CN113847754A - 一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组及其运行控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于热泵机组技术领域，具体涉及一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组及其运行控制方法。其技术方案为：一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，包括四通阀，四通阀连接有压缩机，四通阀的第三接口通过管线连接有室内换热器组件，室内换热器组件的另一端与四通阀的第四接口之间通过管线并联有若干室外换热器组件，室内换热器组件与四通阀之间的管线与室外换热器组件靠近四通阀的一段管线之间连接有三通阀。一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组的运行控制方法，包括冬季室外换热器除霜工况，通过对三通阀进行切换，在供热状态下对其中的一台或多台室外换热器进行除霜。本发明提供了一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组及其运行控制方法。

Description

一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组及其运行控制方法

技术领域

本发明属于热泵机组技术领域，具体涉及一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组及其运行控制方法。

背景技术

我国的“碳达峰”与“碳中和”政策，使得未来建筑用热和冷将全面电气化。相比于地源热泵，空气源热泵具有安装灵活、初投资较低等优点，将是我国清洁供热的重要设备。但是，在冬季制热工况运行时，空气源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。霜层增加了空气与制冷剂之间的换热热阻，降低了总传热系数；同时霜层阻塞了翅片间隙，增大了空气的流动阻力，减少了风机风量；结霜严重时，机组可能出现停机保护。布瑞恩等人的实验结果表明，换热器表面结霜可导致换热量减少约40％。根据桑德斯的研究结果，空气源热泵在结霜工况下机组性能会下降35％。北京工业大学研究中发现，当室外换热器结霜时机组的供热量将减少29％。可见，如何高效除霜是热泵技术应用中亟待解决的关键问题。

空气源热泵传统常用的除霜方式主要有电加热除霜、逆向除霜、热气旁通除霜、蓄热除霜。①电加热除霜：稳定有效，不影响室内供暖，但是其耗电量大，转换效率低。②逆循环除霜：化霜时停止不仅供热，同时从室内或供热热媒中吸热，导致室内温度明显下降严重影响供热品质(逆向除霜时室内温度降低2～7℃)，同时存在冷热抵消。③热气旁通除霜：利用高温制冷机蒸汽送入室外换热器进行除霜，其除霜能量来自压缩机做功，除霜可提供热量较小，除霜时间长、能耗高。④蓄热除霜：设置独立的蓄能器，热泵正常供热时，将部分热量保存到蓄热器中，化霜时，依靠蓄热器提供热量进行化霜，可避免室内温度下降，但是本质上是逆循环除霜，仍然存在冷热抵消。若采用水蓄热，机组体积较大；若采用相变蓄热，相变材料稳定性差、寿面短、造价高。通过分析计算，逆向除霜或蓄热除霜时存在冷热抵消，即化霜吸取的室内空气或供热水或相变蓄热的热量，均有约1/3～1/2是来源于前期机组的耗电量，由此造成除霜实际能耗提高了40％～50％，极大削弱了空气源热泵的优势。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种多蒸发器交替化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：

一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，包括四通阀，四通阀的两个压缩机接口之间通过管线连接有压缩机，四通阀的第三接口通过管线连接有室内换热器组件，室内换热器组件的另一端与四通阀的第四接口之间通过管线并联有若干室外换热器组件，室内换热器组件与四通阀之间的管线与室外换热器组件靠近四通阀的一段管线之间连接有三通阀。

本发明将多组室外换热器组件进行并联，从而可在正常供热状态下对其中的一台或多台室外换热器进行除霜。对某个室外换热器进行除霜时，通过对三通阀进行切换，可使该室外换热器与室内换热器作为冷凝器，而其余室外换热器作为蒸发器。此时，在对该室外换热器进行除霜时，不影响室内正常供热。

作为本发明的优选方案，所述室外换热器组件包括室外换热器，室外换热器的一端通过管线与三通阀相连，室外换热器的另一端通过管线连接有并联的室外膨胀阀和室外单向阀。对于冬季供暖时非除霜工况的室外换热器组件，当制冷剂在室内换热器放热冷凝后，受室外单向阀所阻而进入室外膨胀阀进行节流降压，节流降压后制冷剂处于低温低压状态，低温低压制冷剂进入室外换热器吸热。对于夏季供热的室外换热器组件和冬季供暖时除霜工况室外换热器组件，制冷剂完成放热冷凝后温度降低，分别流经室外单向阀，至室内换热器组件内吸收热量。

作为本发明的优选方案，所述室内换热器为空气换热器。

作为本发明的优选方案，所述室外换热器组件的数量为四至八组。

作为本发明的优选方案，所述室内换热器组件包括室内换热器，室内换热器的一端通过管线与四通阀连接，室内换热器的另一端通过管线连接有并联的室内膨胀阀和室内单向阀。冬季时，制冷剂在室内换热器放热冷凝后，流经室内单向阀进入室外换热器组件吸热。夏季时，制冷剂完成放热冷凝后温度降低，受室内单向阀所阻，进入室内膨胀阀节流降压，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室内换热器内吸收热量。

作为本发明的优选方案，所述室内换热器为热水换热器或空气换热器。

一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组的运行控制方法，包括冬季室外换热器除霜工况：

将需要除霜的室外换热器组件上连接的三通阀切换到室内换热器组件与四通阀之间的管线与室外换热器组件连通；

将其余三通阀切换到室外换热器组件与四通阀的第三接口接通；

切换四通阀为从第四接口流入且从第三接口流出；

使压缩机工作，压缩机吸入除除霜状态以外的室外换热器组件内产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压气体分别进入室内换热器组件及除霜工况的室外换热器组件中冷却放热；低温低压制冷剂进入除除霜状态以外的室外换热器组件吸热，制冷剂吸热后再次进入压缩机，如此不断循环。

作为本发明的优选方案，制冷剂在室内换热器组件及除霜工况的室外换热器组件中冷却放热后，通过节流降压使制冷剂处于低温低压状态。

作为本发明的优选方案，还包括冬季正常供热工况：

将所有三通阀切换到室外换热器组件与四通阀的第三接口接通；

切换四通阀为从第四接口流入且从第三接口流出；

使压缩机工作，压缩机吸入若干室外换热器组件内产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压气体进入室内换热器组件中冷却放热；经节流降压，低温低压制冷剂进入若干室外换热器组件吸热，制冷剂吸热后再次进入压缩机，如此不断循环。

作为本发明的优选方案，还包括夏季制冷工况：

将所有三通阀切换到室外换热器组件与四通阀的第三接口接通；

切换四通阀为从第三接口流入且从第四接口流出；

使压缩机工作，压缩机吸入室内换热器组件产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压制冷剂进入若干室外换热器组件中冷却放热；经节流降压，低温低压制冷剂进入室内换热器组件内吸热，制冷剂再次进入压缩机，如此不断循环。

本发明的有益效果为：

本发明将多组室外换热器组件进行并联，从而可在正常供热状态下对其中的一台或多台室外换热器进行除霜。对某个室外换热器进行除霜时，通过对三通阀进行切换，可使该室外换热器与室内换热器作为冷凝器，而其余室外换热器作为蒸发器。此时，在对该室外换热器进行除霜时，不影响室内正常供热。

附图说明

图1是冬季正常供热工况下本发明的结构示意图；

图2是冬季除霜工况下本发明的结构示意图；

图3是夏季制冷工况下本发明的结构示意图。

图中，1-四通阀；2-压缩机；3-室内换热器组件；4-室外换热器组件；5-三通阀；11-压缩机接口；12-第三接口；13-第四接口；31-室内换热器；32-室内膨胀阀；33-室内单向阀；41-室外换热器；42-室外膨胀阀；43-室外单向阀；51-第一三通阀；52-第二三通阀；53-第三三通阀；54-第四三通阀；411-第一室外换热器；412-第二室外换热器；413-第三室外换热器；414-第四室外换热器；421-第一室外膨胀阀；422-第二室外膨胀阀；423-第三室外膨胀阀；424-第四室外膨胀阀；431-第一室外单向阀；432-第二室外单向阀；433-第三室外单向阀；434-第四室外单向阀。

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～图3所示，本实施例的多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，包括四通阀1，四通阀1的两个压缩机2接口之间通过管线连接有压缩机2，四通阀1的第三接口12通过管线连接有室内换热器组件3，室内换热器组件3的另一端与四通阀1的第四接口13之间通过管线并联有若干室外换热器组件4，室内换热器组件3与四通阀1之间的管线与室外换热器组件4靠近四通阀1的一段管线之间连接有三通阀5。

需要说明的是，所述室内换热器31为空气换热器。所述室外换热器组件4的数量可为四至八组。所述室内换热器31为热水换热器或空气换热器。

本发明将多组室外换热器组件4进行并联，从而可在正常供热状态下对其中的一台或多台室外换热器41进行除霜。对某个室外换热器41进行除霜时，通过对三通阀5进行切换，可使该室外换热器41与室内换热器31作为冷凝器，而其余室外换热器41作为蒸发器。此时，在对该室外换热器41进行除霜时，不影响室内正常供热。

具体地，所述室外换热器组件4包括室外换热器41，室外换热器41的一端通过管线与三通阀5相连，室外换热器41的另一端通过管线连接有并联的室外膨胀阀42和室外单向阀43。对于冬季供暖时非除霜工况的室外换热器组件4，当制冷剂在室内换热器31放热冷凝后，受室外单向阀43所阻而进入室外膨胀阀42进行节流降压，节流降压后制冷剂处于低温低压状态，低温低压制冷剂进入室外换热器41吸热。对于夏季供热的室外换热器组件4和冬季供暖时除霜工况室外换热器组件4，制冷剂完成放热冷凝后温度降低，分别流经室外单向阀43，至室内换热器组件3内吸收热量。

具体地，所述室内换热器组件3包括室内换热器31，室内换热器31的一端通过管线与四通阀1连接，室内换热器31的另一端通过管线连接有并联的室内膨胀阀32和室内单向阀33。冬季时，制冷剂在室内换热器31放热冷凝后，流经室内单向阀33进入室外换热器组件4吸热。夏季时，制冷剂完成放热冷凝后温度降低，受室内单向阀33所阻，进入室内膨胀阀32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室内换热器31内吸收热量。

一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组的运行控制方法，包括以下工况：

冬季室外换热器41除霜工况：

将需要除霜的室外换热器组件4上连接的三通阀5切换到室内换热器组件3与四通阀1之间的管线与室外换热器组件4连通；

将其余三通阀5切换到室外换热器组件4与四通阀1的第三接口12接通；

切换四通阀1为从第四接口13流入且从第三接口12流出；

使压缩机2工作，压缩机2吸入除除霜状态以外的室外换热器组件4内产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压气体分别进入室内换热器组件3及除霜工况的室外换热器组件4中冷却放热；经节流降压后低温低压制冷剂进入除除霜状态以外的室外换热器组件4吸热，制冷剂吸热后再次进入压缩机2，如此不断循环。

冬季正常供热工况：

将所有三通阀5切换到室外换热器组件4与四通阀1的第三接口12接通；

切换四通阀1为从第四接口13流入且从第三接口12流出；

使压缩机2工作，压缩机2吸入若干室外换热器组件4内产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压气体进入室内换热器组件3中冷却放热；经节流降压，低温低压制冷剂进入若干室外换热器组件4吸热，制冷剂吸热后再次进入压缩机2，如此不断循环。

夏季制冷工况：

将所有三通阀5切换到室外换热器组件4与四通阀1的第三接口12接通；

切换四通阀1为从第三接口12流入且从第四接口13流出；

使压缩机2工作，压缩机2吸入室内换热器组件3产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压制冷剂进入若干室外换热器组件4中冷却放热；经节流降压，低温低压制冷剂进入室内换热器组件3内吸热，制冷剂再次进入压缩机2，如此不断循环。

实施例1：

如图1所示，一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，在冬季正常供热工况时，控制四通阀1，同时控制第一三通阀51、第二三通阀52、第三三通阀53、第四三通阀54的切换。压缩机2吸入第一室外换热器411、第二室外换热器412、第三室外换热器413、第四室外换热器414内产生的低压低温制冷剂蒸汽；经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，进入室内换热器31。制冷剂在室内换热器31中冷却放热，此时室内换热器31为冷凝器，向室内放热。制冷剂在室内换热器31放热冷凝后，流经室内单向阀33，受第一室外单向阀431、第二室外单向阀432、第三室外单向阀433、第四室外单向阀434所阻，分别进入第一室外膨胀阀421、第二室外膨胀阀422、第三室外膨胀阀423、第四室外膨胀阀424节流降压。节流降压后制冷剂处于低温低压状态，低温低压制冷剂进入第一室外换热器411、第二室外换热器412、第三室外换热器413、第四室外换热器414吸热。此时室外换热器41为蒸发器，制冷剂吸热后再次进入压缩机2，如此不断循环。为了增加换热量而增加换热模块时，工作原理类似。

实施例2：

如图2所示，以对其中一台室外换热器41除霜的工况为例，一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组在冬季正常供热工况时，控制四通阀1，改变第一三通阀51的通道。压缩机2吸入第二室外换热器412、第三室外换热器413、第四室外换热器414内产生的低压低温制冷剂蒸汽。经绝热压缩，制冷剂变为高温高压气体，分别进入室内换热器31及第一室外换热器411。制冷剂在室内换热器31及第一室外换热器411中冷却放热，此时室内换热器31及第一室外换热器411为冷凝器，向室内放热。制冷剂在室内换热器31及第一室外换热器411中放热冷凝后，分别流经室内单向阀33、第一室外单向阀431。受第二室外单向阀432、第三室外单向阀433、第四室外单向阀434所阻，分别进入第二室外膨胀阀422、第三室外膨胀阀423、第四室外膨胀阀424节流降压。节流降压后制冷剂处于低温低压状态，低温低压制冷剂进入第二室外换热器412、第三室外换热器413、第四室外换热器414吸热。此时第二室外换热器412、第三室外换热器413、第四室外换热器414为蒸发器。制冷剂吸热后再次进入压缩机2，如此不断循环。当为了增加换热量而增加换热模块时，工作原理类似。

实施例3：

如图3所示，一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组在夏季制冷工况时，控制四通阀1进行切换，同时控制第一三通阀51、第二三通阀52、第三三通阀53、第四三通阀54的切换。压缩机2吸入室内换热器31产生的低压低温制冷剂蒸汽，经绝热压缩后，制冷剂温度和压力都升高,高温高压制冷剂进入第一室外换热器411、第二室外换热器412、第三室外换热器413、第四室外换热器414向室外放热。此时第一室外换热器411、第二室外换热器412、第三室外换热器413、第四室外换热为冷凝器。制冷剂完成放热冷凝后温度降低，分别流经第一室外单向阀431、第二室外单向阀432、第三室外单向阀433、第四室外单向阀434。汇合后受室内单向阀33所阻，进入室内膨胀阀32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室内换热器31内吸收热量后，再次进入压缩机2，如此不断循环。当为了增加换热量而增加换热模块时，工作原理类似。

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 (10)

1.一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，其特征在于，包括四通阀(1)，四通阀(1)的两个压缩机(2)接口之间通过管线连接有压缩机(2)，四通阀(1)的第三接口(12)通过管线连接有室内换热器组件(3)，室内换热器组件(3)的另一端与四通阀(1)的第四接口(13)之间通过管线并联有若干室外换热器组件(4)，室内换热器组件(3)与四通阀(1)之间的管线与室外换热器组件(4)靠近四通阀(1)的一段管线之间连接有三通阀(5)。

2.根据权利要求1所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，其特征在于，所述室外换热器组件(4)包括室外换热器(41)，室外换热器(41)的一端通过管线与三通阀(5)相连，室外换热器(41)的另一端通过管线连接有并联的室外膨胀阀(42)和室外单向阀(43)。

3.根据权利要求2所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，其特征在于，所述室内换热器(31)为空气换热器。

4.根据权利要求1所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，其特征在于，所述室外换热器组件(4)的数量为四至八组。

5.根据权利要求1所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，其特征在于，所述室内换热器组件(3)包括室内换热器(31)，室内换热器(31)的一端通过管线与四通阀(1)连接，室内换热器(31)的另一端通过管线连接有并联的室内膨胀阀(32)和室内单向阀(33)。

6.根据权利要求5所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组，其特征在于，所述室内换热器(31)为热水换热器或空气换热器。

7.根据权利要求1所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组的运行控制方法，其特征在于，包括冬季室外换热器(41)除霜工况：

将需要除霜的室外换热器组件(4)上连接的三通阀(5)切换到室内换热器组件(3)与四通阀(1)之间的管线与室外换热器组件(4)连通；

将其余三通阀(5)切换到室外换热器组件(4)与四通阀(1)的第三接口(12)接通；

切换四通阀(1)为从第四接口(13)流入且从第三接口(12)流出；

使压缩机(2)工作，压缩机(2)吸入除除霜状态以外的室外换热器组件(4)内产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压气体分别进入室内换热器组件(3)及除霜工况的室外换热器组件(4)中冷却放热；低温低压制冷剂进入除除霜状态以外的室外换热器组件(4)吸热，制冷剂吸热后再次进入压缩机(2)，如此不断循环。

8.根据权利要求7所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组的运行控制方法，其特征在于，制冷剂在室内换热器组件(3)及除霜工况的室外换热器组件(4)中冷却放热后，通过节流降压使制冷剂处于低温低压状态。

9.根据权利要求7所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组的运行控制方法，其特征在于，还包括冬季正常供热工况：

将所有三通阀(5)切换到室外换热器组件(4)与四通阀(1)的第三接口(12)接通；

切换四通阀(1)为从第四接口(13)流入且从第三接口(12)流出；

使压缩机(2)工作，压缩机(2)吸入若干室外换热器组件(4)内产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压气体进入室内换热器组件(3)中冷却放热；经节流降压，低温低压制冷剂进入若干室外换热器组件(4)吸热，制冷剂吸热后再次进入压缩机(2)，如此不断循环。

10.根据权利要求7所述的一种多蒸发器交替化霜空气源热泵机组的运行控制方法，其特征在于，还包括夏季制冷工况：

将所有三通阀(5)切换到室外换热器组件(4)与四通阀(1)的第三接口(12)接通；

切换四通阀(1)为从第三接口(12)流入且从第四接口(13)流出；

使压缩机(2)工作，压缩机(2)吸入室内换热器组件(3)产生的低压低温制冷剂蒸汽，高温高压制冷剂进入若干室外换热器组件(4)中冷却放热；经节流降压，低温低压制冷剂进入室内换热器组件(3)内吸热，制冷剂再次进入压缩机(2)，如此不断循环。

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