CN114739062A - 一种空气源热泵融霜方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种空气源热泵融霜方法及系统，利用盐溶液能够降低冰的融点使得凝结在换热器表面的霜能够快速融化，并且利用盐溶液不容易结冰，不会造成管路堵塞的特性对换热器盘管进行融霜，而且，在一次融霜后，对盐溶液进行电解，电解后继续使用盐溶液进行融霜，实现了电解液的重复利用，避免了盐溶液的浪费，同时避免了因为空调机组反向制冷进行化霜造成的能源浪费，实现了空气源热泵在不停机的情况下的融霜。另外，本发明对盐溶液进行电解的过程中盐不参与电解反应，从而电解的实质是电解水，排出的氧气和氢气均为环保气体，不会对周围空气造成污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气源热泵融霜方法及系统，属于热泵融霜技术领域。
背景技术
空气源热泵在冬季运行过程中，当空气通过室外侧换热器盘管时，会有水凝结在盘管时，会有水凝结在盘管表面，进而结成了冰或霜，结在盘管上的冰或霜不仅会减小换热面积，而且会降低可通过的风量。随着结霜的不断增加，会影响到空气和盘管的热交换效果。
现有技术中关于空气源热泵除霜的方法为：停机除霜、电加热除霜、热气旁通除霜和逆循环除霜等。换向逆循环是目前热泵普遍采用的除霜技术，除霜时通过使用四通换向阀时制冷剂流向改变，将制热过程转换为制冷过程。在除霜期间，压缩机排出的过热状态制冷剂蒸汽被送进室外盘管进行融霜。当融霜完成后，热泵运行再次逆转，重新开始供热。这种除霜方式会导致机组运行问题，且降低室内人员的热舒适。热气旁通法除霜时，系统不换向，电磁阀开启，关闭风机，压缩机的排气从电磁阀进入蒸发换热器除霜，除霜结束后的制冷剂通过四通阀被压缩机吸入。其性能优于逆循环，供热量和COP(空调单位功率下的制热量)均有提高，但此方法由于除霜时间较长、除霜不干净而而能广泛使用。
空气源热泵抑霜的方法为防止和延缓结霜以提高空气源热泵运行性能的方法。现有技术常采用降低蒸发器周围空气湿度和提高空气温度来有效延缓空气源热泵结霜。提高温度方面主要是通过电加热装置。对于常规翅片管换热器结霜过程，研究发现使用干燥剂能降低结霜速度。现有技术利用相变蓄热装置对冷凝余热进行回收，当固体干燥剂除湿能力减弱后，利用蓄热装置例的热量对干燥剂加热，使干燥剂再生，实现无霜运行。但该系统略复杂，很难广泛使用。
为了解决上述问题，授权公告号为CN205909384U的中国专利文件公开了一种无盐式外辅热防融霜装置的热源塔热泵，利用非盐溶液对换热器进行融霜，该种用于融霜的系统的结构相对简单且融霜速度得到提高。但是，在融霜结束后，溶液池中仍然残留有废液，为防止残留的废液结冰造成管道堵塞，会定时将溶液池中的溶液排干，造成能源浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气源热泵融霜方法及系统，用以解决融霜过程中造成资源浪费的问题。
为实现上述目的，本发明的方案和有益效果包括：
本发明的一种空气源热泵融霜方法，包括如下步骤：
1)当换热器盘管需要融霜时，将盐溶液喷洒在换热器盘管上开始融霜；
2)通过盐溶液加快换热器盘管表面附着的霜的融化速度，霜融化后与盐溶液融合生成新的盐溶液，对新的盐溶液进行电解，将电解后的盐溶液再次喷洒到换热器盘管进行循环融霜，重复步骤2)，直至达到融霜结束条件时，停止融霜。
上述技术方案的有益效果为：本发明提供的空气源热泵融霜方法，利用盐溶液能够降低冰的融点使得凝结在换热器表面的霜能够快速融化，并且利用盐溶液不容易结冰，不会造成管路堵塞的特性对换热器盘管进行融霜，而且，在一次融霜后，对盐溶液进行电解，电解后继续使用盐溶液进行融霜，实现了电解液的重复利用，避免了盐溶液的浪费，同时避免了因为空调机组反向制冷进行化霜造成的能源浪费，实现了空气源热泵在不停机的情况下的融霜。另外，本发明对盐溶液进行电解的过程中盐不参与电解反应，从而电解的实质是电解水，排出的氧气和氢气均为环保气体，不会对周围空气造成污染。
进一步地，判断换热器盘管需要融霜的手段为：
①获取融霜参数，所述融霜参数至少包括以下任意一种：室外空气温度、室外空气相对湿度和换热器盘管温度；
②判断融霜参数是否满足与融霜参数对应的融霜条件，各融霜条件分别为：室外空气温度小于设定的空气温度，室外空气相对湿度大于设定的空气相对湿度，换热器盘管温度小于第一设定值；
③若获取的融霜参数均满足对应的融霜条件，则判定换热器盘管需要融霜。
进一步地，所述融霜结束条件包括以下条件任意一种：换热器盘管温度大于第二设定值，所述第二设定值小于第一设定值；融霜时长大于等于设定的最大融霜时长，所述融霜时长中以盐溶液喷洒在换热器盘管时对应的时刻为融霜起始时间；空气源热泵处于高压保护和/或电气保护状态。
上述技术方案的有益效果为：换热器盘管大于第二设定值时，表明当前换热器盘管融霜已经达到空调正常工作时的融霜要求，此时停止融霜，能够提高融霜的效率。当融霜时长大于设定的最大融霜时长时，停止融霜，避免在换热器盘管表面的霜层已经融化时，电解槽仍在工作造成的资源浪费情况。当空气源热泵高压保护和/或排气保护时，为保证空调机组安全，避免危险发生，立即停止融霜。
进一步地，所述盐溶液为CaSO4溶液。
本发明还提供一种空气源热泵除霜系统，包括控制器、电解槽和用于喷淋盐溶液的管路；所述电解槽用于盛接喷淋在换热器盘管的盐溶液并进行电解，所述控制器执行相应机器指令以实现空气源热泵除霜方法，所述空气源热泵除霜方法包括如下步骤：
A当换热器盘管需要融霜时，利用管路将盐溶液喷洒在换热器盘管上开始融霜；
B通过盐溶液加快换热器盘管表面附着的霜的融化速度，霜融化后与盐溶液融合生成新的盐溶液存储在电解槽中，电解槽对新的盐溶液进行电解，将电解后的盐溶液再次喷洒到换热器盘管进行循环融霜，重复步骤B，直至达到融霜结束条件时，停止融霜。
上述技术方案的有益效果为：本发明提供的空气源热泵除霜系统，利用盐溶液降低冰的融点使得凝结在换热器表面的霜能够快速融化，融化后的霜变成水滴落在电解槽中降低盐溶液的浓度，利用电解槽对盐溶液进行电解，电解过程中盐不参与反应，从而电解的实质为电解水，使得盐溶液的浓度再次升高，再将电解后的浓度高的盐溶液喷洒在换热器盘管进行融霜，从而形成循环，使得盐溶液可以循环利用，避免浪费。整个电解过程中排出的气体为氧气和氢气，绿色环保。本发明提供的空气源热泵除霜系统结构简单，避免了因为空调机组反向制冷进行化霜造成的能源浪费，使得空气源热泵在不停机的情况下进行融霜。
进一步地，还包括数据采集装置，所述数据采集装置包括以下三个传感器中的至少一个：用于检测室外温度的温度传感器、用于检测室外空气相对湿度的湿度传感器和用于检测换热器盘管温度的温度传感器；利用数据采集装置采集融霜参数以判断换热器盘管需要融霜的手段为：
a融霜参数至少包括以下任意一种：室外空气温度、室外空气相对湿度和换热器盘管温度
b判断融霜参数是否满足与融霜参数对应的融霜条件，各融霜条件分别为：室外空气温度小于设定的空气温度，室外空气相对湿度大于设定的空气相对湿度，换热器盘管温度小于第一设定值；
c若获取的融霜参数均满足对应的融霜条件，则判定换热器盘管需要融霜。
进一步地，管路的一端固定连接电解槽，另一端设置有喷淋器，通过喷淋器将盐溶液喷洒在换热器盘管上。
上述技术方案的有益效果为：利用喷淋器能够使得盐溶液更加充分的喷洒在换热器盘管上。
进一步地，所述融霜结束条件包括以下条件任意一种：换热器盘管温度大于第二设定值；融霜时长大于等于设定的最大融霜时长，所述融霜时长中以盐溶液喷洒在换热器盘管时对应的时间点为融霜起始时间；空气源热泵处于高压保护和/或电气保护状态。
进一步地，所述盐溶液为CaSO4溶液。
附图说明
图1是本发明空气源热泵融霜系统图；
图2是本发明空气源热泵融霜方法流程图；
其中，1-电解槽，2-换热器盘管，3-电磁阀，4-阳极，5-阴极，6-阳离子膜，7-阴离子膜，8-第一管道，9-喷淋器，10-温湿度传感器，11-动力装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
系统实施例：
本发明提供一种空气源热泵融霜系统，该系统如图1所示，包括换热器盘管2和电解槽1，电解槽1与换热器盘管2都设置空调外机里，并且电解槽1固定设置在换热器盘管2的下方，保证电解槽中的电解液不会直接触碰到换热器盘管，换热器盘管2上还安装有温湿度传感器10。翅片换热器盘管2的上部设置有喷淋器9，喷淋器9通过第一管道8连接到电解槽1，第一管道8上还设置有用于通断管路的电磁阀3，在第一管道8接通时，为了使得盐溶液能够通过喷淋器喷洒到换热器盘管上，在第一管道设置有动力装置11。电解槽内部还分别设置有阳极4和阴极5，在阳极4和阴极5之间分别对应设置有阳离子膜6和阴离子膜7。
在空气源热泵融霜系统进行融霜时采用如下方法，即本发明提供的一种空气源热泵融霜方法，如图2所示：
1)获取相关温湿度参数。
在确定空气源热泵工作在制热模式时，根据温湿度传感器获取室外空气的温度Ta和相对湿度RH。并且获取换热器盘管的温度Tw。
2)判断换热器盘管是否需要进入融霜状态。
当室外空气的温度Ta在-15℃～6℃的温度区间内，且室外空气的相对湿度RH＞40％时，获取换热器盘管的温度Tw，当换热器盘管的温度Tw≤预设的换热器盘管温度T1时，换热器盘管进入融霜状态。当然，若只采集室外空气的温度、室外空气的相对湿度、换热器盘管温度中一种融霜参数或者两种融霜参数，满足与采集的融霜参数相应对的融霜条件即可认为换热器盘管进入融霜状态。
3)换热器盘管开始融霜。
当换热器盘管需要开始融霜时，电磁阀3打开，电解槽中存储的CaSO4溶液在动力装置的作用下进入第一管道，通过第一管道和喷淋器将CaSO4溶液喷淋在换热器盘管上。CaSO4溶液为盐溶液，将盐溶液喷淋在结霜的换热器盘管上，会降低冰的融点，从而提高融霜速度。换热器盘管上的霜融化后形成水，滴落在电解槽中，CaSO4溶液浓度减小，电解槽通过阴极、阳极、阴离子膜和阳离子膜对电解池中的CaSO4溶液进行电解。由于Ca2+和SO4 2-为导电离子，不参与反应，因此电解的过程实质为电解水，电解水的过程中排出氧气和氢气。电解反应发生后，CaSO4溶液中水的比例减少，CaSO4溶液浓度增大。重复使用CaSO4溶液进行喷淋，实现空气源热泵机组不停机状态下的融霜。
CaSO4溶液微溶于水，若电解槽中放置少量的CaSO4使得CaSO4溶液未达到饱和状态，则喷淋到换热器盘管上的CaSO4溶液为未饱和的CaSO4溶液，随着霜层融化，CaSO4溶液的浓度降低。在电解过程中，实质为电解水，从而使得CaSO4溶液的浓度又升高，再次将浓度升高的CaSO4溶液喷淋到换热器盘管上进行除霜，以此循环往复。
若在电解槽中放置大量的CaSO4使得CaSO4溶液达到饱和状态，电解槽中可能还会有残存的CaSO4晶体，因此喷淋在换热器盘管上的CaSO4溶液为饱和的盐溶液，随着霜层融霜，电解槽中水增加，但由于盈余的CaSO4晶体微溶于水，从而即使霜层融化导致水增加，电解槽中的CaSO4溶液仍为饱和状态。之后在电解过程中，部分水电解为氢气和氧气，则CaSO4溶液又会析出部分CaSO4晶体，但CaSO4溶液仍旧保持饱和状态进而喷淋在换热器盘管上进行融霜。
作为其他实施方式，喷淋器喷出的液体可以为其他盐溶液，如：K2SO4溶液。
4)融霜结束。
当检测到换热器盘管的温度Tw≥预设的换热器盘管温度T2时，空气源热泵退出融霜状态；若换热器盘管的温度Tw＜预设的换热器盘管温度T2时，则检测空气源热泵在化霜时是否出现高压保护和/或排气保护。若空气源热泵在化霜时出现高压保护和/或排气保护，则空气源热泵退出融霜状态；若空气源热泵在化霜时未出现高压保护或排气保护，则检测空气源热泵的除霜时间Tc。设定电磁阀3打开时对应的时间点为除霜开始的时间点，或者设定喷淋器开始喷淋盐溶液对应的时间点为除霜开始的时间点，当除霜时间Tc≥预设的除霜最大时长Tt时，空气源热泵退出融霜状态。空气源热泵退出融霜状态时，电解槽停止工作，电磁阀3关闭，喷淋器不会再有溶液喷出。
本发明提供一种空气源热泵融霜系统，利用CaSO4溶液微溶于水的的化学特性，使用特定浓度的CaSO4溶液对结霜的换热器盘管进行喷淋，使霜融入溶液，以此达到空气源热泵机组室外换热器盘管融霜的目的。同时对电解池中的溶液进行电离，使溶液浓度变大，可以持续进行喷淋融霜工作。
方法实施例：
本发明还提供一种空气源热泵融霜方法，该方法同系统实施例中介绍的空气源热泵融霜方法一致，由于该方法在系统实施例中已阐述清楚，此处不再赘述。
Claims (9)
1.一种空气源热泵融霜方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)当换热器盘管需要融霜时，将盐溶液喷洒在换热器盘管上开始融霜；
2)通过盐溶液加快换热器盘管表面附着的霜的融化速度，霜融化后与盐溶液融合生成新的盐溶液，对新的盐溶液进行电解，将电解后的盐溶液再次喷洒到换热器盘管进行循环融霜，重复步骤2)，直至达到融霜结束条件时，停止融霜。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵融霜方法，其特征在于，判断换热器盘管需要融霜的手段为：
①获取融霜参数，所述融霜参数至少包括以下任意一种：室外空气温度、室外空气相对湿度和换热器盘管温度；
②判断融霜参数是否满足与融霜参数对应的融霜条件，各融霜条件分别为：室外空气温度小于设定的空气温度，室外空气相对湿度大于设定的空气相对湿度，换热器盘管温度小于第一设定值；
③若获取的融霜参数均满足对应的融霜条件，则判定换热器盘管需要融霜。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵融霜方法，其特征在于，所述融霜结束条件包括以下条件任意一种：换热器盘管温度大于第二设定值，所述第二设定值小于第一设定值；融霜时长大于等于设定的最大融霜时长，所述融霜时长中以盐溶液喷洒在换热器盘管时对应的时刻为融霜起始时间；空气源热泵处于高压保护和/或电气保护状态。
4.根据权利要求1～3任一项所述的空气源热泵融霜方法，其特征在于，所述盐溶液为CaSO4溶液。
5.一种空气源热泵融霜系统，其特征在于，包括控制器、电解槽和用于喷淋盐溶液的管路；所述电解槽用于盛接喷淋在换热器盘管的盐溶液并进行电解，所述控制器执行相应机器指令以实现空气源热泵融霜方法，所述空气源热泵融霜方法包括如下步骤：
A当换热器盘管需要融霜时，利用管路将盐溶液喷洒在换热器盘管上开始融霜；
B通过盐溶液加快换热器盘管表面附着的霜的融化速度，霜融化后与盐溶液融合生成新的盐溶液存储在电解槽中，电解槽对新的盐溶液进行电解，将电解后的盐溶液再次喷洒到换热器盘管进行循环融霜，重复步骤B，直至达到融霜结束条件时，停止融霜。
6.根据权利要求5所述的空气源热泵融霜系统，其特征在于，还包括数据采集装置，所述数据采集装置包括以下三个传感器中的至少一个：用于检测室外温度的温度传感器、用于检测室外空气相对湿度的湿度传感器和用于检测换热器盘管温度的温度传感器；利用数据采集装置采集融霜参数以判断换热器盘管需要融霜的手段为：
a融霜参数至少包括以下任意一种：室外空气温度、室外空气相对湿度和换热器盘管温度；
b判断融霜参数是否满足与融霜参数对应的融霜条件，各融霜条件分别为：室外空气温度小于设定的空气温度，室外空气相对湿度大于设定的空气相对湿度，换热器盘管温度小于第一设定值；
c若获取的融霜参数均满足对应的融霜条件，则判定换热器盘管需要融霜。
7.根据权利要求5所述的空气源热泵融霜系统，其特征在于，管路的一端固定连接电解槽，另一端设置有喷淋器，通过喷淋器将盐溶液喷洒在换热器盘管上。
8.根据权利要求5所述的空气源热泵融霜系统，其特征在于，所述融霜结束条件包括以下条件任意一种：换热器盘管温度大于第二设定值；融霜时长大于等于设定的最大融霜时长，所述融霜时长中以盐溶液喷洒在换热器盘管时对应的时间点为融霜起始时间；空气源热泵处于高压保护和/或电气保护状态。
9.根据权利要求5～8任一项所述的空气源热泵融霜系统，其特征在于，所述盐溶液为CaSO4溶液。
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