CN1300532C - 一种高湿地区用空气源热泵 - Google Patents
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Abstract
一种高湿地区用空气源热泵，属于空调技术领域。其四通阀的D口连接压缩机排气管、C口连接室外侧换热器，制热节流组件、制冷节流组件分别由节流部件和单向阀组成，室内换热器出口接四通阀的E口，四通阀的S口接气液分离器，气液分离器与压缩机吸气管连接。制热节流组件与制冷节流组件之间管路上串联有气液热交换器，四通阀S口接气液热交换器，气液热交换器接气液分离器。与四通阀C口连接的气态制冷剂集气管分两路与室外侧换热器并联连接，与室外侧换热器连接的液态制冷剂分液管并联后与制热节流组件连接，上部液态制冷剂分液管与压缩机排气管之间、四通阀的C口与气液分离器之间分别通过串有电磁阀的连接管形成排气旁通回路和回气旁通回路。本发明产品结霜速度慢、节能效果好。
Description
技术领域
本发明属于空调技术领域，特别涉及一种高湿地区用空气源热泵。
背景技术
空气源热泵机组能够通过室外侧换热器吸收大气环境中的热量，具有节能和环保双重效果，在我国长江中下游、西南、华南地区(中国气候分区的III、IV区)得到广泛的应用。空气源热泵在冬季运行时，当室外侧换热器翅片表面温度低于0℃且低于大气露点温度时，室外侧换热器表面要结霜。在大气温度较低而相对湿度较大时这种现象尤为严重，当室外侧换热器霜层发展到一定程度时必须除霜。根据姜益强等人的研究(《暖通空调》2000年第5期，空气源热泵结霜除霜损失系数的计算)，长沙等地属于重霜区，杭州、武汉、上海、南京、南昌、宜昌等地属于一般结霜区。所以，在长江流域使用空气源热泵供热时，要考虑结霜除霜损失对热泵性能的影响，要考虑室外侧换热器的结霜和除霜问题。除霜需要消耗能量，据统计，用于除霜消耗的能量占热泵总能耗的10～20％，这就从一定程度上抵消了热泵节能的效果。而在寒冷地区和高湿地区，除霜操作过于频繁就会降低制热运行效果。
为了提高除霜速度，中国专利02225983.X公开了一种能快速除霜的空调器，用一根铜管短接在压缩机的吸气管和室外换热器的出管之间，除霜操作时，制冷剂不流过室内换热器，能够缩短除霜时间，又不会影响室内的空气温度。《制冷学报》2000年第2期刊登了石文星等人的文章“房间空调器热气旁通法除霜分析及实验研究”，提出了热气旁通除霜方法，并通过实验证明了采用热气旁通可以大幅度提高除霜速度。为了提高除霜速度，国内有些厂家采用在室外侧换热器的底部安装电加热器，以提供热量来除霜。上述技术方案解决的问题是在室外侧换热器结霜后如何有效除霜。如果从预防室外侧换热器结霜入手，将能够有效地缓解换热器结霜的进程，减少空调的除霜次数，提高热泵空调器的制热效果。
分析室外侧换热器结霜现象，结霜过程需要两个条件：(1)换热器翅片温度低于0℃且低于大气露点温度；(2)空气中有一定的含湿量。热泵用于高湿地区制热时，由于热泵制热时室外环境温度较低，同时热泵的蒸发温度较低，很容易结霜；如果能够降低进入换热器翅片的空气的含湿量和相对湿度，则能够减慢换热器翅片结霜的速度，减少热泵系统除霜的次数，从而能够在高湿地区应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种结霜速度慢、节能效果好的高湿地区用空气源热泵。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：一种高湿地区用空气源热泵，包括依次通过管路串联的压缩机、四通电磁阀、室外侧换热器、制热节流组件、制冷节流组件、室内换热器，四通阀的D口连接压缩机排气管、C口连接室外侧换热器，制热节流组件、制冷节流组件分别由节流部件和单向阀组成，室内换热器出口接四通阀的E口，四通阀的S口接气液分离器，气液分离器与压缩机吸气管连接；与四通阀C口连接的气态制冷剂集气管分两路与室外侧换热器串联连接，与室外侧换热器连接的液态制冷剂分液管并联后与制热节流组件连接，上部液态制冷剂分液管与压缩机排气管之间、四通阀的C口与气液分离器之间分别通过串有电磁阀的连接管形成排气旁通回路和回气旁通回路。
制热节流组件与制冷节流组件之间管路上串联有气液热交换器，四通阀S口接气液热交换器，气液热交换器接气液分离器。
室外侧换热器由冷却干燥用盘管部分和普通换热部分构成，冷却干燥用盘管部分为盘管换热器或者翅片管换热器。
当冷却干燥用盘管部分采用翅片管换热器时其翅片间距大于普通换热部分翅片间距，当冷却干燥用盘管部分采用盘管换热器时盘管直径小于普通换热部分传热管直径。
本发明在制冷节流组件和制热节流组件之间串联一个气液热交换器，使得进入气液分离器的气态制冷剂得到过热，同时，制热时进入室外侧的液态制冷剂得到过冷。在现有室外换热器靠近空气进入换热器一侧增加一个冷却干燥用的换热部分，由于进入这部分的制冷剂的温度很低，空气中的水分在这个部位能够大量冷凝，空气被干燥；干燥后的空气进入室外侧换热器，这样就可以减慢换热器结霜的速度，减少热泵除霜的次数。冷却干燥用的换热部分可以采用大片间距离的翅片换热器、光管换热器或丝管换热器。使空气在进入室外换热器翅片之前进行冷却干燥，使空气中的部分水蒸汽凝结成水，
经过干燥后的空气进入换热器的翅片进行热交换。通过这样处理，可以减慢室外侧换热器翅片的结霜速度，减少热泵的除霜次数，提高空气源热泵的稳定性和可靠性，提高热泵的制热效果和制热舒适性。
空气源热泵除霜时，通过设置旁通回路，压缩机排出的高温高压制冷剂气体首先通过冷却干燥用的换热部分，然后再进入普通的换热部分。同时，在四通阀的C口和压缩机的吸气管之间通过一个电磁阀形成另外一个旁通回路；除霜操作时，制冷剂不通过气液分离器，减小回路的阻力，增大循环中制冷剂的流量。这样，结霜严重部位能够快速除霜，除霜干净，除霜时间大为缩短。
冷却干燥用盘管部分3B可以为盘管换热器、丝管换热器或翅片管换热器；如果冷却干燥用盘管部分采用翅片管换热器，翅片间距要大于普通换热部分3A的翅片间距；3B部分盘管的直径要小于3A部分传热管的直径。室外侧换热器的翅片可以为平片、开窗片、波纹片和冲缝片等不同的翅片形式。制冷节流阀、制热节流阀可以采用毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀。气液热交换器13可以采用壳管式换热器、套管式换热器、盘管式换热器。室内换热器26可以为壳管式换热器、套管式换热器、板式换热器、盘管式换热器。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)能够减慢空气源热泵室外侧换热器结霜的速度，减少除霜次数，提高热泵的舒适性；(2)结霜部位集中，容易除霜，除霜容易做到除霜干净；(3)结构简单，容易实现；(4)制冷时可以加大高湿地区的除湿效果，提高制冷舒适度。
附图说明：
图1为实施例1示意图；
图2为实施例2示意图；
图3为实施例3示意图；
图4为实施例4示意图。
附图的部件名称与编号如下：压缩机1，四通阀2，室外侧换热器3，第一、二路气态制冷剂集气管4G、5G，第一、二路液态制冷剂分液管4F、5F，节流阀7和单向阀8并联组成的制热节流组件6，节流阀10和单向阀11并联组成的制冷节流组件9，室内换热器12，气液热交换器13，气液分离器14，电磁阀15、16，压缩机的排气管17，压缩机的吸气管18，连接管19、20、21、22、23，室外侧换热器之间的连接管24、25，制冷剂/水换热器26，水管28，水泵27。
具体实施方式
实施例1、一种高湿地区用空气源热泵，包括依次通过管路串联的压缩机1、四通电磁阀(四通阀)2、室外侧换热器3、制热节流组件6、制冷节流组件9、室内换热器12(制冷剂/空气换热器)，四通阀2的D口连接压缩机1排气管17、C口连接室外侧换热器3，制热节流组件6由节流阀7和单向阀8组成，制冷节流组件9由节流阀10和单向阀11组成，室内换热器12出口接四通阀2的E口，四通阀2的S口接气液分离器14，气液分离器14与压缩机1吸气管18连接。
制热节流组件6与制冷节流组件9之间管路上串联有气液热交换器13，四通阀2的S口通过连接管23接气液热交换器13，气液热交换器13通过连接管22接气液分离器14。
与四通阀2的C口连接的气态制冷剂集气管20分两路4G、5G与室外侧换热器3串联连接，与室外侧换热器3连接的液态制冷剂分液管4F、5F并联后与制热节流组件6连接，上部液态制冷剂分液管4F与压缩机1的排气管17之间、四通阀2的C口与气液分离器14之间分别通过串有电磁阀16、15的连接管19、21形成排气旁通回路和回气旁通回路。
室外侧换热器3由冷却干燥用盘管部分3A和普通换热部分3B构成，冷却干燥用盘管部分3A为翅片管换热器，其翅片间距大于普通换热部分3B翅片间距，冷却干燥用盘管部分3A直径小于普通换热部分3B传热管直径。
热泵在制冷、制热和除霜运行状态下制冷剂的流动方向如下：
制冷运行时，电磁阀15、16断电，四通阀2断电，制冷剂的流向为：压缩机1的排气依次经过排气管17、四通阀的D口和C口、连接管20、室外侧换热器3、单向阀8、气液热交换器13、节流阀(制冷膨胀阀)10、室内换热器12、四通阀的E口和S口、连接管23、气液热交换器13、连接管22、气液分离器14，最后通过吸气管18回到压缩机1，完成制冷循环。通过设置气液热交换器13，室外侧换热器3出来的液态制冷剂得到充分过冷，能够加强高湿地区的除湿效果，提高制冷的舒适性。
制热运行时，电磁阀15、16断电，四通阀2得电，制冷剂的流向为：压缩机1的排气依次经过排气管17、四通阀的D口和E口、室内换热器12、单向阀11、气液热交换器13、节流阀(制热膨胀阀)7、室外侧换热器3、连接管20、四通阀的C口和S口、连接管23、气液热交换器13、连接管22、气液分离器14，最后通过吸气管18回到压缩机，完成制热循环。通过设置气液热交换器13，室内换热器12出来的液态制冷剂得到充分过冷，能够加强高湿地区的室外侧换热器3B部分的干燥除湿效果，减慢换热器3A部分的结霜速度，减少除霜频率，提高制热的舒适性。
除霜时，电磁阀15、16得电，四通阀2断电，制冷剂的流向为：压缩机1的排气依次经过排气管17、电磁阀16、连接管19、第一、二路液态制冷剂分液管4F、5F，室外侧换热器的3B部分，连接管24、25，室外侧换热器的3A部分，第一、二路气态制冷剂集气管4G、5G，连接管20、21，电磁阀15，最后通过吸气管18回到压缩机，完成除霜循环。由于循环中的制冷剂没有通过室内换热器、节流阀、四通阀、气液分离器，系统的阻力小，制冷剂的质量流量加大，能够完全除霜，可以加快除霜速度，缩短除霜时间，提高热泵的舒适性。
实施例2、本实施例中，省去实施例1中的气液热交换器13，连接管2
3直接与气液分离器14连接。其他同实施例1。制冷、制热和除霜运行状态下制冷剂的流动方向与实施例1相同。
实施例3、本实施例中，把实施例1中的室内换热器12(制冷剂/空气换热器)换成制冷剂/水换热器26，同时加上水管28和水泵27。其他同实施例1。本实施例中，冷热量可以通过水输送到不同的空调场所。
实施例4、本实施例中，把实施例2中的室内换热器12(制冷剂/空气换热器)换成制冷剂/水换热器26，同时加上水管28和水泵27，其他同实施例2。
Claims (4)
1、一种高湿地区用空气源热泵，其特征在于，包括依次通过管路串联的压缩机、四通电磁阀、室外侧换热器、制热节流组件、制冷节流组件、室内换热器，四通阀的D口连接压缩机排气管、C口连接室外侧换热器，制热节流组件、制冷节流组件分别由节流部件和单向阀组成，室内换热器出口接四通阀的E口，四通阀的S口接气液分离器，气液分离器与压缩机吸气管连接；与四通阀C口连接的气态制冷剂集气管分两路与室外侧换热器串联连接，与室外侧换热器连接的液态制冷剂分液管并联后与制热节流组件连接，上部液态制冷剂分液管与压缩机排气管之间、四通阀的C口与气液分离器之间分别通过串有电磁阀的连接管形成排气旁通回路和回气旁通回路。
2、如权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，制热节流组件与制冷节流组件之间管路上串联有气液热交换器，四通阀S口接气液热交换器，气液热交换器接气液分离器。
3、如权利要求1或2所述的空气源热泵，其特征在于，室外侧换热器由冷却干燥用盘管部分和普通换热部分构成，冷却干燥用盘管部分为盘管换热器或者翅片管换热器。
4、如权利要求3所述的空气源热泵，其特征在于，当冷却干燥用盘管部分采用翅片管换热器时其翅片间距大于普通换热部分翅片间距，当冷却干燥用盘管部分采用盘管换热器时盘管直径小于普通换热部分传热管直径。
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