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CN102132110A - 热泵系统 - Google Patents

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CN102132110A CN2009801328557A CN200980132855A CN102132110A CN 102132110 A CN102132110 A CN 102132110A CN 2009801328557 A CN2009801328557 A CN 2009801328557A CN 200980132855 A CN200980132855 A CN 200980132855A CN 102132110 A CN102132110 A CN 102132110A
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Abstract

本发明涉及一种热泵系统，更具体的涉及一种热泵系统中室外热交换机的除霜及促冷结构，该热泵系统利用免费热源的热量及冷媒的过冷却的冷凝热量来加热或冷却室外热交换机，以维持冷媒适当的过冷度，在不使用额外的付费热源的同时能提高性能系数。本发明的热泵系统包括：基本制冷回路(10)，其中压缩机(11)、四通阀(12)、室内热交换机(13)、制冷膨胀阀(14)、制热膨胀阀(15)、室外热交换机(16)以及四通阀(12)通过冷媒导管(17)按顺序依次连接，四通阀(12)与压缩机(11)通过冷媒吸入导管(18)连接；内部填充热介质(23)的储热器(20)，包围制热热交换机(22)设置，制热热交换机(22)设置在分流冷媒管(21)上，分流冷媒管(21)的两端设置在冷媒导管的两个膨胀阀之间；辅助热交换机(30)，通过热介质供给管(31)和热介质回归管(44)连接于储热器(20)，从而设置于室外热交换机(16)上，热介质供给管(31)和热介质回归(44)管上安装有热介质循环泵；室外热交换机除霜及冷却装置(40)，通过盐水供给管(42)和盐水回归管(44)将热交换机(41)设置于热介质供给管(31)和热介质回归管(33)上，热交换机(41)周围设置免费热源储存器(45)，盐水供给管(42)及盐水回归管(44)上设置有盐水循环泵(43)。

Description

热泵系统
技术领域
本发明涉及一种热泵系统，更具体的涉及热泵系统室外热交换机的除霜及促冷结构。
背景技术
热泵是在蒸汽压缩冷却循环向制冷运转时反方向运转的一种装置，即制热运转时，室内热交换机作为冷凝器，室外热交换机作为蒸发器；制冷运转时，室外热交换机作为冷凝器，室内热交换机作为蒸发器。为提高性能系数(coefficient of performence，COP)，室外热交换机的冷媒蒸发性或冷凝性要好。
但是，空气热源型热泵的所述室外热交换机置于外部气体中时，因依靠外部气体使冷媒蒸发或冷凝，尤其是制热运转时，如外部气体温度降到露点以下的时候，作为蒸发器的室外热交换机的表面会结霜，使冷媒气体难以蒸发或不能蒸发，所以性能系数大幅下降，导致无法正常运转；另一方面，制冷运转时，如外部气体温度高时，作为冷凝器的室外热交换机中冷媒冷凝效果不佳，性能系数下降。因此，解决所述问题成为热泵技术开发的核心主题之一。
所述问题中，为解决制热运转时性能系数低下或运转不佳的问题，目前采取的措施是：热泵循环转变为制冷循环运转，即作为室外热交换机的蒸发器当作冷凝器运行，以除去其表面的霜；或在室内热交换机上加设电热器，以防止性能系数低下。但前者会导致制热运转中断，而后者改善性能系数的效果甚微，还需其它能量。
本发明的发明者及申请人，提出了能够解决热泵所述核心主题的热泵系统，并公开于专利文献1中。所述热泵系统包括：基本制冷回路，其中，压缩机、四通阀、室内热交换机、制冷膨胀阀、制热膨胀阀、室外热交换机及所述四通阀用冷媒导管按顺序依次连接，并将所述四通阀与压缩机之间用冷媒吸入导管连接；储热器，该储热器设于所述导管的制冷膨胀阀与制热膨胀阀之间，内部填充有热介质，并装有相变储热材料；制热热交换机，该制热热交换机设于连通所述导管与储热器的导管上；热交换机，该热交换机通过回归管连接于所述储热器，并设于所述室外热交换机的吸入侧，所述回归管上设置有供给管及循环泵；第一、第二吸热热交换机，所述第一、第二吸热热交换机并列设置于所述吸入导管上，并安装于所述储热器内部，可根据压缩机吸入的冷媒温度，选择性起作用。所述制热热交换机作为过冷冷凝器，使冷凝热量以一定温度储存于储热器内部的热介质中，等外部气体温度低于露点以下或设定温度以上时，将所述热介质在室外热交换机的热交换机内循环，使室外热交换机吸入的外部气体加热或冷却，外部气体温度低的情况下制热运转时，防止室外热交换机上结霜或进行除霜；外部气体温度高的状态下制冷运转时，使冷媒蒸气冷却充分，不管外部气体温度高低，都可使性能系数增大，而且压缩机能够吸入干饱和或过热的蒸气，这也可以提高性能系数。
发明内容
发明目的
但是，所述专利文献1中的热泵系统虽有例如使室外热交换机吸入的外部气体加热或冷却的过冷却冷媒，和不管外部气体温度高低，不用停止运转就可提高性能系数等划时代的优点。但如果外部气体温度高或低的状态持续时间长时，会出现冷媒过冷却严重的现象，如上所述，当冷媒过冷却超过适当程度时，性能系数虽提高，但冷媒的比体积缩小，外部气体温度低时，供应于室外热交换机的冷媒的蒸发会越发不良，随之，压缩机会吸入湿饱和蒸气。
如上所述，压缩机吸入湿饱和蒸气时，在压缩机中压缩冷媒气体，其温度难以上升，性能系数也会下降。
另外，如上所述，外部气体温度低的状态持续长时间时，需启动设于储热器的电热器，因为需要追加热源，所以会导致运转费用提高的问题。
本发明的目的在于提供一种解决所述问题的热泵系统，利用免费热源的热量与冷媒的过冷却的冷凝热量来加热或冷却室外热交换机，使冷媒维持适当的过冷度，只需免费热源，也能提高性能系数。
技术方案
为达到所述目的，本发明的热泵系统包括：基本制冷回路，其中，压缩机、四通阀、室内热交换机、制冷膨胀阀、制热膨胀阀、室外热交换机以及所述四通阀用冷媒导管按顺序依次连接，并将所述四通阀与压缩机之间用冷媒吸入导管连接；内部填充热介质的储热器，该储热器包围制热热交换机设置，所述制热热交换机设置在分流冷媒管上，所述分流冷媒管的两端设置在所述冷媒导管的两个膨胀阀之间；辅助热交换机，该辅助热交换机通过热介质供给管和热介质回归管连接于所述储热器，从而设置于所述室外热交换机上，所述热介质供给管和热介质回归管上安装有热介质循环泵；室外热交换机除霜及冷却装置，该室外热交换机除霜及冷却装置通过盐水供给管和盐水回归管将热交换机设置于热介质供给管和热介质回归管上，所述热交换机周围设置免费热源储存器，所述盐水供给管及盐水回归管上设置有盐水循环泵。
有益效果
如上所述，当外部气体温度低于一定温度(如5℃)或高于一定温度(如30℃)时，本发明的热泵系统依靠储存器内流动的免费热源，使热交换机保持一定温度，将所述保持一定温度的盐水在室外热交换机的热交换机中循环，在外部气体温度低的状态下进行制热运转时除去室外热交换机上结的霜或防止结霜；在外部气体温度高的酷暑等状态下进行制冷运转时能使室外热交换机中的冷媒冷却充分。从而可以用免费热源维持良好的性能系数，另外，因室内热交换机的负荷减少等原因，在制热运转时使所述储热器将冷凝不充分的冷媒过冷却，提高性能系数；而且，由于下雨或不产生废水等理由出现免费热源不足现象，在制热运转时将储热器中加热的热介质循环于室外热交换机的热交换机中，以便加热运转时，能维持良好的性能系数。
附图说明
图1为本发明的热泵系统实施方式的结构图。
具体实施方式
图1为本发明的热泵系统的实施方式的结构图，10是基本冷却回路，所述基本冷却回路10是将压缩机11、四通阀12、室内热交换机13、制冷膨胀阀14、制热膨胀阀15、室外热交换机16及上述四通阀12用冷媒导管17按顺序依次连接，所述四通阀12与压缩机11之间用冷媒吸入导管18连接。
20为储热器，所述储热器20内部填充有热介质23，并包围制热热交换机22，所述制热热交换机设置在分流冷媒管21上，所述分流冷媒管21的两端以一定间隔设置在所述冷却膨胀阀14和加热膨胀阀15之间。
30为辅助热交换机，所述辅助热交换机30的导热管在所述室外热交换机16的导热管之间等距地设置，或在室外热交换机16的侧面一体形成或单独设置，所述辅助热交换机30通过热介质供给管31和热介质回归管33与所述储热器20连接，所述热介质供给管31和热介质回归管33上设置有热介质循环泵。如上所述，将辅助热交换机30的导热管等距地设置于室外热交换机16的导热管间，传热效率会更好，所以，所述辅助热交换机30最好设于室外热交换机16的导热管之间。
40为室外热交换机除霜及冷却装置，所述室外热交换机除霜及冷却装置40的热交换机41通过盐水供给管42和盐水回归管44设置在所述热介质供给管31与热介质回归管33上，所述盐水供给管42和盐水回归管44上设置有盐水循环泵43，在所述热交换机41周围设置免费热源储存器45，使免费热源在储存器45内循环，维持免费热源与热交换机41的热交换关系，以便使盐水在辅助热交换机30内以一定温度(如20℃左右)循环。
所述免费热源使用河水、海水、收集的地下水、太阳热集热装置集热的的流体(空气或温水)、雨水和废水等再生能源，防止污染环境，且在本发明的热泵系统安装地点容易得到。在制热运转时，尤其酷寒时期，所述免费热源的温度越高越好，制冷运转时，所述免费热源的温度最好不超过25℃。
另外，所述冷媒吸入导管18上设置有贯通所述储热器20的冷媒吸入分流管50，在其贯通部位上设置吸热热交换机51，以便加热被压缩机11吸入的冷媒气体，使所述冷媒气体干饱和或过热蒸气化，防止压缩机的回液及液击现象。
另外，所述冷媒导管17与所述分流冷媒导管21两端的连接部位之间以及所述分流冷媒导管21与冷媒导管17连接部位附近各设置电磁阀S1和电磁阀S2，冷媒导管17的室内、室外热交换机13、16之间设置温度感应器60，根据温度感应器60检出的信号，当该信号达到一定温度(如35℃)以上时，关闭电磁阀S1，打开电磁阀S2，使冷媒过冷却。
另外，所述热介质供给管31与盐水供给管42的各循环泵32、43出口侧各设置电磁阀S3和电磁阀S4，根据设于室外热交换机16上的温度感应器61所检出的信号，当该信号达到一定温度(如：制热运转时10℃以下，制冷运转时30℃以上)时，关闭电磁阀S3，打开电磁阀S4，依靠免费热源，将由热交换机41加热的盐水在辅助热交换机30内循环。
另外，所述免费热源储存器45上设置温度感应器63，免费热源的温度下降时，根据其所检出的信号，与上述情况相反地开闭电磁阀S3、S4，将加热储存于储热器20中的热介质，在辅助热交换机30内循环，除去室外热交换机的霜。
另外，所述冷媒吸入导管18的冷媒吸入分流管50的连接入口及其相邻位置分别设置电磁阀S5、S6，根据设置于冷媒吸入导管18的温度感应器64检出的信号，当该信号低于一定温度(如5℃)时，关闭电磁阀S5，开启电磁阀S6，使被压缩机11吸入的冷媒气体在储热器20内加热，从而使该冷媒气体过热蒸气化。
未说明符号66，67为止回阀。
如上所述，在本发明的热泵系统中，当制热运转时，操作四通阀12，使冷媒沿着实线箭头方向流动，当制冷运转时，冷媒沿着虚线箭头方向流动，制热运转时，室内热交换机13作为冷凝器，制冷运转时，室内热交换机13作为蒸发器，加热或制冷的功能与现有技术的相同。
如上所述，在制热或制冷运转时，依靠免费热源维持一定温度的盐水，将其在设置于室外热交换机16的辅助热交换机30内循环，当外部气温低的状态下制热运转时能够除去室外热交换机16上的霜或防止结霜；当外部气温高的状态下制冷运转时能够冷却室外热交换机16，促进冷媒气体的蒸发，维持良好的性能系数。
而且，如所述情况运转，室内热交换机13或室外热交换机16中冷媒冷凝充分时，根据温度感应器60检出的信号，电磁阀S2被开启，储热器20内冷媒变得过冷，性能系数提高，而且，热介质被冷凝热量加热并将该冷凝热量储存，在下雨或无废水等原因导致免费热源进入免费热源储存器45的量变少时，上述的热介质将被循环于辅助热交换机30，以便制热运转时一直能够保持良好的性能系数。

Claims (4)

1.一种热泵系统，该热泵系统包括：
基本制冷回路，其中，压缩机、四通阀、室内热交换机、制冷膨胀阀、制热膨胀阀、室外热交换机以及所述四通阀用冷媒导管按顺序依次连接，并所述四通阀与压缩机之间用冷媒吸入导管连接；
内部填充热介质的储热器，该储热器包围制热热交换机，所述制热热交换机设置在分流冷媒管上，所述分流冷媒管的两端设置在所述冷媒导管的两个膨胀阀之间；
辅助热交换机，该辅助热交换机通过热介质供给管和热介质回归管连接于所述储热器，从而设置于所述室外热交换机上，所述热介质供给管和热介质回归管上安装有热介质循环泵；
室外热交换机除霜及冷却装置，该室外热交换机除霜及冷却装置通过盐水供给管和盐水回归管将热交换机设置于所述热介质供给管和热介质回归管上，所述热交换机周围设置免费热源储存器，所述盐水供给管和盐水回归管上设置有盐水循环泵。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述免费热源选自河水、海水、采集的地下水、太阳热集热装置集热的流体、雨水和废水。
3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述冷媒吸入导管上设置有贯通所述储热器的冷媒吸入分流管，在所述储热器的贯通部位上设置有吸热热交换机，从而加热被压缩机吸入的冷媒气体。
4.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述辅助热交换机的导热管等距地设置于室外热交换机的导热管之间。
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