CN106225296B - 一种换向除霜空气源热泵机组及换向除霜方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种换向除霜空气源热泵机组及换向除霜方法，包括压缩机、室外侧换热器、风机、室内侧换热器、气液分离器、第一四通换向阀、节流机构，室外侧换热器由第一室外侧换热器、第二室外侧换热器组成，并在机组中设置制冷剂流向改变的第二四通换向阀，该第二四通换向阀的接口分别与节流机构、第一室外侧换热器、第二室外侧换热器、第一四通换向阀连接。本发明有效解决了空气源热泵机组传统除霜方式中除霜与制热不能同时进行的缺点；在空气源热泵除霜运行时，室内温度不会降低，有效提高了室内人员的舒适性；通过第二四通换向阀可以实现制冷、制热、制热换向除霜等多种模式的切换运行。

Description

一种换向除霜空气源热泵机组及换向除霜方法
技术领域
本发明属于热泵空调技术领域，特别是一种换向除霜空气源热泵机组及换向除霜方法。
背景技术
目前，空气源热泵机组采用的最常见的除霜方式是逆循环除霜，但是这种除霜方式存在许多缺点：如除霜时需要从房间吸热，室温会降低5～6℃，影响室内的舒适性；切换制热和除霜模式时，系统压力波动剧烈，产生的机械冲击较大；除霜时室内换热器作为蒸发器，表面温度低达-20～-25℃，当恢复制热后，较长一段时间吹不出热风；在启动和终止除霜时，四通换向阀换向造成较大的气流噪声。
针对逆循环除霜的上述问题，黄东等人(黄东，袁秀玲，风冷热泵冷热水机组热气旁通除霜与逆循环除霜性能对比，西安交通大学，2006)通过搭建实验台对比了热气旁通除霜与逆循环除霜的性能，得出热气旁通除霜的诸多优点：如除霜过程中房间温度波动较小，舒适性较好；除霜和制热切换时压力变化平稳，造成的机械冲击较小；室内换热器的表面温度未降低，恢复制热后马上吹出热风；启动和终止除霜时，不会因四通换向阀换向产生气流噪声。但是，即使热气旁通除霜很大程度的减小了逆循环除霜的种种问题，但其仍存在除霜时间过长；除霜能耗较大；除霜与制热不能同时进行的缺点。
另外，针对逆循环除霜和热气旁通除霜的上述问题，梁彩华等(梁彩华，汪峰，张小松.一种空气源热泵除霜装置[P].中国专利：CN103245150A，
2013-08-14.)提出了一种空气源热泵除霜新方法，其特点为：室外侧换热器分为室外侧换热器一、室外侧换热器二两组，并且通过对制冷剂管路的特殊设计，使系统除霜运行时，室外侧换热器一作为蒸发器进行除霜，室外侧换热器二为冷凝器吸取空气中的热量或室外侧换热器二作为蒸发器进行除霜，室外侧换热器一为冷凝器吸取空气中的热量，这样可以实现室外侧换热器一、室外侧换热器二的交替除霜，并且除霜时不需要吸取室内的热量。该发明的最大优点是除霜时不需要吸取室内的热量，室内温度变化不大。但是该发明本质仍然是逆循环除霜，依然不能达到除霜与制热同时进行的目的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种换向除霜空气源热泵机组及换向除霜方法，实现了机组在冬季的高效连续运行。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种换向除霜空气源热泵机组，包括压缩机、室外侧换热器、风机、室内侧换热器、气液分离器、第一四通换向阀、节流机构，室外侧换热器由第一室外侧换热器、第二室外侧换热器组成，并在机组中设置制冷剂流向改变的第二四通换向阀，该第二四通换向阀的接口分别与节流机构、第一室外侧换热器、第二室外侧换热器、第一四通换向阀连接。
一种换向除霜方法，空气源热泵冬季制热运行时，安装在迎风侧的室外侧换热器即第一室外侧换热器先结霜，且低温低压的制冷剂液体在第一室外侧换热器、第二室外侧换热器中蒸发吸热使制冷剂温度升高，当第一室外侧换热器轻微结霜时，通过第二四通换向阀切换制冷剂流向，即由第二四通换向阀的接口一、接口三内部联通，第二四通换向阀的接口二、接口四内部联通的普通制热模式切换为第二四通换向阀的接口一、接口二内部联通，第二四通换向阀的接口三、接口四内部联通的换向除霜模式，使制冷剂先通过第二室外侧换热器蒸发吸热，再使温度升高的制冷剂通过第一室外侧换热器进行除霜或延缓结霜；当除霜完成时，通过第二四通换向阀切换制冷剂流向即由第二四通换向阀的接口一、接口二内部联通，第二四通换向阀的接口三、接口四内部联通的换向除霜模式切换为即由第二四通换向阀的接口一、接口三内部联通，第二四通换向阀的接口二、接口四内部联通的普通制热模式即可。
本发明与现有技术相比，其显著优点：(1)利用换向除霜，在冬季通过第二四通换向阀改变制冷剂流向，利用制冷剂在蒸发器中的温度逐渐升高以及结霜总是先出现在蒸发器迎风侧的特点进行除霜，有效解决了空气源热泵机组传统除霜方式中除霜与制热不能同时进行的缺点。(2)在空气源热泵除霜运行时，室内温度不会降低，有效提高了室内人员的舒适性。(3)利用换向除霜技术解决了传统除霜方式带来的制热量衰减严重，能效比下滑明显，运行不平稳等问题。(4)利用换向除霜技术，相比于传统除霜方式更节省能源。(5)通过第二四通换向阀可以实现制冷、制热、制热换向除霜等多种模式的切换运行。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的换向除霜空气源热泵机组构成示意图。
图2为本发明夏季制冷运行一的机组流程图。
图3为本发明夏季制冷运行二的机组流程图。
图4为本发明冬季制热运行的机组流程图。
图5为本发明冬季制热运行同时换向除霜运行的机组流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明换向除霜空气源热泵机组，适用于冬季空气源热泵制热时易结霜的场合，包括将低温低压的制冷剂蒸汽压缩为高温高压的制冷剂蒸汽的压缩机4、室外侧换热器、使室外空气通过室外侧换热器的风机9、用于高温高压的制冷剂蒸汽冷凝放热的室内侧换热器2、将制冷剂蒸汽与液体分离的气液分离器5、进行制冷剂流向改变的第一四通换向阀3、用于将高温高压制冷剂液体节流为低温低压制冷剂液体的节流机构1，其中室外侧换热器由用于低温低压的制冷剂液体蒸发吸热的第一室外侧换热器7、第二室外侧换热器6组成，并在机组中设置制冷剂流向改变的第二四通换向阀8，该第二四通换向阀8的接口分别与节流机构1、第一室外侧换热器7、第二室外侧换热器6、第一四通换向阀3连接。
如图4所示，本发明换向除霜空气源热泵机组的具体实现方式如下：所述压缩机4的排气口与第一四通换向阀3的接口二3-2相连，第一四通换向阀3的接口二3-2与第一四通换向阀3的接口四3-4内部联通，第一四通换向阀3的接口四3-4与室内侧换热器2的入口相连，室内侧换热器2的出口通过节流机构1与第二四通换向阀8的接口一8-1相连，第二四通换向阀8的接口一8-1与第二四通换向阀8的接口三8-3内部联通，第二四通换向阀8的接口三8-3与第一室外侧换热器7入口相连，第一室外侧换热器7的出口与第二室外侧换热器6的入口相连，第二室外侧换热器6的出口与第二四通换向阀8的接口二8-2相连，第二四通换向阀8的接口二8-2与第二四通换向阀8的接口四8-4内部联通，第二四通换向阀8的接口四8-4与第一四通换向阀3的接口一3-1相连，第一四通换向阀3的接口一3-1与第一四通换向阀3的接口三3-3内部联通，第一四通换向阀3的接口三3-3经过气液分离器5与压缩机4的吸气口相连；所述压缩机4的排气口、第一四通换向阀3的接口二3-2、第一四通换向阀3的接口四3-4、室内侧换热器2入口、室内侧换热器2出口、节流机构1、第二四通换向阀8的接口一8-1、第二四通换向阀8的接口三8-3、第一室外侧换热器7入口、第一室外侧换热器7出口、第二室外侧换热器6入口、第二室外侧换热器6出口、第二四通换向阀8的接口二8-2、第二四通换向阀8的接口四8-4、第一四通换向阀3的接口一3-1、第一四通换向阀3的接口三3-3、气液分离器5、压缩机4的吸气口依次连接构成蒸汽压缩式热泵循环(制热循环)；
如图5所示，当室内侧换热器2的出口经节流机构1与第二四通换向阀8的接口一8-1相连，第二四通换向阀8的接口一8-1与第二四通换向阀8的接口二8-2内部联通，第二四通换向阀8的接口二8-2与第二室外侧换热器6的入口相连，第二室外侧换热器6的出口与第一室外侧换热器7入口相连，第一室外侧换热器7的出口与第二四通换向阀8的接口三8-3相连，第二四通换向阀8的接口三8-3与第二四通换向阀8的接口四8-4内部联通，第二四通换向阀8的接口四8-4与第一四通换向阀3的接口三3-1相连，所述压缩机4的排气口、第一四通换向阀3的接口二3-2、第一四通换向阀3的接口四3-4、室内侧换热器2入口、室内侧换热器2出口、节流机构1、第二四通换向阀8的接口一8-1、第二四通换向阀8的接口二8-2、第二室外侧换热器6入口、第二室外侧换热器6出口、第一室外侧换热器7入口、第一室外侧换热器7出口、第二四通换向阀8的接口三8-3、第二四通换向阀8的接口四8-4、第一四通换向阀3的接口一3-1、第一四通换向阀3的接口三3-3、气液分离器5、压缩机4的吸气口依次连接构成蒸汽压缩式热泵循环的换向除霜运行(即制热和除霜同时进行)。其他连接关系同上。
本发明换向除霜空气源热泵机组的第一室外侧换热器7安装在迎风侧，第二室外侧换热器6安装在背风侧，室外空气通过风机9先通过第一室外侧换热器7再通过第二室外侧换热器6。节流机构1可以为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板。室内侧换热器2可以为焊接板式换热器、壳管式换热器、套管式换热器或风机盘管。第一室外侧换热器7、第二室外侧换热器6为翅片管换热器。机组所用制冷剂应优先采用非共沸混合工质，因非共沸混合工质存在滑移温差，其温度在蒸发器中变化更大，有利于利用上述原理延缓结霜或除霜。
结合图2至图5，本发明换向除霜方法，当空气源热泵冬季制热运行时，安装在迎风侧的室外侧换热器即第一室外侧换热器7先结霜，且低温低压的制冷剂液体在第一室外侧换热器7、第二室外侧换热器6中蒸发吸热使制冷剂温度升高，当第一室外侧换热器7轻微结霜时，通过第二四通换向阀8切换制冷剂流向，即由第二四通换向阀8的接口一8-1、接口三8-3内部联通，第二四通换向阀8的接口二8-2、接口四8-4内部联通的普通制热模式(如图4)切换为第二四通换向阀8的接口一8-1、接口二8-2内部联通，第二四通换向阀8的接口三8-3、接口四8-4内部联通的换向除霜模式(如图5)，使制冷剂先通过第二室外侧换热器6蒸发吸热，再使温度升高的制冷剂通过第一室外侧换热器7进行除霜或延缓结霜；当除霜完成时，通过第二四通换向阀8切换制冷剂流向即由第二四通换向阀8的接口一8-1、接口二8-2内部联通，第二四通换向阀8的接口三8-3、接口四8-4内部联通的换向除霜模式(如图5所示)切换为即由第二四通换向阀8的接口一8-1、接口三8-3内部联通，第二四通换向阀8的接口二8-2、接口四8-4内部联通的普通制热模式(如图4所示)即可。
如图2所示，本发明换向除霜空气源热泵机组的夏季制冷运行一：机组夏季制冷运行一时，第一四通换向阀3处于制冷工况开启方式，即第一四通换向阀3的接口一3-1、接口二3-2内部联通，第一四通换向阀3的接口三3-3、接口四3-4内部联通。第二四通换向阀8开启方式如图2，即第二四通换向阀8的接口一8-1、接口二8-2内部联通，第二四通换向阀8的接口三8-3、接口四8-4内部联通，压缩机4压缩后的高温高压气体，依此流入第一室外侧换热器7和第二室外侧换热器6中冷凝放热，再通过节流机构1节流为低温低压的制冷剂液体，再流过室内侧换热器2与室内侧载冷介质换热，再通过气液分离器5，最后流入压缩机4完成一个制冷循环。
如图3所示，本发明换向除霜空气源热泵机组的夏季制冷运行二：机组夏季制冷运行2时，第一四通换向阀3处于制冷工况开启方式，即第一四通换向阀3的接口一3-1、接口二3-2内部联通，第一四通换向阀3的接口三3-3、接口四3-4内部联通，第二四通换向阀8开启方式如图3，即第二四通换向阀8的接口一8-1、接口三8-3内部联通，第二四通换向阀8的接口二8-2、接口四8-4内部联通，压缩机4压缩后的高温高压气体，依此流入第二室外侧换热器6和第一室外侧换热器7中冷凝放热，再通过节流机构1节流为低温低压的制冷剂液体，再流过室内侧换热器2与室内侧载冷介质换热，再通过气液分离器5，最后流入压缩机4完成一个制冷循环。
如图4所示，本发明换向除霜空气源热泵机组的冬季制热运行：冬季制热运行时，第一四通换向阀3处于制热工况开启方式，即第一四通换向阀3的接口一3-1、接口三3-3内部联通，第一四通换向阀3的接口二3-2、接口四3-4内部联通，第二四通换向阀8开启方式如图4，即第二四通换向阀8的接口一8-1、接口三8-3内部联通，第二四通换向阀8的接口二8-2、接口四8-4接口内部联通，压缩机4压缩后的高温高压气体进入室内侧换热器2与室内侧介质换热，经节流机构1节流为低温低压液体，再通过第一室外侧换热器7和第二室外侧换热器6蒸发吸热，再通过气液分离器5，最后进入压缩机4完成一个制热循环。
如图5所示，本发明换向除霜空气源热泵机组的冬季制热同时换向除霜运行：当第一室外侧换热器6上结霜时，第一四通换向阀3处于制热工况开启方式，即第一四通换向阀3的接口一3-1、接口三3-3内部联通，接口二3-2、接口四3-4内部联通，通过切换第二四通换向阀8开启方式如图5，即第二四通换向阀8的接口一8-1、接口二8-2内部联通，接口三8-3、接口四8-4内部联通，从而改变制冷剂流向，压缩机4压缩后的高温高压气体进入室内侧换热器2与室内侧介质换热，经节流机构1节流为低温低压液体，先通过第二室外侧换热器6蒸发吸热使制冷剂温度升高，再通过第一室外侧换热器7进行换向除霜，再通过气液分离器5，最后进入压缩机4完成一个冬季制热同时换向除霜循环；当除霜完成时，切换第二四通换向阀8恢复制冷剂流向即第二四通换向阀8的接口一8-1、接口三8-3内部联通，接口二8-2、接口四8-4内部联通即可。

Claims (6)

1.一种换向除霜空气源热泵机组，包括压缩机(4)、室外侧换热器、风机(9)、室内侧换热器(2)、气液分离器(5)、第一四通换向阀(3)、节流机构(1)，其特征在于室外侧换热器由第一室外侧换热器(7)、第二室外侧换热器(6)组成，并在机组中设置制冷剂流向改变的第二四通换向阀(8)，该第二四通换向阀(8)的接口分别与节流机构(1)、第一室外侧换热器(7)、第二室外侧换热器(6)、第一四通换向阀(3)连接；
所述压缩机(4)的排气口与第一四通换向阀(3)的接口二(3-2)相连，第一四通换向阀(3)的接口二(3-2)与第一四通换向阀(3)的接口四(3-4)内部联通，第一四通换向阀(3)的接口四(3-4)与室内侧换热器(2)的入口相连，室内侧换热器(2)的出口通过节流机构(1)与第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)相连，第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)与第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)与第一室外侧换热器(7)入口相连，第一室外侧换热器(7)的出口与第二室外侧换热器(6)的入口相连，第二室外侧换热器(6)的出口与第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)相连，第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)与第二四通换向阀(8)的接口四(8-4)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口四(8-4)与第一四通换向阀(3)的接口一(3-1)相连，第一四通换向阀(3)的接口一(3-1)与第一四通换向阀(3)的接口三(3-3)内部联通，第一四通换向阀(3)的接口三(3-3)经过气液分离器(5)与压缩机(4)的吸气口相连；所述压缩机(4)的排气口、第一四通换向阀(3)的接口二(3-2)、第一四通换向阀(3)的接口四(3-4)、室内侧换热器(2)入口、室内侧换热器(2)出口、节流机构(1)、第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)、第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)、第一室外侧换热器(7)入口、第一室外侧换热器(7)出口、第二室外侧换热器(6)入口、第二室外侧换热器(6)出口、第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)、第二四通换向阀(8)的接口四(8-4)、第一四通换向阀(3)的接口一(3-1)、第一四通换向阀(3)的接口三(3-3)、气液分离器(5)、压缩机(4)的吸气口依次连接构成蒸汽压缩式热泵循环；
当室内侧换热器(2)的出口经节流机构(1)与第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)相连，第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)与第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)与第二室外侧换热器(6)的入口相连，第二室外侧换热器(6)的出口与第一室外侧换热器(7)入口相连，第一室外侧换热器(7)的出口与第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)相连，第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)与第二四通换向阀(8)的接口四(8-4)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口四(8-4)与第一四通换向阀(3)的接口三(3-1)相连，所述压缩机(4)的排气口、第一四通换向阀(3)的接口二(3-2)、第一四通换向阀(3)的接口四(3-4)、室内侧换热器(2)入口、室内侧换热器(2)出口、节流机构(1)、第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)、第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)、第二室外侧换热器(6)入口、第二室外侧换热器(6)出口、第一室外侧换热器(7)入口、第一室外侧换热器(7)出口、第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)、第二四通换向阀(8)的接口四(8-4)、第一四通换向阀(3)的接口一(3-1)、第一四通换向阀(3)的接口三(3-3)、气液分离器(5)、压缩机(4)的吸气口依次连接构成蒸汽压缩式热泵循环的换向除霜运行。
2.根据权利要求1所述的换向除霜空气源热泵机组，其特征在于：第一室外侧换热器(7)安装在迎风侧，第二室外侧换热器(6)安装在背风侧，室外空气通过风机(9)先通过第一室外侧换热器(7)再通过第二室外侧换热器(6)。
3.根据权利要求1所述的换向除霜空气源热泵机组，其特征在于：节流机构(1)为电子膨胀阀、热力膨胀阀、毛细管或节流孔板。
4.根据权利要求1所述的换向除霜空气源热泵机组，其特征在于：室内侧换热器(2)为焊接板式换热器、壳管式换热器、套管式换热器或风机盘管。
5.根据权利要求1所述的一种换向除霜空气源热泵机组，其特征在于：第一室外侧换热器(7)、第二室外侧换热器(6)为翅片管换热器。
6.一种实现权利要求1-5任意一项所述的换向除霜空气源热泵机组的换向除霜方法，其特征在于：空气源热泵冬季制热运行时，安装在迎风侧的室外侧换热器即第一室外侧换热器(7)先结霜，且低温低压的制冷剂液体在第一室外侧换热器(7)、第二室外侧换热器(6)中蒸发吸热使制冷剂温度升高，当第一室外侧换热器(7)轻微结霜时，通过第二四通换向阀(8)切换制冷剂流向，即由第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)、接口三(8-3)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)、接口四(8-4)内部联通的普通制热模式切换为第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)、接口二(8-2)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)、接口四(8-4)内部联通的换向除霜模式，使制冷剂先通过第二室外侧换热器(6)蒸发吸热，再使温度升高的制冷剂通过第一室外侧换热器(7)进行除霜或延缓结霜；当除霜完成时，通过第二四通换向阀(8)切换制冷剂流向即由第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)、接口二(8-2)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口三(8-3)、接口四(8-4)内部联通的换向除霜模式切换为即由第二四通换向阀(8)的接口一(8-1)、接口三(8-3)内部联通，第二四通换向阀(8)的接口二(8-2)、接口四(8-4)内部联通的普通制热模式即可。
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