自除霜式空气源热泵机组的制作方法

本实用新型涉及热泵供热技术领域，尤其涉及自除霜式空气源热泵机组。

背景技术：

空气源热泵机组作为一种高效的供热空调设备，在冬季被广泛用于制取供热热水。但在很多地区，尤其是室外气温较低且湿度较大的地区的应用时，存在室外风冷换热器结霜的问题。现有的风冷换热器除霜方案主要有制冷剂逆向除霜、热气旁通除霜、蓄热除霜等，制冷剂逆向除霜往往会影响用户侧供暖效果；热气旁通和蓄热除霜一定程度上可缓减室内温度的波动，但除霜所需热量基本来自于压缩机的电能，除霜能耗较高。

相关技术中的一种空气源热水机组，带有多个室外风冷换热单元，当某一室外风冷换热单元需要除霜时，则从空气源热水机组所制取的热水中分流一小部分通入该室外风冷换热单元中进行融霜；其中，室外侧热水除霜环路和载冷剂取热环路共用同一室外风冷换热单元的介质通道，具有一定的热量掺混损失，管路及阀门布置复杂，系统运行可靠性有待进一步提高。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种自除霜式空气源热泵机组，三介质换热器替代两介质风冷换热器，除霜和取热采用不同的环路，实现了直膨换热器的自除霜，且避免了流体掺混的可能，简化了管路结构，降低了传热损失，可适应多种换热场景下的需要，还可保证在除霜工况下，不影响用户侧的正常供热。

根据本实用新型第一方面实施例的自除霜式空气源热泵机组，包括：

取热系统，包括连接形成循环回路的三介质换热器的热泵热源管路、压缩机、热泵换热器的放热管路和节流装置，所述热泵热源管路适于从外界环境吸热；

供热系统，包括连接形成循环回路的所述热泵换热器的用户热源管路、第一循环泵和用户侧的用户管路，所述用户热源管路适于从所述放热管路吸热以向所述用户管路供热；

除霜系统，包括连接形成循环回路的所述三介质换热器的除霜管路、用于调节所述除霜管路通断的第一调节阀、除霜热源管路和第二循环泵，所述除霜管路适于向所述三介质换热器放热以用于除霜；所述除霜热源管路适于从所述用户热源管路吸热，或，所述用户热源管路作为所述除霜热源管路为所述除霜管路供热；

所述三介质换热器设置多个且相并联，每个所述除霜管路所在支路均设有所述第一调节阀，所述三介质换热器配设有风机。

根据本实用新型的一个实施例，所述除霜系统包括中间换热器，所述中间换热器包括所述除霜热源管路和适于向所述除霜热源管路供热的中间换热管路，所述中间换热管路与所述用户热源管路连接，所述中间换热管路与所述用户热源管路之间设有第二调节阀。

根据本实用新型的一个实施例，所述用户热源管路所在的第一载冷剂总管上连接所述第一循环泵，所述第一载冷剂总管两端同时连接所述中间换热管路与所述用户管路。

根据本实用新型的一个实施例，所述中间换热器为间壁换热器。

根据本实用新型的一个实施例，所述放热管路的出口端和入口端分别连接第一总流出管和第一总流入管，所述压缩机设于第一总流入管，每个所述热泵热源管路均连接有一个所述节流装置，每个所述热泵热源管路和所述节流装置所在支路并联于所述第一总流入管和所述第一总流出管之间。

根据本实用新型第二方面实施例，提供一种应用于上述实施例所述的自除霜式空气源热泵机组的运行方法，包括供热模式和供热除霜模式；

所述供热模式：所述热泵热源管路、所述压缩机、所述放热管路和所述节流装置依次连通，所述热泵热源管路内的制冷剂从外界环境吸热后流入所述压缩机，经过所述压缩机增压后，所述制冷剂流入所述放热管路且所述制冷剂在所述放热管路内向所述用户热源管路放热，所述制冷剂再通过所述节流装置降压后回流至所述热泵热源管路，所述制冷剂循环流动；所述用户热源管路、所述第一循环泵和所述用户管路连通，所述用户热源管路内的第一载冷剂从所述放热管路吸热后，所述第一载冷剂流入所述用户管路，所述第一载冷剂在所述用户管路放热以向用户供热，所述第一载冷剂回流至所述用户热源管路，所述第一载冷剂循环流动；所述第一调节阀关闭以停止运行所述除霜系统；

所述供热除霜模式：当所述取热系统包括多个所述三介质换热器，一部分需要除霜的所述三介质换热器的热泵热源管路称为第一热泵热源管路，第一热泵热源管路对应第一除霜管路，另一部分进行取热的所述三介质换热器的热泵热源管路称为第二热泵热源管路；所述第一热泵热源管路对应的所述节流装置关闭，以使所述第一热泵热源管路停止取热；所述第二热泵热源管路、所述压缩机、所述放热管路和所述节流装置依次连通，所述第二热泵热源管路进行取热；所述用户热源管路、所述第一循环泵和所述用户管路连通，第一载冷剂在所述用户热源管路与所述用户管路之间循环流动以使所述用户管路放热并向用户供热；所述第一除霜管路所在支路的第一调节阀打开，所述第一除霜管路、所述第一除霜管路所在支路的第一调节阀、所述除霜热源管路和所述第二循环泵连通，当所述除霜热源管路适于从所述用户热源管路吸热，所述除霜热源管路内的第二载冷剂从所述用户热源管路吸热后流入所述第一除霜管路，所述第二载冷剂在所述第一除霜管路内放热，所述第二载冷剂循环流动直至完成除霜；当所述除霜热源管路为所述用户热源管路，所述用户热源管路内的部分第一载冷剂向所述第一除霜管路流动、另一部分所述第一载冷剂向所述用户管路流动，所述第一载冷剂在所述第一除霜管路内放热，所述第一载冷剂循环流动直至完成除霜；

其中，所述供热模式或所述供热除霜模式运行，所述风机均运行。

根据本实用新型的一个实施例，当所述除霜系统包括中间换热器，第二调节阀打开以连通中间换热管路与所述用户热源管路，所述用户热源管路内的部分所述第一载冷剂流入所述中间换热管路，所述除霜热源管路内的所述第二载冷剂从所述中间换热管路内的所述第一载冷剂吸热，所述第一载冷剂放热后回流至所述用户热源管路。

本实用新型实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本实用新型实施例的自除霜式空气源热泵机组，包括取热系统、供热系统和除霜系统，取热系统包括三介质换热器的热泵热源管路、压缩机、热泵换热器的放热管路和节流装置，除霜系统包括三介质换热器的除霜管路、第二循环泵、第一调节阀和除霜热源管路，除霜热源管路可以从供热系统的用户热源管路吸热或者除霜热源管路为供热系统的用户热源管路，可将供热系统的部分热量通入三介质换热器的除霜管路内，以为三介质换热器除霜。三介质换热器替代传统的两介质风冷换热器，除霜和取热采用不同的环路，其中取热系统中的制冷剂直接膨胀，即直接和外界换热，实现了直膨换热器的自除霜，且避免了流体掺混的可能，简化了管路结构，降低了传热损失，可适应多种换热场景下的需要；并且多组三介质换热器的设置，可保证在除霜工况下，不影响对用户侧的正常供热。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的自除霜式空气源热泵机组的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的自除霜式空气源热泵机组的结构示意图；与图1的区别在于，除霜系统采用虚线标示，以表示除霜系统停止运行，运行供热模式；

图3是本实用新型实施例提供的自除霜式空气源热泵机组的结构示意图；与图1的区别在于，部分三介质换热器所在支路用虚线标示，以表示此部分三介质换热器的热泵热源管路停止取热并根据需要进行除霜，运行供热除霜模式；

图4是本实用新型实施例提供的自除霜式空气源热泵机组的结构示意图；与图1的区别在于省略了中间换热器；

其中，图中“…”表示省略了一些三介质换热器所在支路和用户侧的用户管路；图中箭头示意了第一载冷剂的流动方向。

附图标记：

100：取热系统；200：供热系统；300：除霜系统；

1：三介质换热器；2：除霜管路；3：热泵热源管路；4：节流装置；5：风机；6：第二总流出管；7：中间换热器；23：中间换热管路；24：除霜热源管路；8：热泵换热器；21：放热管路；22：用户热源管路；9：第三总流出管；10：用户管路；11：第一调节阀；12：除霜支路；13：第二总流入管；14：压缩机；15：第二循环泵；16：第二调节阀；17：第一循环泵；18：第一载冷剂总管；19：第三总流入管；20：第三调节阀；25：第一总流入管；26：第一总流出管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

本实用新型的一方面实施例，结合图1至图4所示，提供一种自除霜式空气源热泵机组，包括取热系统100、供热系统200和除霜系统300，取热系统100从外界空气中吸收热量并传递给供热系统200，供热系统200的热量供给到用户侧，除霜系统300为取热系统100除霜，保证取热系统100的正常运行。

取热系统100包括连接形成循环回路的三介质换热器1的热泵热源管路3、压缩机14、热泵换热器8的放热管路21和节流装置4，热泵热源管路3适于从外界环境吸热。三介质换热器1并联设置多个，三介质换热器1起到蒸发器的作用，热泵热源管路3中的制冷剂从外界环境的空气中吸热后，流入压缩机14，经压缩机14增压后，制冷剂进入放热管路21(热泵换热器8起到冷凝器的作用)并在放热管路21内向供热系统200放热，然后制冷剂经过节流装置4降压后回流到热泵热源管路3，制冷剂在取热系统100中循环流动以向供热系统200循环供热。

其中，三介质换热器1为可实现空气与两种冷媒任意两两直接换热的换热器，用其替代传统的两介质风冷换热器，可适应多种换热场景下的需要。将其应用于本实施例的自除霜式空气源热泵机组中，可进一步简化设备、提高除霜效率、降低传热损失并实现直膨(制冷剂直接膨胀，即制冷剂直接和外界换热)换热器除霜。三介质换热器1配设有风机5，风机5可促进热泵热源管路3与环境空气换热，提升换热效率。热泵换热器8可以为管壳换热器、板式换热器等多种两介质换热器。节流装置4可以为膨胀阀或毛细管。

供热系统200包括连接形成循环回路的热泵换热器8的用户热源管路22、第一循环泵17和用户侧的用户管路10，用户热源管路22适于从放热管路21吸热以向用户管路10供热。第一载冷剂在用户热源管路22中从放热管路21吸热，在第一循环泵17的驱动动力作用下，第一载冷剂在用户热源管路22与用户管路10之间循环流动，第一载冷剂在用户管路10内放热以向热用户供热，用户管路10内第一载冷剂的温度可达到40℃～45℃，可用于冬季供暖。

参考图1至图4所示，除霜系统300包括连接形成循环回路的三介质换热器1的除霜管路2、用于调节除霜管路2通断的第一调节阀11、除霜热源管路24和第二循环泵15，除霜热源管路24适于从供热系统200中吸热，当第一调节阀11打开，供热系统200中的部分第一载冷剂或与部分第一载冷剂换热后的第二载冷剂通入至除霜管路2内放热，并在第二循环泵15的驱动动力下循环流动，实现对三介质换热器1的除霜。

其中，除霜热源管路24设置的实施方式：

第一种实施方式：参考图1至图3所示，除霜热源管路24为中间换热器7中的一条管路，中间换热器7的另一条管路为中间换热管路23，中间换热管路23与热泵换热器8的用户热源管路22相连接，并可将用户热源管路22的部分第一载冷剂供给到中间换热管路23，除霜热源管路24内的第二载冷剂与中间换热管路23内的第一载冷剂换热。需要说明的是，热泵换热器8主要给用户侧供暖，用户侧供热通常采用温度较高的热水(也就是第一载冷剂为热水)，而取热系统100和除霜系统300的结构主要设于室外，室外温度较低，可能会低至0℃以下，因此除霜系统300中所用的第二载冷剂中通常需要添加防冻液，因此采用中间换热器7进行二次换热除霜。

其中，中间换热管路23与用户热源管路22之间设有第二调节阀16，第二调节阀16可以调节介质流量，方便调控除霜系统300的运行状态。当除霜系统300需要为结霜的三介质换热器1除霜时，第二调节阀16打开；当三介质换热器1无需除霜时，第二调节阀16关闭。中间换热器7可以选用间壁换热器。

参考图1至图3所示，用户热源管路22与第一循环泵17均设于第一载冷剂总管18上，第一载冷剂总管18的两端并联连接中间换热管路23和多个用户管路10。具体的，中间换热管路23所在支路设置第二调节阀16，以调节中间换热管路23所在支路的通断及流量，第二调节阀16的通断与除霜系统300的运行状态一致。

第二种实施方式：除霜热源管路可以为热泵换热器中的第三条换热管路(此时，热泵换热器可选用三路换热器，如三路板式换热器，图中未示意)，除霜热源管路可以直接在热泵换热器中与用户热源管路换热。本实施方式，可减少换热器的数量、节省管路且简化系统。

上述实施例中，室外换热器采用多组三介质换热器1，在其外部不仅可使制冷剂与空气换热，内部还同时包含了第二载冷剂通道和制冷剂通道，除霜和吸热采用不同的环路，实现了直膨换热器的自除霜，且避免了流体掺混的可能，简化了管路结构，降低了传热损失。

上述实施例中，每个除霜管路2所在支路均设有第一调节阀11，此支路称为除霜支路12，多个热泵热源管路3可同时进行取热，部分三介质换热器需要进行除霜时，其他三介质换热器仍能进行取热，不影响向用户正常供热。

在另一个实施例中，与上述实施例的区别在于，参考图4所示，除霜系统300包括连接形成循环回路的三介质换热器1的除霜管路2、用于调节除霜管路2通断的第一调节阀11、除霜热源管路和第二循环泵15，用户热源管路22作为除霜热源管路为除霜管路2供热。本实施例省略了图1至图3中中间换热器7，通过热泵换热器8直接将部分第一载冷剂分流到除霜系统300，可简化结构。其中，用户侧第一载冷剂中往往也需要添加防冻剂，以避免除霜系统300中的第一载冷剂在管路中流动过程中受外界环境影响而冻结，保证除霜系统300稳定运行。

本实施例中，用户热源管路22的出口端或入口端设置第一循环泵17，第一循环泵17分别向用户管路10和除霜管路2供给第一载冷剂，可省略第二循环泵15。

上述实施例中，结合图1至图4所示，放热管路21的出口端和入口端分别连接第一总流入管25和第一总流出管26，压缩机14设于第一总流入管25，取热系统100包括多个三介质换热器1，每个热泵热源管路3均连接有一个节流装置4，每个热泵热源管路3和节流装置4所在支路均并联于第一总流入管25和第一总流出管26之间。多个三介质换热器1可同时或部分同时取热，以满足供热系统200的热量需求。运行过程中，可根据需求通过控制节流装置4的开度来调节每个热泵热源管路3的介质流通。

需要说明的是，若取热系统仅设置一个节流装置，每个热泵热源管路所在支路可以设置一个独立调节此支路开度的调节阀，也能调节每个热泵热源管路的运行状态。

上述实施例中，每个除霜管路2均连接有第一调节阀11，除霜管路2与第一调节阀11所在支路的入口端和出口端分别连接第二总流入管13和第二总流出管6，前述的多个支路并联于第二总流入管13和第二总流出管6之间。第二循环泵15位于第二总流入管13或第二总流出管6，除霜热源管路24的两端分别连接第二总流入管13和第二总流出管6。其中，参考图1至图3所示，除霜热源管路24为中间换热器7的一条管路，参考图4所示，除霜热源管路也可为热泵换热器8的用户热源管路22。

上述实施例中，用户管路10的入口端和出口端分别连接第三总流入管19和第三总流出管9。第一循环泵17位于用户热源管路22的进口端或出口端，用户热源管路22的两端分别连接第三总流入管19和第三总流出管9，多个用户侧的用户管路10并联连接于第三总流入管19与第三总流出管9之间。

上述实施例中，每个用户管路10所在支路均设置第三调节阀20，以独立调节每个用户管路10的介质流通状态。上述的第一调节阀11、第二调节阀16和第三调节阀20均可安装在各个系统的多个位置，可根据需要选择。

本实用新型另一方面实施例，结合图1至图4所示，提供一种适用于上述实施例中的自除霜式空气源热泵机组的运行方法，包括供热模式和供热除霜模式中一种；在无需除霜时，热泵机组可以仅用于供热，取热系统100和供热系统200运行；当三介质换热器1长期运行取热模式出现结霜时，如部分三介质换热器需要除霜、另一部分三介质换热器仍然进行取热时，取热系统100、除霜系统300和供热系统200均运行。本实施例中，供热模式和供热除霜模式中，风机5均运行，以提高换热效率。

参考图2所示，供热模式：热泵热源管路3、压缩机14、放热管路21和节流装置4依次连通，热泵热源管路3内的制冷剂从外界环境吸热后流入压缩机14，经过压缩机14增压后，制冷剂流入放热管路21且制冷剂在放热管路21内向用户热源管路22放热，制冷剂再通过节流装置4降压后回流至热泵热源管路3，制冷剂循环流动；用户热源管路22、第一循环泵17和用户管路10连通，用户热源管路22内的第一载冷剂从放热管路21吸热后，流入用户管路10并在在用户管路10放热以向用户供热，然后回流至用户热源管路22，第一载冷剂循环流动。第一调节阀11关闭且第二循环泵15关闭以停止运行除霜系统300，图2中第二调节阀16也关闭，图2中虚线路径代表断路，也就是此管路不运行。

参考图3所示，供热除霜模式：当取热系统100包括多个三介质换热器1，一部分需要除霜的三介质换热器的热泵热源管路3称为第一热泵热源管路，第一热泵热源管路对应的第一节流装置关闭，以使第一热泵热源管路停止取热；另一部分进行取热的三介质换热器的热泵热源管路3称为第二热泵热源管路，第二热泵热源管路对应的第二节流装置打开；设置第一热泵热源管路的三介质换热器1可称为第一换热器，第一换热器还设置第一除霜管路；设置第二热泵热源管路的三介质换热器可称为第二换热器，第二换热器还设置第二除霜管路。

第二热泵热源管路、压缩机14、放热管路21和第二节流装置依次连通，第二热泵热源管路进行取热并向供热系统200供热；用户热源管路22、第一循环泵17和用户管路10依次连通，第一载冷剂在用户热源管路22与用户管路10之间循环流动以使用户管路10向用户供热；第一除霜管路所在除霜支路的第一调节阀打开，第一除霜管路、第一调节阀、除霜热源管路和第二循环泵15连通；第二除霜管路所在除霜支路的第一调节阀关闭。

参考图3所示，当除霜热源管路24适于从用户热源管路22吸热，除霜热源管路24内的第二载冷剂从用户热源管路22吸热后流入第一除霜管路，第二载冷剂在第一除霜管路内并向三介质换热器放热，第二载冷剂循环流动直至完成除霜。或，参考图4所示，当除霜热源管路为用户热源管路22，用户热源管路22内的部分第一载冷剂向第一除霜管路流动、另一部分第一载冷剂向用户管路10流动，第一载冷剂在第一除霜管路内向三介质换热器放热，第一载冷剂循环流动直至完成除霜。

其中，参考图3所示，可有部分三介质换热器1完全停止运行，既不进行取热，也不进行除霜。三介质换热器1可根据需要调节运行状态。图3中虚线表示形成断路。

可见，参考图3所示，此处实现了直膨空气源热泵机组的自除霜，简化了除霜传热环节，不仅简化了系统结构，且降低了传热损失。考虑到室外侧的三介质换热器1的除霜是间歇进行的，因此可能需使用防冻液保持第二载冷剂的流动性，而一般直接向用户侧供热的第一载冷剂为温度较高的热水，因此这里除霜系统300与用户侧的供热系统200使用间壁换热器分隔开，即图3中除霜方式为利用中间换热器7进行二次换热的方式除霜。参考图4所示，直接利用热泵换热器8的用户热源管路22中的第一载冷剂进行除霜，适用于供给用户侧的第一载冷剂为防冻液的情况，也就是供热系统200和除霜系统300的管路中均填充防冻液。

在一个实施例中，当除霜系统300包括中间换热器7，第二调节阀16打开以连通中间换热管路23与用户热源管路22，用户热源管路22内的部分第一载冷剂流入中间换热管路23，除霜热源管路24内的第二载冷剂从中间换热管路23内的第一载冷剂吸热，第一载冷剂放热后回流至用户热源管路22。

上述实施例的运行方法，利用多个制冷剂直膨形式的三介质换热器1吸收空气中的热量，在保证不间断向用户侧供热的同时，解决直膨形式的风冷式空气源热泵机组的除霜问题；此外，装置简化，系统运行可靠性进一步提高。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制。尽管参照实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。