CN1844807A - 空气源热泵冷热水机组的除霜装置及方法 - Google Patents

Abstract

空气源热泵冷热水机组的除霜装置及方法是为解决现有四通阀换向除霜方式给制冷系统所带来的诸多弊端，提供一种可靠性高，缩短除霜时间，改善除霜效果，提高热泵机组供热效率和空调系统舒适性的空气源热泵冷热水机组的除霜装置及方法，该方法利用制冷系统压缩机(5)排气管至电子膨胀阀(6)前的除霜回路，将压缩机(5)的高温高压排气直接引到电子膨胀阀(6)前，再经过电子膨胀阀(6)的等焓节流将压缩机(5)排气引入翅片管式换热器(8)中，利用压缩机(5)排气的热量将翅片管式换热器(8)翅片侧的霜层除掉，同时通过调节电子膨胀阀(6)控制制冷剂流量，保证制冷剂在翅片管式换热器(8)中只进行显热交换而不进行冷凝。

Description

空气源热泵冷热水机组的除霜装置及方法

技术领域

本发明涉及一种空气源热泵系统的除霜方法及其实现这方法的装置，属于制冷系统设计和制造的技术领域。

背景技术

空气源热泵冷热水机组由于具有节能兼顾供冷供热、使用灵活、方便、初投资少、所占空间小等优点在我国大部分地区得到广泛应用。但空气源热泵冷热水机组在冬季制热运行时遇到的最大问题是蒸发器表面结霜，由于霜层的形成与增长，加大了蒸发器表面与空气间的传热热阻，增加了气流通过蒸发器时的流动阻力，使得通过蒸发器的空气流量下降，换热效率明显降低，导致由空气和蒸发器之间换热量下降，热泵机组的工作状况恶化，甚至不能正常工作。因此风冷热泵在结霜条件下运行时必须适时除霜。

目前对空气源热泵机组常用的除霜方法是通过系统逆向循环(制冷循环)来实现。但这种传统的四通阀换向除霜方法存在一系列弊端：除霜时由于四通阀换向，制冷系统原来的高低压部分切换，这使制冷系统压缩机出现“奔油”现象，降低压缩机的可靠性和使用寿命；除霜时制冷剂要从供热系统中吸取热量用于除霜，这造成供热水温度急剧波动，因而影响了空调系统的舒适性；同时从除霜开始到除霜结束，四通阀要动作两次，系统的高低压部分需切换两次再重新建立压力和温度平衡，这不仅造成大量能量损失而且使系统除霜过程总的时间加长。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为解决现有四通阀换向除霜方式给制冷系统所带来的诸多弊端，提供一种可靠性高，缩短除霜时间，改善除霜效果，提高热泵机组供热效率和空调系统舒适性的空气源热泵冷热水机组的除霜装置及方法。

技术方案：本发明的空气源热泵冷热水机组的除霜装置中四通阀的a端接翅片管式换热器，b端接压缩机，c端接水侧换热器的e端，d端接气液分离器，气液分离器的出端接压缩机；水侧换热器的f端分别接第一单向阀、第二单向阀，第一单向阀的另一端接第三单向阀，第二单向阀的另一端接第四单向阀，第三单向阀、第四单向阀的另一端相连通与除霜辅助电磁阀和翅片管式换热器相接；储液器、过滤器、供液电磁阀、电子膨胀阀顺序串联连接，其储液器的一端接第一单向阀与第三单向阀之间，电子膨胀阀的一端接第二单向阀与第四单向阀之间；除霜电磁阀的一端接除霜辅助电磁阀，除霜电磁阀的另一端接供液电磁阀与电子膨胀阀之间，翅片温度传感器安装在翅片管式换热器的翅片上，除霜压力传感器安装在翅片管式换热器与四通阀的a端的连接管路上，环境温度传感器安装在翅片管式换热器的空气进口出。

本发明的空气源热泵冷热水机组除霜方法是：利用制冷系统压缩机排气管至电子膨胀阀前的除霜回路，将压缩机的高温高压排气直接引到电子膨胀阀前，再经过电子膨胀阀的等焓节流将压缩机排气引入翅片管式换热器中，利用压缩机排气的热量将翅片管式换热器翅片侧的霜层除掉，同时通过调节电子膨胀阀控制制冷剂流量，保证制冷剂在翅片管式换热器中只进行显热交换而不进行冷凝，即是利用制冷剂的显热而不包括潜热来进行除霜，在除霜过程中四通阀不换向，这样原有因四通阀换向除霜所带来的各种问题都得到了避免。

在正常制热时，翅片管式换热器是作为系统的蒸发器，制冷剂经过电子膨胀阀节流后在其中蒸发，最后变为过热蒸汽。该过程制冷剂从空气中吸取热量，此时蒸发器表面的霜层温度近似等于蒸发温度但都低于环境温度。当进行显热除霜时，制冷剂在翅片管式换热器中开始被冷却，制冷剂降温同时将热量经过管壁传给霜层和空气，霜层开始吸热融化。随着制冷剂的继续流动，制冷剂进一步降温，此时制冷剂是否会因为放出潜热而冷凝呢？从图1压焓图上可以看到，制冷剂不冷凝的条件是翅片管式换热器中制冷剂压力所对应的饱和温度低于管外的霜层温度。因为这时制冷剂没有办法将它的冷凝潜热排放，最多制冷剂只能冷却到和霜层温度相等。正常制热时，翅片管式换热器表面霜层的温度最低也只是近似等于这时换热器中压力所对应的蒸发温度。因此除霜时翅片管式换热器中制冷剂不冷凝的条件是控制翅片管式换热器中制冷剂压力低于正常制热运行时其制冷剂压力即可，或者是控制翅片管式换热器中制冷剂压力所对应的饱和温度低于翅片管式换热器表面霜层温度。

因此保证显热除霜正常运行(制冷剂在翅片管式换热器中只进行显热交换而不冷凝)的关键是整个除霜过程中对翅片管式换热器中制冷剂压力进行控制。而通过控制电子膨胀阀的开度变化和除霜辅助电磁阀就可实现对翅片管式换热器中制冷剂压力的调节，从而实现显热除霜循环，并尽可能缩短除霜时间。

有益效果：该除霜方式的优点是：在除霜过程中四通换向阀不需要动作，制冷系统压缩机不会出现“奔油”现象，提高压缩机的可靠性和使用寿命；除霜时制冷剂不从供热系统中吸取热量用于除霜，使供热系统水温度波动很小，提高了空调系统的舒适性；从除霜开始到除霜结束，四通换向阀不需要动作两次，避免了系统高低压部分切换两次再重新建立压力和温度平衡所带来的大量能量损失，同时使系统除霜过程总的时间缩短，提高热泵系统的单位时间供热率。

附图说明

图1是本发明热泵机组除霜方式在压焓图上表示的循环原理图。

图2是实现本发明空气源热泵冷热水机组除霜方式的装置图。

以上的图中有：四通阀1，供液电磁阀2，翅片温度传感器31，除霜压力传感器32，环境温度传感器33，除霜电磁阀4，压缩机5，电子膨胀阀6，储液器7，翅片管式换热器8，气液分离器9，除霜辅助电磁阀10，过滤器11，水侧换热器12，第一单向阀13，第二单向阀14，第三单向阀15，第四单向阀16。

具体实施方式

显热除霜循环在压焓图上可以近似表示为三个过程：过程1-2表示压缩机的压缩从起始到终止的过程。在该过程中制冷剂从低温低压的气体压缩成高温高压的气体。过程2-3表示高温高压的制冷剂气体经过电子膨胀阀节流后成为高温低压的气体。过程3-1表示高温低压的制冷剂气体在空气换热器中降温，放出热量，同时也是换热器翅片上霜层融化的过程。

该装置中四通阀1的a端接翅片管式换热器8，b端接压缩机5，c端接水侧换热器12的e端，d端接气液分离器9，气液分离器9的出端接压缩机5；水侧换热器12的f端分别接第一单向阀13、第二单向阀14，第一单向阀13的另一端接第三单向阀15，第二单向阀14的另一端接第四单向阀16，第三单向阀15、第四单向阀16的另一端相连通与除霜辅助电磁阀10和翅片管式换热器8相接；储液器7、过滤器11、供液电磁阀2、电子膨胀阀6顺序串联连接，其储液器7的一端接第一单向阀13与第三单向阀15之间，电子膨胀阀6的一端接第二单向阀14与第四单向阀16之间；除霜电磁阀4的一端接除霜辅助电磁阀10，除霜电磁阀4的另一端接供液电磁阀2与电子膨胀阀6之间，翅片温度传感器31安装在翅片管式换热器8的翅片上，除霜压力传感器32安装在翅片管式换热器8与四通阀1的a端的连接管路上，环境温度传感器33安装在翅片管式换热器8的空气进口出。

显热除霜方式实现的装置流程图如图2所示，通过环境温度传感器检测环境温度，通过除霜压力传感器检测空气换热器中的压力，并将此压力转换为制冷剂蒸发温度。随着热泵机组在结霜工况下的制热运行，空气换热器上霜层的厚度将不断增加，环境温度与蒸发温度的差值也不断增加，环境温度与蒸发温度的差值可表征空气换热器中结霜的程度。因此当这差值达到一定值时，可以作为除霜启动信号，制冷系统开始运行除霜循环。

除霜循环在装置上的具体过程为：1、四通阀不动作，供液电磁阀关闭，停止向蒸发器中供液，除霜电磁阀打开；2、制冷剂经过压缩机压缩后排出，因供液电磁阀关闭，制冷剂将通过除霜电磁阀到达电子膨胀阀前；3、高温高压的制冷剂过热蒸气通过电子膨胀阀节流降压变成低压高温的制冷剂蒸气；4、节流后高温低压的制冷剂经过单向阀后，进入翅片管式换热器，在翅片管换热器的流动过程中同时降温放出热量，并且将换热器翅片上霜层除掉；5、制冷剂从翅片管式换热器出来，经过四通阀、气液分离器进入压缩机；6、压缩机吸取低温低压气体进行压缩并排出。当翅片管换热器中压力太低时通过打开除霜辅助电磁阀可旁通一部分制冷剂进入换热器，在保证系统进行显热除霜循环的前提下，尽可能提高翅片管换热器中的压力，以缩短除霜时间，节约能量。

空气源热泵冷热水机组的除霜装置的除霜方法利用制冷系统压缩机5排气管至电子膨胀阀6前的除霜回路，将压缩机5的高温高压排气直接引到电子膨胀阀6前，再经过电子膨胀阀6的等焓节流将压缩机5排气引入翅片管式换热器8中，利用压缩机5排气的热量将翅片管式换热器8翅片侧的霜层除掉，同时通过调节电子膨胀阀6控制制冷剂流量，保证制冷剂在翅片管式换热器8中只进行显热交换而不进行冷凝，即是利用制冷剂的显热而不包括潜热来进行除霜，在除霜过程中四通阀1不换向。

在除霜过程中通过控制电子膨胀阀开度和除霜辅助电磁阀实现翅片管换热器中制冷剂流量的调节，保证制冷剂只在换热器中进行显热交换，而不进行潜热交换，既制冷剂只降温不冷凝。

随着除霜过程的进行，翅片管式换热器翅片表面的霜层不断融化，通过翅片温度传感器可测得翅片管式换热器的出口翅片温度，等此温度达到某一值时(如10℃)表示翅片管式换热器上的霜层化尽，此时结束除霜循环，关闭除霜电磁阀，打开供液电磁阀重新开始制热循环。

Claims (2)

1.一种空气源热泵冷热水机组的除霜装置，其特征在于该装置中四通阀(1)的a端接翅片管式换热器(8)，b端接压缩机(5)，c端接水侧换热器(12)的e端，d端接气液分离器(9)，气液分离器(9)的出端接压缩机(5)；水侧换热器(12)的f端分别接第一单向阀(13)、第二单向阀(14)，第一单向阀(13)的另一端接第三单向阀(15)，第二单向阀(14)的另一端接第四单向阀(16)，第三单向阀(15)、第四单向阀(16)的另一端相连通与除霜辅助电磁阀(10)和翅片管式换热器(8)相接；储液器(7)、过滤器(11)、供液电磁阀(2)、电子膨胀阀(6)顺序串联连接，其储液器(7)的一端接第一单向阀(13)与第三单向阀(15)之间，电子膨胀阀(6)的一端接第二单向阀(14)与第四单向阀(16)之间；除霜电磁阀(4)的一端接除霜辅助电磁阀(10)，除霜电磁阀(4)的另一端接供液电磁阀(2)与电子膨胀阀(6)之间，翅片温度传感器(31)安装在翅片管式换热器(8)的翅片上，除霜压力传感器(32)安装在翅片管式换热器(8)与四通阀(1)的a端的连接管路上，环境温度传感器(33)安装在翅片管式换热器(8)的空气进口出。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵冷热水机组的除霜装置的除霜方法，其特征在于利用制冷系统压缩机(5)排气管至电子膨胀阀(6)前的除霜回路，将压缩机(5)的高温高压排气直接引到电子膨胀阀(6)前，再经过电子膨胀阀(6)的等焓节流将压缩机(5)排气引入翅片管式换热器(8)中，利用压缩机(5)排气的热量将翅片管式换热器(8)翅片侧的霜层除掉，同时通过调节电子膨胀阀(6)控制制冷剂流量，保证制冷剂在翅片管式换热器(8)中只进行显热交换而不进行冷凝，即是利用制冷剂的显热而不包括潜热来进行除霜，在除霜过程中四通阀(1)不换向。

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