CN109595847A - 一种用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于家用空气源热泵***的新型相变储热除霜装置，安装在常规家用热泵***内，有效提高除霜效率和室内舒适度。该装置包括相变储热器、制冷剂旁路、电磁三通阀、电磁三通阀、控制器。相变储热器包裹在压缩机外，吸收和储存压缩机散失的废热。除霜时，高温制冷剂进入室外换热器除霜，低温制冷剂进入相变储热器吸热。与家用空气源热泵***普遍采用的四通换向阀除霜技术相比，本发明实现了***用压缩机废热的回收利用，为***除霜提供了充足的能量来源，克服了四通换向阀除霜技术时间长、能耗大、室内舒适度降低的缺陷，且具有结构紧凑、造价低廉、对原有热泵设备结构改动小等优点。

Description

一种用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置
技术领域
本发明属于人居环境技术领域，涉及家用通风冷暖设备的除霜，特别涉及一种用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置。
背景技术
空气源热泵具有冷热双制、占用空间小、节能、环保、方便等优点，但其结霜问题是影响热泵***冬季正常制热的主要因素。因此，改善除霜性能是推进空气源热泵***发展的必要条件。家用空气源热泵***的传统除霜方式为四通换向阀除霜，即四通换向阀换向，室外机作为冷凝器，室内机作为蒸发器，且室内风机一般处于关闭状态，因此导致除霜能量来源不足，除霜时间长，除霜效率低，室内环境的舒适性降低等缺点。相变储热除霜技术相比于四通换向阀除霜具有以下优点：有效回收利用了压缩机的废热，为除霜过程提供了充足的能量，缩短了除霜时间，除霜过程中低温制冷剂不走室内机，不会降低室内舒适度。但由于储热器结构和储热材料性能需要进一步优化和提升，因此相变储热除霜技术鲜有应用。
发明内容
为了克服上述现有技术中家用空气源热泵***传统除霜技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其结构紧凑、成本低廉、能有效改善除霜性能。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，安装在家用热泵***内，有效提高除霜效率和室内舒适度，包括包裹在压缩机6外侧以吸收并储存其散失低品位废热的相变储热器1，所述相变储热器1的一个端口通过管路一和电磁三通阀一3连接室内换热器9的介质入口管路，另一个端口通过管路二和电磁三通阀二4连接室内换热器9的介质出口管路，所述管路一和管路二组成制冷剂旁路2，所述室内换热器9的介质入口和出口管路为制冷剂主管路，通过阀门控制连通所述制冷剂旁路2和制冷剂主管路，压缩机6的排气端连通室外换热器10，将热量传递给室外换热器10外表面的霜层实现除霜，完成热交换的制冷剂经制冷剂旁路2将相变储热器1存储的低品位热量带走，并返回压缩机6的吸气端，完成一次循环。
所述压缩机6的排气端连接四通换向阀7的a口，吸气端连接四通换向阀7的c口，四通换向阀7的b口连接室外换热器10的介质入口，d口连接电磁三通阀一3的一个端口，电磁三通阀一3的另两个端口分别连接室内换热器9的介质入口以及管路一的一端，室内换热器9的介质出口连接电磁三通阀二4的一个端口，电磁三通阀二4另两个端口分别连接室外换热器10的介质出口以及管路二的一端，管路一的另一端和管路二的另一端分别连接相变储热器1的两个端口。
所述电磁三通阀一3、电磁三通阀二4均与控制器5连接，在热泵***运行模式设定为制冷或者制热时，控制器5控制电磁三通阀一3和电磁三通阀二4关闭制冷剂主管路与制冷剂旁路2之间的连通，在热泵***运行模式设定为除霜时，控制器5控制电磁三通阀一3和电磁三通阀二4开启制冷剂主管路与制冷剂旁路2之间的连通。
连接所述室外换热器10的介质出口和电磁三通阀二4之间的管路上设置有电子膨胀阀8。
所述压缩机6、电子膨胀阀8均与控制器5连接，根据热泵***设定模式控制压缩机启停和频率，电子膨胀阀8的开度，实现***运行状态控制，进一步优化除霜效率。
所述相变储热器1结构为管壳式，内管为蛇形管，蛇形管呈独特的非均匀方式布置，材料与制冷剂旁路2一样，均为紫铜。
所述相变储热器1内填充的相变材料为十二醇-硬脂酸-棕榈酸三元混合物，其相变温度满足要求、潜热大、价格低廉、制备工艺简单。
所述的相变储热器1外壳形状充分利用热泵***室外机内部空间，紧密包裹住压缩机。储热器1外壳与压缩机6外表面间填充高导热材料如导热硅胶。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)相变储热器、制冷剂旁路、电磁三通阀安装在常规家用空气源热泵***内，形成新的制冷剂回路，将压缩机散失的废热回收再利用，为***除霜提供充足的能量，大大缩短了除霜时间，降低了***能耗。
(2)相变储热器结构紧凑，充分利用热泵***室外机内的闲置空间，不额外增加热泵***设备体积。
(3)相变储热器内部蛇形管采用特殊的非均匀布置方式，在靠近压缩机区域换热管布置密集，远离压缩机区域换热管布置稀疏，实现换热管长度与储热器放热性能最优化。
(4)相变储热器形状紧密包裹在压缩机周围，并在储热器与压缩机外表面间填充高效导热材料，能够有效增大换热面积，减小接触热阻。
(5)相变储热器中的储热材料为十二醇-硬脂酸-棕榈酸三元混合物，其相变温度满足要求、潜热大、单位体积储热量满足***除霜对热量的需求，价格低廉、制备工艺简单，有利于提高热泵***的整体性价比。
(6)该除霜装置对热泵***管路改动小，附加部件少，易于安装和维护。
(7)该除霜装置的控制简单，可以和热泵***的控制相集成。
附图说明
图1是本发明的***结构示意图。
图2是本发明的控制逻辑图。
图3是本发明相变储热器结构示意图
图4是本发明相变储热器安装示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种用于家用空气源热泵***的新型相变储热除霜装置，安装在家用热泵***内，有效提高除霜效率和室内舒适度，包括相变储热器1、制冷剂旁路2、电磁三通阀一3、电磁三通阀二4等。相变储热器1包裹在压缩机6的外侧，吸收和储存压缩机6散失的低品位废热。
压缩机6的排气端连接四通换向阀7的a口，吸气端连接四通换向阀7的c口，四通换向阀7的b口连接室外换热器10的介质入口，d口连接电磁三通阀一3的一个端口，电磁三通阀一3的另两个端口分别连接室内换热器9的介质入口以及管路一的一端，室内换热器9的介质出口连接电磁三通阀二4的一个端口，电磁三通阀二4另两个端口分别连接室外换热器10的介质出口以及管路二的一端，管路一的另一端和管路二的另一端分别连接相变储热器1的两个端口，连接室外换热器10的介质出口和电磁三通阀二4之间的管路上设置有电子膨胀阀8。管路一和管路二组成制冷剂旁路2，室内换热器9的介质入口和出口管路为制冷剂主管路。
如图1和图2所示，电磁三通阀一3、电磁三通阀二4、压缩机6、四通换向阀7、电子膨胀阀8均与控制器5连接，由控制器5控制。
当热泵***运行模式设定为制冷时，控制电磁三通阀一3和电磁三通阀二4关闭制冷剂主管路与制冷剂旁路2的连通，四通换向阀7换向使得a通b，c通d，室内换热器9可实现制冷。
当热泵***运行模式设定为制热时，电磁三通阀一3和电磁三通阀二4关闭制冷剂主管路与制冷剂旁路2的连通，四通换向阀7换向使得a通d，b通c，室内换热器9可实现制热。
当热泵***运行模式设定为除霜时，电磁三通阀一3和电磁三通阀二4开启制冷剂主管路与制冷剂旁路2的连通，四通换向阀7换向使得a通b，c通d，压缩机6排出的高温制冷剂进入室外换热器，将热量传递给换热器外表面的霜层，起到除霜的作用。完成热交换的制冷剂依次经过节流阀、电磁三通阀二4、制冷剂旁路2后进入相变储热器1，将相变储热材料存储的低品位热量带走，最后返回压缩机6的吸气端，完成一次循环。
如图3和图4所示，相变储热器1内管为蛇形管，材料为紫铜，蛇形管呈特殊的非均匀方式布置。外壳形状充分利用热泵***室外机内部空间，紧密包裹住压缩机6。相变储热器1的外壳与压缩机6的外表面间可填充导热硅胶。相变储热器1内填充的相变材料为十二醇-硬脂酸-棕榈酸三元混合物，其相变温度区间为22.3～34.6℃，相变潜热为182.8J/g、价格低廉、制备工艺简单。
将本发明实际应用于某型号家用空气源热泵***，并进行样机除霜性能的实验测试，实验结果表明安装本发明后，热泵***的除霜时间缩短三分之一，除霜能耗比有效降低。
本发明的工作过程为：当热泵***在正常制热模式下运行时，相变储热器内的相变材料吸收并储存压缩机散失的废热。随着热泵***的室外机换热器表面结霜程度达到设定临界值，***开启除霜模式，控制器5开启电磁三通阀一3和电磁三通阀二4连通制冷剂主管路与制冷剂旁路2，调节四通阀使得a通b，c通d。压缩机排出的高温制冷剂进入室外换热器，将热量传递给换热器外表面的霜层，起到除霜的作用。完成热交换的制冷剂依次经过节流阀、电磁三通阀二4、制冷剂旁路2后进入相变储热器1，将相变储热材料存储的低品位热量带走，最后返回压缩机的吸气端，完成一次循环。当除霜结束后，***重新恢复正常制热模式，控制阀5控制电磁三通阀一3和电磁三通阀二4关闭制冷剂主管路与制冷剂旁路2的连通，调节四通换向阀7使得a通d，b通c。
本发明与家用空气源热泵***普遍采用的四通换向阀除霜技术相比，实现了***用压缩机废热的回收利用，为***除霜提供了充足的能量来源，克服了传统四通换向阀除霜技术时间长、能耗大、室内舒适度降低的缺陷，且具有结构紧凑、造价低廉、对原有热泵设备结构改动小等优点。因此，采用本发明具有显著的经济效益，可以推广应用到不同类型的热泵***，具有良好的推广应用前景，产业化规模极其巨大。

Claims (10)

1.一种用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，安装在家用热泵***内，其特征在于，包括包裹在压缩机(6)外侧以吸收并储存其散失低品位废热的相变储热器(1)，所述相变储热器(1)的一个端口通过管路一和电磁三通阀一(3)连接室内换热器(9)的介质入口管路，另一个端口通过管路二和电磁三通阀二(4)连接室内换热器(9)的介质出口管路，所述管路一和管路二组成制冷剂旁路(2)，所述室内换热器(9)的介质入口和出口管路为制冷剂主管路，通过阀门控制连通所述制冷剂旁路(2)和制冷剂主管路，压缩机(6)的排气端连通室外换热器(10)，将热量传递给室外换热器(10)外表面的霜层实现除霜，完成热交换的制冷剂经制冷剂旁路(2)将相变储热器(1)存储的低品位热量带走，并返回压缩机(6)的吸气端，完成一次循环。
2.根据权利要求1所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述压缩机(6)的排气端连接四通换向阀(7)的a口，吸气端连接四通换向阀(7)的c口，四通换向阀(7)的b口连接室外换热器(10)的介质入口，d口连接电磁三通阀一(3)的一个端口，电磁三通阀一(3)的另两个端口分别连接室内换热器(9)的介质入口以及管路一的一端，室内换热器(9)的介质出口连接电磁三通阀二(4)的一个端口，电磁三通阀二(4)另两个端口分别连接室外换热器(10)的介质出口以及管路二的一端，管路一的另一端和管路二的另一端分别连接相变储热器(1)的两个端口。
3.根据权利要求2所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述电磁三通阀一(3)、电磁三通阀二(4)均与控制器(5)连接，在热泵***运行模式设定为制冷或者制热时，控制器(5)控制电磁三通阀一(3)和电磁三通阀二(4)关闭制冷剂主管路与制冷剂旁路(2)之间的连通，在热泵***运行模式设定为除霜时，控制器(5)控制电磁三通阀一(3)和电磁三通阀二(4)开启制冷剂主管路与制冷剂旁路(2)之间的连通。
4.根据权利要求2所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，连接所述室外换热器(10)的介质出口和电磁三通阀二(4)之间的管路上设置有电子膨胀阀(8)。
5.根据权利要求4所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述压缩机(6)、电子膨胀阀(8)均与控制器(5)连接，根据热泵***设定模式控制压缩机启停和频率，电子膨胀阀(8)的开度，实现***运行状态控制。
6.根据权利要求1所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述相变储热器(1)结构为管壳式。
7.根据权利要求1所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述相变储热器(1)内填充的相变材料为十二醇-硬脂酸-棕榈酸三元混合物。
8.根据权利要求1所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述相变储热器(1)材料为紫铜，所述制冷剂旁路(2)材料为紫铜。
9.根据权利要求1所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述相变储热器(1)的内管为蛇形管，且采用非均匀布置方式。
10.根据权利要求1所述用于家用空气源热泵***的相变储热除霜装置，其特征在于，所述相变储热器(1)与压缩机(6)外表面间填充导热硅胶。
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