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CN107178924A - 一种蓄热不停机除霜系统及空调 - Google Patents

一种蓄热不停机除霜系统及空调 Download PDF

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CN107178924A CN201710366033.1A CN201710366033A CN107178924A CN 107178924 A CN107178924 A CN 107178924A CN 201710366033 A CN201710366033 A CN 201710366033A CN 107178924 A CN107178924 A CN 107178924A
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何国庚
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Abstract

本发明属于空气调节领域，并公开了一种蓄热不停机除霜系统及空调。包括第一蓄热器、压缩机、第二蓄热器、四通换向阀、气液分离器和节流阀，第一蓄热器吸收并存储压缩机工作产生的热量和流动工质的热量；第二蓄热器吸收并存储流动工质的热量；系统中设置有多个控制阀，在除霜时，从压缩机中流出的工质分为两部分分别经过室内换热器和室外换热器在节流阀前汇合，然后经过节流阀、第二蓄热器、第一蓄热器和气液分离器后回到压缩机，其中，工质经过室内换热器冷凝成液体并通过灌流风机向室内放热，实现除霜过程不停机。通过本发明，实现除霜时兼顾制热的功能，且除霜速度快，并合理运用蓄热器的功能减少电加热能耗，增加整个系统的能源使用效率。

Description

一种蓄热不停机除霜系统及空调
技术领域
本发明属于空气调节领域，更具体地，涉及一种蓄热不停机除霜系统及空调。
背景技术
随着低碳环保理念的深入和人们生活水平的提高，空气源热泵在冬季采暖的应用越来越普及。热泵型空调冬季运行的最大问题也是结霜和除霜的问题，除霜过程不仅会造成房间温度的下降，同时，除霜过程也是无价值的耗能过程，因此，从舒适性和节能两方面综合考虑，热泵结霜和除霜问题急需改善和优化，热泵型房间空调器在冬季低温制热运行时，室外蒸发器翅片表面会结霜，随着霜层的加厚，蒸发温度降低，制热量下降，同时，霜层覆盖在翅片表面，引起翅片间隙变小，空气流通阻力下降，风机性能下降，进而进一步影响制热效率，严重情况下将会出现空调停机现象。
热泵型空调冬季低温制热的不停机除霜技术的市场需求越来越明显，不停机除霜技术可以使得空调器的除霜过程和制热过程同时进行，除霜过程房间内温度下降不大，室内换热器出风温度波动较小，给用户带来良好的的热舒适性体验，不停机除霜方法有许多种，但是现有的不停机除霜技术都在不同程度上存在一定的问题，汇总如下：(1)使用电加热：优点是实施简单，缺点是能耗大，且具有安全隐患。该方法不能满足现在绿色产品的标准和要求；(2)热气旁通：可分为单热气旁通和双热气旁通。单热气旁通的优点是结构简单，缺点是蒸发器出口为两相制冷剂，要求压缩机气液分离器体积足够大，防止液积。双热气旁通优点是能够减小蒸发器出口带液量，减小液积风险，但是同样存在压缩机排气不足以使得压缩机吸气达到过热的问题，成本较高；(3)使用蓄热材料回收压缩机余热或者电热补偿用于除霜。该方法有点是能够利用压缩机机壳余热，有利于能效提升。缺点是蓄热材料的由于需要直接套在压缩机机壳上，安装空间有限，体积有限，蓄热能力有限，往往不能补偿除霜过程的制冷剂液体蒸发吸热量。通常采用电辅热来补偿，节能性降低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种蓄热型不停机除霜系统及空调，通过第一和第二蓄热器的布置和设计，由此解决除霜时停机和电加热做热补偿的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种蓄热型不停机除霜系统，包括第一蓄热器、压缩机、第二蓄热器、四通换向阀、气液分离器和节流阀，其特征在于，
所述第一蓄热器包裹在所述压缩机的外部，且串联在所述第二蓄热器和气液分离器之间，用于吸收并存储所述压缩机工作产生的热量和所述系统中流动工质的热量；所述第二蓄热器串联在所述系统的室内换热器和所述节流阀之间，用于在制热时吸收并存储所述系统中流动工质的热量；
所述四通换向阀与所述气液分离器之间设置有第一控制阀，所述四通换向阀与所述系统的室外换热器之间设置有第二控制阀，所述室内换热器和所述节流阀之间设置有第四控制阀、第五控制阀和第六控制阀，所述节流阀和所述第二蓄热器之间设置有第七控制阀，所述第二蓄热器与所述第一蓄热器之间设置有第三控制阀；
在除霜时，通过控制各个控制阀的开关使得所述压缩机中流出的工质分为两部分分别经过所述室内换热器和室外换热器，并在所述节流阀前汇合，然后依次经过所述节流阀、第二蓄热器、第一蓄热器和气液分离器后回到压缩机，其中，所述工质经过所述室内换热器冷凝成液体并通过系统的灌流风机向室内放热，实现除霜过程不停机。
进一步优选地，所述室外换热器与所述压缩机之间设置有节流毛细管，用于缓冲旁通热气。
进一步优选地，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七控制阀均优选采用电磁阀。
进一步优选地，所述第一和第二蓄热器内部均填充有相变储热材料。
进一步优选地，所述第一蓄热器中的相变储热材料优选相变温度为20℃～40℃的材料。
进一步优选地，所述节流阀优选采用电子膨胀阀。
按照本发明的另一方面，一种空调，其包括所述的蓄热型不停机除霜系统。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明通过第一和第二蓄热器回收压缩机机壳较高温度的余热，同时回收室内换热器出口液体冷媒过冷余热，使得回收余热热量能够完全补偿化霜过程制冷剂液体蒸发吸热量，减少电加热产生的能耗；
2、本发明通过将多个控制阀的设计，使得除霜过程中工质流向室内换热器，再通过灌流风机向室内送热风，使得室内出风温度无明显下降，实现除霜过程中的不停机，且除霜过程无辅热，系统结构简单，控制方法简单，制冷剂过冷余热根据需要可采用水作为蓄热剂，材料实现零成本；
3、本发明通过采用将第一蓄热器包裹在压缩机外部，占用空间小，蓄热能力强，满足较长时间，较频繁的除霜要求，使得机组能够更好的适应低温高湿的制热运行环境，适用范围广；
4、本发明在除霜旁通的热气管路上增加毛细管，对热气进行缓冲旁通，一方面可以避免室外换热器受到的较大压力冲击，另一方面可避免过量热气进入室外除霜而造成的室内换热器供热量下降过快，从而避免了室内房间温度瞬间下降过快。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的蓄热型不停机除霜系统的结构示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-室内换热器 2-灌流风机 3-四通换向阀 4-节流毛细管 5-气液分离器 6-第一蓄热器 7-压缩机 8-第二蓄热器 9-节流阀 10-室外换热器 11-轴流风机 12-第一控制阀13-第二控制阀 14-第三控制阀 15-第四控制阀16-第五控制阀 17-第六控制阀 18-第七控制阀
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明所公开的空调器主要应用在室外环境温度较低且容易结霜的地区，在这些地区由于气温偏低常导致空调的室外换热器管道结霜大大影响空调的运行，普通的家用空调器在制热状态下进入除霜模式会失去制热能力并导致室内温度大幅下降，令室内的人没有良好的热舒适性。为了解决上述问题，在本发明中，相较于传统空调器，加装了两个蓄热式换热器，并对工质流动的一些管路进行了一些改造，加装了控制切换流动回路的电磁阀以及毛细管等部件。
图1是按照本发明的优选实施例所构建的蓄热型不停机除霜系统的结构示意图，如图1所示，空调器系统共有制冷运行模式、制热/蓄热运行模式、除霜运行模式，且系统在制热运行模式时，同时自动处在蓄热运行模式。
在制冷运行模式下，3-四通换向阀状态与图1不同，应是下方与右方相连，上方与左方相连，即处于制冷状态。仅有12-第一控制阀、16-第五控制阀处于打开状态，而13-第二控制阀、14-第三控制阀、15-第四控制阀、17-第六控制阀、18-第七控制阀则均处于关闭状态，由此，可令工质在第一流动回路中流动。工质从7-压缩机出口后成为高温高压气体，通过3-四通换向阀后进入10-室外换热器，通过11-轴流风机加强向室外空气的冷凝放热。工质冷凝为液体后进入9-节流阀节流后并闪发成为低温低压湿蒸汽，经过16-第五控制阀并进入1-室内换热器，工质在换热器内蒸发成为气体吸收热量，并通过灌流风机加强与室内空气的换热，达到制冷效果。最终再次经过3-四通换向阀以及12-第一控制阀进入5-气液分离器，最终气体工质回到7-压缩机完成制冷循环。
当空调器处于制热/蓄热运行模式下，3-四通换向阀方向如图1所示，阀的上方与右方相连，下方与左方相连，处于制热状态，且12-第一控制阀、15-第四控制阀、18-第七控制阀均处于打开状态，而13-第二控制阀、14-第三控制阀、16-第五控制阀、17-第六控制阀处于关闭状态。由此，令空调器系统内工质在第二流动回路中流动，从7-压缩机出口以高温高压气体状态经过3-四通换向阀，并流入1-室内换热器，通过自身在换热器管道内的冷凝以及2-灌流风机来增强对室内空气的放热，离开1-室内换热器并完全冷凝成液体，此时液体工质仍具有30-37摄氏度的温度并带有余热。紧接着液体工质流经15-第四控制阀并进入8-第二蓄热器，在8-第二蓄热器中向蓄热材料放出余热，令8-第二蓄热器不断储存热量。放热结束并过冷的液体工质流过18-第七控制阀，通过9-节流阀节流，并在此过程中闪发一部分气体，使管道内工质成为湿蒸汽状态。从9-节流阀流出后直接进入10-室外换热器，在换热器管道内蒸发为气体并依靠11-轴流风机吸收环境热量，接着通过3-四通换向阀经过12-第一控制阀进入5-气液分离器。最终气体工质从5-气液分离器出来回到7-压缩机完成制热/蓄热循环。值得提出的是，在空调器系统处于制热/蓄热运行模式下，在第四换热区域由7-压缩机的外壳向6-第一蓄热器的蓄热材料的放热、以此储存压缩机热耗散能量的过程始终在进行。
当空调器系统处于除霜运行模式下，3-四通换向阀方向如图1所示，阀的上方与右方相连，下方与左方相连，依旧处于制热状态，且13-第二控制阀、14-第三控制阀、17-第六控制阀、18-第七控制阀均处于打开状态，而12-第一控制阀、15-第四控制阀、16-第五控制阀处于关闭状态。由此，令空调器系统内工质在第三流动回路中流动，从7-压缩机出口的高温高压气体工质，在经过3-四通换向阀后，分为两路。第一路直接流入1-室内换热器经过冷凝成液体并通过2-灌流风机向室内空气放热，冷凝结束的液体流经17-第六控制阀直至9-节流阀前。第二路则流经3-第二控制阀并通过4-毛细管以保证高温高压工质蒸汽平缓进入10-室外换热器，并在10-室外换热器通过冷凝成液体向换热器管道外结的霜冻放热。需要提到的是，在该过程中11-轴流风机处于关闭状态。接着这一路工质以液体状态流至9-节流阀前。两路液体工质在9-节流阀前汇集后，通过9-节流阀完成节流闪发，成为湿蒸汽，并经过18-第七控制阀，流过8-第二蓄热器，并对在制热/蓄热运行模式下储存了足够热量的蓄热材料进行吸热蒸发。紧接着流过6-第一蓄热器，并对始终吸收7-压缩机外壳热量的蓄热材料进行进一步的吸热蒸发直至完全气化。同样，这里值得提到，即使处于除霜运行模式，6-第一蓄热器内的蓄热材料也始终在吸收从6-压缩机外壳传来的耗散热量。工质在流出6-第一蓄热器后直接进入5-气液分离器，最终气态工质重新回到7-压缩机完成除霜循环。
本发明所提供空调系统的运行控制策略具体有，在制冷运行模式下，四通换向阀处于制冷状态，12-第一控制阀、16-第五控制阀打开，而13-第二控制阀、14-第三控制阀、15-第四控制阀、17-第六控制阀、18-第七控制阀关闭；在制热/蓄热运行模式下，12-第一控制阀、15-第四控制阀、18-第七控制阀打开，而13-第二控制阀、14-第三控制阀、16-第五控制阀、17-第六控制阀关闭；由于室外换热器结霜严重时，则系统由制热/蓄热运行模式切换至除霜运行模式，首先关闭11-轴流风机，接着关闭15-第四控制阀，并令系统继续运行大约40秒，其目的是抽空10-室外换热器以及8-第二蓄热器内部的制冷剂液体，以便进入除霜运行模式时更加迅速且高效。而后保持节流阀开度以及16-第五控制阀关闭的状态，并关闭12-第一控制阀，打开13-第二控制阀、14-第三控制阀以及17-第六控制阀，此时，系统则进入除霜运行模式。当室外温度传感器检测到室外换热器管壁温度达到15℃时，化霜完成，则重新切换到制热/蓄热运行模式。令系统回到12-第一控制阀、15-第四控制阀、18-第七控制阀打开，而13-第二控制阀、14-第三控制阀、16-第五控制阀、17-第六控制阀关闭的状态，且室外机风机重新启动。
本发明所公开的空调器装置，除霜速度极快，能效较高。通过耦合制热运行模式与蓄热运行模式，令制热过程中冷凝后的液体工质过冷的同时储存其热量，在除霜过程的能量补偿中重新利用，并实现除霜不停机的目的，在提高空调器装置整体能效的基础上，提高了人在室内的热舒适性。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种蓄热型不停机除霜系统，包括第一蓄热器、压缩机、第二蓄热器、四通换向阀、气液分离器和节流阀，其特征在于，
所述第一蓄热器包裹在所述压缩机的外部，且串联在所述第二蓄热器和气液分离器之间，用于吸收并存储所述压缩机工作产生的热量和所述系统中流动工质的热量；所述第二蓄热器串联在所述系统的室内换热器和所述节流阀之间，用于在制热时吸收并存储所述系统中流动工质的热量；
所述四通换向阀与所述气液分离器之间设置有第一控制阀，所述四通换向阀与所述系统的室外换热器之间设置有第二控制阀，所述室内换热器和所述节流阀之间设置有第四控制阀、第五控制阀和第六控制阀，所述节流阀和所述第二蓄热器之间设置有第七控制阀，所述第二蓄热器与所述第一蓄热器之间设置有第三控制阀；
在除霜时，通过控制各个控制阀的开关使得所述压缩机中流出的工质分为两部分分别经过所述室内换热器和室外换热器，并在所述节流阀前汇合，然后依次经过所述节流阀、第二蓄热器、第一蓄热器和气液分离器后回到压缩机，其中，所述工质经过所述室内换热器冷凝成液体并通过系统的灌流风机向室内放热，实现除霜过程不停机。
2.如权利要求1所述的蓄热型不停机除霜系统，其特征在于，所述室外换热器与所述压缩机之间设置有节流毛细管，用于缓冲旁通热气。
3.如权利要求1所述的蓄热型不停机除霜系统，其特征在于，所述第一、第二、第三、第四、第五、第六和第七控制阀均优选采用电磁阀。
4.如权利要求1所述的蓄热型不停机除霜系统，其特征在于，所述第一和第二蓄热器内部均填充有相变储热材料。
5.如权利要求4所述的蓄热型不停机除霜系统，其特征在于，所述第一蓄热器中的相变储热材料优选相变温度为20℃～40℃的材料。
6.如权利要求1所述的蓄热型不停机除霜系统，其特征在于，所述节流阀优选采用电子膨胀阀。
7.一种空调，包括如权利要求1-6任一项所述的蓄热型不停机除霜系统。
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