接而成。四通换向阀2的接口2-1与压缩机1的排气管路相连，接口2-2通往用户侧换热器16和用户侧换热器18，接口2-3连通热源侧换热器7，接口2-4与气液分离器8相通。单向阀4前到压缩机余热换热器20后管路上并联一个有电磁阀13的旁通制冷管路，电磁阀13在制冷运行时开启；单向阀4与压缩机余热换热器20之间中有旁通除霜管路，旁通管路串接电磁阀9后连通到气液分离器8前的回气管路上；压缩机余热换热器20是一个直接吸收压缩机电机余热的盘管，盘管盘绕在压缩机壳体外，在除霜过程中压缩机余热换热器20可以直接吸收压缩机电机余热来加热制冷剂。
在制冷模式下，电磁阀13开启，压缩机1的排气经四通换向阀2进入热源侧换热器7放热，经电子膨胀阀12、电磁阀13和电子膨胀阀17、电子膨胀阀19后在用户侧换热器16、用户侧换热器18内吸热蒸发，再经四通换向阀2回到气液分离器8和压缩机1。
在制热模式下，电磁阀13关闭、四通换向阀通电换向，压缩机1的排气经四通换向阀2进入用户侧换热器16、用户侧换热器18内放热，经电子膨胀阀17、电子膨胀阀19、单向阀4、压缩机余热换热器20后经电子膨胀阀12节流降压，在热源侧换热器7内吸热蒸发，最后经四通换向阀2回到气液分离器8和压缩机1。
在除霜过程中，电磁阀13关闭，四通换向阀断电切换方向，电磁阀9打开，压缩机1的排气经四通换向阀2流向热源侧换热器7，通过高温气态制冷剂融化热源侧换热器7表面霜层，从热源侧换热器7流出的液态制冷剂经电子膨胀阀12节流后进入压缩机余热换热器20吸热蒸发，再经过电磁阀9回到气液分离器8和压缩机1。
实施例5
如附图5所示，应用于直膨式空气源热泵型地暖机实施例的循环系统由压缩机1，四通换向阀2，直膨式地暖换热器21，经济器23，电子膨胀阀24，单向阀4，相变换热器22，电子膨胀阀6，热源侧换热器7、四通阀2、气液分离器8、压缩机1经制冷剂管路连接而成；四通换向阀2的接口2-1与压缩机1的排气管路相连，接口2-2通往直膨式地暖换热器21，接口2-3连通热源侧换热器7，接口2-4与气液分离器8相通；单向阀4和相变换热器22串接在直膨式地暖换热器21与电子膨胀阀6之间管路上；单向阀4和相变换热器22之间管路中通过三通接有旁通管路，旁通管路串接电磁阀9后连通到气液分离器8前的回气管路上；单向阀前串接有经济器23，在经济器23的入口前，有一部分制冷剂经过电子膨胀阀24节流降压后进入经济器23的另一侧入口，这部分制冷剂经过经济器23吸热蒸发后直接进入压缩机1的补气口；相变换热器22是一个装有无机相变材料Na2SO4·10H2O和成核剂的罐体，罐体内还盘绕有螺旋状铜管，铜管内是制冷剂通道，在制热循环过程中吸收经济器23出来的制冷剂中的余热，除霜过程中相变材料向制冷剂放热。直膨式地暖换热器的铜管直接与建筑地基的混凝土换热。
在制热供暖模式下，压缩机1的排气经四通换向阀2进入直膨式地暖换热器21放热冷凝，经经济器23、单向阀4、相变换热器22之后通过电子膨胀阀6节流降压，在热源侧换热器7内吸热气化，再经四通换向阀2进入气液分离器8和压缩机1。
在除霜过程中，四通阀2中线圈通电换向、电磁阀9中线圈通电开通除霜管路、压缩机1的排气经四通换向阀2流向热源侧换热器7，在高温制冷剂气体冷凝放热作用下，热源侧换热器7表面霜层融化，从热源侧换热器7流出的液态制冷剂经电子膨胀阀6节流降压后在相变换热器22中吸热蒸发，最后经过电磁阀9回到气液分离器8和压缩机1；除霜模式下单向阀4阻止制冷剂流向经济器23和直膨式地暖换热器21。
实施例6
附图6所示，应用于空气源热泵空调热水机实施例的循环系统由压缩机1，四通换向阀2，用户侧换热器3，单向阀4，电加热型换热器5，电磁阀29，电子膨胀阀6，热源侧换热器7、气液分离器8、电磁阀9，四通换向阀25，电子膨胀阀26，电磁阀27，电磁阀28，空调用户侧换热器30，单向阀31经制冷剂管路连接而成。
在制冷模式下，压缩机1的排气经四通换向阀2和四通换向阀25进入热源侧换热器7放热，经电磁阀28后经过电子膨胀阀26降压，在空调用户侧换热器30内吸热蒸发，再经四通换向阀25进入气液分离器8和压缩机1，在此过程中电磁阀28导通，而电磁阀9、电磁阀27、电磁阀29均断开，四通换向阀2不动作，四通换向阀25通电切换方向。
在制热模式下，压缩机1的排气经四通换向阀2和四通换向阀25进入空调用户侧换热器30放热，经单向阀31、电加热型换热器5后经电子膨胀阀6节流降压，在热源侧换热器7内吸收热蒸发，最后经四通换向阀25进入气液分离器8和压缩机1。其中电磁阀29导通，电磁阀9、电磁阀27、电磁阀28均断开，四通换向阀2和四通换向阀25均不动作。
在制冷兼热水模式下，压缩机1的排气经四通换向阀2进入用户侧换热器3中放热冷凝，经单向阀4和电磁阀27后经过电子膨胀阀26节流降压，在空调用户侧换热器30内吸热蒸发，再经四通换向阀25进入气液分离器8和压缩机1，在此过程中电磁阀27导通，而电磁阀9、电磁阀28、电磁阀29均断开，四通换向阀2和四通换向阀25通电切换方向。
在制热水模式下，压缩机1的排气经四通换向阀2进入用户侧换热器3放热，经单向阀4、电加热型换热器5、电磁阀29后经电子膨胀阀6节流降压，在热源侧换热器7内吸收热蒸发，最后经四通换向阀25进入气液分离器8和压缩机1。其中电磁阀29导通，电磁阀9、电磁阀27、电磁阀28均断开，四通换向阀2通电换向，四通换向阀25不动作。
在除霜过程中，压缩机1的排气经四通换向阀2和四通换向阀25流向热源侧换热器7，通过高温气态制冷剂融化热源侧换热器7表面霜层，从热源侧换热器7流出的液态制冷剂经电子膨胀阀6节流后经过电磁阀29进入电加热型换热器5吸热蒸发，再经过电磁阀9回到气液分离器8和压缩机1。其中电磁阀29和电磁阀9均通电导通，电磁阀27和电磁阀28均断开，四通换向阀2不动作，四通换向阀25通电切换方向，电加热型换热器5中的电加热通电放热。
以上是对本发明的几种实施方式进行的具体说明，但本发明并不限于所述实施例，等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (7)
1.一种空气源热泵除霜系统，包括压缩机(1)、四通换向阀(2)、用户侧换热器(3)、节流部件(6)、热源侧换热器(7)、气液分离器(8)组成的制冷剂循环回路，其特征在于：制冷剂循环回路中用户侧换热器(3)和热源侧换热器(7)之间的制冷剂管路上连接有辅助换热器(5)；在用户侧换热器(3)与辅助换热器(5)之间的制冷剂管路上连接有单向阀(4)或者其他具有通断功能的电磁阀、电动阀、调节阀、节流阀，在单向阀(4)和辅助换热器(5)之间制冷剂管路上旁通除霜管路，除霜管路另一端与气液分离器(8)的管路或者其他回气管路相连通，除霜管路中串接有电磁阀(9)或者其他具有通断功能的电动阀、调节阀。
2.如权利要求1所述的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述的辅助换热器(5)可以是一个通过外界热源直接给制冷剂提供热能的换热器，外界热源可以是电加热器，可以是热水，可以是蒸汽，可以是防冻液收集的太阳能热能，可以是压缩机电机散热，可以是热空气或者烟气。
3.如权利要求1所述的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述的辅助换热器(5)可以是一个通过蓄热介质正向制热循环时蓄热、逆向除霜循环时放热的换热器；蓄热介质可以是水，可以是防冻液，可以是导热油，可以是变压器油，可以是使用CaCl2·6H2O或Na2SO4·10H2O为主要成分的无机相变物质，可以是使用石蜡为主要成分的有机相变物质。
4.如权利要求1所述的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述的辅助换热器(5)可以是外界热源和蓄热介质相结合的换热器；使用电加热棒作为外界热源时辅助换热器(5)采用内置单回路螺旋管的罐式结构，电加热棒置于换热器底部，蓄热介质存放在罐中，制冷剂在螺旋管内；在使用水、防冻液、导热油、变压器油、高温气体作为外界热源传热介质时，辅助换热器(5)采用内置双回路螺旋形金属管的罐式结构或者双回路的管壳式结构，传热介质和制冷剂分别在换热器的两个管内的回路中，蓄热介质存放在金属管外的罐中或壳体内。
5.如权利要求1所述的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述的节流部件(6)可以是热力膨胀阀、电子膨胀阀或者毛细管，也可以是热力膨胀阀、电子膨胀阀或者毛细管与单向阀、电磁阀共同组成的部件。
6.如权利要求1所述的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述的单向阀(4)和电磁阀(9)可以用一个电磁线圈控制管路切换的三通阀或者四通阀来替代。
7.如权利要求1所述的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述的空气源热泵制冷剂管路中可以串接电磁阀、节流部件、储液器、经济器、闪蒸器、压力开关、过滤器、油分离器。
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140319 |