CN104390401A - 一种热空气除霜型空气源热泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热空气除霜型空气源热泵。本发明在现有空气源热泵的基础上，增加了一台小型空压机，小型空压机通过第二电磁阀、截止阀、减压阀与一主干管连接；主干管安装于室外换热器的上方，主干管的尾端封闭，其下方均匀连接若干支管，各支管分布在室外换热器的进风口侧，各支管尾端封闭，其相对于室外换热器翅片的侧面加工为狭缝喷口；靠近室外换热器翅片处安装有第一温度传感器，靠近叶片风机处安装有第二温度传感器，靠近室外换热器翅片温度最低处安装有第三温度传感器，第一、第二、第三温度传感器分别与控制器连接，控制器与各电磁阀、单向阀连接。本发明除霜效果好、速度快、制冷剂管路大大简化、环保，并能保证系统运行稳定。

Description

一种热空气除霜型空气源热泵

技术领域

本发明属于家用空调冬季制热技术和防霜技术领域，具体涉及当冬季室外换热器(即蒸发器)结霜时向其表面喷射高温高压的热空气流，以实现快速除霜，且比传统空气源热泵更环保的热空气除霜型空气源热泵。

背景技术

热泵作为利用低品位热量的装备之一，可以把空气、土壤、水中所含的热能、太阳能、工业废热等不能直接被用户利用的低品位热能转换为可以利用的高位热能，从而达到利用低品位能的目的。其中，空气源热泵是以空气作为低位热源的。空气是取之不尽、用之不竭的，而且空气源热泵的安装和使用都比较方便，故这种环保、高效的能量供给方式得到越来越多的使用。

在我国夏热冬冷地区，夏季要求供冷、冬季需要供热，气候特点非常适合采用空气源热泵。尽管空气源热泵有诸多优点，但其也有一个最大的缺点：性能受室外空气环境影响较大。当冬季使用空气源热泵制热运行时，当蒸发器表面温度低于室外空气的露点温度，并且低于0℃时，换热器表面就发生结霜现象。霜层的形成减少了通过室外换热器的空气流量，并增加了蒸发器表面的传热热阻，使得其换热性能降低，削弱了蒸发器中空气和制冷剂的换热强度，致使空气源热泵制热性能恶化，这就严重制约了空气源热泵的推广。

为使空气源热泵高效安全的运行，需要解决好其在冬季运行时室外换热器表面结霜的问题。针对结霜和除霜问题，国内外做了大量的研究工作，目前，空气源热泵常规的除霜方法有逆循环除霜和热气旁通除霜。逆循环除霜的能源来源于压缩机和室内空气，故在除霜过程中不能对室内空气进行供热，且能量损耗较大，除霜时间较长，四通阀的频繁地进行换向导致压缩机易于损坏和空气源热泵系统的运行不稳定；热气旁通除霜的能量全部由压缩机提供，故其能量损耗比较大，且所需的除霜时间要比逆循环除霜方式长。上述方法还存在一个问题就是使得制冷剂管路更加复杂，制冷剂泄露危险加大。

发明内容

本发明的目的在于针对空气源热泵现有技术中冬季运行时化霜时间长、系统运行不稳定、制冷剂管路复杂等缺点，提供一种除霜效果好、速度快、制冷剂管路大大简化、环保、并能保证系统运行稳定的热空气除霜型空气源热泵。

本发明的目的是通过如下的技术方案来实现的：该热空气除霜型空气源热泵，包括室内换热器、室外换热器、压缩机、四通阀、气液分离器、主毛细管、副毛细管、单向阀、第一电磁阀，它们通过制冷剂管道连接构成一个系统；其特点是：还包括一台小型空压机，小型空压机依次通过第二电磁阀、截止阀、减压阀与一主干管连接；所述主干管安装于室外换热器的上方，主干管的尾端封闭，其下方均匀连接若干支管，各支管分布在室外换热器的进风口侧，各支管尾端封闭，其相对于室外换热器翅片的侧面加工为狭缝喷口；靠近室外换热器翅片处安装有第一温度传感器，靠近叶片风机处安装有第二温度传感器，靠近室外换热器翅片温度最低处安装有第三温度传感器，第一、第二、第三温度传感器分别与控制器连接，控制器与各电磁阀、单向阀连接。

进一步，所述各支管的狭缝喷口延伸为一个扩散型的喇叭口。

具体的，所述主干管为高压软管。

本发明的工作原理是，当热泵冬季制热时，蒸发器表面温度低于空气的露点温度，并且低于0℃，蒸发器即室外换热器表面结霜时，沿蒸发器进风侧喷射具有一定温度、压力的热空气，热空气射流在翅片表面呈矩形分布，持续的热气流形成热空气幕连续不断的吹向蒸发器，使热气迅速均匀掠过翅片表面，加速了翅片表面霜层的溶解，大大减少了化霜的时间，提高了制热运行效率，并且带压流动的空气流附着在翅片表面会产生摩擦也具有一定的升温的作用，并且能迅速带走主管壁上和室外换热器上的水滴而达到延缓结霜的目的，改变了室外换热器周围环境的参数，作用过程极短，保证了系统运行稳定，并在运行中能进行制热。此外，本发明采用了独立的热空气流路除霜，使得空气源热泵的制冷剂管路大大简化，而空气即使泄露也不会污染环境。本发明可极大地提高空气源热泵效率及环保性，是一种全新的解决热泵冬季蒸发器表面结霜的新方法。

本发明与现有除霜技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明利用小型空压机压缩空气产生的高温高压的空气来对室外换热器除霜，利用产生的空气射流带走室外换热器的水滴达到了延缓结霜的效果，大大缩短了化霜的时间，进一步提高了制热效率。

(2)本发明喷发装置采用扩散型狭缝喷口，两侧强大的气流能形成一道无形的空气幕，大大加速了霜层的溶解，提高了系统运行效率。

(3)本发明采用了独立的热空气流路除霜，使得空气源热泵的制冷剂管路大大简化，而空气即使泄露也不会污染环境，所以本空气源热泵比传统空气源热泵更加环保。

附图说明

图1是本发明实施例热空气除霜型空气源热泵冬季制热工况下的工作原理示意图。

图2是本发明实施例热空气除霜型空气源热泵夏季制冷工况下的工作原理示意图。

图3是本发明实施例带热空气除霜的蒸发器结构示意图。

图4是本发明实施例热空气输配流路示意图。

图5是本发明实施例各支路热空气输送流路示意图。

图6是图5扩散型出流口示意图。

图7是本发明实施例翅片结霜检测系统测点布置图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

参见图1、图2，分别是本发明实施例热空气除霜型空气源热泵冬季制热工况下和夏季制冷工况下的工作原理示意图。本实施例的热空气除霜型空气源热泵，包括室内换热器1、室外换热器2、压缩机3、四通阀4、气液分离器5、主毛细管6、副毛细管7、单向阀8、第一电磁阀9，它们通过制冷剂管道连接构成一个系统。从图中可见，它还包括一台小型空压机10，小型空压机10依次通过第二电磁阀11、截止阀12、减压阀13与主干管14连接；小型空压机10的出气端与主干管14相接，根据气体状态方程PV＝nRT，对空气进行压缩可使空气温度和压力上升，小型空压机10压缩来自环境中的空气来提供除霜用热源。参见图3，主干管14为圆柱形高压软管，并且安装于室外换热器的上方，主干管14的尾端封闭，其下方均匀连接若干支管15，各支管15呈圆柱形，并且分布在室外换热器的进风口两侧；结合图4、图5、图6，各支管15一端封闭，另一端与主干管14相接，各支管15相对于室外换热器翅片的侧面加工为狭缝喷口16；从图5中可见，各支管的狭缝喷口16与一个扩散型的喇叭口相连接，上下端通过支架连接固定。主干管14采用高压软管，能输配高压的热空气流；扩散型喇叭口的狭缝喷口16的特点是克服条缝喷嘴只能沿垂直条缝长度扩散的劣势，把喷嘴设计成能沿条缝横向扩散的狭缝喷嘴，即将喷嘴设计成既能沿条缝长度方向扩散又能沿横向扩散的狭缝结构，使喷射出的空气流能呈矩形吹向蒸发器表面，这就大大的增大了热气流与蒸发器的接触面积，提高了化霜效果。小型空压机10压缩来自环境中的空气，经主干管14输配给各支管15，带压的热空气通过狭缝喷口16流出，产生多束平行的矩形热空气流，并垂直吹向翅片，高速热空气流可冲刷翅片表面的霜层，充分的与霜层接触，加速了霜层的溶解；同时，高速的空气射流能带走管壁和蒸发器表面的水滴而达到延缓结霜的目的。本发明的热空气除霜型空气源热泵，在冬季制热工况运行蒸发器表面结霜时，小型空压机10、主干管14(高压软管)、扩散型狭缝喷口16、减压阀13、截止阀12等构成一个独立的热空气输配流路，此举可使空气源热泵的制冷剂管路大大简化，而空气即使泄露也不会污染环境，所以本发明比传统空气源热泵更加环保。

参见图7，在靠近室外换热器翅片处安装有第一温度传感器17，靠近叶片风机处安装有第二温度传感器18，最好的方式是将第一、第二温度传感器安装在与蒸发器连接的支架20上，在靠近室外换热器翅片温度最低处安装有第三温度传感器19；第一、第二、第三温度传感器分别与控制器连接，控制器接收来自第一、第二、第三温度传感器的温度测量数据；控制器与各电磁阀、单向阀连接，并根据所述的温度测量数据判断翅片结霜的厚度等级，进而能够作为自动化霜工作的依据。

参见图2，在夏季供冷工况下，本发明系统具体运行过程如下：

在夏季制冷工况下，压缩机从室外换热器(即蒸发器)吸入低温低压的制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的气体，排入室内换热器(即冷凝器)，使制冷剂在其中冷凝成常温高压的液体。高压液体制冷剂经主毛细管节流降压后，成为低温低压液体，经过单向阀进入蒸发器，在蒸发器中吸收室内空气的热量蒸发成低温低压的蒸汽，然后再被压缩机吸入，重复上述制冷循环。在此过程中，第二电磁阀、截止阀、减压阀关闭，第一电磁阀打开。

参见图1，在冬季制热工况下，小型空压机、主干管、扩散型狭缝喷口、减压阀、截止阀等构成一个单向循环流路，循环工质为空气。

根据翅片从无霜到有霜这一变化过程，第一、第二温度传感器在同一气流中测得温度值变化，当两者检测到的温度的差值达到化霜温差时，驱动继电器启动，进而启动第二电磁阀，小型空压机启动，空气经小型空压机压缩，压缩后得到的高压、高温空气经小型空压机出口的截止阀调压后进入主干管，通过减压阀调节流量进入各支管，再从扩散型狭缝喷口流出，产生多束具有一定温度和速度的空气流直接吹向室外换热器，多束热空气流形成的空气幕以一定速度外掠蒸发器表面，加速了霜层的溶解。同时，高速的空气流能迅速带走管壁和蒸发器表面上附着的水滴，可达到延缓结霜的目的。当第三传感器检测到的温差达到正常值时，驱动继电器断开，进而断开第二电磁阀以恢复到常规无除霜的制热工作模式。

Claims (3)

1.一种热空气除霜型空气源热泵，包括室内换热器、室外换热器、压缩机、四通阀、气液分离器、主毛细管、副毛细管、单向阀、第一电磁阀，它们通过制冷剂管道连接构成一个系统；其特征在于：还包括一台小型空压机，小型空压机依次通过第二电磁阀、截止阀、减压阀与一主干管连接；所述主干管安装于室外换热器的上方，主干管的尾端封闭，其下方均匀连接若干支管，各支管分布在室外换热器的进风口侧，各支管尾端封闭，其相对于室外换热器翅片的侧面加工为狭缝喷口；靠近室外换热器翅片处安装有第一温度传感器，靠近叶片风机处安装有第二温度传感器，靠近室外换热器翅片温度最低处安装有第三温度传感器，第一、第二、第三温度传感器分别与控制器连接，控制器与各电磁阀、单向阀连接。

2.根据权利要求1所述热空气除霜型空气源热泵，其特征在于：所述各支管的狭缝喷口延伸为一个扩散型的喇叭口。

3.根据权利要求1或2所述热空气除霜型空气源热泵，其特征在于：所述主干管为高压软管。