一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置的制作方法

本发明涉及一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置，属于供热及空调领域。

背景技术：

空气源热泵机组是一种高效的的制冷制热设备，在冬季，利用风冷换热器从室外空气中取热，做为热泵机组的低温热源来制取热风或者热水。但在实际应用中实际应用中存在结霜的问题，特别是在温度偏低且湿度很大的地区，室外风冷换热器的结霜现象尤其严重。现有除霜方案有制冷剂逆向除霜、蓄热除霜等，制冷剂逆向除霜不仅需要从室内换热器中取热，导致室内间歇供暖，严重影响室内的舒适性；热气旁通和蓄热除霜虽然可以缓减室内温度的波动，但除霜热量基本上来自压缩机的电能，除霜能耗大。中国专利（申请号201510779843.0）提出了利用热泵机组制取的热水通入室外风冷换热单元进行除霜，这种方式对于热泵机组设置在空气源热量采集装置附近的集中制热热泵供热系统中是一种有效的除霜方法，但是对于热泵机组分散设置在远程用户端的分散式热泵供热系统是不适用的，其原因是输送距离过大、输配能耗大，沿程热量损失大，热惰性大，不能及时地进行融霜等。

对于住宅建筑和很多办公建筑采用分散式热泵系统用于供热和空调，运行调节比较方便，能够实现个性化的供热空调需求，且有助于行为节能的实现。分散式热泵系统冬季从空气中取热，同样面临除霜问题。因此，研发能够就地除霜，具有高效连续供热、运行可靠等特点的空气源热量采集装置是进一步发展和提升分散式空气源热泵系统能效的重要途径。

技术实现要素：

基于上述背景，针对分散式热泵用户冬季运行中存在的问题，本发明提出一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置，利用空气-载冷剂换热器模块组群采集空气中的低品位热能，并能实现空气源换热器就地高效除霜，保证热泵用户持续正常的供热需求。

本发明的技术方案如下。

一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置，包括多组并联的空气-载冷剂换热器模块、小型水源热泵机组以及实现对应功能的管路系统，所述并联的空气-载冷剂换热器模块的换热盘管进出口分别安装有载冷剂取热入口控制阀门，取热出口控制阀门以及除霜入口控制阀门，除霜出口控制阀门，空气-载冷剂换热器模块的载冷剂进出口管路上的阀门可以是两通阀也可以用一个三通阀代替两个两通阀实现管路之间的切换，热泵用户通过载冷剂总供液管和载冷剂总回液管与空气-载冷剂换热器模块的取热控制阀门构成用户取热循环环路，该环路上设置有阀门和取热循环泵。设置一个与所述空气-载冷剂换热器模块配套的小型水源热泵机组，所述小型水源热泵机组的蒸发器通过载冷剂支管分别与载冷剂总供液管和载冷剂总回液管连接，并在进入小型水源热泵机组的蒸发器的前段载冷剂总供液管上设置取热循环泵；所述小型水源热泵机组的冷凝器通过载冷剂除霜管路与空气-载冷剂换热器模块的除霜控制阀门构成除霜循环环路，该环路上设置有除霜循环泵。

冬季供热时，当室外气温相对较高时，小型水源热泵机组不运行，除霜阀门自动关闭，取热阀门开启，低温载冷剂通过空气-载冷剂换热器模块的换热盘管，吸收空气中的热量后在取热循环泵的驱动下沿载冷剂总供液管输送到热泵用户，为热泵用户提供低温热源，在热泵用户处放热后，沿载冷剂总回液管返回到空气-载冷剂换热器模块中继续取热，以此循环，为热泵用户提供持续稳定的低温热源。

当室外气温相对较低，空气-载冷剂换热器模块长期运行出现结霜时，小型水源热泵机组自动启动，除霜阀门自动打开。低温载冷剂通过空气-载冷剂换热器模块的换热盘管，吸收空气中的热量后沿载冷剂总供液管一小部分通过制冷剂支管进入到小型水源热泵机组的蒸发器中，剩余的大部分输送到热泵用户，为热泵用户的提供低温热源，在热泵用户处放热后，返回到空气-载冷剂换热器模块中继续取热，以此循环，为热泵用户提供持续稳定的低温热源。与此同时，进入到小型水源热泵机组的蒸发器中的低温载冷剂在蒸发器中放热，作为小型水源热泵机组的低温热源，小型水源热泵机组制取的高温载冷剂在除霜循环泵的驱动下通过除霜控制阀门进入需要除霜的空气-载冷剂换热器模块中放热化霜后再返回到小型水源热泵机组的冷凝器中继续吸热为下一轮的除霜做准备。以此保证部分空气-载冷剂换热器模块除霜时，还有空气-载冷剂换热器模块能够正常工作以保证热泵用户的热需求。

本发明具有如下突出优点和显著的技术效果。

1）本装置利用空气-载冷剂换热器模块组群采集空气中的低品位热能，能够保证持续不间断的为用户侧水源热泵机组正常提供低温热源，满足分散式热泵用户的需求，并且低温热源的输配不需要进行管道保温，能够大幅降低管路系统的成本，节约投资。

2）多组空气-载冷剂换热器模块化组合，能够保证在除霜工况下，不影响用户正常取热。

3）本装置可以与冷却塔、地埋管换热器等自然能源采集装置联合使用，实现供热、制冷双高效。

总的来说，本发明提供了一种能够保证持续高效取热的低温空气源热量采集装置，而且解决了载冷剂输配管路系统保温成本高的问题，为热泵用户提供了一种持续稳定可靠的低温热源。

附图说明

图1为本发明公开的一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置的本体结构示意图。

图2为本发明中空气-载冷剂换热器模块持续不断的为热泵用户提供低温载冷剂的示意图。

图3为本发明中空气-载冷剂换热器模块除霜模式示意图。

图4为本发明一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置与冷却塔、地埋管换热器等自然能源采集装置联合使用的一种实施例的结构示意图。

图中标记的部件名称如下：3-空气-载冷剂换热器模块；3a-正在除霜的空气-载冷剂换热器模块；3b-正常取热的空气-载冷剂换热器模块；6-除霜循环泵；7-小型水源热泵机组；8-蒸发器侧取热控制阀门；9-载冷剂盘管；14-冷凝器；15-取热循环泵；16-蒸发器；17-载冷剂支管；18-载冷剂总供液管；19-分散式热泵用户；20-载冷剂总回液管；21-载冷剂除霜管路；22-其他可用的自然能源采集装置；1、4、10、12-取热控制阀门；2、5、11、13-除霜控制阀门。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构、工作原理和运行模式作进一步阐述：

图1为本发明公开的一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置的本体结构示意图。一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置，包括多组并联的空气-载冷剂换热器模块3、小型水源热泵机组7以及实现对应功能的管路系统，所述并联的空气-载冷剂换热器模块3的换热盘管9进出口分别安装有载冷剂取热入口控制阀门1、4，取热出口控制阀门10、12以及除霜入口控制阀门2、5，除霜出口控制阀门11、13，空气-载冷剂换热器模块3的载冷剂进出口管路上的阀门1、2、4、5、10、11、12、13可以是两通阀也可以用一个三通阀代替两个两通阀实现管路之间的切换，热泵用户19通过载冷剂总供液管18和载冷剂总回液管20与空气-载冷剂换热器模块3的取热控制阀门1、4、10、12构成用户取热循环环路，该环路上设置有阀门和取热循环泵15，其特征在于，设置一个与所述空气-载冷剂换热器模块3配套的小型水源热泵机组7，所述小型水源热泵机组7的蒸发器16通过载冷剂支管17分别与载冷剂总供液管18和载冷剂总回液管20连接，并在进入小型水源热泵机组7的蒸发器16的前段载冷剂总供液管18上设置取热循环泵15；所述小型水源热泵机组7的冷凝器14通过载冷剂除霜管路21与空气-载冷剂换热器模块3的除霜控制阀门2、5、11、13构成除霜循环环路，该环路上设置有除霜循环泵6。

图2为本发明中空气-载冷剂换热器模块持续不断的为热泵用户提供低温载冷剂的示意图。冬季供热时，当室外气温相对较高时，小型水源热泵机组7不运行，除霜阀门自动关闭，取热阀门1/4/10/12开启，低温载冷剂通过空气-载冷剂换热器模块3的换热盘管9，吸收空气中的热量后在取热循环泵15的驱动下沿载冷剂总供液管18输送到热泵用户19，为热泵用户19提供低温热源，在热泵用户19处放热后，沿载冷剂总回液管20返回到空气-载冷剂换热器模块3中继续取热，以此循环，为热泵用户19提供持续稳定的低温热源。由于向热泵用户19输送的是低温热源不需要进行管道保温，能够大幅降低管路系统的成本，节约投资。

图3为本发明中空气-载冷剂换热器模块取热除霜模式示意图。冬季供热时，当室外气温相对较低，空气-载冷剂换热器模块3长期运行出现结霜时，小型水源热泵机组7自动启动，除霜阀门自动打开。低温载冷剂通过空气-载冷剂换热器模块3b的换热盘管9，吸收空气中的热量后沿载冷剂总供液管18一小部分通过制冷剂支管17进入到小型水源热泵机组15的蒸发器16中，剩余的大部分输送到热泵用户19，为热泵用户19的提供低温热源，在热泵用户19处放热后，返回到空气-载冷剂换热器模块3b中继续取热，以此循环，为热泵用户19提供持续稳定的低温热源。与此同时，进入到小型水源热泵机组7的蒸发器16中的低温载冷剂在蒸发器16中放热，作为小型水源热泵机组7的低温热源，小型水源热泵机组7制取的高温载冷剂在除霜循环泵6的驱动下通过除霜控制阀门2进入需要除霜的空气-载冷剂换热器模块3a中放热化霜后再返回到小型水源热泵机组7的冷凝器14中继续吸热为下一轮的除霜做准备。以此保证部分空气-载冷剂换热器模块3a除霜时，还有空气-载冷剂换热器模块3b能够正常工作以保证热泵用户19的热需求。

图4为本发明一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置与冷却塔、地埋管换热器等自然能源采集装置联合使用的一种实施例的结构示意图。其中，其他自然能源采集装置可以是常用的地埋管换热器、冷却塔、太阳能集热器等通过串联或者并联的方式与本本发明一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置联合运行。以本发明一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置与冷却塔的结合为例对其运行原理进行说明。

本发明一种带自除霜功能的低温空气源热量采集装置与冷却塔相结合可以实现热泵用户的供热、制冷双高效。在夏季热泵用户19需要制冷时，空气-载冷剂换热器模块3以及小型水源热泵机组7停止运行，冷却塔22运行。从热泵用户19出来的冷却水在水泵15的作用下进入到冷却塔22放热，水温降低后沿管路返回到热泵用户19的冷凝器中继续带走冷凝热，保证热泵用户19高效制冷。在冬季需要制热时，冷却塔22关闭，空气-载冷剂换热器模块3以及小型水源热泵机组7开始正常运行，完成从空气中取热或者除霜过程，保证持续不断的像热泵用户19提供低温热源。