CN108278791A - 双蓄热装置的空气源空调系统及除霜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双蓄热装置的空气源空调系统，包括压缩机、四通换向阀、室内与室外换热器和制冷剂补偿器，压缩机压缩后的气体从四通换向阀的第一接口进、从第三接口出，进入到室外换热器中冷凝，冷凝后的液体依次通过制冷剂补偿器、第一单向阀流至干燥过滤器，液体从干燥过滤器流出后分两路：一路经第七电磁阀流、热力膨胀阀、散热蓄热换热器、第八电磁阀、引射器，然后随压缩机出来的气体一起进入到四通换向阀，另一路则经第三电磁阀、第三单向阀、第二电磁阀、第五电磁阀、室内换热器、四通换向阀流入气液分离器，分离出的气体则流入压缩机压缩。本发明采用双蓄热换热器的设置，提供除霜和持续供暖用低位热源且利于散热蓄热换热器的小型化。

Description

双蓄热装置的空气源空调系统及除霜方法

技术领域

本发明涉及双蓄热装置的空气源制冷与制热空调系统及其除霜方法，属于制冷及暖通空调领域。

背景技术

空气源空调是目前得到广泛应用的民用及商用空调产品，冬季制热运行时，系统制热量会随环境温度降低而下降，且系统开机后室内换热器表面温度要达到一定温度后才能供暖，所以从开机到实现设定温度的运行时间较长，影响舒适性；

此外，当室外换热器表面温度低于环境空气露点温度且低于0℃时，就会出现结霜现象，霜层达到一定厚度后系统制热量严重不足，性能也明显下降，因而需要进行周期性的除霜。目前较为常用的除霜方法为逆循环除霜法，即通过四通换向阀将系统从制热模式切换至制冷模式，进行逆循环运行，压缩后的气体在室外换热器内冷凝发热除霜。

空气源热泵空调的逆循环除霜方法存在以下几点问题：四通换向阀需要周期性的通、断电，会有一定的噪声，并且其自身的运行寿命也会受到影响；不同模式之间切换时，两换热器之间压差较大时，会出现“奔油”现象，导致系统无法正常运行；除霜运行时，室内换热器不但无法供热，制冷剂在其内流过时还会吸收其表面余热及少量室内空气热量，影响室内环境的舒适性；因为室内换热器风机停机，逆循环除霜的热量主要来源于压缩机做功能耗，使得除霜时间较长。

为解决空气源热泵空调除霜时的热源问题，学者分别提出了利用相变蓄热材料进行压缩机散热蓄热，或压缩气体显热蓄热和液体过冷蓄热的方法，提供除霜运行时的低品位热源，缩短除霜时间，但这些方法很难实现持续供暖。又因为采用相变蓄热材料的相变散热蓄热换热器，其体积会随蓄热量的增大而增大，若采用单一蓄热换热器同时提供除霜和供暖的低位热源，散热蓄热换热器的体积将不利于空调产品的小型化、一体化设计。并且蓄存压缩机散热的散热蓄热换热器最大弊端是：夏天制冷运行时，包裹压缩机的散热蓄热换热器将影响压缩机散热，导致压缩机温度较高，影响压缩机运行效率与稳定性。

根据上述分析，采用压缩机散热蓄热方法的空气源空调系统，还需要进一步进行技术完善，满足除霜及持续供暖的低位热源问题，且不影响夏季制冷运行的稳定性，同时散热蓄热换热器的设置需要进行小型化设计。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双蓄热装置的空气源制冷/热泵空调系统及除霜方法，夏季能稳定运行，冬季能快速供暖，且能实现持续供暖与除霜的压缩机冷却及蓄热的制冷/热泵系统及其除霜方法，采用双蓄热换热器的设置，提供足够的低位热源且利于散热蓄热换热器的小型化。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的双蓄热装置的空气源制冷/热泵空调系统，包括压缩机、四通换向阀、室内换热器、室外换热器和制冷剂补偿器，压缩机压缩后的气体从四通换向阀的第一接口进、从第三接口出，进入到室外换热器中冷凝，冷凝后的液体依次通过制冷剂补偿器、第一单向阀流至干燥过滤器，干燥过滤器同时与第七电磁阀和第三电磁阀连接，液体从干燥过滤器流出后分两路：一路经第七电磁阀流至热力膨胀阀节流降压后流入包裹压缩机的散热蓄热换热器吸热蒸发，蒸发后的气体经第八电磁阀流入引射器的引射口，然后随压缩机出来的气体一起进入到四通换向阀的第一接口参与循环，另一路则经第三电磁阀流入膨胀阀节流降压，之后经第三单向阀、第二电磁阀、第五电磁阀流至室内换热器吸热蒸发，蒸发后的气体经四通换向阀的第二接口和第四接口流入气液分离器，分离出的气体则流入压缩机压缩，进而继续下一制冷循环。

作为优选，所述散热蓄热换热器还同时与第九电磁阀连接，第九电磁阀与气液分离器连接。

作为优选，所述制冷剂补偿器同时与第一单向阀和第二单向阀连接，第一单向阀和第二单向阀的方向为反向。

作为优选，所述第二电磁阀同时与第三单向阀和第四单向阀连接，第三单向阀和第四单向阀的反向为反向，第一单向阀和第四单向阀同时与干燥过滤器连接，第二单向阀和第三单向阀同时与膨胀阀连接。

作为优选，所述第二电磁阀同时与第十一电磁阀、第五电磁阀和过冷蓄热换热器连接，第十一电磁阀通过管道与散热蓄热换热器的出口连通。

作为优选，所述过冷蓄热换热器同时与第四电磁阀和毛细管连接，第四电磁阀和毛细管同时与室内换热器连接。

作为优选，所述室内换热器与室外换热器之间设有第十电磁阀。

作为优选，所述制冷剂补偿器设有储液腔，储液腔与干燥过滤器连接。

一种双蓄热装置空气源空调系统制热运行时的除霜方法，当系统需要除霜时，第一电磁阀、第七电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀和第十一电磁阀打开，其他电磁阀关闭，四通换向阀通电，压缩机压缩后的气体经第一电磁阀流入四通换向阀第一接口，从第二接口流出，然后分两路：一路流入室内换热器放热供暖，冷凝成液体后经毛细管节流降压，然后进入过冷蓄热换热器吸收蓄存的热量蒸发，蒸发得到的气体流入第十一电磁阀；另一路则经第十电磁阀流至室外换热器放热用于除霜，自身冷凝成液体后经制冷剂补偿器、第一单向阀、干燥过滤器、第七电磁阀流至热力膨胀阀节流降压，之后进入散热蓄热换热器吸收蓄存的热量蒸发，所得气体与从第十一电磁阀流出的气体制冷剂汇合后经第九电磁阀流入气液分离器，分离出的气体则流入压缩机压缩，进而继续下一循环。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、冬季热泵制热开机时，可过冷蓄热的制热模式运行，增加制冷剂节流前的过冷度，提高系统制热量，使室内环境温度能尽快达到设定温度；当室外温度过低时，同样可以通过过冷蓄热的制热运行模式，提高系统制热量；在正常室外环境温度或室内温度达到设定温度以后，系统可以切换至常规制热模式运行，如此便能改善冬季供暖的舒适性和制热运行的平均能效，并且过冷蓄热换热器蓄存的热量可用作系统除霜期间持续供暖的低位热源使用。

2、采用散热蓄热换热器包裹压缩机，蓄存压缩机机壳的散热量，并作为系统室外换热器除霜时的低位热源使用，能进一步效提高压缩机及系统的运行效率；散热蓄热换热器与过冷蓄热换热器的双蓄热换热器设置，分别作为除霜和持续供暖时的低位热源使用，配合制冷剂补偿器协调不同模式下制冷剂循环量的变化，可克服单一蓄热换热器设置时蓄热需求量与蓄热换热器体积之间的矛盾，实现提供较高的低位热源蓄热量的同时，散热蓄热换热器的体积还可以小型化，便于与空调产品的一体化设计。

3、采用引射器与热力膨胀阀配合散热蓄热换热器使用，克服系统夏季制冷运行时压缩机因其被散热蓄热换热器包裹在内造成的高温问题，当压缩机机壳温度在允许值以内，则可常规制冷模式运行，机壳温度高于允许值后便可压缩机冷却制冷运行，使干燥过滤器出来的制冷剂液体分离出一部分节流后流入散热蓄热换热器内及时带走蓄存的压缩机散热量，因为压缩机的时刻散热量并不高，所以这部分制冷剂流量不大，且因为热力膨胀阀的感温包设置在了该散热蓄热换热器的出口，可实现这部分制冷剂流量随出口过热度的自动调节；同时系统引入了引射器，利用压缩后的高压气体将这部分制冷剂气体引射升压后一同进入室外换热器；当散热蓄热换热器内相变材料的相变温度低于一定值时，就能同时实现制冷及热泵运行模式下对压缩机机壳的冷却效果，使压缩过程接近等温过程，提高压缩机运行效率，达到节能的目的。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中：1—压缩机，2—四通换向阀，2a—四通换向阀第一接口，2b—四通换向阀第二接口，2c—四通换向阀第三接口，2d—四通换向阀第四接口，3—室内换热器，4—干燥过滤器，5—膨胀阀，6—制冷剂补偿器，6a—流通管路，6b—制冷剂储液腔，6c—制冷剂储液腔连接口，7—室外换热器，8—气液分离器，9—热力膨胀阀，10—散热蓄热换热器，11—引射器，12—过冷蓄热换热器，13—毛细管，14—第一单向阀，15—第二单向阀，16—第三单向阀，17—第四单向阀，18—第三电磁阀，19—第二电磁阀，20—第七电磁阀，21—第十一电磁阀，22—第五电磁阀，23—第四电磁阀，24—第六电磁阀，25—第一电磁阀，26—第八电磁阀，27—第九电磁阀，28—第十电磁阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，一种双蓄热装置的空气源空调系统，主要包括：压缩机1、四通换向阀2、室内换热器3、干燥过滤器4、膨胀阀5、制冷剂补偿器6、室外换热器7、气液分离器8、过冷蓄热换热器12和毛细管13，其中制冷剂补偿器6包含流通管路6a、储液腔6b和设在储液腔6b上的接口6c，过冷蓄热换热器12内包含换热管路和相变蓄热材料，所述压缩机1通过第一电磁阀25连接至四通换向阀2的第一接口2a，四通换向阀2的第二接口2b接入室内换热器3的第一接口，四通换向阀2的第三接口2c接入室外换热器7的第一接口，四通换向阀2的第四接口2d连接气液分离器8入口，气液分离器8出口连接压缩机1的入口，室内换热器3的另一接口接入毛细管13然后连接过冷蓄热换热器12，过冷蓄热换热器12的另一接口接至第二电磁阀19，室外换热器另一接口接至制冷剂补偿器6的流通管路6a，流通管路6a与第二电磁阀19之间设有单向阀组：第一单向阀14入口连接第二单向阀15出口，第三单向阀16入口与第二单向阀15入口连接，第三单向阀16出口与第四单向阀17入口连接，第四单向阀17出口与第一单向阀14出口连接，第一单向阀14入口还与制冷剂补偿器6的流通管路6a的另一接口连接，第四单向阀17入口接至第二电磁阀19的另一接口，第一单向阀14出口经干燥过滤器4、第三电磁阀18和膨胀阀5接至第二单向阀15的入口，制冷剂补偿器6的接口6c连接至干燥过滤器4与第三电磁阀18之间的连接管路上。

本发明中：室内换热器3与过冷蓄热换热器12之间还通过第四电磁阀23进行管路连接，与毛细管13并联；室内换热器3与第二电磁阀19之间还通过第五电磁阀22进行管路连接，与毛细管13和过冷蓄热换热器12并联。压缩机1出口还通过第六电磁阀24接入引射器11的入口11a，引射器出口11c接入四通换向阀2的第一接口2a。

本发明中：压缩机1的机壳包裹有散热蓄热换热器10，其内部包含有换热管路和相变蓄热材料，换热管路入口经过热力膨胀阀9和第七电磁阀20接入干燥过滤器4与第三电磁阀18的连接管路上，出口分两路，一路经第八电磁阀26接入引射器11的引射口11b，另一路经第九电磁阀27接至气液分离器8的入口；热力膨胀阀9的感温包设置在散热蓄热换热器10的出口处。

本发明中：四通换向阀2的第二接口2b与第三接口2c之间通过第十电磁阀28进行连接；第五电磁阀22与第二电磁阀19之间的连接管路还通过第十一电磁阀21接入第八电磁阀26与第九电磁阀27之间的管路上。

上述空气源空调系统的制冷运行方法，包括可实现常规制冷、压缩机冷却制冷循环方法：

常规制冷方法：

第一电磁阀25、第二电磁阀19、第三电磁阀18和第五电磁阀22打开，其他电磁阀都关闭，四通换向阀2不通电，压缩机1压缩后的气体经第一电磁阀25流入四通换向阀2第一接口2a，从第三接口2c流出，然后进入室外换热器7冷凝，液体制冷剂经制冷剂补偿器6的流通管路6a、第一单向阀14、干燥过滤器4、第三电磁阀18流入膨胀阀5节流降压，之后经第三单向阀16、第二电磁阀19、第五电磁阀22流至室内换热器3吸热蒸发，蒸发后的气体经四通换向阀2的第二接口2b和第四接口2d流入气液分离器8，分离出的气体则流入压缩机1压缩，进而继续下一制冷循环。

压缩机冷却制冷方法：

第二电磁阀19、第三电磁阀18、第五电磁阀22、第六电磁阀24、第七电磁阀20和第八电磁阀26打开，其他电磁阀都关闭，四通换向阀2不通电，压缩机1压缩后的气体经第六电磁阀流入引射器11的入口11a，引射器出口11c流出后经四通换向阀2的第一接口2a和第三接口2c流至室外换热器7冷凝，液体制冷剂经制冷剂补偿器6的流通管路6a和第一单向阀14流至干燥过滤器4，从干燥过滤器4流出后分两路：一路经第七电磁阀20流至热力膨胀阀9节流降压后流入包裹压缩机的散热蓄热换热器10吸热蒸发，蒸发后的气体经第八电磁阀26流入引射器11的引射口11b，然后随压缩机出来的气体一起继续参与循环，另一路则经第三电磁阀18流入膨胀阀5节流降压，之后经第三单向阀16、第二电磁阀19、第五电磁阀22流至室内换热器3吸热蒸发，蒸发后的气体经四通换向阀2的第二接口2b和第四接口2d流入气液分离器8，分离出的气体则流入压缩机1压缩，进而继续下一制冷循环。

不同制冷模式之间使用原则及设计依据为：采用引射器11与热力膨胀阀9配合散热蓄热换热器10使用，克服系统夏季制冷运行时压缩机因其被散热蓄热换热器10包裹在内造成的高温问题，当压缩机1机壳温度在允许值以内，则可常规制冷模式运行，机壳温度高于允许值后便可压缩机1冷却制冷运行，使干燥过滤器4出来的制冷剂液体分离出一部分节流后流入散热蓄热换热器10内及时带走蓄存的压缩机1散热量，因为压缩机1的时刻散热量并不高，所以这部分制冷剂流量不大，且因为热力膨胀阀9的感温包设置在了该散热蓄热换热器的出口，可实现这部分制冷剂流量随出口过热度的自动调节；同时系统引入了引射器，利用压缩后的高压气体将这部分制冷剂气体引射升压后一同进入室外换热器；当散热蓄热换热器10内相变材料的相变温度低于压缩机机壳正常温度时，就能实现制冷运行模式下对压缩机机壳的冷却效果，使压缩过程接近等温过程，提高压缩机运行效率，达到节能的目的。

上述的空气源空调系统的制热运行方法，包括可实现常规制热和过冷蓄热制热循环方法：

常规制热循环方法：

第一电磁阀25、第二电磁阀19、第三电磁阀18和第五电磁阀22打开，其他电磁阀都关闭，四通换向阀2通电，压缩机1压缩后的气体经第一电磁阀25流入四通换向阀2第一接口2a，从第二接口2b流出，然后进入室内换热器3冷凝，液体制冷剂经第五电磁阀22、第二电磁阀19、第四单向阀17、干燥过滤器4和第三电磁阀18流入膨胀阀5节流降压，之后经第二单向阀15和制冷剂补偿器6的流通管路6a流入室外换热器7吸热蒸发，蒸发后的气体经四通换向阀2的第二接口2c和第四接口2d流入气液分离器8，分离出的气体则流入压缩机1压缩，进而继续下一热泵循环；

过冷蓄热制热方法：

第一电磁阀25、第二电磁阀19、第三电磁阀18和第四电磁阀23打开，其他电磁阀都关闭，四通换向阀2通电，压缩机1压缩后的气体经第一电磁阀25流入四通换向阀2第一接口2a，从第二接口2b流出，然后进入室内换热器3冷凝，液体制冷剂经第四电磁阀23流入过冷蓄热换热器12放热并增加自身过冷度，然后经第二电磁阀19、第四单向阀17、干燥过滤器4和第三电磁阀18流入膨胀阀5节流降压，之后经第二单向阀15和制冷剂补偿器6的流通管路6a流入室外换热器7吸热蒸发，蒸发后的气体经四通换向阀2的第二接口2c和第四接口2d流入气液分离器8，分离出的气体则流入压缩机1压缩，进而继续下一热泵循环。

不同制热方法之间的切换原则为：冬季热泵制热开机时，可过冷蓄热的制热模式运行，增加制冷剂节流前的过冷度，提高系统制热量，使室内环境温度能尽快达到设定温度；当室外温度过低时，同样可以通过过冷蓄热的制热运行模式，提高系统制热量；在正常室外环境温度或室内温度达到设定温度以后，系统可以切换至常规制热模式运行，如此便能改善冬季供暖的舒适性和制热运行的平均能效。

上述空气源热泵空调系统的持续供暖除霜方法：

当系统需要除霜时，第一电磁阀25、第七电磁阀20、第九电磁阀27、第十电磁阀28和第十一电磁阀21打开，其他电磁阀关闭，四通换向阀2通电，压缩机1压缩后的气体经第一电磁阀25流入四通换向阀2第一接口2a，从第二接口2b流出，然后分两路：一路流入室内换热器3放热供暖，冷凝成液体后经毛细管13节流降压，然后进入过冷蓄热换热器12吸收蓄存的热量蒸发，蒸发得到的气体流入第十一电磁阀21；另一路则经第十电磁阀28流至室外换热器7放热用于除霜，自身冷凝成液体后经制冷剂补偿器6的流通管路6a、第一单向阀14、干燥过滤器4、第七电磁阀20流至热力膨胀阀9节流降压，之后进入散热蓄热换热器10吸收蓄存的热量蒸发，所得气体与从第十一电磁阀21流出的气体制冷剂汇合后经第九电磁阀27流入气液分离器8，分离出的气体则流入压缩机1压缩，进而继续下一循环。

所述热泵系统的设置与除霜方法设计依据为：通过双蓄热换热器的设置，由包裹压缩机1的散热蓄热换热器蓄存压缩机机壳的散热量，作为系统室外换热器除霜时的低位热源使用，由室内换热器出口的过冷蓄热换热器12的蓄热量作为系统持续供暖的低位热源，如此确保系统不停机除霜与持续供暖时有足够的低位热源量，且散热蓄热换热器体积不至于过大，有利于实现与系统产品的一体化设计；并且，系统还配置制冷剂补偿器，其储液腔通过接口都连接干燥过滤器前的液态制冷剂管路，能根据不同循环所需制冷剂的流量进行自动调节，即制冷剂循环量小时，多余的制冷剂液体会储存在制冷剂补偿器的储液腔内，制冷剂循环需求量增加时，储液腔内的制冷剂液体会流出，补偿不足的部分，可实现除霜与否不同制热模式及制冷模式下制冷剂循环量的变化。

Claims (9)

1.一种双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：包括压缩机、四通换向阀、室内换热器、室外换热器和制冷剂补偿器，压缩机压缩后的气体从四通换向阀的第一接口进、从第三接口出，进入到室外换热器中冷凝，冷凝后的液体依次通过制冷剂补偿器、第一单向阀流至干燥过滤器，干燥过滤器同时与第七电磁阀和第三电磁阀连接，液体从干燥过滤器流出后分两路：一路经第七电磁阀流至热力膨胀阀节流降压后流入包裹压缩机的散热蓄热换热器吸热蒸发，蒸发后的气体经第八电磁阀流入引射器的引射口，然后随压缩机出来的气体一起进入到四通换向阀的第一接口参与循环，另一路则经第三电磁阀流入膨胀阀节流降压，之后经第三单向阀、第二电磁阀、第五电磁阀流至室内换热器吸热蒸发，蒸发后的气体经四通换向阀的第二接口和第四接口流入气液分离器，分离出的气体则流入压缩机压缩，进而继续下一制冷循环。

2.根据权利要求1所述的双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：所述散热蓄热换热器还同时与第九电磁阀连接，第九电磁阀与气液分离器连接。

3.根据权利要求2所述的双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：所述制冷剂补偿器同时与第一单向阀和第二单向阀连接，第一单向阀和第二单向阀的方向为反向。

4.根据权利要求3所述的双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：所述第二电磁阀同时与第三单向阀和第四单向阀连接，第三单向阀和第四单向阀的反向为反向，第一单向阀和第四单向阀同时与干燥过滤器连接，第二单向阀和第三单向阀同时与膨胀阀连接。

5.根据权利要4所述的双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：所述第二电磁阀同时与第十一电磁阀、第五电磁阀和过冷蓄热换热器连接，第十一电磁阀通过管道与包裹压缩机的散热蓄热换热器出口连通。

6.根据权利要5所述的双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：所述过冷蓄热换热器同时与第四电磁阀和毛细管连接，第四电磁阀和毛细管同时与室内换热器连接。

7.根据权利要6所述的双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：所述室内换热器与室外换热器之间设有第十电磁阀。

8.根据权利要求7所述的双蓄热装置的空气源空调系统，其特征在于：所述制冷剂补偿器设有储液腔，储液腔与干燥过滤器连接。

9.一种如权利要求8所述的双蓄热装置空气源空调系统制热运行时的除霜方法，其特征在于：当系统需要除霜时，第一电磁阀、第七电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀和第十一电磁阀打开，其他电磁阀关闭，四通换向阀通电，压缩机压缩后的气体经第一电磁阀流入四通换向阀第一接口，从第二接口流出，然后分两路：一路流入室内换热器放热供暖，冷凝成液体后经毛细管节流降压，然后进入过冷蓄热换热器吸收蓄存的热量蒸发，蒸发得到的气体流入第十一电磁阀；另一路则经第十电磁阀流至室外换热器放热用于除霜，自身冷凝成液体后经制冷剂补偿器、第一单向阀、干燥过滤器、第七电磁阀流至热力膨胀阀节流降压，之后进入散热蓄热换热器吸收蓄存的热量蒸发，所得气体与从第十一电磁阀流出的气体制冷剂汇合后经第九电磁阀流入气液分离器，分离出的气体则流入压缩机压缩，进而继续下一循环。