不停机化霜空调系统的制作方法

本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种不停机化霜空调系统。

背景技术：

在冬季空调进行制热时，由于室外侧温度较低，当室外换热器盘管的表面温度低于被冷却空气的露点温度时，湿空气中的水蒸气发生相变，以冰晶形态堆积在室外换热器表面形成霜层。随着霜层的增厚，换热器表面传热系数降低，导致换热能力迅速下降，需要除去该霜层。

目前，常用的除霜方法是逆循环除霜、热气旁通技术除霜(包括双热气旁通等)、电加热除霜、除霜控制法等，但以上方法均不能真正做到不停机化霜。逆循环除霜会造成室内人体舒适性较差，且压缩机不断的启停，能量损失较大，且影响压缩机寿命；热气旁通技术除霜相比逆循环除霜，虽然有一定改善，结霜周期有所增加，且化霜时间有所减少，但仍需要停机进行化霜；采用纯电加热化霜耗能太大，不利于节能环保；目前市场上的其它方案也均距不停机化霜的目标还有较大差距，还未有真正意义上可产业化的不停机化霜技术。

技术实现要素：

本发明的主要目的为提供一种不停机化霜空调系统，能够有效实现不停机化霜，从而改善了制热舒适性，提升了换热效率。

本发明提出一种不停机化霜空调系统，包括压缩机、四通换向阀、室内换热器、蓄热箱、室外换热器；

所述蓄热箱和若干所述室内换热器并联设置；

所述四通换向阀具有第一接口、第二接口、第三接口和第四接口，所述第一接口通过第一管路连接所述压缩机的出气口，所述第二接口通过第二管路连接所述蓄热箱的第一端口和所述室内换热器的第一端口，所述第三接口通过第三管路连接所述压缩机的回气口，所述第三管路上串联第一电子阀，所述第四接口通过第四管路连接所述室外换热器的第一端口，所述室外换热器的第二端口通过第五管路连接所述蓄热箱的第二端口和所述室内换热器的第二端口，所述第五管路上串联第一电子膨胀阀；

所述第二管路且靠近所述室内换热器的第一端口处设置第二电子阀，所述第二管路且靠近所述蓄热箱的第一端口处设置第三电子阀，所述第五管路且靠近所述蓄热箱的第二端口处设置第四电子阀。

进一步地，所述第一管路上还串联有油分离器。

进一步地，所述第三管路上还接入有第一旁通支路，所述第一旁通支路的一端位于所述第一电子阀和所述第三接口之间，所述第一旁通支路的另一端与所述压缩机相连，所述第一旁通支路上串联有储液罐。

进一步地，所述蓄热箱包括箱体、冷媒管、中间传热介质、支撑架、相变材料盒和第一温度测试装置，所述箱体内水平设置多层所述支撑架，每层所述支撑架上放置多个所述相变材料盒，所述相变材料盒内封装相变材料，所述第一温度测试装置设置于一个所述相变材料盒外侧壁上，所述冷媒管弯折设置于所述箱体内，所述冷媒管的进口与所述蓄热箱的第一端口相连，所述冷媒管的出口与所述蓄热箱的第二端口相连，所述箱体内充满中间传热介质。

进一步地，所述蓄热箱还包括电加热管，所述电加热管设置于所述箱体内。

进一步地，所述蓄热箱还包括第二温度测试装置，所述第二温度测试装置设置于所述蓄热箱的第一端口处。

进一步地，所述支撑架两端均与所述箱体相连，所述支撑架上设置用于所述冷媒管穿过的通孔，所述冷媒管包括垂直部分和水平部分，所述冷媒管的垂直部分从所述支撑架的所述通孔通过，所述冷媒管的水平部分与所述支撑架平行设置，所述冷媒管沿所述支撑架以s形弯折曲回设置。

进一步地，所述相变材料盒采用防腐导热材料制成，所述中间传热介质选自硅油、硅脂中的一种，所述冷媒管的材质为热的良导体。

进一步地，所述相变材料包括无机相变材料、有机相变材料中的一种或多种，在所述相变材料盒内，所述相变材料的体积占所述相变材料盒的容积的85％～95％。

进一步地，箱体外周包裹保温材料层。

本发明的有益效果：

本发明的不停机化霜空调系统通过在系统中设置蓄热箱，在空调系统制热过程中，蓄热箱进行蓄热；在系统进入化霜模式时，蓄热箱所蓄的热量用于提高空调系统中的冷媒温度，使进入室外换热器的冷媒温度也得到提高，从而对室外换热器进行化霜；在化霜的同时，室内换热器正常制热，实现不停机化霜，改善制热舒适性，提升换热效率。

附图说明

图1是本发明一实施例中不停机化霜空调系统的结构示意图(其中a为室外侧，b为室内侧)。

图2是本发明一实施例中热泵加热提供热源的蓄热箱的结构示意图。

图3是本发明一实施例中电加热提供热源的蓄热箱的结构示意图。

图4是本发明一实施例中热泵及电加热提供热源的蓄热箱的结构示意图。

附图标记说明：

1：压缩机；2：四通换向阀；201：第一接口；202：第二接口；203：第三接口；204：第四接口；3：室内换热器；4、蓄热箱；5：室外换热器；601：第一电子阀；602：第五电子阀；603：第六电子阀；701：第一电子膨胀阀；702：第二电子阀；703：第三电子阀；704：第四电子阀；8：油分离器；901：第一毛细管；902：第二毛细管；10：储液罐；11：第一截止阀；12：第二截止阀；111：第一管路；112：第二管路；113：第三管路；114：第四管路；115：第五管路；116：第一旁通支路；117：第二旁通支路；118：第三旁通支路；

401：箱体；402：冷媒管；403：中间传热介质；404：支撑架；405：相变材料盒；406：第一温度测试装置；407：相变材料；408：电加热管；409：第二温度测试装置；410：保温材料层。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后等)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，所述的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”、“第四”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

参照图1，本发明一实施例提出了一种不停机化霜空调系统，包括压缩机1、四通换向阀2、室内换热器3、蓄热箱4、室外换热器5，

所述蓄热箱4和若干所述室内换热器3并联设置，

所述四通换向阀2具有第一接口201、第二接口202、第三接口203和第四接口204，所述第一接口201通过第一管路111连接所述压缩机1的出气口，所述第二接口202通过第二管路112连接所述蓄热箱4的第一端口和所述室内换热器3的第一端口，所述第三接口203通过第三管路113连接所述压缩机1的回气口，所述第三管路113上串联第一电子阀601，所述第四接口204通过第四管路114连接所述室外换热器5的第一端口，所述室外换热器5的第二端口通过串联第一电子膨胀阀701的第五管路115连接所述蓄热箱4的第二端口和所述室内换热器3的第二端口，

所述第二管路112且靠近所述室内换热器3的第一端口处设置第二电子阀702，所述第二管路112且靠近所述蓄热箱4的第一端口处设置第三电子阀703，所述第五管路115且靠近所述蓄热箱4的第二端口处设置第四电子阀704。

本实施例中，空调系统制热时，四通换向阀2的第一接口201和第二接口202连通。由于在实际使用时，多台室内换热器3并不是时刻满载运转。因此，在室内换热器3没有满载运转时，可以将部分冷媒引流至蓄热箱4处，在蓄热箱4内进行蓄热。本实施例的第二电子阀702、第三电子阀703、第四电子阀704优选电子膨胀阀。第二电子阀702按室内制热的需求开启，同时打开第三电子阀703和第四电子阀704。从压缩机1的出气口出来的气态冷媒，经过第一管路111从四通换向阀2的第一接口201进入，从第二接口202流出，经过第二管路112后分成两路，一路流向室内换热器3进行室内制热，另一路流向蓄热箱4冷凝成液态冷媒进行放热，蓄热箱4吸收热量进行蓄热。此时室内机处于制热模式，蓄热箱4蓄热对室内制热无影响。从室内换热器3和蓄热箱4出来的液态冷媒汇合，通过第一电子膨胀阀701后，进入室外换热器5，在室外换热器5处吸收外界热量气化后生成气态冷媒，气态冷媒流入四通换向阀2的第四接口204，从第三接口203流出回到压缩机1中，进行下一次循环。

蓄热箱4蓄热完成后，关闭第三电子阀703和第四电子阀704，蓄热箱4停止蓄热。此时室内换热器3仍处于制热模式。

当室外温度过低，室外换热器5结霜时，室外换热器的排气温度低，空调系统制热效率差，空调系统进入化霜模式。此时，调小第二电子阀702的开度，此时室内换热器3仍处于制热模式；第三电子阀703和第四电子阀704全开，将大量的气态冷媒引流至蓄热后的蓄热箱4，气态冷媒在蓄热箱4内液化，并吸收蓄热箱4内的热量，从蓄热箱4出来的液态冷媒温度得到提高，进一步提高了第五管路115中的冷媒温度，从而提高了进入室外换热器5的液态冷媒温度，室外换热器5得以化霜。在对室外换热器5进行化霜的同时，室内换热器3仍处于制热模式，室内制热舒适性高，系统制热效率高。

进一步地，所述第一管路111上还串联有油分离器8。

本实施例中，从压缩机1来的冷媒和油的混合物进入油分离器8的进口，在油分离器8中油的细粒聚集并跌落到油分离器8的底部，使得冷媒在“无油”状态下进入循环系统中。油从油分离器8底部，通过串联第一毛细管901的管路，或串联第二毛细管902和第五电子阀602的管路回到压缩机1中，保证循环系统的正常运行。

进一步地，所述第三管路113上还接入有第一旁通支路116，所述第一旁通支路116的一端位于所述第一电子阀601和所述第三接口203之间，所述第一旁通支路116的另一端与所述压缩机1相连，所述第一旁通支路116上串联有储液罐10。

本实施例中，储液罐10用于有效调节冷媒的循环量，也就是说在空调系统运行时有时需要大的循环量，有时需要小的循环量。当需要小的循环量时，空调系统中多余的那部分冷媒就储存在储液罐10中。

此外，在本实施例中，作为可选的，所述第五管路115上且位于所述第一电子膨胀阀701两端的管段之间，接入有第二旁通支路117，所述第二旁通支路117上串联第六电子阀603，所述第六电子阀603用于空调系统制冷时加大冷媒流通量，以实现快速制冷。在第五管路115且靠近室内换热器3或蓄热箱4一端设置第一截止阀11，在所述第二管路上设置第二截止阀12。所述第五管路115上还接入第三旁通支路118，所述第三旁通支路118的一端位于所述第一电子膨胀阀701和所述第一截止阀11之间，所述第三旁通支路118的另一端与压缩机1的回气口相连。第三旁通支路118用于空调系统制冷过程，在此不做赘述。

进一步地，参照图2，所述蓄热箱4包括箱体401、冷媒管402、中间传热介质403、支撑架404、相变材料盒405和第一温度测试装置406，所述箱体401内水平设置多层所述支撑架404，每层所述支撑架404上放置多个所述相变材料盒405，所述相变材料盒405内封装相变材料407，所述第一温度测试装置406设置于一个所述相变材料盒405外侧壁上，所述冷媒管402弯折设置于所述箱体401内，所述冷媒管402的进口与所述蓄热箱4的第一端口相连，所述冷媒管402的出口与所述蓄热箱4的第二端口相连，所述箱体401内充满中间传热介质403。

本实施例中，蓄热箱4蓄热时，第三电子阀703和第四电子阀704打开，气态冷媒从冷媒管402通过，中间传热介质403吸收气态冷媒的热量而升温，相变材料407吸热，当温度高于相变材料407的相变温度时，相变材料407发生相变由固态变成液态；通过第一温度测试装置406检测温度，如果温度超过第一预设温度，且持续2分钟，具体来说，第一预设温度为相变材料407的相变温度+5℃，则蓄热完毕，关闭第三电子阀703和第四电子阀704。除霜时，第三电子阀703和第四电子阀704全开，大量气态冷媒从冷媒管402通过，气态冷媒在蓄热箱4内液化，并从中间传热介质403吸热，进而中间传热介质403从相变材料407吸热，相变材料407放热相变由液态变成固态，放出的热量用于提高液化后的冷媒温度，从蓄热箱4出来的液态冷媒温度得到提高，进一步提高了第五管路115中的冷媒温度，进而对室外换热器5化霜，提升系统的制热效率。

参照图3，所述蓄热箱4还包括电加热管408，所述电加热管408设置于所述箱体401内。

本实施例中，还可以采用电加热方式对蓄热箱4进行蓄热。蓄热箱4蓄热时，第三电子阀703和第四电子阀704关闭，同时打开电加热管408通电，电加热管408的加热温度和加热时间通过电加热管408的温控装置来设置，中间传热介质403吸收电加热管408的热量而升温，相变材料407吸热，当温度高于相变材料407的相变温度时，相变材料407发生相变由固态变成液态；当相变材料407完全变成液态后，通过第一温度测试装置406检测温度，如果温度超过第一预设温度，且持续2分钟，具体来说，第一预设温度为相变材料407的相变温度+5℃，则蓄热完毕，电加热管断电。除霜时，第三电子阀703和第四电子阀704全开，大量气态冷媒从冷媒管402通过，气态冷媒在蓄热箱4内液化，并从中间传热介质403吸热，进而中间传热介质403从相变材料407吸热，相变材料407放热相变由液态变成固态，放出的热量用于提高液化后的冷媒温度，从蓄热箱4出来的液态冷媒温度得到提高，进一步提高了第五管路115中的冷媒温度，进而对室外换热器5化霜，提升系统的制热效率。

参照图4，所述蓄热箱4还包括第二温度测试装置409，所述第二温度测试装置409设置于所述蓄热箱4的第一端口处。

本实施例中，第二温度测试装置409用于检测蓄热箱4的第一端口处的气态冷媒温度，如果气态冷媒温度低于第二预设温度，则通过电加热方式对蓄热箱4进行加热；如果气态冷媒温度高于第二预设温度，则电加热或者热泵对蓄热箱4进行加热均可，在压缩机1没有满负荷运行的情况下，优选热泵加热。由于当压缩机1出来的气态冷媒温度过低时，通过气态冷媒在蓄热箱4内进行热交换的效率比较低，蓄热箱4内相变材料407相变储能速度慢，此时选用电加热方式进行加热，可以快速对蓄热箱4进行蓄热；而当压缩机1出来的气态冷媒温度较高时，优选热泵加热，将部分气态冷媒分流至蓄热箱4进行蓄热，蓄热箱4内相变材料407发生相变，空调系统的能耗较低。

进一步地，所述支撑架404两端均与所述箱体401相连，所述支撑架404上设置用于所述冷媒管402穿过的通孔，所述冷媒管402包括垂直部分和水平部分，所述冷媒管402的垂直部分从所述支撑架404的所述通孔通过，所述冷媒管402的水平部分与所述支撑架404平行设置，所述冷媒管402沿所述支撑架404以s形弯折曲回设置。

本实施例中，支撑架404两端均与箱体401相连，对相变材料盒405具有良好的承重性。在箱体401内设置多层支撑架404，每层支撑架404上可以放置多个相变材料盒405，相变材料盒405在箱体401内分散分布，在热交换时，换热面积大，换热速度快，箱体401内热量交换均匀，不会出现局部温度过低或过高的现象。支撑架404上设置通孔，冷媒管402可以从通孔穿过，冷媒管402沿着多层支撑架404弯折，支撑架404上方放置相变材料盒405，使得冷媒管402与相变材料盒405尽量靠近，在热交换时，冷媒管402的冷媒与相变材料盒405内的相变材料407可以更快地进行热交换，从而提高换热效率。

进一步地，所述相变材料盒采用防腐导热材料制成，所述中间传热介质选自硅油、硅脂中的一种，所述冷媒管的材质为热的良导体。

本实施例中，由于相变材料407具有一定的腐蚀性，会对冷媒管402造成腐蚀，所以不能直接与冷媒管402进行热交换，需要用中间传热介质403进行热传导。装有相变材料407的相变材料盒405需要防腐并且具有良好导电性。具体地，相变材料盒405可以采用塑料材质。中间传热介质403用于冷媒管402和相变材料盒405的热传导，因此需要选用热传导迅速且性质稳定的物质。冷媒管402的材质为热的良导体。冷媒管402用于传输冷媒，冷媒从中间传热介质403吸热或放热，因此冷媒管402需要具有良好的导热性能，以提高热交换效率。具体地，冷媒管402可以采用铜管。

进一步地，所述相变材料包括无机相变材料、有机相变材料中的一种或多种，在所述相变材料盒内，所述相变材料的体积占所述相变材料盒的容积的85％～95％。

本实施例中，相变材料407包括无机相变材料、有机相变材料中的一种或多种。相变材料407在温度不变的情况下通过改变物质状态提供潜热，物理性质转变的过程称为相变过程。在固相至液相的相变过程中，温度上升到相变材料407的熔化温度时，产生从固态到液态的相变，相变材料407吸收并储存大量的潜热；反之，在液相至固相的相变过程中，储存的大量热量要释放出去。具体地，无机相变材料包括结晶水合盐类、熔融盐类，有机相变材料包括石蜡、醋酸。

相变材料盒405为密封盒体，在相变材料盒405内，相变材料407的体积占相变材料盒405的体积的85％～95％。由于相变材料407进行相变时，体积会发生一定变化，因此优选出上述体积比范围。在此优选范围下，留有一定空间，相变材料盒405内的相变材料407体积变化不会导致相变材料盒405形变。

进一步地，所述箱体外周包裹保温材料层410。

保温材料层410可以使用石棉或岩棉材料制成，进一步降低蓄热箱4的热量损耗，提高换热效率。

本发明实施例的不停机化霜空调系统的具体运行过程如下：

在空调系统制热过程中，蓄热箱4进行蓄热：开启所述第二电子阀702、所述第三电子阀703和所述第四电子阀704，所述四通换向阀2的所述第一接口201和所述第二接口202连通，所述压缩机1排出的冷媒通过所述四通换向阀2后分为两路，一路流向所述室内换热器3进行室内制热，另一路流向所述蓄热箱4进行放热，所述蓄热箱4蓄热，从所述室内换热器3和所述蓄热箱4出来的冷媒汇合，再依次通过所述第一电子膨胀阀701、所述室外换热器5后回到所述压缩机1中；通过蓄热箱4内的第一温度测试装置406检测到所述蓄热箱4蓄热完成后，关闭所述第三电子阀703和所述第四电子阀704，所述蓄热箱4停止蓄热，空调系统中的冷媒全都流经室内换热器3，室内换热器3此时仍处于制热模式中。

在空调系统进入化霜模式后，蓄热箱4放热用于室外换热器5化霜：当室外温度过低，室外换热器5结霜，室外换热器的排气温度低，空调系统制热效率差。压缩机1的排气温度降低，此时调小所述第二电子阀702的开度，所述第三电子阀703和所述第四电子阀704全开，所述压缩机1排出的冷媒通过所述四通换向阀2后分为两路，一路流向所述室内换热器3进行室内制热，另一路流向蓄热后的所述蓄热箱4，并且通过电子阀的开度控制将大量的冷媒引流向蓄热箱4，冷媒吸收蓄热箱4之前蓄积的热量，提高循环系统内的冷媒温度，从所述室内换热器3和所述蓄热箱4出来的冷媒汇合，进入第五管路115的冷媒温度得到提高，从而对室外换热器5进行化霜。此时，室内换热器3仍处于制热状态，实现不停机化霜，系统制热效率高。

作为优选地，可以先通过第二温度测试装置409检测蓄热箱4的第一端口处的气态冷媒温度，如果气态冷媒温度低于第二预设温度，则通过电加热方式对蓄热箱4进行加热；如果气态冷媒温度高于第二预设温度，则电加热或者热泵对蓄热箱4进行加热均可，在压缩机1没有满负荷运行的情况下，优选热泵加热。由于当压缩机1出来的气态冷媒温度过低时，通过气态冷媒在蓄热箱4内进行热交换的效率比较低，蓄热箱4内相变材料407相变储能速度慢，此时选用电加热方式进行加热，可以快速对蓄热箱4进行蓄热；而当压缩机1出来的气态冷媒温度较高时，优选热泵加热，将部分气态冷媒分流至蓄热箱4进行蓄热，蓄热箱4内相变材料407发生相变，空调系统的能耗较低。

采用电加热方式使蓄热箱4进行蓄热的过程如下：

开启所述第二电子阀702，关闭所述第三电子阀703和所述第四电子阀704，所述四通换向阀2的所述第一接口201和所述第二接口202连通，所述压缩机1排出的冷媒依次通过所述四通换向阀2、所述室内换热器3、所述第一电子膨胀阀701、所述室外换热器5后回到所述压缩机1中；开启所述蓄热箱4内的所述电加热管408，所述蓄热箱4进行蓄热；所述蓄热箱4蓄热完成后，关闭所述电加热管408，所述蓄热箱4停止蓄热。

采用电加热对蓄热箱进行蓄热与采用热泵对蓄热箱进行蓄热的空调系统的化霜模式的运行过程相同，此处不再赘述。

本发明实施例的不停机空调化霜系统通过在系统中设置蓄热箱4，在空调制热过程中，蓄热箱4进行蓄热；在系统进入化霜模式时，蓄热箱4所蓄的热量用于提高系统中的冷媒温度，进入室外换热器5的冷媒温度也得到提高，可以对室外换热器5进行化霜，在化霜的同时，室内换热器3正常制热，实现不停机化霜，改善制热舒适性，提升换热效率。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。