CN105276874A - 一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用液体过冷除霜的热泵空调机组，包括压缩机、四通换向阀、储热器、膨胀阀、第一换热器、第二换热器、气液分离器和工质泵；储热器、膨胀阀、第一换热器、四通换向阀、气液分离器、与压缩机、第二换热器依次相连构成热泵循环；储热器、工质泵、第一换热器、储热器依次相连，构成载冷剂循环。本发明使用储热器中高温载冷剂进行除霜，避免除霜过程中的供热损失，减小热泵系统的除霜结霜损失；第一换热器载冷剂通道可按照除霜需求布置在结霜较严重的区域，减小载冷剂能量损失。

Description

一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组

技术领域

本发明属于热泵除霜技术领域，特别是一种利用液体过冷热储能的热泵除霜系统。

背景技术

空气源热泵以空气为低位热源，是一种新型的供热方式，应用前景广阔。但是空气源热泵在冬季运行过程中，当机组换热器表面温度低于周围空气露点温度且低于0℃时，换热器发生结霜现象，使得传热恶化，机组性能下降，供热能力降低，严重时机组会停止运行。

现存的除霜方式主要有以下几种:(1)电热除霜方式，其电能消耗高，能量利用不合理，除霜费用高；(2)逆循环除霜方式，在除霜过程中，通过四通换向阀切换，室内机作为蒸发器，从室内取热，室内机吹冷风，但该方法除霜时间长，室内舒适性差，同时还存在化霜能力不足，速度较慢的问题；(3)热气旁通除霜方式，除霜能量来自压缩机的高温排气，降低了向室内供热量，且除霜时间长，吸气过热度低，同时高温排气压力高，对压缩机产生一定的冲击，危害压缩机的安全。中国专利CN101413744A公开了一种具有过冷作用的空气源热泵相变蓄能除霜系统，通过蓄能装置储存冷凝器过冷过程中的能量，在除霜模式时，蓄能装置作为低位热源，解决除霜能量来源不足的问题；但该系统在除霜过程中需要切换制冷剂流向，蓄能装置只能缓解室内温度的下降幅度，没有从根本上解决室内吸热和制热量损失的问题。中国专利CN101435638A公开了一种利用制冷剂过冷除霜的可连续供热的空气源热泵系统，在除霜过程中不间歇供热，采用分路除霜，缩短了除霜时间，但其将蒸发器分成三个不同部分分别控制除霜，结构过于复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，包括压缩机、四通换向阀、储热器、膨胀阀、第一换热器、第二换热器、气液分离器和工质泵，所述四通换向阀同时与压缩机、第一换热器、第二换热器和气液分离器相连；所述储热器外部设置有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，所述第一换热器内部设置有制冷剂通道和载冷剂通道，外部设置有制冷剂通道入口、载冷剂通道入口、制冷剂通道出口和载冷剂通道出口；

储热器的第二接口与膨胀阀的入口相连，膨胀阀的出口与第一换热器的制冷剂通道入口相连，制冷剂通道入口通过制冷剂通道与制冷剂通道出口相连，制冷剂通道出口通过四通换向阀与气液分离器的入口相连，气液分离器的出口与压缩机的入口相连，压缩机的出口通过四通换向阀与第二换热器的入口相连，第二换热器的出口与储热器的第一接口相连；

储热器的第四接口与工质泵的入口相连，工质泵的出口与第一换热器的载冷剂通道入口相连，载冷剂通道入口通过载冷剂通道与载冷剂通道出口相连，载冷剂通道出口与储热器的第三接口相连。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：(1)本发明在冷凝器出口增设充注了载冷剂的储热器，在工质泵运行除霜时，使用储热器中高温载冷剂进行除霜，避免除霜过程中的供热损失，减小热泵系统的除霜结霜损失；(2)本发明采用工质泵驱动载冷剂除霜，载冷剂系统和制冷剂系统独立运行，提高了系统运行的可靠性与经济性；(3)本发明在除霜模式和供热模式转换时制冷剂系统无需切换，保证压缩机运行的稳定性；(4)本发明的第一换热器载冷剂通道可按照除霜需求布置在结霜较严重的区域，减小不必要的载冷剂能量损失。

下面结合附图对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为本发明的一种利用液体过冷热除霜的热泵空调机组的原理图。

图2(a)和图2(b)分别为本发明的第一换热器载冷剂通道采用双排串联连接布置方式的左视图和右视图。

图3(a)和图3(b)分别为本发明的第一换热器载冷剂通道采用双排并联连接布置方式的左视图和右视图。

图4(a)和图4(b)分别为本发明的第一换热器载冷剂通道采用单排并联连接布置方式的左视图和右视图。

图5(a)和图5(b)分别为本发明的第一换热器载冷剂通道采用单排串联连接布置方式的左视图和右视图。

具体实施方式

结合图1，本发明的一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，包括压缩机1、四通换向阀2、储热器4、膨胀阀5、第一换热器6、第二换热器3、气液分离器7和工质泵9，所述四通换向阀2同时与压缩机1、第一换热器6、第二换热器3和气液分离器7相连；所述四通换向阀2同时与压缩机1、第一换热器6、第二换热器3和气液分离器7相连；所述储热器4外部设置有第一接口4‐1、第二接口4‐2、第三接口4‐3和第四接口4‐4，所述第一换热器6内部设置有制冷剂通道6‐1和载冷剂通道6‐2，外部设置有制冷剂通道入口6‐3、载冷剂通道入口6‐4、制冷剂通道出口6‐5和载冷剂通道出口6‐6；

储热器4的第二接口4‐2与膨胀阀5的入口连接，膨胀阀5的出口与第一换热器的制冷剂通道入口连接，制冷剂通道入口通过制冷剂通道与制冷剂通道出口相连，制冷剂通道出口通过四通换向阀与气液分离器入口相连，气液分离器出口与压缩机入口相连，压缩机出口通过四通换向阀与第二换热器入口相连，第二换热器的出口与储热器的第一接口相连；

储热器的第四接口与工质泵的入口连接，工质泵的出口与第一换热器的载冷剂通道入口连接，载冷剂通道入口通过载冷剂通道与载冷剂通道出口相连，载冷剂通道出口与储热器的第三接口相连。

所述第一换热器还设置有载冷剂入口集管和载冷剂出口集管，载冷剂入口集管设置在载冷剂通道入口和工质泵之间，载冷剂出口集管设置在载冷剂通道出口和储热器第三接口之间。

结合图2(a)、图2(b)、图5(a)和图5(b)，所述载冷剂通道采用串联连接的方式，载冷剂通道入口和载冷剂通道出口的数量均为一个。

结合图3(a)、图3(b)、图4(a)和图4(b)，所述的载冷剂通道采用并联方式，载冷剂通道入口和载冷剂通道出口数量均至少为两个，工质泵的出口通过载冷剂入口集管与各载冷剂通道入口连接，各载冷剂通道出口通过载冷剂出口集管与储热器的第三接口连接。

结合图2(a)、图2(b)、图3(a)和图3(b)，所述载冷剂通道和制冷剂通道在第一换热器的空气来流方向第一管排和第二管排间隔布置。

结合图4(a)、图4(b)、图5(a)和图5(b)，所述载冷剂通道和制冷剂通道在第一换热器的空气来流方向的第一管排间隔布置。

储热器、膨胀阀、第一换热器、四通换向阀、气液分离器、与压缩机、四通换向阀、第二换热器依次相连构成热泵循环；储热器、工质泵、第一换热器、储热器依次相连，构成载冷剂循环。

所述储热器为壳‐盘管式结构；储热器内部还设有管程，管程的入口与储热器的第一接口连接，出口与储热器的第二接口连接。

所述第一换热器为翅片管换热器。

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

实施例1

结合图1、图2(a)和图2(b)，一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，包括压缩机1、四通换向阀2、第一换热器6、第二换热器3和气液分离器7，四通换向阀2同时与压缩机、气液分离器7、第一换热器6、第二换热器3相连，热泵空调机组还包括膨胀阀5、工质泵9和装有液体载冷剂8的储热器4。

储热器4为壳‐盘管式结构，外部设置有第一接口4‐1、第二接口4‐2、第三接口4‐3和第四接口4‐4，内部设有管程4‐5；管程4‐5入口与储热器4的第一接口4‐1连接，出口与储热器4的第二接口4‐2连接；

第一换热器6为翅片管换热器，内部设有制冷剂通道6‐1和载冷剂通道6‐2，外部设置有制冷剂通道入口6‐3、载冷剂通道入口6‐4、制冷剂通道出口6‐5、载冷剂通道出口6‐6。

储热器4的第二接口4‐2与膨胀阀5的入口连接，膨胀阀5的出口与第一换热器6的制冷剂通道入口6‐3连接，制冷剂通道入口6‐3通过制冷剂通道6‐1与制冷剂通道出口6‐5相连，制冷剂通道出口6‐5通过四通换向阀2与气液分离器7入口相连，气液分离器7出口与压缩机1入口相连，压缩机1出口通过四通换向阀2与第二换热器3入口相连，第二换热器3的出口与储热器4的第一接口4‐1相连，构成热泵循环；

储热器4的第四接口4‐4与工质泵9入口连接，工质泵9出口与第一换热器6的载冷剂通道入口6‐4连接，载冷剂通道入口6‐4通过载冷剂通道6‐2与第一换热器6的载冷剂通道出口6‐6相连，载冷剂通道出口6‐6与储热器4的第三接口4‐3相连，构成载冷剂循环。

载冷剂通道6‐2采用串联连接的方式，载冷剂通道入口6‐4和载冷剂通道出口6‐6的数量为一个；载冷剂通道6‐2和制冷剂通道6‐1在第一换热器6的空气来流方向第一管排和第二管排间隔布置。

热泵机组正常制热运行时，利用储热器4内的载冷剂8储存第二换热器3过冷液体热量，工质泵5停机。热泵机组除霜时，压缩机1停机，工质泵5运行，将储热器4的高温载冷剂8输送到第一换热器6的载冷剂通道6‐2实现对第一换热器6融霜。

实施例2

结合图1、图3(a)和图3(b)，一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，包括压缩机1、四通换向阀2、第一换热器6、第二换热器3、气液分离器7、膨胀阀5、工质泵9和装有液体载冷剂8的储热器4。四通换向阀2同时与压缩机、气液分离器7、第一换热器6、第二换热器3相连；

其中储热器4为壳‐盘管式结构，外部设置有第一接口4‐1、第二接口4‐2、第三接口4‐3和第四接口4‐4，第三接口4‐3位于储热器4侧面顶部，第四接口4‐4位于储热器4底部；储热器4的内部设有管程4‐5，管程4‐5入口与储热器4的第一接口4‐1连接，出口与储热器4的第二接口4‐2连接。第一换热器6为翅片管换热器，内部设有制冷剂通道6‐1和载冷剂通道6‐2，外部设置有制冷剂通道入口6‐3、载冷剂通道入口6‐4、制冷剂通道出口6‐5、载冷剂通道出口6‐6、载冷剂入口集管6‐7和载冷剂出口集管6‐8。

储热器4的第二接口4‐2与膨胀阀5的入口连接，膨胀阀5的出口与第一换热器6的制冷剂通道入口6‐3连接，制冷剂通道入口6‐3通过制冷剂通道6‐1与制冷剂通道出口6‐5相连，制冷剂通道出口6‐5通过四通换向阀2与气液分离器7入口相连，气液分离器7出口与压缩机1入口相连，压缩机1出口通过四通换向阀2与第二换热器3入口相连，第二换热器3的出口与储热器4的第一接口4‐1相连，构成热泵循环；

储热器4的第四接口4‐4与工质泵9入口连接，工质泵9出口通过载冷剂入口集管6‐7与第一换热器6的载冷剂通道入口6‐4连接，载冷剂通道入口6‐4通过载冷剂通道6‐2与第一换热器6的载冷剂通道出口6‐6相连，载冷剂通道出口6‐6通过载冷剂出口集管6‐8与储热器4的第三接口4‐3相连，构成载冷剂循环。

载冷剂通道6‐2采用并联方式，载冷剂通道入口6‐4和载冷剂通道出口6‐6数量均至少为两个，工质泵9的出口通过载冷剂入口集管6‐7与各载冷剂通道入口6‐4连接，各载冷剂通道出口6‐6通过载冷剂出口集管6‐8与储热器4的第三接口4‐3连接；所述载冷剂通道6‐2和制冷剂通道6‐1在第一换热器6的空气来流方向第一管排和第二管排间隔布置。

热泵机组正常制热运行时，利用储热器4内的载冷剂8储存第二换热器3过冷液体热量，工质泵5停机。热泵机组除霜时，压缩机1停机，工质泵5运行，将储热器4的高温载冷剂8输送到第一换热器6的载冷剂通道6‐2实现对第一换热器6融霜。

实施例3

结合图1、图4(a)和图4(b)，一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，包括压缩机1、四通换向阀2、第一换热器6、第二换热器3、气液分离器7、膨胀阀5、工质泵9和装有液体载冷剂8的储热器4。四通换向阀2同时与压缩机、气液分离器7、第一换热器6、第二换热器3相连；

其中储热器4为壳‐盘管式结构，外部设置有第一接口4‐1、第二接口4‐2、第三接口4‐3和第四接口4‐4，第三接口4‐3位于储热器4侧面顶部，第四接口4‐4位于储热器4底部；储热器4的内部设有管程4‐5，管程4‐5入口与储热器4的第一接口4‐1连接，出口与储热器4的第二接口4‐2连接。第一换热器6为翅片管换热器，内部设有制冷剂通道6‐1和载冷剂通道6‐2，外部设置有制冷剂通道入口6‐3、载冷剂通道入口6‐4、制冷剂通道出口6‐5、载冷剂通道出口6‐6、载冷剂入口集管6‐7和载冷剂出口集管6‐8。

储热器4的第二接口4‐2与膨胀阀5的入口连接，膨胀阀5的出口与第一换热器6的制冷剂通道入口6‐3连接，制冷剂通道入口6‐3通过制冷剂通道6‐1与制冷剂通道出口6‐5相连，制冷剂通道出口6‐5通过四通换向阀2与气液分离器7入口相连，气液分离器7出口与压缩机1入口相连，压缩机1出口通过四通换向阀2与第二换热器3入口相连，第二换热器3的出口与储热器4的第一接口4‐1相连，构成热泵循环；

储热器4的第四接口4‐4与工质泵9入口连接，工质泵9出口通过载冷剂入口集管6‐7与第一换热器6的载冷剂通道入口6‐4连接，载冷剂通道入口6‐4通过载冷剂通道6‐2与第一换热器6的载冷剂通道出口6‐6相连，载冷剂通道出口6‐6通过载冷剂出口集管6‐8与储热器4的第三接口4‐3相连，构成载冷剂循环。

载冷剂通道6‐2采用并联方式，载冷剂通道入口6‐4和载冷剂通道出口6‐6数量均至少为两个，工质泵9的出口通过载冷剂入口集管6‐7与各载冷剂通道入口6‐4连接，各载冷剂通道出口6‐6通过载冷剂出口集管6‐8与储热器4的第三接口4‐3连接；载冷剂通道6‐2和制冷剂通道6‐1在第一换热器6的空气来流方向第一管排间隔布置。

热泵机组正常制热运行时，利用储热器4内的载冷剂8储存第二换热器3过冷液体热量，工质泵5停机。热泵机组除霜时，压缩机1停机，工质泵5运行，将储热器4的高温载冷剂8输送到第一换热器6的载冷剂通道6‐2实现对第一换热器6融霜。

实施例4

结合图1、图5(a)和图5(b)，一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，包括压缩机1、四通换向阀2、第一换热器6、第二换热器3和气液分离器7，四通换向阀2同时与压缩机、气液分离器7、第一换热器6、第二换热器3相连，热泵空调机组还包括膨胀阀5、工质泵9和装有液体载冷剂8的储热器4。

储热器4为壳‐盘管式结构，外部设置有第一接口4‐1、第二接口4‐2、第三接口4‐3和第四接口4‐4，内部设有管程4‐5；管程4‐5入口与储热器4的第一接口4‐1连接，出口与储热器4的第二接口4‐2连接；

第一换热器6为翅片管换热器，内部设有制冷剂通道6‐1和载冷剂通道6‐2，外部设置有制冷剂通道入口6‐3、载冷剂通道入口6‐4、制冷剂通道出口6‐5、载冷剂通道出口6‐6。

储热器4的第二接口4‐2与膨胀阀5的入口连接，膨胀阀5的出口与第一换热器6的制冷剂通道入口6‐3连接，制冷剂通道入口6‐3通过制冷剂通道6‐1与制冷剂通道出口6‐5相连，制冷剂通道出口6‐5通过四通换向阀2与气液分离器7入口相连，气液分离器7出口与压缩机1入口相连，压缩机1出口通过四通换向阀2与第二换热器3入口相连，第二换热器3的出口与储热器4的第一接口4‐1相连，构成热泵循环；

储热器4的第四接口4‐4与工质泵9入口连接，工质泵9出口与第一换热器6的载冷剂通道入口6‐4连接，载冷剂通道入口6‐4通过载冷剂通道6‐2与第一换热器6的载冷剂通道出口6‐6相连，载冷剂通道出口6‐6与储热器4的第三接口4‐3相连，构成载冷剂循环。

载冷剂通道6‐2采用串联连接的方式，载冷剂通道入口6‐4和载冷剂通道出口6‐6的数量为一个；载冷剂通道6‐2和制冷剂通道6‐1在第一换热器6的空气来流方向第一管排间隔布置。

热泵机组正常制热运行时，利用储热器4内的载冷剂8储存第二换热器3过冷液体热量，工质泵5停机。热泵机组除霜时，压缩机1停机，工质泵5运行，将储热器4的高温载冷剂8输送到第一换热器6的载冷剂通道6‐2实现对第一换热器6融霜。

本发明在冷凝器出口增设充注有载冷剂的储热器，在工质泵运行除霜时，使用储热器中高温载冷剂进行除霜，避免除霜过程中的供热损失，减小热泵系统的除霜结霜损失；载冷剂系统和制冷剂系统独立运行，提高了系统运行的可靠性与经济性；在除霜模式和供热模式转换时制冷剂系统无需切换，保证压缩机运行的稳定性；并且第一换热器载冷剂通道可按照除霜需求布置在结霜较严重的区域，减小不必要的载冷剂能量损失。

Claims (9)

1.一种利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，包括压缩机[1]、四通换向阀[2]、储热器[4]、膨胀阀[5]、第一换热器[6]、第二换热器[3]、气液分离器[7]和工质泵[9]，所述四通换向阀[2]同时与压缩机[1]、第一换热器[6]、第二换热器[3]和气液分离器[7]相连；所述储热器[4]外部设置有第一接口[4-1]、第二接口[4-2]、第三接口[4-3]和第四接口[4-4]，所述第一换热器[6]内部设置有制冷剂通道[6-1]和载冷剂通道[6-2]，外部设置有制冷剂通道入口[6-3]、载冷剂通道入口[6-4]、制冷剂通道出口[6-5]和载冷剂通道出口[6-6]；

储热器[4]的第二接口[4-2]与膨胀阀[5]的入口相连，膨胀阀[5]的出口与第一换热器[6]的制冷剂通道入口[6-3]相连，制冷剂通道入口[6-3]通过制冷剂通道[6-1]与制冷剂通道出口[6-5]相连，制冷剂通道出口[6-5]通过四通换向阀[2]与气液分离器[7]的入口相连，气液分离器[7]的出口与压缩机[1]的入口相连，压缩机[1]的出口通过四通换向阀[2]与第二换热器[3]的入口相连，第二换热器[3]的出口与储热器[4]的第一接口[4-1]相连；

储热器[4]的第四接口[4-4]与工质泵[9]的入口相连，工质泵[9]的出口与第一换热器[6]的载冷剂通道入口[6-4]相连，载冷剂通道入口[6-4]通过载冷剂通道[6-2]与载冷剂通道出口[6-6]相连，载冷剂通道出口[6-6]与储热器[4]的第三接口[4-3]相连。

2.根据权利要求1所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，所述第一换热器[6]还设置有载冷剂入口集管[6-7]和载冷剂出口集管[6-8]，载冷剂入口集管[6-7]设置在载冷剂通道入口[6-4]和工质泵[9]之间，载冷剂出口集管[6-8]设置在载冷剂通道出口[6-6]和储热器[4]的第三接口(4-3)之间。

3.根据权利要求1或2所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，所述载冷剂通道[6-2]采用串联连接的方式，载冷剂通道入口[6-4]和载冷剂通道出口[6-6]的数量均为一个。

4.根据权利要求2所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，所述的载冷剂通道[6-2]采用并联方式，载冷剂通道入口[6-4]和载冷剂通道出口[6-6]数量均至少为两个，工质泵[9]的出口通过载冷剂入口集管[6-7]与载冷剂通道入口[6-4]连接，载冷剂通道出口[6-6]通过载冷剂出口集管[6-8]与储热器[4]的第三接口[4-3]连接。

5.根据权利要求1、3或4所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，所述载冷剂通道[6-2]和制冷剂通道[6-1]在第一换热器[6]的空气来流方向第一管排和第二管排间隔布置。

6.根据权利要求1、3或4所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，所述载冷剂通道[6-2]和制冷剂通道[6-1]在第一换热器[6]的空气来流方向的第一管排间隔布置。

7.根据权利要求1所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，储热器[4]、膨胀阀[5]、第一换热器[6]、四通换向阀[2]、气液分离器[7]、与压缩机[1]、四通换向阀[2]、第二换热器[3]依次相连构成热泵循环；储热器[4]、工质泵[9]、第一换热器[6]、储热器[4]依次相连，构成载冷剂循环。

8.根据权利要求1所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，所述储热器[4]为壳-盘管式结构；储热器[4]内部还设有管程[4-5]，管程[4-5]的入口与储热器[4]的第一接口[4-1]连接，出口与储热器[4]的第二接口[4-2]连接。

9.根据权利要求1或2所述的利用储存液体过冷热除霜的热泵空调机组，其特征在于，所述第一换热器[6]为翅片管换热器。