專利名稱：低溫空氣熱源熱泵室外換熱器及其熱泵系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，尤其涉及一種在低溫環境條件下能夠延緩室外換熱器表面結霜速度的室外換熱器，以及包含有該換熱器的空氣熱源熱泵系統。
背景技術：
熱泵系統是一種將冷凝器放出的熱量向被調節環境供熱的一種制冷系統。空氣熱源熱泵系統將室外空氣作為低溫熱源，向被調節對象提供熱量(以下簡稱制熱量)。空氣熱源熱泵系統向被調節對象提供的熱量隨室外空氣環境參數的改變而變化。室外換熱器及其翅片表面的溫度會隨著室外空氣環境溫度的降低而降低。當室外換熱器或其翅片表面的溫度低于室外空氣濕球溫度且低于攝氏零度時，其表面會結霜，加大了蒸發溫度與室外環境溫度的差值，導致壓縮機吸排氣壓差增大，壓縮機吸入的制冷劑的密度減小，熱泵系統內部制冷劑的循環流量減小，導致熱泵系統向室內提供的熱量減少。
反向循環是目前常用的除霜方法之一。采用這種方法，除霜損失約占熱泵總能耗損失的十分之一，且其大約四分之一的除霜動作是在翅片表面結霜情況尚未嚴重到必須除霜的情況下即進入除霜循環的，由此造成不必要的能源浪費，增加了用戶的能源消耗費用和設備維護費用。
熱氣旁通法是另一種常用的除霜方法。將壓縮機排出的制冷劑或室內換熱器中的制冷劑的一部分分流，并將被分流的這部分制冷劑引入到室外換熱器進行除霜。這種除霜方式避免了反向循環除霜方式造成的除霜的同時不能向室內供熱問題。例如CN87202133、美國專利US5275008和日本專利JP特開平9-170837公開了這種除霜方法。現有技術中的一個共同的基本特點是是把室內側換熱器分兩部分。其中，CN87202133采取的方法是將室外盤管分成兩組進行并聯，取用低品位的空氣熱源進行熱氟冷凝除霜，并以消耗少量機械功，通過熱泵循環，使室外盤管上的霜層對置切換式冷凝消除。美國專利US5275008和日本專利JP特開平9-170837采取的方法是把室內側換熱器分前后兩部分，在中間增加一個制冷劑分流輔助加熱器，除霜運行時，壓縮機排出的高溫制冷劑氣體進入室內換熱器前部分時已有部分氣體被冷凝成液體。此時經過制冷劑分流加熱器加熱，使該部分液體再次蒸發成氣體，然后再進入室內換熱器的后半部分。這樣，依靠整個室內換熱器，將室外換熱器吸收的熱量，連同制冷劑分流加熱器所產生的熱量一并傳給室內，以補足空氣熱源熱泵系統供熱量之不足。
為了使空氣熱源熱泵系統在室外環境溫度較低的情況下運行時，延緩室外換熱器結霜速度或避免室外換熱器結霜，本發明提供一種低溫空氣熱源熱泵室外換熱器及其熱泵系統，在低溫環境條件下，采用該室外換熱器的低溫空氣熱源熱泵系統能夠平穩運行并延緩室外換熱器結霜速度或避免室外換熱器結霜，穩定地向室內提供采暖所需的熱量。
發明內容
針對現有技術中存在的缺陷和不足，本發明的一個目的、特點和優點是解決現有空氣熱源熱泵系統在室外環境溫度較低的條件下運行時，室外換熱器的結霜問題。
本發明的一個目的、特點和優點是解決現有空氣熱源熱泵系統在室外環境溫度較低的情況下，由于使用輔助電加熱，即在室內換熱器或室外換熱器上布置電加熱裝置，由此帶來的安全性不好的問題。
本發明的一個特點和優點是解決現有空氣熱源熱泵系統在室外換熱器需要除霜的情況下不能向室內提供熱量的問題。
本發明的技術方案為一種低溫空氣熱源熱泵系統室外換熱器。該換熱器包括2個或2組制冷劑入口a和c，以及2個或2組制冷劑出口b和d，其特征在于制冷劑入口a與制冷劑出口b相連通，構成a-b流路；制冷劑入口c與制冷劑出口d相連通，構成c-d流路，使得同一種制冷劑分別沿a-b流路及c-d流路以不同壓力狀態同時進入所述換熱器。
所述a-b流路中的制冷劑與c-d流路中的制冷劑在室外換熱器4中，只進行熱量交換，不進行混合。
所述制冷劑入口a和制冷劑出口b處于室外換熱器的同一側端，其中制冷劑入口a設置在室外換熱器的上端，制冷劑出口b設置在室外換熱器的下端。
連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路位于室外換熱器下部。
連接制冷劑入口a和制冷劑出口b的管路管徑可以大于或等于與連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路管徑。
所述a-b流路管段的管線長度為c-d流路管段的5倍至22倍。
當環境溫度為-10℃，相對濕度為50％時，所述a-b流路管段的管線長度為c-d流路管段的6倍至8倍。
一種空氣熱源熱泵系統，包括壓縮機、室外換熱器，其特征在于所述室外換熱器為如上所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器。
所述空氣熱源熱泵系統利用所述的a-b流路和c-d流路分別構成制冷劑的主循環回路和分流循環回路。
所述主循環回路由管道將下列部件依次連接而成壓縮機(1)、四通換向閥(8)、室外換熱器(4)、第一膨脹閥(3)、室內換熱器(2)、分流閥(6)、四通換向閥(8)、單向閥(7)、氣液分離器(5)，所述分流循環回路由管道將下列部件依次連接而成壓縮機(1)、四通換向閥(8)、分流閥(6)、室外換熱器(4)、第二膨脹閥(9)、氣液分離器(5)。
本發明的低溫空氣熱源熱泵系統室外換熱器具有a-b流路和c-d流路，可以通過使來自室內換熱器的制冷劑分路進入室外換熱器，從而使得除霜和供熱兩個動作可以同時進行，克服了現有空氣熱源熱泵系統在室外換熱器需要除霜的情況下不能向室內提供熱量的缺陷，同時也克服了在室內換熱器或室外換熱器上布置電加熱裝置，由此帶來的安全性不好的問題，提高了換熱器的使用效能。
本發明還提供一種包含有上述低溫空氣熱源熱泵系統室外換熱器的空氣源熱泵系統，包括壓縮機和如上所述室外換熱器。利用該低溫空氣熱源熱泵系統室外換熱器，可以使來自室內換熱器的制冷劑分路進入室外換熱器，從而使得除霜和供熱兩個動作可以同時進行，保證了熱泵系統在室外換熱器需要除霜的情況下仍然能夠平穩地向室內提供熱量。
所述空氣熱源熱泵系統利用所述的a-b流路和c-d流路分別構成制冷劑的主循環回路和分流循環回路。制冷劑分流循環回路的制冷劑溫度較高，在經過室外換熱器的過程中，能夠提高換熱器表面的溫度，從而能夠延緩室外換熱器的結霜速度或避免室外換熱器的結霜。
所述主循環回路由管道將下列部件依次連接而成壓縮機1、四通換向閥8、室外換熱器4、第一膨脹閥3、室內換熱器2、分流閥6、四通換向閥8、單向閥7、氣液分離器5，所述分流循環回路由管道將下列部件依次連接而成壓縮機1、四通換向閥8、分流閥6、室外換熱器4、第二膨脹閥9、氣液分離器5。經分流的制冷劑與主循環回路的制冷劑混合后，壓縮機1吸入的制冷劑氣體壓力提高，密度增大，使得空氣熱源熱泵系統機組系統，即使在較低的環境溫度下運行，也能保證空氣熱源熱泵系統內部的制冷劑的質量流量，從而使得空氣熱源熱泵系統能夠向室內提供充足的熱量。
圖1是本發明低溫空氣熱源熱泵室外換熱器在空氣熱源熱泵系統流路布置圖中的位置示意圖。
圖2是本發明的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器一種管路示意圖。
圖3是本發明的低溫空氣熱源熱泵系統室外換熱器另一種管路示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明。
圖1是本發明的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器在空氣熱源熱泵系統流路布置圖中的位置示意圖。如圖1所示，該空氣熱源熱泵系統包括壓縮機1、四通換向閥8、分流閥6、室內換熱器2、第一膨脹閥3、室外換熱器4、氣液分離器5、單向閥7和第二膨脹閥9。在壓縮機1的排氣管路上增設了分流閥6，將制冷劑分成兩支，分別與室外換熱器4和室內換熱器2相連。
分流閥6將熱泵系統分為一個主循環回路和一個分流循環回路。制冷劑分流循環回路，由管道將下列部件依次連接而成壓縮機1、四通換向閥8、分流閥6、室外換熱器4、第二膨脹閥9、氣液分離器5，制冷劑經回路回壓縮機1；制冷劑主循環回路由管道將下列部件依次連接而成壓縮機1、四通換向閥8、室外換熱器4、第一膨脹閥3、室內換熱器2、分流閥6、四通換向閥8、單向閥7、氣液分離器5，制冷劑經回路回壓縮機1。
通過分流閥6，可以將壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體進行分流。分流的這部分高溫高壓制冷劑氣體，首先經過室外換熱器4制冷劑入口c進入室外換熱器4，然后通過室外換熱器4制冷劑出口d離開室外換熱器4，經第二膨脹閥9進行適度膨脹減壓后進入氣液分離器5，與來自室外換熱器4的主循環回路制冷劑混合調壓。
制冷劑分流循環回路的制冷劑溫度較高，在經過室外換熱器的過程中，能夠提高換熱器表面的溫度，從而能夠延緩室外換熱器的結霜速度或避免室外換熱器的結霜。
制冷劑在氣液分離器5中混合調壓后，被壓縮機1吸入。經分流制冷劑調壓后，壓縮機1吸入的制冷劑氣體壓力提高，密度增大，使得空氣熱源熱泵系統機組系統，即使在較低的環境溫度下運行，也能保證空氣熱源熱泵系統內部的制冷劑的質量流量，從而使得空氣熱源熱泵系統能夠向室內提供充足的熱量。
為了避免氣液分離器5中的制冷劑，通過主循環回路回流室外換熱器4，在室外換熱器4與氣液分離器5之間的主循環回路上增設單向閥7。單向閥7的作用是，只能允許主循環回路內的制冷劑從室外換熱器4向氣液分離器之間的單向流動。
主循環回路中的制冷劑與分流循環回路中的制冷劑在室外換熱器4中，只進行熱量交換，不進行混合。
圖2是本發明的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器一種管路示意圖。該換熱器包括2個制冷劑入口a和c以及2個制冷劑出口b和d。制冷劑入口a與制冷劑出口b相連通；制冷劑入口c與制冷劑出口d相連通。來自室內換熱器的制冷劑經節流后通過室外換熱器入口a進入室外換熱器，然后通過室外換熱器出口b流出室外換熱器；經位于四通換向閥8和室內換熱器2之間的分流閥6分流出的制冷劑通過室外換熱器入口c進入室外換熱器，然后通過室外換熱器出口d流出室外換熱器。
制冷劑入口a和制冷劑出口b處于室外換熱器的同一側端。其中，制冷劑入口a設置在室外換熱器的上端，制冷劑出口b設置在室外換熱器的下端。制冷劑入口c與制冷劑出口d處于室外換熱器的不同側端，室外換熱器中的連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路位于室外換熱器下部；位于室外換熱器中的連接制冷劑入口a和制冷劑出口b的管路管徑可以大于或等于與連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路管徑。a-b管段的管線長度為c-d管段的管線長度的5倍至22倍，當環境溫度為-10℃，相對濕度為50％左右時，a-b管段的管線長度為c-d管段的管線長度的最佳倍數約為6至8倍。
對于小型空氣源熱泵系統，當來自室內換熱器的制冷劑無需分路進入室外換熱器時，制冷劑入口a為單管路；對于非小型空氣源熱泵系統，為了減小制冷劑在換熱器管路中的流動阻力損失，來自室內換熱器2的制冷劑需要分路進入室外換熱器4。制冷劑入口a為多管路，制冷劑出口b也為多管路，冷劑入口a的管路數目與制冷劑出口b的管路數相同，來自室內換熱器2的制冷劑經節流后通過室外換熱器入口a分成多條管路進入室外換熱器，然后對應通過室外換熱器出口b的各條管路流出室外換熱器。
圖3是本發明的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器另一種管路示意圖。該換熱器包括2個制冷劑入口a和c以及2個制冷劑出口b和d。制冷劑入口a與制冷劑出口b相連通；制冷劑入口c與制冷劑出口d相連通。來自室內換熱器的制冷劑經節流后通過室外換熱器入口a進入室外換熱器，然后通過室外換熱器出口b流出室外換熱器；經位于四通換向閥8和室內換熱器2之間的分流閥6分流出的制冷劑通過室外換熱器入口c進入室外換熱器，然后通過室外換熱器出口d流出室外換熱器。
制冷劑入口a和制冷劑出口b處于室外換熱器的同一側端。其中，制冷劑入口a設置在室外換熱器的上端，制冷劑出口b設置在室外換熱器的下端。制冷劑入口c與制冷劑出口d也處于室外換熱器的同一側端，制冷劑入口c位于制冷劑出口d上側。室外換熱器中的連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路均位于室外換熱器器下部；位于室外換熱器中的連接制冷劑入口a和制冷劑出口b的管路管徑可以大于或等于與連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路管徑。a-b管段的管線長度為c-d管段的管線長度的5倍至22倍，當環境溫度為-10℃，相對濕度為50％左右時，a-b管段的管線長度為c-d管段的管線長度的最佳倍數約為6至8倍。
對于小型空氣源熱泵系統，當來自室內換熱器的制冷劑無需分路進入室外換熱器時，制冷劑入口a為單管路；對于非小型空氣源熱泵系統，為了減小制冷劑在換熱器管路中的流動阻力損失，來自室內換熱器2的制冷劑需要分路進入室外換熱器4。制冷劑入口a為多管路，制冷劑出口b也為多管路，冷劑入口a的管路數目與制冷劑出口b的管路數相同，來自室內換熱器2的制冷劑經節流后通過室外換熱器入口a分成多條管路進入室外換熱器，然后對應通過室外換熱器出口b的各條管路流出室外換熱器。
權利要求
1.一種低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，所述換熱器中包括2個或2組制冷劑入口a和c，以及2個或2組制冷劑出口b和d，其特征在于其中制冷劑入口a與制冷劑出口b相連通，構成a-b流路，制冷劑入口c與制冷劑出口d相連通，構成c-d流路，使得同一種制冷劑分別沿a-b流路及c-d流路可以不同壓力狀態同時進入所述換熱器。
2.根據權利要求1所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，其特征在于所述a-b流路中的制冷劑與c-d流路中的制冷劑在室外換熱器4中，只進行熱量交換，不進行混合。
3.根據權利要求2所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，其特征在于所述制冷劑入口a和制冷劑出口b處于室外換熱器的同一側端，其中制冷劑入口a設置在室外換熱器的上端，制冷劑出口b設置在室外換熱器的下端。
4.根據權利要求3所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，其特征在于連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路位于室外換熱器下部。
5.根據權利要求4所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，其特征在于連接制冷劑入口a和制冷劑出口b的管路管徑可以大于或等于與連接制冷劑入口c和制冷劑出口d的管路管徑。
6.根據權利要求5所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，其特征在于所述a-b流路管段的管線長度為c-d流路管段的5倍至22倍。
7.根據權利要求6所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器，其特征在于當環境溫度為-10℃，相對濕度為50％時，所述a-b流路管段的管線長度為c-d流路管段的6倍至8倍。
8.一種空氣熱源熱泵系統，包括壓縮機、室外換熱器，其特征在于所述室外換熱器為如權利要求1所述的低溫空氣熱源熱泵室外換熱器。
9.如權利要求8所述的空氣熱源熱泵系統，其特征在于所述空氣熱源熱泵系統利用所述的a-b流路和c-d流路分別構成制冷劑的主循環回路和分流循環回路。
10.如權利要求9所述的空氣熱源熱泵系統，其特征在于所述主循環回路由管道將下列部件依次連接而成壓縮機(1)、四通換向閥(8)、室外換熱器(4)、第一膨脹閥(3)、室內換熱器(2)、分流閥(6)、四通換向閥(8)、單向閥(7)、氣液分離器(5)，所述分流循環回路由管道將下列部件依次連接而成壓縮機(1)、四通換向閥(8)、分流閥(6)、室外換熱器(4)、第二膨脹閥(9)、氣液分離器(5)。
全文摘要
本發明提供一種低溫空氣熱源熱泵系統室外換熱器。該換熱器包括2個或2組制冷劑入口a和c，以及2個或2組制冷劑出口b和d，其特征在于制冷劑入口a與制冷劑出口b相連通，構成a－b流路；制冷劑入口c與制冷劑出口d相連通，構成c－d流路，使得同一種制冷劑分別沿a－b流路及c－d流路以不同壓力狀態同時進入所述換熱器。本發明還提供一種空氣熱源熱泵系統。本發明的低溫空氣熱源熱泵系統室外換熱器及其熱泵系統，能夠提高換熱器表面的溫度，從而能夠延緩室外換熱器的結霜速度或避免室外換熱器的結霜。
文檔編號F25B13/00GK1975293SQ20061011452
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月14日 優先權日2006年11月14日
發明者王瑞祥, 郭興海, 王金玲, 曹永國 申請人:北京建筑工程學院, 北京格瑞那環能技術有限責任公司