CN203421778U - 一种溶液辅助储能型家用空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于制冷/热技术和防霜技术领域，具体涉及一种溶液辅助储能型家用空调器。本实用新型的技术要点在于，它包括传统的室内机和室外机，室外机还包括溶液罐、溶液换热器和再生器；溶液罐与安装于室外换热器外的喷淋装置通过溶液管道、溶液泵Ⅰ及电磁阀Ⅰ构成一个循环回路，循环工质为吸湿性盐溶液，喷淋装置能将吸湿性盐溶液喷淋在室外换热器表面；溶液罐还与溶液换热器和再生器通过溶液管道依次连接构成一个再生循环回路，溶液管道上安装有溶液泵Ⅱ及电磁阀Ⅱ，循环工质为吸湿性盐溶液。本实用新型在冬季室外温度较低时，空调在制热过程中能处于无霜运行，从而降低能耗、提高系统性能。

Description

一种溶液辅助储能型家用空调器

技术领域

本实用新型属于制冷/热技术和防霜技术领域，具体涉及一种在冬季室外温度较低时，空调在制热过程中能处于无霜运行，从而降低能耗、提高系统性能的溶液辅助储能型家用空调器。

背景技术

目前市场上使用的家用空调，大多是热泵型空调，尤其是空气源热泵居多。而这种空调存在一个极大的弊端，就是在冬季制热运行时，随着室外温度的降低，蒸发温度也降低，系统性能降低。当室外换热器表面温度等于或低于0℃时，空气中的水分将在换热器表面凝结并结霜。霜层增加了室外换热器的传热热阻，传热系数降低，且空气通过室外换热器的阻力也增加，使得通过室外换热器的风量减小，导致其吸热量减小，这样空调系统的制热量及性能均会下降，严重时出现停机，使空调系统不能正常工作。

空调室外机结霜将出现如下不利影响：（1）堵塞翅片间通道，增加空气流动阻力；（2）增加换热器热阻，换热能力下降；（3）化霜过程是一个空调运行过程，不仅不能制热，同时还需要消耗热量；（4）蒸发温度下降，能效比降低，热泵运行性能恶化，直到不能正常工作；（5）由于空调器不能正常工作影响室内热舒适性。上述弊端严重阻碍了热泵型空调的进一步推广。

对于空气源热泵空调除霜、防霜方面，国内外已经有了大量的研究。目前的除霜、防霜技术主要集中在以下三个方面：

（1）改变室外换热器周围的环境参数防止或延缓结霜。理论和实验研究表明，空气湿度对翅片管式蒸发器表面结霜量和结霜速率的影响最明显，其次是空气温度和流速。如：可采用固体除湿剂，或在蒸发器空气入口安装使用固体吸湿剂吸附床来降低空气湿度。

（2）改变机组系统流程或蒸发器结构参数防止或延缓结霜。如：在压缩机和蒸发器入口之间加一旁通管，通过增加旁通管内的制冷剂流量抑制蒸发器表明结霜。

（3）改变蒸发器表面特性防止或延缓结霜。如：在室外换热器表面添加疏水镀层可使水滴更容易脱落而达到延缓结霜的目的。

通过国内外空气源热泵防止或延缓结霜的研究现状可知，由于受到技术、应用条件、效率、经济等因素的制约，在解决家用空调器结霜问题方面还没有突破性的进展。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种当室外换热器（即蒸发器）表面温度低于0℃时，向其表面喷淋吸湿性盐溶液，避免空调结霜问题的溶液辅助储能型家用空调器。

本实用新型的目的是通过如下的技术方案来实现的：该溶液辅助储能型家用空调器，包括室内机和室外机；室内机包括室内换热器；室外机包括室外换热器、相互连接的压缩机和气液分离器，四通阀连接所述室外换热器、室内换热器、压缩机和气液分离器，室外换热器与室内换热器另一端的制冷剂工质管道上依次串连有主毛细管、副毛细管和过滤器，在副毛细管的两端并联有单向阀；其特点是：所述室外机还包括溶液罐、溶液换热器和再生器；所述溶液罐与安装于室外换热器外的喷淋装置通过溶液管道、溶液泵Ⅰ及电磁阀Ⅰ构成一个循环回路，循环工质为吸湿性盐溶液，喷淋装置能将吸湿性盐溶液喷淋在室外换热器表面，室外换热器表面安装有温度传感器，温度传感器与溶液泵Ⅰ及电磁阀Ⅰ连接并控制其动作；所述溶液罐还与溶液换热器和再生器通过溶液管道依次连接构成一个再生循环回路，溶液管道上安装有溶液泵Ⅱ及电磁阀Ⅱ，循环工质为吸湿性盐溶液，溶液罐内安装有浓度传感器，浓度传感器与溶液泵Ⅱ及电磁阀Ⅱ连接并控制其动作；所述溶液换热器通过制冷剂工质管道并联于所述室内换热器与过滤器之间的制冷剂工质管道上，室内换热器与过滤器之间的制冷剂工质管道上和溶液换热器的并联制冷剂工质管道上分别安装有电磁阀Ⅲ和电磁阀Ⅳ；所述溶液换热器还通过制冷剂工质管道并联于压缩机两端，并联的制冷剂工质管道上安装有电磁阀Ⅴ。

具体地说，所述喷淋装置包括壳体，室外换热器安装于该壳体内，室外换热器之上的壳体内安装有喷淋头，室外换热器之下的壳体内依次设有防溅水格栅和溶液集水槽，壳体底部连接有排污管及阀门，壳体底部一侧与所述溶液罐的溶液入口通过溶液管道连接，喷淋头的溶液入口与溶液罐的溶液出口之间通过溶液管道依次连接有溶液泵Ⅰ及电磁阀Ⅰ。

具体地说，所述再生器包括壳体，壳体顶部设有空气出口，空气出口安装有风机，壳体内的上部安装有喷头，喷头的溶液入口与溶液换热器的溶液出口连接，喷头之下的壳体内设有填料，填料之下设有空气入口，壳体底部设有溶液出口，该溶液出口与溶液罐的溶液入口连接。

本实用新型的空调器当室外温度达到或低于0℃时，喷淋装置开始向室外换热器表面喷淋吸湿性盐溶液，空气与溶液直接接触并发生热质交换，避免了结霜问题的出现，不仅从室外环境中吸收了环境空气中的显热和潜热，提高了系统制热量，而且系统无需除霜，可连续运行。溶液吸收空气中的水分后，浓度会有所降低，需要对溶液进行再生才能保持其浓度在需要的范围之内，而溶液的再生是利用了空调系统高效时段（即室外气温相对较高的时段）冷凝器出口的过冷热和压缩机出口的部分热量，再生后的溶液储存在溶液罐中，而在温度较低的低效时段使用空调时，可直接利用溶液罐中已完成再生的溶液对室外换热器表面进行喷淋，从而降低了空调器的全年运行能耗，提高了空调平均效率。

本实用新型与现有技术相比较具有如下有益效果：

（1）现有的除霜技术具有稳定性差、效率低等缺点，且融霜过程需要消耗大量能量。本实用新型利用向室外换热器表面喷淋吸湿性盐溶液，避免结霜问题的出现，保证空调在冬季制热时能持续运行，且安全系数较高，室内热舒适性得到大大改善。

（2）本实用新型利用溶液和制冷剂、室外空气进行热质交换，利用过冷热实现溶液的再生，降低了全年运行能耗的同时提高了系统的性能，空调系统的平均效率也有所提高。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图及冬季制热工况下的溶液流程示意图。

图2为本实用新型实施例的结构示意图及冬季制热工况下溶液再生时的制冷剂流程示意图。

图3为本实用新型实施例的结构示意图及冬季制热工况下溶液不需再生时的制冷剂流程示意图。

图4为本实用新型实施例的结构示意图及夏季制冷工况下的制冷剂流程示意图。

图5为本实用新型实施例的喷淋装置的结构示意图及溶液流程示意图。

图6为本实用新型实施例的再生器的结构示意图及工作流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的描述。

参见图1、图2、图3、图4，本实施例的溶液辅助储能型家用空调器包括室内机和室外机。室内机包括室内换热器6；室外机包括室外换热器1、相互连接的压缩机8和气液分离器9，四通阀7连接室外换热器1、室内换热器6、压缩机8和气液分离器9，室外换热器1与室内换热器6另一端的制冷剂工质管道上依次串连有主毛细管2、副毛细管3和过滤器5，在副毛细管3的两端并联有单向阀5。以上部分为现有技术，在夏季，室内换热器6即为蒸发器，室外换热器1为冷凝器；在冬季，通过四通阀7的转换，室内换热器6为冷凝器，而室外换热器1则为蒸发器。

从图1、图2、图3、图4中可见，室外机还包括溶液罐14、溶液换热器10和再生器11。溶液罐14与安装于室外换热器1外的喷淋装置（图中未画出）通过溶液管道、溶液泵Ⅰ12及电磁阀Ⅰ13构成一个循环回路，循环工质为吸湿性盐溶液，喷淋装置能将吸湿性盐溶液喷淋在室外换热器表面，室外换热器表面安装有温度传感器（图中未画出），温度传感器与溶液泵Ⅰ12及电磁阀Ⅰ13连接并控制其动作。参见图5，喷淋装置包括壳体20，室外换热器1安装于壳体20内，室外换热器1之上的壳体20内安装有喷淋头21，室外换热器1之下的壳体20内依次设有防溅水格栅22和溶液集水槽23，壳体20底部连接有排污管24及阀门25，壳体20底部右侧与溶液罐14的溶液入口通过溶液管道连接，喷淋头21的溶液入口与溶液罐14的溶液出口之间通过溶液管道依次连接有溶液泵Ⅰ12及电磁阀Ⅰ13。

从图1、图2、图3、图4中可见，溶液罐14还与溶液换热器10和再生器11通过溶液管道依次连接构成一个再生循环回路，溶液管道上安装有溶液泵Ⅱ15及电磁阀Ⅱ16，循环工质为吸湿性盐溶液，溶液罐14内安装有浓度传感器（图中未画出），浓度传感器与溶液泵Ⅱ15及电磁阀Ⅱ16连接并控制其动作。参见图6，再生器11包括壳体1101，壳体1101顶部设有空气出口，空气出口安装有风机1102，壳体1101内的上部安装有喷头1103，喷头1103的溶液入口与溶液换热器10的溶液出口连接，喷头1103之下的壳体1101内设有填料1104，填料1104之下设有空气入口1105，壳体1101底部设有溶液出口1106，溶液出口1106与溶液罐14的溶液入口连接。

从图1、图2、图3、图4中可见，溶液换热器10通过制冷剂工质管道并联于室内换热器6与过滤器5之间的制冷剂工质管道上，室内换热器6与过滤器5之间的制冷剂工质管道上和溶液换热器10的并联制冷剂工质管道上分别安装有电磁阀Ⅲ19和电磁阀Ⅳ18；溶液换热器10还通过制冷剂工质管道并联于压缩机8两端，并联的制冷剂工质管道上安装有电磁阀Ⅴ17。

本实用新型实施例的工作原理及过程如下：

压缩机8出口处的高温高压的气态制冷剂在冬季制热运行时分为两路：一路通过四通阀7与室内换热器6连接；另一路则通过溶液换热器10，与低温稀溶液进行热交换后，重新回到压缩机8，这部分压力较高的制冷剂进入压缩机8与来自蒸发器即室外换热器1的低压制冷剂混合，再被压缩机8提高压力和温度，这样可以降低压缩机8的压比，减小压缩机8的能耗，并可拓宽空气源热泵系统的运行工况范围。

室内换热器6出口的制冷剂也分为两路：在冬季制热运行时，如需对溶液进行再生，则电磁阀Ⅳ18打开，电磁阀Ⅲ19关闭，制冷剂进入溶液换热器10，与溶液发生热交换后进入干燥器5端口，如图2中箭头所示；当溶液不需要进行再生时，电磁阀Ⅳ18关闭，电磁阀Ⅲ19打开，室内换热器6出口的制冷剂直接进入干燥器5，经主毛细管2、副毛细管3进入室外换热器1，完成制热循环，如图3中箭头所示；在夏季制冷运行时，空调的运行状态与传统空调相同，如图4中箭头所示，压缩机8从室内换热器6（即蒸发器）吸入低温低压的制冷剂蒸汽，压缩成高温高压的气体，排入室外换热器1（即冷凝器），使制冷剂在其中冷凝成常温高压的液体，高压液体制冷剂经主毛细管2节流降压后，成为低温低压液体，经过单向阀4进入蒸发器，在蒸发器中吸收室内空气的热量蒸发成低温低压的蒸汽，然后再被压缩机8吸入，重复上述制冷循环，在此过程中，电磁阀Ⅰ13、电磁阀Ⅱ16、电磁阀Ⅴ17、电磁阀Ⅳ18均关闭，电磁阀Ⅲ19打开。

参见图1，在冬季制热工况下，室外换热器1外面的喷淋装置与溶液罐14、电磁阀Ⅰ13、溶液泵Ⅰ12依次连接，构成一个循环回路，循环工质为吸湿性盐溶液。当室外温度达到或低于0℃时，电磁阀Ⅰ13打开，溶液泵Ⅰ12开启，溶液罐14中的浓溶液通过喷淋装置的喷淋头21在室外换热器1表面喷淋，空气与溶液直接接触并进行热质交换，溶液浓度降低，变为低温稀溶液回到溶液罐14中，与原溶液混合后继续下一次循环。当室外换热器1表面温度高于0℃时，电磁阀Ⅰ13关闭，此时溶液循环不运行。

参见图1、图2，在冬季制热工况下，溶液罐14与溶液泵Ⅱ15、电磁阀Ⅱ16、溶液换热器10、再生器11依次连接，构成一个再生循环回路，循环工质为吸湿性盐溶液。电磁阀Ⅱ16打开，溶液罐14中的低温稀溶液经溶液泵Ⅱ15进入溶液换热器10，此时，电磁阀Ⅳ18打开，电磁阀Ⅲ19关闭，低温稀溶液与冷凝器即室内换热器6出口处的常温高压制冷剂进行热交换，溶液温度得到提升。制冷剂变为过冷液态后进入干燥器5，经过主毛细管2、副毛细管3和室外换热器1变为低温低压的制冷剂蒸汽后，又重新回到压缩机8，继续完成下一个制热循环。溶液换热器10的溶液出口处的溶液温度得到提升后，继续进入再生器11，喷淋在填料1104上，填料1104可增加空气与溶液的接触面积，环境空气从再生器11的下部进入，从上部排出，溶液和空气进行热质交换，溶液中的水分蒸发，蒸发时需要吸收溶液中的热量，即汽化潜热，故溶液浓度升高，温度降低，变为浓溶液回到溶液罐14中。当室内换热器6（即冷凝器）的过冷热无法满足溶液的再生需求时，电磁阀Ⅴ17打开，利用压缩机8出口处的部分高温制冷剂的热量辅助再生。

在上述室外换热器1外面的喷淋装置与溶液罐14、电磁阀Ⅰ13、溶液泵Ⅰ12依次连接构成的循环回路中，随着溶液的不断循环，溶液罐14中的溶液浓度越来越低，为防止溶液结冰，溶液罐中的溶液有一个最低溶液浓度，当溶液罐14中的溶液浓度接近环境温度对应的溶液的结冰浓度时，溶液将自动再生。随着再生的不断进行，溶液浓度越来越高，为防止溶液结晶，溶液有一个最高溶液浓度，当溶液浓度接近环境温度对应的溶液的结晶浓度时，溶液将停止再生，此时，电磁阀Ⅱ16、电磁阀Ⅴ17、电磁阀Ⅳ18均关闭，电磁阀Ⅲ19打开。

由于在冬季使用空调时，室外温度较低，当室外温度越低，空调的效率也越低，故在室外温度很低时，不宜对溶液进行再生，会影响空调的制热效果，降低空调使用效率。本实用新型中，可选择在空调运行的高效时段（即室外气温相对较高的时段）对溶液进行再生，储存在溶液罐14中，而在温度较低的低效时段使用空调时，可直接使用溶液罐14中的溶液进行喷淋，不需进行再生，这样可以大大提高空调的平均效率，并降低全年运行能耗。

Claims (3)

1.一种溶液辅助储能型家用空调器，包括室内机和室外机；室内机包括室内换热器；室外机包括室外换热器、相互连接的压缩机和气液分离器，四通阀连接所述室外换热器、室内换热器、压缩机和气液分离器，室外换热器与室内换热器另一端的制冷剂工质管道上依次串连有主毛细管、副毛细管和过滤器，在副毛细管的两端并联有单向阀；其特征在于：所述室外机还包括溶液罐、溶液换热器和再生器；所述溶液罐与安装于室外换热器外的喷淋装置通过溶液管道、溶液泵Ⅰ及电磁阀Ⅰ构成一个循环回路，循环工质为吸湿性盐溶液，喷淋装置能将吸湿性盐溶液喷淋在室外换热器表面，室外换热器表面安装有温度传感器，温度传感器与溶液泵Ⅰ及电磁阀Ⅰ连接并控制其动作；所述溶液罐还与溶液换热器和再生器通过溶液管道依次连接构成一个再生循环回路，溶液管道上安装有溶液泵Ⅱ及电磁阀Ⅱ，循环工质为吸湿性盐溶液，溶液罐内安装有浓度传感器，浓度传感器与溶液泵Ⅱ及电磁阀Ⅱ连接并控制其动作；所述溶液换热器通过制冷剂工质管道并联于所述室内换热器与过滤器之间的制冷剂工质管道上，室内换热器与过滤器之间的制冷剂工质管道上和溶液换热器的并联制冷剂工质管道上分别安装有电磁阀Ⅲ和电磁阀Ⅳ；所述溶液换热器还通过制冷剂工质管道并联于压缩机两端，并联的制冷剂工质管道上安装有电磁阀Ⅴ。

2.根据权利要求1所述的溶液辅助储能型家用空调器，其特征在于：所述喷淋装置包括壳体，室外换热器安装于该壳体内，室外换热器之上的壳体内安装有喷淋头，室外换热器之下的壳体内依次设有防溅水格栅和溶液集水槽，壳体底部连接有排污管及阀门，壳体底部一侧与所述溶液罐的溶液入口通过溶液管道连接，喷淋头的溶液入口与溶液罐的溶液出口之间通过溶液管道依次连接有溶液泵Ⅰ及电磁阀Ⅰ。

3.根据权利要求1或2所述的溶液辅助储能型家用空调器，其特征在于：所述再生器包括壳体，壳体顶部设有空气出口，空气出口安装有风机，壳体内的上部安装有喷头，喷头的溶液入口与溶液换热器的溶液出口连接，喷头之下的壳体内设有填料，填料之下设有空气入口，壳体底部设有溶液出口，该溶液出口与溶液罐的溶液入口连接。

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