CN115151768A

CN115151768A - 热泵

Info

Publication number: CN115151768A
Application number: CN202180016960.5A
Authority: CN
Inventors: 李暎旻; 柳志亨; 赵殷晙; 金珉秀
Original assignee: LG Electronics Inc
Current assignee: LG Electronics Inc
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2021-02-24
Publication date: 2022-10-04
Also published as: WO2021172868A1; US20230101537A1; JP2023515811A; EP4111108A1; KR20210108242A; EP4111108A4

Abstract

本公开包括：第一管道，第一制冷剂在其中流动；第二管道，设置在第一管道的一侧并且第二制冷剂在其中流动；第一换热器，与第一管道和第二管道连接，并且第一制冷剂与第二制冷剂在其中进行热交换；锅炉，与第一管道连接，并且第一制冷剂在其中流动；压缩机，与第二管道连接，并且压缩第二制冷剂；第二换热器，与第二管道连接，并且第二制冷剂与室外空气在其中进行热交换；旁通管道，从第一管道分支并且被设置为与第二换热器进行热交换；以及三通阀，用于引导第一制冷剂通过旁通管道。根据本公开，当所述室外换热器作为蒸发器操作时，可以防止在其上结霜。

Description

热泵

技术领域

本公开涉及热泵，并且更具体地说，涉及在加热模式下提高加热效率并节省能量的热泵。

背景技术

在根据现有技术的热泵的情况下，冷却操作模式的制冷剂从压缩机排出，随后经由四通阀被传递到室外换热器，并通过膨胀机构从室外换热器被传递到室内换热器，并通过收集器被吸入到压缩机中。

在加热操作模式下，流入到室外换热器的制冷剂处于液态。

液态制冷剂蒸发成气态所需的热量从室外空气中获得。

因此，当外部温度低时，制冷剂的蒸发减少，并且相应地，流入到室内换热器的制冷剂的液体成分增加，并且加热性能极大地降低。

当外部空气温度下降到作为水的冰点的0℃或更低时，霜沉积在室外换热器上，并且加热操作效率极大地降低。

为了解决上述问题，近来的热泵被设计成具有除霜模式，在该除霜模式下，热泵在特定时间内从加热模式反向操作至冷却模式。当以这种方式切换到除霜模式时，可以去除附着到室外换热器的霜。

然而，在常规热泵中，当室内换热器处于加热模式下时，仅使制冷剂在热泵循环中循环来执行加热，使得其显著低于消费者对加热效率的提高和节约能量的预期。

此外，还存在蒸发温度在加热期间过度下降并且随后结冰的问题。

因此，需要一种能够防止或延迟在暴露于低温环境的空调的室外换热器中发生结霜的结构。

发明内容

技术目的

本公开要解决的问题是有效地防止在加热操作期间在室外换热器中可能发生的结霜，或者有效地减少生成的结霜。

本公开的问题不限于上述问题，并且本领域技术人员从以下描述中将清楚地理解未提及的其它问题。

技术方案

为了解决上述问题，根据本公开实施例的热泵包括：第一管道，第一制冷剂在其中流动；第二管道，设置在第一管道的一侧，并且第二制冷剂在其中流动；第一换热器，与第一管道和第二管道连接，并且第一制冷剂与第二制冷剂在其中进行热交换；锅炉，与第一管道连接，并且第一制冷剂在其中流动；压缩机，与第二管道连接并且压缩第二制冷剂；第二换热器，与第二管道连接，并且第二制冷剂与室外空气在其中进行热交换；旁通管道，从第一管道分支并且被设置为与第二换热器进行热交换；以及三通阀，用于引导第一制冷剂通过旁通管道。

其它实施例的细节被包括在详细描述和附图中。

有利效果

根据该实施例，通过在加热期间在靠近用作蒸发器的第二换热器120、220的位置安装水管道，或者通过在从冷凝器排出之后立即安装制冷剂管道，并且通过使高温流体朝向蒸发器循环，可以延迟第二换热器120、220的表面上的冻结。

此外，通过将其应用于与热泵连通的锅炉B，可以降低进入作为冷凝器的板式换热器的流入温度，从而导致效率的提高。

此外，通过降低流入温度，热泵的操作范围被加宽，从而可以降低操作成本。

附图说明

图1示意性示出了根据本公开一个实施例的热泵。

图2示意性示出了根据本公开另一实施例的热泵。

图3是锅炉-热泵的互锁操作中的温度-性能曲线图。

具体实施方式

最佳模式

参照下面详细描述的实施例以及附图，本公开的优点和特征以及实现它们的方法将变得明显。然而，本公开不限于下面公开的实施例，而是可以以各种不同的形式实施。提供本发明的实施例以完全公开本公开，并将本公开的范围完全告知本公开所属领域的技术人员。本公开仅由权利要求的范围限定。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。

图1示意性示出了根据本发明一个实施例的热泵。

参照图1，热泵可包括：第一换热器110，其包括第一制冷剂在其中流动的第一管道111，和设置在第一管道111的一侧并且第二制冷剂在其中流动的第二管道112；锅炉B，与第一管道111连接；压缩机130和第二换热器120，它们与第二制冷剂在其中流动的第二管道112连接；旁通管道144，设置为在第二换热器120与第一制冷剂之间进行热交换；以及三通阀140，被切换成引导第一制冷剂通过旁通管道144。

第一换热器110可以根据第一制冷剂或第二制冷剂的流动方向而可变地操作，该流动方向通过热泵的冷却模式或加热模式而改变。

具体地说，第一换热器110可以在热泵的加热操作期间作为将高温、高压及气态的制冷剂冷凝成室温、高压及液态的冷凝器而进行操作。第一换热器110可以在热泵的冷却操作期间作为将低温、低压、液态的制冷剂蒸发成气态的蒸发器而进行操作。

如上所述，通过根据第一制冷剂或第二制冷剂的循环、与第二换热器120反向地操作第一换热器，可以实现用户期望的空气调节。

此外，第一换热器110可以是具有独立流动的制冷剂的板式换热器。

第一换热器110具有设置在两端处的第一管道111和第二管道112，使得第一制冷剂和第二制冷剂可以不彼此接触并且可以独立地流动。

将更详细地描述第一换热器110内部的流动。第一制冷剂具有单一路径，其中第一制冷剂通过形成在左端上的入口(未示出)流入到第一管道111中，并且通过移动到一侧而流向板113的纵向方向，并且通过第一管道111的另一侧排出。

此外，通过形成在右端的入口(未示出)流入到第二管道112中的第二制冷剂具有单一路径，其中第二制冷剂通过移动到一侧而流向板113的纵向方向(与第一制冷剂的流动方向相反)，并且通过第二管道112的出口(未示出)排出。

此外，板113可以通过结合部件(未示出)的结合来限定上述第一流动部件和第二流动部件，该结合部件结合两种类型的第一板(未示出)和第二板(未示出)。在此，彼此相邻的板113可以通过钎焊彼此结合。

吹风扇121可被设置在第二换热器120的一侧上。吹风扇121可将室外空气引导到第二换热器120。

由吹风扇121强制流动的空气与在第二换热器120内部流动的第二制冷剂进行热交换。

锅炉B连接到第一管道111，并且可以利用在第一管道111内部流动的水制冷剂来执行热水供应功能。

第二制冷剂可包括在第二换热器120和压缩机130中循环的制冷剂R32或R290。

换句话说，第二制冷剂可包括选作二氟甲烷(R32)或丙烷(Propane，R290)的组中的一种或混合制冷剂，它们是具有0.0的臭氧损耗潜势(ODP)的替代制冷剂。

压缩机130将具有低温和低压的气体制冷剂压缩到高温和高压，并将其供应到冷凝器。

此外，压缩机130可以设置多个。例如，当压缩机130是能够转换操作频率的逆变器压缩机时，其可包括使用固定的操作频率的恒定速度压缩机。

旁通管道144可以从第一管道111分支。第一制冷剂在旁通管道144内部流动。

三通阀140可包括第一流动路径141、第二流动路径142和第三流动路径143。第一流动路径141通过与锅炉B连接而使第一制冷剂循环。第二流动路径142可以连接到第一管道111。第三流动路径143可被设置为经由与第二换热器120进行热交换的旁通管道144结合到第二流动路径142，并沿除了第一流动路径141和第二流动路径142之外的方向被排出。

在热泵的冷却模式下，三通阀140可被控制为关闭，使得通过锅炉B的第一制冷剂不被供应到第二换热器120。在加热模式下，三通阀140可以被控制为打开，使得通过锅炉B的第一制冷剂被供应到第二换热器120。稍后将描述与此相关的操作。

收集器150可进一步被包括在压缩机130与第二换热器120之间。

在收集器150中，未蒸发的液体制冷剂被过滤掉，并且仅选择气态制冷剂，随后将其供应到压缩机130。

收集器150可被设置在压缩机130的吸入侧上的管道之间。收集器150接收来自第一换热器110或第二换热器120的制冷剂，并将制冷剂分离成气态和液态，随后仅将气态制冷剂供应到压缩机130。

膨胀阀160可进一步被包括在第二管道112与第二换热器120之间。

膨胀阀160使已经通过冷凝器的室温且高压的液体制冷剂膨胀，并将低温且低压的液体制冷剂供应到蒸发器。

对于膨胀阀160，可以应用能够控制开度的电子膨胀阀。

当热泵在加热模式下操作时，四通阀170引导通过压缩机130的制冷剂流入到第一换热器110中，并且引导通过第二换热器120的制冷剂流入到收集器150。

同时，当热泵在冷却模式下操作时，四通阀170引导通过压缩机130的制冷剂流入到第二换热器120中并且控制通过第一换热器110的制冷剂流入到收集器150中。

消音器180可以进一步被包括在四通阀170与压缩机130之间。膨胀阀160通常与毛细管一起使用，毛细管不会影响制冷性能，但是由于制冷剂流量的快速变化而产生噪音。

此时的噪声包括由于制冷剂的相位、压力、速度和内部能量的复杂变化而引起的响亮的流动噪声，因此可包括消音器180以降低这种噪声。

换句话说，消音器180执行降低从压缩机130排放的制冷剂的振动或噪声的功能。

在下文中，将描述根据本公开一个实施例的热泵的操作。

当根据本公开实施例的热泵在加热模式下操作时，通过四通阀170的控制，从压缩机130排放的高温、高压制冷剂流到第一换热器110。

此后，处于高温和高压状态的第二制冷剂在与通过第一换热器110的第一制冷剂进行热交换期间被冷凝和液化。

此后，通过膨胀阀160的第二制冷剂以具有高温和低压的两相制冷剂的状态通过第二换热器120。

其结果是，第二换热器120作为蒸发器而进行操作，并且第二换热器120的表面温度变为低温状态。

在此，由于第二换热器120的表面温度变得低于外部温度，因此在第二换热器120的表面上形成冷凝水。

此外，当外部温度低于或等于冻结温度时，冷凝水在第二换热器120的表面上冻结。当这种状态持续很长时间时，第二换热器120与外部空气的热交换性能由于冷凝水的冻结而降低，并且最终，必须通过执行除霜操作来去除冻结在表面上的冰。

为此，通过三通阀140的控制，从锅炉B排放的具有相对较高温度的第一制冷剂被旁通到旁通管道144。

因此，在第二换热器120的外表面上生成的冰可以通过第二制冷剂与第二换热器120的热交换过程而融化并去除。

旁通管道144可被设置得尽可能靠近以与第二换热器120进行热交换，并且其位置可以根据设计位置而不同地应用。

同时，当根据本公开一个实施例的热泵在冷却模式下操作时，从压缩机130排放的制冷剂在四通阀170的控制下在高温和高压状态下流到第二换热器120。

此后，通过第二换热器120的在高温和高压状态下的第二制冷剂在通过吹风扇121与外部空气进行热交换期间被冷凝和液化。

因此，第一换热器110作为蒸发器而进行操作。

在第一换热器110中相位改变的、低温且低压的第二制冷剂通过消音器180以降低噪声和脉冲，随后流到压缩机130。

图2示意性示出了根据本发明另一实施例的热泵。

参照图2，在根据本公开另一实施例的热泵中，与图1的热泵相比，三通阀的位置不同而其它部件相同，因此省略了对重复部件的描述。

旁通管道244可以从第一管道212分支。第二制冷剂在旁通管道244内部流动。

图2中所示的三通阀240可包括第一流动路径241、第二流动路径242和第三流动路径243。第一流动路径241可以连接到第一换热器210。第二流动路径242可以连接到第二换热器220。第三流动路径243可被设置为经由与第二换热器220进行热交换的旁通管道244结合到第一流动路径241，并且沿除了第一流动路径241和第二流动路径242之外的方向被排放。

当图2的热泵在加热模式下操作时，与图1的情况类似，从压缩机230排放的制冷剂通过四通阀270的控制在高温和高压的状态下流到第一换热器210。

此后，通过第一换热器210的在高温和高压状态下的第二制冷剂在与第一制冷剂进行热交换期间被冷凝和液化。

此后，第二制冷剂以具有高温和低压的两相制冷剂的状态通过膨胀阀260和第二换热器220。

其结果是，第二换热器220用作蒸发器，并且第二换热器220的表面温度变为低温状态。

在此，由于第二换热器220的表面温度低于外部温度，因此在表面上形成冷凝水。

而且，当外部温度低于或等于冻结温度时，冷凝水在第二换热器120的表面上冻结。当这种状态持续很长时间时，第二换热器120与外部空气的热交换性能由于冷凝水的冻结而下降，并且最终，必须通过执行除霜操作来去除冻结在表面上的冰。

为此，第二制冷剂在流入到安装在第一换热器210与第二换热器220之间的膨胀阀260之前，通过三通阀240的控制，通过旁通管道244p旁通第二换热器220，而不通过膨胀阀260。

换句话说，由于在室温或低温下在高压状态下通过第一换热器210的第二制冷剂的温度高于用作蒸发器的第二换热器220的第二制冷剂的温度，因此在第二换热器220的表面上生成的冰可以被融化并去除。

旁通管道244可被设置得尽可能靠近以与第二换热器220进行热交换，并且其位置可以根据设计位置而不同地应用。

同时，当根据本公开另一实施例的热泵在冷却模式下操作时，通过四通阀270的控制，从压缩机230排放的高温和高压制冷剂流到第二换热器220。

此后，通过第二换热器220的高温且高压状态下的第二制冷剂在通过吹风扇221与外部空气进行热交换的过程中被冷凝和液化。

此后，通过膨胀阀260的具有高温、低压的第二制冷剂以两相制冷剂的状态通过第一换热器210。

因此，第一换热器210用作蒸发器。

与图1的情况类似，在第一换热器210内部相变为低温且低压的第二制冷剂通过消音器280以降低噪声和脉冲，并且随后流到压缩机230。

图3是锅炉-热泵互锁操作中的温度-性能曲线图。

参照图3，仅锅炉在低于特定温度的区域(温度低于a+b区域中的温度的区域)中操作。当室外温度在a+b区域中时，可以通过同时操作锅炉和热泵来提高效率。在这种情况下，如果供应到热泵的温度低，则冷凝器的冷凝温度可能下降，并且相应地，可以确保过冷却的程度以提高效率。

上面已经说明和描述了本公开的优选实施例，但是本公开不限于上述具体实施例。本公开所属领域的技术人员可以在不脱离权利要求中的本公开要点的情况下以各种修改来实施本公开。这些修改的实施方式不应该从本公开的技术思想或角度单独地理解。

Claims

1.一种热泵，包括：

第一管道，第一制冷剂在其中流动；

第二管道，设置在所述第一管道的一侧，并且第二制冷剂在其中流动；

第一换热器，与所述第一管道和所述第二管道连接，并且所述第一制冷剂与所述第二制冷剂在其中进行热交换；

锅炉，与所述第一管道连接，并且所述第一制冷剂在其中流动；

压缩机，与所述第二管道连接并且压缩所述第二制冷剂；

第二换热器，与所述第二管道连接，并且所述第二制冷剂与室外空气在其中进行热交换；

旁通管道，从所述第一管道分支并且被设置为与所述第二换热器进行热交换；以及

三通阀，其被切换以引导所述第一制冷剂通过所述旁通管道。

2.根据权利要求1所述的热泵，

其中，所述三通阀包括第一流动路径、第二流动路径和第三流动路径，

其中，所述第一流动路径与所述锅炉连接，所述第二流动路径与所述第一管道连接，所述第三流动路径经由所述旁通管道结合到所述第二流动路径。

3.一种热泵，包括：

第一管道，第一制冷剂在其中流动；

压缩机，与所述第二管道连接并且压缩所述第二制冷剂；

旁通管道，从所述第二管道分支并且被设置为与所述第二换热器进行热交换；以及

三通阀，用于引导所述第二制冷剂通过所述旁通管道。

4.根据权利要求3所述的热泵，

5.根据权利要求2或4所述的热泵，还包括：

收集器，位于所述压缩机与所述第二换热器之间。

6.根据权利要求5所述的热泵，还包括：

膨胀阀，位于所述第二管道与所述第二换热器之间。

7.根据权利要求6所述的热泵，还包括：

四通阀，设置在所述压缩机、所述第一换热器、所述收集器和所述第二换热器之间，并且改变所述第二制冷剂在所述压缩机、所述第一换热器、所述收集器与所述第二换热器之间的流动方向。

8.根据权利要求6所述的热泵，

其中，所述第一换热器或所述第二换热器包括板式换热器。

9.根据权利要求8所述的热泵，

其中，所述第一制冷剂包括水。

10.根据权利要求8所述的热泵，

其中，所述第二制冷剂包括R32或R290，或者其混合物。

11.根据权利要求8所述的热泵，还包括：

消音器，位于所述四通阀与所述压缩机之间。