专利名称：一种热能空调装置及其除霜方法
技术领域：
本发明涉及一种空气调节装置及其除霜方法，特别涉及一种利用自然界存在的低温热源或工业余热、废热等热源来推动压缩机运转的空气调节装置及其除霜方法。
背景技术：
目前，一般的热泵空调在进入冬季制热工作时，随外界环境温度降低，制热效果迅速下降。原因是当汽液分离器中低温低压气体(气化后的制冷剂)被吸入压缩机后，经压缩机压缩，低温低压气体转变成高温高压气体，在四通阀的控制下进入制热循环。在制热循环中，高温高压气体进入室内热交换器(冷凝器)，与室内环境进行热交换，此时，高温高压气体转变成低温低压液体。低温低压液体通过膨胀阀，使其压力提高，在室外热交换器(蒸发器)中，转变成气体或气液混合物，同时吸收环境热量，然后在四通阀的控制下，进入汽液分离器，完成一个制热循环，此过程反复循环，完成低温热泵空调的制热过程。在蒸发器中， 低温低压液体转变成气体或气液混合物时，要吸收环境热量，当外界温度低以及湿度大时， 易造成外部冷凝器结霜，使室外机换热效率降低，并且容易产生回液，长期运转容易烧压缩机。随着霜层的形成，机组的性能下降，工况恶化，制热量也将下降。其肋片盘管换热器，由于蒸发温度较低，室外温度较低，盘管表面的温度也随之下降。当室外空气在风机驱动下流经盘管时，其所含的水分就会析出并附着于盘管表面形成霜层。空气相对湿度越大，盘管结霜就越严重。目前热泵空调器的除霜方法一般采用改变制冷剂流向的办法。也就是说，当空调器需要除霜时，将空调器转为制冷模式运行，使室外机热交换器起冷凝器作用，此时冷媒会放出热量，利用此热量将结霜化掉。当空调器进入制热运行后，一般要连续工作50分钟后， 电脑开始连续检测室外机热交换器的盘管温度，若该温度小于irc，则空调器进入除霜运行，控制四通阀，使空调器进入制冷循环，一般除霜时间不超过5分钟。在除霜过程中，电脑将连续检测室外机热交换器的盘管温度，并从除霜开始计时，当检测到的盘管温度上升到 10°C时或除霜的时间已经达到8分钟时，除霜就自动结束。此时压缩机也停止。经过10秒后，四通阀切换到制热位置，再经过1分钟后，空调器又进入制热状态。运用目前自动除霜技术的热泵空调通过四通换向阀切换使热泵进入制冷运行状态而实现的，它影响热泵整体制热效果，造成能量浪费。
发明内容
根据以上现有热泵空调除霜技术的不足，结合本发明热能空调自身的特点，本发明提出一种利用热能空调的动力装置的尾气余热来防止冷凝器结霜的热泵空调及其自动除霜方法。本发明是通过以下技术方案实现的，在这种空气调节装置中，室外机包括压缩机， 四通阀，室外热交换器(1台或多台)、室外膨胀阀、旁通以及板式换热器。室内机包括室内热交换器(1台或多台)和室内膨胀阀。利用四通阀的切换，在制冷运行时，室外热交换器相当于冷凝器，室内热交换器相当于蒸发器，利用制冷剂的蒸发吸热将室内制冷。当四通阀切换到制热状态时，室外热交换器相当于蒸发器，室内热交换器相当于冷凝器，利用制冷剂冷凝放热将室内制热。该空气调节装置的压缩机并不是或者并不全是依靠电力来驱动的，而是利用个涡轮机来驱动的，所述涡轮机连接在一套基于有机朗肯循环的动力装置上。该动力装置包括蒸发器、涡轮机、冷凝器以及循环泵。通过管路将这四个部件按顺序连成回路，循环工质在回路中循环流动。当系统工作时，循环工质流经蒸发器，吸收外部热源的热量后汽化变为高压蒸汽， 高压蒸汽在涡轮机中膨胀做功，输出的功量传递给压缩机。做功后的蒸汽变为低温低压的尾气。考虑到该尾气尚具有一定的热量可回收利用，本发明设有使空调装置的室外热交换器与所述尾气进行热交换的板式换热器。将经汽轮机膨胀做功后的尾气连通到一个电动式三通阀VI，该电动式三通阀Vl具有将所述尾气导入所述动力装置的冷凝器的第一开口，和将所述尾气导入所述板式换热器的第二开口。当热泵空调装置处于正常的制热运行时，电动式三通阀Vl将所述尾气经第一开口排入冷凝器，凝结为液态后经循环泵将液态工质送入蒸发器进行新的循环；当热泵空调装置处于除霜运行时，电动式三通阀Vl将所述尾气经第二开口排入室外热交换器侧的所述板式换热器，尾气与室外热交换器进行热交换，室外热交换器表面附着的霜层从尾气中吸收热量而融化，所述尾气经板式换热器后再排入所述冷凝器，凝结为液态后经循环泵将液态工质送入蒸发器进行新的循环。而空调则始终保持稳定的制热运转，节省电能，制热效果好。所述动力装置的蒸发器为一个热交换装置，在该热交换装置中，循环工质吸收的热量来源于自然界现存的热源，例如太阳能、地热能，或者来源于工业余热废热等。该动力装置与压缩机之间可以采用全封闭、半封闭或开式连接，当该动力装置输出的功量不足以满足制冷制热需求时，可补充用电力来驱动压缩机。
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。图1是表示本发明空气调节装置的系统原理图。
具体实施例方式如图1所示的空气调节装置具有室外机1、室内机2以及控制装置3。室外机1上配设有压缩机11，在该压缩机11的吸入侧设有储液器12，在排气侧设有四通阀13，在该四通阀13后依次配设室外热交换器14以及室外膨胀阀15，所述膨胀阀15上设有旁通17。与室外热交换器14邻接配置有室外风扇18。另外，压缩机11与动力装置4之间可以采用全封闭、半封闭或开式连接。室内机2包括室内热交换器21和室内膨胀阀23，与室内热交换器21邻接配置有室内风扇22。利用控制装置3切换四通阀13，从而将空气调节装置设定为制冷运行或制热运行。在控制装置3将四通阀切换到制冷运行时，制冷剂如虚线箭头那样流动，室外热交换器 14构成冷凝器，室内热交换器21构成蒸发器，形成制冷运行状态。而在控制装置3将四通阀切换到制热运行时，制冷剂如实线箭头那样流动，室内热交换器21构成冷凝器，室外热交换器14构成蒸发器。另外，所述控制装置3在制冷运行时，根据室内冷负荷控制室内膨胀阀23的开度。在制热运行时，控制装置3根据室内热负荷控制室内膨胀阀23和室外膨胀阀15的开度。另外，上述动力装置4包括蒸发器41、涡轮机42、冷凝器43、循环泵44，通过管路 45将这四个部件按顺序连成回路，循环工质46在回路中循环流动。当系统工作时，循环工质46流经蒸发器41，吸收外部热源47的热量后汽化变为高压蒸汽，高压蒸汽在涡轮机42 中膨胀做功，输出的功量传递给压缩机11。做功后的蒸汽变为低温低压的尾气。考虑到该尾气尚具有一定的热量可回收利用，本发明设有使空调装置的室外热交换器14与所述尾气进行热交换的板式换热器10。将经汽轮机42膨胀做功后的尾气连通到一个电动式三通阀Vl，该电动式三通阀Vl具有将所述尾气导入所述动力装置4的冷凝器43的第一开口，和将所述尾气导入所述板式换热器10的第二开口。当热泵空调装置处于正常的制热运行时， 电动式三通阀Vl将所述尾气经第一开口排入冷凝器43，凝结为液态后经循环泵44将液态工质送入蒸发器41进行新的循环；当热泵空调装置处于除霜运行时，电动式三通阀Vl将所述尾气经第二开口排入室外热交换器14侧的所述板式换热器10，尾气与室外热交换器14 进行热交换，室外热交换器14表面附着的霜层从尾气中吸收热量而融化，所述尾气经板式换热器10后再排入所述冷凝器43，凝结为液态后经循环泵44将液态工质送入蒸发器41进行新的循环。另外，图1所示的热源47经循环泵49和阀门48闭式连接到蒸发器41，热流体在蒸发器41中进行热交换之后，经回流管线50回流到热源47中。所述热源47为可提供热水的太阳能集热器，还可以是发电站冷却水系统，冶炼业、石油化工业、水泥业等能够提供余热的其它热源。以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种空气调节装置及其除霜方法，包括压缩机、室外热交换器、室内热交换器、四通阀、室外膨胀阀、室内膨胀阀，以及个一套用于驱动压缩机运转的涡轮机，所述涡轮机连接在一套基于有机朗肯循环的动力装置上，该动力装置包括蒸发器、涡轮机、冷凝器以及循环泵，其特征在于，本发明还设有使空调装置的室外热交换器与所述尾气进行热交换的板式换热器以及三通阀。
2.根据权利要求1所述的空气调节装置及其除霜方法，其特征在于，所述三通阀是电动式三通阀，其具有将所述动力装置的尾气导入所述动力装置的冷凝器的第一开口，和将所述尾气导入所述板式换热器的第二开口。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的空气调节装置及其除霜方法，其特征在于，当热泵空调装置处于正常的制热运行时，电动式三通阀Vl将所述尾气经第一开口排入冷凝器， 当热泵空调装置处于除霜运行时，电动式三通阀Vl将所述尾气经第二开口排入室外热交换器侧的所述板式换热器，尾气与室外热交换器进行热交换，室外热交换器表面附着的霜层从尾气中吸收热量而融化。
全文摘要
一种空气调节装置及其除霜方法，包括压缩机，室外热交换器、室内热交换器、四通阀、室外膨胀阀、室内膨胀阀，压缩机是利用一套基于有机朗肯循环的动力装置来驱动的，该动力装置包括蒸发器、涡轮机、冷凝器以及循环泵。本发明设有使空调装置的室外热交换器与所述尾汽进行热交换的板式换热器。当热泵空调装置处于除霜运行时，经汽轮机膨胀做功后的尾汽经三通阀排入所述板式换热器，室外热交换器表面附着的霜层从尾气中吸收热量而融化。空调始终保持稳定的制热运转，节省电能，制热效果好。
文档编号F24F12/00GK102305442SQ20111007957
公开日2012年1月4日 申请日期2011年3月30日 优先权日2011年3月30日
发明者张小力 申请人:上海本家空调系统有限公司