复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统及除霜方法与流程

1.本发明涉及热泵机组技术领域，尤其涉及一种复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统及除霜方法。


背景技术：

2.空气源热泵技术作为近年来全世界倍受关注的节能技术，已被广泛应用于建筑业、工业、农业多个领域，满足供暖、供热水以及烘干等需求，是实现建筑、工业领域目标的主要技术，可替代燃煤等传统供热形式，有效降低能源消耗，减少碳排放，具有广阔的应用空间和价值。
3.随着空气源热泵技术向寒冷、严寒地区的应用，以及工业领域对高温供热的需求，复叠式空气源热泵得到了广泛关注。
4.然而，现有的复叠式空气源热泵系统的除霜存在除霜速率低，除霜同步稳定性差的问题，成为制约其高效运行和良性发展的主要因素。
5.因此，有必要开发一种适用于复叠式空气源热泵的多点源除霜系统及除霜方法，以助力热泵企业产品升级，推动复叠式空气源热泵技术的高效应用。


技术实现要素：

6.本发明提供一种除霜效率高、稳定性高，且实用性强的复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统及除霜方法。
7.本发明采用的技术方案为：一种复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统，包括：低温级热泵系统、高温级热泵系统、多点源除霜系统以及水系统；所述低温级热泵系统包括低温级变频压缩机，空气侧翅片蒸发器，低温级电子膨胀阀，制冷剂-制冷剂换热器，低温级储液器，低温级气液分离器，油分离器以及蓄热装置；所述低温级变频压缩机连接所述油分离器，所述油分离器连接所述低温级气液分离器和所述蓄热装置；所述低温级气液分离器连接所述空气侧翅片蒸发器，所述空气侧翅片蒸发器连接所述蓄热装置；所述低温级储液器连接所述蓄热装置和所述制冷剂-制冷剂换热器；所述低温级电子膨胀阀的一端连接所述低温级储液器，另一端连接在所述空气侧翅片蒸发器和所述蓄热装置之间；所述高温级热泵系统包括高温级变频压缩机，所述制冷剂-制冷剂换热器，高温级电子膨胀阀，制冷剂-高温水冷凝器，高温级储液器以及高温级气液分离器；所述高温级变频压缩机连接所述高温级气液分离器和所述制冷剂-高温水冷凝器；所述高温级气液分离器连接所述制冷剂-制冷剂换热器，所述高温级储液器连接所述制冷剂-制冷剂换热器和所述制冷剂-高温水冷凝器；所述高温级电子膨胀阀的一端连接所述高温级储液器，另一端连接所述制冷剂-制冷剂换热器；所述制冷剂-高温水冷凝器连接有回水管道和出水管道，且所述制冷剂-高温水冷凝器连接所述回水管道的出口以及所述制冷剂-高温水冷凝器连接所述出水管道的出口均连接至所述蓄热装置；
所述多点源除霜系统包括所述低温级储液器，所述高温级储液器，低温级压缩机换热装置，高温级压缩机换热装置，所述蓄热装置和第一电磁阀；所述低温级压缩机换热装置安装在所述低温级变频压缩机上，所述高温级压缩机换热装置安装在所述高温级变频压缩机上；所述低温级压缩机换热装置与所述低温级储液器、所述蓄热装置连接；所述高温级压缩机换热装置与所述高温级储液器、所述蓄热装置连接；所述第一电磁阀连接在所述蓄热装置和所述制冷剂-制冷剂换热器之间；所述水系统包括第二电磁阀，所述第二电磁阀安装在所述制冷剂-高温水冷凝器连接所述回水管道的出口和所述蓄热装置之间。
8.进一步地，所述低温级压缩机换热装置和所述高温级压缩机换热装置的结构相同，均包括分液管、集液管以及连接在所述分液管和所述集液管之间的中间联管。
9.进一步地，所述低温级热泵系统还包括低温级过滤器，所述低温级过滤器连接所述低温级储液器，所述低温级电子膨胀阀的一端连接所述低温级过滤器，另一端连接在所述空气侧翅片蒸发器和所述蓄热装置之间。
10.进一步地，所述高温级热泵系统还包括高温级过滤器，所述高温级过滤器连接所述高温级储液器，所述高温级电子膨胀阀的一端连接所述高温级过滤器，另一端连接所述制冷剂-制冷剂换热器。
11.进一步地，所述低温级储液器、所述蓄热装置、所述高温级储液器的内部均设有换热器。
12.进一步地，所述多点源除霜系统还包括第一水泵，所述第一水泵安装在所述低温级压缩机换热装置与所述蓄热装置之间。
13.进一步地，所述水系统还包括第二水泵，所述第二水泵安装在所述回水管道与所述制冷剂-高温水冷凝器之间。
14.本发明进一步提供如下技术方案：一种所述的复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统的除霜方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）实时监测空气侧翅片蒸发器的盘管温度te，结霜时间t，蓄热装置内温度th以及高温级变频压缩机和低温级变频压缩机的频率n；（2）判定是否满足盘管温度te＜-5oc，且结霜时间t≥60min的除霜条件，若不能满足除霜条件，则返回步骤（1）继续进行监测；若满足除霜条件，则关闭高温级变频压缩机以及低温级电子膨胀阀，打开多点源除霜系统的第一电磁阀，开始加热融霜；（3）根据实时监测的蓄热装置内温度th，当th≥t
h_初始-y时，低温级变频压缩机满频运行除霜；当th＜t
h_初始-y时，低温级变频压缩机的频率n按照公式n=th/(t
h_初始-y)
×
r进行降频运行；当低温级变频压缩机的频率n低于最低安全限定除霜频率n
min
时，打开水系统的第二电磁阀，通过水系统给蓄热装置补充热量除霜；当低温级变频压缩机的频率n高于或等于最低安全限定除霜频率n
min
时，继续稳定除霜；其中，t
h_初始
为除霜开始时蓄热装置内温度，y为常数，r为降频安全修正系数；（4）当不能满足除霜条件后，关闭多点源除霜系统的第一电磁阀和水系统第二电磁阀，开启高温级变频压缩机以及低温级电子膨胀阀，开始正常供热。
15.本发明继续提供如下技术方案：一种复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统，其包括：低温级热泵系统、高温级热泵系统、多点源除霜系统以及水系统；
所述低温级热泵系统包括低温级变频压缩机，空气侧翅片蒸发器，低温级电子膨胀阀，制冷剂-制冷剂换热器，低温级储液器，低温级气液分离器，油分离器、四通换向阀以及蓄热装置；所述低温级变频压缩机连接所述油分离器，所述油分离器连接所述低温级气液分离器和所述蓄热装置；所述低温级气液分离器连接所述空气侧翅片蒸发器，所述空气侧翅片蒸发器连接所述蓄热装置；所述低温级储液器连接所述蓄热装置和所述制冷剂-制冷剂换热器；所述低温级电子膨胀阀的一端连接所述低温级储液器，另一端连接在所述空气侧翅片蒸发器和所述蓄热装置之间；所述四通换向阀的一个接口连接所述制冷剂-制冷剂换热器，一个接口连接所述低温级气液分离器，一个接口连接所述蓄热装置，一个接口连接所述空气侧翅片蒸发器；所述高温级热泵系统包括高温级变频压缩机，所述制冷剂-制冷剂换热器，高温级电子膨胀阀，制冷剂-高温水冷凝器，高温级储液器以及高温级气液分离器；所述高温级变频压缩机连接所述高温级气液分离器和所述制冷剂-高温水冷凝器；所述高温级气液分离器连接所述制冷剂-制冷剂换热器，所述高温级储液器连接所述制冷剂-制冷剂换热器和所述制冷剂-高温水冷凝器；所述高温级电子膨胀阀的一端连接所述高温级储液器，另一端连接所述制冷剂-制冷剂换热器；所述制冷剂-高温水冷凝器连接有回水管道和出水管道，且所述制冷剂-高温水冷凝器连接所述回水管道的出口以及所述制冷剂-高温水冷凝器连接所述出水管道的出口均连接至所述蓄热装置；所述多点源除霜系统包括所述低温级储液器，所述高温级储液器，低温级压缩机换热装置，高温级压缩机换热装置，所述蓄热装置；所述低温级压缩机换热装置安装在所述低温级变频压缩机上，所述高温级压缩机换热装置安装在所述高温级变频压缩机上；所述低温级压缩机换热装置与所述低温级储液器、所述蓄热装置连接；所述高温级压缩机换热装置与所述高温级储液器、所述蓄热装置连接；所述水系统包括第二电磁阀，所述第二电磁阀安装在所述制冷剂-高温水冷凝器连接所述回水管道的出口和所述蓄热装置之间。
16.本发明还提供如下技术方案：一种所述的复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统的除霜方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）空气侧翅片蒸发器的盘管温度te，结霜时间t，蓄热装置内温度th以及高温级变频压缩机和低温级变频压缩机的频率n；（2）判定是否满足盘管温度te＜-5oc，且结霜时间t≥60min的除霜条件，若不能满足除霜条件则返回步骤（1）继续进行监测；若满足除霜条件，则关闭高温级变频压缩机，四通换向阀换向，接通制冷剂-制冷剂换热器和低温级储液器，开始加热融霜；（3）根据实时监测的蓄热装置内温度th，当th≥t
h_初始-y时，低温级变频压缩机满频运行除霜；当th＜t
h_初始-y时，低温级变频压缩机的频率n按照公式n=th/(t
h_初始-y)
×
r进行降频运行；低温级变频压缩机的频率n低于最低安全限定除霜频率n
min
时，打开水系统的第二电磁阀，通过水系统给蓄热装置补充热量除霜；当低温级变频压缩机的频率n高于或等于最低安全限定除霜频率n
min
时，继续稳定除霜；其中，t
h_初始
为除霜开始时蓄热装置内温度，y为常数，r为降频安全修正系数；（4）当不能满足除霜条件后，四通换向阀换向，关闭制冷剂-制冷剂换热器和低温级储液器之间的连接，开启高温级变频压缩机，开始正常供热；其中，当水系统的第二电磁
阀除霜时打开，则与四通换向阀联动关闭。
17.相较于现有技术，本发明的复叠式空气源热泵的多点源除霜系统及除霜方法可有效利用复叠式空气源热泵系统中的储液器的热量和压缩机的余热进行除霜，具有很好的节能优势以及更快的除霜速率，除霜效率高、稳定性高，且对供水温度无显著影响，实用性强。
附图说明
18.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，图1：本发明复叠式空气源热泵的多点源除霜系统实施例一的结构示意图；图2：本发明复叠式空气源热泵的多点源除霜系统的除霜方法实施例一的步骤流程图；图3：本发明压缩机换热装置的结构示意图；图4：本发明复叠式空气源热泵的多点源除霜系统实施例二的结构示意图；图5：本发明复叠式空气源热泵的多点源除霜系统的除霜方法实施例二的步骤流程图。
具体实施方式
19.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
20.实施例一如图1至图3所示，本实施例的复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统包括低温级热泵系统、高温级热泵系统、多点源除霜系统以及水系统。
21.其中，低温级热泵系统包括低温级变频压缩机1，空气侧翅片蒸发器2，低温级电子膨胀阀3，制冷剂-制冷剂换热器4，低温级储液器5，低温级气液分离器6，低温级过滤器7，油分离器8以及蓄热装置9。低温级储液器5和蓄热装置9均带有换热功能；即是：在低温级储液器5和蓄热装置9的内部增设换热器，实现工作中从中提取余热。
22.低温级变频压缩机1连接油分离器8，油分离器8连接低温级气液分离器6和蓄热装置9；低温级气液分离器6连接空气侧翅片蒸发器2，空气侧翅片蒸发器2连接蓄热装置9。低温级储液器5连接蓄热装置9和制冷剂-制冷剂换热器4。低温级过滤器7连接低温级储液器5，低温级电子膨胀阀3的一端连接低温级过滤器7，另一端连接在空气侧翅片蒸发器2和蓄热装置9之间。
23.高温级热泵系统包括高温级变频压缩机10，制冷剂-制冷剂换热器4，高温级电子膨胀阀11，制冷剂-高温水冷凝器12，高温级储液器13，高温级过滤器14以及高温级气液分离器15。其中，高温级储液器13带有换热功能，即是：在高温级储液器13的内部增设换热器，实现工作中从中提取余热。
24.其中，高温级变频压缩机10连接高温级气液分离器15和制冷剂-高温水冷凝器12；高温级气液分离器15连接制冷剂-制冷剂换热器4，高温级储液器13连接制冷剂-制冷剂换热器4和制冷剂-高温水冷凝器12。高温级过滤器14连接高温级储液器13，高温级电子膨胀阀11的一端连接高温级过滤器14，另一端连接制冷剂-制冷剂换热器4。进一步，制冷剂-高
温水冷凝器12还连接有回水管道和出水管道，且制冷剂-高温水冷凝器12连接回水管道的出口以及制冷剂-高温水冷凝器12连接出水管道的出口均连接至蓄热装置9。
25.多点源除霜系统包括低温级储液器5，高温级储液器13，低温级压缩机换热装置16，高温级压缩机换热装置17，第一水泵18、蓄热装置9和第一电磁阀19。其中，低温级压缩机换热装置16安装在低温级变频压缩机1上，高温级压缩机换热装置17安装在高温级变频压缩机10上；低温级压缩机换热装置16与低温级储液器5、蓄热装置9连接；高温级压缩机换热装置17与高温级储液器13、蓄热装置9连接。第一水泵18安装在低温级压缩机换热装置16与蓄热装置9之间；第一电磁阀19连接在蓄热装置9和制冷剂-制冷剂换热器4之间。
26.进一步，低温级压缩机换热装置16和高温级压缩机换热装置17的结构相同，均包括分液管20、集液管21以及连接在分液管20和集液管21之间的中间联管22。其中，低温级压缩机换热装置16和高温级压缩机换热装置17均为抱体式换热盘管装置，可采用铜、铝、不锈钢、pe、ppr等柔性材料制成的换热管。
27.水系统包括第二水泵23和第二电磁阀24；第二水泵23安装在回水管道与制冷剂-高温水冷凝器12之间，第二电磁阀24安装在制冷剂-高温水冷凝器12连接回水管道的出口和蓄热装置9之间。
28.本实施例的复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统在正常制热时，通过低温级储液器5和高温级储液器13回收冷凝后制冷剂的余热，低温级压缩机换热装置16和高温级压缩机换热装置17分别回收低温级变频压缩机1和高温级变频压缩机10机壳散出的热量，缓存储于蓄热装置9中，用于除霜时加热除霜制冷剂；当回收热量不足或无热量时，可从使用侧辅助输入热量加热除霜制冷剂；当满足除霜判定条件后，关闭高温级变频压缩机10以及低温级电子膨胀阀3，打开多点源除霜系统的第一电磁阀19，高温级变频压缩机10的高温高压制冷剂流经蓄热装置9并从中进一步取热后，进入空气侧翅片蒸发器2进行融霜；当不能满足除霜条件后，关闭多点源除霜系统的第一电磁阀19和水系统第二电磁阀24，开启高温级变频压缩机10以及低温级电子膨胀阀3，开始正常供热；从而有效利用复叠式空气源热泵系统中的储液器的热量和压缩机的余热进行除霜，具有很好的节能优势以及更快的除霜速率，除霜效率高、稳定性高，且对供水温度无显著影响，实用性强。
29.本实施例还提供一种复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统的除霜方法，包括以下步骤：（1）实时监测空气侧翅片蒸发器2的盘管温度te，结霜时间t，蓄热装置9内温度th以及低温级变频压缩机1的频率n。
30.（2）判定是否满足盘管温度te＜-5oc，且结霜时间t≥60min的除霜条件，若不能满足除霜条件，则返回步骤（1）继续进行监测；若满足除霜条件，则关闭高温级变频压缩机10以及低温级电子膨胀阀3，打开多点源除霜系统的第一电磁阀19，开始加热融霜。
31.（3）根据实时监测的蓄热装置9内温度th，当th≥t
h_初始-y时，低温级变频压缩机1满频运行除霜；当th＜t
h_初始-y时，低温级变频压缩机1的频率n按照公式n=th/(t
h_初始-y)
×
r进行降频运行；当低温级变频压缩机1的频率n低于最低安全限定除霜频率n
min
时，打开水系统的第二电磁阀24，通过水系统给蓄热装置9补充热量除霜；当低温级变频压缩机的频率n高于或等于最低安全限定除霜频率n
min
时，继续稳定除霜。
32.该步骤中，t
h_初始
为除霜开始时蓄热装置9内温度，本实施例中，t
h_初始
取值45oc；y为
常数，可根据实验确定，本实施例中，y取值15oc；r为降频安全修正系数，可根据压缩机特性实验确定，取值范围为0~100%，本实施例中，r取值80%；本实施例中，n
min
取值30hz。可以理解的，其它实施例中，t
h_初始
、y、r、n
min
还可以根据实际的情况选取其它数值，并不以此为限。
33.（4）当不能满足除霜条件后，关闭多点源除霜系统的第一电磁阀19和水系统第二电磁阀24，开启高温级变频压缩机10以及低温级电子膨胀阀3，开始正常供热。
34.实施例二如图4和图5所示，本实施例和实施例一相同的结构在此不再赘述，差异仅在于：低温级热泵系统设有四通换向阀25取代第一电磁阀19；四通换向阀25的一个接口连接制冷剂-制冷剂换热器4，一个接口连接低温级气液分离器6，一个接口连接蓄热装置9，一个接口连接空气侧翅片蒸发器2。
35.本实施例提供一种复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统的除霜方法，包括以下步骤：（1）空气侧翅片蒸发器2的盘管温度te，结霜时间t，蓄热装置9内温度th以及低温级变频压缩机1的频率n。
36.（2）判定是否满足盘管温度te＜-5oc，且结霜时间t≥60min的除霜条件，若不能满足除霜条件则返回步骤（1）继续进行监测；若满足除霜条件，则关闭高温级变频压缩机10，四通换向阀25换向，接通制冷剂-制冷剂换热器4和低温级储液器5，开始加热融霜。
37.（3）根据实时监测的蓄热装置9内温度th，当th≥t
h_初始-y时，低温级变频压缩机1满频运行除霜；当th＜t
h_初始-y时，低温级变频压缩机1的频率n按照公式n=th/(t
h_初始-y)
×
r进行降频运行；低温级变频压缩机1的频率n低于最低安全限定除霜频率n
min
时，打开水系统的第二电磁阀24，通过水系统给蓄热装置9补充热量除霜；当低温级变频压缩机的频率n高于或等于最低安全限定除霜频率n
min
时，继续稳定除霜。
38.该步骤中，t
h_初始
为除霜开始时蓄热装置9内温度；y为常数，可根据实验确定；r为降频安全修正系数，可根据压缩机特性实验确定，取值范围为0~100%。
39.（4）当不能满足除霜条件后，四通换向阀25换向（若水系统的第二电磁阀24除霜时打开，则与四通换向阀25联动关闭），关闭制冷剂-制冷剂换热器4和低温级储液器5之间的连接，开启高温级变频压缩机10，开始正常供热。
40.综上，本发明的适用于复叠式空气源热泵的多点源热量回收除霜系统及除霜方法可有效利用复叠式空气源热泵系统中的储液器的热量和压缩机的余热进行除霜，具有很好的节能优势以及更快的除霜速率，除霜效率高、稳定性高，且对供水温度无显著影响，实用性强。
41.只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。