CN110657610A - 一种空气源热泵主动抑制结霜的方法及其应用系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气源热泵主动抑制结霜的方法及其应用系统，属于空气源热泵制热技术领域。本发明采取的主动抑制结霜方法为：在空气源热泵的蒸发器制冷剂入口前设置制冷剂辅助加热装置，辅助加热装置的加热功率根据环境温度确定。在低环境温度下，当环境温度低于设定的温度时，根据环境温度值设置辅助加热装置的加热功率档位，以适度加热蒸发器入口制冷剂，从而提高蒸发温度与蒸发压力；一方面主动抑制蒸发器结霜，并提高制热系数；另一方面提高压缩机的质量流量及制热功率。采用本发明的空气源热泵系统与常规除霜的空气源热泵相比，不仅可以降低结霜频率，而且可以提高制热温度、制热功率与制热系数，在低温环境中运行时仍有良好的制热性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气源热泵主动抑制结霜的方法及其应用系统，属于空气源热泵制热技术领域。
背景技术
空气源热泵是利用少量高品位电能来驱动压缩机运行，通过制冷剂吸收低温空气中的低品位热能，在冷凝器中释放高品位热能，用于加热水或者空气，实现低温热能向高温热能转移的装置。因其具有节能环保等优点，在冬季环境温度并不是很低的地区被广泛应用。但是空气源热泵在低温环境下运行时，压缩机吸气温度低、排气温度不高，蒸发器会出现结霜现象，不仅需要频繁除霜，而且导致制热系数与制热功率下降，效果不理想，严重制约着空气源热泵的推广与应用。
在除霜方面，空气源热泵系统通常采用热气旁通法(蒸发器增气补焓)、蒸发器入口空气加热(热气冲霜)、热泵逆向运行(逆向冲霜)等方法进行除霜。但热气旁通法存在除霜时间长、制热量减小等缺陷，热气冲霜存在能耗高等缺陷，逆向冲霜存在制热不连续等缺陷。在主动抑制结霜方面目前主要有提高冷凝器出口制冷剂比焓的方法，但该方法存在节流阀前制冷剂温度较高、节流损失大的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种空气源热泵主动抑制结霜的方法及其应用系统，在低环境温度的气候条件下，一方面主动抑制蒸发器结霜，并提高制热温度、制热系数；另一方面提高压缩机的质量流量及制热功率，使空气源热泵在低温环境中运行时仍有较好的制热性能。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种空气源热泵主动抑制结霜的方法：在空气源热泵制冷剂循环系统的蒸发器的制冷剂入口前设置制冷剂辅助加热装置；在低环境温度下，当环境温度低于设定的温度时，根据环境温度值选择制冷剂辅助加热装置的加热功率，以适度加热蒸发器入口制冷剂；从而提高蒸发温度与蒸发压力，蒸发温度与蒸发压力提高以后，蒸发器换热部件的外表面温度升高，从而主动抑制蒸发器结霜，满足空气源热泵在低环境温度下运行蒸发温度与蒸发压力的要求。此外，蒸发温度提高，可以提高制热温度、制热系数，并且压缩机吸气质量增加，质量流量及制热功率也相应增大。
进一步地，在不同的环境温度下，兼顾抑制结霜的效果、制热系数与制热功率，蒸发器入口制冷剂的加热量各不相同。根据环境温度，将环境温度分为2、3、4或5个温度段，不同的温度段采用不同的加热功率，以主动抑制结霜并提高低环境温度下空气源热泵制热功率与制热系数。制冷剂辅助加热装置可以采用电加热器，其加热功率根据环境温度段分为相应的档位。
进一步地，在压缩机的出口与蒸发器的入口之间引一旁通管路，在该旁通管路上设置除霜电磁阀；在极端低温环境或环境空气温度低并且相对湿度大的气候条件下，蒸发器出现结霜时，除霜电磁阀开启，进行热气旁通法除霜。除霜结束，除霜电磁阀关闭。
一种空气源热泵主动抑制结霜的应用系统，包括制冷剂循环系统和水系统组成的空气源热泵系统。制冷剂循环系统包括沿制冷剂流动方向依次连接的压缩机、冷凝器、储液器、节流阀、气液分离器、制冷剂辅助加热装置、蒸发器；水系统包括循环水泵、保温热水箱、补水箱；
所述压缩机1入口与气液分离器的出口Ⅱ18连接，压缩机1出口与冷凝器2的制冷剂入口连接；储液器4的入口与冷凝器2的制冷剂出口连接，储液器4的出口与节流阀3的入口连接；节流阀3的出口与气液分离器的入口Ⅰ15连接；制冷剂辅助加热装置9的入口与气液分离器的出口Ⅰ16连接，制冷剂辅助加热装置9的出口与蒸发器5的入口连接；蒸发器5的出口与气液分离器的入口Ⅱ17连接；
所述循环水泵7的入口与保温热水箱的冷水出口21连接，循环水泵7出口与冷凝器2的冷水入口端连接；保温热水箱的热水入口19与冷凝器2的热水出口端连接；补水箱11的冷水出口与保温热水箱的冷水入口20连接。
进一步地，还包括除霜电磁阀6；在压缩机1的出口与蒸发器5的入口之间引一旁通管路，除霜电磁阀6设置在此旁通管路上。
进一步地，所述补水箱11上设有浮球调节阀14、冷水入口为其补水。
进一步地，所述蒸发器5的出口与气液分离器的入口Ⅱ17通过制冷剂管道12连接；保温热水箱的热水入口19与冷凝器2的热水出口端通过水管13连接。
进一步地，所述制冷剂辅助加热装置9采用电加热器，根据环境温度，将环境温度分为若干个温度段，不同的温度段采用不同的加热功率；制冷剂辅助加热装置9用于使进入蒸发器5中的制冷剂温度提高。
本发明的有益效果是：
第一，本发明在气液分离器的出口与蒸发器入口之间设置制冷剂辅助加热装置，通过加热装置提高流入蒸发器的制冷剂温度，适度提高蒸发器表面的温度，实现主动抑制蒸发器结霜，并提高制热温度、制热系数；
第二，本发明通过提高流入蒸发器中的制冷剂温度来提高蒸发器的蒸发温度，蒸发压力相应提高，蒸发器中的制冷剂气体密度增大，压缩机的吸气质量增加，质量流量增大；
第三，本发明通过提高流入蒸发器中的制冷剂温度，使压缩机的质量流量增加，从而提高低温环境温度下的制热功率。
本发明涉及的空气源热泵在低温环境中的结霜频率低，制热温度、制热系数高，制热功率大，具有良好的热力性能。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图1中各标号：1-压缩机，2-冷凝器，3-节流阀，4-储液器，5-蒸发器，6-除霜电磁阀，7-循环水泵，8-保温热水箱，9-制冷剂辅助加热装置，10-气液分离器，11-补水箱，12-制冷剂管道，13-水管，14-浮球调节阀，15-气液分离器的入口Ⅰ，16-气液分离器的出口Ⅰ，17-气液分离器的入口Ⅱ，18-气液分离器的出口Ⅱ，19-保温热水箱的热水入口，20-保温热水箱的冷水入口，21-保温热水箱的冷水出口。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种空气源热泵主动抑制结霜的方法，在空气源热泵制冷剂循环系统的蒸发器5的制冷剂入口前设置制冷剂辅助加热装置9；在低环境温度下，当环境温度低于设定的温度时，根据环境温度值选择制冷剂辅助加热装置9的加热功率，以加热蒸发器入口制冷剂；从而提高蒸发温度与蒸发压力，主动抑制蒸发器结霜，满足空气源热泵在低环境温度下运行蒸发温度与蒸发压力的要求。
进一步地，根据环境温度，将环境温度分为2、3、4或5个温度段，每一个温度段的加热功率根据环境温度值来确定，不同的温度段采用不同的加热功率。所述制冷剂辅助加热装置9采用电伴热形式的电加热器，其加热功率根据环境温度段分为相应的档位。制冷剂液体可以通过制冷剂辅助加热装置9适当提高温度，使进入蒸发器5中的制冷剂温度提高，满足蒸发器温度与蒸发压力的要求，以实现主动抑制结霜。
进一步地，在压缩机1的出口与蒸发器5的入口之间引一旁通管路，在该旁通管路上设置除霜电磁阀6；在极端低温环境或环境空气温度低并且相对湿度大的气候条件下，蒸发器需要除霜时，除霜电磁阀6开启，进行热气旁通法除霜。除霜结束，除霜电磁阀6关闭。
一种空气源热泵主动抑制结霜的应用系统，包括制冷剂循环系统和水系统组成的空气源热泵系统；所述制冷剂循环系统包括沿制冷剂流动方向依次连接的压缩机1、冷凝器2、储液器4、节流阀3、气液分离器10、制冷剂辅助加热装置9、蒸发器5；所述水系统包括循环水泵7、保温热水箱8、补水箱11；
所述压缩机1入口与气液分离器的出口Ⅱ18连接，压缩机1出口与冷凝器2的制冷剂入口连接；储液器4的入口与冷凝器2的制冷剂出口连接，储液器4的出口与节流阀3的入口连接；节流阀3的出口与气液分离器的入口Ⅰ15连接；制冷剂辅助加热装置9的入口与气液分离器的出口Ⅰ16连接，制冷剂辅助加热装置9的出口与蒸发器5的入口连接；蒸发器5的出口与气液分离器的入口Ⅱ17连接；
所述循环水泵7的入口与保温热水箱的冷水出口21连接，循环水泵7出口与冷凝器2的冷水入口端连接；保温热水箱的热水入口19与冷凝器2的热水出口端连接；补水箱11的冷水出口与保温热水箱的冷水入口20连接。
进一步地，还包括除霜电磁阀6；在压缩机1的出口与蒸发器5的入口之间引一旁通管路，在该旁通管路上设置除霜电磁阀6。
进一步地，所述补水箱11上设有浮球调节阀14、冷水入口为其补水。
进一步地，所述蒸发器5的出口与气液分离器的入口Ⅱ17通过制冷剂管道12连接；保温热水箱的热水入口19与冷凝器2的热水出口端通过水管13连接。
进一步地，所述制冷剂辅助加热装置9采用电伴热形式的电加热器，根据环境温度，将环境温度分为若干个温度段，不同的温度段采用不同的加热功率；制冷剂辅助加热装置9用于使进入蒸发器5中的制冷剂温度提高。
本发明应用系统的工作原理为：
由压缩机1排出的高温高压气态制冷剂进入冷凝器2，在冷凝器2内发生热交换将水加热，达到供热的目的。冷凝后的高压液态制冷剂流入储液器4中。储液器4中的制冷剂液体流经节流阀3节流、降压，变成低温低压的气、液两相混合物。首先低温低压的气液两相混合物通过气液分离器的入口Ⅰ15进入气液分离器10，这样可以保证节流后产生的闪蒸气不进入蒸发器5，使蒸发器5的传热表面得以充分利用；低温低压的液态制冷剂经气液分离器的出口Ⅰ16流入制冷剂辅助加热装置9。
当环境温度低于设定的温度值时，制冷剂辅助加热装置9根据设定的温度段选择加热功率。经过制冷剂辅助加热装置9加热来提高制冷剂的温度，经过升温后的低温低压液态制冷剂进入蒸发器5，吸收外界环境的热量而蒸发，蒸发后的低温低压气态制冷剂通过气液分离器的入口Ⅱ17再次进入气液分离器10，由于来自蒸发器5的制冷剂气流中夹带着液滴，所以通过气液分离器10分离掉，防止液滴进入压缩机1造成湿压缩的危害；最后，经分离的低温低压气态制冷剂通过气液分离器的出口Ⅱ18被压缩机1吸入，开始下一循环。其中，水系统通过冷凝器2与制冷剂循环系统连接。来自补水箱11中的冷水通过保温热水箱的冷水出口21经循环水泵7输送到冷凝器2中，冷水与制冷剂发生热交换被加热，热水通过水管13进入保温热水箱8中，向用户供热。
在极端低温环境或环境空气温度低并且相对湿度大的气候条件下，蒸发器出现结霜时，除霜电磁阀开启，进行热气旁通法除霜。除霜结束，除霜电磁阀关闭。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (8)
1.一种空气源热泵主动抑制结霜的方法，其特征在于：在空气源热泵制冷剂循环系统的蒸发器(5)的制冷剂入口前设置制冷剂辅助加热装置(9)；在低环境温度下，当环境温度低于设定的温度时，根据环境温度值选择制冷剂辅助加热装置(9)的加热功率，以加热蒸发器入口制冷剂；从而提高蒸发温度与蒸发压力，主动抑制蒸发器结霜，满足空气源热泵在低环境温度下运行蒸发温度与蒸发压力的要求。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵主动抑制结霜的方法，其特征在于：所述制冷剂辅助加热装置(9)采用电加热器；根据环境温度，将环境温度分为2、3、4或5个温度段，不同的温度段采用不同的加热功率，以主动抑制结霜，并提高低环境温度下空气源热泵制热温度、制热功率与制热系数。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵主动抑制结霜的方法，其特征在于：在压缩机(1)的出口与蒸发器(5)的入口之间引一旁通管路，除霜电磁阀(6)设置在此旁通管路上；在蒸发器(5)结霜时，除霜电磁阀(6)开启进行被动除霜。
4.一种空气源热泵主动抑制结霜的应用系统，其特征在于：包括制冷剂循环系统和水系统组成的空气源热泵系统；所述制冷剂循环系统包括沿制冷剂流动方向依次连接的压缩机(1)、冷凝器(2)、储液器(4)、节流阀(3)、气液分离器(10)、制冷剂辅助加热装置(9)、蒸发器(5)；所述水系统包括循环水泵(7)、保温热水箱(8)、补水箱(11)；
所述压缩机(1)入口与气液分离器的出口Ⅱ(18)连接，压缩机(1)出口与冷凝器(2)的制冷剂入口连接；储液器(4)的入口与冷凝器(2)的制冷剂出口连接，储液器(4)的出口与节流阀(3)的入口连接；节流阀(3)的出口与气液分离器的入口Ⅰ(15)连接；制冷剂辅助加热装置(9)的入口与气液分离器的出口Ⅰ(16)连接，制冷剂辅助加热装置(9)的出口与蒸发器(5)的入口连接；蒸发器(5)的出口与气液分离器的入口Ⅱ(17)连接；
所述循环水泵(7)的入口与保温热水箱的冷水出口(21)连接，循环水泵(7)出口与冷凝器(2)的冷水入口端连接；保温热水箱的热水入口(19)与冷凝器(2)的热水出口端连接；补水箱(11)的冷水出口与保温热水箱的冷水入口(20)连接。
5.根据权利要求4所述的空气源热泵主动抑制结霜的应用系统，其特征在于：还包括除霜电磁阀(6)；在压缩机(1)的出口与蒸发器(5)的入口之间引一旁通管路，在该旁通管路上设置除霜电磁阀(6)。
6.根据权利要求4所述的空气源热泵主动抑制结霜的应用系统，其特征在于：所述补水箱(11)上设有浮球调节阀(14)、冷水入口为其补水。
7.根据权利要求4所述的空气源热泵主动抑制结霜的应用系统，其特征在于：所述蒸发器(5)的出口与气液分离器的入口Ⅱ(17)通过制冷剂管道(12)连接；保温热水箱的热水入口(19)与冷凝器(2)的热水出口端通过水管(13)连接。
8.根据权利要求4所述的空气源热泵主动抑制结霜的应用系统，其特征在于：所述制冷剂辅助加热装置(9)采用电加热器，根据环境温度，将环境温度分为若干个温度段，不同的温度段采用不同的加热功率；制冷剂辅助加热装置(9)用于使进入蒸发器(5)中的制冷剂温度提高。
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