本发明涉及一种热泵设备，具体地涉及一种能够在不反转制冷剂循环的情况下对室外热交换器盘管进行除霜的热泵设备。
背景技术：
众所周知，热泵是用于加热和/或冷却建筑物内部的空气。典型的热泵通常具有包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器的制冷剂回路。传热介质（通常称为制冷剂）在制冷剂回路中循环，以将热量从第一位置传递到第二位置。对于空气-空气热泵，在加热模式运行期间，室外空气用作热源，室外热交换器用作蒸发器，室内热交换器用作冷凝器。从而，制冷剂通过蒸发器从外部大气吸收热量，并通过冷凝器将热量释放到内部空气中。热泵还可以设计成，在制冷模式下反转上述操作，以将热量从内部空气传递到外部大气中。
室外热交换器通常采用盘管式换热器。在正常加热模式中，作为蒸发器的室外热交换器变得比外部空气冷。当外部温度接近或低于水的冰点时，空气中的水分被凝结，并变成在室外热交换器的盘管上积聚的冰/霜。冰的形成限制了气流穿过盘管，这导致从室外空气吸收的热能被降低，从而降低了热泵设备的性能和效率。为了恢复性能，设备将进入除霜模式。现有的对室外盘管除霜的方法较为常见的是将热泵系统从加热模式转换到冷却模式。这种模式反转的效果是将由压缩机排出的热的制冷剂直接引导到室外盘管以融化形成在盘管上的冰，直到室外盘管的温度升高到预定值，以确保除去所有的冰。
然而，在传统的除霜模式中，对室内的加热必须停止，此外，由于内部热交换器此时作为蒸发器使用，因此从室内空气中提取热量，结果是室内温度降低，从而明显降低室内的热舒适度，而且，内部的板式换热器的温度也可能降低到0℃以下，这就导致板式换热器同样存在的凝霜的风险。另外，在从加热模式切换到除霜模式时，制冷剂循环的反转不可避免地产生压力平衡，并且这种压力平衡会引起大的噪音，这显然降低了用户的舒适度。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种热泵设备，其能够在不使制冷剂循环反转的情况下对室外热交换器盘管进行除霜，从而确保在除霜模式下用户的供热需求。
为实现上述发明目的，本发明提供一种热泵设备，其包括可在若干模式下运行、以通过制冷剂在外部空气和内部空气之间传递热量的制冷剂回路。制冷剂回路包括用于压缩制冷剂的压缩机、用于在制冷剂和内部空气之间传递热量的第一热交换器、用于降低制冷剂压力的节流装置和用于在制冷剂和外部空气之间传递热量的第二热交换器。第一热交换器在加热模式下作为冷凝器来冷却制冷剂，并且在制冷模式下作为蒸发器来蒸发制冷剂。第二热交换器在加热模式下作为蒸发器运行。制冷剂回路中还连接有位于第二热交换器附近的第三热交换器，且第三热交换器选择性地与第一热交换器液体连通，用于将第一热交换器处的制冷剂释放的热量传递给在除霜模式下的第三热交换器处的制冷剂，从而预热进入第二热交换器的制冷剂。通过这种方式，在第一热交换器中冷凝释放的热能可以部分地用于对盘管式第二热交换器进行除霜，从而在除霜的同时不需要逆转制冷剂循环。因此，能够确保除霜同时使用者的供热要求，并且能够降低内部板式热交换器的冷冻风险，此外还可以避免在制冷剂循环的反转过程中产生的噪音。
作为本发明的进一步改进，该热泵设备包括连接在第一和第三热交换器之间的第一流体控制阀。
作为本发明的进一步改进，在除霜模式中，当制冷剂通过第一热交换器和第三热交换器时，第一流体控制阀可作动地允许离开第一热交换器、并在其中吸收来自于制冷剂的热量的热交换流体进入第三热交换器，并在其中将吸收到的热量释放给制冷剂。
作为本发明的进一步改进，第一流体控制阀是三通阀，其具有用于和位于设备外部的空间加热/冷却回路连接的一个端口。第一流体控制阀可作动地在加热和制冷模式中将第一热交换器与空间加热/冷却回路连通，以分别加热和冷却内部空气。
作为本发明的进一步改进，设备包括连接在第三热交换器和空间加热/冷却回路之间的第二流体控制阀，以允许在除霜模式下从第三热交换器离开的热交换流体供给到空间加热/冷却回路。
作为本发明的进一步改进，第二流体控制阀是三通阀，其具有用于和位于设备外部的储液罐连接的一个端口。第二流体控制阀可作动以在制冷模式下将第三热交换器与储液罐液体连通，以允许热交换流体在第三热交换器中吸收由制冷剂消散的热量后进入储液罐，从而将其所吸收的热量释放给储存在储液罐中的液体。通过这种方式，第三热交换器在制冷模式中充当冷凝器，并且在第三热交换器处冷凝释放的能量可用于加热储液罐内的液体，从而回收冷凝过程中释放的热能。
作为本发明的进一步改进，该热泵设备包括连接到第三热交换器的第二流体控制阀。第二流体控制阀能够和位于设备外部的储液罐连接，以允许热交换流体在第三热交换器中吸收由制冷剂消散的热量后进入储液罐，从而将其所吸收的热量释放给储存在储液罐中的液体。通过这种方式，第三热交换器在制冷模式中充当冷凝器，并且在第三热交换器处冷凝释放的能量可用于加热储液罐内的液体，从而回收冷凝过程中释放的热能。
作为本发明的进一步改进，第二热交换器配备有鼓风机，以允许气流在加热模式时通过第二热交换器，用于将气流中可利用的热量传递给流过第二热交换器的制冷剂。其中鼓风机在制冷模式下以最小速度工作或停止运行。
作为本发明的进一步改进，第二热交换器配备有鼓风机，以允许气流在加热模式时通过第二热交换器，用于将气流中可利用的热量传递给流过第二热交换器的制冷剂。其中鼓风机在除霜模式下停止运行。采用这种方式，通过第三热交换器的制冷剂获得的热能可以完全用于融化在第二热交换器上形成的所有的冰/霜。
作为本发明的进一步改进，第二热交换器是盘管式热交换器，且第一和第三热交换器均为板式热交换器。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，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1a所示的是本发明的第一实施方式中以加热模式运行的热泵设备的示意图，其中热泵设备与空间加热/冷却回路连接；
图1b是图1a所示的热泵设备在除霜模式下运行的示意图；
图2a所示的是本发明的第二实施方式中以加热模式运行的热泵设备的示意图，其中热泵设备与空间加热/冷却回路和储液罐连接；
图2b是图2a所示的热泵设备在制冷模式下运行的示意图；
图2c是图2a所示的热泵设备在除霜模式下运行的示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参照图1a所示，本发明的第一实施方式中的一热泵设备10在加热模式下工作，以用于加热建筑物内部空气。热泵设备10包括制冷剂回路r、第一流体控制阀16、和第二流体控制阀171。制冷剂回路r通常包括压缩机11、作为冷凝器工作的第一热交换器12、节流装置13和作为蒸发器工作的第二热交换器14。压缩机11通常使用电力将制冷剂从低压气体状态压缩至高压气体状态，从而增加制冷剂的温度、焓和压力。第一热交换器12被放置在室内空间中，它可以是板式热交换器。从压缩机11离开的制冷剂流过第一热交换器12，以基本恒定的压力冷凝至饱和液体状态。在该过程中，热交换流体，例如水，由泵（未示出）驱动通过第一热交换器12以从制冷剂流获得热量。在本实施方式中，第一流体控制阀16是与第一热交换器12连接的三通阀，并且其具有连接到位于设备10外部的空间加热/冷却回路20的一个端口。空间加热/冷却电路20可以放置在建筑物内（如图所示），并且允许用作传热介质的热水或冷水通过其中以加热或冷却建筑物内部。从第一热交换器12离开的温度较高的热交换流体连续地流过管路81、第一流体控制阀16、管路82、空间加热/冷却回路20、管路83并返回到第一热交换器12。在该循环期间，温度较高的热交换流体通过用于加热建筑物内部的空间加热/冷却回路20从而将热量散发到室内空气中。
节流装置13可以采用电子膨胀阀的形式，用于控制进入第二热交换器14的制冷剂的量。来自第一热交换器12的液体制冷剂流过电子膨胀阀13，导致液体的压力降低。在该过程中，制冷剂部分蒸发，致使制冷剂变为混合液态，将其温度降低到使其能够在第二热交换器14中发生热交换的值。热泵设备10还包括连接在制冷剂回路r中的第三热交换器15。第三热交换器15位于第二热交换器14的上游，优选地位于节流装置13的下游。第三热交换器15可以是板式热交换器，其具有连接在制冷剂的流体路径中的一个通道，以及与第一和第二流体控制阀16、171连接的另一个通道。在本实施方式中，第二流体控制阀171可以是电磁开关阀，并且通过管路86、82与空间加热/冷却回路20连接。在加热模式中，第一流体控制阀16处于正常状态，以阻止进入第三热交换器15的热交换流体；第二流体控制法171处于正常关闭状态以阻塞位于第三热交换器15和空间加热/冷却回路20之间的流体路径。作为结果，从节流装置13离开的制冷剂在没有热传递的情况下通过第三热交换器15，并进入第二热交换器14。
第二热交换器14设置在室外，其可以是装备有用于驱动空气流通过第二热交换器14的鼓风机141的盘管式热交换器，从而将空气流中可用的热能转移到从液体向气体蒸发的制冷剂流。从第二热交换器14排出的气体制冷剂被吸入压缩机11，重复制冷剂循环，以进行加热。众所周知，制冷剂回路r还可以包括换向阀（未示出），如出于制冷目的用于反转制冷剂循环的四通阀。在正常制冷模式中，第一热交换器12作为蒸发器工作，第二热交换器14作为冷凝器运行。在第一热交换器12（蒸发器）中，热交换流体（比如水）将热量散发到用于蒸发的制冷剂，并且变冷的水通过空间加热/冷却回路20以用于冷却建筑物内部的空气。
参照图1b所示，当设备10在除霜模式下工作时，制冷剂回路r与加热模式下的相同，换句话说，制冷剂循环不会反转。当制冷剂通过第一热交换器12时，如图1b中的箭头所示，第一流体控制阀16被驱动以允许热交换流体从第一热交换器12流出，在第一热交换器中从制冷剂吸收热能的热交换流体随后经由管路81、84抵达第三热交换器15，并且第二流体控制阀171被触发以允许在第三热交换器15中将一部分热能释放给流过其中的制冷剂并离开的热交换流体，经由管路85、86、82进入空间加热/冷却回路20，从而将热能释放到内部空气中，然后冷却的热交换流体经由管路83返回到第一热交换器12，以重复该循环。在此期间，带着获得的热能从第三热交换器15离开的制冷剂通过第二热交换器14，与此同时，鼓风机141停止运行，从而能够充分利用得到的热能来融化形成在室外热交换器（即第二热交换器14）的盘管上所有的冰/霜。通过这种方式，在第一热交换器12中冷凝释放的热能可以部分地用于对盘管式第二热交换器14进行除霜，从而在除霜的同时不需要逆转制冷剂循环。因此，能够确保除霜同时使用者的供热要求，并且能够降低内部板式热交换器的冷冻风险，并且可以避免在制冷剂循环的反转过程中产生的噪音。需要注意的是，在这种除霜模式中，是第三热交换器15而不是第二热交换器14充当蒸发器，因此必须通过过热控制来调节电子膨胀阀13，以避免制冷剂在进入压缩机11之前在盘管式第二热交换器14中被冷凝成液体。
图2a示出了热泵设备50的第二实施方式。与第一实施方式相比，主要区别在于第二流体控制阀172采用三通阀的形式，并且其具有连接到位于设备外部的储液罐30的一个端口。参照图2b所示，当热泵设备50以制冷模式工作时，如箭头所示，制冷剂循环反转，并且热交换流体在目前作为蒸发器的第一热交换器12和用于冷却建筑物内部的空间加热/冷却回路20之间循环，与此同时，第二流体控制阀172被驱动以将第三热交换器15与储液罐30液体连通。在此期间，鼓风机141可以以最小速度运行或甚至停止运行，第三热交换器15目前作为冷凝器工作。通过这种方式，当热的制冷剂通过第三热交换器15时，热交换流体从制冷剂中获得热能，并流过管路84、88进入储液罐30中。然后将热能释放给存储在储液罐中的液体（可以与热交换流体相同，如水），并且热交换流体进一步经由管路87、第二流体控制阀172和管路85流回到第三热交换器15中。相较于在制冷模式下工作的现有热泵设备，在第三热交换器15处冷凝释放的能量可用于加热储液罐30内的液体，从而回收冷凝过程中释放的热能，而不是将其通过鼓风机141的运行而直接耗散到空气中。在一些环境中，如果储液罐30内的液体的温度较高，第三热交换器15中的冷凝能力不足，在这种情况下，鼓风机141的速度必须控制以使冷凝温度保持在压缩机能力的范围内。
参照图2c所示，当设备50进入除霜模式时，制冷剂回路r与加热模式时的相同。第一流体控制阀16被驱动以允许在第一热交换器12中获得制冷剂冷凝过程中释放的热能并离开的热交换流体，通过管路81、84，并进入第三热交换器15，在那儿热交换流体向通过第三热交换器的制冷剂释放部分热能，并且第二流体控制阀172被驱动以允许从第三热交换器15排出的热交换流体通过管路85、86、82并到达空间加热/冷却回路20以将其余的热能释放入室内空气中，用于加热建筑内部的空气。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。