CN209101614U - 一种空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于制热设备技术领域，提供了一种空气源热泵系统，该空气源热泵系统包括压缩机、与压缩机连通的换向组件，以及通过管路依次串联连通的使用侧换热器、节流组件和空气侧换热器；使用侧换热器与空气侧换热器分别通过换向组件与压缩机连通。本实用新型通过在使用侧换热器与节流组件之间串联相变材料储能罐，采用相变材料储能罐蓄热的方式进行除霜，除霜运行时，空气侧换热器通过第一旁支管路与压缩机形成冷媒的循环流路，使得该空气源热泵系统在融霜循环时减低冷媒在使用侧换热器取热的可能性，故使用侧换热器内的热水的温度波动小，提高了使用侧供暖的舒适型。

Description

一种空气源热泵系统

技术领域

本实用新型属于制热设备技术领域，特别涉及一种空气源热泵系统。

背景技术

目前，在我国北方寒冷地区，集中供暖方式主要是以燃煤为主，这种供暖方式无论在节能、环保还是安全方面都比不上空气源热泵系统机组，空气源热泵系统主要从空气中取热，相比于传统的供暖方式没有煤烟排放，也不污染环境，只从空气中取热，夏季为用户提供空调冷冻水，冬季为用户提供采暖热水。但是空气源热泵系统，随着环境热源温度的降低，系统蒸发温度也随之降低。特别是当热泵系统用于冬季进行制热时，当蒸发温度较低时，系统产生的冷凝水就会在空气侧换热器上结霜，随着霜层的不断增厚，会堵塞风道降低空气侧换热器的换热效率，从而造成热泵系统热量的下降。

因此需要对于热泵系统进行除、融霜，现有的热泵系统的常规除、融霜方式是利用四通阀换向反向吸热进行融霜，需要从使用侧换热器(换热器)吸热来除霜，这样会造成使用侧的温度降低导致机组能力下降，且制热周期较长会影响机组的制热效率，同时融霜过程中系统运行很不稳定，长期运行会导致压缩机的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种空气源热泵系统，旨在解决现有技术中热泵系统常规的四通阀换向除霜会造成使用侧温度降低而影响机组的制热效率的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种空气源热泵系统，包括压缩机、与所述压缩机连通的换向组件，以及通过管路依次串联连通的使用侧换热器、节流组件和空气侧换热器，所述使用侧换热器与所述空气侧换热器分别通过所述换向组件与所述压缩机连通；

所述使用侧换热器与节流组件之间串联有相变材料储能罐，所述换向组件通过第一旁支管路连通于所述使用侧换热器和所述相变材料储能罐之间的管路，所述第一旁支管路上设有用于控制所述第一旁支管路通断的除霜控制阀。

进一步地，所述使用侧换热器包括进气端和出气端，所述换向组件与所述进气端连通，所述出气端通过第一单向阀与所述相变材料储能罐连通，所述第一单向阀的开口方向朝向所述相变材料储能罐。

进一步地，所述相变材料储能罐与所述节流组件之间的管路还设有用于气液分离的储液器。

进一步地，所述相变材料储能罐与所述储液器之间的管路还设有用于补气增焓的经济器。

进一步地，所述经济器包括气体出口、气液体进口、液体出口和增焓口，所述压缩机包括补气口；

所述气液体进口与相变材料储能罐连通；

所述液体出口与所述储液器的进口连通，所述储液器的出口与所述节流组件连通；

所述增焓口通过第二旁支管路连通于所述液体出口和所述储液器的进口之间的管路；

所述气体出口与所述补气口连通。

进一步地，所述气液体进口通过第三旁支管路连通于所述储液器的出口和所述节流组件之间的管路，所述第三旁支管路上设有第二单向阀，所述第二单向阀的开口方向朝向所述相变材料储能罐；所述液体出口通过第三单向阀与所述储液器的进口连通，所述第三单向阀的开口方向朝向储液器。

进一步地，所述第二旁支管路上设有增焓组件，所述增焓组件包括依次串联的第一电子膨胀阀和电磁阀。

进一步地，所述换向组件包括第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口；

所述压缩机还包括出气口和回气口，所述第一阀口与所述出气口连通，所述第三阀口与所述回气口连通，所述第二阀口与所述进气端连通，所述第四阀口与所述空气侧换热器连通。

进一步地，所述回气口与所述第三阀口之间的管路上连通有气液分离器，所述气液分离器与所述回气口之间的管路上设有第一针阀。

进一步地，所述压缩机的出气口与所述第一阀口之间的管路上设有第二针阀。

本实用新型提供的空气源热泵系统的有益效果在于：通过在使用侧换热器与节流组件之间串联相变材料储能罐，采用相变材料储能罐蓄热的方式进行除霜，除霜运行时，空气侧换热器通过第一旁支管路与压缩机形成冷媒的循环流路，使得该空气源热泵系统在融霜循环时减低冷媒在使用侧换热器取热的可能性，故使用侧换热器内的热水的温度波动小，提高了使用侧供暖的舒适型，与常规的四通阀换向除霜相比，除霜吸热充分，除霜时间较短，不会影响机组的制热效率。

附图说明

图1是本实用新型提供的空气源热泵系统的原理图；

图2是本实用新型提供的空气源热泵系统的制热时冷媒路线图；

图3是本实用新型提供的空气源热泵系统的除霜时冷媒路线图。

图中标记的含义为：

1-压缩机；11-出气口；12-回气口；13-补气口；2-换向组件；21-第一阀口；210-第二针阀；22-第二阀口；23-第三阀口；230-第一针阀；24-第四阀口；3-使用侧换热器；31-进气端；32-出气端；33-出水端；34-回水端；35-第一单向阀；4-储液器；41-进口；42-出口；5-节流组件；51-第二电子膨胀阀；52-第一过滤器；53-第二过滤器；6-空气侧换热器；7-相变材料储能罐；71-第一除霜控制阀；8-经济器；81-气体出口；82-气液体进口；820-第二单向阀；83-液体出口；830-第三单向阀；84-增焓口；840-增焓组件；8400-第一电子膨胀阀；8401-电磁阀；9-气液分离器；L1-第一旁支管路；L2-第二旁支管路；L3-第三旁支管路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连通于”另一个部件，它可以是直接或者间接连通至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本实用新型所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的空气源热泵系统，其包括压缩机1、与压缩机1连通的换向组件2，以及通过管路依次串联连通的使用侧换热器3、节流组件5和空气侧换热器6，使用侧换热器3和空气侧换热器6分别通过换向组件2与压缩机1连通，在使用侧换热器3与节流组件5之间串联有相变材料储能罐7，换向组件2通过第一旁支管路L1连通于使用侧换热器3和相变材料储能罐7之间的管路，第一旁支管路L1上设有用于控制第一旁支管路L1通断的除霜控制阀71，例如该除霜控制阀71为电磁控制阀。其原理如下：

当该空气源热泵系统制热时，参见图2，除霜控制阀71控制第一旁支管路L1截止，冷媒经过压缩机1压缩后成为高温高压气体，该高温高压气体经换向组件2进入使用侧换热器3，与使用侧换热器3交换热量后，冷媒的温度下降，随后依次经过相变材料储能罐7和节流组件5，最后进入空气侧换热器6中蒸发吸热，降温后的冷媒经过换向组件2后回到压缩机1内，该热泵系统进入下一个循环。其中该热泵系统在制热时，冷媒通过使用侧换热器3后，部分冷媒进入相变材料储能罐7内并用于对相变材料储能罐7进行蓄热，随后流向空气侧换热器6。

当该空气源热泵系统制热一段时间后，且空气侧换热器6在运行中结霜达到一定程度时，该热泵系统即进入除霜运行程序，参见图3，压缩机1停止工作，换向组件2换向，此时除霜控制阀71控制第一旁支管路L1导通，压缩机1启动工作，冷媒经过压缩机1压缩后成为高温高压气体，通过换向组件2进入到空气侧换热器6内，与空气侧换热器6交换热量用于除霜，大多数降温后的冷媒进入相变材料储能罐7内，吸收相变材料储能罐7所蓄积的热量，冷媒温度提高，温度升高后的冷媒依次经过第一旁支管路L1、换向组件2进入到压缩机1内，从而该系统进入下一个循环。

本实用新型实施例提供的空气源热泵系统相对于现有技术的进步在于：通过在使用侧换热器3与节流组件5之间串联相变材料储能罐7，采用相变材料储能罐7蓄热的方式进行除霜，除霜运行时，空气侧换热器6通过第一旁支管路L1与压缩机1形成冷媒的循环流路，使得该空气源热泵系统在融霜循环时减低冷媒在使用侧换热器3取热的可能性，故使用侧换热器3内的热水的温度波动小，提高了使用侧供暖的舒适型，与常规的四通阀换向除霜相比，除霜吸热充分，除霜时间较短，不会影响整个热泵系统的制热效率。

其中，具体参见图1，上述换向组件2为具有换向功能的四通阀，该四通阀包括第一阀口21、第二阀口22、第三阀口23和第四阀口24，四通阀通过控制内部电磁阀8401的通断电以实现内部各个阀口之间的连通。例如第一阀口21与第二阀口22和第四阀口24中的一个连通，第三阀口23与第二阀口22和第四阀口24中的另一个连通，即当第一阀口21与第二阀口22连通时，第三阀口23只能与第四阀口24连通；当第一阀口21与第四阀口24连通时，第三阀口23只能与第二阀口22连通，从而改变冷媒的流向以实现制热或者除霜。

压缩机1包括出气口11和回气口12，换向组件2的第一阀口21与出气口11连通，第三阀口23与回气口12连通，第二阀口22与使用侧换热器3连通，第四阀口24与空气侧换热器6连通。请参阅图1，回气口12和第三阀口23之间的管路上连通有气液分离器9，该气液分离器9主要用于对液态冷媒和气态冷媒进行分离，对于气态冷媒进行回气进一步压缩。在气液分离器9与回气口12之间的管路上设有第一针阀230，针阀是一种可以精确调整的阀门，能够耐受更大的压力，且密封性能比较好，可以调节气流量。

在出气口11和第一阀口21之间的管路上还设有第二针阀210，可以承受来自压缩机1高温高压的气态冷媒，并调节进入换向组件2内的冷媒的流量，避免流量过大压力过大的冷媒损坏换向组件2的阀口。

参见图1和图2，本实用新型实施例的使用侧换热器3包括进气端31和出气端32，以及出水端33和回水端34。使用侧换热器3的进气端31与换向组件2连通，具体地，与换向组件2的第二阀口22连通。换向组件2的出气端32与相变材料储能罐7连通，其中出气端32通过第一单向阀35与相变材料储能罐7连通，第一单向阀35的开口方向朝向相变材料储能罐7。使得冷媒只能朝向相变材料储能罐7的方向流通，当处于除霜状态时，降温后的冷媒只能流向第一旁支管路L1，而不能经过使用侧换热器3，即不会在使用侧换热器3内取热，进一步减少了使用侧热水的波动性。

其中，相变材料储能罐7与节流组件5之间的管路还设有用于气液分离的储液器4，该储液器4主要起到储藏、气液分离、过滤、消音和冷媒缓冲的作用。储液器4包括进口41和出口42，进口41与相变材料储能罐7连通，出口42与节流组件5连通。

请参阅1，本实施例的相变材料储能罐7与储液器4之间的管路还设有用于补气增焓的经济器8。通过使用经济器8，可以通过冷媒自身的节流蒸发吸收热量从而使得另一部分冷媒得到过冷，采用经济器8补气循环，能改善低环境温度下压缩机1运行效率低、可靠性差的问题，有利于该空气源热泵系统在低温供暖场合的推广应用。

具体地，该经济器8包括气液体进口82、液体出口83、增焓口84和气体出口81，压缩机1还设有补气口13。经济器8的气液体进口82与相变材料储能罐7连通；液体出口83与储液器4的进口41连通，储液器4的出口42与节流组件5连通，即经过经济器8的冷媒在储液器4内可进行进一步的气液分离。

增焓口84通过第二旁支管路L2连通于液体出口83和储液器4的进口41之间的管路，第二旁支管路L2上设有增焓组件840，增焓组件840使一部分高温高压的液态冷媒通过其节流成为低温低压的液态冷媒，然后该低温低压的液态冷媒在经济器8内吸收另一部分高温高压的液态冷媒的热量。其中增焓组件840包括依次串联的第一电子膨胀阀8400和电磁阀8401。

经济器8的气体出口81与补气口13连通，即气态的冷媒可通过经济器8的气体出口81流向压缩机1的补气口13，重新进入压缩机1继续压缩，用于下一个循环。该经济器8的工作原理如下：依次经过使用侧换热器3换热的冷媒、相变材料储能罐7储热的冷媒包括高压液态冷媒和气态冷媒，该高压液态冷媒经过经济器8的气液体进口82进入经济器8后分为两部分，一部分液态冷媒经过增焓组件840进行节流，以热量膨胀的方式进行进一步冷却，去降低另一部分液态冷媒的温度，另其过冷，这被稳定下来的过冷液体通过储液器4直接进空气侧换热器6吸热放冷变成低温低压的气体。而未冷却的气态冷媒通过气体出口81进入压缩机1的补气口13内，用于下一个循环。

在本实施例中，经济器8的气液体进口82通过第三旁支管路L3连通于储液器的出口42和节流组件5之间的管路，第三旁支管路L3上设有第二单向阀820，第二单向阀820的开口方向朝向相变材料储能罐7，即除霜时，用于空气侧换热器6换热除霜的冷媒避开储液器4和经济器8，直接通过第三旁支管路L3流向相变材料储能罐7。

经济器8的液体出口83通过第三单向阀830与储液器4的进口41连通，其中第三单向阀830的开口方向朝向储液器4，这样在制热过程中，经过相变材料储能罐7的冷媒依次经过经济器8补气增焓和储液器气液分离，从而到达节流组件5中节流。

其中，节流组件5包括第二电子膨胀阀51或者热力膨胀阀，主要起到节流和控制冷媒流量的作用，在第二电子膨胀阀51和储液器4的出口42之间连通有第一过滤器52，经过储液器4的冷媒经过第一过滤器52的过滤，以免冷媒堵塞第二电子膨胀阀51。进一步地，在第二电子膨胀阀51和空气侧换热器6之间连通有第二过滤器53，进一步对液态冷媒进行过滤。

在其他实施例中，第一过滤器52和第二过滤器53的数量和排列方式也可以按照其他方式，第一过滤器52和第二过滤器53可均位于储液器4的出口42和第二电子膨胀阀51之间，也可均位于第二电子膨胀阀51和空气侧换热器6之间，只要位于储液器4和空气侧换热器6之间用于过滤待进入空气侧换热器6的冷媒即可。

优选地，在本实施例中，使用侧换热器3为壳管式使用侧换热器3或蒸发式使用侧换热器3，除霜控制阀71为电控阀，空气侧换热器6包括翅片换热器，该翅片换热器包括隔板、翅片、封条和导流板组成，相邻的两隔板之间放置翅片，导流板以及封条组成一夹层，翅片换热器具有换热效率高以及体积小、重量器、可同时处理两种介质等优点。

下面将详细描述冷媒在该空气源热泵系统内流向，该流向如图中箭头所示：

参见图1和图2，在本实施例中，当该空气源热泵系统正常运行时，换向组件2的第一阀口21与第二阀口22导通，第三阀口23与第四阀口24导通，除霜控制阀71处于关闭状态，第一单向阀35和第三单向阀830处于导通状态，第二单向阀820处于截止状态。冷媒主要流向如图2中箭头所示：冷媒由压缩机1的出气口11→第二针阀210→换向组件2的第一阀口21→换向组件2的第二阀口22→使用侧换热器3的进气端31→使用侧换热器3的出气端32→第一单向阀35→相变材料储能罐7→经济器8的气液体进口82→经济器8的液体出口83→第三单向阀830→储液器4的进口41→储液器4的出口42→第一过滤器52→第二电子膨胀阀51→第二过滤器53→空气侧换热器6→换向组件2的第四阀口24→换向组件2的第三阀口23→气液分离器9→第一针阀230→压缩机1的回气口12。其中，冷媒经过经济器8后分为两部分，一部分液态冷媒经过电磁阀8401→第一电子膨胀阀8400过冷，用于冷却另一部分液态冷媒，气态冷媒的流向是经济器8的出气口11→压缩机1的补气口13。

当空气侧换热器6在运行时结霜达到一定程度后热泵系统即进入除霜运行程序，参见图1和图3，压缩机1停止工作，此时，换向组件2换向，其第一阀口21与第四阀口24导通，第二阀口22与第三阀口23导通，除霜控制阀71处于开启状态，第一单向阀35和第三单向阀830处于截止状态，第二单向阀820处于导通状态。压缩机1开始工作，将压缩机1内排出的高温高压冷媒导入至空气侧换热器6，以便空气侧换热器6加热除去霜层。压缩机1开始工作，冷媒流向如图3所示，冷媒由压缩机1的出气口11→第二针阀210→换向组件2的第四阀口24→空气侧换热器6→第二过滤器53→第二电子膨胀阀51→第一过滤器52→第二单向阀820→相变材料储能罐7→除霜控制阀71→换向组件2的第二阀口22→换向组件2的第三阀口23→气液分离器9→第一针阀230→压缩机1的回气口12。在除霜过程中由于第一单向阀35处于截止状态，切断了相变材料储能罐7与使用侧换热器3之间的管路，阻止冷媒进入使用侧换热器3内，同时除霜控制阀71连通第一旁支管路L1，以便经过空气侧换热器6除霜后的冷媒回到压缩机1，形成封闭的循环系统。由于使用侧换热器3内没有冷媒通过，故而不会从使用侧换热器3内吸热，不会影响使用侧换热器3内的温度。且相变材料储能罐7由于具有储热作用，可以对降温的冷媒进行加热，避免降低压缩机1的使用寿命。当空气侧换热器6内的霜除净后，关闭压缩机1和除霜控制阀71，同时换向组件2再次换向，系统结束除霜进入正常制热模式。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空气源热泵系统，其特征在于，包括压缩机、与所述压缩机连通的换向组件，以及通过管路依次串联连通的使用侧换热器、节流组件和空气侧换热器，所述使用侧换热器与所述空气侧换热器分别通过所述换向组件与所述压缩机连通；

所述使用侧换热器与节流组件之间串联有相变材料储能罐，所述换向组件通过第一旁支管路连通于所述使用侧换热器和所述相变材料储能罐之间的管路，所述第一旁支管路上设有用于控制所述第一旁支管路通断的除霜控制阀。

2.如权利要求1所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述使用侧换热器包括进气端和出气端，所述换向组件与所述进气端连通，所述出气端通过第一单向阀与所述相变材料储能罐连通，所述第一单向阀的开口方向朝向所述相变材料储能罐。

3.如权利要求1或2所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述相变材料储能罐与所述节流组件之间的管路还设有用于气液分离的储液器。

4.如权利要求3所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述相变材料储能罐与所述储液器之间的管路还设有用于补气增焓的经济器。

5.如权利要求4所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述经济器包括气体出口、气液体进口、液体出口和增焓口，所述压缩机包括补气口；

所述气液体进口与相变材料储能罐连通；

所述液体出口与所述储液器的进口连通，所述储液器的出口与所述节流组件连通；

所述增焓口通过第二旁支管路连通于所述液体出口和所述储液器的进口之间的管路；

所述气体出口与所述补气口连通。

6.如权利要求5所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述气液体进口通过第三旁支管路连通于所述储液器的出口和所述节流组件之间的管路，所述第三旁支管路上设有第二单向阀，所述第二单向阀的开口方向朝向所述相变材料储能罐；所述液体出口通过第三单向阀与所述储液器的进口连通，所述第三单向阀的开口方向朝向储液器。

7.如权利要求5所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述第二旁支管路上设有增焓组件，所述增焓组件包括依次串联的第一电子膨胀阀和电磁阀。

8.如权利要求5所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述换向组件包括第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口；

所述压缩机还包括出气口和回气口，所述第一阀口与所述出气口连通，所述第三阀口与所述回气口连通，所述第二阀口与所述进气端连通，所述第四阀口与所述空气侧换热器连通。

9.如权利要求8所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述回气口与所述第三阀口之间的管路上连通有气液分离器，所述气液分离器与所述回气口之间的管路上设有第一针阀。

10.如权利要求9所述的空气源热泵系统，其特征在于，所述压缩机的出气口与所述第一阀口之间的管路上设有第二针阀。