CN110081640A - 一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统 - Google Patents
一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，包括压缩机；压缩机的制冷剂出口，分别与室内侧换热器的第一接口、第三阀门的一端以及第四阀门的一端相连通；室内侧换热器的第二接口与主回路节流阀的第一接口相连通；主回路节流阀分别与第一阀门以及第二阀门相连通；第一阀门与第一室外侧换热器相连通；第二阀门与第二室外侧换热器相连通；第一室外侧换热器的第二接口和第二室外侧换热器的第二接口与压缩机的制冷剂进口相连通。本发明采用两组蒸发器并联，通过阀门的切换，实现两组蒸发器制热、除霜交替进行，能够在室内侧换热器不间断制热的同时，对室外换热器进行有效的化霜操作，保证了主回路中制热的经济性和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及制冷空调系统技术领域，特别是涉及一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统。
背景技术
目前，空气源热泵系统已经在人们的工作和生活中得到了广泛的应用，成为人们工作和生活中不可缺少的重要组成部分。
由于北方冬季采暖带来的环境污染问题，空气源热泵得到越来越广泛的使用，如何解决系统优化运行,尤其是室外低温环境下室外换热器表面的除霜问题,是非常关键的技术问题。空气源热泵冬季运行时，当室外换热器表面温度低于零度且低于室外空气露点温度时，换热器表面就会结霜。结霜初期，换热器表面的少量冰晶会增大换热面积，并在一定程度上打破了流过空气的边界层，有强化传热效果，但是，随着霜层的不断加厚，室外空气与制冷剂之间的传热热阻逐渐变大，并且霜层会阻碍换热翅片间空气的流动，造成室外换热器换热性能恶化，这会使得热泵系统蒸发温度下降，压缩机吸气压力下降，进而导致压缩机运行能耗增加，系统性能指数(COP)降低，严重时，甚至会造成停机现象。
为了保障空气源热泵系统在冬季的工作效率，目前迫切需要采取一定的方法，抑制室外换热器表面结霜或者对室外换热器进行周期性除霜。
但是，现有的空气源热泵系统，采用的四通换向阀换向除霜方式，存在能量损失大、除霜时间长等问题；而显热融霜技术中，存在融霜与室内侧供热无法同时进行，且当冬季室外气温很低的情况下，室外换热器表面结霜严重的情况下，停机融霜周期缩短和融霜时长增加，造成无法满足正常的供热需求，进而导致压缩机的能耗升高，系统的性能指数急剧降低的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，提供一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统。
为此，本发明提供了一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，包括压缩机；
压缩机的制冷剂出口，分别与室内侧换热器的第一接口、第三阀门的一端以及第四阀门的一端相连通；
室内侧换热器的第二接口与主回路节流阀的第一接口相连通；
主回路节流阀的第二接口，分别与第一阀门以及第二阀门的一端相连通；
第一阀门的另一端，与第一室外侧换热器的第一接口相连通；
第二阀门的另一端，与第二室外侧换热器的第一接口相连通；
第一室外侧换热器的第二接口和第二室外侧换热器的第二接口在通过管道汇流后，与压缩机的制冷剂进口相连通。
其中，第三阀门的另一端，与第一融霜回路节流阀的第一接口相连通；
第一融霜回路节流阀的第二接口分别与第一阀门的另一端以及第一室外侧换热器的第一接口相连通。
其中，第一融霜回路节流阀的调节信号输入端，通过信号线，与第一压力传感器相连接；
第一压力传感器，设置在第一室外侧换热器的第二接口所连接的管路上。
其中，第四阀门的另一端，与第二融霜回路节流阀的第一接口连接；
第二融霜回路节流阀的第二接口，分别与第二阀门以及第二室外侧换热器的第一接口连接。
其中，第二融霜回路节流阀的调节信号输入端，通过信号线，与第二压力传感器相连接；
第二压力传感器，设置在第二室外侧换热器的第二接口所连接的管路上。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，其采用两组蒸发器并联，通过阀门的切换，实现两组蒸发器制热、除霜交替进行，能够在室内侧换热器不间断制热的同时，对室外换热器进行有效的化霜操作，保证了主回路中制热的经济性和稳定性，具有重大的生产实践意义。
此外，本发明通过压力传感器传递的压力信号，改变融霜回路节流阀的开启度，实现融霜制冷剂的流量控制，从而实现对蒸发器中制冷剂压力的调节，保证制冷剂在蒸发器中只进行显热交换而不出现冷凝。
另外，本发明还由于室内侧换热器不间断供热，减小了室内温度因除霜而引起的波动，进一步保证了主回路中制热的经济性和稳定性。
附图说明
图1为本发明提供的一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统的结构示意图；
图中，1为压缩机、2为室内侧换热器、3为主回路节流阀、4为第一室外侧换热器、5为第二室外侧换热器；
6为第一融霜回路节流阀，7为第二融霜回路节流阀，8为第一阀门、9为第二阀门、10为第三阀门、11为第四阀门；
121为第一压力传感器，122为第二压力传感器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
参见图1，本发明提供了一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，包括压缩机1；
压缩机1的制冷剂出口，分别与室内侧换热器2的第一接口、第三阀门10的一端以及第四阀门11的一端相连通；
室内侧换热器2的第二接口与主回路节流阀3的第一接口相连通；
主回路节流阀3的第二接口，分别与第一阀门8以及第二阀门9的一端相连通；
第一阀门8的另一端，与第一室外侧换热器4的第一接口相连通；
第二阀门9的另一端，与第二室外侧换热器5的第一接口相连通；
第一室外侧换热器4的第二接口和第二室外侧换热器5的第二接口在通过管道汇流后，与压缩机1的制冷剂进口相连通。
在本发明中，具体实现上，第三阀门10的另一端，与第一融霜回路节流阀6的第一接口相连通；
第一融霜回路节流阀6的第二接口分别与第一阀门8的另一端以及第一室外侧换热器4的第一接口相连通。
在本发明中，具体实现上，第四阀门11的另一端，与第二融霜回路节流阀7的第一接口连接；
第二融霜回路节流阀7的第二接口，分别与第二阀门9以及第二室外侧换热器5的第一接口连接。
具体实现上，第一融霜回路节流阀6的调节信号输入端，通过信号线，与第一压力传感器121相连接；
第一压力传感器121，设置在第一室外侧换热器4的第二接口所连接的管路上。
具体实现上，第二融霜回路节流阀7的调节信号输入端，通过信号线，与第二压力传感器122相连接；
第二压力传感器122，设置在第二室外侧换热器5的第二接口所连接的管路上。
具体实现上，第一融霜回路节流阀6与第二融霜回路节流阀7，均可以选用丹佛斯(Danfoss)厂家生产的、ETS6-14系列的型号为034G5015的电子膨胀阀。
需要说明的是，在本发明中，压缩机1，用于将低温低压的制冷剂气体压缩为高温高压的制冷剂气体；
室内侧换热器2，用于在冬季制热工况时作冷凝器用，将高温高压的气体冷凝成低温高压的液体；
第一室外侧换热器4和第二室外侧换热器5，用于在冬季制热工况时，作蒸发器用，吸热使低温低压的制冷剂液体蒸发为低压低温的气体；其中，在制热兼融霜的工况下，第一室外侧换热器4继续做蒸发器用，而此时第二室外侧换热器5进行融霜，两组蒸发器除霜，制热交替进行，(两者除霜、制热先后顺序可交换)。
在本发明中，具体实现上，压缩机1、第一室外侧换热器4和第二室外侧换热器5均设置在室外；室内侧换热器2设置在室内。
在本发明中，具体实现上，第一室外侧换热器4和第二室外侧换热器5，为并联的两组相同的蒸发器，且两组蒸发器制热、除霜交替进行，本发明的系统除霜与室内制热可同时进行，相互不受影响。主回路节流阀3与第一融霜回路节流阀7、第二融霜回路节流阀8为电子膨胀阀，其余阀门均为电磁阀。
需要说明的是，对于本发明提供的具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，其通过各个阀门之间的相互切换，可以形成不同的单独回路，从而实现两组蒸发器制热、除霜交替进行。
其中，第一旁通融霜回路，依次由压缩机1、第三阀门10、第一融霜回路节流阀6，第一室外侧换热器4连接组成；第二融霜回路依次由压缩机1、第四阀门11、第二融霜回路节流阀7、第二室外侧换热器5连接组成。其主要功能是将压缩机1输出的部分高温高压的制冷剂气体，直接引到两个融霜回路节流阀，经过融霜回路节流阀进行等焓节流，变为高温低压的气体，再进入蒸发器(根据工作模式情况，由第一室外侧换热器4和第二室外侧换热器5充当)中进行融霜。两个融霜回路单独交替工作。
其中，供热主回路依次由压缩机1、室内侧换热器2、主回路节流阀3、第一阀门8和第一室外侧换热器4(或者是第二阀门9和第二室外侧换热器5)依次连接组成。压缩机1排出的制冷剂气体，进入室内侧换热器2冷凝放热，从而为室内供热，经主回路节流阀3节流后，进入第一室外侧换热器4(或者第二室外侧换热器5)中蒸发吸热，然后回到压缩机1的吸气口。
当需要对室外侧换热器4除霜时，关闭第二阀门8、第四阀门11，开启第二阀门9、第三阀门10，此时室内侧换热器2不间断供热；同理，当需要对室外侧换热器5除霜时，关闭第二阀门9、第四阀门10，开启第一阀门8、第四阀门11，此时室内侧换热器2不间断供热。
因此，对于本发明，通过在室内侧换热器2的第一接口前，设置两个并联的旁通回路，均为旁通融霜回路(具体包括第一旁通融霜回路和第二旁通融霜回路)，两者交替单独工作，以保证两组蒸发器制热、除霜交替进行，系统除霜与室内制热可同时进行，相互不受影响。另外，通过两个压力传感器传递的压力信号，对应改变两个融霜回路节流阀的开启度，实现融霜制冷剂的流量控制，从而实现对蒸发器中制冷剂压力的调节，保证制冷剂在蒸发器中只进行显热交换而不出现冷凝，进而实现显热融霜。
在本发明中，具体实现上，当需要融霜时，旁通融霜回路开始工作，将部分高温高压的制冷剂气体直接引到融霜回路节流阀，经过其等焓节流变为高温低压的气体进入其中一组蒸发器(即第一室外侧换热器4)中进行融霜，同时通过压力传感器传递的压力信号，改变融霜回路节流阀的开启度，实现融霜制冷剂的流量控制，从而实现对蒸发器中制冷剂压力的调节，保证制冷剂在蒸发器中只进行显热交换而不出现冷凝。与此同时，室内侧换热器不间断供热，供热主回路中的制冷剂气体在室内侧换热器冷凝放热，经主回路节流阀节流后，进入另一组蒸发器(即第二室外侧换热器5)中蒸发吸热，然后回到压缩机1的吸气口，两组蒸发器根据是否需要融霜，交替制热工作。这样，本发明的系统就实现了在室内侧换热器在不间断制热时的融霜，减小了室内温度因除霜而引起的波动，保证了主回路中制热的经济性和稳定性。
因此，对于本发明提供的一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，通过各个阀门之间的相互切换可以形成不同的单独回路，主要有以下运行模式：
一、空调制热模式。
在该模式下，第一阀门8、第二阀门9开启，第三阀门10、第四阀门11关闭，此时第一室外侧换热器4和第二室外侧换热器5均作为蒸发器使用。压缩机1排出的制冷剂气体，进入室内侧换热器2冷凝放热，经主回路节流阀3节流后，同时进入第一室外侧换热器4和第二室外侧换热器45蒸发制冷，然后回到压缩机1的吸气口。
二、空调制热兼除霜模式。
在该模式下，当第一室外侧换热器4需要除霜时，第二室外侧换热器5作蒸发器，第二阀门9、第三阀门10开启；第一阀门8、第四阀门11关闭。压缩机1排出的制冷剂气体，由主回路进入室内侧换热器2冷凝放热，经主回路节流阀3节流后，经第二阀门9进入第二室外侧换热器5蒸发吸热；
同时，部分制冷剂气体经第三阀门10进入第一旁通融霜回路，部分高温高压的制冷剂气体直接引到第一融霜回路节流阀6，经过第一融霜回路节流阀等焓节流，变为高温低压的气体进入第一室外侧换热器4中进行融霜，同时通过第一压力传感器121传递的压力信号，来相应改变调节第一融霜回路节流阀6的开启度，从而控制融霜制冷剂的流量，从而实现对蒸发器中制冷剂压力的调节，保证制冷剂在第一室外侧换热器4中只进行显热交换而不出现冷凝，两路制冷剂汇合后进入压缩机1的吸气口。
同理，当第二室外侧换热器5需要除霜时，第一室外侧换热器4作蒸发器，第一阀门8、第四阀门11开启；第二阀门9、第三阀门10关闭。压缩机1排出的制冷剂气体，由主回路进入室内侧换热器2冷凝放热，经主回路节流阀3节流后，经第一阀门8进入第一室外侧换热器4蒸发吸热；同时，部分制冷剂气体经第四阀门11进入第二旁通融霜回路，部分高温高压的制冷剂气体直接引到第二融霜回路节流阀7，经过第二融霜回路节流阀7等焓节流，变为高温低压的气体进入第二室外侧换热器5中进行融霜，同时通过第二压力传感器122传递的压力信号，来改变调节第二融霜回路节流阀7的开启度，从而控制融霜制冷剂的流量，从而实现对蒸发器中制冷剂压力的调节，保证制冷剂在第二室外侧换热器5中只进行显热交换而不出现冷凝，两路制冷剂汇合后，进入压缩机1的吸气口。这样就实现了两组蒸发器交替融霜、制热。
需要说明的是，现有的热气旁通融霜技术中，融霜与室内侧供热无法同时进行，且甚至在冬季室外气温很低的情况下，室外换热器表面结霜严重的情况下，停机融霜周期缩短和融霜时长增加，造成无法满足正常的供热需求，进而导致压缩机的能耗升高，系统的性能指数急剧降低。为此，本发明针对现有技术的问题，而提供了具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统。
本发明提供的一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，采用两组蒸发器并联，通过阀门的切换，实现两组蒸发器制热、除霜交替进行，同时通过压力传感器传递的压力信号，改变两个融霜回路节流阀的开启度，实现融霜制冷剂的流量控制，从而实现对蒸发器中制冷剂压力的调节，保证制冷剂在蒸发器中只进行显热交换而不出现冷凝。这样，系统就实现了在室内侧换热器在不间断制热时的融霜，且由于室内侧换热器不间断供热，也减小了室内温度因除霜而引起的波动，保证了主回路中制热的经济性和稳定性。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，其采用两组蒸发器并联，通过阀门的切换，实现两组蒸发器制热、除霜交替进行，能够在室内侧换热器不间断制热的同时，对室外换热器进行有效的化霜操作，保证了主回路中制热的经济性和稳定性，具有重大的生产实践意义。
此外，本发明通过压力传感器传递的压力信号，改变融霜回路节流阀的开启度，实现融霜制冷剂的流量控制，从而实现对蒸发器中制冷剂压力的调节，保证制冷剂在蒸发器中只进行显热交换而不出现冷凝。
另外，本发明还由于室内侧换热器不间断供热，减小了室内温度因除霜而引起的波动，进一步保证了主回路中制热的经济性和稳定性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种具有双蒸发器利用显热不停机除霜的空气源热泵系统，其特征在于，包括压缩机(1)；
压缩机(1)的制冷剂出口，分别与室内侧换热器(2)的第一接口、第三阀门(10)的一端以及第四阀门(11)的一端相连通；
室内侧换热器(2)的第二接口与主回路节流阀(3)的第一接口相连通；
主回路节流阀(3)的第二接口，分别与第一阀门(8)以及第二阀门(9)的一端相连通；
第一阀门(8)的另一端，与第一室外侧换热器(4)的第一接口相连通；
第二阀门(9)的另一端，与第二室外侧换热器(5)的第一接口相连通；
第一室外侧换热器(4)的第二接口和第二室外侧换热器(5)的第二接口在通过管道汇流后，与压缩机(1)的制冷剂进口相连通。
2.如权利要求1所述的空气源热泵系统，其特征在于，第三阀门(10)的另一端，与第一融霜回路节流阀(6)的第一接口相连通；
第一融霜回路节流阀(6)的第二接口分别与第一阀门(8)的另一端以及第一室外侧换热器(4)的第一接口相连通。
3.如权利要求2所述的空气源热泵系统，其特征在于，第一融霜回路节流阀(6)的调节信号输入端，通过信号线，与第一压力传感器(121)相连接；
第一压力传感器(121)，设置在第一室外侧换热器(4)的第二接口所连接的管路上。
4.如权利要求1所述的空气源热泵系统，其特征在于，第四阀门(11)的另一端，与第二融霜回路节流阀(7)的第一接口连接；
第二融霜回路节流阀(7)的第二接口，分别与第二阀门(9)以及第二室外侧换热器(5)的第一接口连接。
5.如权利要求4所述的空气源热泵系统，其特征在于，第二融霜回路节流阀(7)的调节信号输入端，通过信号线，与第二压力传感器(122)相连接；
第二压力传感器(122)，设置在第二室外侧换热器(5)的第二接口所连接的管路上。
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