CN108895699B - 一种热泵及制冷空间融霜的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵融霜的方法，以实现连续产热；本发明采用蒸发器转换和热蒸汽融霜两种方法。第一个方法中，热泵的蒸发器通过阀门变为融霜冷凝器进行融霜，热泵冷凝器及融霜冷凝器从蓄能器或换热器取热，当融霜完成后，融霜冷凝器通过阀门转换为蒸发器，从室外空气取热，蒸发器产霜；热泵的冷凝器在上述两个过程中连续产热。第二个方法中，通过通入水蒸气，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化成水。本发明可以实现热泵制冷机连续运行，可以快速实现融霜，同时可以消除冷藏空间内表面即物品表面的霜，能耗低，系统简单。

Description

一种热泵及制冷空间融霜的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种热泵在线融霜连续制热的方法和系统，尤其涉及一种利用水蒸汽在线融霜连续制热的方法和系统。

背景技术

风冷热泵往往存在结霜问题，目前的热泵，冬季制热时结霜问题严重影响热泵的制热效果，降低制热能力，舒适差。

常规方法是采用四通阀切换的方法融霜，这导致热泵系统不能连续工作，其它各种融霜方法，系统复杂，如采用双蒸发器切换；能耗高，如采用电加热等。

冰箱等各种冷藏空间，表面结霜，目前的融霜方法不理想，也不能有效去除空间内房子的各种物品表面的霜，而只能消除冰箱内表面的的融霜

发明内容

本发明提供的方法，利用水蒸气冷凝热融霜，可以实现热泵制冷机连续运行，可以快速实现融霜，同时可以消除冷藏空间内表面即物品表面的霜，能耗低，系统简单。

本发明采用如下技术方案：一种热泵融霜的方法，在热泵进行融霜时，热泵的蒸发器通过阀门变为融霜冷凝器进行融霜，热泵冷凝器及融霜冷凝器从蓄能器或换热器取热，当融霜完成后，融霜冷凝器通过阀门转换为蒸发器，从室外空气取热，蒸发器产霜；热泵的冷凝器在上述两个过程中连续产热。所述蓄能器从外界蓄能，或在热泵正常制热时(不融霜时)从热泵的冷却流体得热并蓄能，在融霜时给热；所述换热器在融霜时，将外界热量转移至热泵系统。

一种热泵融霜的方法，利用热蒸汽进行融霜，在融霜时，热蒸汽输入至蒸发器，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化成水。热泵的冷却流体得热或不得热。所述热蒸汽通过一置于水槽中的电热蒸汽发生器来产生，或通过蒸汽输入管输入；所述的蒸汽的功率或产生蒸汽的电功率可以通过降低蒸发器的负荷或减少融霜间隔时间来降低，或者降低蒸发器的负荷并减少融霜间隔时间，降低负荷可通过压缩机变频来降低。

进一步地，在融霜时，该方法还通过蓄能器或换热器为冷却流体提供热量。

一种热泵系统，热泵系统含有蒸发器、若干冷凝器、压缩机、节流阀、蒸发器风机以及蓄能器或换热器；

所述蓄能器给热侧通过阀门与蒸发器相连，得热侧与冷凝器串联，或者与其它热源相连，，融霜时，通过阀门转换，蒸发器变为融霜冷凝器，热泵的冷却流体(例如氟利昂)从蓄能器取热，融霜冷凝器得热融霜，冷凝器制热。融霜完成后，通过阀门转换，融霜冷凝器变为蒸发器，蒸发器从室外空气取热，蓄能器从外界得热蓄能，从热泵的冷却流体得热，并蓄能；

所述换热器给热侧通过阀门与蒸发器相连，得热侧与热源或者电源相连；融霜时，通过阀门转换，蒸发器变为融霜冷凝器，热泵的冷却流体从换热器取热，融霜冷凝器得热融霜，冷凝器制热。融霜完成后，通过阀门转换，融霜冷凝器变为蒸发器，蒸发器从室外空气取热；换热器停止为热泵的冷却流体供热。

进一步地，热泵系统含有蒸发器、若干冷凝器、压缩机、节流阀、蒸发器风机以及蒸汽发生装置、水槽、壳体；所述热泵的蒸发器位于壳体内，水槽位于蒸发器下方；所述蒸汽发生装置为置于水槽中的电热蒸汽发生器或蒸汽输入管；融霜时，热蒸汽从融霜冷凝器下方输入至融霜冷凝器，蒸汽向上流动，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化水，热泵的冷却流体得热或不得热；水流入至水槽中；空气从融霜冷凝器上部排出后，再从下部进入融霜冷凝器。融霜完成后，蒸发器风机驱动空气通过蒸发器被冷却除湿，并产霜。

进一步地，还包括蓄能器或换热器；

所述蓄能器给热侧通过阀门与蒸发器相连，另一侧与冷凝器串联，或者与其它热源相连，或者与电源相连；在不融霜时，蓄能器蓄能，在融霜时，通过阀门转换，冷却流体部分或全部通过蓄能器，蓄能器放热，冷却流体从蓄能器取热，冷却流体在蒸发器中部分得热或不得热。

所述换热器给热侧通过阀门与蒸发器相连，另一侧与其它热源相连；在融霜时，通过阀门转换，冷却流体部分或全部通过换热器，冷却流体从换热器取热，冷却流体在蒸发器中部分得热或不得热。

进一步地，还包括辅助风机、可开合的百叶中的一种或两种，所述辅助风机用于引导蒸汽向上流动，所述百叶设置在壳体上，分别位于蒸发器进风侧和出风侧还有可开合的百叶，在融霜时，百叶关闭，在不融霜时，百叶打开。

进一步地，所述的冷凝器为水加热器，换热器的热源来自于热泵系统在不融霜时加热的热水；换热器一侧为低温氟利昂，另一侧为被冷凝器加热的水。或换热器的热源来自于电动汽车电池冷却系统的液体；换热器一侧为低温氟利昂，另一侧为来自电池冷却系统的液体。

一种制冷空间融霜方法，通交替改变有制冷的空间内的气体中的水蒸气含量实现产霜和融霜的平衡，制冷空间在制冷时产霜；通过引入蒸汽至该制冷空间，或在该空间内采用电加热产生蒸汽，蒸汽冷凝，冷凝热使该制冷空间内的霜融化；融霜完成后，停止产出蒸汽，制冷空间制冷产霜。所述的制冷空间可以封闭空间，与外界无气体交换，也可以是开放空间，与外界有气体交换。作为优选的方案，还包括气体循环管路，气体循环管路两端与制冷空间相连，气体循环管路上或还安装有风机。

一种融霜冰箱，含制冷箱体，箱体壁，压缩机，节流阀，蒸发器，冷凝器，电热蒸汽发生器；压缩机，节流阀，蒸发器，冷凝器串联；融霜时，电热蒸汽发生器发生蒸汽，蒸汽冷凝，霜得热融化产生水；融霜时冰箱的制冷量不变或者减小；融霜完成后，电热蒸汽发生器停止发生蒸汽，制冷系统制冷产霜。

由于蒸汽冷凝热大，蒸汽与霜温差大，蒸汽与霜直接接触传热等因素导致除霜效果好，除霜时间短一般为15秒-90秒，而常规方法往往需要数分钟甚至更长，所以与常规方法相比，其极短的融霜时间导致能大大耗降低。

在没有蒸汽或者产生蒸汽的电功率不够的情况下，本发明同时提供一种利用低品位热或者小功率电热蓄作为制热和融霜的热源，通过阀门转换，利用热泵冷凝热在线融霜的方法和系统。

附图说明

图1为本发明的利用低品位热融霜的热泵系统；

图2为带深度除湿及利用低品位热融霜的热泵系统；

图3为本发明的利用低品位热融霜的多联热泵系统；

图4为本发明用于电动汽车的热泵系统一；

图5为本发明用于电动汽车的热泵系统二；

图6为本发明利用蒸汽融霜带有蓄能换热器的系统；

图7为本发明为本发明利用蒸汽融霜(带有非蓄能换热器)的用于电动汽车的系统；

图8为本发明利用蒸汽融霜的系统一；

图9为本发明利用蒸汽融霜的系统二；

图10为本发明的利用蒸汽融霜的多联热泵系统；

图11为本发明利用蒸汽融霜的热泵热水采暖系统；

图12为本发明利用蒸汽融霜的热泵卫生热水系统；

图13为本发明制冷空间融霜方法；

图14为带有风机强化流动的融霜方法；

图15为一种融霜冰箱。

具体实施方式

图1的热泵系统100，含有在线的融霜系统，热泵系统100含有蒸发器101，冷凝器113，蓄能器107，转换阀门105、106、109、110、111，压缩机108，节流阀112，蒸发器风机102，冷凝器附件114及接水盘104等，蓄能器100的一侧通过阀门与蒸发器相连，另一侧与冷凝器串联。图中，蓄能器100左侧为得热侧，右侧为给热侧。

热泵系统100在不融霜时，110、109、106关，111、105开，蒸发器101、冷凝器113、蓄能器107、压缩机108、节流阀112串联成回路；蒸发器101从室外空气A取热，蒸发器101表面结霜；蓄能器107得热蓄能。

融霜时，通过阀门转换，即110、109、106开，111、105关，蒸发器101变为融霜冷凝器，氟利昂R从蓄能器(相当于蒸发器)得热，经压缩机提升后，提供至冷凝器113及融霜冷凝器101，融霜冷凝器得热融霜，冷凝器制热。接水盘104用于收纳霜融化后的水。

融霜完成后，通过阀门转换，即110、109、106关，111、105开，融霜冷凝器变为蒸发器，蒸发器从室外空气A取热，蓄能换热器蓄能，停止为氟利昂R供热。

图3中显示多个冷凝器，代表多联机热泵系统，其它与图1相同，

图2与图1相比增加了一套深度除湿系统承担潜热负荷，用于制冷运行时的深度除湿，而图1原有系统承担显热负荷，可实现温度湿度分别控制，提高舒适度，减少空调耗能。

深度除湿系统包括除湿蒸发器风机115，除湿蒸发器116，除湿压缩机117及节流阀118，此时，制冷时的冷凝器113已变为蒸发器，113同时充当深度除湿系统的冷凝器，深度除湿系统的冷凝热被冷凝器113中的低温氟利昂吸收。

所谓的深度除湿系统，即除湿过程中允许结霜，且有融霜措施，深度除湿系统可部分或者全部利用系统进气中的水蒸气冷凝热和显热进行融霜除湿的平衡，即：待除湿的处理气体通过除湿蒸发器116被除湿，除湿蒸发器116表面结霜；利用处理气体中水蒸气的显热和除湿过程中水蒸气冷凝成水所产生的冷凝热对除湿蒸发器116进行融霜；通过处理气体交替变化、气体/冷却流体换热器中冷却媒体交替变化，或处理气体与冷却流体均交替变化，实现除湿过程中产霜和融霜的动态平衡。

图4与图2不同在于，图2中采用蓄能器107蓄存热泵冷凝侧氟利昂的热量，图4采用换热器119，利用电动汽车等用电池120的散热系统的热量通过热水进入换热器119，在融霜时加热低压氟利昂，热水通过泵121驱动循环。

图5与图4不同在于图5中去除了深度除湿系统，其它相同。

图4，图5所述的系统可用于电动汽车的热泵系统

图6为利用蒸汽融霜并带有蓄能换热器的热泵系统200，包括：蒸发器201、冷凝器211、冷凝器风机212，蓄能器209、阀门206、207，压缩机208，节流阀210，水槽204，电热蒸汽发生器205及蒸发器风机202，外壳203等，蒸发器201、水槽204、电热蒸汽发生器205均位于外壳203内；蒸发器201位于水槽204上方，电热蒸汽发生器205位于水槽内，蒸发器风机202位于蒸发器的侧面，固定在壳体上，产霜和融霜的动态平衡通过如下两个交替过程来实现，第一过程，207关，206开，蒸发器风机驱动气体A通过蒸发器201被冷却除湿，并产霜，氟利昂R得热，第二个过程，207开，206关，蒸发器风机停止，电热蒸汽发生器205加热水槽中的水产生蒸汽，热蒸汽依靠密度差或额外借助蒸发器器辅助风机驱动向上，并带动空气B向上，通过蒸发器201，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化水，氟利昂部分得热或不得热，水沿换热器表面落入水槽，空气从蒸发器上部排出后，再从下部进入蒸发器，热泵系统在上述两个过程连续制热。

蓄能器209的一侧(给热侧)通过阀门与蒸发器相连，另一侧(得热侧)与冷凝器211串联，在第一个过程，蒸发器201从空气得热，蓄能器蓄能，第二个过程，通过阀门转换，即207开，206关，氟利昂部分或全部通过蓄能换热器，蓄能器放热，冷却流体从蓄能器取热，氟利昂在蒸发器中部分得热或不得热。

图7与图6系统不同在于，图7在蒸发器的侧面增加了百叶213，有利于强化蒸汽流动，图7中采用了非蓄能换热器214，利用电动汽车等用电池216的散热系统的热水在融霜时加热低压氟利昂，热水通过泵215驱动循环。

图7所述的系统可用于电动汽车的热泵系统.

图8系统240与图6系统相比，增加了辅助风机217，百叶213；将蒸汽电热发生器改为蒸汽输入管1212，将蓄能换热器209去掉。其余相同。融霜时，蒸汽输入管1212产生蒸汽，热蒸汽依靠密度差以及辅助风机217的驱动向上，并带动空气B向上，通过蒸发器201，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化水，氟利昂得热。

图9系统300含有蒸发器301、302,冷凝器307、压缩机310，节流阀309，水槽304，电热蒸汽发生器303,及蒸发器风机305，外壳306等，蒸发器301、302并联，均与冷凝器307串联；蒸发器301、302以及水槽等位于壳体内；蒸发器301、302位于水槽上方，组成V字形；电热蒸汽发生器303位于水槽内，蒸发器风机位于蒸发器的上部，固定在壳体上，产霜和融霜的动态平衡通过如下两个交替过程来实现，第一过程，蒸发器风机驱动气体A通过蒸发器301、302被冷却除湿，并产霜，冷却流体得热，第二个过程，蒸发器风机停止，电热蒸汽发生器303加热水槽中的水产生蒸汽，热蒸汽依靠密度差或蒸发器辅助风机驱动向上，并带动空气B向上，通过蒸发器，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化水，冷却流体得热，水沿蒸发器表面落入水槽，空气从蒸发器上部排出后，再从下部进入蒸发器；两个过程中，冷却流体均得热，热泵系统可在上述两个过程连续制热。

图10的系统330在图9系统300的基础上增加了辅助风机311，强化气体流动。另外增加了冷凝器和冷凝风机，代表了一种多联热泵系统。

图11系统340在图9系统300基础上增加了可闭开百叶312、313，在上述的第一个过程开，第二过程关。另外增加了换热器314，和阀门315、316、317、318。冷凝器321采用水冷冷凝器，获得热水，热水在泵322驱动下通过空调末端319和323，空调末端319为风机盘管，带风机320；323为辐射板。

融霜时，通过阀门315、316转换，可选择氟利昂R部分或全部通过换热器314，通过317，318，可调节热水L的量加热低温氟利昂。

融霜完成时，氟利昂R不通过换热器，热水也不通过。

图12同样为热泵热水系统，与图11不同，图12为卫生热水系统，冷凝器与热水箱324相连。

图13为融霜基本原理图，空间20为制冷空间，制冷元件置于壁上或者放置在空间内，图中未显示，空间内有物品21，空间壁22的内侧即物品21的表面都会产霜，融霜时，将蒸汽Z通入空间内，蒸汽冷凝将霜融化产生水W排出，水W通过电加热23产生蒸汽再送入空间，融霜时提供给该空间的制冷可选择不变或者减小；融霜完成后，蒸汽输入停止，制冷系统制冷产霜。

所谓的制冷空间可以封闭空间，与外界无气体交换，也可以是开放空间，与外界有气体交换，图中显示为封闭空间。

图14增加了有利气体循环的管路24，可以依靠冷热气体的密度差循环，即在20内，水蒸汽及空气由于热力作用向上被逐渐冷却，在上部，重的冷气体在通过管路24下降。也可以采用风机25强化流动。

图15为融霜冰箱400，含制冷箱体401，箱体壁403，压缩机407，节流阀406，蒸发器404，冷凝器408，电热蒸汽发生器405。

冰箱采用共知的冰箱制冷方式。

融霜时，将蒸汽Z通入制冷箱体内，蒸汽冷凝将箱体壁403内侧及物品402上的霜融化产生水。融霜时，冰箱的制冷量可选择不变或者减小；融霜完成后，蒸汽输入停止，制冷系统制冷产霜。

可将水蒸气冷凝的水以及霜融化后的水，利用电热蒸汽发生器405加热处理后产生蒸汽，再送入制冷箱体。

Claims (6)

1.一种热泵融霜的方法，其特征在于，在热泵进行融霜时，热泵的蒸发器通过阀门变为融霜冷凝器进行融霜，热泵冷凝器及融霜冷凝器从蓄能器或换热器取热，当融霜完成后，融霜冷凝器通过阀门转换为蒸发器，从室外空气取热，蒸发器产霜；热泵的冷凝器在上述两个过程中连续产热；所述蓄能器从外界蓄能，或在热泵正常制热时从热泵的冷却流体得热并蓄能，在融霜时给热；所述换热器在融霜时，将外界热量转移至热泵系统。

2.一种热泵融霜的方法，其特征在于，利用热蒸汽进行融霜，在融霜时，热蒸汽输入至蒸发器，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化成水；热泵的冷却流体得热或不得热；所述热蒸汽通过一置于水槽中的电热蒸汽发生器来产生，或通过蒸汽输入管输入；所述的蒸汽的功率或产生蒸汽的电功率可以通过降低蒸发器的负荷或减少融霜间隔时间来降低，或者降低蒸发器的负荷并减少融霜间隔时间，降低负荷可通过压缩机变频来降低；还包括蓄能器或换热器；

所述蓄能器给热侧通过阀门与蒸发器相连，另一侧与冷凝器串联，或者与其它热源相连，或者与电源相连；在不融霜时，蓄能器蓄能，在融霜时，通过阀门转换，冷却流体部分或全部通过蓄能器，蓄能器放热，冷却流体从蓄能器取热，冷却流体在蒸发器中部分得热或不得热；

所述换热器给热侧通过阀门与蒸发器相连，另一侧与其它热源相连；在融霜时，通过阀门转换，冷却流体部分或全部通过换热器，冷却流体从换热器取热，冷却流体在蒸发器中部分得热或不得热。

3.一种热泵系统，其特征在于，热泵系统含有蒸发器、若干冷凝器、压缩机、节流阀、蒸发器风机以及蓄能器或换热器；

所述蓄能器给热侧通过阀门与蒸发器相连，得热侧与冷凝器串联，或者与其它热源相连，或者与电源相连；融霜时，通过阀门转换，蒸发器变为融霜冷凝器，热泵的冷却流体从蓄能器取热，融霜冷凝器得热融霜，冷凝器制热；融霜完成后，通过阀门转换，融霜冷凝器变为蒸发器，蒸发器从室外空气取热，蓄能器从外界得热蓄能，或从热泵的冷却流体得热并蓄能；

所述换热器给热侧通过阀门与蒸发器相连，得热侧与热源或者电源相连；融霜时，通过阀门转换，蒸发器变为融霜冷凝器，热泵的冷却流体从换热器取热，融霜冷凝器得热融霜，冷凝器制热；融霜完成后，通过阀门转换，融霜冷凝器变为蒸发器，蒸发器从室外空气取热；换热器停止为热泵的冷却流体供热。

4.一种热泵系统，其特征在于，热泵系统含有蒸发器、若干冷凝器、压缩机、节流阀、蒸发器风机以及蒸汽发生装置、水槽、壳体；所述热泵的蒸发器位于壳体内，水槽位于蒸发器下方；所述蒸汽发生装置为置于水槽中的电热蒸汽发生器或蒸汽输入管；融霜时，热蒸汽从融霜冷凝器下方输入至融霜冷凝器，蒸汽向上流动，水蒸气冷凝变成水，霜得热融化水，热泵的冷却流体得热或不得热；水流入至水槽中；空气从融霜冷凝器上部排出后，再从下部进入融霜冷凝器；融霜完成后，蒸发器风机驱动空气通过蒸发器被冷却除湿，并产霜；还包括蓄能器或换热器；

所述蓄能器给热侧通过阀门与蒸发器相连，另一侧与冷凝器串联，或者与其它热源相连，或者与电源相连；在不融霜时，蓄能器蓄能，在融霜时，通过阀门转换，冷却流体部分或全部通过蓄能器，蓄能器放热，冷却流体从蓄能器取热，冷却流体在蒸发器中部分得热或不得热；

所述换热器给热侧通过阀门与蒸发器相连，另一侧与其它热源相连；在融霜时，通过阀门转换，冷却流体部分或全部通过换热器，冷却流体从换热器取热，冷却流体在蒸发器中部分得热或不得热。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括辅助风机、可开合的百叶中的一种或两种，所述辅助风机用于引导蒸汽向上流动，所述百叶设置在壳体上，分别位于蒸发器进风侧和出风侧还有可开合的百叶，在融霜时，百叶关闭，在不融霜时，百叶打开。

6.根据权利要求3或4所述的系统，其特征在于，所述的冷凝器为水加热器，换热器的热源来自于热泵系统在不融霜时加热的热水；换热器一侧为低温氟利昂，另一侧为被冷凝器加热的水；或换热器的热源来自于电动汽车电池冷却系统的液体；换热器一侧为低温氟利昂，另一侧为来自电池冷却系统的液体。

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