CN108917219A - 热泵机组除霜系统及其除霜方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵机组除霜系统及其除霜方法，包括：至少两个蒸发器，至少两个蒸发器均设有冷媒入口和冷媒出口并配合构成换热器；阀组，阀组包括第一电磁二通阀和第二电磁二通阀以及第三电磁二通阀和第四电磁二通阀；热泵机组，热泵机组包括四通换向阀，四通换向阀分别与第一电磁二通阀、第二电磁二通阀、第三电磁二通阀和第四电磁二通阀管路接通；及控制器，控制器与四通换向阀、蒸发器及阀组均电性连接。通过对不同电磁二通阀的开启顺序设计，将大型换热器至少一分为二个蒸发器，可以有效减少单个蒸发器的蒸发面积及除霜耗时，可以实现机组追求高能效时也可以采用较大面积的蒸发器的需求，并且在低温高湿工况下仍能达到除霜赶紧、彻底。

Description

热泵机组除霜系统及其除霜方法

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，特别是涉及一种热泵机组除霜系统及其除霜方法。

背景技术

蒸发器在热泵机组系统的主要作用是通过冷媒蒸发来吸收空气中的热量，以协助完整制冷作业。然而实际工作中，蒸发器极易在低温高湿环境下结霜甚至结冰，影响工作性能。针对于此，目前行业内一般采用四通换向除霜、热气旁通除霜或者蓄能除霜等方式来清除凝结的霜或冰，但该传统方法在针对高能效、大面积的蒸发器的结霜或结冰较厚的热泵机组工作时，常存在以下问题：由于除霜时间设计有限，使得热泵机组在低温情况下结霜或结冰较厚时，容易造成霜、冰没有清除干净，系统便强制退出；或者由于蒸发面积较大，导致机组产生的热量在除霜周期内不足以使蒸发器化霜干净而退出运行。如此会极大地影响机组运行效能与经济性。

发明内容

基于此，有必要提供一种热泵机组除霜系统及其除霜方法，满足高效能以及大面积的蒸发器在低温高湿工况下的除霜、除冰要求，确保霜、冰清除干净彻底，确保系统具有较高的运行性能与经济性。

其技术方案如下：

一方面，本申请提供一种热泵机组除霜系统，包括：

至少两个蒸发器，至少两个所述蒸发器均设有冷媒入口和冷媒出口，且至少两个所述蒸发器相邻设置并配合构成换热器；

阀组，所述阀组包括分别与其中一个所述蒸发器的冷媒入口和冷媒出口管路接通的第一电磁二通阀和第三电磁二通阀、以及分别与另一个所述蒸发器的冷媒入口和冷媒出口管路接通的第二电磁二通阀和第四电磁二通阀；

热泵机组，所述热泵机组包括四通换向阀，所述四通换向阀分别与所述第一电磁二通阀、所述第二电磁二通阀、所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀管路接通；及

控制器，所述控制器与所述四通换向阀、所述蒸发器及所述阀组均电性连接。

上述热泵机组除霜系统将至少两个蒸发器相邻布置从而整体可构成一台换热器，并且正常工作时，阀组的第一电磁二通阀、第二电磁二通阀、第三电磁二通阀以及第四电磁二通阀同时开启，使得热泵机组内的冷媒能够流入换热器内并能够与空气实现换热制热。当处于低温高湿工况环境下长时间工作，换热器(即至少两个蒸发器)的表面凝结有霜层甚至结冰时，此时根据控制器对四通换向阀的工作信号予以获取，即得到系统由制热向除霜切换的换向信号时，机组可首先关闭第二电磁二通阀和第四电磁二通阀，此时第一蒸发器先进行除霜作业。当检测到第一蒸发器的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭第一电磁二通阀和第三电磁二通阀，同时开启第二电磁二通阀和第四电磁二通阀，进而可切换到由第二蒸发器进入除霜作业。结合上述工作原理描述，本申请的热泵机组除霜系统至少可以达到如下几点有益效果：

1)本系统通过对不同电磁二通阀的开启顺序设计，将大型换热器至少一分为二个蒸发器，可以有效减少单个蒸发器的蒸发面积及除霜耗时，可以实现机组追求高能效时也可以采用较大面积的蒸发器的需求，并且在低温高湿工况下仍能达到除霜赶紧、彻底；

2)至少两部分蒸发器交替除霜，避免冷媒储存在翅片中，能够将更多的冷媒抽到系统的除霜循环中使用，从而实现在少冷媒量参与下的机组除霜干净作业；

3)采用至少两部分蒸发器的先后除霜作业，使得先除霜产生的化霜水能够对后除霜的蒸发器起到预除霜的功效，使热量能够得到充分利用，提升系统运行经济性。

下面对本申请的技术方案作进一步地说明：

在其中一个实施例中，所述第一电磁二通阀与所述第二电磁二通阀通过管路并联连接。

在其中一个实施例中，所述第三电磁二通阀与所述第四电磁二通阀通过管路并联连接。

在其中一个实施例中，还包括第一三通件，所述第一三通件通过管路分别与所述第一电磁二通阀、所述第二电磁二通阀和所述四通换向阀接通。

在其中一个实施例中，还包括第二三通件，所述第二三通件通过管路分别与所述第三电磁二通阀、所述第四电磁二通阀和所述四通换向阀接通。

在其中一个实施例中，所述热泵机组还包括冷凝器，所述冷凝器通过管路分别与所述四通换向阀、所述阀组以及至少两个所述蒸发器接通。

在其中一个实施例中，所述热泵机组还包括压缩机，所述压缩机通过管路分别与所述冷凝器、所述四通换向阀、所述阀组以及至少两个所述蒸发器接通。

在其中一个实施例中，所述热泵机组还包括节流器，所述节流器通过管路分别与所述冷凝器、所述压缩、所述四通换向阀、所述阀组以及至少两个所述蒸发器接通。

在其中一个实施例中，还包括信号检测器，所述信号检测器与至少两个所述蒸发器、所述阀组、所述热泵机组以及所述控制器均电性连接。

另一方面，本申请还提供一种应用如上述的热泵机组除霜系统工作的除霜方法，其包括如下步骤：

所述阀组全部开启，所述换热器进入制热模式；

实时监测所述四通换向阀的工作状态，当检测到所述四通换向阀由制冷切换至除霜的换向信号时，关闭所述第二电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，所述第一蒸发器进入除霜作业；

当检测到所述第一蒸发器的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭所述第一电磁二通阀和所述第三电磁二通阀，同时开启所述第二电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，所述第二蒸发器进入除霜作业；

当检测到所述第二蒸发器的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，重新开启所述第一电磁二通阀和所述第三电磁二通阀，所述四通换向阀重新切换至制热模式，系统退出除霜周期。

当处于低温高湿工况环境下长时间工作，换热器(即至少两个蒸发器)的表面凝结有霜层甚至结冰时，此时根据控制器对四通换向阀的工作信号予以获取，即得到系统由制热向除霜切换的换向信号时，机组可首先关闭第二电磁二通阀和第四电磁二通阀，此时第一蒸发器先进行除霜作业，当检测到第一蒸发器的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭第一电磁二通阀和第三电磁二通阀，同时开启第二电磁二通阀和第四电磁二通阀，进而可切换到由第二蒸发器进入除霜作业。本除霜通过对不同电磁二通阀的开启顺序设计，将大型换热器至少一分为二个蒸发器，可以有效减少单个蒸发器的蒸发面积及除霜耗时，可以实现机组追求高能效时也可以采用较大面积的蒸发器的需求，并且在低温高湿工况下仍能达到除霜赶紧、彻底；此外，至少两部分蒸发器交替除霜，避免冷媒储存在翅片中，能够将更多的冷媒抽到系统的除霜循环中使用，从而实现在少冷媒量参与下的机组除霜干净作业；并且采用至少两部分蒸发器的先后除霜作业，使得先除霜产生的化霜水能够对后除霜的蒸发器起到预除霜的功效，使热量能够得到充分利用，提升系统运行经济性。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的热泵机组除霜系统的结构示意图；

图2为图1所示系统的工作流程示意图。

附图标记说明：

100、蒸发器，200、阀组，210、第一电磁二通阀，220、第二电磁二通阀， 230、第三电磁二通阀，240、第四电磁二通阀，300、热泵机组，310、四通换向阀，320、冷凝器，330、压缩机，340、节流器，400、第一三通件，500、第二三通件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”、“设置于”或“安设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；一个元件与另一个元件固定连接的具体方式可以通过现有技术实现，在此不再赘述，优选采用螺纹连接的固定方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。

如图1所示，为本申请展示的一种热泵机组除霜系统，包括：至少两个蒸发器100，至少两个所述蒸发器100均设有冷媒入口和冷媒出口，且至少两个所述蒸发器100相邻设置并配合构成换热器；具体到本实施例中，系统(对热泵机组除霜系统的简称，下同)包括两个蒸发器100，两个蒸发器100的结构形态与工作原理可以相同，也可以不相同，例如两者可以为翅片式或盘管式结构，具体可在现有技术中予以实现。并且两个蒸发器100可选采用纵向布置结构，即分为一个上部蒸发器100和一个下部蒸发器100，如此可利于节省占用的安装空间大小。当然了，在其它实施例中，蒸发器100的数量也可以是三个或以上，布置结构也可以是其它的变形形式，也都在本申请的保护范围内。此外，可以理解的，当蒸发器的数量增加时，相应地阀组所包含的电磁二通阀的数量也相应增加。

此外，系统还包括阀组200，所述阀组200包括分别与其中一个所述蒸发器 100的冷媒入口和冷媒出口管路接通的第一电磁二通阀210和第三电磁二通阀 230、以及分别与另一个所述蒸发器100的冷媒入口和冷媒出口管路接通的第二电磁二通阀220和第四电磁二通阀240；其中，第一电磁二通阀210、第二电磁二通阀220、第三电磁二通阀230以及第四电磁二通阀240的具体结构和型号可在现有技术中予以选择实现，在此不作具体限定。

另外，系统还包括热泵机组300，所述热泵机组300包括四通换向阀310，所述四通换向阀310分别与所述第一电磁二通阀210、所述第二电磁二通阀220、所述第三电磁二通阀230和所述第四电磁二通阀240管路接通；及控制器，所述控制器与所述四通换向阀310、所述蒸发器100及所述阀组200均电性连接。

上述热泵机组除霜系统将至少两个蒸发器100相邻布置从而整体可构成一台换热器，并且正常工作时，阀组200的第一电磁二通阀210、第二电磁二通阀 220、第三电磁二通阀230以及第四电磁二通阀240同时开启，使得热泵机组300 内的冷媒能够流入换热器内并能够与空气实现换热制热。当处于低温高湿工况环境下长时间工作，换热器(即至少两个蒸发器100)的表面凝结有霜层甚至结冰时，此时根据控制器对四通换向阀310的工作信号予以获取，即得到系统由制热向除霜切换的换向信号时，机组可首先关闭第二电磁二通阀220和第四电磁二通阀240，此时第一蒸发器100进行除霜作业，当检测到第一蒸发器100的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭第一电磁二通阀210和第三电磁二通阀230，同时开启第二电磁二通阀220和第四电磁二通阀240，进而可切换到由第二蒸发器100进入除霜作业。结合上述工作原理描述，本申请的热泵机组除霜系统至少可以达到如下几点有益效果：

1)本系统通过对不同电磁二通阀的开启顺序设计，将大型换热器至少一分为二个蒸发器100，可以有效减少单个蒸发器100的蒸发面积及除霜耗时，可以实现机组追求高能效时也可以采用较大面积的蒸发器100的需求，并且在低温高湿工况下仍能达到除霜赶紧、彻底；

2)至少两部分蒸发器100交替除霜，避免冷媒储存在翅片中，能够将更多的冷媒抽到系统的除霜循环中使用，从而实现在少冷媒量参与下的机组除霜干净作业；

3)采用至少两部分蒸发器100的先后除霜作业，使得先除霜产生的化霜水能够对后除霜的蒸发器100起到预除霜的功效，使热量能够得到充分利用，提升系统运行经济性。

当然了，为便于获知蒸发器100是否已出现结霜或结冰状态，系统在蒸发器100的外壳内壁还可通过设置传感器进行监测，该传感器可获知结霜或结冰的时长、厚度等数据，以便于系统判定何时对四通换向阀310输出换向信号，以便于能够精准由制热作业切换进入除霜作业。

在一可选实施例中，所述第一电磁二通阀210与所述第二电磁二通阀220 通过管路并联连接。所述第三电磁二通阀230与所述第四电磁二通阀240通过管路并联连接。因而通过并联的设计，使得流经蒸发器100的冷媒入口以及冷媒出口的冷媒介质流路顺畅，不会发生阻塞振荡，确保冷媒介质供给可靠，同时也利于提升蒸发器100的使用可靠性。并且，四个电磁二通阀的开度可灵活调整，以便于精准控制流进或流出蒸发器100内的冷媒介质的流量，使得系统制热与除霜在最优化状态下进行，提升系统运行性能与经济性。

请继续参阅图1，进一步地，系统还包括第一三通件400和第二三通件500，所述第一三通件400通过管路分别与所述第一电磁二通阀210、所述第二电磁二通阀220和所述四通换向阀310接通。所述第二三通件500通过管路分别与所述第三电磁二通阀230、所述第四电磁二通阀240和所述四通换向阀310接通。如此，第一三通件400能够将四通换向阀310与第一电磁二通阀210及第三电磁二通阀230的三条管路接通，第二三通件500能够件四通换向阀310与第二电磁二通阀220及第四电磁二通阀240的三条管路接通，便于冷媒介质的流动与调控。

具体地，上述第一三通件400和第二三通件500可以是三通管或三通阀，本领域技术人员可根据实际需要在现有技术中予以选择实施。

请继续参阅图1，在上述任一实施例的基础上，所述热泵机组300还包括冷凝器320，所述冷凝器320通过管路分别与所述四通换向阀310、所述阀组200 以及至少两个所述蒸发器100接通。所述热泵机组300还包括压缩机330，所述压缩机330通过管路分别与所述冷凝器320、所述四通换向阀310、所述阀组200 以及至少两个所述蒸发器100接通。如此，冷凝器320能够将经过蒸发器100 制热汽化后具有较高温度的冷媒介质予以降温，进而使压缩机330能够迅速、重新将气态的冷媒介质压缩为液态，以降低冷媒介质的损耗，提升系统对冷媒介质的保留量，提高经济性。

进一步地，所述热泵机组300还包括节流器340，所述节流器340通过管路分别与所述冷凝器320、所述压缩机33、所述四通换向阀310、所述阀组200以及至少两个所述蒸发器100接通。通过节流器340的设置，可调控由压缩机330 送出的冷媒流入蒸发器100内的流量大小，使得参与制热或除霜作业的冷媒量合适，使系统的作业效能与运行经济性达到良好平衡。

请继续参阅图1，在上述任一实施例的基础上，系统还包括信号检测器(未示出)，所述信号检测器与至少两个所述蒸发器100、所述阀组200、所述热泵机组300以及所述控制器均电性连接。如此，信号检测器可通过获取四通换向阀310的换向信号反馈，进而传输回控制器，控制器随即调控第一电磁二通阀 210、第二电磁二通阀220、第三电磁二通阀230以及第四电磁二通阀240的启闭顺序，进而可以调控不同蒸发器100与热泵机组300协同作业并先后进入除霜作业，确保系统能够高度自动化工作，以及各功能组件的高度协同作业，保证系统较高的制热与除霜性能。

需要说明的是，上述冷凝器320、压缩机330、节流器340的具体结构、型号及工作原理在此不作具体限定，本领域技术人员可在现有技术中予以选择实施，都在本申请的保护范围内。

如图2所示，另一方面，本申请还提供一种应用如上述的热泵机组除霜系统工作的除霜方法，其包括如下步骤：

所述阀组200全部开启，所述换热器进入制热模式；

实时监测所述四通换向阀310的工作状态，当检测到所述四通换向阀310 由制冷切换至除霜的换向信号时，关闭所述第二电磁二通阀220和所述第四电磁二通阀240，所述第一蒸发器100进入除霜作业；

当检测到所述第一蒸发器100的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭所述第一电磁二通阀210和所述第三电磁二通阀230，同时开启所述第二电磁二通阀220和所述第四电磁二通阀240，所述第二蒸发器100进入除霜作业；

当检测到所述第二蒸发器100的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，重新开启所述第一电磁二通阀210和所述第三电磁二通阀230，所述四通换向阀310重新切换至制热模式，系统退出除霜周期。

当处于低温高湿工况环境下长时间工作，换热器(即至少两个蒸发器100) 的表面凝结有霜层甚至结冰时，此时根据控制器对四通换向阀310的工作信号予以获取，即得到系统由制热向除霜切换的换向信号时，机组可首先关闭第二电磁二通阀220和第四电磁二通阀240，此时第一蒸发器100进行除霜作业，当检测到该蒸发器100的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭第一电磁二通阀210和第三电磁二通阀230，同时开启第二电磁二通阀220和第四电磁二通阀240，进而可切换到由第二蒸发器100进入除霜作业。本除霜通过对不同电磁二通阀的开启顺序设计，将大型换热器至少一分为二个蒸发器100，可以有效减少单个蒸发器100的蒸发面积及除霜耗时，可以实现机组追求高能效时也可以采用较大面积的蒸发器100的需求，并且在低温高湿工况下仍能达到除霜赶紧、彻底；此外，至少两部分蒸发器100交替除霜，避免冷媒储存在翅片中，能够将更多的冷媒抽到系统的除霜循环中使用，从而实现在少冷媒量参与下的机组除霜干净作业；并且采用至少两部分蒸发器100的先后除霜作业，使得先除霜产生的化霜水能够对后除霜的蒸发器100起到预除霜的功效，使热量能够得到充分利用，提升系统运行经济性。

需要说明的是，当检测到第一蒸发器100的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭第一电磁二通阀210和第三电磁二通阀230的方式可以是同步关闭，或者分步关闭。当采用分步关闭方式时，可先关闭第三电磁二通阀 230，等待T秒之后再关闭第一电磁二通阀210，其好处在于可将蒸发器100的翅片中的冷媒介质通过压缩机330回气形成的负压抽出，确保更多的冷媒参与到系统的除霜循环中。

并且需要强调的是，对于第一蒸发器100和第二蒸发器100上述的温度预设值以及除霜时长预设值，可根据具体工况条件在控制器中进行设定，例如温度预设值为80℃，除霜时长预设值为15min等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种热泵机组除霜系统，其特征在于，包括：

至少两个蒸发器，至少两个所述蒸发器均设有冷媒入口和冷媒出口，且至少两个所述蒸发器相邻设置并配合构成换热器；

阀组，所述阀组包括分别与其中一个所述蒸发器的冷媒入口和冷媒出口管路接通的第一电磁二通阀和第三电磁二通阀、以及分别与另一个所述蒸发器的冷媒入口和冷媒出口管路接通的第二电磁二通阀和第四电磁二通阀；

热泵机组，所述热泵机组包括四通换向阀，所述四通换向阀分别与所述第一电磁二通阀、所述第二电磁二通阀、所述第三电磁二通阀和所述第四电磁二通阀管路接通；及

控制器，所述控制器与所述四通换向阀、所述蒸发器及所述阀组均电性连接。

2.根据权利要求1所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，所述第一电磁二通阀与所述第二电磁二通阀通过管路并联连接。

3.根据权利要求1所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，所述第三电磁二通阀与所述第四电磁二通阀通过管路并联连接。

4.根据权利要求2所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，还包括第一三通件，所述第一三通件通过管路分别与所述第一电磁二通阀、所述第二电磁二通阀和所述四通换向阀接通。

5.根据权利要求3所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，还包括第二三通件，所述第二三通件通过管路分别与所述第三电磁二通阀、所述第四电磁二通阀和所述四通换向阀接通。

6.根据权利要求1至5任一项所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，所述热泵机组还包括冷凝器，所述冷凝器通过管路分别与所述四通换向阀、所述阀组以及至少两个所述蒸发器接通。

7.根据权利要求6所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，所述热泵机组还包括压缩机，所述压缩机通过管路分别与所述冷凝器、所述四通换向阀、所述阀组以及至少两个所述蒸发器接通。

8.根据权利要求7所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，所述热泵机组还包括节流器，所述节流器通过管路分别与所述冷凝器、所述压缩机、所述四通换向阀、所述阀组以及至少两个所述蒸发器接通。

9.根据权利要求8所述的热泵机组除霜系统，其特征在于，还包括信号检测器，所述信号检测器与至少两个所述蒸发器、所述阀组、所述热泵机组以及所述控制器均电性连接。

10.一种应用如上述权利要求1至9任一项所述的热泵机组除霜系统工作的除霜方法，其特征在于，包括如下步骤：

所述阀组全部开启，所述换热器进入制热模式；

实时监测所述四通换向阀的工作状态，当检测到所述四通换向阀由制冷切换至除霜的换向信号时，关闭所述第二电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，所述第一蒸发器进入除霜作业；

当检测到所述第一蒸发器的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，关闭所述第一电磁二通阀和所述第三电磁二通阀，同时开启所述第二电磁二通阀和所述第四电磁二通阀，所述第二蒸发器进入除霜作业；

当检测到所述第二蒸发器的温度达到预设值或者除霜时长达到预设值时，重新开启所述第一电磁二通阀和所述第三电磁二通阀，所述四通换向阀重新切换至制热模式，系统退出除霜周期。