CN208025887U - 一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵 - Google Patents

Abstract

一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵包括制热主循环系统、热气旁通支路和回液支路；多组蒸发器并联，制热、融冰脱冰交替进行，旁通高压热气与从回液阀来的制冷剂液态混合降温，旁通阀控制旁通支路压力恒定，融冰脱冰效率很高，液态制冷剂以稳定流量进入分液器，对制热主循环系统运行中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响很小，机组运行连续稳定高效，系统结构简单，可以有效降低热泵机组的投资成本和运行费用。

Description

一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵

技术领域

本实用新型涉及制冷技术领域，尤其是一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵。

背景技术

空气源热泵兼顾供冷供热、占用空间小、节能、环保、方便等优点，但空气源热泵机组冬季不仅低温工况下制热效率低下，其结霜融霜问题也是影响空气源热泵机组冬季制热能力和运行效率的重要因素，其设计工况还必须满足当地极端低温条件，造成空气源热泵机组配置功率大，总体成本高，效率低；目前空气源热泵常用的除霜方式有热气旁通除霜和热气逆流除霜，还有相变蓄能除霜、电加热冷媒除霜等，它们都属于间断除霜，在除霜时，机组的制热功能停止，待除霜完成后才恢复制热功能，除霜过程所造成系统内压力的波动和冲击很大，会极大地影响系统的运行状态，进而影响设备的制热能力、效率和寿命。有一种连续制热的双蒸发器交替除霜方式，采用两个蒸发器相互串联，分设于毛细管两端，通过控制四通阀来切换两个蒸发器相对于毛细管的前后位置，位于毛细管前的一个蒸发器用作高温高压制冷剂的高压过冷器，利用高温制冷剂的显热来除霜，位于毛细管后的另一个蒸发器用作低压蒸发器吸热，适时通过四通阀动作，使两个蒸发器相对于毛细管的前后位置互换，蒸发器的除霜放热和吸热制热功能也同时互换，优点是能够利用高温液体制冷剂的显热来除霜，机组能够连续制热，缺点是高温制冷剂的显热总热量不可以根据除霜量所需的热量来灵活调节，除霜进度不可控，尤其毛细管前后的蒸发器内的制冷剂状况完全不同，用作高压过冷器的毛细管前的蒸发器内充满高压液态制冷剂，四通阀突然切换时，毛细管的制冷剂流量控制作用完全失效，高压过冷器突变为低压蒸发器，低压蒸发器内瞬间充满高压液态制冷剂，制冷剂将剧烈蒸发气化，将对系统造成大幅冲击。 再有一种连续制热热气旁通除霜方式，机组能够连续制热，它有多组蒸发器，各组蒸发器轮流除霜，其他蒸发器的制冷剂在正常蒸发吸热，制冷剂热气从压缩机出口旁通到需除霜的蒸发器，除霜产生的液态制冷剂直接进入蒸发换热系统，由于除霜过程中除霜蒸发器内温度的大幅波动带来除霜蒸发器内制冷剂压力的大幅波动，那么从除霜蒸发器内直接进入蒸发系统的制冷剂流量就不能做到稳定控制，必定会带来系统蒸发环节的不稳定，进一步影响整机高效连续稳定运行。

水源热泵是高效节能的制冷供暖装置，但是需要大量10℃以上的温水资源，在冬季，北方地区10℃以上温水资源严重不足，目前水源热泵的大规模应用受到非常严格的限制。水变为冰可以放出大量0℃的相变潜热，相当于同质量80℃温差的水的显热，冬季，10℃以上的温水资源缺乏，0℃以上未结冰的地表冷水（江河湖海水、中水）资源却比较丰富，采用制冰机来补水吸热排冰，可以提取高热能密度的水冰相变潜热作为0℃低品位热源。

常规制冰机如板冰机、片冰机、块冰机等冬季可以通过制冰来提取0℃水冰相变潜热制热供暖，此大量的0℃热源与低温环境温度无关；常规制冰机夏季也可以在晚上低价谷电时段制冰蓄冰，但是制冰制热名义工况蒸发温度都在-18℃以下，能耗很高，投资很大，不管制冰还是制热经济性都很差。常规板冰机采用管板式换热器或板片式换热器，管板式换热器或板片式换热器采用不锈钢板片钎焊或激光焊接制作，成本昂贵，传热效率较低。目前，常规板冰机通常采用热氟冲霜融冰脱冰，机组制冰循环系统间歇运行，效率低，而且对压缩机及其制冷系统的要求很高，加上制冰蒸发温度、蒸发压力都很低，需要采用低温耐冲击压缩机及其配件，系统配置成本过高。另有一种改进型的热气旁通连续融冰脱冰方式，机组能够连续制热制冰，有多组蒸发器，各组蒸发器轮流融霜脱冰，其他蒸发器制冷剂正常蒸发吸热；高温高压制冷剂热气直接从压缩机排气口旁通到需融霜脱冰的蒸发器，融霜脱冰产生的液态制冷剂进入压缩机排气口管路上的冷凝换热器，与压缩机出口高温高压气体换热蒸发，蒸发过程没有制冰，也消耗了压缩机排气口的气体的热量，这样会减少机组的制热量制冰量和降低机组的制冰制热效率。因为膨胀阀对循环制冷剂流量的精确控制直接影响系统的稳定性、能力、效率，专利申请《一种热气旁通加压回流连续除霜装置》提供了一种热气旁通加压回流连续融冰装置，保障了融霜过程中膨胀阀的精确控制，整个机组循环稳定性有了很大的提高，但压缩机出口热气温度通常很高，可以超过100℃，过热气体直接进入融冰蒸发器，一是会造成蒸发器局部冷热不匀，容易引起蒸发器变形，影响蒸发器的材料选用及脱冰性能和蒸发器的使用寿命，二是高温热气直接进入蒸发器，蒸发器局部表面温度高，局部融冰温差大，局部传热快，热量消耗大，融冰量多，既不利于提高制冰效率又不利于提高制热效率。为了解决常规热氟冲霜压缩机出口超过100℃过热气体直接进入融冰蒸发器，造成蒸发器局部冷热不匀，容易引起蒸发器变形的不足，专利申请《一种节能动态板冰热泵》提供一种制冰蒸发器成本低、传热效率高，融冰脱冰过程制冰蒸发器受热均匀、主机循环系统连续稳定，机组配套成本低的节能动态板冰热泵，高压热气在除霜蒸发器组中冷凝液化，冷凝制冷剂经回流储液器用泵加压流入高压储液器，过热热气与来自制冷剂泵出口通过液体返流阀控制流量的液体制冷剂混合，液体制冷剂吸热蒸发，过热热气温度降低成为较低温度的饱和蒸汽，避免高温过热热气直接进入蒸发器，这样对蒸发器没有热冲击，防止蒸发器变形，但是除霜蒸发器组中的压力不稳定，除霜蒸发器组与高压储液器的压差变化大，把液态制冷剂从除霜蒸发器压入高压储液器，需要使用高压泵，增加了泵的配置成本和能耗，在大型装置应用有优势，对于中小型装置则成本较高。

故现有技术有待改进和发展。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：提供一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，采用蒸发器分组并联，阀门控制切换，各蒸发器组制热、融冰脱冰交替进行；其中一组蒸发器在融冰脱冰模式时，采用与膨胀阀并联的回液阀把液态制冷剂分流到热气旁通支路的旁通阀出口管路，通过蒸发液态制冷剂吸收旁通高温热气显热来控制进入融冰脱冰蒸发器的热气温度，防止高温热气直接流入蒸发器，防止融冰脱冰蒸发器局部表面温度过高、局部融冰温差大、局部传热快、热量消耗大、融冰量过多的不足，既利于提高制冰效率又利于提高制热效率；还通过旁通阀后管道的压力来控制旁通阀，使融冰脱冰蒸发器组压力保持恒定，融冰脱冰过程产生的液态制冷剂通过低压储液器缓冲，在恒定压力下通过低压节流阀控制流量，使融冰脱冰产生的液体制冷剂能保持稳定流量自动流入制热主循环系统的分液器，再流入蒸发器蒸发；这样来达到不使用高压制冷剂泵，可以使用低成本吹胀蒸发器，控制进入融冰脱冰蒸发器的热气压力恒定、温度较低，提高融冰脱冰效率，减少融冰脱冰过程对制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的冲击，避免压缩机出口气体的热量消耗，使整机运行连续稳定高效、结构简单、成本低的目的。

本实用新型的技术解决方案是： 一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，包括制热主循环系统、热气旁通支路和回液支路；其中，所述制热主循环系统包括依次连接并构成回路的蒸发器、三通阀、压缩机、冷凝器、高压储液器、膨胀阀、分液器、制冰单向阀、蒸发器；所述热气旁通支路包括依次连接的所述压缩机、旁通阀、所述三通阀、所述蒸发器、融冰单向阀、低压储液器、低压节流阀、所述分液器；所述回液支路包括依次连接的所述高压储液器、所述回液阀、所述三通阀；所述旁通阀是压力控制阀，所述旁通阀的压力控制源来自于旁通阀的出口管路，所述旁通阀控制旁通阀出口管路直到低压节流阀的管道内的制冷剂压力是恒定压力，所述旁通阀的出口管路的设定压力范围为系统中制冷剂0-10℃饱和温度所对应的饱和压力，所述旁通阀的出口管路的优化设定压力为制冷剂1℃饱和温度所对应的饱和压力；所述三通阀公共口连通所述蒸发器组，分支口分别连通所述压缩机进气口和通过所述旁通阀连通所述压缩机排气口，通过所述三通阀切换，控制所述蒸发器组在制热模式时与所述压缩机进气口连通，控制所述蒸发器组在融冰脱冰模式时通过所述旁通阀与所述压缩机排气口连通；所述蒸发器通过所述低压节流阀连通所述分液器，所述蒸发器与所述低压节流阀之间有低压储液器，所述低压储液器用来缓冲冷凝液化的制冷剂，所述低压储液器可以采用大的管道来替代；所述低压节流阀可以采用毛细管替代；所述回液支路通过所述回液阀连通所述制热主循环系统和所述热气旁通支路，所述回液阀与所述膨胀阀并联，所述回液阀是温度控制阀，温度控制源来自于所述旁通阀和所述回液阀连通后的管路，所述旁通阀和所述回液阀连通后的管路设定的温度范围0-10℃，所述旁通阀和所述回液阀连通后的管路的优化设定温度为2℃。采用多组蒸发器并联，采用阀门控制切换，各组蒸发器制热、融冰脱冰交替进行。一组蒸发器处于融冰脱冰模式时，其他组蒸发器还在连续制热，从所述压缩机出口引出旁通高压热气，与来自于所述回液阀的液态制冷剂混合蒸发降温，通过压力控制所述旁通阀，使融冰脱冰蒸发器组压力保持恒定，气态制冷剂在融冰脱冰蒸发器组中冷凝液化，融冰脱冰过程产生的冷凝液态制冷剂通过所述低压储液器缓冲，在恒定压力下，经所述低压节流阀，液态制冷剂能保持稳定流量自动流入制热主循环系统的所述分液器，利于膨胀阀流量的稳定控制，减少融冰脱冰过程对制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响，也避免了所述压缩机出口的气体的热量消耗，还防止高温热气流过的蒸发器局部表面温度过高、局部融冰温差大、局部传热快、热量消耗大、融冰量过多。本技术方案还可应用于板冰机、热水器、烘干机等。

本实用新型的有益效果是： 通过对融冰脱冰蒸发器及其旁通支路制冷剂温度、压力的稳定控制，使融冰脱冰所产生的液体制冷剂能保持稳定流量通过所述低压节流阀自动流入制热主循环系统的所述分液器，使蒸发器融冰脱冰过程对制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的影响很小，也避免所述压缩机出口的气体的热量消耗，还防止高温热气流过的蒸发器局部表面温度过高、局部融冰温差大、局部传热快、热量消耗大、融冰量过多；整机运行连续稳定高效，无需配套制冷剂泵，成本配置低，提高机组制冰制热能力和运行效率，降低投资成本和运行费用。

附图说明

图1本实用新型结构示意图；

附图标记说明：1.制热循环主路；11.压缩机；12.冷凝器；13.高压储液器；14.膨胀阀；15.分液器；16.制冰单向阀；17.蒸发器组；18.三通阀；2.热气旁通支路；21.旁通阀；22.低压储液器；23.低压节流阀；24.融冰单向阀；3.回液支路；31.回液阀。

具体实施方式

实施例：参阅图1，一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，包括制热主循环系统、热气旁通支路2和回液支路3；它还包括系统内相连接的制冷系统常规配套部件、管道、阀门及检测控制系统；采用三组换热器并联，使用三个三通阀18分别控制切换，各组换热器制热、融冰脱冰交替进行。蒸发器组17处于制热模式运行时，制热循环主路1导通，所述三通阀18通向压缩机11进气口，制冰单向阀16自动开启，融冰单向阀24自动关闭，制热循环主路1包括依次连接并构成回路的所述蒸发器组17、所述三通阀18、所述压缩机11、冷凝器12、高压储液器13、膨胀阀14、分液器15、所述制冰单向阀16、所述蒸发器组17；制热主循环系统由多条制热循环主路1组成，制热主循环系统一直连续制热运行；制冷剂在制热主循环系统的蒸发器中吸取蒸发器外表面的水的热量蒸发同时制冰，制冷剂在制热主循环系统的所述冷凝器12中放出热量冷凝同时加热冷凝器冷却水。当所述蒸发器组17长时间制热冰层较厚时，启动融冰脱冰模式，热气旁通支路2导通，回液支路3导通，所述三通阀18从通向所述压缩机11进气口转换为通向所述旁通阀21出口，所述融冰单向阀24自动开启，所述制冰单向阀16自动关闭，所述回液阀31由来自于所述旁通阀21和所述回液阀31连通后的管路的设定温度控制启闭，其他换热器处于蒸发制热模式运行，制热主循环系统还一直连续制热运行；热气旁通支路2包括依次连接的所述压缩机11、所述旁通阀21、所述三通阀18、所述蒸发器组17、所述融冰单向阀24、低压储液器22、低压节流阀23、所述分液器15；回液支路3包括依次连接的所述高压储液器13、所述回液阀31、所述三通阀18；从所述制热主循环系统的所述压缩机11出口引出旁通高压热气，所述旁通阀21通过来自于所述旁通阀21出口管路的压力来控制融冰脱冰蒸发器组17及其所连通管路的压力保持为设定压力，所述旁通阀21的出口管路的优化设定压力为制冷剂1℃饱和温度所对应的饱和压力；所述回液阀31与所述膨胀阀14并联，所述回液阀31是温控阀，温度控制源来自于所述旁通阀21和所述回液阀31连通后的管路，所述回液阀31由来自于所述旁通阀21和所述回液阀31连通后的管路的设定温度控制启闭，以控制进入融冰脱冰蒸发器组17的制冷剂过热气体温度在设定温度，所述旁通阀21和所述回液阀31连通后的管路的优化设定温度为2℃，接近0℃的制冷剂气体进入融冰脱冰蒸发器组17，既可以使所述蒸发器组17外表面的冰能融化，充分利用了尽量少的热量高效融化紧贴所述蒸发器组17外表面形成粘性的冰，让板冰失去粘性而脱落，因为温差小又可以避免融化粘接表面以外过多的冰，这样既增加了产冰率又减少了热量损失，大幅减少融冰脱冰过程因为过度融冰而产生的热量和冷量双重损失，可以使融冰脱冰过程对机组的制热制冰效率影响从损失20%降到仅仅损失2%左右；融冰脱冰过程产生的液态制冷剂通过所述低压储液器22缓冲，在恒定压力下，经所述低压节流阀23，冷凝制冷剂保持稳定流量自动流入制热主循环系统的分液器15，利于制热主循环系统所述膨胀阀14流量的稳定控制，减少融冰脱冰过程对制热主循环系统运行过程中制冷剂流量、温度和压力稳定性的冲击，由于冷凝制冷剂通过所述分液器15进入蒸发器去蒸发，也避免消耗所述压缩机11出口的气体的热量，减少了机组的制热量损失，提高了机组制热能力和制热效率。采用本实用新型装置，比热气旁通加压回流连续融冰脱冰方式可以减少高压泵及其配套成本，比其他融冰脱冰方式提高机组制热能力约15%和提高运行效率约15%。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，其特征在于，包括制热主循环系统、热气旁通支路和回液支路，所述回液支路通过回液阀连通所述制热主循环系统和所述热气旁通支路，所述回液阀与膨胀阀并联。

2.根据权利要求1所述的一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，其特征在于，所述制热主循环系统包括依次连接并构成回路的蒸发器、三通阀、压缩机、冷凝器、高压储液器、膨胀阀、分液器、制冰单向阀、蒸发器；所述热气旁通支路包括依次连接的所述压缩机、旁通阀、所述三通阀、所述蒸发器、融冰单向阀、低压储液器、低压节流阀、所述分液器；所述回液支路包括依次连接的所述高压储液器、所述回液阀、所述三通阀。

3.根据权利要求2所述的一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，其特征在于，旁通阀是压力控制阀。

4.根据权利要求2所述的一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，其特征在于，旁通阀的压力控制源来自于旁通阀的出口管路。

5.根据权利要求2所述的一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，其特征在于，旁通阀的出口管路的优化设定压力为制冷剂1℃饱和温度所对应的饱和压力。

6.根据权利要求2所述的一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，其特征在于，回液阀是温度控制阀，温度控制源来自于旁通阀和回液阀连通后的管路。

7.根据权利要求2所述的一种控温热气旁通自动回流连续融霜板冰热泵，其特征在于，旁通阀和回液阀连通后的管路的优化设定温度为2℃。