專利名稱：雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)及其自動除霜方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于加熱和制冷聯(lián)合系統(tǒng)的領(lǐng)域，尤其涉及一種壓縮式熱泵空調(diào)裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)廣泛用于我國北方辦公寫字樓、賓館及住宅小區(qū)集中供冷、熱的各種大型中央空調(diào)裝置，通常由大、中型壓縮式制冷機組完成其制冷功能；因現(xiàn)有大、中型壓縮式制冷機組無法進行制熱(其制冷劑的流向難以任意控制)，在冬季上述大型空調(diào)裝置只能通過外加熱源(通常采用蒸汽加熱方式)來完成其空調(diào)系統(tǒng)的制熱功能，造成制冷設(shè)備的利用率低，用戶運行費用高。
本發(fā)明人申請的，于2003年1月8日公告的中國專利ZL 02213198.1中，公開了一種“雙效雙溫中央空調(diào)裝置”。包括壓縮機、第一換熱器和第二換熱器，其中壓縮機的制冷劑供出管經(jīng)制冷劑換向閥組與第一換熱器和第二換熱器的制冷劑換熱管聯(lián)接，其制冷劑回流管經(jīng)緩沖器、制冷劑換向閥組與第一和第二換熱器的制冷劑換熱管聯(lián)接，連通第一和第二換熱器的制冷劑換熱管之間串接雙向雙控節(jié)流膨脹裝置。該專利采用制冷劑換向閥組和雙向雙控節(jié)流膨脹裝置的切換，實現(xiàn)了大、中型制冷機組的制冷、制熱雙功效、雙溫度范圍的功能。但是，其仍然存在著一個不足，即在我國北方地區(qū)冬季使用時，第一換熱器(室外換熱器)容易結(jié)霜、結(jié)冰，影響整個裝置的換熱效率，在室外溫度低于-5℃時，其第二換熱器的輸出溫度達不到有關(guān)供暖規(guī)范規(guī)定的溫度要求。
2001年8月22日公告的中國專利ZL 00248597.4中公開了一種“熱管熱泵冷暖空調(diào)機”，其特征在于在壓縮機與室內(nèi)換熱器之間設(shè)有輔助加熱的熱管集熱器，通過對壓縮機排出的制冷劑蒸汽進行二次加熱，增加其分子的“焓”值，達到提高室內(nèi)換熱器可釋放之熱量的目的。該專利實質(zhì)上仍為通過電加熱為室內(nèi)增加熱量的方法，需額外為空調(diào)系統(tǒng)提供能源，且電加熱費用較高，不能解決室外換熱器的除霜問題。
1999年1月6日公開的中國專利申請97123401.9中，公開了一種“空調(diào)器的除霜裝置及其方法”，在制熱運行時，通過比較室外換熱器溫度、室外溫度及壓縮機運行時間，判斷室外機是否結(jié)霜，如果室外換熱器的溫度與室外溫度比較，在預(yù)定的時間內(nèi)低于預(yù)定溫度，且壓縮機的運行超過預(yù)定時間，則開始除霜運行；如果室外換熱器的溫度超過預(yù)定溫度，且除霜運行超過預(yù)定時間，則停止除霜運行，并進入制熱運行。但其整個除霜運行階段實際空調(diào)器是工作在制冷工況下，影響室內(nèi)換熱器的輸出溫度，且單純通過溫度的測量無法及時判斷室外換熱器上的結(jié)霜是否徹底被清除，對于大、中型空調(diào)而言，亦無法快速清除室外換熱器上的結(jié)霜和結(jié)冰。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種無須采用電加熱方式，能使大、中型熱泵式空調(diào)裝置在較低的氣溫環(huán)境條件下正常制熱供暖，具有自動化霜除冰功能，且除霜、除冰速度快、效果好的雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)及其自動除霜方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)，包括經(jīng)制冷劑管路依次聯(lián)接的壓縮機、四通轉(zhuǎn)換閥組、第二換熱器、回液緩沖裝置和帶有風(fēng)機的第一換熱器，其中壓縮機的制冷劑供出管經(jīng)四通轉(zhuǎn)換閥組與第一換熱器和第二換熱器的制冷劑換熱管聯(lián)接，其制冷劑回流管經(jīng)回液緩沖裝置和四通轉(zhuǎn)換閥組與第一換熱器和第二換熱器的制冷劑換熱管聯(lián)接，其特征是在第一換熱器上設(shè)置余熱伴熱管；在第一換熱器的制冷劑換熱管上，設(shè)置溫度監(jiān)控裝置和濕度檢測裝置；在第一換熱器和第二換熱器之間的制冷劑聯(lián)接管上，設(shè)置管路切換裝置和與之聯(lián)接的可控節(jié)流裝置；其中，第一換熱器及第二換熱器制冷劑換熱管的一端，分別與四通轉(zhuǎn)換閥組的一端聯(lián)接；第一換熱器制冷劑換熱管的另一端，經(jīng)管路切換裝置和可控節(jié)流裝置與第二換熱器制冷劑換熱管的另一端聯(lián)接；第一換熱器余熱伴熱管的兩端與管路切換裝置聯(lián)接；溫度監(jiān)控裝置和濕度檢測裝置與四通轉(zhuǎn)換閥組、風(fēng)機、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的電控部分電氣連接。
其中所述的管路切換裝置包括控制閥F11～F16，控制閥F11和F14的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的r端，與第二換熱器制冷劑換熱管的另一端聯(lián)接；控制閥F11的另一端和F12的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的o端，與可控節(jié)流裝置的一端聯(lián)接；控制閥F12的另一端和F15的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的m端，與第一換熱器余熱伴熱管的一端聯(lián)接；控制閥F13和F16的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的l端，與第一換熱器制冷劑換熱管的另一端聯(lián)接；控制閥F13和F15的另一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的n端，與可控節(jié)流裝置的另一端聯(lián)接；控制閥F14和F16的另一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的k端，與第一換熱器余熱伴熱管的另一端聯(lián)接。
上述的可控節(jié)流裝置可以采用由兩組反向串聯(lián)的單向可控節(jié)流單元DJ1、DJ2、兩個控制閥f3、f4和集液罐組成的結(jié)構(gòu)形式，每個單向可控節(jié)流單元由一個單向節(jié)流膨脹閥j1或j2與一個控制閥f1或f2串聯(lián)構(gòu)成，其中，集液罐設(shè)置有一個出液管和兩個進氣管，出液管的末端開口位于集液罐的下部，進氣管的末端開口位于集液罐的上部，集液罐的底部設(shè)置放油閥；單向可控節(jié)流單元DJ1和控制閥f3的一端并聯(lián)后構(gòu)成可控節(jié)流裝置的q端，與管路切換裝置的o端聯(lián)接；單向可控節(jié)流單元DJ2和控制閥f4的一端并聯(lián)后構(gòu)成可控節(jié)流裝置的p端，與管路切換裝置的n端聯(lián)接；單向可控節(jié)流單元DJ1和DJ2的另一端并聯(lián)后與集液罐的出液管聯(lián)接；控制閥f3和f4的另一端分別與集液罐的兩個進氣管對應(yīng)聯(lián)接。
上述的可控節(jié)流裝置也可以采用由兩組反向并聯(lián)的單向可控節(jié)流單元DJ3和DJ4組成的結(jié)構(gòu)形式，每個單向可控節(jié)流單元由一個單向節(jié)流膨脹閥j3或j4與一個控制閥f5或f6串聯(lián)構(gòu)成，其中，控制閥f5的一端和單向節(jié)流膨脹閥j4的一端并聯(lián)后與構(gòu)成可控節(jié)流裝置的q端，與管路切換裝置的o端聯(lián)接；控制閥f6的一端和單向節(jié)流膨脹閥j3的另一端并聯(lián)后與構(gòu)成可控節(jié)流裝置的p端，與管路切換裝置的n端聯(lián)接。
上述第一換熱器所帶的風(fēng)機為變速風(fēng)機，當(dāng)空調(diào)裝置工作在除霜工況時，風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明亦提供了一種雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，包括以下步驟(1)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度；(2)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測第一換熱器制冷劑換熱管外部的濕度；(3)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的制冷劑換熱管溫度或濕度達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入溫差補償除霜工況，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使經(jīng)過第二換熱器后的制冷劑經(jīng)過第一換熱器的余熱伴熱管和可控節(jié)流裝置后進入第一換熱器的制冷劑換熱管，進行除霜運行；(4)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的換熱管溫度或濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
本發(fā)明還提供了一種雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，包括以下步驟(1)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度；(2)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測第一換熱器制冷劑換熱管外部的濕度；(3)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的制冷劑換熱管溫度和濕度達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入回流除霜工況，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使經(jīng)過第二換熱器后的制冷劑直接進入第一換熱器的余熱伴熱管和制冷劑換熱管，進行除霜運行；(4)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
在回流除霜工況開始時，第一換熱器所附帶的風(fēng)機可以在其控制電路的控制下，進入高速運行狀態(tài)，其風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，借助變速風(fēng)機產(chǎn)生的高速氣流，快速除去附著在第一換熱器制冷劑換熱管上的冰霜；當(dāng)除霜運行工況結(jié)束時，風(fēng)機恢復(fù)常規(guī)轉(zhuǎn)速控制方式運轉(zhuǎn)。
本發(fā)明還提供了另一種雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，包括以下步驟(1)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度；(2)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測第一換熱器制冷劑換熱管外部的濕度；(3)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入返沖快速除霜工況，通過四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使壓縮機供出的高溫高壓制冷劑直接進入第一換熱器的余熱伴熱管和制冷劑換熱管，進行自動除霜除冰運行；(4)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的換熱管溫度和濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
在返沖快速除霜運行工況開始時，第一換熱器所附帶的風(fēng)機在其控制電路的控制下，進入高速運行狀態(tài)，其風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，借助變速風(fēng)機產(chǎn)生的高速氣流，快速除去附著在第一換熱器制冷劑換熱管上的霜、冰；當(dāng)除霜運行工況結(jié)束時，風(fēng)機恢復(fù)常規(guī)轉(zhuǎn)速控制方式運轉(zhuǎn)。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是
1.利用制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的高溫制冷劑進行化霜，解決了熱泵式空調(diào)冬季采暖只能依賴于輔助電加熱和電熱化霜的問題；2.不需要停機和輔助電加熱裝置，即可實現(xiàn)自動快速除霜和除冰功能，及時有效，自動方便；3.采用雙管并列結(jié)構(gòu)的第一換熱器(即室外換熱器)，亦可改善熱泵式空調(diào)的制熱效果，高效節(jié)能；4.無需改變現(xiàn)有空調(diào)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)和主要配置，只增加少許部件，即可明顯改善現(xiàn)有各種大、中型熱泵式空調(diào)在較低的氣溫條件下的制熱供暖性能，節(jié)約能源，經(jīng)濟效益好；5.通過四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的設(shè)置和切換，使現(xiàn)有大、中型熱泵式空調(diào)裝置能實現(xiàn)制冷、制熱、溫差補償、回流除霜和返沖快速除霜等多種工況，一機多用，一機多能，運行、管理方便，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，充分節(jié)省用戶的一次性投資和日常運行、維護費用。


圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)及管路連接示意圖；圖2是本發(fā)明電控部分電氣連接方框圖；圖3是本發(fā)明管路切換裝置實施例的構(gòu)成及管路連接示意圖；圖4是本發(fā)明一個可控節(jié)流裝置實施例的構(gòu)成及管路連接示意圖；圖5是本發(fā)明另一可控節(jié)流裝置實施例的構(gòu)成及管路連接示意圖；圖6是本發(fā)明一個實施例的等效結(jié)構(gòu)及管路聯(lián)接示意圖；圖7是本發(fā)明另一實施例的等效結(jié)構(gòu)及管路聯(lián)接示意圖；圖8是本發(fā)明又一實施例的等效結(jié)構(gòu)及管路聯(lián)接示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步闡述。
圖1中，壓縮機1的制冷劑供出管a經(jīng)四通轉(zhuǎn)換閥組3與第一換熱器6和第二換熱器4的制冷劑換熱管路聯(lián)接，其制冷劑回流管b經(jīng)回液緩沖裝置2和四通轉(zhuǎn)換閥組與第一換熱器和第二換熱器的制冷劑換熱管路聯(lián)接；在第一換熱器和第二換熱器之間的制冷劑聯(lián)接管路上設(shè)置管路切換裝置5和與之聯(lián)接的可控節(jié)流裝置9。
其中第一換熱器為雙管式換熱器，其中一根為制冷劑換熱管路7，另一根為余熱伴熱管8，兩管并列設(shè)置。
第一換熱器及第二換熱器制冷劑換熱管的h端和t端，分別與四通轉(zhuǎn)換閥組的e端和d端對應(yīng)聯(lián)接；第一換熱器制冷劑換熱管的g端，經(jīng)管路切換裝置的l端、r端和與之聯(lián)接的可控節(jié)流裝置與第二換熱器制冷劑換熱管的s端聯(lián)接；第一換熱器余熱伴熱管的兩端j和i分別與管路切換裝置的k和m端對應(yīng)聯(lián)接。
第二換熱器換熱管的u端和v端，與用戶管網(wǎng)(空調(diào)水或空調(diào)風(fēng))聯(lián)接。
第一換熱器帶有變速風(fēng)機12，當(dāng)空調(diào)裝置工作在除霜工況時，風(fēng)機的電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
圖2中，溫度監(jiān)控裝置和濕度檢測裝置分別與風(fēng)機控制電路以及四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的閥門控制電路對應(yīng)電氣連接，風(fēng)機控制電路與風(fēng)機電機連接，各閥門控制電路與各個控制閥的控制電路對應(yīng)連接。
圖3中，管路切換裝置包括控制閥F11～F16，控制閥F11和F14的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的r端，與第二換熱器制冷劑換熱管路的另一端s聯(lián)接；控制閥F11的另一端和F12的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的o端，與可控節(jié)流裝置的一端q聯(lián)接；控制閥F12的另一端和F15的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的m端，與第一換熱器余熱伴熱管的一端i聯(lián)接；控制閥F13和F16的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的l端，與第一換熱器制冷劑換熱管的另一端g聯(lián)接；控制閥F13和F15的另一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的n端，與可控節(jié)流裝置的另一端p聯(lián)接；控制閥F14和F16的另一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的k端，與第一換熱器余熱伴熱管的另一端j聯(lián)接。
圖4中，可控節(jié)流裝置采用由兩組反向串聯(lián)的單向可控節(jié)流單元DJ1、DJ2、兩個控制閥f3、f4和集液罐10組成的結(jié)構(gòu)形式，每個單向可控節(jié)流單元由一個單向節(jié)流膨脹閥j1(或j2)與一個控制閥f1(或f2)串聯(lián)構(gòu)成。
其中，集液罐設(shè)置有一個出液管和兩個進氣管，出液管的末端開口位于集液罐的下部，進氣管的末端開口位于集液罐的上部，集液罐的底部設(shè)置放油閥，利用制冷劑與潤滑油比重的不同，分離和排出混入制冷劑中的潤滑油，提高制冷劑的換熱效率。
單向可控節(jié)流單元DJ1和控制閥f3的一端并聯(lián)后構(gòu)成可控節(jié)流裝置的q端，與管路切換裝置的o端聯(lián)接；單向可控節(jié)流單元DJ2和控制閥f4的一端并聯(lián)后構(gòu)成可控節(jié)流裝置的p端，與管路切換裝置的n端聯(lián)接；單向可控節(jié)流單元DJ1和DJ2的另一端并聯(lián)后與集液罐的出液管聯(lián)接；控制閥f3和f4的另一端分別與集液罐的兩個進氣管聯(lián)接。
控制閥用來調(diào)節(jié)經(jīng)過單向節(jié)流膨脹閥的制冷劑流量；當(dāng)一組單向可控節(jié)流單元工作時，另一組單向可控節(jié)流單元中的控制閥處于關(guān)閉狀態(tài)，從而達到雙向雙控的功能。
設(shè)置集液罐的目的是將從第二換熱器出來的制冷劑進行氣、液分離，防止供液不均，對蒸發(fā)器工況造成不穩(wěn)定，在整個裝置工作于回流除霜工況時，將為控制閥f3和f4同時打開，為制冷劑直接進入第一換熱器提供通路。
圖5中，可控節(jié)流裝置也可以采用由兩組反向并聯(lián)的單向可控節(jié)流單元DJ3和DJ4組成的結(jié)構(gòu)形式，每個單向可控節(jié)流單元由一個單向節(jié)流膨脹閥j3或j4與一個控制閥f5或f6串聯(lián)構(gòu)成，其中，控制閥f5的一端和單向節(jié)流膨脹閥j4的一端并聯(lián)后與構(gòu)成可控節(jié)流裝置的q端，與管路切換裝置的o端聯(lián)接；控制閥f6的一端和單向節(jié)流膨脹閥j3的另一端并聯(lián)后與構(gòu)成可控節(jié)流裝置的p端，與管路切換裝置的n端聯(lián)接。
根據(jù)用戶對整個裝置運行時最低允許室外溫度的要求之不同，可以在圖4和圖5所示的兩種可控節(jié)流裝置中選擇一種。
實施例1采用圖1所示的系統(tǒng)構(gòu)成、圖2所示的電控系統(tǒng)、圖3所示的管路切換裝置和圖5所示的可控節(jié)流裝置。
(1)正常制冷工況當(dāng)熱泵空調(diào)工作于正常制冷工況時，第一換熱器充當(dāng)冷凝器，第二換熱器充當(dāng)蒸發(fā)器，四通轉(zhuǎn)換閥組中的控制閥F1和F4打開，管路切換裝置中的控制閥F11、F15和F16打開，可控節(jié)流裝置中的控制閥f6打開，其余控制閥關(guān)閉。
制冷劑由壓縮機1的制冷劑供出管a端→控制閥F4→第一換熱器制冷劑換熱管7的h端→第一換熱器制冷劑換熱管7的g端→控制閥F16→第一換熱器余熱伴熱管8的j端→第一換熱器余熱伴熱管8的i端→控制閥F15→可控節(jié)流裝置9的p端→控制閥f6→單向節(jié)流膨脹閥j4→可控節(jié)流裝置9的q端→控制閥F11→第二換熱器4制冷劑換熱管的s端→第二換熱器4制冷劑換熱管的t端→控制閥F1→回液緩沖裝置2→壓縮機1的制冷劑回流管b端。
在上述流程中，壓縮機將氣態(tài)制冷劑經(jīng)四通轉(zhuǎn)換閥組送入第一換熱器，在風(fēng)機所產(chǎn)生的氣流作用下與室外的空氣進行熱量交換，再經(jīng)過可控節(jié)流裝置節(jié)流膨脹，制冷劑降溫冷凝成為液態(tài)，液態(tài)的制冷劑進入第二換熱器后大量吸收空調(diào)水或空調(diào)風(fēng)所含的熱量，迅速地沸騰蒸發(fā)成為氣態(tài)，氣態(tài)的制冷劑通過四通轉(zhuǎn)換閥組并經(jīng)回液緩沖裝置進行氣液分離后再次進入壓縮機，完成一個制冷循環(huán)。
在此過程中，第二換熱器中的制冷劑不斷地大量吸收空調(diào)水或空調(diào)風(fēng)所含的熱量，再通過第一換熱器把熱量散發(fā)到外界熱交換介質(zhì)(對風(fēng)冷式壓縮機組而言是室外的空氣)中，從而達到將熱量帶出室外的目的。
在本工況中，第一換熱器的制冷劑換熱管和余熱伴熱管串聯(lián)成為一體，以增加冷凝器的換熱管表面積，改善其換熱效果，提高其熱交換效率。
(2)正常制熱工況當(dāng)熱泵空調(diào)工作于正常制熱工況時，第一換熱器充當(dāng)蒸發(fā)器，第二換熱器充當(dāng)冷凝器，四通轉(zhuǎn)換閥組中的控制閥F2和F3打開，管路切換裝置中的控制閥F11和F13打開，可控節(jié)流裝置中的控制閥f5打開，其余控制閥關(guān)閉。
制冷劑由壓縮機1的制冷劑供出管a端→控制閥F2→第二換熱器4制冷劑換熱管的t端→第二換熱器4制冷劑換熱管的s端→控制閥F11→可控節(jié)流裝置9的q端→控制閥f5→單向節(jié)流膨脹閥j3→可控節(jié)流裝置9的p端→控制閥F13→第一換熱器制冷劑換熱管7的g端→第一換熱器制冷劑換熱管7的h端→控制閥F3→回液緩沖裝置2→壓縮機1的制冷劑回流管b端。
在上述流程中，經(jīng)壓縮機壓縮后的高壓高溫制冷劑氣體通過四通轉(zhuǎn)換閥組進入第二換熱器，向空調(diào)水或空調(diào)風(fēng)放出熱量而冷卻成高壓液體，經(jīng)管路切換裝置進入可控節(jié)流裝置進行節(jié)流膨脹成低壓液體，液態(tài)制冷劑進入第一換熱器的制冷劑管蒸發(fā)，蒸發(fā)過程中吸收外界熱交換介質(zhì)(對風(fēng)冷式壓縮機組而言是室外環(huán)境溫度的空氣)中的熱量，蒸發(fā)成低壓蒸氣，低壓制冷劑蒸汽又通過四通轉(zhuǎn)換閥組和回液緩沖裝置進入壓縮機被壓縮成高壓氣體，繼續(xù)進行下一個循環(huán)。
在此過程中，第一換熱器中的制冷劑不斷地吸收外界的熱量，再通過第二換熱器把熱量傳導(dǎo)到空調(diào)水或空調(diào)風(fēng)中，通過空調(diào)水或空調(diào)風(fēng)將熱量送至室內(nèi)，從而達到室內(nèi)升溫的目的。
在本工況中，第一換熱器的余熱伴熱管中無流動的制冷劑。
(3)溫差補償化霜工況當(dāng)熱泵空調(diào)工作于溫差補償化霜工況時，第一換熱器充當(dāng)蒸發(fā)器，第二換熱器充當(dāng)冷凝器，四通轉(zhuǎn)換閥組中的控制閥F2和F3打開，管路切換裝置中的控制閥F12、F13和F14打開，可控節(jié)流裝置中的控制閥f5打開，其余控制閥關(guān)閉，其等效結(jié)構(gòu)及管路聯(lián)接關(guān)系如圖6所示。
制冷劑由壓縮機1的制冷劑供出管a端→控制閥F2→第二換熱器4制冷劑換熱管的t端→第二換熱器4制冷劑換熱管的s端→控制閥F14→第一換熱器余熱伴熱管8的j端→第一換熱器余熱伴熱管8的i端→控制閥F12→可控節(jié)流裝置的q端→控制閥f5→單向節(jié)流膨脹閥j3→可控節(jié)流裝置的p端→控制閥F13→第一換熱器制冷劑換熱管7的g端→第一換熱器制冷劑換熱管7的h端→控制閥F3→回液緩沖裝置2→壓縮機1的制冷劑回流管b端。
在冬季使用普通的大、中型熱泵型空調(diào)裝置時，若外界環(huán)境溫度太低，室外環(huán)境溫度與第一換熱器(制熱運行工況時為蒸發(fā)器)管壁之間溫差很小，制冷劑從外界基本吸收不到熱量，則作為熱泵向室內(nèi)“泵”入的熱量也很少，制熱效果差或基本無制熱效果。故普通常規(guī)熱泵型空調(diào)裝置的室外最低使用環(huán)境溫度不得低于-5℃。
在室外環(huán)境溫度過低而需供熱時，管路切換裝置中的控制閥F12、F13和F14打開，自動開啟余熱補償通路。此時高壓高溫制冷劑氣體經(jīng)壓縮機壓縮后通過四通轉(zhuǎn)換閥組進入第二換熱器(室內(nèi))，排放出熱量而冷卻成高壓液體。由于室內(nèi)溫度較高，經(jīng)過第二換熱器后的制冷劑仍具有較高的溫度(相對于室外的低溫而言)，具有較高溫度的制冷劑液體經(jīng)控制閥F12首先進入第一換熱器(室外)6的余熱伴熱管8，通過第一換熱器的金屬散熱片將其中所含的余熱傳導(dǎo)至同位于第一換熱器中的制冷劑換熱管7，而后經(jīng)可控節(jié)流裝置9進行節(jié)流膨脹成低壓液體，再進入制冷劑換熱管7蒸發(fā)成低壓蒸汽，蒸發(fā)過程中吸收空氣中的熱量和通過金屬散熱片傳導(dǎo)來的余熱伴熱管所釋放的熱量。低壓制冷劑蒸汽通過四通轉(zhuǎn)換閥組又進入壓縮機被壓縮成高壓氣體。
在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度，當(dāng)溫度或濕度的檢測值達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入溫差補償除霜工況，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使經(jīng)過第二換熱器后的制冷劑經(jīng)過第一換熱器的余熱伴熱管和可控節(jié)流裝置后進入第一換熱器的制冷劑換熱管，進行溫差補償和除霜運行；當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的換熱管溫度或濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
由于具有較高溫度的制冷劑液體首先經(jīng)過室外換熱器6的余熱伴熱管8，而余熱伴熱管8與制冷劑換熱管7并列設(shè)置，兩者之間存在熱量傳遞/熱量交換過程，所以采用本流程工況可以有效提高第二換熱器的輸出溫度和化解第一換熱器的結(jié)霜。
實施例2
采用圖1所示的系統(tǒng)構(gòu)成、圖2所示的電控系統(tǒng)、圖3所示的管路切換裝置和圖4所示的可控節(jié)流裝置。
(1)回流除霜工況當(dāng)熱泵空調(diào)工作于回流除霜工況時，第一換熱器充當(dāng)蒸發(fā)器，第二換熱器充當(dāng)冷凝器，四通轉(zhuǎn)換閥組中的控制閥F2和F3打開，管路切換裝置中的控制閥F11、F15和F16打開，可控節(jié)流裝置中的控制閥f3和f4打開，其余控制閥關(guān)閉，其等效結(jié)構(gòu)及管路聯(lián)接關(guān)系如圖7所示。
制冷劑由壓縮機1的制冷劑供出管a端→控制閥F2→第二換熱器4制冷劑換熱管的t端→第二換熱器4制冷劑換熱管的s端→控制閥F11→可控節(jié)流裝置的q端→控制閥f3→集液罐10→控制閥f4→可控節(jié)流裝置的p端→控制閥F15→第一換熱器余熱伴熱管8的i端→第一換熱器余熱伴熱管8的j端→控制閥F16→第一換熱器制冷劑換熱管7的g端→第一換熱器制冷劑換熱管7的h端→控制閥F3→回液緩沖裝置2→壓縮機1的制冷劑回流管b端。
在上述流程中，經(jīng)過第二換熱器后仍具有較高溫度的制冷劑不經(jīng)過節(jié)流，通過控制閥f3、集液罐10和控制閥f4的通路，直接進入第一換熱器的余熱伴熱管8和制冷劑換熱管7，然后通過四通轉(zhuǎn)換閥組和回液緩沖裝置返回壓縮機。
設(shè)置集液罐的目的是將從第二換熱器出來的制冷劑進行氣、液分離，防止因液擊對壓縮機造成損壞。
在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度，當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的制冷劑換熱管溫度和濕度檢測值達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入回流除霜工況，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使經(jīng)過第二換熱器后的制冷劑直接進入第一換熱器的余熱伴熱管和制冷劑換熱管，進行回流除霜運行；當(dāng)?shù)谝粨Q熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
在回流除霜工況開始時，第一換熱器所附帶的風(fēng)機12可以在其控制電路的控制下，進入高速運行狀態(tài)，其風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。借助變速風(fēng)機產(chǎn)生的高速氣流(與常規(guī)風(fēng)機的風(fēng)量和風(fēng)速相比)，快速除去附著在第一換熱器制冷劑換熱管上的冰霜；同時，利用加速流動的氣流增加空氣之熱交換量，利用高速氣流與換熱器管路和換熱片摩擦產(chǎn)生的熱量，提供更多的熱量和能源。
當(dāng)除霜運行工況結(jié)束時，風(fēng)機恢復(fù)常規(guī)轉(zhuǎn)速控制方式運轉(zhuǎn)。
采用本工況流程方案，可以迅速、有效地融化、清除第一換熱器管路上的結(jié)霜。
本實施例正常制冷、制熱工況的閥門開閉邏輯關(guān)系和管路聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同，在此不再重復(fù)。
實施例3采用圖1所示的系統(tǒng)構(gòu)成、圖2所示的電控系統(tǒng)、圖3所示的管路切換裝置和圖4或圖5所示的可控節(jié)流裝置。
(1)返沖快速除箱工況當(dāng)熱泵空調(diào)工作于返沖快速除霜工況時，四通轉(zhuǎn)換閥組中的控制閥F1和F4打開，管路切換裝置中的控制閥F11、F15和F16打開，可控節(jié)流裝置中的控制閥f3、f4(可控節(jié)流裝置采用圖5的結(jié)構(gòu)形式)或f6(可控節(jié)流裝置采用圖4的結(jié)構(gòu)形式)打開，其余控制閥關(guān)閉，其等效結(jié)構(gòu)及管路聯(lián)接關(guān)系如圖8所示。
制冷劑由壓縮機1的制冷劑供出管a端→控制閥F4→第一換熱器制冷劑換熱管7→控制閥F16→第一換熱器余熱伴熱管8→控制閥F15→可控節(jié)流裝置9→控制閥F11→第二換熱器4制冷劑換熱管→控制閥F1→回液緩沖裝置2→壓縮機1的制冷劑回流管b端。
在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度，當(dāng)溫度和濕度檢測值達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入返沖快速除霜工況，通過四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使壓縮機供出的高溫高壓制冷劑直接進入第一換熱器的余熱伴熱管和制冷劑換熱管，使得制冷劑換熱管和余熱伴熱管迅速升溫，其表面附著的霜或冰迅速爆裂、融化。同時，第一換熱器所附帶的風(fēng)機在其控制電路的控制下，進入高速運行狀態(tài)，其風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，借助變速風(fēng)機產(chǎn)生的高速氣流，快速除去附著在第一換熱器制冷劑換熱管上的霜、冰。
當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的換熱管溫度和濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況；同時，風(fēng)機恢復(fù)常規(guī)轉(zhuǎn)速控制方式運轉(zhuǎn)。
由于在本工況中整個空調(diào)裝置實際上相當(dāng)于工作在反制熱(制冷)工況下，所以本工況的運行時間不宜過長，以免影響第二換熱器的輸出溫度。
本實施例正常制冷、制熱工況的閥門開閉邏輯關(guān)系和管路聯(lián)接關(guān)系與實施例1相同，在此不再重復(fù)。
本發(fā)明利用制冷劑循環(huán)系統(tǒng)的高溫制冷劑進行化霜，可明顯改善現(xiàn)有各種大、中型熱泵式空調(diào)在較低的氣溫條件下的制熱供暖性能，實現(xiàn)自動快速除霜和除冰功能，使現(xiàn)有大、中型熱泵式空調(diào)裝置能實現(xiàn)制冷、制熱、溫差補償、回流除霜和返沖快速除霜等多種工況，一機多用，一機多能，運行、管理方便，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，充分節(jié)省用戶的一次性投資和日常運行、維護費用，節(jié)約能源，經(jīng)濟效益好。
本發(fā)明可廣泛用于各種大、中型壓縮式熱泵空調(diào)機組，也可用于家用單元式冷暖空調(diào)的改造?？蓮V泛用于各類商場、辦公寫字樓、醫(yī)院、賓館及住宅小區(qū)集中供熱、冷的空調(diào)系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)，包括經(jīng)制冷劑管路依次聯(lián)接的壓縮機、四通轉(zhuǎn)換閥組、第二換熱器、回液緩沖裝置和帶有風(fēng)機的第一換熱器，其中壓縮機的制冷劑供出管經(jīng)四通轉(zhuǎn)換閥組與第一換熱器和第二換熱器的制冷劑換熱管聯(lián)接，其制冷劑回流管經(jīng)回液緩沖裝置和四通轉(zhuǎn)換閥組與第一換熱器和第二換熱器的制冷劑換熱管聯(lián)接，其特征是在第一換熱器上設(shè)置余熱伴熱管；在第一換熱器的制冷劑換熱管上，設(shè)置溫度監(jiān)控裝置和濕度檢測裝置；在第一換熱器和第二換熱器之間的制冷劑聯(lián)接管上，設(shè)置管路切換裝置和與之聯(lián)接的可控節(jié)流裝置；其中，第一換熱器及第二換熱器制冷劑換熱管的一端，分別與四通轉(zhuǎn)換閥組的一端聯(lián)接；第一換熱器制冷劑換熱管的另一端，經(jīng)管路切換裝置和可控節(jié)流裝置與第二換熱器制冷劑換熱管的另一端聯(lián)接；第一換熱器余熱伴熱管的兩端與管路切換裝置聯(lián)接；溫度監(jiān)控裝置和濕度檢測裝置與四通轉(zhuǎn)換閥組、風(fēng)機、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的電控部分電氣連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)，其特征是所述的管路切換裝置包括控制閥F11～F16，其中，控制閥F11和F14的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的r端，與第二換熱器制冷劑換熱管的另一端聯(lián)接；控制閥F11的另一端和F12的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的o端，與可控節(jié)流裝置的一端聯(lián)接；控制閥F12的另一端和F15的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的m端，與第一換熱器余熱伴熱管的一端聯(lián)接；控制閥F13和F16的一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的l端，與第一換熱器制冷劑換熱管的另一端聯(lián)接；控制閥F13和F15的另一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的n端，與可控節(jié)流裝置的另一端聯(lián)接；控制閥F14和F16的另一端并聯(lián)后構(gòu)成管路切換裝置的k端，與第一換熱器余熱伴熱管的另一端聯(lián)接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)，其特征是所述的可控節(jié)流裝置包括兩組反向串聯(lián)的單向可控節(jié)流單元DJ1、DJ2、兩個控制閥f3、f4和集液罐，每個單向可控節(jié)流單元由一個單向節(jié)流膨脹閥j1或j2與一個控制閥f1或f2串聯(lián)構(gòu)成，其中，集液罐設(shè)置有一個出液管和兩個進氣管，出液管的末端開口位于集液罐的下部，進氣管的末端開口位于集液罐的上部，集液罐的底部設(shè)置放油閥；單向可控節(jié)流單元DJ1和控制閥f3的一端并聯(lián)后構(gòu)成可控節(jié)流裝置的q端，與管路切換裝置的o端聯(lián)接；單向可控節(jié)流單元DJ2和控制閥f4的一端并聯(lián)后構(gòu)成可控節(jié)流裝置的p端，與管路切換裝置的n端聯(lián)接；單向可控節(jié)流單元DJ1和DJ2的另一端并聯(lián)后與集液罐的出液管聯(lián)接；控制閥f3和f4的另一端分別與集液罐的兩個進氣管對應(yīng)聯(lián)接。
4.按照權(quán)利要求1或2所述的雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)，其特征是所述的可控節(jié)流裝置包括兩組反向并聯(lián)的單向可控節(jié)流單元DJ3和DJ4，每個單向可控節(jié)流單元由一個單向節(jié)流膨脹閥j3或j4與一個控制閥f5或f6串聯(lián)構(gòu)成，其中，控制閥f5的一端和單向節(jié)流膨脹閥j4的一端并聯(lián)后與構(gòu)成可控節(jié)流裝置的q端，與管路切換裝置的o端聯(lián)接；控制閥f6的一端和單向節(jié)流膨脹閥j3的另一端并聯(lián)后與構(gòu)成可控節(jié)流裝置的p端，與管路切換裝置的n端聯(lián)接。
5.按照權(quán)利要求1所述的雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)，其特征是所述第一換熱器所帶的風(fēng)機為變速風(fēng)機，當(dāng)空調(diào)裝置工作在除霜工況時，風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)。
6.一種如權(quán)利要求1所述雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，包括以下步驟(1)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度；(2)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測第一換熱器制冷劑換熱管外部的濕度；(3)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的制冷劑換熱管溫度或濕度達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入溫差補償除霜工況，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使經(jīng)過第二換熱器后的制冷劑經(jīng)過第一換熱器的余熱伴熱管和可控節(jié)流裝置后進入第一換熱器的制冷劑換熱管，進行除霜運行；(4)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的換熱管溫度或濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
7.一種如權(quán)利要求1所述雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，包括以下步驟(1)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度；(2)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測第一換熱器制冷劑換熱管外部的濕度；(3)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的制冷劑換熱管溫度和濕度達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入回流除霜工況，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使經(jīng)過第二換熱器后的制冷劑直接進入第一換熱器的余熱伴熱管和制冷劑換熱管，進行除霜運行；(4)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
8.按照權(quán)利要求7所述的雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，其特征是在回流除霜工況開始時，第一換熱器所附帶的風(fēng)機可以在其控制電路的控制下，進入高速運行狀態(tài)，其風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，借助變速風(fēng)機產(chǎn)生的高速氣流，快速除去附著在第一換熱器制冷劑換熱管上的冰霜；當(dāng)除霜運行工況結(jié)束時，風(fēng)機恢復(fù)常規(guī)轉(zhuǎn)速控制方式運轉(zhuǎn)。
9.一種如權(quán)利要求1所述雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，包括以下步驟(1)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測位于室外的第一換熱器制冷劑換熱管的溫度；(2)在空調(diào)裝置運行于制熱工況時，檢測第一換熱器制冷劑換熱管外部的濕度；(3)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器制冷劑換熱管的溫度和濕度達到除霜動作設(shè)定值后，空調(diào)裝置進入返沖快速除霜工況，通過四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，使壓縮機供出的高溫高壓制冷劑直接進入第一換熱器的余熱伴熱管和制冷劑換熱管，進行自動除霜除冰運行；(4)當(dāng)?shù)谝粨Q熱器的換熱管溫度和濕度達到除霜結(jié)束設(shè)定值后，通過四通轉(zhuǎn)換閥組、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的切換，恢復(fù)常規(guī)制熱工況。
10.按照權(quán)利要求9所述的雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)的自動除霜方法，其特征是在返沖快速除霜運行工況開始時，第一換熱器所附帶的風(fēng)機在其控制電路的控制下，進入高速運行狀態(tài)，其風(fēng)機電機在高于1000轉(zhuǎn)/分鐘的轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，借助變速風(fēng)機產(chǎn)生的高速氣流，快速除去附著在第一換熱器制冷劑換熱管上的霜、冰；當(dāng)除霜運行工況結(jié)束時，風(fēng)機恢復(fù)常規(guī)轉(zhuǎn)速控制方式運轉(zhuǎn)。
全文摘要
一種雙效多工況自除霜式熱泵空調(diào)，屬加熱和制冷聯(lián)合系統(tǒng)領(lǐng)域。包括依次聯(lián)接的壓縮機、四通轉(zhuǎn)換閥組、第二換熱器、回液緩沖裝置和帶有風(fēng)機的第一換熱器，其特征是在第一換熱器上設(shè)置余熱伴熱管、溫度監(jiān)控裝置和濕度檢測裝置，在第一換和第二換熱器之間的制冷劑聯(lián)接管上設(shè)置管路切換裝置和可控節(jié)流裝置，溫度及濕度檢測裝置與四通轉(zhuǎn)換閥組、風(fēng)機、管路切換裝置和可控節(jié)流裝置的電控部分連接。本發(fā)明還公開了熱泵空調(diào)的自動除霜方法?？擅黠@改善熱泵空調(diào)的制熱性能，實現(xiàn)自動快速除霜，使熱泵空調(diào)裝置能實現(xiàn)多種工況，節(jié)約能源，經(jīng)濟效益好?？蓮V泛用于各種大、中型熱泵空調(diào)機組或家用單元式冷暖空調(diào)的改造?？蓮V泛用于各類集中供熱、冷的空調(diào)系統(tǒng)。
文檔編號F24F3/06GK1485588SQ0314323
公開日2004年3月31日 申請日期2003年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者孟凡正, 孟凡偉, 孟瑩瑩, 孟磊, 李海然, 高令民 申請人:孟凡正