CN112460847A - 带氟泵除霜功能的空气源热泵机组及其除霜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组，包括水换热器和第一管路，水换热器通过第一管路依次连接液管二通阀、氟泵、储液器、风换热器和气管二通阀；水换热器的输出端和所述液管二通阀之间的第一管路上连接第二管道一端，第二管道另一端连接于氟泵和储液器之间，第二管道上串联有膨胀阀，水换热器的输入端和气管二通阀之间的第一管路上连接第三管道一端，第三管道另一端连接于气管二通阀和风换热器之间，第三管道上串联有压缩机。本发明的带氟泵除霜功能的空气源热泵机组及其除霜方法，氟泵除霜风换热器的表面温度远低于传统逆循环方案，热损失显著减小，而且氟泵功耗远低于压缩机，除霜能耗小，提高综合运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及制冷热泵技术领域，尤其涉及一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组及其除霜方法。
背景技术
空气源热泵冷热水机组在冬季制热时需要除霜，现有技术采用逆循环除霜方法，即切换到制冷模式，从水系统吸收热量，利用压缩机将热量传递到风换热器，使其表面温度升高，将霜融化除去。这种除霜方法简单可行，除霜速度快，效果有保障，但存在如下问题：
1）风换热器将加热到较高的温度，最高可达50℃以上，由于冬季气温低，将有大量热量散发到空气中，气温越低，散热损失越大。此外由于无霜误除霜现象大量存在，逆循环除霜造成的热损耗更大。
2）除霜过程阀门切换，流体换向，系统压力和温度剧烈变化，对系统各部件造成了冲击。也不利于压机正常回油，缩短机组的整体寿命。也产生了额外噪音，加剧空气源热泵的噪声问题。
3）空气源热泵冷热水机组可以制冷和制热，但目前大量存在单制热需求，例如热泵热水器，集中燃煤锅炉改造为空气源热泵的需求等。这些场景不需要制冷，原本可以去掉四通阀等切换部件，简化系统和控制。但由于逆循环除霜方法，必须保留这些机构。事实上四通阀作为易损部件，不仅降低了运行可靠性，也降低了系统运行能效。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组及其除霜方法，减小热损失，除霜能耗小，提高综合运行效率。本发明采用的技术方案是：
一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组，其特征在于，包括水换热器和第一管路，所述水换热器通过第一管路依次连接液管二通阀、氟泵、储液器、风换热器和气管二通阀；所述水换热器的输出端和所述液管二通阀之间的第一管路上连接第二管道一端，所述第二管道另一端连接于氟泵和储液器之间，所述第二管道上串联有膨胀阀，所述水换热器的输入端和所述气管二通阀之间的第一管路上连接第三管道一端，所述第三管道另一端连接于气管二通阀和风换热器之间，所述第三管道上串联有压缩机。
优选的是，所述的带氟泵除霜功能的空气源热泵机组，其中，还包括四通阀，所述四通阀的第一端和第二端连接压缩机的两端；所述四通阀的第三端通过第四管道连接于气管二通阀和风换热器之间，所述四通阀的第四端通过第五管道连接于气管二通阀和水换热器输入端之间。
一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组的除霜方法，其中，包括以下步骤：
1）制热状态时，液管二通阀、气管二通阀和氟泵均关闭，压缩机、膨胀阀和风换热器风扇开启，当热泵机组达到除霜状态，关闭CO2压缩机和风换热器，保持t1时间；
2）打开气管二通阀和液管二通阀，打开风换热器、水换热器和氟泵，关闭膨胀阀，开始氟泵除霜模式，并开始计算除霜时长；
3）当除霜时长达到t2，检测风换热器进口冷媒温度T1和出口冷媒温度T2，及其水换热器进口水温T3和出口水温T4，当达到以下任一条件时，结束除霜：
除霜时长>tm；
T2>Tsf；
T1-T2<Tdf；
T4-T3<Tdw；
其中，t1，t2，tm，Tsf，Tdf，Tdw均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整。
4）除霜结束，关闭液管二通阀、气管二通阀和氟泵。
一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组的除霜方法，其中，包括以下步骤：
1）制热状态时，液管二通阀、气管二通阀和氟泵均关闭，压缩机、膨胀阀和风换热器风扇开启，四通阀将压缩机排气口和水换热器连接，将压缩机吸气口和风换热器连接；当达到除霜状态，压缩机关闭，风换热器关闭，保持t1时间；
2）打开气管二通阀和液管二通阀，打开风换热器、水换热器和氟泵，关闭膨胀阀，开始氟泵除霜模式，并开始计算除霜时长；
3）当除霜时长达到t2，检测风换热器进口冷媒温度T1和出口冷媒温度T2，及其水换热器进口水温T3和出口水温T4，当除霜时长累计到tm时，若达到以下任一条件时，进行步骤4），否则进行步骤5）
T2>Tsf；
T1-T2<Tdf；
T4-T3<Tdw；
其中，t1，t2，tm，Tsf，Tdf，Tdw均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整。
4）除霜结束，关闭液管二通阀、气管二通阀和氟泵；
5）氟泵关闭，液管二通阀和气管二通阀关闭，系统切换到传统逆循环除霜模式，膨胀阀调节到除霜开度，压缩机开启，四通阀切换至压缩机排气口和风换热器连接，压缩机吸气口和水换热器连接，并开始计时，若达到以下任一条件时，除霜结束：
除霜时长>tm1；
T2>Tsf1；
其中，tm1，Tsf1均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整。
本发明的优点在于：
（1）本发明的带氟泵除霜功能的空气源热泵机组及其除霜方法，氟泵除霜风换热器的表面温度远低于传统逆循环方案，热损失显著减小，而且氟泵功耗远低于压缩机，除霜能耗小，提高综合运行效率。
（2）本发明的带氟泵除霜功能的空气源热泵机组除霜过程无高低压切换，消除了传统除霜方式的冲击和流体换向，有效保护了各部件的运行安全，延长寿命，减小了除霜噪音。
（3）对于单热型的空气源热泵冷热水机组，可根据实际情况去掉四通阀，简化结构，提高运行可靠性和运行效率。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。
图1为本发明实施例1的示意图。
图2为本发明实施例2的示意图。
图3为除霜模式时温度测点分布的示意图。
图中编号说明如下：1-压缩机；2-水换热器；3-膨胀阀；4-风换热器；5-液管二通阀；6-气管二通阀；7-氟泵；8-储液器；9-四通阀；10-第一管路；11-第二管道；12-第三管道；13-第四管道；14-第五管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1和图3，本实施例提供一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组，其中，包括水换热器2和第一管路10，所述水换热器2通过第一管路10依次连接液管二通阀5、氟泵7、储液器8、风换热器4和气管二通阀6；所述水换热器2的输出端和所述液管二通阀5之间的第一管路上连接第二管道11一端，所述第二管道11另一端连接于氟泵7和储液器8之间，所述第二管道11上串联有膨胀阀3，所述水换热器2的输入端和所述气管二通阀6之间的第一管路上连接第三管道12一端，所述第三管道12另一端连接于气管二通阀6和风换热器4之间，所述第三管道12上串联有压缩机1。
如图1和图3，该实施例为单制热机组，无制冷功能，例如热泵热水器，锅炉替代热泵供热机组，机组具有两种运行模式：热泵制热模式和氟泵除霜模式。在热泵制热模式下，氟泵、液管二通阀和气管二通阀均关闭，此时压缩机，水换热器，膨胀阀，储液器和风换热器构成一个热泵循环，水换热器作为冷凝器，连接末端需求侧，为其供应循环热水，风换热器作为蒸发器，随着风换热器结霜加剧，需要除霜时，机组将切换到氟泵除霜模式。此时，压缩机关闭，风换热器的风扇关闭，并保持一定时间，机组内部的压力和温度逐渐平衡，随后，氟泵、液管二通阀和气管二通阀打开，风换热器和水换热器通过氟泵直接连通构成了氟泵系统。由于水换热器的水路保持循环，热水将水换热器内的冷媒加热蒸发，通过气管二通阀进入风换热器，风换热器由于结霜，表面温度低（不高于0℃），因此冷媒蒸气经过风换热器将被冷凝为液体，并保持在储液器中，经氟泵循环送到水换热器，通过氟泵驱动冷媒循环，热水中的热量将传递到风换热器表面，使得霜层温度逐渐升高并融化，当霜融化彻底后，机组切换回热泵制热模式。
具体的除霜方法如下：
一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组的除霜方法，其中，包括以下步骤：
1）制热状态时，液管二通阀5、气管二通阀6和氟泵7均关闭，压缩机1、膨胀阀3和风换热器4风扇开启，当热泵机组达到除霜状态，关闭CO2压缩机1和风换热器4，保持t1时间；
2）打开气管二通阀6和液管二通阀5，打开风换热器4、水换热器2和氟泵7，关闭膨胀阀3，开始氟泵除霜模式，并开始计算除霜时长；
3）当除霜时长达到t2，检测风换热器4进口冷媒温度T1和出口冷媒温度T2，及其水换热器2进口水温T3和出口水温T4，当达到以下任一条件时，结束除霜：
除霜时长>tm；
T2>Tsf；
T1-T2<Tdf；
T4-T3<Tdw；
其中，t1，t2，tm，Tsf，Tdf，Tdw均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整。
4）除霜结束，关闭液管二通阀5、气管二通阀6和氟泵7。
实施例2
如图2～图3，本实施例提供一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组，其中，包括水换热器2和第一管路10，所述水换热器2通过第一管路10依次连接液管二通阀5、氟泵7、储液器8、风换热器4和气管二通阀6；所述水换热器2的输出端和所述液管二通阀5之间的第一管路上连接第二管道11一端，所述第二管道11另一端连接于氟泵7和储液器8之间，所述第二管道11上串联有膨胀阀3，所述水换热器2的输入端和所述气管二通阀6之间的第一管路上连接第三管道12一端，所述第三管道12另一端连接于气管二通阀6和风换热器4之间，所述第三管道12上串联有压缩机1。
其中，还包括四通阀9，所述四通阀9的第一端和第二端连接压缩机1的两端；所述四通阀9的第三端通过第四管道13连接于气管二通阀6和风换热器4之间，所述四通阀9的第四端通过第五管道14连接于气管二通阀6和水换热器2输入端之间。
如图2和图3，该实施方式相比实施例1多了四通阀，因此机组具备了热泵制冷模式，热泵制热模式，逆循环除霜模式和氟泵除霜模式。
其中在热泵制冷，热泵制热和逆循环除霜这三种模式下，氟泵、液管二通阀和气管二通阀均保持关闭，其运行与常规空气源热泵相同。
在氟泵除霜模式，压缩机关闭，风扇关闭，液管二通阀和气管二通阀打开，此时风换热器和水换热器通过氟泵直接连通并构成了氟泵循环。其除霜原理与实施例1相同，机组采用“氟泵除霜优先”的除霜方法，过程如下：
一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组的除霜方法，其中，包括以下步骤：
1）制热状态时，液管二通阀5、气管二通阀6和氟泵7均关闭，压缩机1、膨胀阀3和风换热器4风扇开启，四通阀9将压缩机1排气口和水换热器2连接，将压缩机1吸气口和风换热器4连接；当达到除霜状态，压缩机1关闭，风换热器4关闭，保持t1时间；
2）打开气管二通阀6和液管二通阀5，打开风换热器4、水换热器2和氟泵7，关闭膨胀阀3，开始氟泵除霜模式，并开始计算除霜时长；
3）当除霜时长达到t2，检测风换热器4进口冷媒温度T1和出口冷媒温度T2，及其水换热器2进口水温T3和出口水温T4，当除霜时长累计到tm时，若达到以下任一条件时，进行步骤4），否则进行步骤5）
T2>Tsf；
T1-T2<Tdf；
T4-T3<Tdw；
其中，t1，t2，tm，Tsf，Tdf，Tdw均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整。
4）除霜结束，关闭液管二通阀5、气管二通阀6和氟泵7；
5）氟泵关闭，液管二通阀5和气管二通阀6关闭，系统切换到传统逆循环除霜模式，膨胀阀3调节到除霜开度，压缩机1开启，四通阀9切换至压缩机1排气口和风换热器4连接，压缩机1吸气口和水换热器2连接，并开始计时，若达到以下任一条件时，除霜结束：
除霜时长>tm1；
T2>Tsf1；
其中，tm1，Tsf1均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整。
相比实施例1，该实施例2的缺点在于机组需要设置四通阀，系统和控制略复杂，优点在于功能更多样，而且具备逆循环除霜模式，不受环境和水温的限制。机组采用“氟泵除霜优先”的原则，即优先采用氟泵除霜模式，以降低除霜能耗，若氟泵模式除霜彻底，则不运行逆循环除霜模式，如果由于热水温度较低或者气温过低等因素，造成氟泵除霜能力不足或者除霜速度过慢，影响系统正常运行时，则运行逆循环除霜模式，确保除霜快速、彻底。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1.一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组，其特征在于，包括水换热器（2）和第一管路（10），所述水换热器（2）通过第一管路（10）依次连接液管二通阀（5）、氟泵（7）、储液器（8）、风换热器（4）和气管二通阀（6）；所述水换热器（2）的输出端和所述液管二通阀（5）之间的第一管路上连接第二管道（11）一端，所述第二管道（11）另一端连接于氟泵（7）和储液器（8）之间，所述第二管道（11）上串联有膨胀阀（3），所述水换热器（2）的输入端和所述气管二通阀（6）之间的第一管路上连接第三管道（12）一端，所述第三管道（12）另一端连接于气管二通阀（6）和风换热器（4）之间，所述第三管道（12）上串联有压缩机（1）。
2.如权利要求1所述的带氟泵除霜功能的空气源热泵机组，其特征在于，还包括四通阀（9），所述四通阀（9）的第一端和第二端连接压缩机（1）的两端；所述四通阀（9）的第三端通过第四管道（13）连接于气管二通阀（6）和风换热器（4）之间，所述四通阀（9）的第四端通过第五管道（14）连接于气管二通阀（6）和水换热器（2）输入端之间。
3.一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组的除霜方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制热状态时，液管二通阀（5）、气管二通阀（6）和氟泵（7）均关闭，压缩机（1）、膨胀阀（3）和风换热器（4）风扇开启，当热泵机组达到除霜状态，关闭CO2压缩机（1）和风换热器（4），保持t1时间；
2）打开气管二通阀（6）和液管二通阀（5），打开风换热器（4）、水换热器（2）和氟泵（7），关闭膨胀阀（3），开始氟泵除霜模式，并开始计算除霜时长；
3）当除霜时长达到t2，检测风换热器（4）进口冷媒温度T1和出口冷媒温度T2，及其水换热器（2）进口水温T3和出口水温T4，当达到以下任一条件时，结束除霜：
除霜时长>tm；
T2>Tsf；
T1-T2<Tdf；
T4-T3<Tdw；
其中，t1，t2，tm，Tsf，Tdf，Tdw均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整；
4）除霜结束，关闭液管二通阀（5）、气管二通阀（6）和氟泵（7）。
4.一种带氟泵除霜功能的空气源热泵机组的除霜方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）制热状态时，液管二通阀（5）、气管二通阀（6）和氟泵（7）均关闭，压缩机（1）、膨胀阀（3）和风换热器（4）风扇开启，四通阀（9）将压缩机（1）排气口和水换热器（2）连接，将压缩机（1）吸气口和风换热器（4）连接；当达到除霜状态，压缩机（1）关闭，风换热器（4）关闭，保持t1时间；
2）打开气管二通阀（6）和液管二通阀（5），打开风换热器（4）、水换热器（2）和氟泵（7），关闭膨胀阀（3），开始氟泵除霜模式，并开始计算除霜时长；
3）当除霜时长达到t2，检测风换热器（4）进口冷媒温度T1和出口冷媒温度T2，及其水换热器（2）进口水温T3和出口水温T4，当除霜时长累计到tm时，若达到以下任一条件时，进行步骤4），否则进行步骤5）
T2>Tsf；
T1-T2<Tdf；
T4-T3<Tdw；
其中，t1，t2，tm，Tsf，Tdf，Tdw均为系统可变参数，可根据实际情况任意调整；
4）除霜结束，关闭液管二通阀（5）、气管二通阀（6）和氟泵（7）；
5）氟泵关闭，液管二通阀（5）和气管二通阀（6）关闭，系统切换到传统逆循环除霜模式，膨胀阀（3）调节到除霜开度，压缩机（1）开启，四通阀（9）切换至压缩机（1）排气口和风换热器（4）连接，压缩机（1）吸气口和水换热器（2）连接，并开始计时，若达到以下任一条件时，除霜结束：
除霜时长>tm1；
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