基于激波与热管技术的空气源热泵除霜清灰装置及方法与流程

本发明涉及到激波和空气源热泵领域，特别涉及到一种基于激波与热管技术的空气源热泵除霜清灰装置及方法。

背景技术：

目前，空气源热泵系统因其节能、环境保护、智能控制、可实现全年的冷暖供应及安装方便等优点早已进入千家万户，远远超过了太阳能和地热能等技术的应用。空气源热泵室外机在长期使用过程中，换热器在夏季表面上会聚集大量灰尘，影响换热效率，另外空气源热泵产品的应用也要受到气候条件的限制，特别是在寒冷地区和南方潮湿地区，空气源热泵系统在冬季运行时，当室外侧换热器表面温度低于周围空气的露点温度且低于0℃时，换热器表面就会结霜，而霜的形成会对热泵的性能产生不良的影响，如堵塞肋片间的通道，增加了空气流动的阻力；增加表面传热热阻，使换热器传热效果恶化，传热能力降低，严重时会使得热泵系统停止运行。

空气源热泵现有的除霜方式通常有：热气除霜法、电热除霜法、热水除霜法等，它们的共同特点是在除霜过程中会导致室内温度下降或停止制热，浪费电能，造成热泵运行效率下降。清除室外换热器的灰尘目前主要采用化学人工清洗，采取这种方式的缺点是会对水源和空气产生污染，对设备造成腐蚀等危害。因此，探寻一种良好的除霜、清霜技术对空气源热泵系统来说是至关重要的。

气体、液体和固体介质中应力（或压强）、密度和温度在波阵面上发生突跃变化的压缩波即为激波，又称冲击波。激波可视为由无穷多的微弱压缩波叠加而成，所有的压缩波合在一起形成一道突跃的压缩波。在超声速流动、爆炸等过程中都会出现激波。激波相对于波前气体的传播速度是超声速的，激波愈强，传播速度愈大；激波相对于波后气体的传播速度是亚音速的。

空气激波发生器是借助空气冲击波的这种能量载体，将一定大小的能量高效快速地传递到指定空间的每一个角落，以波的方式将管壁面上霜或灰尘除掉的设备。

热管是一种具有高导热性能的传热元件，它充分利用热传导原理与相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过任何已知金属的导热能力。热管的工作原理是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程（即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热）。热管换热器有如下特点：1、依靠蒸气流动和相变传输热量，因此传热能力大。2、沸腾和凝结在同一根管内，两者几乎没有压力差，因此加热区和散热区的温度接近相等，减小了传热时的温差。3、结构简单，工作可靠，可制作成直管、弯管、圆管以及椭圆管等。

因此，有效地清理换热表面的灰尘、除霜是解决空气源热泵系统运行的关键技术之一。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种基于激波与热管技术的空气源热泵除霜清灰装置及方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于激波与热管技术的空气源热泵除霜清灰装置，包括压缩机（1）、室内换热器（2）、节流部件（3）、室外热管换热器（4）、空气激波发生器（5）感应部件（6）、控制器（7）和热管组（15），其中室内换热器（2）和室外热管换热器（4）分别用管线与压缩机（1）和节流部件（3）相连通，其特征在于：所述装置的室外热管换热器（4）内装有热管组（15），室外热管换热器（4）的一端装有感应器（6），另一端装有空气激波发生器（5），空气激波发生器（5）和感应器（6）分别用数据线与控制器（7）相连接。

所述热管组（15）的热管（10）内设有蒸汽通道（11），管壁内侧装有吸液管芯（12），管壁外部装有固定支架（13）和换热翅片（14），热管组（15）的一端通入到联集管（17）内，通入到联集管（17）内的热管组（15）上的换热翅片（14）之间装有中间隔板（16）或折流板（21）。

所述联集管（17）内装有制冷剂（20），制冷剂入口管（18）和制冷剂出口管（19）安装在联集管（17）的同一端或不同端。

所述感应器（6）内装有温度监测探头（8）和厚度监测探头（9），温度监测探头（8）和厚度监测探头（9）分别用数据线与控制器（7）相连接。

一种基于激波与热管技术的空气源热泵除霜清灰的方法，其特征在于，所述方法包括如下内容：

1、参数设置：分别将室外热管换热器（4）的表面温度、表面霜层厚度、清灰时间、清霜时间、空气激波发生器（5）的压力、制冷剂流入和流出的速度、制冷剂循环时间参数作为标准比对参数设置在控制器（7）内；

2、制冷模式：启动压缩机（1），高温高压的制冷剂（20）气体经过压缩机（1）排出，进入室外热管换热器（4）通过热管组（15）、联集管（17）和换热翅片（14）与室外空气换热，冷凝成低温高压液体，由室外热管换热器（4）通过节流装置（3）节流，节流后进入室内换热器（2）中，吸收室内环境空气热量后蒸发为气态制冷剂（20），最终进入压缩机压缩（1），完成制冷压缩循环；

当室外机换热器（4）热管表面会聚集有灰尘时，由控制器（7）定时发出开启空气激波发生器（5）的信号，使空气激波发生器（5）产生激波，吹向室外热管换热器（4）的表面，使其灰层掉落，空气激波发生器（5）的压力低于设定值后，空气激波发生器（5）的储气罐按控制器（7）已设定的压力参数自动储气；

3、制热模式：启动压缩机（1），高温高压的制冷剂（20）气体经过压缩机（1）排出，进入室内换热器（2），冷凝成低温高压的液体后，经过节流装置（3）节流后，进入室外热管换热器（4）通过热管组（15）、联集管（17）和换热翅片（14）换热，最终进入压缩机压缩（1），完成压缩循环；

当室外热管换热器（4）中的热管（10）表面结霜时，室外热管换热器（4）的表面温度低于一定值，温度监测探头（8）感受温度变化，将信号传递至激波发生器（5），通过控制器（7）开启空气激波发生器（5）的电源，使空气激波发生器（5）产生激波并吹向室外热管换热器（4）表面完成除霜工作；或当室外热管换热器（4）的表面霜层达设定厚度时，厚度监测探头（9）感受到热管（10）管壁上厚度的变化情况，将信号传递到空气激波发生器（5），通过控制器（7）接通空气激波发生器（5）的电源，使空气激波发生器（5）产生激波并吹向室外热管换热器（4）进行除霜，空气激波发生器（5）的压力低于设定值后，空气激波发生器（5）的储气罐按控制器（7）设定的压力参数自动储气。

本发明的积极效果为：

1、本发明所使用的空气激波发生器中的冲击波能流的大小及波击的范围，可根据实际需要能够有效地人为地控制，且具有全向性辐射、极高的反射性、快速的传播、在空气中传播时衰减较小的特性，因此空气激波发生器能够做到运行效率高、除霜、清灰效果好。

2、本发明以激波的方式替代了传统化学人工清洗和加热除霜的方式，不会对水源和空气产生污染，也不会出现因除霜导致室内温度下降或停止制热，浪费电能，造成热泵运行效率下降，供热效果差等现象，而且其运行成本低、寿命长、操作简单、控制、检修、维护方便以及安全可靠。

3、该方法考虑到空气激波发生器冲击波能流大的特点，采用热管式换热器替换现有的盘管翅片式换热器。

4、该装置结构简单，操作方便，利于维修和零部件的更换。

附图说明

图1、本发明各部件连接结构示意图；

图2、室外热管换热器结构示意图（1）；

图3、室外热管换热器结构示意图（2）；

图4、热管换热器工作原理图；

图5、热管结构示意图；

图6、热管排列结构示意图；

图7、室外热管换热器三维轴侧示意图。

具体的实施方式：

下面结合附图1-7和实施例进一步对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

参见附图1-7

1、参数设置：分别将室外热管换热器4的表面温度、表面霜层厚度、清灰时间、清霜时间、空气激波发生器5的压力、制冷剂流入和流出的速度、制冷剂循环时间参数作为标准比对参数设置在控制器7内。

2、制冷模式：启动压缩机1，高温高压的制冷剂气体经过压缩机1排出，进入室外热管换热器4通过装在固定支架13上的热管组15，以及联集管17和换热翅片14与室外空气换热。制冷剂20由制冷剂入口管18流入，通过装在联集管17内热管10上并用中间隔板16或折流板21隔开的换热翅片14进行热交换，将制冷剂蒸气冷凝成低温高压液体，通过节流装置3节流，节流后进入室内换热器2中蒸发，吸收环境空气热量后，最终进入压缩机压缩1，完成制冷压缩循环；对于热管内部，液态工作介质在吸热区D进行吸热，通过热管10内的气体通道11将蒸汽通过输送区B流向凝结段放热区A，在热管10内壁所装的吸液管芯12的毛细力的作用下，将放热后的液态介质送回吸热区D，放热区A通过装在热管10上的换热翅片14与空气进行放热。装在联集管17内的热管10和换热翅片14，以及中间隔板16或折流板21构成制冷剂换热区D，装在联集管17外部的热管组15构成与室外空气换热区A；

当室外机换热器4热管表面聚集一定的灰尘时，由于是室外换热器采用热管形式，其翅片间距较大，集灰情况不严重，因此采用定时清灰方式，由控制器7定时向空气激波发生器5发出开启信号，使空气激波发生器5产生激波并吹向室外热管换热器4，激波束从室外热管换热器4的G端吹入，从F端流出，使其灰层掉落，空气激波发生器5的压力低于设定值后，空气激波发生器5的储气罐按控制器7已设定的压力参数自动储气。

实施例2

参见附图1-7

1、参数设置：分别将室外热管换热器4的表面温度、表面霜层厚度、清灰时间、清霜时间、空气激波发生器5的压力、制冷剂流入和流出的速度、制冷剂循环时间参数作为标准比对参数设置在控制器7内。

2、制热模式：启动压缩机1，高温高压的制冷剂20气体经过压缩机1排出，进入室内换热器2，冷凝成低温高压的液体后，经过节流装置3节流后，进入室外热管换热器4通过装在固定支架13上的热管组15，以及联集管17和换热翅片14与室外空气换热。对于热管内部，液态工作介质在吸热区A进行吸热，通过热管10内的气体通道11将蒸汽通过输送区B流向凝结段放热区D，在热管10内壁所装的吸液管芯12的毛细力与重力的作用下，将放热后的液态介质送回吸热区A。通过装在联集管17内的热管10和换热翅片14，以及中间隔板16或折流板21构成制冷剂换热区D，装在联集管17外部的热管组15构成与室外空气换热区A；

当室外热管换热器4中的热管10表面结霜时，室外热管换热器4的表面温度会低于设定值，装在感应器6内的温度监测探头8感受温度变化，将信号传递至空气激波发生器5，通过控制器7开启空气激波发生器5的电源，使空气激波发生器5产生激波并吹向室外热管换热器4表面，激波束从室外热管换热器4的G端吹入，从F端流出；或当室外热管换热器4的表面霜层达设定厚度时，感应器6中的厚度监测探头9感受到热管10管壁上霜的厚度变化情况，将信号传递到空气激波发生器5，通过控制器7接通空气激波发生器5的电源，使空气激波发生器5产生激波并吹向室外热管换热器4进行除霜，激波束从室外热管换热器4的G端吹入，从F端流出，空气激波发生器5的压力低于设定值后，空气激波发生器5的储气罐按控制器7设定的压力参数自动储气。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

以上所述仅是发明的非限定实施方式，还可以衍生出大量的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思和不作出创造性劳动的前提下，还可以做出若干变形和改进的实施例，这些都属于本发明的保护范围。