CN103123192A - 一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置 - Google Patents

Abstract

一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置，毛细管节流装置与外辅热元件组成外辅热防融霜一体化装置，优化了产品的结构，在原有设备的基础上改动面积小并容易安装更改，只加热包覆分液毛细管的后半部分，即靠近室外蒸发侧部分，提高冷媒能量，蒸发温度增大，提高了产品的能效比。适用于所有的空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵或热源塔等其他热泵形式。使热泵能更高效的在恶劣的低温高湿的冬季运行，解决热泵在这种环境运行时结霜的弊端。

Description

一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置

技术领域

本发明涉及一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置。

背景技术

长江中下游地区属于热工气候分区中的夏热冬冷地区，冬季平均温度低，相对湿度大。而且在受北方强冷空气的影响下，冬季会出现一定时间的霜冻或冰冻天气。高湿度的环境条件是这一地区的特点，也是造成热泵结霜严重和工作性能差的主要原因。空气源热泵在这种环境下工作时蒸发器极易结霜，系统工作性能衰减严重，随时间推移，生长成的霜层导致换热过程恶化，使得机组的蒸发温度降低。

传统的除霜方法有三类，一种是逆除霜方式，原理是将室内机的风机停机，并将四通换向阀进行切换，空调系统按照制冷方式运行。这时室外换热器转换为制冷工况下的冷凝器来用。这种除霜方式存在以下缺点：

1、由于室内机的风机停机，室内换热器从室内环境吸热量很少，除霜相对不足，使得除霜时间过长； 

2、由于室内风扇停转，室内机在除霜时室内换热器需从室内环境中吸取热量，使得室温将下降，使室内环境更加恶劣。由于除霜时间过长，室外换热器上部的融霜会掉到下部翅片上，下面霜层积累很多，难以除掉，造成冰层堆积，影响换热器效率。

3、频繁的除霜使机组处于不稳定的工作状态，供热效果和供热时间都不能保证。

第二种是热气旁通阀除霜，原理是由热气旁通阀将压缩机排气口的高温高压排气直接引向蒸发器，通过高温高压冷媒液化放热来除霜。这种除霜方式的缺点是：由于高压侧的冷媒是来自于蒸发器吸收汽化得到的冷媒，当气温较低，除霜持续时间长，将没有足够热量使冷媒汽化，使主机没有足够的冷媒流动而进入保护性停机状态。

第三种就是电热融霜，常见的电热融霜装置是使用电热元件作融霜热源的，通常，按照电热元件布置部位不同，可以再分为三种类型：(1)把电加热器直接放置在换热器的表面端部；(2)把电加热器与换热器做成一体；(3)把电热管放在蒸发器内的制冷剂管中；(4) 把电加热器置于换热器前的制冷剂管内或管外。对于前两种，由于电热元件暴露在潮湿空气中，为了保证潮湿空气即冰层不被击穿造成机组漏电的现象。通常流过电热元件的电流并不大。当化霜所需要的能量一定时，电流越小，对于已给的电热融霜装置，其所需要的化霜时间越长。第三种将电热元件内置于蒸发器内的制冷剂管中，由于不再受制于安全电流，融霜速率得到提升。但是，与前两种电热除霜方式相比，电热管套在换热肋片管中，不仅仅要求电热管具有更好的稳定性，同时也增加了设备制造成本和制造及检修的难度。第四种将电热元件置于换热器前的制冷剂管内或管外，虽然安装方便，易于操作，但是很多功率稍微大一点的机器中，毛细管到蒸发器间制冷剂管长非常短，根本无法实施此方法。此外，国内空调设备生产厂家目前使用的单位时间继电器构成的简单融霜控制器，其融霜时间为设定值，不能根据结霜量的多少进行调节，如果时间继电器出线故障，电热管长时间工作，会烧坏空调设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种系统防融霜无需停机的外辅热防融霜毛细节流一体化装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供的外辅热防融霜毛细节流一体化装置是将辅热外覆于毛细管上，并在所述的毛细管的外表面包覆有绝（隔）热装置或其他换热装置。

所述的绝（隔）热装置为包覆在所述的毛细管的外表面的电热元件和包覆在所述的电热元件的外表面的绝（隔）热电热膜（层）。

所述的其他换热装置为热水、热油、热气或热管换热器。

采用上述技术方案的外辅热防融霜毛细节流一体化装置，利用电—热转换原理，将一定电压、一定电流的电热管包在毛细管节流装置的外表面，相当于电热毯式的形式包在制冷剂管外面，或采用热水、热油、热气或热管式换热器与毛细管节流装置换热，然后在管外加上绝（隔）热电热膜（层）降低能量损耗。系统除霜无需停机、无需改变工质流量，无需设置旁通装置，不仅适用于所有的空气源热泵，还包括所有具有辅热加热工质特点的热泵空调装置。

本发明的技术方案：

一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置，主要由压缩机、四通换向阀、室外蒸发器即低温换热侧、电磁阀、分液毛细管、绝（隔）热膜（层）、电热元件、单向阀、毛细管、干燥过滤器、制热冷凝器即高温换热侧和气液分离器组成。

当系统在低温高湿易于结霜的工况条件下启动制热工况运行时，电热元件通电，从压缩机出口经过四通换向阀之后，高温高压的冷媒气体经过制热冷凝器即高温换热侧，冷却后经过干燥过滤器，经过单向阀到达毛细管节流一体化装置，该外辅热防融霜毛细节流装置在保证冷媒节流的同时，提升冷媒的能量，使其在接下来经过室外蒸发器即低温换热侧时，当压力减小，能高效的吸收室外空气中的热量而汽化，经过四通换向阀，通过气液分离器到达压缩机进行进一步的压缩制热循环。

当冬天室外温度较高时，系统进行正常的制热工况运行，电热元件不工作，关闭电磁阀。从压缩机出口经过四通换向阀之后，高温高压的冷媒气体经过制热冷凝器即高温换热侧，冷却后经过干燥过滤器，经过单向阀到达毛细管节流后到室外蒸发器即低温换热侧汽化蒸发吸热，然后经过四通换向阀，通过气液分离器到达压缩机进行进一步的压缩制热循环。

当需要防融霜时，电热元件通电，开启电磁阀。被冷却过的中温高压的冷媒经过外表面包覆有电热元件的外辅热毛细节流一体化装置，电热元件包覆在各分液毛细管外，另外再在其上包覆绝（隔）热膜（层），电热元件的长度、绝（隔）热膜（层）的长度，是根据融霜补热量、制冷剂特性来确定其长度及功率大小的，其中，电热元件只包覆分液毛细管的后半部分。冷媒温度得到适当提高后，冷媒的蒸发温度也相应得到提高，这样可以室内机能保证一直处于制热运行工况，不会影响到室内的舒适度。蒸发温度提高后的冷媒进入压缩机后能适当提高压缩比，使压缩机能高效率的工作。

当夏天在制冷工况下运行时，电热元件不通电工作，关闭电磁阀，则按原制冷工况运行，即外辅热防融霜毛细节流一体化装置不启动，冷媒只进行节流。按原制冷工况运行。改变四通换向阀方向，由压缩机排出的高温高压蒸汽，经四通阀进入高温换热侧，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经毛细管进入低温换热侧，并在低温换热侧中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经四通阀后通过气液分离器被压缩机吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

热泵进行制冷和制热运行时，原理是一样的，都是按照逆卡诺循环进行的，只是所取工作范围不同，制热时取自高温换热侧，制冷时取自低温换热侧。通过四通换向阀的转向来实现制冷和制热不同工况的转换运行。

另外，电热防融霜方式可以灵活变更，图中的电热元件可以换成热水、热油、热气或热管，即此处不为电辅，为其他的辅热方式，同样的目的都是通过热水、热油、热气或热管和冷媒换热，使冷媒的能量提高，使冷媒进入室外蒸发器即低温换热侧有较高的能量，蒸发温度较高来达到防融霜。

高温换热侧11的实现形式也有多种，可以是风冷也可以是水冷，所以本发明所涉及的热泵可以是空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵或热源塔等其他热泵形式。

毛细节流装置与外辅热元件组成外辅热防融霜一体化装置，优化了产品的结构，在原有设备的基础上改动面积小并容易安装更改，只加热包覆分液毛细管后半部分即靠近室外蒸发侧的部分，提高冷媒能量，蒸发温度增大，提高了产品的能效比。

本发明对空气源热泵提供一种外辅热防融霜毛细节流一体化技术，该技术可在不影响常规空调系统夏天制冷、冬天制热的功能下，还可以在冬天制热运行工况、不间断室内供热的前提下，在进入蒸发器前快速地提高工质的能量，使工质具有较高的能量情况下进入蒸发器，防止结霜量的产生，并在不改变制冷剂流量的情况下使冷媒具有较高的能量进入压缩机，防止压缩机液击的可能性。本发明克服了由于电热元件暴露在潮湿空气中，为了保证潮湿空气即冰层不被击穿造成机组漏电的问题。也克服电热管套在换热肋片管中，不仅要求电热管具有更好的稳定性，同时也增加了设备制造成本和制造及检修的难度的问题。

综上所述，本发明是一种外辅热防融霜、无需停机、不用改变工质流量且操作简单、融霜时间短、效率高、耗能少，提高系统运行性能的外辅热防融霜毛细节流一体化装置。

本发明依据霜生长规律及制冷剂特性不局限于上述最佳实施方式，专利保护段在分液毛细管节流的后半段到低温换热侧之前。图中所述的辅热换热方式灵活，可任意组合。热泵形式包括所有具有可用于辅热加热工质特点的热泵形式。任何人在本发明的启示下在该段都可以得出其它各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

附图说明

图1是外辅热防融霜毛细节流装置的系统示意图；

图2是外辅热防融霜毛细节流整体化的局部放大示意图。

图中1是压缩机，2是四通换向阀，3是室外蒸发器即低温换热侧，4是电磁阀，5是分液毛细管，6是绝（隔）热膜（层），7是电热元件，8是单向阀，9是毛细管，10是干燥过滤器，11是制热冷凝器即高温换热侧，12是气液分离器。

图1和图2 中虚线箭头方向表示冬季制热运行的时候。

 

具体实施方式

本发明的实施方式在现场按照图1即可完成，结构简单实用。是基于多参数的霜生长规律的外辅热防融霜毛细管节流一体化装置示意图。下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本发明系统结构示意图图1和图2之中：

参见图1，图1表述的是制热工况下制冷剂的流向，当系统在低温高湿易于结霜的工况条件下启动制热工况运行时，电热元件通电，从压缩机1出口经过四通换向阀2之后，高温高压的冷媒气体经过制热冷凝器即高温换热侧11，冷却后经过干燥过滤器10，经过单向阀8到达毛细管节流一体化装置I，该外辅热防融霜毛细节流装置在保证冷媒节流的同时，提升冷媒的能量，使其在接下来经过室外蒸发器即低温换热侧3时，当压力减小，能高效的吸收室外空气中的热量而汽化，经过四通换向阀2，通过气液分离器12到达压缩机1进行进一步的压缩制热循环。

参见图1，当冬天室外温度较高时，系统进行正常的制热工况运行，电热元件7不工作，关闭电磁阀4。从压缩机1出口经过四通换向阀2之后，高温高压的冷媒气体经过制热冷凝器即高温换热侧11，冷却后经过干燥过滤器10，经过单向阀8到达毛细管9节流后到室外蒸发器即低温换热侧3汽化蒸发吸热，然后经过四通换向阀2，通过气液分离器12到达压缩机1进行进一步的压缩制热循环。

参见图1，当需要防融霜时，电热元件7通电，开启电磁阀4。被冷却过的中温高压的冷媒经过外表面包覆有电热元件的外辅热毛细节流一体化装置I，电热元件包覆在各分液毛细管外，另外再在其上包覆绝（隔）热膜（层）6，冷媒温度得到适当提高后，冷媒的蒸发温度也相应得到提高，这样可以室内机能保证一直处于制热运行工况，不会影响到室内的舒适度。蒸发温度提高后的冷媒进入压缩机后能适当提高压缩比，使压缩机能高效率的工作。

参见图1，电热元件7长度、绝（隔）热膜（层）6长度、根据融霜补热量、制冷剂特性而确定其长度及功率大小，其中，电热元件只包覆分液毛细管的后半部分，即靠近室外蒸发侧部分。

参见图1图2，毛细管节流装置与外辅热元件组成外辅热防融霜一体化装置，优化了产品的结构，在原有设备的基础上改动面积小并容易安装更改，只加热包覆分液毛细管的后半部分即靠近室外蒸发侧的部分，提高冷媒能量，蒸发温度增大，提高了产品的能效比。

参见图1，高温换热侧11的实现形式也有多种，可以是风冷也可以是水冷，所以本发明所涉及的热泵可以是空气源热泵、土壤源热泵、水源热泵或热源塔等其他热泵形式。

另外，参见图1图2中的电热防融霜方式可以灵活变更，图中的电热元件7可以换成热水、热油、热气或热管，即此处不为电辅，为其他的辅热方式，同样的目的都是通过热水、热油、热气或热管和冷媒换热，使冷媒的能量提高，使冷媒进入室外蒸发器3即低温换热侧有较高的能量，蒸发温度较高来达到防融霜。

当夏天在制冷工况下运行时，图1中的电热元件7不通电工作，关闭电磁阀4，则按原制冷工况运行，即外辅热防融霜毛细节流一体化装置不启动，冷媒只进行节流。按原制冷工况运行。改变四通换向阀方向，由压缩机1排出的高温高压蒸汽，经四通阀2进入高温换热侧11，制冷剂蒸汽被冷凝成液体，经毛细管9进入低温换热侧3，并在低温换热侧11中吸热，将室内空气冷却，蒸发后的制冷剂蒸汽，经四通阀2后通过气液分离器12被压缩机1吸入，这样周而复始，实现制冷循环。

热泵进行制冷和制热运行时，原理是一样的，都是按照逆卡诺循环进行的，只是所取工作范围不同，制热时取自高温换热侧11，制冷时取自低温换热侧3。通过四通换向阀的转向来实现制冷和制热不同工况的转换运行。

外辅热防融霜毛细节流一体化装置是相对于制热工况下毛细管而言的，该发明成功克服了国内外同类产品所存在的制热流程改造复杂，元器件更换频繁，不利于生产和加工等缺点。本发明所涉及的融霜装置目前无工业生产，现有的电辅装置采用加热用户侧所需要的空气或水，而非加热制冷工质，因而效率低；蒸发器内采用电辅技术安装过程复杂，可靠及安全性非常差，无法在工业过程中采用。而热气旁通融霜虽然采用加热制冷剂，但影响了冬天热量的输出，且效果不稳定，用户舒适性差。本发明采用毛细管与外辅热组成一体化防融霜装置，运用简便的操作流程，元器件改动较少，易于产品的生产和加工，控制可靠性更高；与内辅热防融霜相比，用户除具有较好的热舒适性或产出热量外，同时外辅热更易实现，控制可靠性更高。可成功预防室外蒸发侧结霜的情况。本发明实现了热泵装置制冷制热效果良好，并保证热泵各元器件稳定运行。

Claims (5)

1.一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置，主要由压缩机(1)、四通换向阀(2)、室外蒸发器即低温换热侧(3)、电磁阀(4)、分液毛细管(5)、绝（隔）热膜（层）(6)、电热元件(7)、单向阀(8)、毛细管(9)、干燥过滤器(10)、制热冷凝器即高温换热侧(11)、气液分离器(12)组成，其特征是所述的外辅热防融霜毛细节流一体化装置Ⅰ是由毛细管(9)、分液毛细管(5)、电磁阀(4)、绝（隔）热膜（层）(6)、电热元件(7)所组成的一体化装置。

2.根据权利要求1所述的一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置，其特征是所述的分液毛细管(5)外包覆有电热元件(7)，组成防融霜毛细节流一体化，并在该电热元件(7)外包覆绝（隔）热膜（层）(6)以减少能量的浪费，同时由通过控制电磁阀(4)的开合来控制是否需要启动系统防融霜功能。

3.根据权利要求1所述的一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置Ⅰ，其特征是所述的加热装置可以为电辅(7)、热水、热油、热气或热管等换热器。

4.根据权利要求1所述的一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置Ⅰ，其特征是所述的加热装置在分液毛细管(5)的后半部分，并靠近室外蒸发器即低温换热侧(3)。

5.根据权利要求1所述的一种外辅热防融霜毛细节流一体化装置Ⅰ，其特征是所述的室外蒸发器即低温换热侧(3)可以为一台或多台并联运行的方式，其并不改变室外蒸发器(3)与分液毛细管(5)的结构形式。

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