CN1250145A - 热泵 - Google Patents

Abstract

一种热泵,能够减少热损失,提高制冷效率和性能系数。该热泵包括压缩机,四通阀,室外装置,膨胀阀,以及室内装置,这些装置彼此顺序连接;该热泵包括:设置在室外装置上的辅助热交换器,用于防止室外装置结冰;从位于膨胀阀和室内装置之间的制冷剂导管处分出的第一分流导管,该第一分流导管与辅助热交换器相连接;及与膨胀阀和室内装置之间的制冷剂导管相连接的第二分流导管,用于使制冷剂循环进入辅助热交换器。

Description

热泵

本发明涉及热泵，具体地说，涉及一种能够有效除去出现在热泵的室外装置中的霜的热泵。

通常，制冷循环包括压缩机，冷凝器、膨胀阀，及蒸发器。如果蒸发器吸收高温部分的热量，那么冷凝器向低温部分放出热量。可以利用蒸发器吸收高温部分热量的原理制造制冷装置，如空调器和冰箱。可以利用冷凝器向低温部分放出热量的原理制造加热装置，例如热泵。

此外，由于蒸发器和冷凝器用作热交换器，通过选择性地改变制冷剂的流向，一种包括压缩机，蒸发器，冷凝器和膨胀阀的装置(以下称为“热泵”)能够实现制冷运行和加热运行。

但是，这样的热泵存在的问题是，在加热运行时作为蒸发器的室外装置上会结霜。由于加热运行通常在冬季进行，室外装置的周边温度可能低于零度。尤其是，由于在寒冷地区，温度总是低于零度，室外装置中出现冷凝水，然后直接结成冰。

此外，该蒸发器(热交换器)包括有布置在其内部的多个金属板(翅片)，及使制冷剂垂直流过该翅片的导管。如果在翅片之间结霜，空气通道被堵塞，压力损失、功率消耗和噪音增大，从而大大降低了热交换效率。

为了防止室外装置结冰，已经公开了一种定期冷却热泵的防止结霜的运行。由于防止结霜的运行与制冷运行相同，室外装置用作完成放热操作的冷凝器，从而防止了结霜。但是，这种防止结霜的运行是在加热运行期间定期进行。这样降低了热效率。

为了解决这个问题，已经提供了一种单独安装防止结霜装置的热泵，以便在连续进行加热运行时进行防止结霜的运行。下面将参照图1和2描述这种热泵。

参见图1和2，该热泵包括压缩机1，分别安装在室内和室外的室内和室外装置2和3，室内和室外装置中具有分别与室内和室外装置中的空气进行热交换的热交换器2a和3a，用于根据制冷或者供暖模式使制冷剂流向室内装置2或者室外装置3转换的四通阀4和一个膨胀阀6。

此外，室外装置3中装有辅助热交换器5，允许高温制冷剂进入辅助热交换器5，以便防止室外装置3结冰。在辅助热交换器5和膨胀阀6之间安装有整流器(rectifier)，用来控制来自室内装置2或者室外装置3的制冷剂，使其总是流向辅助热交换器5。在辅助热交换器5和膨胀阀6之间安装有一个制冷剂容器7，用于储存制冷剂，并同时使制冷剂从该辅助热交换器5流向膨胀阀6。这些部件由制冷剂主管8相互连接。

同时，整流器构成一个闭合回路，包括一对并排布置的第一和第二连接导管10和11，及用于连接第一和第二连接导管10和11的第三和第四连接导管12和13。此外，在第一连接导管10上串接有第一和第二止回阀14和15，同时在第二连接导管11上串接有第三和第四止回阀16和17。第一和第二止回阀14和15与第三和第四止回阀16和17并联。

下面描述上述整流器与其周围部件之间的连接关系。

第一连接导管10的位于第一和第二止回阀14和15之间的那一部分通过第一辅助制冷剂导管8a与热交换器2相连接。第二连接导管11的位于第三和第四止回阀16和17之间的那一部分通过第二辅助制冷剂导管8b与热交换器3相连接。第三连接导管12通过第三辅助制冷剂导管8c与辅助热交换器5相连接。第四连接导管13通过第四辅助制冷剂导管8d与膨胀阀6相连接。

下面描述上述热泵的运行。

首先，参照图1，在冷却模式中，由压缩机1压缩后的制冷剂通过四通阀4流向室外装置3。接着，制冷剂按照第二辅助制冷剂导管8b，第二连接导管11，第三止回阀16，第三连接导管12，第三辅助制冷剂导管8c，辅助热交换器5，制冷剂容器7，膨胀阀6，第四辅助制冷剂导管8d，第四连接导管13，第二止回阀15，第一连接导管10，第一辅助制冷剂导管8a，室内热交换器2，四通阀4，及压缩机1的顺序循环。因此，安装于室内空间中的室内装置2通过蒸发作用吸收室内周围空气的热量，使室内得到冷却，而室外装置3通过冷凝作用向外放出制冷剂的热量。

参照图2，在供暖模式中，由压缩机1压缩后的制冷剂通过四通阀4流向室内热交换器2。接着，制冷剂按照第一辅助制冷剂导管8a，第一连接导管10，第一止回阀14，第三连接导管12，第三辅助制冷剂导管8c，辅助热交换器5，制冷剂容器7，膨胀阀6，第四辅助制冷剂导管8d，第四连接导管13，第四止回阀17，第二辅助制冷剂导管8b，室外热交换器3，四通阀4，及压缩机1的顺序循环。因此，装在室内空间的室内装置2通过冷凝作用放出热量，使室内得到热量，而室外装置3通过蒸发作用吸收室外空气的热量。

从以上所述的制冷剂的流动可以知道，来自作为冷凝器的室内装置2的制冷剂总是流过辅助热交换器5，能够防止室外装置结冰。

但是，上述热泵的防止结霜装置有几个问题。

尽管现有技术的防止结霜装置能够在加热运行期间防止室外装置结冰，但是由于制冷剂流过防止结霜装置时，部分制冷剂蒸发，因而使致冷运行时的致冷效率降低。换句话时，在致冷运行时，最好使制冷剂在室内装置中蒸发。但是，在现有技术的热泵中，部分制冷剂在防止结霜装置中蒸发，因而降低了致冷效率。此外，由于现有技术的防止结霜装置生产工艺步骤复杂，因此生产成本高，生产率低。

因此，本发明旨在提供一种热泵，该热泵可以基本消除由于现有技术的限制和缺陷所带来的几个问题。

本发明的一个目的是提供一种具有防止结霜装置的热泵，该装置能够有效防止室外装置结冰，并且结构简单。

本发明的另一个目的是提供一种热泵，该热泵能够减少热损失，提高致冷效率和性能系数。

本发明的其它特点和优点将在下面的描述中显示出来，从下面的描述中，部分特点和优点将变的更清楚，这些特点和优点也可以通过实施本发明来获悉。本发明的上述目的和其它优点将通过说明书、权利要求书以及附图具体指出的结构来实现和获得。

如概括简要描述的那样，为了获得这些和其它优点，并根据本发明的目的，一种热泵，包括压缩机，四通阀，室外装置，膨胀阀和室内装置，这些装置彼此顺序连接，根据本发明，该热泵包括：布置在室外装置中的辅助热交换器，用于防止室外装置结冰；从膨胀阀和室内装置之间的制冷剂导管分出的，与辅助热交换器相连接的第一分流导管；以及与膨胀阀和室内装置之间的制冷剂导管相连接第二分流导管，用于使制冷剂在辅助热交换器中循环。

显然，上面的一般描述和下面的详细描述都是说明性的，目的是对要求保护的发明作进一步说明。

对本发明提供进一步解释的附图也包括在说明书中，构成本发明说明书的一部分，说明本发明的实施例，以及说明用于解释本发明原理的说明书。

在图中：

图1是现有技术热泵的示意图，尤其是冷却运行期间制冷剂的流程图；

图2是现有技术热泵的示意图，尤其是供暖运行期间制冷剂的流程图；

图3是根据本发明一个实施例的热泵示意图；

图4是根据本发明另一个实施例的热泵示意图。

现在参照附图详细描述本发明的最佳实施例，其中一些实施例表示在附图中。

下面参照图3详细描述本发明的一个热泵的最佳实施例。

与现有技术的热泵相同，本发明的热泵包括压缩机1，具有室内热交换器2a的室内装置2，具有室外热交换器3a的室外装置3，膨胀阀6，用于使制冷剂向前或者向后转换流向的四通阀4。这些元件彼此顺序连接，构成致冷循环(热泵循环)。

此外，在室外装置3内设置有防止室外装置3结冰的防止结霜装置。

下面详细描述该防止结霜装置。

室外装置3包括用于防止热交换器3a结冰的辅助热交换器30。辅助热交换器30一端与室内装置2相连接，另一端与膨胀阀6相连接。

更详细地说，第一分流导管20设置在用于连接室内装置2和膨胀阀6的制冷剂导管200的预定位置上，将部分制冷剂送至辅助热交换器30。第二分流导管21设置在辅助热交换器30上，以便在冷却循环中使与室外装置3进行热交换后的制冷剂循环，也就是说，把该制冷剂送给膨胀阀6。此时，第一和第二分流导管20和21与连接室内装置2和膨胀阀6的制冷剂导管200和200a相连接。第一和第二分流导管20和21最好以预定的间隔与制冷剂导管200和200a相连接。

同时，如图3所示，允许制冷剂只向一个方向流动的止回阀40最好设置在第二分流导管21上，以便防止制冷剂逆向流动。止回阀40也可以设置在第一分流导管20上。

此外，控制将要分流的制冷剂流量的流量控制单元110，设置在位于第一分流导管20分流部分和第二分流导管21回流部分之间的制冷剂导管(以下称为中间制冷剂导管)上，以便适当地控制流向辅助热交换器30的制冷剂的流量。

此外，考虑到结霜起初是发生在热交换器3a以下这个事实，最好将辅助热交换器30设置在热交换器3a下面。

下面描述根据本发明的热泵的操作。

首先，在致冷模式中，制冷剂按照压缩机1，四通阀4，室外装置3，膨胀阀6，室内装置2，四通阀4，及压缩机1的顺序循环。该循环路径比现有技术的简单，并减少了热损失。

流过膨胀阀6的制冷剂可以逆向流入第二分流导管21，但是设置在第二分流导管21上的止回阀40能够防止制冷剂逆向流动。

而在供暖模式中，制冷剂按照压缩机1，四通阀4，室内装置2，第一分流导管20，辅助热交换器30，止回阀40，第二分流导管21，膨胀阀6，室外装置3，四通阀4，及压缩机1的顺序循环。

换句话说，如果开始供暖运行，制冷剂按照压缩机1，室内装置2，膨胀阀6，及室外装置3的顺序循环，以便向室内提供热量。

此时，在室内装置2和膨胀阀6之间流动的制冷剂，部分分流通过第一分流导管20，以便流向辅助热交换器30。通过流向辅助热交换器30的制冷剂放出热量，防止室外装置30结冰。该制冷剂还通过第二分流导管21进入制冷剂导管200a。已经分流和通过辅助热交换器30的制冷剂，及直接引入室内装置2的制冷剂合并入制冷剂导管200a，流向膨胀阀6。

在本发明中，由于在致冷循环中，只将部分制冷剂送入辅助热交换器，就有可能降低热损失。此外，由于只需要第一和第二分流导管，因而简化了结构，提高了生产率。

下面参照附图4描述本发明热泵的另一个实施例。

该实施例与上述实施例的原理相同。但是，该实施例提出了一种通过控制在第一和第二分流导管20和21之间的中间制冷剂导管25的长度，来控制将要被分流的制冷剂流量的方法，而不需要单独使用控制分流进入辅助热交换器30的制冷剂流量的流量控制单元。此外，还提出了一种通过控制第一和第二分流导管20和21的直径，以及控制中间制冷剂导管25的直径，来控制将要被分流的制冷剂流量的方法。

下面首先描述中间制冷剂导管25的直径与第一和第二分流导管20和21的直径之间的关系。

最好使中间制冷剂导管25的直径小于第一和第二分流导管20和21的直径。如果中间制冷剂导管25的直径大于第一和第二导管20和21的直径，中间制冷剂导管25的长度L应该较长，以便使制冷剂平滑分流。如果中间制冷剂导管25的长度L太长，带来的问题是，中间制冷剂导管的面积就要大，因此产品的外表面积变大。由于这个缘故，最好使中间制冷剂导管25的直径小于第一和第二分流导管20和21的直径。

在中间制冷剂导管25的直径小于第一和第二分流导管20和21的直径的情况下，就能够控制分流进入辅助热交换器30的制冷剂流量，从而控制辅助热交换器30的温度。

更详细地说，为了防止室外装置3结冰，辅助热交换器30应该保持预定或者更高的温度，至少为0℃，或者大于0℃。因此，应该相应地设定引入辅助热交换器30的制冷剂流量。

引入辅助热交换器30的制冷剂流量与中间制冷剂导管25的长度有关。由于第一和第二分流导管20和21的内阻较大，如果中间制冷剂导管25的长度L太短，制冷剂就无法平滑地流入辅助热交换器30。在这一点上，第一和第二分流导管20和21之间的长度L应该是预定长度或者更长。

通过实验，在周边温度为-10℃和压力为2HP时，能够获得以下结果。即，当中间制冷剂导管25的长度L分别为10cm或更长、15cm或更长和20cm或更长时，防止结霜部分的温度，也就是说辅助热交换器30的温度分别是0℃、5℃和10℃。

由于防止结霜部分的最低温度应该高于水开始冻结的温度0℃，所以中间制冷剂导管25的长度L至少应该是10cm，或者大于10cm。如果在外部条件不是特别差，而中间制冷剂导管25的直径等于或者大于15cm，那么防止结霜部分的温度变为5℃，因而防止发生结霜。考虑到产品之间的偏差、运行状态的各种变化和安全性，如果中间制冷剂导管25的长度L是20cm或者大于20cm，就能够防止在恶劣条件下结霜。

尽管上述实验是在周边温度为-10℃，压力为2HP的条件下进行的，但是，在其它条件下也可以获得相同的效果。

本发明的上述热泵有如下优点。

首先，由于制冷剂部分分流进入热交换器，管系损失和热损失降低，因而提高了热泵的效率。

第二，由于该热泵结构简单，所以能够节约生产成本。

最后，能够在致冷运行期间防止制冷剂流入辅助热交换器。换句话说，由于能够在致冷运行期间防止制冷剂从辅助热交换器中蒸发，因而提高了致冷效率。

显然，本领域的普通技术人员能够根据本发明，在不超出本发明的精神和范围内，对该热泵进行各种改进和变化。因此本发明覆盖了本发明的那些改进和变化，这些改进和变化都包括在权利要求书及其等同物的范围内。

Claims (7)

1.一种热泵，包括压缩机，四通阀，室外装置，膨胀阀，及室内装置，这些装置彼此顺序连接，所述热泵包含：

设置在室外装置中的辅助热交换器，用于防止室外装置结冰；

从膨胀阀和室内装置之间的制冷剂导管分出的第一分流导管，该第一分流导管与辅助热交换器相连接；及

与膨胀阀和室内装置之间的制冷剂导管相连接的第二分流导管，用于使制冷剂循环进入辅助热交换器。

2.如权利要求1所述的热泵，其中所述辅助热交换器设置在室外装置的热交换器下面。

3.如权利要求2所述的热泵，其中位于第一和第二分流导管之间的制冷剂导管的直径小于第一和第二分流导管的直径。

4.如权利要求3所述的热泵，其中位于第一和第二分流导管之间的制冷剂导管的长度是一个预定长度，或者大于预定长度。

5.如权利要求3所述的热泵，其中位于第一和第二分流导管之间的制冷剂导管的长度至少为10cm，或者大于10cm。

6.如权利要求2所述的热泵，其中至少在第一和第二分流导管中的一个上设置有止回阀，用来防止制冷剂逆向流动。

7.如权利要求2所述的热泵，其中在位于第一和第二分流导管之间的制冷剂导管上设置有用于控制制冷剂流量的流量控制装置。

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