CN110081635A - 带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，具有一个带有热气旁通除霜的空气源热泵，所述带有热气旁通除霜的空气源热泵与室内换热器之间增设一个双换热器式蓄热器，所述双换热器式蓄热器的一个吸收蓄热通道与室内换热器之间通过阀门F1,F2,F3,F4的开关组合实现连接方式和状态的变化：1)当阀门F1,F3打开，阀门F2,F4关闭时，所述双换蓄热器与室内换热器为串联连接；2)当阀门F1,F2,F4打开，阀门F3关闭时，所述双换蓄热器与室内换热器为并联连接；3)当阀门F2打开，阀门F1,F3,F4关闭时，所述双换蓄热器停止蓄热；4)当阀门F1,F4打开，阀门F2,F3关闭时，所述室内换热器风机关闭，只进行蓄热。

Description

带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统

技术领域

本发明涉及一种蓄热热力除霜系统，尤其是一种空气源热泵除霜系统。

背景技术

空气源热泵因性能稳定、使用方便等特点在房间供暖与空调等领域得到广泛应用，冬季室外换热器表面结霜和除霜是影响其系统性能的主要因素。目前空气源热泵除霜的方法主要分为两大类，一类是非热力除霜，另一类是热力除霜。热力除霜主要包括高压电场除霜和超声波除霜，高压电场除霜法是利用外加电场破坏霜晶的成长实现除霜，超声波除霜法是依据共振原理，利用霜晶和超声波之间的共振效应，达到除霜的目的。上述两种非热力除霜方法虽然已经有了初步的实验研究，并证实了其可行性与节能特性，但仍存在一定的技术问题。如高压电场除霜法的放电设备功率与热泵系统的匹配控制、电极材料的绝缘性问题；超声波除霜法的基冰层无法除尽的问题。所以该类除霜方法仍处于研究阶段，主流的除霜方法是热力除霜法。而热力除霜法又分为非蓄热热力除霜法和蓄热热力除霜法。非蓄热热力除霜法又主要包括电加热除霜、逆循环除霜、热气旁通除霜和新型的热水融霜。电加热除霜法是在室外换热器上布置电阻式加热元器件，直接利用电能进行除霜。因为电加热系统与热泵系统相对独立，除霜能力不受环境工况和机组性能影响，具有较高的可靠性，但主要缺点是除霜过程能耗较高。热水除霜是一种新型除霜方法，通过在室外换热器上方安装一个与换热器形状相似的化霜装置，该装置内设置电加热棒、水泵、抽水管、电子水位探测计、电子水温计和电磁阀。制热模式下，利用电加热棒加热化霜装置内的水至设定温度，除霜时打开电磁阀使装置内的热水在重力作用下流过室外换热器表面进行除霜，化霜后的水积存在换热器底部的水盘内，再通过水泵送回化霜装置内进行加热。使用该方法进行除霜的最大好处在于可以实现热泵系统的不停机除霜和持续制热，但主要的缺点也是除霜过程能耗过高。

逆循环除霜和热气旁通除霜是目前广泛使用的两种热力除霜方法，其中逆循环除霜法是通过四通换向阀，将系统由制热模式切换至制冷模式，使压缩后的制冷剂气体进入室外换热器释放热量用于除霜，冷凝后经节流阀流过室内换热器，然后再经气液分离器后进入压缩机；热气旁通除霜方法同样是利用压缩蒸汽的热量进行除霜，与逆循环除霜法不同，无需切换四通换向阀，而是在压缩机排气与室外换热器之间增设一个旁通管路，压缩气体流过室外换热器释放热量后直接进入气液分离器。根据逆循环和热气旁通除霜方法的原理可知，逆循环除霜法中除霜热量来自于室内换热器表面余热和压缩机做功，而热气旁通除霜方法中除霜热量仅来自压缩机做功，所以其除霜时间比逆循环除霜法长，但整个运行周期内系统的COP优于逆循环除霜，且压缩机的吸、排气压力波动范围小。此外，逆循环除霜还存在四通换向阀切换导致的噪音问题以及高低压部分切换后容易出现“奔油”现象。两种除霜方法主要缺点是除霜过程中，室内换热器的风机均需停机，除霜结束后室内换热器表面温度达到一定值后才能开启风机恢复供热。

蓄热热力除霜方法主要是针对逆循环及热气旁通除霜法因除霜热量不足导致除霜时间长、制冷剂循环量小等问题，将蓄热装置应用于热泵系统而提出的改进型除霜方法。就目前一些蓄热热力除霜方法来看，虽然改善了热力除霜方法的除霜效率和系统性能，但仍然无法实现不停机持续除霜的目的。

蓄热器中的蓄热材料为液固两相相变的蓄热材料，且该材料具有相变潜热高，导热系数大，体积变化系数小，相变稳定，过冷度小，无腐蚀、化学稳定性好，价格低廉，无毒、不易燃、不挥发，固、液密度大等特性。

发明内容

本发明为了解决现有的空气源热泵除霜方法大多无法实现持续供热除霜的技术问题，而提供一种带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，该系统既可以平衡系统制热量与用户用热需求，延缓室外空气温度对系统制热量的影响，又可以持续供热除霜。

为了实现上述的发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，具有一个带有热气旁通除霜的空气源热泵，所述带有热气旁通除霜的空气源热泵与室内换热器之间增设一个双换热器式蓄热器，所述双换热器式蓄热器的一个吸收蓄热通道与室内换热器之间通过阀门F1,F2,F3,F4的开关组合实现连接方式和状态的变化：

1)当阀门F1,F3打开，阀门F2,F4关闭时，所述双换蓄热器与室内换热器为串联连接；

2)当阀门F1,F2,F4打开，阀门F3关闭时，所述双换蓄热器与室内换热器为并联连接；

3)当阀门F2打开，阀门F1,F3,F4关闭时，所述双换蓄热器停止蓄热；

4)当阀门F1,F4打开，阀门F2,F3关闭时，所述室内换热器风机关闭，只进行蓄热。

当室内负荷变小时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照1)状态进行开闭，从而实现蓄热器与室内换热器串联连接，以满足室内负荷变小情况。

当室内负荷变大时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照3)状态控制阀门开闭，蓄热器停止蓄热，室内换热器承担所有负荷，以满足室内负荷增大的情况。

当室内不需要供暖时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照4)状态控制阀门开闭，使双换热器式蓄热器进行蓄热。

当需要较大负荷供热有需要蓄热时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照2)状态控制阀门开闭，使蓄热器与室内换热器并联连接，并通过控制阀门F1,F2,F3,F4的开闭，来实现系统制热量与用户用热需求的平衡。

所述双换热器式蓄热器的别一个吸收蓄热通道依次通过阀门F10，F7，F8，与所述带有热气旁通除霜的空气源热泵中的压缩机连接，并通过阀门F5、F9连接室外换热器。

当室外温度过低时，室外机蒸发压力很低，压缩机吸气压力过低时，所述阀门F7,F10打开，阀门F8关闭，从而使室外换热器出来的气液混合制冷剂进入双换热器式蓄热器的另一吸收蓄热通道，从而提高压缩机吸气压力。

当除霜时，所述阀门F5,F7,F9打开，阀门F6,F8,F10关闭，所述压缩机出来的高温蒸汽通过阀门F9进入室外换热器除霜，形成的气液混合制冷剂通过阀门F7与来自储液器的液态制冷剂混合后由电磁膨胀阀D3节流后进入蓄热器吸热，出来的制冷剂经气液分离器回到压缩机进口再被压缩循环，实现持续供暖除霜。

本发明的有益效果：

本发明可以实现持续供热除霜，可以更好维持供热端参数的稳定。还可以维持系统制热量与用户用热的需求平衡和延缓室外空气温度对系统制热量的影响。还具有较高的除霜效率等优点。

附图说明

图1为本发明在空气源热泵中带有蓄热装置持续除霜系统原理图；

图1中：阀门F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8,F9,F10为电磁阀，阀门Z1,Z2为定向止回阀，阀门D1,D2,D3为电磁膨胀阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的带蓄热装置的空气源热泵除霜系统，具有一个带有热气旁通除霜的空气源热泵，带有热气旁通除霜的空气源热泵与室内换热器2之间增设一个双换热器式蓄热器1，双换热器式蓄热器1的一个吸收蓄热通道与室内换热器2之间通过阀门F1,F2,F3,F4的开关组合实现连接方式和状态的变化。双换热器式蓄热器1的别一个吸收蓄热通道依次通过阀门F10，F7，F8，与空气源热泵中的压缩机3连接，并通过阀门F5、F9连接室外换热器2。

本发明的空气源热泵除霜系统是在带有热气旁通除霜空气源热泵系统中加入一个双换热器式蓄热器1，从而实现持续供热除霜的目的。再通过控制双换热器式蓄热器1与室内换热器2之间阀门F1,F2,F3,F4的开闭，从而改变双换热器式蓄热器与室内换热器的连接方式，进而达到维持系统制热量与用户用热的需求平衡。具体实施如下，见图1空心箭头指示未除霜模式(为供暖蓄热模式)，制冷剂从压缩机3出来经过四通换向阀5之后的走向须根据阀门F1,F2,F3,F4的开闭来判断，有以下几种走向：1)阀门F1,F3打开，阀门F2,F4关闭，双换热器式蓄热器1与室内换热器2为串联连接，制冷剂先经过双换热器式蓄热器1降温，然后进入室内换热器2再进一步冷凝，可见这种连接方式适合室内负荷小的情况和蓄热器快速升温的情况。2)阀门F1,F2,F4打开，阀门F3关闭，双换热器式蓄热器1与室内换热器2为并联连接，制冷剂分成两路分别冷凝，这种连接方式适合室内负荷较小和蓄热器升温较慢的情况。3)阀门F2打开，阀门F1,F3,F4关闭，双换热器式蓄热器1停止蓄热，只有室内换热器2冷凝制冷剂，这种制冷剂走向适用于室内负荷较大的情况。4)阀门F1,F4打开，阀门F2,F3关闭，这时室内换热器2风机停止工作，制冷剂只经过双换热器式蓄热器1冷凝，这种连接方式适用于只进行蓄热不进行供热情况。冷凝的制冷剂液体经过止回阀Z2后进入储液器6，制冷剂再从储液器6经过阀门F6和电子膨胀阀节流降压后进入室外换热器2蒸发吸热变成气态制冷剂再经阀门F8和四通换向阀5进入气液分离器4分离出干燥气体进入压缩机进气口压缩进行再一次循环。

如果室外温度过低而导致蒸发压力过低，为了避免影响压缩机平稳运行，可以打开阀门F7,F10，关闭阀门F8，让来自室外换热器2的气液混合制冷剂进入双换热器式蓄热器1进行吸热，从而提高进入压缩机吸气口的压力，以维持压缩机平稳工作，最终达到延缓室外空气温度对系统制热量的影响。

见图1，实心箭头表示持续供热除霜模式下制冷剂流向，通过控制阀门F5,F6,F7,F8,F9,F10的开闭以改变制冷剂走向，从而达到除霜的同时又能持续供热的情况。阀门F5,F7,F9打开，阀门F6,F8,F10关闭，这样从压缩机3出来的高温高压制冷剂经四通换向阀5一路经阀门F9进入室外换热器2进行除霜冷凝成液态制冷剂经阀门F7与来自储液器6液态制冷剂混合，在电磁膨胀阀D3节流降压情况下进入双换热器式蓄热器1进行蒸发吸热形成气态制冷剂进入气液分离器分离出纯蒸汽的制冷剂进入压缩机3被压缩循环。从而完成室外换热器的除霜，而另一路从压缩机4出来的制冷剂经室内换热器2或双换热器式蓄热器1冷凝进入储液器，完成室内供热。就这样实现空气源热泵持续供热除霜的过程。

Claims (8)

1.一种带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，具有一个带有热气旁通除霜的空气源热泵，其特征在于：所述带有热气旁通除霜的空气源热泵与室内换热器之间增设一个双换热器式蓄热器，所述双换热器式蓄热器的一个吸收蓄热通道与室内换热器之间通过阀门F1,F2,F3,F4的开关组合实现连接方式和状态的变化：

1)当阀门F1,F3打开，阀门F2,F4关闭时，所述双换蓄热器与室内换热器为串联连接；

2)当阀门F1,F2,F4打开，阀门F3关闭时，所述双换蓄热器与室内换热器为并联连接；

3)当阀门F2打开，阀门F1,F3,F4关闭时，所述双换蓄热器停止蓄热；

4)当阀门F1,F4打开，阀门F2,F3关闭时，所述室内换热器风机关闭，只进行蓄热。

2.根据权利要求1所述的带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，其特征在于：当室内负荷变小时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照1)状态进行开闭，从而实现蓄热器与室内换热器串联连接，以满足室内负荷变小情况。

3.根据权利要求1所述的带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，其特征在于：当室内负荷变大时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照3)状态控制阀门开闭，蓄热器停止蓄热，室内换热器承担所有负荷，以满足室内负荷增大的情况。

4.根据权利要求1所述的带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，其特征在于：当室内不需要供暖时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照4)状态控制阀门开闭，使双换热器式蓄热器进行蓄热。

5.根据权利要求1所述的带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，其特征在于：当需要大负荷供热有需要蓄热时，所述阀门F1,F2,F3,F4按照2)状态控制阀门开闭，使蓄热器与室内换热器并联连接，并通过控制阀门F1,F2,F3,F4的开闭，来实现系统制热量与用户用热需求的平衡。

6.根据权利要求1所述的带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，其特征在于：所述双换热器式蓄热器的别一个吸收蓄热通道依次通过阀门F10，F7，F8，与所述带有热气旁通除霜的空气源热泵中的压缩机连接，并通过阀门F5、F9连接室外换热器。

7.根据权利要求6所述的带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，其特征在于：当室外温度过低时，室外机蒸发压力很低，压缩机吸气压力过低时，所述阀门F7,F10打开，阀门F8关闭，从而使室外换热器出来的气液混合制冷剂进入双换热器式蓄热器的另一吸收蓄热通道，从而提高压缩机吸气压力。

8.根据权利要求6所述的带有蓄热装置的空气源热泵除霜系统，其特征在于：当除霜时，所述阀门F5,F7,F9打开，阀门F6,F8,F10关闭，所述压缩机出来的高温蒸汽通过阀门F9进入室外换热器除霜，形成的气液混合制冷剂通过阀门F7与来自储液器的液态制冷剂混合后由电磁膨胀阀D3节流后进入蓄热器吸热，出来的制冷剂经气液分离器回到压缩机进口再被压缩循环，实现持续供暖除霜。