一种基于涡流管的二氧化碳热泵除霜系统

1.本实用新型涉及二氧化碳热泵领域，尤其涉及一种基于涡流管的二氧化碳热泵除霜系统。


背景技术：

2.二氧化碳空气源热泵在冬季运行时受环境温度的影响，蒸发器表面会结霜，不断增厚的霜层会影响空气流动进而导致cop和制热量的减小。当蒸发器表面温度低于0℃或者蒸发器表面温度低于露点温度时，蒸发器表面非常容易结霜，目前常用的除霜方法的技术方法的缺陷有：
3.(1)逆循环除霜法：基本原理是通过四通换向阀从室内吸热将热量输送到室外，进而实现除霜，这种方式不增加成本，实现最为简单，但除霜时房间内温度变化较大，房间内舒适性变差，除霜时间过长；
4.(2)热气旁通除霜法：从压缩机排气口引出一支路连接蒸发器换热实现除霜，这种方式压缩机须保持高负荷运行，对整体热泵系统稳定产生一定影响，由于二氧化碳热泵工作压力较高，系统部件技术难度较大，整体成本高，同时没有用于co2热泵机组的四通换向阀和相关技术，行业基本采用热气旁通除霜法，旁通电磁阀价格昂贵，同时泄漏风险高，维修率高；
5.(3)加热除霜法：在热泵系统内直接添加一个电加热器，克服了逆循环除霜法和热气旁通除霜法的缺点，但耗电量高，成本较高；
6.(4)相变蓄能除霜法：以一个相变蓄热器作为低位热源，供热时相变材料蓄热，除霜时相变材料释热，节能效果明显优于加热除霜法，但相变材料比较昂贵，增加了运行成本。


技术实现要素：

7.为了克服以上一种或多个技术问题，本实用新型目的是提供一种可以有效降低运行成本，相较于电加热方式无需额外耗电节约能源，并且缩短除霜时间、保持二氧化碳热泵系统长时间稳定运行的二氧化碳热泵除霜系统。
8.本实用新型提供了如下的技术方案：
9.一种基于涡流管的二氧化碳热泵除霜系统，其包括涡流管(1)、阀门组件(2)和二氧化碳热泵(3)，所述涡流管(1)通过所述阀门组件(2)与二氧化碳热泵(3)相连，具体来说，所述涡流管(1)包括供流体进入的涡流管喷嘴(4)、供热流体流出的涡流管热端管(5)和供冷流体流出的涡流管冷端管(6)；
10.所述二氧化碳热泵(3)包括压缩机(9)、气体冷却器(10)、回热器(11)、节流阀(12)、换热器(16)、蒸发器(18)、风扇(19)；所述压缩机(9)的出口与所述气体冷却器(10)的入口连接，所述气体冷却器(10)的出口经所述回热器(11)与所述节流阀(12)的入口连接；所述节流阀(12)的出口分别连接所述蒸发器(18)的入口和所述涡流管喷嘴(4)；所述涡流
管热端管(5)与所述换热器(16)的入口连接，所述涡流管冷端管(6)与所述蒸发器(18)入口连接；所述换热器(16)的出口经第三阀门(17)与所述蒸发器(18)的出口连接，经所述回热器(11)回到所述压缩机(9)入口；所述换热器(16)与所述蒸发器(18)可通过空气进行热交换；所述蒸发器(18)与风扇(19)相连，所述风扇(19)可将所述换热器(16)的热量传递至所述蒸发器(18)；
11.所述阀门组件(2)包括设置在所述节流阀(12)的出口与所述涡流管喷嘴(4)之间的第一阀门(13)，还包括设置在所述涡流管冷端管(6)与所述蒸发器(18)的入口之间的第二阀门(15)。
12.进一步，所述节流阀(12)的出口与所述第二阀门(15)的出口相连后连接至所述蒸发器(18)的入口。
13.进一步，所述蒸发器(18)为翅片式。
14.进一步，所述压缩机(9)为离心式。
15.进一步，所述气体冷却器(10)为微通道式。
16.进一步，所述回热器(11)采用pche式。
17.相比于现有技术，本实用新型具备以下有益效果：
18.1、使用时对室内环境温度影响较小，保证室内的舒适度不受影响，有效利用了二氧化碳热泵热循环内的压差，快速除霜。
19.2、不增加压缩机的负荷，对热泵系统的整体影响较小，保持了热泵系统的稳定性。
20.3、采用涡流管除霜，无需额外耗电，降低整体运行成本。
21.4、涡流管技术成熟，设备价格较低，不存在相变蓄能除霜法中相变材料导致的设备成本昂贵的问题。
22.5、有效解决了热气旁通除霜法中旁通阀价格昂贵，容易泄漏的问题。
附图说明
23.图1提供的一实施例的整体示意图。
24.图2提供的一实施例的涡流管结构示意图。
25.附图中标号为：
26.涡流管(1)；阀门组件(2)；二氧化碳热泵(3)；涡流管喷嘴(4)；涡流管热端管(5)；涡流管冷端管(6)；压缩机(9)；气体冷却器(10)；回热器(11)；节流阀(12)；第一阀门(13)第二阀门(15)；换热器(16)；第三阀门(17)；蒸发器(18)；风扇(19)。
具体实施方式
27.以下结合实施例和附图对本实用新型进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例和附图仅用于对本实用新型进行示例性的描述，而并不能对本实用新型的保护范围构成任何限制。所有包含在本实用新型的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本实用新型的保护范围。
28.本实用新型的原理是，在二氧化碳热泵工质的循环的过程中，蒸发器内低压(3mpa左右)二氧化碳被吸入压缩机内，经过压缩机压缩，压缩至10mpa以上，110℃左右的高温高压工质，进入气体冷却器与水换热，压缩机出口工质压力较高，可以利用这部分压力，通过
涡流管将二氧化碳工质冷热分离，对蒸发器的表面进行除霜。
29.下面结合附图对本实用新型进行进一步说明。
30.如图1所示的一实施例，该二氧化碳热泵除霜系统，包括涡流管1、阀门组件2和二氧化碳热泵3，涡流管1通过阀门组件2与二氧化碳热泵3相连；具体来说：
31.涡流管1包括供流体进入的涡流管喷嘴4、供热流体流出的涡流管热端管5和供冷流体流出的涡流管冷端管6；
32.二氧化碳热泵3包括压缩机9、气体冷却器10、回热器11、节流阀12、换热器16、蒸发器18和风扇19；压缩机9的出口与气体冷却器10的入口连接，气体冷却器10的出口经回热器11与节流阀12的入口连接；节流阀12的出口经第一阀门13和涡流管喷嘴4连接；涡流管热管5与换热器16的入口连接，涡流管冷管6经第二阀门15与蒸发器18入口连接；蒸发器18的出口经换热器16与第三阀门17的出口连接后，经回热器11回到压缩机9入口；换热器16与蒸发器18可通过空气进行热交换，蒸发器18还与风扇19相连，风扇19可将所述换热器16的热量传递至蒸发器18，帮助蒸发器快速除霜；其中涡流管1是一种成本较低的可以实现冷热分离的现有装置，其结构和工作方法此处不再赘述，在实际应用中，当0.6mpa，20℃的压缩空气通进涡流管1，在经过转换后涡流管热端温度可达100℃以上，涡流管冷端温度可达-40℃。涡流管1还可适当调节冷流比，以达到最高效的状态。
33.阀门组件2包括设置在节流阀12的出口与涡流管喷嘴4之间的第一阀门13，还包括设置在涡流管冷管6与蒸发器18的入口之间的第二阀门15。
34.其中，换热器16的出口与蒸发器18的出口之间设有第三阀门17，第三阀门17的作用是控制除霜时工质走向，不至于导至不需除霜时工质回流。
35.而风扇19的作用是通过引风，促进空气吸收换热器16的热量将所吸收的热量传递至蒸发器18，为蒸发器18表面进行快速除霜。
36.优选的，节流阀12的出口与第二阀门15的出口相连后连接至蒸发器18的入口。这样使冷流体充分回收利用，不至于损失工质。并且使用节流阀12分流，使得整个系统较为简单，成本较低。
37.优选的，蒸发器18为翅片式，翅片式蒸发器可有效增大与空气的接触面积，有利于换热，同时也利于空气的顺畅流通。
38.优选的，压缩机9为离心式，有效的解决压缩机耐高压问题和压缩机9保持长时间高效稳定的运行状态，并且减少二氧化碳工质泄漏和压缩机9的部件磨损。
39.优选的，气体冷却器10为微通道式，微通道气体冷却器换热性能高于传统气体换热器，解决传统套管式和管壳式体积大，换热效果差等问题。
40.优选的，回热器11采用pche式，结构紧凑，适应高温高压环境并且高效安全稳定运行。
41.在该二氧化碳热泵除霜系统的工质循环中，从压缩机9的出口排出的高温高压二氧化碳进入气体冷却器10与水换热先对外输出一部分热量，将低温水加热为人们需要的高温热水，二氧化碳工质再通过回热器11后进入节流阀12，回热器11的作用是保证压缩机进口工质过热度，节流阀12的作用是给循环工质节流降压，二氧化碳工质在经过节流阀12后被分流。
42.如需要除霜，则打开第一阀门13分流一部分二氧化碳工质进入涡流管1，并打开第
二阀门15和第三阀门17；二氧化碳工质经涡流管喷嘴4进入，膨胀后分成冷热两股流体，高温流体从涡流管热端管5流出经过换热器16加热空气，再通过风扇19将热风引至蒸发器19的表面进行除霜，低温工质从涡流管冷端管5流出通过第二阀门15与节流阀12出口的工质一起汇入蒸发器18内。
43.如果不需除霜，则关闭第一阀门13、第二阀门15和第三阀门17，经过节流阀12节流降压后的二氧化碳工质进入蒸发器18蒸发吸热，再经过回热器11回到压缩机9入口，如此完成循环。
44.以上实施例仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。