[发明专利]扫描除霜式空气源燃气热泵

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用天然气发动机驱动的空气源燃气热泵，特别是在户外进入超低温-12度条件下，仍能无须停机即可除霜的空气源燃气热泵，属于空调技术及节能领域。

背景技术

现有的空气源燃气热泵，主要由燃气发动机、氟利昂压缩机、四通阀、户内换热器、节流阀和户外换热器组成，燃气发动机使用天然气为能源，驱动氟利昂压缩机工作（也可先驱动发电机工作，再用发电机发的电驱动氟利昂压缩机工作），燃气发动机的排烟口经排气管排出室外，当四通阀处于对室内制热位置时，氟利昂压缩机的输出端经四通阀、室内换热器、节流阀与室外换热器连接，室外换热器的另一端与氟利昂压缩机的输入端连接，此时的室内换热器起冷凝器作用，冷凝的氟利昂液经节流器降压，节流后的氟利昂在室外换热器中蒸发并从大气中吸热，所产生的低压氟利昂蒸汽经四通阀的引导被压缩机的输入端吸入，完成循环，即可把室外较低温度空气中的热量泵到室内以保证采暖的需要。夏天将四通阀处于对室内制冷位置，使室外的换热器作为冷凝器，室内的换热器成为蒸发器，即可把室内的热量泵到室外的大气中以保证室内降温的需要。因其能量利用率高，是一种节能环保型冷暖供应装置。

这种装置在夏天工作时没有什么问题，而问题是在冬季，特别是户外温度降到5oC以下时，因为要保证能从大气中吸热，所以此时户外换热器的传热面温度必须降到0oC或甚至更低，当空气流过低于0oC的传热面时，空气中的水份就将在传热表面上结霜，此霜层不但使传热量减少，而且由于空气侧通道的间隙都很窄小，只有1.5—2.5mm，结霜层将会严重堵塞空气通道，从而使蒸发压力进一步下降，不但供热量大大下降，而且最后被迫自动仃机。传统上为解决此一问题所采用的方式主要有两种，第一种是利用四通阀改变机组的工况，实际是切换到夏季工况把室内的热量泵到室外的换热器，使其成为冷凝器，从而发热融霜，融霜之后再转回到冬季制热工况；第二种办法是在制造时就在室外的换热器传热面中嵌入电加热元件，当结霜达到一定程度后自动停机并接通电热元件加热以融霜。但不论哪一种方式，制热过程都必须停下来，而且都要为融霜而消耗额外的电能。这种额外电能的消耗会占到制热过程电耗的10%。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有空气源燃气热泵在冬季工作时需要经常停机进行融霜的问题，设计一种能在低气温条件下不停机即可融霜而正常工作的结构简单合理，直接利用燃气发动机排出的高温烟气对室外换热器结霜的传热表面轮流进行局部融霜的扫描除霜式空气源燃气热泵。

本发明的基本构思在于利用燃气发动机排出的高温烟气(其温度可高达300--400oC)进行除霜。但因该烟气流量远小于流经其户外换热器的空气流量，想利用烟气热量对户外换热器结霜的传热表面全部加热而防止结霜是根本行不通的。经进一步研究发现，户外蒸发器的迎面风速不是太高，一般为1.5—3m/s，所以在融霜之后，可以维持一小时左右的制热周期。如果在接近换热器迎风面上安装一个面积较小的可以沿换热器迎风面循环移动的喷射烟气的烟气扫描除霜装置，用全部高温烟气直接冲刷此局部传热面，此时除霜传热温差是结霜传热温差的百倍，而且可以适当设计烟气出口流速也高于空气流经换热器的流速，即可使融霜的总传热能力将数百陪于结霜速度之上。同时在结构设计上使这种冲刷的循环周期远小于其常规融霜后能正常工作的周期，就能将传热面上只积存有极少量的霜迅速被融解吹走，而这种除霜完全可以在不停机的情况下进行，所以能彻底底解决了现有的空气源燃气热泵需要经常停机融霜的难题。

本发明的扫描除霜式空气源燃气热泵，其结构包括燃气发动机、氟利昂压缩机、四通阀、户内换热器、节流阀和户外换热器，还包括烟气三通阀和烟气扫描除霜装置，所述烟气扫描除霜装置是一个面积较小的可以沿户外换热器迎风面循环移动的向户外换热器结霜的传热表面喷射烟气的装置，烟气三通阀的输入端与燃气发动机的排烟口连接，烟气三通阀的一个输出端经烟气管与烟气扫描除霜装置的进气端连接，烟气三通阀的另一个输出端经烟气管排出室外或经换热水箱后排出室外。

上述烟气扫描除霜装置可以设计成多种结构，对于户外换热器为圆形室外换热器时，其烟气扫描除霜装置可相应设计成旋转型扫描除霜装置，其一种结构包括支撑管和顶管设有转动座的Π型转动喷气管，所述支撑管固装在圆形室外换热器的中心，Π型转动喷气管经转动座安装在支撑管的顶端，Π型转动喷气管的两个垂管吊装在圆形室外换热器的外侧，垂管内侧设有喷气孔，喷气孔经垂管和顶管与支撑管上端连通，支撑管下端为烟气扫描除霜装置的进气端。