CN112781269A - 一种过冷交替除霜的空气源热泵机组及其运行控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于热泵机组技术领域，具体涉及一种过冷交替除霜的空气源热泵机组及其运行控制方法。其技术方案为：一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，包括压缩管路，压缩管路形成回路，压缩管路上依次设置有压缩组件、第一换热器和室外换热机组，室外换热机组包括第二换热器和第三换热器，第二换热器和第三换热器并联于压缩管路上。本发明通过室外双换热器以及控制其通路的控制阀的设置，能够使机组在除霜过程中仍可持续向室内供暖，从而保持机组的高效运行，避免现有除霜技术带来的一系列问题。
Description
技术领域
本发明属于热泵机组技术领域，具体涉及一种过冷交替除霜的空气源热泵机组及其运行控制方法。
背景技术
空气源热泵是我国清洁供暖的重要设备，北方“煤改电”的政策及碳中和大背景使得空气源热泵市场前景巨大。在冬季制热工况运行时，热泵的蒸发器表面温度低于空气露点温度时，肋片表面会逐渐结霜，随着霜层的加厚，肋片之间风道阻塞，降低风量，导致换热器的换热效率恶化，***COP降低，能耗大大增加。如何高效除霜是热泵技术应用中亟待解决的关键问题。目前常用的除霜方式主要包括电热除霜、逆循环除霜、热气旁通除霜、蓄能除霜、超声波除霜等。电热除霜耗电量大，且仅有15％左右的能量被用于融霜；逆循环除霜需从用户侧吸热，影响室内的舒适性；热气旁通除霜时间较长；蓄能除霜虽能缩短除霜时间，但结霜时***制热量衰减、除霜时不能同时供热。以上除霜方式的缺点，给热泵技术的应用带来了极大的挑战。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种在除霜期间能够不间断向室内供热的交替除霜空气源热泵机组及其运行控制方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，包括压缩管路，压缩管路形成回路，压缩管路上依次设置有压缩组件、第一换热器和室外换热机组，室外换热机组包括第二换热器和第三换热器，第二换热器和第三换热器并联于压缩管路上；所述第三换热器的进口管路上连接有第一三通阀，第三换热器的出口管路上连接有第二三通阀，第二换热器的进口管路上连接有第三三通阀，第二换热器的出口管路上连接有第四三通阀，第一换热器的出口管路上分别连接有第五三通阀和第六三通阀；所述第四三通阀和第五三通阀之间连接有第一支管，第三三通阀上连接有第二支管，第二支管的另一端连接于第五三通阀和第六三通阀之间的管路上，第二三通阀和第六三通阀之间连接有第三支管，第一三通阀上连接有第四支管，第四支管的另一端连接于第六三通阀远离第五三通阀的一侧的管路上。
通过调节各三通阀，压缩机吸入非除霜工况的一个室外换热器内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器，制冷剂在第一换热器中冷却，此时第一换热器为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入除霜工况的室外换热器进一步放热除霜后，进入膨胀阀节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入非除霜工况的室外换热器吸热后，通过四通阀再次进入压缩机，完成除霜工况后切换至正常供热工况。本发明通过室外双换热器以及控制其通路的控制阀的设置，能够使机组在除霜过程中仍可持续向室内供暖，从而保持机组的高效运行，避免现有除霜技术带来的一系列问题。
作为本发明的优选方案，所述压缩管路上还连接有膨胀阀，膨胀阀位于第一换热器和室外换热机组之间。膨胀阀能起到节流降压的作用，使制冷剂处于低温低压状态，从而制冷剂能在换热器中换热后再次进入压缩机。
作为本发明的优选方案，所述压缩组件包括四通阀，四通阀的其中两个端口连接于压缩管路上，四通阀的另外两个端口之间连接有循环管路，循环管路上连接有压缩机。压缩机连接于循环管路中，则压缩机能对气体进行循环压缩，使制冷剂变为高温高压气体，从而高温高压气体能在第一换热器中换热，则第一换热器向室内放热。
作为本发明的优选方案，所述第一换热器、第二换热器和第三换热器均设置有换热片。
作为本发明的优选方案，所述第一换热器安装于室内。
作为本发明的优选方案，所述第二换热器和第三换热器安装于室外。
一种如上述的过冷交替除霜的空气源热泵机组的运行控制方法，
冬季正常供热工况：
调节第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第五三通阀、第六三通阀，使第一支管、第二支管、第三支管和第四支管均与压缩管路断开；压缩机吸入第二换热器和第三换热器内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器，制冷剂在第一换热器中冷却，此时第一换热器为冷凝器，向室内放热；制冷剂在第一换热器放热冷凝后，进入膨胀阀节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂一部分进入第二换热器从室外空气中吸热，另一部分进入第三换热器从室外空气中吸热汇合后，再次进入压缩机，如此不断循环；
冬季对第二换热器除霜工况：
调节第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第五三通阀、第六三通阀，使第一支管和第二支管与压缩管路接通、第三支管和第四支管与压缩管路断开；压缩机吸入第三换热器内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器，制冷剂在第一换热器中冷却，此时第一换热器为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入第二换热器进一步放热除霜后，进入膨胀阀节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入第三换热器吸热后，通过四通阀再次进入压缩机，完成除霜工况后切换至正常供热工况；
冬季对第三换热器除霜工况：
调节第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第五三通阀、第六三通阀，使第一支管和第二支管与压缩管路断开、第三支管和第四支管与压缩管路接通；压缩机吸入第三换热器内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器，制冷剂在第一换热器中冷却，此时第一换热器为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入第三换热器进一步放热除霜后，进入膨胀阀节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入第二换热器吸热后，通过四通阀再次进入压缩机，完成除霜工况后切换至正常供热工况；
夏季制冷工况：
调节第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第四三通阀、第五三通阀、第六三通阀，使第一支管、第二支管、第三支管和第四支管均与压缩管路断开；通过四通阀变向控制，压缩机吸入第一换热器内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩后，制冷剂温度和压力都升高,一部分高温高压制冷剂进入第二换热器向室外放热冷却，另一部分高温高压制冷剂进入第三换热器向室外放热冷却，制冷剂完成放热冷凝后温度降低，汇合后进入膨胀阀节流降压，压力降低的同时温度也降低，得到低温低压制冷剂；低温低压制冷剂进入第一换热器内吸收室内热量后，再次进入压缩机，如此不断循环。
本发明的有益效果为：
通过调节各三通阀，压缩机吸入非除霜工况的一个室外换热器内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器，制冷剂在第一换热器中冷却，此时第一换热器为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入除霜工况的室外换热器进一步放热除霜后，进入膨胀阀节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入非除霜工况的室外换热器吸热后，通过四通阀再次进入压缩机，完成除霜工况后切换至正常供热工况。本发明通过室外双换热器以及控制其通路的控制阀的设置，能够使机组在除霜过程中仍可持续向室内供暖，从而保持机组的高效运行，避免现有除霜技术带来的一系列问题。
附图说明
图1是正常供热工况时本发明的结构示意图；
图2是第二换热器除霜工况时本发明的结构示意图；
图3是第三换热器除霜工况时本发明的结构示意图；
图4是夏季制冷工况时本发明的结构示意图。
图中，1-压缩管路；2-第一换热器；3-第二换热器；4-第三换热器；5-膨胀阀；6-四通阀；7-压缩机；11-第一支管；12-第二支管；13-第三支管；14-第四支管；a1-第一三通阀；a2-第二三通阀；a3-第三三通阀；a4-第四三通阀；a5-第五三通阀；a6-第六三通阀。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1所示，本实施例的过冷交替除霜的空气源热泵机组，包括压缩管路1，压缩管路1形成回路，压缩管路1上依次设置有压缩组件、第一换热器2和室外换热机组，室外换热机组包括第二换热器3和第三换热器4，第二换热器3和第三换热器4并联于压缩管路1上；所述第三换热器4的进口管路上连接有第一三通阀a1，第三换热器4的出口管路上连接有第二三通阀a2，第二换热器3的进口管路上连接有第三三通阀a3，第二换热器3的出口管路上连接有第四三通阀a4，第一换热器2的出口管路上分别连接有第五三通阀a5和第六三通阀a6；所述第四三通阀a4和第五三通阀a5之间连接有第一支管11，第三三通阀a3上连接有第二支管12，第二支管12的另一端连接于第五三通阀a5和第六三通阀a6之间的管路上，第二三通阀a2和第六三通阀a6之间连接有第三支管13，第一三通阀a1上连接有第四支管14，第四支管14的另一端连接于第六三通阀a6远离第五三通阀a5的一侧的管路上。
通过调节各三通阀，压缩机7吸入非除霜工况的一个室外换热器内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器2，制冷剂在第一换热器2中冷却，此时第一换热器2为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入除霜工况的室外换热器进一步放热除霜后，进入膨胀阀5节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入非除霜工况的室外换热器吸热后，通过四通阀6再次进入压缩机7，完成除霜工况后切换至正常供热工况。本发明通过室外双换热器以及控制其通路的控制阀的设置，能够使机组在除霜过程中仍可持续向室内供暖，从而保持机组的高效运行，避免现有除霜技术带来的一系列问题。
所述压缩管路1上还连接有膨胀阀5，膨胀阀5位于第一换热器2和室外换热机组之间。膨胀阀5能起到节流降压的作用，使制冷剂处于低温低压状态，从而制冷剂能在换热器中换热后再次进入压缩机7。
具体地，所述压缩组件包括四通阀6，四通阀6的其中两个端口连接于压缩管路1上，四通阀6的另外两个端口之间连接有循环管路，循环管路上连接有压缩机7。压缩机7连接于循环管路中，则压缩机7能对气体进行循环压缩，使制冷剂变为高温高压气体，从而高温高压气体能在第一换热器2中换热，则第一换热器2向室内放热。
所述第一换热器2、第二换热器3和第三换热器4均设置有换热片，则第一换热器2、第二换热器3和第三换热器4均可与外界空气换热。所述第一换热器2安装于室内。所述第二换热器3和第三换热器4安装于室外。
一种如上述过冷交替除霜的空气源热泵机组的运行控制方法，
如图1所示，冬季正常供热工况：
调节第一三通阀a1、第二三通阀a2、第三三通阀a3、第四三通阀a4、第五三通阀a5、第六三通阀a6，使第一支管11、第二支管12、第三支管13和第四支管14均与压缩管路1断开；压缩机7吸入第二换热器3和第三换热器4内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器2，制冷剂在第一换热器2中冷却，此时第一换热器2为冷凝器，向室内放热；制冷剂在第一换热器2放热冷凝后，进入膨胀阀5节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂一部分进入第二换热器3从室外空气中吸热，另一部分进入第三换热器4从室外空气中吸热汇合后，再次进入压缩机7，如此不断循环；
如图2所示，冬季对第二换热器3除霜工况：
调节第一三通阀a1、第二三通阀a2、第三三通阀a3、第四三通阀a4、第五三通阀a5、第六三通阀a6，使第一支管11和第二支管12与压缩管路1接通、第三支管13和第四支管14与压缩管路1断开；压缩机7吸入第三换热器4内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器2，制冷剂在第一换热器2中冷却，此时第一换热器2为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入第二换热器3进一步放热除霜后，进入膨胀阀5节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入第三换热器4吸热后，通过四通阀6再次进入压缩机7，完成除霜工况后切换至正常供热工况；
如图3所示，冬季对第三换热器4除霜工况：
调节第一三通阀a1、第二三通阀a2、第三三通阀a3、第四三通阀a4、第五三通阀a5、第六三通阀a6，使第一支管11和第二支管12与压缩管路1断开、第三支管13和第四支管14与压缩管路1接通；压缩机7吸入第三换热器4内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器2，制冷剂在第一换热器2中冷却，此时第一换热器2为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入第三换热器4进一步放热除霜后，进入膨胀阀5节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入第二换热器3吸热后，通过四通阀6再次进入压缩机7，完成除霜工况后切换至正常供热工况；
如图4所示，夏季制冷工况：
调节第一三通阀a1、第二三通阀a2、第三三通阀a3、第四三通阀a4、第五三通阀a5、第六三通阀a6，使第一支管11、第二支管12、第三支管13和第四支管14均与压缩管路1断开；通过四通阀6变向控制，压缩机7吸入第一换热器2内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩后，制冷剂温度和压力都升高,一部分高温高压制冷剂进入第二换热器3向室外放热冷却，另一部分高温高压制冷剂进入第三换热器4向室外放热冷却，制冷剂完成放热冷凝后温度降低，汇合后进入膨胀阀5节流降压，压力降低的同时温度也降低，得到低温低压制冷剂；低温低压制冷剂进入第一换热器2内吸收室内热量后，再次进入压缩机7，如此不断循环。
本发明不局限于上述可选实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是落入本发明权利要求界定范围内的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，其特征在于，包括压缩管路(1)，压缩管路(1)形成回路，压缩管路(1)上依次设置有压缩组件、第一换热器(2)和室外换热机组，室外换热机组包括第二换热器(3)和第三换热器(4)，第二换热器(3)和第三换热器(4)并联于压缩管路(1)上；所述第三换热器(4)的进口管路上连接有第一三通阀(a1)，第三换热器(4)的出口管路上连接有第二三通阀(a2)，第二换热器(3)的进口管路上连接有第三三通阀(a3)，第二换热器(3)的出口管路上连接有第四三通阀(a4)，第一换热器(2)的出口管路上分别连接有第五三通阀(a5)和第六三通阀(a6)；所述第四三通阀(a4)和第五三通阀(a5)之间连接有第一支管(11)，第三三通阀(a3)上连接有第二支管(12)，第二支管(12)的另一端连接于第五三通阀(a5)和第六三通阀(a6)之间的管路上，第二三通阀(a2)和第六三通阀(a6)之间连接有第三支管(13)，第一三通阀(a1)上连接有第四支管(14)，第四支管(14)的另一端连接于第六三通阀(a6)远离第五三通阀(a5)的一侧的管路上。
2.根据权利要求1所述的一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，其特征在于，所述压缩管路(1)上还连接有膨胀阀(5)，膨胀阀(5)位于第一换热器(2)和室外换热机组之间。
3.根据权利要求1所述的一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，其特征在于，所述压缩组件包括四通阀(6)，四通阀(6)的其中两个端口连接于压缩管路(1)上，四通阀(6)的另外两个端口之间连接有循环管路，循环管路上连接有压缩机(7)。
4.根据权利要求1所述的一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，其特征在于，所述第一换热器(2)、第二换热器(3)和第三换热器(4)均设置有换热片。
5.根据权利要求1所述的一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，其特征在于，所述第一换热器(2)安装于室内。
6.根据权利要求1所述的一种过冷交替除霜的空气源热泵机组，其特征在于，所述第二换热器(3)和第三换热器(4)安装于室外。
7.一种如权利要求1～6任意一项所述的一种过冷交替除霜的空气源热泵机组的运行控制方法，其特征在于，
冬季正常供热工况：
调节第一三通阀(a1)、第二三通阀(a2)、第三三通阀(a3)、第四三通阀(a4)、第五三通阀(a5)、第六三通阀(a6)，使第一支管(11)、第二支管(12)、第三支管(13)和第四支管(14)均与压缩管路(1)断开；压缩机(7)吸入第二换热器(3)和第三换热器(4)内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器(2)，制冷剂在第一换热器(2)中冷却，此时第一换热器(2)为冷凝器，向室内放热；制冷剂在第一换热器(2)放热冷凝后，进入膨胀阀(5)节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂一部分进入第二换热器(3)从室外空气中吸热，另一部分进入第三换热器(4)从室外空气中吸热汇合后，再次进入压缩机(7)，如此不断循环；
冬季对第二换热器(3)除霜工况：
调节第一三通阀(a1)、第二三通阀(a2)、第三三通阀(a3)、第四三通阀(a4)、第五三通阀(a5)、第六三通阀(a6)，使第一支管(11)和第二支管(12)与压缩管路(1)接通、第三支管(13)和第四支管(14)与压缩管路(1)断开；压缩机(7)吸入第三换热器(4)内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器(2)，制冷剂在第一换热器(2)中冷却，此时第一换热器(2)为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入第二换热器(3)进一步放热除霜后，进入膨胀阀(5)节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入第三换热器(4)吸热后，通过四通阀(6)再次进入压缩机(7)，完成除霜工况后切换至正常供热工况；
冬季对第三换热器(4)除霜工况：
调节第一三通阀(a1)、第二三通阀(a2)、第三三通阀(a3)、第四三通阀(a4)、第五三通阀(a5)、第六三通阀(a6)，使第一支管(11)和第二支管(12)与压缩管路(1)断开、第三支管(13)和第四支管(14)与压缩管路(1)接通；压缩机(7)吸入第三换热器(4)内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入第一换热器(2)，制冷剂在第一换热器(2)中冷却，此时第一换热器(2)为冷凝器，向室内放热；制冷剂再进入第三换热器(4)进一步放热除霜后，进入膨胀阀(5)节流降压，此时制冷剂处于低温低压状态；低温低压的制冷剂进入第二换热器(3)吸热后，通过四通阀(6)再次进入压缩机(7)，完成除霜工况后切换至正常供热工况；
夏季制冷工况：
调节第一三通阀(a1)、第二三通阀(a2)、第三三通阀(a3)、第四三通阀(a4)、第五三通阀(a5)、第六三通阀(a6)，使第一支管(11)、第二支管(12)、第三支管(13)和第四支管(14)均与压缩管路(1)断开；通过四通阀(6)变向控制，压缩机(7)吸入第一换热器(2)内产生的低压低温制冷剂气体，经绝热压缩后，制冷剂温度和压力都升高,一部分高温高压制冷剂进入第二换热器(3)向室外放热冷却，另一部分高温高压制冷剂进入第三换热器(4)向室外放热冷却，制冷剂完成放热冷凝后温度降低，汇合后进入膨胀阀(5)节流降压，压力降低的同时温度也降低，得到低温低压制冷剂；低温低压制冷剂进入第一换热器(2)内吸收室内热量后，再次进入压缩机(7)，如此不断循环。
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