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基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵及其工作方法制造方法及图纸

技术编号:20584306 阅读:21 留言:0更新日期:2019-03-16 05:40
本发明专利技术公开了一种基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵及其工作方法。空气源热泵包括气液分离器、压缩机、四通换向器、第一换热器、第二换热器、第一风机、储液支路、融霜水回路、除霜制冷剂输送支路;融霜水回路包括融霜器、第一电磁阀、第二电磁阀;除霜制冷剂输送支路安装在压缩机的制冷剂输出端与第一换热器之间,且除霜制冷剂输送支路上安装有电动调节阀;融霜器位于第一换热器的下方,同时第一换热器翅片表面凝结的霜层能够恰好脱落至融霜器中;融霜器融化霜层的热量来自于第二换热器内侧制冷剂输送流道输出的制冷剂过冷放出的热量。本发明专利技术除霜过程中翅片表面霜层整体脱落,大幅减少除霜时间,有效降低除霜能耗。

Air source heat pump with detachable defrosting device based on superhydrophobic fin heat exchanger and its working method

The invention discloses an air source heat pump with detachable defrosting device based on superhydrophobic fin heat exchanger and its working method. Air source heat pump includes gas-liquid separator, compressor, four-way commutator, first heat exchanger, second heat exchanger, first fan, liquid storage branch, defrosting water loop and defrosting refrigerant delivery branch; defrosting water loop includes defroster, first solenoid valve and second solenoid valve; defrosting refrigerant delivery branch is installed between the refrigerant output terminal of compressor and the first heat exchanger, and The defrosting refrigerant delivery branch is equipped with an electric regulating valve; the defroster is located below the first heat exchanger, and the frost layer condensed on the fin surface of the first heat exchanger can fall off into the defroster; the heat of the defroster defrosting frost layer comes from the heat released from the supercooling of the refrigerant delivery channel inside the second heat exchanger. In the defrosting process, the frost layer on the fin surface falls off entirely, the defrosting time is greatly reduced, and the defrosting energy consumption is effectively reduced.

【技术实现步骤摘要】
基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵及其工作方法
本专利技术涉及基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,属于制冷\制热空调系统
本专利技术还涉及一种上述空气源热泵的工作方法。
技术介绍
空气源热泵兼顾制冷和制热功能,具有安全高效、节能环保、占地空间小以及初投资低等优点。空气源热泵的大力推广对实现节能减排具有重要意义。但是在寒冷气候条件下,空气源热泵冬季制热运行时存在室外翅片管换热器表面结霜的问题。随着换热器翅片表面霜层不断地生长,换热器的热阻不断增大,空气流量减小,导致系统工况恶化,效率降低,甚至不能正常工作。因此空气源热泵在制热工况下运行时必须适时除霜。目前常用的除霜方法主要为逆向除霜法。逆向除霜法通过系统中的四通换向阀换向改变系统热量输送方向以达到除霜的目的,因此系统中四通换向阀频繁切换,致使系统压缩机出现“奔油”现象;同时,除霜过程中室内换热器从室内吸收热量,导致室内温度降低并产生较大波动,系统制热效果舒适度降低;同时,四通换向阀的切换导致系统内压力产生较大波动,不利于系统内部的稳定性,使得除霜时间长、能耗大;四通换向阀的频繁切换也降低了四通换向阀的寿命,影响使用效果。
技术实现思路
为了解决上述存在的问题,本专利技术公开了一种基于超疏水翅片换热器的空气源热泵脱离式除霜装置,超疏水表面黏附性弱,表面的凝结水滴及霜层容易脱落。基于超疏水型翅片管换热器的表面特性,本专利技术除霜时间短、除霜能耗少,对冬季室内制热影响小,可实现不间断供热的空气源热泵脱离式的除霜方法,同时该系统装置可增大空气源热泵夏季的制冷量,提高空气源热泵夏季工况的能效。本专利技术装置对于提高空气源热泵系统的冬夏季运行能效以及冬季除霜性能有重要意义,其具体技术方案如下:一种基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,包括气液分离器、压缩机、四通换向器、第一换热器、第二换热器、第一风机、储液支路、融霜水回路、除霜制冷剂输送支路,其中:储液支路包括按照流体流向依次串接的储液器、过滤器、第三电磁阀以及电子膨胀阀;第一换热器为超疏水翅片换热器,第一风机设置在第一换热器的外侧空气通道的出风口处;气液分离器的制冷剂输出端通过压缩机与四通换向阀的一个外接接口连接,四通换向阀余下的三个外接接口分别与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的A端、第二换热器的内侧制冷剂输送通道的A端、气液分离器的制冷剂回收端一一对应连接;除霜制冷剂输送支路安装在压缩机的制冷剂输出端与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端之间,且除霜制冷剂输送支路上安装有电动调节阀;第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端,通过第一单向阀与储液器连通,第二换热器的内侧制冷剂输送通道的B端通过第二单向阀与储液器连通;而储液支路上的电子膨胀阀,分别通过第三单向阀、第四单向阀,与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端、第二换热器的内侧制冷剂输送通道的B端对应连通;融霜水回路包括融霜器、第一电磁阀、第二电磁阀;融霜器为翅片换热器;融霜器的外侧空气通道的出风口处设置有第二风机,且融霜器的外侧空气通道配装有排水管;融霜器的内侧融霜制冷剂输送通道的A端通过第一电磁阀连接至过滤器与第三电磁阀之间的连接管道上;融霜器的内侧融霜制冷剂输送通道的B端通过第二电磁阀连接至第三电磁阀与电子膨胀阀之间的连接管道上;融霜器位于第一换热器的下方,同时第一换热器翅片表面凝结的霜层能够恰好脱落至融霜器的外侧空气通道中;融霜器融化霜层的热量来自于第二换热器内侧制冷剂输送流道输出的制冷剂过冷放出的热量;第一风机为两速风机,夏季制冷工况下,第一风机以低转速运行,冬季制热工况下,第一风机间歇性高转速运行;第二风机仅在夏季制冷工况下运行工作。作为本专利技术的进一步改进,还包括反馈控制系统,所述反馈控制系统包括主控制器、设在第一换热器(4)外壳上的第一温度传感器(15-1)、设在第一换热器(4)翅片表面的第二温度传感器(15-2)、设在第一换热器A端(4a)的压力传感器(16)、设在融霜器A端(5a)前部的第三温度传感器(15-3)以及设在融霜器B端(5b)前部的第四温度传感器(15-4);所述主控制器与第一温度传感器(15-1)、第二温度传感器(15-2)、压力传感器(16)、第三温度传感器(15-3)和第四温度传感器(15-4)连接,且能够接受来自其的测量信息;第一温度传感器(15-1)检测室外环境温度Ta,压力传感器(16)检测第一换热器入口(4a)处压力P0,当室外环境温度下制冷剂饱和压力Pa与P0差值ΔP达到预设压差上限ΔPh时,系统判定为除霜状态;该系统装置设有第二温度传感器(15-2)测定第一换热器(4)表面温度,当第一换热器(4)表面温度恢复至设定温度区间时,判定除霜结束。作为本专利技术的进一步改进,当处于除霜状态时,控制电动调节阀(12)开度,调节高温高压制冷剂蒸汽从压缩机(1)的制冷剂输出端通过电动调节阀(12)流入第一换热器(4),提高换热器翅片表面温度至设定值,融化翅片表面的霜层底层;当系统判定状态除霜结束时,关闭电动调节阀(12)。作为本专利技术的进一步改进,在第一换热器(4)的翅片表面霜层形成的初期,第一风机(6-1)高转速工作带动高速气流将吹除第一换热器(4)翅片表面的凝结液滴,抑制第一换热器(4)翅片表面霜层的生长。作为本专利技术的进一步改进,当除霜状态结束时,随即进入融霜状态:第三电磁阀(10-3)关闭,第一电磁阀(10-1)打开,冷凝后的制冷剂通过第一电磁阀(10-1)流入融霜器(5),过冷后的制冷剂流出融霜器(5),通过第二电磁阀(10-2)回到电子膨胀阀(9)的入口处,融霜水由排水管(14)排出,利用制冷剂过冷放出热量融化脱落的霜层。当第三温度传感器(15-3)与第四温度传感器(15-4)检测到的温度差ΔT不断减小达到预设值ΔT0时,关闭第一电磁阀(10-1)及第二电磁阀(10-2),同时打开第三电磁阀(10-3)。作为本专利技术的进一步改进,当夏季制冷工况运行时,电动调节阀(12)关闭,第三电磁阀(10-3)关闭,第一电磁阀(10-1)打开,第二风机(6-2)打开,冷凝后的制冷剂通过第一电磁阀(10-1)进入融霜器(5)与空气换热,通过第二电磁阀(10-2)回到电子膨胀阀(9)的入口。本专利技术的另一技术目的是提供一种上述空气源热泵的工作方法,所述空气源热泵包括夏季制冷模式和冬季制热模式,其中冬季制热模式包括三种工况,分别为非结霜工况、结霜工况及除霜工况;具体是:空气源热泵夏季制冷模式运行时:第一电磁阀、第二电磁阀打开,第三电磁阀及电动调节阀关闭,第一风机以低速运行,第二风机开启;低温低压的制冷剂蒸汽从气液分离器中被压缩机吸入,压缩后变成高温高压的过热蒸汽排出,经过四通换向阀进入第一换热器,在第一换热器中,制冷剂蒸汽放出热量冷凝成为液体,经过第一单向阀进入储液器,制冷剂从储液器经过过滤器出来后,由第一电磁阀进入融霜器,在融霜器中与环境换热进一步过冷,过冷后的制冷剂液体通过第二电磁阀进入电子膨胀阀,而后经过第四单向阀后进入第二换热器与室内空气换热蒸发变成高温制冷剂蒸汽,制冷剂从第二换热器出来后经过四通换向阀和气液分离器,然后再被吸入压缩机,完成制冷循环;空气在第一风机和第二风机的作用下分别流经第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,包括气液分离器、压缩机、四通换向器、第一换热器、第二换热器、第一风机、储液支路;其特征在于,还包括融霜水回路、除霜制冷剂输送支路,其中:储液支路包括按照流体流向依次串接的储液器、过滤器、第三电磁阀以及电子膨胀阀;第一换热器为超疏水翅片换热器,第一风机设置在第一换热器的外侧空气通道的出风口处;气液分离器的制冷剂输出端通过压缩机与四通换向阀的一个外接接口连接,四通换向阀余下的三个外接接口分别与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的A端、第二换热器的内侧制冷剂输送通道的A端、气液分离器的制冷剂回收端一一对应连接;除霜制冷剂输送支路安装在压缩机的制冷剂输出端与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端之间,且除霜制冷剂输送支路上安装有电动调节阀;第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端,通过第一单向阀与储液器连通,第二换热器的内侧制冷剂输送通道的B端通过第二单向阀与储液器连通;而储液支路上的电子膨胀阀,分别通过第三单向阀、第四单向阀,与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端、第二换热器的内侧制冷剂输送通道的B端对应连通;融霜水回路包括融霜器、第一电磁阀、第二电磁阀;融霜器为翅片换热器;融霜器的外侧空气通道的出风口处设置有第二风机,且融霜器的外侧空气通道配装有排水管;融霜器的内侧融霜制冷剂输送通道的A端通过第一电磁阀连接至过滤器与第三电磁阀之间的连接管道上;融霜器的内侧融霜制冷剂输送通道的B端通过第二电磁阀连接至第三电磁阀与电子膨胀阀之间的连接管道上;融霜器位于第一换热器的下方,同时第一换热器翅片表面凝结的霜层能够恰好脱落至融霜器的外侧空气通道中;融霜器融化霜层的热量来自于第二换热器内侧制冷剂输送流道输出的制冷剂过冷放出的热量;第一风机为两速风机,夏季制冷工况下,第一风机以低转速运行,冬季制热工况下,第一风机间歇性高转速运行;第二风机仅在夏季制冷工况下运行工作。...

【技术特征摘要】
1.一种基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,包括气液分离器、压缩机、四通换向器、第一换热器、第二换热器、第一风机、储液支路;其特征在于,还包括融霜水回路、除霜制冷剂输送支路,其中:储液支路包括按照流体流向依次串接的储液器、过滤器、第三电磁阀以及电子膨胀阀;第一换热器为超疏水翅片换热器,第一风机设置在第一换热器的外侧空气通道的出风口处;气液分离器的制冷剂输出端通过压缩机与四通换向阀的一个外接接口连接,四通换向阀余下的三个外接接口分别与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的A端、第二换热器的内侧制冷剂输送通道的A端、气液分离器的制冷剂回收端一一对应连接;除霜制冷剂输送支路安装在压缩机的制冷剂输出端与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端之间,且除霜制冷剂输送支路上安装有电动调节阀;第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端,通过第一单向阀与储液器连通,第二换热器的内侧制冷剂输送通道的B端通过第二单向阀与储液器连通;而储液支路上的电子膨胀阀,分别通过第三单向阀、第四单向阀,与第一换热器的内侧制冷剂输送通道的B端、第二换热器的内侧制冷剂输送通道的B端对应连通;融霜水回路包括融霜器、第一电磁阀、第二电磁阀;融霜器为翅片换热器;融霜器的外侧空气通道的出风口处设置有第二风机,且融霜器的外侧空气通道配装有排水管;融霜器的内侧融霜制冷剂输送通道的A端通过第一电磁阀连接至过滤器与第三电磁阀之间的连接管道上;融霜器的内侧融霜制冷剂输送通道的B端通过第二电磁阀连接至第三电磁阀与电子膨胀阀之间的连接管道上;融霜器位于第一换热器的下方,同时第一换热器翅片表面凝结的霜层能够恰好脱落至融霜器的外侧空气通道中;融霜器融化霜层的热量来自于第二换热器内侧制冷剂输送流道输出的制冷剂过冷放出的热量;第一风机为两速风机,夏季制冷工况下,第一风机以低转速运行,冬季制热工况下,第一风机间歇性高转速运行;第二风机仅在夏季制冷工况下运行工作。2.根据权利要求1所述的基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,其特征在于,还包括反馈控制系统,所述反馈控制系统包括主控制器、设在第一换热器(4)外壳上的第一温度传感器(15-1)、设在第一换热器(4)翅片表面的第二温度传感器(15-2)、设在第一换热器A端(4a)的压力传感器(16)、设在融霜器A端(5a)前部的第三温度传感器(15-3)以及设在融霜器B端(5b)前部的第四温度传感器(15-4);所述主控制器与第一温度传感器(15-1)、第二温度传感器(15-2)、压力传感器(16)、第三温度传感器(15-3)和第四温度传感器(15-4)连接,且能够接受来自其的测量信息;第一温度传感器(15-1)检测室外环境温度Ta,压力传感器(16)检测第一换热器入口(4a)处压力P0,当室外环境温度下制冷剂饱和压力Pa与P0差值ΔP达到预设压差上限ΔPh时,系统判定为除霜状态;该系统装置设有第二温度传感器(15-2)测定第一换热器(4)表面温度,当第一换热器(4)表面温度恢复至设定温度区间时,判定除霜结束。3.根据权利要求2所述的基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,其特征在于,当处于除霜状态时,控制电动调节阀(12)开度,调节高温高压制冷剂蒸汽从压缩机(1)的制冷剂输出端通过电动调节阀(12)流入第一换热器(4),提高换热器翅片表面温度至设定值,融化翅片表面的霜层底层;当系统判定状态除霜结束时,关闭电动调节阀(12)。4.根据权利要求3所述的基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,其特征在于,在第一换热器(4)的翅片表面霜层形成的初期,第一风机(6-1)高转速工作带动高速气流将吹除第一换热器(4)翅片表面的凝结液滴,抑制第一换热器(4)翅片表面霜层的生长。5.根据权利要求2所述的基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,其特征在于,当除霜状态结束时,随即进入融霜状态:第三电磁阀(10-3)关闭,第一电磁阀(10-1)打开,冷凝后的制冷剂通过第一电磁阀(10-1)流入融霜器(5),过冷后的制冷剂流出融霜器(5),通过第二电磁阀(10-2)回到电子膨胀阀(9)的入口处,融霜水由排水管(14)排出,利用制冷剂过冷放出热量融化脱落的霜层;当第三温度传感器(15-3)与第四温度传感器(15-4)检测到的温度差ΔT不断减小达到预设值ΔT0时,关闭第一电磁阀(10-1)及第二电磁阀(10-2),同时打开第三电磁阀(10-3)。6.根据权利要求2所述的基于超疏水翅片换热器的具有脱离式除霜装置的空气源热泵,其特征在于,当夏季制冷工况运行时,电动调节阀(12)关...

【专利技术属性】
技术研发人员:梁彩华成赛凤赵伟
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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