一种空气源热泵空调器的室外机防结霜装置

摘要

本发明提出一种空气源热泵空调器的室外机防结霜装置，包括可再生吸附薄板和具有反转功能的风机。可再生吸附薄板设于室外机进风口和室外换热器之间，风机设于室外换热器和室外机出风口之间。可再生吸附薄板内压实填充颗粒状可再生吸附材料，可再生吸附材料中埋设电加热金属管。工作时可再生吸附材料吸收空气中水分，降低空气含湿量，避免空气与室外机换热时结霜；当可再生吸附薄板吸水饱和时，通过电加热金属管的加热，配合风机的反转，将可再生吸附材料中受热脱附出的水分吹至环境，完成可再生吸附薄板的再生，之后再次循环进入吸附除湿过程。在本申请中,通过在室外机进风口处安装的可再生吸附薄板和能反向运转的风机，便达到除湿防结霜的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及空气源热泵室外机防结霜领域，公开了一种防止空气源热泵室外机结霜的方法和装置。

背景技术

在一些湿冷地区，当冬季室外温度低于5℃的时候，空气源热泵空调器室外热交换器的蒸发温度会随之降低到0℃以下。由于蒸发温度低于水的凝固点温度，环境空气中的水蒸汽在接触空气源热泵室外机热交换器表面时会首先凝结成水滴，继而冻结成冰霜。随着室外机的运行，冰霜会越积越多，若不及时处理，将会导致换热器换热性能下降，蒸发温度进一步降低，结霜情况继续恶化。霜层的存在不仅极大降低了室外换热器的换热效果，还严重制约着热泵空调的制热能力，严重时会导致空气源热泵空调器无法运行。因此，防止空气源热泵室外换热器的结霜具有十分重要的意义。

目前常用于空气源热泵室外机防止结霜的方法主要有以下几种:

1、逆循环除霜法也叫换向除霜法，是目前普遍采用的一种除霜方式。其原理是：利用四通换向阀换向改变制冷剂的流动方向，使室外换热器的作用由吸热改变为放热，室外机释放的热量会使换热器表面的霜层受热熔化、脱落，从而达到除霜的目的。可参见公开号为CN102141330A所公开的内容。

但是，空气源热泵在进入除霜模式时，压缩机会频繁启停，四通阀频繁换向，容易造成系统压力波动，使得系统频繁受到较大的机械冲击，缩短系统的使用寿命。且在切换回制热模式时，系统需要较长时间稳定，导致室内温度波动较大，用户舒适度体验差。

2、旁通除霜法又称为显热除霜法，其工作原理是直接利用压缩机的排气热量进行除霜。除霜时，空调系统打开旁通二通阀，将部分压缩机出口的高温制冷剂蒸汽引入旁通回路中，旁通回路通至室外换热器表面，高温制冷剂蒸汽在旁通管内释放热量，使室外换热器表面霜层受热融化。可参见公开号为CN101532705所公开的内容。

但是，在除霜模式下，空调系统将压缩机排出的高温制冷剂蒸汽会分出一部分通入到室内去，导致旁通管除霜时所供给的热量不足，进而延长除霜时间，且无法保证除霜效果。

3、相变蓄能除霜法是在空调系统中增加相变蓄能装置。这种相变蓄能装置将空调机组平时高效运行时产生的热量储存起来。进入除霜模式时，相变蓄能装置将储存的热量释放到部分制冷剂中，使吸收了相变热的制冷剂进入空调室外机换热器内部，作为除霜运行的低温热源，提高空调室外机换热器的温度，进而达到除霜的目的。可参见公开号为CN101413744所公开的内容。

但是，空气源热泵空调器系统中需要新增一个蓄能装置。此外，压缩机和室外换热器之间需要通过除霜排气管路、除霜回气管路连接构成除霜回路，还需要除霜排气管路、除霜回气管路均穿过蓄热装置。这造成了系统结构复杂，增加了投资成本。

4、电加热除霜法，通过在室外机空调外机换热器上加装电加热装置，除霜时，电加热通电，产生大量的热量，使得换热器表面霜层熔化。可参见公开号为CN104089443A所公开的内容。

但是，在除霜时，直接利用电能产生热量，因此电量消耗大，效率低，会造成大量的能量浪费。

发明内容

本发明针对空气源热泵空调器室外机结霜问题以及现有技术的不足和缺陷，提出一种防止空气源热泵室外机结霜的装置，为空气源热泵冬季运行提供了一种更加简单易行的防结霜方法。

本发明提出的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置，包括室外机，所述室外机的外侧设有室外机进风口和室外机出风口，所述室外机的内部设有风机、室外换热器和可再生吸附薄板；所述风机能正向运转和反向运转；所述可再生吸附薄板安装于所述室外机进风口和所述室外换热器之间，所述风机安装于所述室外换热器和所述室外机出风口之间；

所述可再生吸附薄板包括电加热金属管和可再生吸附材料，所述可再生吸附薄板内填充有所述可再生吸附材料，所述电加热金属管埋设于所述可再生吸附薄板内部。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，所述可再生吸附薄板还包括薄板框架和网筛，所述薄板框架作为所述可再生吸附材料的支撑载体，所述网筛固定在所述薄板框架上并包覆在所述可再生吸附材料外侧。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，所述薄板框架由玻璃纤维或耐热陶瓷材料加工而成。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，所述薄板框架通过安装定位孔固定于所述室外机进风口和所述室外机换热器之间。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，所述可再生吸附薄板为若干颗粒状的所述可再生吸附材料压实填充而成的薄板，至少一根所述电加热金属管均匀埋设在所述可再生吸附薄板内，所述电加热金属管与所述可再生吸附材料充分接触。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，所述可再生吸附材料具有低温吸附水分、高温解析水分的作用，且材料化学性质稳定。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，所述可再生吸附材料为分子筛、活性氧化铝、硫酸钙、活性无水硫酸铜、硅胶、氯化锂或改性硅胶中的一种或几种的组合。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：采用一种由可再生吸附材料及若干电加热金属管制成的可再生吸附薄板，来防止空气源热泵制热循环时因室外换热器表面空气湿度过大而引起的结霜问题。在结构上仅仅通过在热泵蒸发器进风口处安装一个可再生吸附薄板，并搭配一个具有反向运转功能的风机，不需要做其他改动，便达到了降湿防结霜的目的，其结构简单，改造方便，可行性高。

在原理上通过可再生吸附材料吸附空气中的水分破坏霜层形成的条件，从源头上避免霜层的形成，解决了空气源热泵室外换热器因结霜而导致的换热性能差、制热量不足等问题；在除湿防结霜过程中，热泵系统能正常为用户供热，解决了传统除霜方式因除霜过程而导致的室内供热不稳定、用户舒适度体验差等问题，也可以防止室外机因除霜而产生大量积水的问题。此外，直接将电加热金属管埋设在可再生吸附材料中，并与可再生吸附材料均匀的接触，充分利用电加热产生的热量对可再生吸附材料进行加热，使得可再生吸附材料中的水分有效析出。

附图说明

图1为本发明中可再生吸附薄板的安装结构示意图；

图2为本发明中可再生吸附薄板的等轴剖面示意图。

其中：1-压缩机、2-风机、3-室外换热器、4-电加热金属管、5-可再生吸附材料、6-四通换向阀、7-可再生吸附薄板、8-空调室内机、9-室外机进风口、10-室外机出风口、11-网筛、12-薄板框架、13-安装定位孔。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如有术语“中心”，“横向”、“纵向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位和位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。

在本发明中，除另有明确规定和限定，如有术语“组装”、“相连”、“连接”术语应作广义去理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；也可以是机械连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部相连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述的术语在本发明中的具体含义。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

如图1所示，本发明提出一种空气源热泵空调器的室外机防结霜装置，包括室外机和空调室内机8，室外机的外侧设有室外机进风口9和室外机出风口10，室外机的内部设有风机2、室外换热器3、可再生吸附薄板7、压缩机1和四通换向阀6，压缩机1通过四通换向阀6分别与室外换热器3和空调室内机8连接，风机2具有反向运转功能，既能正向运转，又能反向运转。

可再生吸附薄板7安装于空调室外机进风口9和室外换热器3之间，具有反转能力的风机2安装于室外机换热器3和室外机出风口10之间。可再生吸附薄板7的安装完全间断了外部空气与室外换热器3的直接接触，保证所有从空调室外机进风口9吸入的空气先经过可再生吸附薄板7进行降湿干燥。

如图2所示，可再生吸附薄板7包括薄板框架12、网筛11、电加热金属管4和可再生吸附材料5，薄板框架12作为可再生吸附材料5的支撑载体，薄板框架12支撑设立在可再生吸附材料5的外侧边处，网筛11固定在薄板框架12上并包覆在可再生吸附材料5外侧，避免散碎的可再生吸附材料5掉落。可再生吸附薄板7内压实填充足量的颗粒状可再生吸附材料5，电加热金属管4均匀埋设于可再生吸附薄板5内部。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，薄板框架12具有隔绝热量、固定和支撑的作用，由玻璃纤维或耐热陶瓷材料加工而成，薄板框架12边缘设有安装定位孔13，可再生吸附薄板7通过安装定位孔13固定于室外机进风口9和室外机换热器3之间。

进一步地，在所述的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置中，可再生吸附薄板7为若干颗粒状的可再生的吸附材料5压实填充而成的薄板，且至少一根电加热金属管4均匀埋设在可再生吸附薄板7内，电加热金属管4与可再生吸附材料5充分接触，即电加热金属管4能均匀地加热可再生吸附薄板7，保证可再生吸附薄板7中可再生吸附材料5内所吸附的水分能有效析出。与此同时，可以将可再生吸附薄板7的结构形状进行优化处理，如设计成蜂窝状并通过计算确定其最优厚度等，以使其吸水量增大和吸水速度加快。

本发明的空气源热泵空调器室外机防结霜方法，主要包括两个过程，即空气降湿过程和可再生吸附薄板7的再生过程。具体地，空气源热泵制热循环时，可再生吸附薄板7吸收室外换热器3进风空气中的水分，使室外机换热器3表面空气的相对湿度降低，以实现空气源热泵室外机的无霜运行。当可再生吸附薄板7吸水饱和时，开启内部电加热金属管4对可再生吸附材料5进行加热脱附，同时配合室外机内部风机2的反转，将脱附出来的水分吹至室外机外部的环境中，完成可再生吸附薄板7的再生，之后可再次进行吸附降湿，由此形成一个循环。

进一步地，在本实施例中，风机2具有反向运转功能。由于可再生吸附薄板7进行再生时，需要依靠在可再生吸附薄板7内埋设的若干电加热金属管4的加热，并配合室外机内部风机2的反向运转来实现可再生吸附材料5的再生过程。具体地，在可再生吸附薄板7进行再生过程时，为了防止水分进入室外机，要求风机2反向运转，即在可再生吸附材料5吸水达到饱和的情况下，利用电加热金属管4的加热，使可再生吸附薄板7中可再生吸附材料5内的水分能快速高效的析出，配合风机2的反向运转将析出的水分吹至室外机外部的环境中，使得可再生吸附薄板7复原。此时，风机2的转速需要保证出风的风速能将可再生吸附材料5解析出的水蒸气完全吹离。

进一步地，在本实施例中，可再生吸附材料5的特点为：在低温下能吸附空气中的水分且吸附量大，在加热时能解析出水分且脱附性能好，并且可再生吸附材料的化学性质稳定、使用寿命长。可再生吸附材料5包括但不限于为分子筛、活性氧化铝、硫酸钙、活性无水硫酸铜、硅胶、氯化锂或改性硅胶等中的一种或几种的组合。其中：分子筛的烘干再生温度为250℃、活性氧化铝的烘干再生温度为200℃、硫酸钙的烘干再生温度为163℃、活性无水硫酸铜的烘干再生温度为150℃、硅胶的烘干再生温度为120℃、氯化锂的烘干再生温度为120℃、改性硅胶的烘干再生温度为90℃。

在空气源热泵制热循环时，利用可再生吸附薄板7内的可再生吸附材料5吸收空气中水分，预先将吸入室外机内部与室外换热器3进行换热的外界空气做吸附除湿处理，使流经室外换热器3的空气含湿量低于结霜条件，来实现空气源热泵实际制热过程中的无霜运行。

此外，当可再生吸附薄板7内可再生吸附材料5的吸水量达到饱和时，启用可再生吸附薄板7的再生模式，通过电加热金属管4均匀地加热可再生吸附材料5，使可再生吸附材料5在除湿防结霜过程中吸附的水分能够有效的析出，同时配合室外机内部风机2的反转将水分吹至室外机外部的环境中，完成可再生吸附材料5的脱水再生，将可再生吸附薄板7复原，保持系统的持续运行。一方面，避免了空气源热泵空调器制热运行时压缩机1的频繁启停和四通换向阀6的频繁换向；另一方面，不会因空气源热泵空调器室外机防结霜对用户需求制热量以及舒适度产生任何的影响。

本发明无需改动系统结构，且工艺简单，能通过对室外换热器3进口空气降湿而达到防结霜的目的；在防结霜过程中，无需频繁启停压缩机1，仅需开启电加热金属管4的电加热和反转风机2的运转方向，在保证热泵系统稳定运行的同时，具有较好的防结霜效果。相比现有的逆循环除霜、旁通除霜和蓄能除霜等技术，本发明能避免压缩机1频繁启停、室内供热不稳定的问题，也可以防止室外机因除霜而产生大量积水的问题。

综上，在本实施例中，提出的空气源热泵空调器的室外机防结霜装置，采用一种由薄板框架12、网筛11、电加热金属管4和可再生吸附材料5制成的可再生吸附薄板7，来防止空气源热泵制热循环时因室外换热器3表面空气湿度过大而引起的结霜问题。在结构上仅仅通过在热泵空调的室外机进风口9和室外换热器3之间安装一个可再生吸附薄板7，不需要做其他改动，便达到了降湿防结霜的目的，其结构简单，改造方便，可行性高。在原理上通过除湿装置破坏霜层形成的条件，从源头上避免霜层的形成，解决了空气源热泵室外换热器3因结霜而导致的换热性能差、制热量不足等问题；在除湿防结霜过程中，热泵系统能正常为用户供热，解决了传统除霜方式因除霜过程而导致的室内供热不稳定、用户舒适度体验差等问题，也可以防止室外机因除霜而产生大量积水的问题。此外，直接将电加热金属管4埋设于可再生吸附材料5中，电加热金属管4与可再生吸附材料5均匀充分接触，充分利用电加热金属管4产生的热量对可再生吸附材料5进行加热，配合风机2的反转，使得可再生吸附材料5的脱水再生速度加快。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。