一种具备除霜功能的冷热集成式系统的制作方法

本发明涉及冷暖空调系统领域，具体是一种具备除霜功能的冷热集成式系统。

背景技术：

随着人们对居住环境、特种舱室环境的保障要求越来越高，出现了许许多多各种功能、各种形式的空气调节设备和环控设备，来满足人们的制冷和供暖需求。其中，作为空气源制热时，行业内都会关注低温除霜问题，即压缩机在制热模式下，由于受到外部低温环境的影响，参于室外热交换的蒸发器很容易会结霜，随着结霜越来越厚，换热效果越来越差，最终不得不停止换热，进入除霜程序。目前，国内外各专业厂家都会有自己的除霜方法和控制程序，相关院校和研究人员也发表过大量的有关除霜方面的技术论文和研究报告，其目的无非是缩短化霜时间、减小对换热侧的温度波动影响、提高供热效率减少能源消耗。

从除霜方法的系统运行来说，总体分为4种：①逆向除霜，即设备停止制热运行，转换到“制冷运行”，将压缩机的高温高压制冷剂输送到室外换热器中放热融霜，而室内换热器变成蒸发吸热，主要缺点对室内侧温度波动影响较大，除霜时间和能耗不够理想；②显热除霜，有时称低压热气除霜，即设备停止制热运行，将压缩机的高温高压制冷剂经低压后输送到室外换热器中放热融霜，而室内换热器没有换热工作，相对逆向除霜而言对室内侧温度波动影响较小，但除霜时间和能耗均远大于逆向除霜，例如逆向除霜时间3分钟，而显热除霜时间要超过3倍，能耗也超过3倍；③热气旁通除霜，即设备不停止制热运行，通过一部分高温高压制冷剂旁通流向室外换热器中，使得温度上升而进行的除霜，其特点是对室内侧温度波动介于逆向除霜和显热除霜之间，除霜时间比逆向除霜还是翻倍；④电热除霜，一种情况是全电热除霜，能耗自然最高，不节能，另一种情况是作为辅助或局部使用。总之，以上这些方法主要问题是除霜时间长、能耗大。

另外，从制冷角度来说，目前为提高设备制冷效率，除不断提高压缩机、风机和换热器等部件级效率外，系统优化也是一条途径，例如，行业内熟知的利用过冷器提高系统过冷度，从而改善整机效率。如何将制冷用的过冷器功能，综合运用到制热除霜上，同时利用制热阶段储备的热能，加速除霜过程，值得思考。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种具备除霜功能的冷热集成式系统，以解决现有技术冷暖空调系统除霜存在的除霜时间长、能耗大的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种具备除霜功能的冷热集成式系统，其特征在于：包括压缩机、四通换向阀、气液分离器、室外换热器、室内换热器，以及第一至第四单向阀、储液器、干燥过滤器、第一和第二节流元件、内部具有双通道的辅助换热器，其中：

压缩机的出口通过管路与四通换向阀的第一个阀口连接，四通换向阀的第二个阀口通过管路与室外换热器的一端端口连接，室外换热器的另一端端口通过管路与第一单向阀的入口连接，第一单向阀的出口通过管路与辅助换热器中第一个通道的入口连接，辅助换热器中第一个通道的出口通过管路与储液器内部连通，储液器内部还通过管路与干燥过滤器的入口连通，干燥过滤器的出口通过管路与第一节流元件的入口连接，第一节流元件的出口通过管路与第三单向阀的入口连接，第三单向阀的出口通过管路与室内换热器的一端端口连接，室内换热器的另一端端口通过管路与四通换向阀的第四个阀口连接，四通换向阀的第三个阀口通过管路与气液分离器内部连通，气液分离器内部还通过管路与压缩机的入口连通；压缩机中制冷剂从四通换向阀第一个阀口进入四通换向阀，经四通换向阀第二个阀口流出并依次经过室外换热器、第一单向阀、辅助换热器中第一个通道、储液器、干燥过滤器、第一节流元件、第三单向阀、室内换热器后，再从四通换向阀第四个阀口进入，最后从四通换向阀第三个阀口流出并经过气液分离器后返回至压缩机，由此构成制冷循环；

室内换热器其与第三单向阀出口连接的端口还通过管路与第四单向阀的入口连接，第四单向阀的出口通过管路与辅助换热器中第一个通道的入口连接，第一节流元件的出口还通过管路与第二单向阀的入口连接，室外换热器其与第一单向阀入口连接的端口还通过管路与第二单向阀的出口连接；压缩机中制冷剂从四通换向阀第一个阀口进入四通换向阀，经四通换向阀的第四个阀口流出并依次经过室内换热器、第四单向阀、辅助换热器中第一个通道、储液器、干燥过滤器、第一节流元件、第二单向阀、室外换热器后，再从四通换向阀的第二个阀口进入，最后从四通换向阀的第三个阀口流出并经过气液分离器后返回至压缩机，由此构成制热循环；

所述第一单向阀的出口还通过管路与第二节流元件的入口连接，第二节流元件的出口通过管路与辅助换热器中第二个通道的入口连接，辅助换热器中第二个通道的出口通过管路与气液分离器内部连通；压缩机中制冷剂从四通换向阀第一个阀口进入四通换向阀，经四通换向阀第二个阀口流出并依次经过室外换热器、第一单向阀、第二节流元件、辅助换热器中第二个通道、气液分离器后返回至压缩机，由此构成除霜循环。

所述的一种具备除霜功能的冷热集成式系统，其特征在于：所述第二节流元件在制冷循环中为过冷开启状态，在制冷循环中第一单向阀流出的制冷剂旁通经过第二节流元件后进入辅助换热器中第二通道，再从辅助换热器中第二通道流出后经气液分离器返回至压缩机，由此构成过冷旁通。

所述的一种具备除霜功能的冷热集成式系统，其特征在于：所述第一节流元件依据制冷循环和制热循环各自的节流和过热度需求，分别对应为制冷开启状态和制热开启状态；所述第二节流元件依据过冷旁通和除霜循环各自的节流和过热度需求，分别对应为过冷开启状态和除霜开启状态。

所述的一种具备除霜功能的冷热集成式系统，其特征在于：所述除霜循环中，室外换热器转变为冷凝器功能，室外风机停止工作，辅助换热器转变为蒸发器功能，第二节流元件为除霜开启状态，第一节流元件为关闭状态，此时室内换热器为非工作状态，而室内换热器配置的风机依据室内净化条件决定是否开启。

所述的一种具备除霜功能的冷热集成式系统，其特征在于：所述辅助换热器为双通道的板式换热器，辅助换热器外部、辅助换热器出口连接的管路、气液分离器处这三个位置中至少一处设置有辅助电加热，由辅助电加热作为除霜循环一个补充，避免除霜循环时蒸发温度过低。

所述的一种具备除霜功能的冷热集成式系统，其特征在于：所述第一节流元件和第二节流元件为电子膨胀阀，不工作时为全闭型；或者第一节流元件和第二节流元件均为热力膨胀阀和常闭型电磁阀组合结构，来替代电子膨胀阀。

所述的一种具备除霜功能的冷热集成式系统，其特征在于：所述储液器为具有双向流动储液功能。

本发明的有益效果如下：

1、本发明采用了这种“集成式的除霜方法”，可使设备的除霜时间更短和能耗更低，同时对室内侧温度波动的影响小。

2、本发明采用了成熟器件，对具有过冷功能的产品，几乎不增加任何器件，实现低成本；对没有过冷功能的产品，只需要增加少量器件，实现快速除霜的同时，兼顾制冷能效的提高。

3、本发明在压缩机除霜领域内有较强的推广性。

4、本发明技术路径明晰、实现容易。

附图说明

图1是本发明系统结构原理图。

图中标号说明：1-压缩机，2-四通换向阀，3-室外风机，4-室外换热器，5-第一单向阀，6-储液器，7-干燥过滤器，8-第一节流元件，9-第二单向阀，10-第三单向阀，11-第四单向阀，12-第二节流元件，13-辅助换热器，14-辅助电加热，15-室内风机，16-室内换热器，17-气液分离器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，图1中表示制冷循环时制冷剂流向，表示制热循环时制冷剂流向，表示除霜循环时制冷剂流向，表示过冷旁通时制冷剂流向。本发明一种具备除霜功能的冷热集成式系统，包括压缩机1、四通换向阀2、气液分离器17、配有室外风机3的室外换热器4、配有室内风机15的室内换热器16，以及第一单向阀5、第二单向阀9、第三单向阀10、第四单向阀11、储液器6、干燥过滤器7、第一节流元件8、第二节流元件12、内部具有双通道的辅助换热器13，其中：

压缩机1的出口通过管路与四通换向阀2的第一个阀口a连接，四通换向阀2的第二个阀口b通过管路与室外换热器4的一端端口连接，室外换热器4的另一端端口通过管路与第一单向阀5的入口连接，第一单向阀5的出口通过管路与辅助换热器13中第一个通道的入口连接，辅助换热器13中第一个通道的出口通过管路与储液器6内部连通，储液器6内部还通过管路与干燥过滤器7的入口连通，干燥过滤器7的出口通过管路与第一节流元件8的入口连接，第一节流元件8的出口通过管路与第三单向阀10的入口连接，第三单向阀10的出口通过管路与室内换热器16的一端端口连接，室内换热器16的另一端端口通过管路与四通换向阀2的第四个阀口d连接，四通换向阀2的第三个阀口c通过管路与气液分离器17内部连通，气液分离器17内部还通过管路与压缩机1的入口连通；压缩机1中制冷剂从四通换向阀2第一个阀口a进入四通换向阀2，经四通换向阀2第二个阀口b流出并依次经过室外换热器4、第一单向阀5、辅助换热器13中第一个通道、储液器6、干燥过滤器7、第一节流元件8、第三单向阀10、室内换热器16后，再从四通换向阀2第四个阀口d进入，最后从四通换向阀2第三个阀口c流出并经过气液分离器17后返回至压缩机1，由此构成制冷循环；

室内换热器16其与第三单向阀10出口连接的端口还通过管路与第四单向阀11的入口连接，第四单向阀11的出口通过管路与辅助换热器13中第一个通道的入口连接，第一节流元件8的出口还通过管路与第二单向阀9的入口连接，室外换热器4其与第一单向阀5入口连接的端口还通过管路与第二单向阀9的出口连接；压缩机1中制冷剂从四通换向阀2第一个阀口a进入四通换向阀2，经四通换向阀2的第四个阀口d流出并依次经过室内换热器16、第四单向阀11、辅助换热器13中第一个通道、储液器6、干燥过滤器7、第一节流元件8、第二单向阀9、室外换热器4后，再从四通换向阀2的第二个阀口b进入，最后从四通换向阀2的第三个阀口c流出并经过气液分离器17后返回至压缩机1，由此构成制热循环；

第一单向阀5的出口还通过管路与第二节流元件12的入口连接，第二节流元件12的出口通过管路与辅助换热器13中第二个通道的入口连接，辅助换热器13中第二个通道的出口通过管路与气液分离器17内部连通；压缩机1中制冷剂从四通换向阀2第一个阀口a进入四通换向阀2，经四通换向阀2第二个阀口b流出并依次经过室外换热器4、第一单向阀5、第二节流元件12、辅助换热器13中第二个通道、气液分离器17后返回至压缩机1，由此构成除霜循环。

本发明中，第二节流元件12在制冷循环中为过冷开启状态，在制冷循环中第一单向阀5流出的制冷剂旁通经过第二节流元件12后进入辅助换热器13中第二通道，再从辅助换热器13中第二通道流出后经气液分离器17返回至压缩机1，由此构成过冷旁通。

本发明中，第一节流元件8依据制冷循环和制热循环各自的节流和过热度需求，分别对应为制冷开启状态和制热开启状态；第二节流元件12依据过冷旁通和除霜循环各自的节流和过热度需求，分别对应为过冷开启状态和除霜开启状态。

本发明中，除霜循环中，室外换热器4转变为冷凝器功能，室外风机3停止工作，辅助换热器13转变为蒸发器功能，第二节流元件12为除霜开启状态，第一节流元件8为关闭状态，此时室内换热器16为非工作状态，而室内换热器16配置的室内风机15依据室内净化条件决定是否开启。

本发明中，辅助换热器13为双通道的板式换热器，辅助换热器13外部、辅助换热器13出口连接的管路、气液分离器17处这三个位置中至少一处设置有辅助电加热14，由辅助电加热14作为除霜循环一个补充，避免除霜循环时蒸发温度过低。

本发明中，第一节流元件8和第二节流元件12为电子膨胀阀，不工作时为全闭型；或者第一节流元件8和第二节流元件12均为热力膨胀阀和常闭型电磁阀组合结构，来替代电子膨胀阀。

本发明中，储液器6为具有双向流动储液功能。

本发明可扩展到水机产品，如空气源热泵热水机等。所不同的是室内换热器16由翅片式换热器改为板式换热器、壳管式换热器、套管式换热器等形式，换句话说供热侧由空气变为液体(如水、乙二醇等)，但这里的制热、除霜等的工作原理均可等效运用。

本发明不同与逆向除霜、显热除霜和热气旁通除霜，但也集成了他们的部分优点，如制冷剂不经过空内侧换热器16，同显热除霜一样对室内侧温度波动的影响最小；由于除霜阶段蒸发侧的热量主要来自辅助换热器13中储备的液态热能，同时压缩机1的高温高压制冷剂全部输送到室外换热器4中放热融霜，所以效果比逆向除霜更优，经样品试验表明除霜时间比逆向除霜压缩30%左右，同时能耗节省约30%。

由于产品所处环境温湿度、所需求的功能、控制参数和程序等不同，以及具体到辅助换热器13等部件选型也不尽相同，所以有时需要采用少量的辅助电加热14来配合完成。或利用热管技术等从储液器6获取更多的热量。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施方式，但本发明不限于上述实施方式，对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都属于本发明的构思和所附权利要求的保护范围。