CN1403756A - 不间断制热的运行方法及空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及制冷系统，具体涉及一种空调系统可不间断制热的运行方法及空调系统，一种可不间断制热的空调系统，包括依序连接的室外换热器、电磁阀、压缩机、四通换向阀、截止阀、室内换热器、截止阀、电磁阀，还包括串联连接在所述室外换热器与所述截止阀之间的节流装置和单向阀、并联在所述单向阀两端的蓄热换热器、所述蓄热换热器与所述单向阀进口端的连接管路中还设有节流装置、所述蓄热换热器还设有两个分别通过管路与所述电磁阀两端连接的接口，其中一条连接管路中还设有节流装置，空调系统通过控制电磁阀和四通换向阀的运动，可在制热工况下可以自动将其余热以相变潜热的形式保存在蓄热换热器中，在空调系统除霜运行阶段将自动释放其热量；解决了空调系统在除霜过程中室内不能制热的问题，使热泵空调系统可不间断制热。

Description

不间断制热的运行方法及空调系统

技术领域

本发明涉及热泵式制冷系统，具体涉及一种能使得具有蓄热、放热功能的空调系统在制热和除霜过程中，可不间断制热的运行方法，本发明还涉及一种基于上述运行方法的不间断制热的空调系统。

背景技术

在现有技术中，家用热泵式空调系统基本上是采用如图1所示的系统结构流程，该系统流程与一般的单冷空调系统的区别是采用一个四通换向阀，通过四通换向阀的转换从而达到系统的制冷和制热运行。这种系统流程在制热运行过程中所存在的主要技术缺陷表现在以下几个方面：

1、一般的热泵空调系统在制热运行一段时间之后，室外机换热器表面将出现比较严重的结霜现象，此时空调系统将通过四通换向阀来改变其运行模式，此时其实质上是进行制冷运行，使得室内气体温度下降，而影响空气的人感舒适度；

2、一般热泵空调系统在制热运行开始阶段，室内机的出风温度一般较低，很难达到快速暖房的目的，而且当室外环境条件比较恶劣的情况下工作时，将可能出现室内空气温度长时间达不到用户的期望温度，从而严重影响系统的人感舒适度。尽管现有的空调系统采用辅助电加热器来解决这些问题，但是采用辅助电加热器存在对设备的损坏和安全问题；

3、一般的热泵空调系统很难根据环境条件的变化而调节制热能力的输出，要达到空调系统的制热能力的输出随环境条件的改变而改变，通常是采用变频技术，然而采用变频技术一方面存在相当多的技术难题，另一方面系统造价高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种通过在空调系统中设置蓄热、放热装置，使热泵式空调系统在制热运行时，可不间断地连续供热的运行方法，使人们在使用空调系统制热时，不会产生间断性的温差变化，感觉舒适，本发明要解决的另一个技术问题是，提供一种基于上述运行方法的不间断制热的空调系统，使人们在使用空调系统制热时感觉更舒适，系统的组成结构简单，易于实现。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种空调系统以及不间断制热的运行方法，其特征在于，是在热泵式空调系统中增设有与系统相连通的蓄热、放热装置和控制开关，其不间断制热的运行步骤如下：

在热泵式空调系统进行制热运行时，通过连接在空调系统中的管路和控制开关，将已经流过室内换热器进行换热后的制冷剂，再流过系统中的蓄热换热器，使制冷剂中的余热与蓄热换热器内的相变材料进行热交换后再经过节流后进入室外换热器(蒸发器)，蓄热器以相变的方式储存有热能；

当需进行除霜运行时，控制系统发出除霜运行指令，同时降低室内换热器的送风量，制冷剂继续流过室内换热器并放出一部份热能，再通过控制开关使得还具有一定热能的制冷剂流经室外换热器放热除霜，同时使室外机的风扇停止运行；

在系统中的开关控制下，使已流过室外换热器进行除霜换热后的制冷剂经节流后再进入蓄热放热器，与蓄热放热器中的相变蓄热材料进行热能交换，带走蓄热器中的热能后，再流入压缩机中；

空调系统在控制系统的控制下，重复上述制热和除霜运行步骤，使空调系统在除霜运行时可不间断地进行制热。

构造一种可不间断制热的空调系统，其特征在于，包括依序连接的室外换热器、电磁阀、压缩机、四通换向阀、截止阀、室内换热器、截止阀、电磁阀，还包括串联连接在所述室外换热器与所述截止阀之间的节流装置和单向阀、并联连接在所述单向阀两端的蓄热放热器、所述蓄热放热器与所述单向阀进口端的连接管路中还设有节流装置、所述蓄热换热器还设有两个分别通过管路与所述电磁阀两端连接的接口，并在其中一条管路中设有节流装置。

在上述按照本发明提供的可不间断制热的空调系统中，其特征在于，所述节流装置可以是毛细管也可以是电子膨胀阀。

在上述按照本发明提供的可不间断制热的空调系统中，其特征在于，所述蓄热换热器中设有有机——无机复合相变材料。

实施本发明所提供的空调系统不间断制热的运行方法及空调系统，与一般的热泵空调系统相比，在系统中增设有一个蓄热换热器和两个控制电磁阀以及其相应的管路，在蓄热换热器内装满一种有机——无机复合相变材料，这种复合相变材料可起到极其重要的蓄热和放热作用，空调系统通过控制系统控制电磁阀和四通换向阀的运动，在制热工况下可以自动将部份余热以相变潜热的形式保存在蓄热换热器中，在空调系统除霜运行阶段控制系统可使空调系统继续为室内热交换器提供热能，并使得蓄热换热器向经过室外换热器的制冷剂交换其存有的热量；解决了空调系统在除霜过程中室内不能制热的问题，可使得热泵空调系统实现不间断制热。下面结合附图，用优选的实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为原热泵空调系统的组成结构示意图；

图2为本发明热泵空调系统的组成结构示意图；

图3为本发明热泵空调系统在制冷运行时的冷媒流向示意图；

图4为本发明热泵空调系统在制热蓄热运行时的冷媒流向示意图；

图5为本发明热泵空调系统在制热除霜运行时的冷媒流向示意图。

具体实施方式

本发明主要是针对当前的制冷系统流程所存在的缺陷，结合流体力学理论、工程热物理理论、传热传质理论以及相变蓄热技术等，从而设计出一种新型的制冷循环系统流程，可使空调系统在制热工况下可以自动将其余热以相变潜热的形式保存在起来，在空调系统除霜运行阶段将自动释放其热量；从而解决空调系统除霜过程中室内可不间断制热的问题，使得空调系统达到不间断制热；系统流程对空调系统的正常制冷、制热运行无任何干扰作用；该技术采用一种有机——无机相变复合材料作为蓄热材料(现有技术)。

采用本发明的空调系统的组成结构如图2所示，包括依序连接的室外换热器10、电磁阀12、压缩机1、四通换向阀2、截止阀3、室内换热器4、截止阀5、电磁阀6，还包括串联连接在室外换热器10与截止阀5之间的节流装置9和单向阀7、并联连接在单向阀7两端的蓄热放热器13、蓄热放热器13与单向阀7进口端的连接管路中还设有节流装置8、蓄热换热器13还设有两个分别通过管路与所述电磁阀12两端连接的接口，并在其中一条管路中设有节流装置11，在蓄热放热器13中设置有一种有机——无机相变复合材料为蓄热材料。

下面通过附图进一步说明本发明的不间断制热空调系统的工作原理；

在正常制冷运行时：

空调系统的正常制冷运行流程如图3所示，管路上的箭头为制冷剂的流动方向，制冷剂经压缩机1压缩升温升压后，制冷剂将直接进入四通换向阀2，此时四通换向阀2处于断电状态，因此流体通过四通换向阀2后将通过电磁阀12，电磁阀12为常开状态，此时电磁阀12处于断电状态，流过电磁阀12的制冷剂将进入室外换热器10(冷凝器)，制冷剂通过室外换热器(冷凝器)与室外环境的空气强制换热后，转变为一种饱和或者过冷的制冷剂液体，此时由于电磁阀6处于断电状态，使得与电磁阀6相连接的管路关闭，这种过冷的制冷剂液体将经过毛细管9(或者电子膨胀阀)节流后变为一种低温、低压的液相或者汽液两相混合物，由于与蓄热放热器13相连接的管路有毛细管8的存在，大大增加了管路的流动阻力，在这种情况之下这种两相混合的制冷剂只能通过管路进入单向阀7，流过单向阀7的制冷剂经过一段管路后通过截止阀5进入室内机组的连接管路23，从连接管路23而来的制冷剂进入室内换热器4(蒸发器)，低温低压的制冷剂在室内换热器管内与室内空气进行换热，一方面制冷剂大量吸收空气所传递的热量(含潜热和显热)使得室内空气的温度和湿度不断降低，另一方面制冷剂通过吸热后变为饱和或者过热气体，这种低压、低温的制冷剂气体将经过室内外机组连管23后，直接通过截止阀3后进入四通换向阀2，经过四通换向阀2的制冷剂气体将直接返回压缩机1，从而实现制冷过程循环。

正常制热(蓄热)运行时：

空调系统的正常制热运行流程如图4所示，管路上的箭头为制冷剂的流动方向，制冷剂经压缩机1压缩升温升压后，气体将直接进入四通换向阀2，此时四通换向阀2处于送电状态，因此流体通过四通换向阀2后将进入截止阀3，通过制冷剂流通管路23后，这种高温、高压的制冷剂气体将进入室内换热器4(冷凝器)，高温、高压的制冷剂气体在室内换热器4管内与室内空气进行换热，一方面制冷剂大量放出热量，通过换热管和换热翅片将热量传递给室内空气，从而使得室内空气的温度不断升高，达到人们所期望的空气温度，另一方面制冷剂通过放热后变为饱和或者过冷液体，此时这种饱和或者过冷液体一般还具有较高的温度，因此这种饱和或者过冷的制冷剂液体通过截止阀5后，此时空调系统的控制系统可使电磁阀6处于断电状态(电磁阀6为常闭型)，而单向阀7是反向连接在管路中的也处于关闭状态，因此制冷剂液体只能通过管路进入蓄热放热器13，制冷剂液体在蓄热换热器13内部与相变蓄热材料进行热交换，制冷剂将其显热交换给蓄热材料，蓄热材料以相变潜热的形式保存起来，这种高压的制冷剂液体经过蓄热换热器13换热后，从另一个接口通过管路直接进入毛细管8(可为电磁膨胀阀)，饱和或者过冷高压液体经过初步节流后，再进入另一段毛细管9(或者电磁膨胀阀)进行更为深入的节流，经过节流后的制冷剂流体为低温、低压的汽液两相混合物，这些汽液两相混合物直接进入室外换热器10(蒸发器)，低温低压的制冷剂在室外换热器管内与室外空气进行换热，制冷剂大量吸收空气所传递的热量(含潜热和显热)，制冷剂通过吸热后变为饱和或者过热气体，这种低压、低温的制冷剂气体经过一段管路后将通过一电磁阀12(电磁阀12为常开型)，此时电磁阀12处于断电状态，制冷剂气体流过电磁阀12后将进入四通换向阀2，流过四通换向阀2后的制冷剂气体直接返回到压缩机1入口，从而实现过程循环。

制热除霜运行时：

制冷系统在制热运行一段时间之后由于室外空气中含有一定量的水分，而且室外换热器的表面温度又比较低，此时将有部分水蒸汽在换热器表面凝结为霜层，这些霜层的存在将一方面降低换热器的对流传热系数，另一方面将降低通过换热器的风量，因此当霜层厚度达到一定程度之后，系统必须对霜层进行去除。从而达到提高换热器的换热性能和换热器的风量；

空调系统在进行除霜时也能正常制热的过程如图5所示，管路上的箭头为系统中制冷剂的流向，制冷剂经压缩机1压缩升温升压后，气体将直接进入四通换向阀2，此时四通换向阀2处于送电状态，因此流体通过四通换向阀2后将进入截止阀3，通过一段管路23后，这种高温、高压的制冷剂气体将进入室内换热器4(冷凝器)，高温、高压的制冷剂气体在室内换热器4管内与室内空气进行部分换热，通过调节室内机的风量而达到调节流过换热器的制冷剂气体的温度，流过室内换热器4的制冷剂气体经过换热后将转变为饱和的制冷剂汽体或者汽液两相混合物，因此这种饱和的制冷剂汽体或汽液两相制冷剂经过截止阀5后，此时可使电磁阀6处于送电状态(电磁阀6为常闭型)，电磁阀6所连接的管路导通，而单向阀7为反向处于关闭状态，连接蓄热换热器13到室外换热器10的管路由于有毛细管8和毛细管9的存在而使得其流动阻力极大，因此此时这种饱和的制冷剂汽体或汽液两相制冷剂将通过电磁阀6，通过电磁阀6的制冷剂将直接进入室外换热器10(冷凝器)，此时这种饱和的制冷剂汽体或汽液两相制冷剂将在室外换热器10管内与室外换热器管外以及翅片表面的霜层进行热交换(为了减少热量的损失，此时室外机的风机处于断电状态)，这种饱和的制冷剂汽体或汽液两相制冷剂将放出大量的热量，一方面将制冷剂汽体转变为一种过冷的制冷剂液体，另一方面换热管以及管外翅片表面的霜层吸收大量的热量，使得霜层融化为液态的水，从而达到还原室外换热器的换热能力，流过室外换热器10的液体将通过一段管路，此时可使电磁阀12(电磁阀12为常开型)处于通电状态，因此连接电磁阀12的管路被关闭，此时制冷剂液体将进入毛细管11，制冷剂液体经过毛细管11深度节流后转变为汽液两相混合物通过一段管路，直接进入蓄热换热器13，汽液两相的制冷剂在蓄热换热器内部与相变蓄热材料进行热交换，制冷剂吸收大量的热量转变为一种过热或者饱和的制冷剂气体，而相变蓄热材料将由于放出热量，由液相转变为固相，此时这种过热或者饱和的制冷剂气体将通过一段管路后进入四通换向阀2，流过四通换向阀2后的制冷剂气体直接返回到压缩机1入口，从而实现在除霜过程中可不间断制热的过程循环。

本发明的优点在于：

1、本发明的空调制冷系统流程与一般热泵空调系统的制冷系统流程相比，要复杂一些，其根本区别在于，本发明所提供的制热除霜流程和系统能实现在制热过程中的自动蓄热和放热功能，从而实现不间断制热。

2、空调系统所需要的配件只增加了两个电磁阀、一个蓄热器和相应的管路，这些配件与空调系统的连接容易实现。

Claims (7)

1、一种不间断制热的运行方法，其特征在于，在热泵式空调系统中设有与系统相连通的蓄热放热器和控制开关，其不间断制热的运行步骤如下：

在热泵式空调系统进行制热运行时，通过连接在空调系统中的控制开关，将已经流过室内换热器进行换热后的制冷剂，再流过系统中的蓄热换热器，使制冷剂中的余热与蓄热放热器进行热交换后经过节流后，再进入室外换热器，蓄热器以相变的方式储存有热能；

当需进行除霜运行时，控制系统发出除霜运行指令，同时降低室内换热器的送风量，制冷剂继续流过室内换热器并放出一部份热能，再通过控制开关使得还具有一定热能的制冷剂流经室外换热器放热除霜，同时使室外机中的风扇停止运行；

通过控制管路中的开关，将已流过室外换热器进行除霜换热后的制冷剂经节流后，再流经蓄热放热器，与蓄热放热器中的相变蓄热材料进行热能交换，带走蓄热器中的热能后，再流入压缩机中；

空调系统在控制系统的控制下，根据环境的需要，重复上述制热和除霜运行步骤，使空调系统在进行除霜运行时可不间断地进行制热。

2、根据权利要求1所述不间断制热的运行方法，其特征在于，所述蓄热放热器中设有有机——无机复合相变材料。

3、一种可不间断制热的空调系统，其特征在于，包括依序连接的室外换热器(10)、电磁阀(12)、压缩机(1)、四通换向阀(2)、截止阀(3)、室内换热器(4)、截止阀(5)、电磁阀(6)，还包括串联连接在所述室外换热器(10)与所述截止阀(5)之间的节流装置(9)和单向阀(7)、并联连接在所述单向阀(7)两端的蓄热放热器(13)、所述蓄热放热器(13)与所述单向阀(7)进口端的连接管路中还设有节流装置(8)、所述蓄热放热器(13)还设有两个分别通过管路与所述电磁阀(12)两端连接的接口，其中一条连接管路中还设有节流装置(11)。

4、根据权利要求3所述可不间断制热的空调系统，其特征在于，所述节流装置(8)可以是毛细管也可以是电子膨胀阀。

5、根据权利要求3所述可不间断制热的空调系统，其特征在于，所述节流装置(9)可以是毛细管也可以是电子膨胀阀。

6、根据权利要求3所述可不间断制热的空调系统，其特征在于，所述节流装置(11)可以是毛细管也可以是电子膨胀阀。

7、根据权利要求3-6之一所述可不间断制热的空调系统，其特征在于，所述蓄热放热器(13)中设有有机——无机复合相变材料。

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