一種無需啟動壓縮機的柔性空氣源熱泵除霜系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空氣源熱泵除霜方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽壓縮循環(huán)式空氣源熱泵在制熱時，當環(huán)境溫度較低時，室外空氣-冷媒熱交換器(起蒸發(fā)器作用)表面溫度低于空氣露點且低于o°c時，熱交換器表面會結(jié)霜。一旦發(fā)生結(jié)霜將會影響制熱量、制熱能效，甚至造成機組故障。因此，快速高效、對機組低沖擊，尤其是對壓縮機低沖擊的除霜方法是當前研宄的熱點課題。
[0003]目前空氣源熱泵常用的除霜方法主要有以下2種:
最常用的是換向-逆循環(huán)除霜方法，如圖1所示。熱泵正常制熱運行時，四通換向閥按照實線所示流量控制制冷劑的流向。當需要除霜時，首先要停止壓縮機，通過四通換向閥按虛線所示的流向切換制冷劑流向，這樣就由原來的制熱模式切換為制冷模式，即室外空氣-冷媒熱交換器由蒸發(fā)器變?yōu)槔淠鳎瑹崴?冷媒換熱器由冷凝器變?yōu)檎舭l(fā)器。當壓縮機啟動后壓縮機排出的高溫制冷劑氣體進入室外空氣-冷媒熱交換器，并向換熱器外側(cè)表面的低溫霜層放熱，霜層吸熱后逐漸融化、直至脫落、最后蒸干。除霜的熱源來自熱水和壓縮機的壓縮功，這種除霜方法融霜熱流密度大、霜層由內(nèi)而外融化，因此融霜速度快。但是融霜時由于四通換向閥需要換向，原有制熱模式切換為制冷模式，對壓縮機而言，其蒸發(fā)側(cè)和冷凝側(cè)的工況發(fā)生很大變化，頻繁的除霜運轉(zhuǎn)對壓縮機十分不利。比如熱水溫度高于40°C，融霜時制冷劑被熱水加熱后溫度、比容都會顯著升高，使壓縮機工作在極限條件下，甚至超出壓縮機的允許工作范圍，因此會有高壓報警、排氣溫度過高，線圈過熱等異?；蚬收习l(fā)生。
[0004]另一種方法是熱氣旁通除霜，如圖2所示。在除霜時無需改變制冷劑的流向，保持原有制熱模式不變的條件下，打開融霜回路(粗線部分)的閥門，使一部分高溫、高壓的壓縮機排氣直接進入室外空氣-冷媒熱交換器即蒸發(fā)器，使其內(nèi)部的制冷劑溫度提高向外表面霜層放熱達到融霜的目的。這種方法相對簡單，但是融霜時有以下不良:一是相對于逆循環(huán)除霜速度較慢，熱交內(nèi)還有融霜產(chǎn)生的凝結(jié)液，使壓縮機面臨液壓縮風險，另一方面，雖然高溫熱氣一部分進入了蒸發(fā)器，但是蒸發(fā)器內(nèi)的溫度還與壓縮機的吸氣壓力直接相關(guān)，因此對壓縮機的容量控制是影響除霜速度和效率關(guān)鍵因素之一，而壓縮機容量控制性能又與壓縮機的形式相關(guān)，所以外這種除霜方法常見于小型的熱泵機組中，一般1KW以上制熱量的機組很少采用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]綜上所述，現(xiàn)有除霜方法均有一定的不足和局限，本發(fā)明的目的就是以克服上述逆循環(huán)除霜方法對壓縮機產(chǎn)生較大沖擊、熱氣旁通除霜速度慢、受限于壓縮機的形式和控制復雜的不足問題，提供一種無需啟動壓縮機的柔性除霜系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單緊湊。本發(fā)明無需啟動壓縮機的柔性除霜方法，無需啟動壓縮機，節(jié)能，除霜效果佳。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的無需啟動壓縮機的柔性除霜系統(tǒng)，涉及經(jīng)濟器、空氣-冷媒熱交換器、熱水-冷媒熱交換器和壓縮機，其特征在于:
所述熱水-冷媒熱交換器3底部接口 32與閃蒸罐式經(jīng)濟器I進液口 14由設有液位調(diào)節(jié)閥8和電磁閥7的管道連接構(gòu)成通道一 101，所述液位調(diào)節(jié)閥8靠近閃蒸罐式經(jīng)濟器I偵牝電磁閥7靠近熱水-冷媒熱交換器3側(cè)；
所述熱水-冷媒熱交換器3的底部接口 32與閃蒸罐式經(jīng)濟器I底部接口 13由設有冷媒循環(huán)泵4和單向閥5的冷媒管道連接構(gòu)成通道二 102 ;
所述冷媒循環(huán)泵4由閃蒸罐式經(jīng)濟器I向熱水-冷媒換熱器3方向輸送冷媒，并在循環(huán)泵4的出口處按泵送流體的方向設置單向閥5 ;
所述閃蒸罐式經(jīng)濟器I的頂部接口 11與壓縮機低壓吸氣側(cè)由通道四104聯(lián)通，通道四上設有通斷控制的閥門9;
所述閃蒸罐式經(jīng)濟器I的頂部接口 11與壓縮機的中間壓力部由通道五105聯(lián)通，通道五上設有通斷控制的閥門10 ;
所述空氣-冷媒熱交換器2的出口 22與熱水-冷媒熱交換器3的上部接口 31由通道六106聯(lián)通，并在通道六106設有控制閥53，所述控制閥采用開度可控閥或通斷控制閥；所述閃蒸罐式經(jīng)濟器I底部接口 12與空氣-冷媒熱交換器2即制熱時為蒸發(fā)器的入口 21由通道七107聯(lián)通，并在通道七107上設有控制閥52，所述控制閥采用開度可控閥或通斷控制閥；
所述閃蒸罐式經(jīng)濟器I設有液位測量裝置51，液位測量裝置采用液位傳感器或液位開關(guān)。
[0007]所述通道一 101與通道二 102之間設有旁通通道三103，所述通道三103與通道二102的接口位于通道二 102中單向閥5與冷凝器3底部接口 32之間；
所述通道三103與通道一 101的接口位于通道一 101中電磁閥7與液位調(diào)節(jié)閥8之間，并且通道三103中設置開度調(diào)節(jié)閥6。
[0008]本發(fā)明無需啟動壓縮機的柔性除霜方法，具體步驟如下:
第一步準備階段:關(guān)閉控制閥52，閥門10和電磁閥7，然后停止壓縮機，此時打開閥門9，使閃蒸罐式經(jīng)濟器I內(nèi)的壓力與低壓接近，當達到平衡時再關(guān)閉閥門9，對閃蒸罐式經(jīng)濟器I的降壓完成，液位調(diào)節(jié)閥8始終處于自動調(diào)節(jié)狀態(tài)；
第二步除霜:保持熱水-冷媒熱交換器3的外部熱水處于流通狀態(tài)，啟動冷媒循環(huán)泵4同時打開控制閥53，冷媒循環(huán)泵4運轉(zhuǎn)后使閃蒸罐式經(jīng)濟器I內(nèi)的液態(tài)冷媒泵送至熱水-冷媒熱交換器3中，冷媒吸收外部熱水的熱量后氣化，并經(jīng)處于打開狀態(tài)的通道六106進入空氣-冷媒熱交換器2內(nèi)部，在內(nèi)外溫差作用下高溫冷媒氣體被外部霜層冷凝液化并聚集在空氣-冷媒熱交換器2內(nèi)部，此時空氣-冷媒熱交換器2與水-冷媒熱交換器3內(nèi)的壓力基本相當，高于閃蒸罐式經(jīng)濟器I內(nèi)的壓力，當空氣-冷媒熱交換器2內(nèi)的液態(tài)冷媒達到某一程度后閥門52打開，使其內(nèi)部的液態(tài)冷媒在壓差作用下經(jīng)通道七107進入經(jīng)濟器I的內(nèi)部，然后液態(tài)冷媒再次被冷媒循環(huán)泵4泵送至熱水-冷媒熱交換器3，如此反復，通過冷媒的循環(huán)和相變，把外部熱水的熱量帶到空氣-冷媒熱交換器2 ；
第三步后處理:除霜完了后進入排出空氣-冷媒熱交換器2內(nèi)液體階段，先停止冷媒循環(huán)泵4，關(guān)閉閥門53和閥門52，通過空氣-冷媒熱交換器2的風機快速冷凝熱交內(nèi)部的氣態(tài)冷媒，然后再次打開閥門52，閥門53，使空氣-冷媒換熱器2內(nèi)的液態(tài)冷媒在壓差作用下快速排至閃蒸罐式經(jīng)濟器I內(nèi)，根據(jù)需要反復進行排液操作，盡可能減少空氣-冷媒熱交換器2內(nèi)的液態(tài)冷媒滯留量。
[0009]所述第二步除霜時為了防止閃蒸罐式經(jīng)濟器I內(nèi)的冷媒被循環(huán)泵4抽空導致冷媒循環(huán)泵4發(fā)生汽蝕，由旁通通道三103旁通一部分冷媒經(jīng)液位調(diào)節(jié)閥8再返回至經(jīng)濟器I內(nèi)。
[0010]本發(fā)明的有益效果是
1)融霜過程無需啟動壓縮機，因此避免了融霜時壓縮機吸氣溫度高、排氣壓力高、排氣溫度高等對壓縮機的沖擊；
2)融霜時由低功率冷媒循環(huán)泵代替高功率壓縮機來提供冷媒循環(huán)的必要壓差，因此具有節(jié)能性；
3)融霜熱量主要由循環(huán)泵泵送到熱水-冷媒熱交換器內(nèi)液態(tài)的冷媒通過汽化吸收熱水的熱量，然后氣態(tài)冷媒在空氣-冷媒熱交換器內(nèi)凝結(jié)相變放熱，因此具有逆循環(huán)除霜具有的熱流密度大，由內(nèi)而外融霜的高效率特性。
【附圖說明】
[0011]圖1是現(xiàn)有換向_逆循環(huán)除霜法原理圖。
[0012]圖2是現(xiàn)有熱氣旁通除霜法原理圖。
[0013]圖3是本發(fā)明無需啟動壓縮機的柔性除霜回路圖。
[0014]圖4是本發(fā)明采用柔性除霜技術(shù)的典型熱泵熱水機組循環(huán)原理圖。
【具體實施方式】
[0015]以下根據(jù)圖示實施方式詳細說明本發(fā)明，圖3是本發(fā)明的柔性除霜回路圖。在圖3中，閃蒸罐式經(jīng)濟器I具有頂部氣體出口 11，底部液體出口 12，13以及液體入口 14及液位測量裝置51，液位測量裝置采用液位傳感器或液位開關(guān)。2表示空氣-冷媒熱交換器，21為其正常制熱時的制冷劑入口，22表示正常制熱時的制冷劑出口。3表示熱水-冷媒換熱器，其頂部具有氣體制冷劑接口 31，底部具有液態(tài)制冷劑接口 32以及循環(huán)熱水進口 33、出口 34。壓縮機63吸氣側(cè)經(jīng)氣液分離器61連接空氣-冷媒換熱器2，壓縮機63排氣側(cè)經(jīng)油分離器62后連接熱水-冷媒換熱器3。
[0016]閃蒸罐式經(jīng)濟器I的接口 14和熱水-冷媒熱交換器3的接口 32由通道一 101連接，并在通道一上靠近經(jīng)濟器I的一側(cè)設置液位調(diào)節(jié)閥8，靠近熱水-冷媒熱交換器3的一側(cè)設置電磁閥7 ；
閃蒸罐式經(jīng)濟器I的接口 13和熱水-冷媒熱交換器3的接口 32的由通道二 102連接，并在其靠近經(jīng)濟器I側(cè)設置冷媒循環(huán)泵4、單向閥5 ;
通道一 101和通道二 102由旁通通道三103聯(lián)接，且旁通通道三103與通道二 102的連接處位于通道二 102中單向閥5與熱水-冷媒換熱器3底部接口 32之間，與通道一 101的連接處位于通道一 101中電磁閥7與液位調(diào)節(jié)閥8之間，開度調(diào)節(jié)閥6設置通道3中。
[0017]閃蒸罐式經(jīng)濟器I的頂部出口 11與吸氣側(cè)低壓部由管道104聯(lián)通，并且