一种热泵型双级压缩除霜装置

本发明涉及制冷与传热，尤其涉及一种热泵型双级压缩除霜装置。

背景技术：

1、现阶段，冷库主要采用蒸发制冷的原理进行降温，而冷库内部长期处于低温高湿状态，导致在蒸发器表面的水蒸气饱和分压力变小，相对湿度达到100％，进而水蒸气析出并在蒸发器表面结霜。霜层的厚度影响蒸发器的换热效果，对于冷风机，霜层减小了空气的流通面积，气体阻力增加，风机耗功率变大；此外还会影响压缩机内润滑油的流动特性，致使整套制冷系统的能效降低，冷库内温度波动，造成能量浪费与冻品质量下降。

2、为改善蒸发器表面的换热状况，定期除霜成为制冷过程中的必要流程。现阶段使用的除霜方法主要有电加热除霜法、热气融霜法、蓄能除霜法、液体制冷剂除霜法与连续融霜法等，但每种融霜方法各有利弊。现阶段冷库融霜过程中急需解决的问题是减小库温的波动和缩短融霜时间。

3、人工除霜：一种传统的除霜方式。在某些采用蒸发排管制冷的冷库中，为防止热气除霜产生的水分污染冷冻制品，一般采用人工除霜的方法。通常需要专门人员手持除霜工具在冷库内进行工作，此方式不需要增加额外装置，除霜时间短、室内温度波动小。但会增加人力成本，工作人员的工作环境也较差。近年来，人工除霜方式会与其它除霜方式结合使用，适合中小型制冷系统。

4、水冲霜：吊顶式冷风机配备淋水装置，利用高压水流产生的动能剥落盘管上的霜层。水冲霜的工作过程分为制冷剂排空、水冲霜、排水三个过程，所以除霜时间较长，且需要较大水量，适合水源充足地区。此方式操作简单、适合冷风机结霜速度慢、霜层比较薄的情况。

5、电热融霜：在冷风机的蒸发器盘管中插入加热棒，利用电能转换的热能融化蒸发器上的霜层。电热融霜的除霜时间短，系统简单，可实现自动化控制。但是融霜过程耗能太多，容易形成二次结霜风险，对冷库的温度影响也较大。

6、空气融霜：空气除霜最大的特点是冷风机的安装形式不同于其它方式。空气除霜系统中的冷风机放置在一个密闭空腔内，此空腔利用阀门控制分别与冷库与室外相连。制冷时关闭与室外相连的阀门，打开与冷库连接的阀门，库内空气经过冷风机完成制冷循环；除霜时打开与室外相连的阀门，关闭与冷库连接的阀门，风机保持运行，利用室外温度实现除霜过程。此方式不需要增加其它耗能，运行简单；但是对于阀门的密闭保温效果要求较高，且只适用于冬季室外温度不低于2℃的温和地区。

7、热气融霜：此除霜方法利用了制冷循环中的冷凝器前的高温高压气体，把气体引入需要除霜的蒸发器内，凝结放热。此系统回收利用冷凝器的热量进行除霜，具有节能意义。并且液体温度高，除霜时间短，对应的，此方式对冷库内温度波动影响较大。此系统管路复杂，一般需要设置排液容器，此方式广泛用于冷库除霜中。

8、蓄能除霜：此方式是对热气融霜的改进方法。在热气融霜的系统上增加一个蓄能装置，利用蓄存的热量进行除霜，比单纯的热气融霜系统除霜时间更短，但是系统结构复杂，而且蓄热装置的材料限制了此方式的应用。

9、液体制冷剂除霜：液体制冷剂除霜与热气除霜方式相似，都是利用压缩机后的高温高压气体进行散热除霜。液体制冷剂除霜的不同在于，需要除霜的蒸发器串联在冷凝器之后，液体制冷剂在除霜过程中获得更高的过冷度，将除霜的冷量转化为过冷度，可提升制冷系统的整体效率。此系统需要两个以上蒸发器并联工作，系统设置也较复杂。但是库温波动小、系统效率高。

10、连续融霜：连续融霜方式也为热气融霜的改进方法。连续融霜系统需要设置多个蒸发器，当其中一个蒸发器需要除霜时，利用阀门控制，让压缩机出口还未进入冷凝器的高温高压气体首先流入除霜蒸发器之中。此种方法除霜速度快，系统复杂。但是在结霜较小时会引起冷库内温度波动。

11、以上几种除霜方式均有应用，其中液体制冷剂除霜与连续融霜两种方法可利用冷凝器作为热源进行除霜，不需要其它热量，可达到节能效果；而且这两种方法自动化程度高，容易控制，是近几年推行的除霜方式。但是无论哪种方法都存在一定的缺陷，目前亟需一种除霜速度快、室温波动小、可利用冷凝热的除霜装置。

技术实现思路

1、本发明目的是为了解决现有技术中的问题，提出了一种热泵型双级压缩除霜装置。所述装置可以缩短除霜时间，避免产生温度波动，除霜效率高，能够利用高压级压缩机为动能的制冷除霜系统，同时所述装置除霜效率高，温度波动小，运行稳定，同时回收冷凝器排除的热量除霜，减少能源消耗。

2、本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种热泵型双级压缩除霜装置，所述装置包括第一蒸发器、第二蒸发器、冷凝器、低压级压缩机、高压级压缩机、中间冷却器、气液分离器、第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第三热力膨胀阀、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀、第十三电磁阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、干燥器、视液镜、除霜控制器、第一风机和第二风机；

3、中间冷却器的第一接口通过第三单向阀连接高压级压缩机的进口，第一蒸发器与第二蒸发器的第一接口分别通过第六电磁阀、第八电磁阀后并联在一起与高压级压缩机的出口连接，第一蒸发器与第二蒸发器的第二接口分别通过第五电磁阀、第七电磁阀并联在一起后与中间冷却器第三接口和除霜控制器第二连接口连接，与中间冷却器第三接口连接时通过第十一电磁阀与第三热力膨胀阀，与除霜控制器第二连接口连接时通过第十三电磁阀，中间冷却器的第二接口通过第二单向阀与第十电磁阀与低压级压缩机的出口和冷凝器的进口连接，中间冷却器的第二接口与冷凝器的进口连接时通过第九电磁阀与第一单向阀，冷凝器的出口通过第十二电磁阀连接到除霜控制器第一连接口的进口，除霜控制器的出口与干燥器的进口连接，干燥器的出口与视液镜的进口连接，视液镜的出口与第一蒸发器和第二蒸发器的第一接口连接，视液镜的出口与第一蒸发器连接时通过第二电磁阀和第一热力膨胀阀，视液镜的出口与第二蒸发器连接时通过第四电磁阀和第二热力膨胀阀，第一蒸发器与第二蒸发器的第二接口分别通过第一电磁阀、第三电磁阀并联在一起后与气液分离器进口相连接，气液分离器出口与低压级压缩机的进口连接；第一蒸发器设置有第一风机、第二蒸发器设置有第二风机；除霜控制器分别与第一风机、第二风机、第十电磁阀、第十二电磁阀、第十三电磁阀、干燥器连接，控制阀门与风机开闭进而实现制冷与除霜工况。

4、进一步地，该装置进行制冷工况时，第五电磁阀、第六电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第十一电磁阀、第十三电磁阀关闭，其它电磁阀开启；第一蒸发器、第二蒸发器为蒸发器；冷凝器为冷凝器；除霜控制器控制第一风机与第二风机开启；从第一蒸发器与第二蒸发器出口流出的低温低压制冷剂经第一电磁阀、第三电磁阀进入气液分离器，气液分离器分离出的气体制冷剂被低压级压缩机吸入压缩成为中温中压的气体排出，多余的液体制冷剂贮藏在气液分离器中；气体经第九电磁阀与第一单向阀进入冷凝器放热冷凝成为饱和状态，经过第十二电磁阀、除霜控制器、干燥器、视液镜、第一热力膨胀阀、第二热力膨胀阀、第二电磁阀、第四电磁阀进入第一蒸发器、第二蒸发器蒸发吸热完成制冷，再从第一蒸发器、第二蒸发器出口流出进入下一个循环。

5、进一步地，该装置对第一蒸发器进行除霜工况时，第一电磁阀、第二电磁阀、第七电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十二电磁阀关闭，其它电磁阀开启；第一蒸发器为冷凝器；第二蒸发器为蒸发器；冷凝器关闭；除霜控制器控制第一风机关闭、第二风机开启；从第二蒸发器出口流出的低温低压制冷剂经第三电磁阀进入气液分离器，气液分离器分离出的气体制冷器被低压级压缩机吸入压缩成为中温中压的气体排出，多余的液体制冷剂贮藏在气液分离器中；中温中压的气体经过第十电磁阀、第二单向阀进入中间冷却器，从中间冷却器分离出来的气体经过第三单向阀，被高压级压缩机吸入压缩为高温高压气体；高温高压气体通过第六电磁阀进入第一蒸发器，对第一蒸发器进行除霜动作，此时第一风机关闭，有效避免热气外露影响冷库温度波动；在第一蒸发器中完成放热器过程后，经第五电磁阀后分为两路，一路通过第三热力膨胀阀与第十一电磁阀进入中间冷却器，分离气体后再进入高压级压缩机进行高压循环；另一路与中间冷却器内液体换热成为过冷液，过冷液通过第十三电磁阀、除霜控制器、干燥器、视液镜、第四电磁阀、第二热力膨胀阀进入第二蒸发器蒸发吸热进行制冷，以保证冷库室温要求；制冷剂从第二蒸发器出口流出形成一个闭合循环。

6、进一步地，该装置对第二蒸发器进行除霜工况时，第三电磁阀、第四电磁阀、第五电磁阀、第六电磁阀、第九电磁阀、第十二电磁阀关闭，其它电磁阀开启；第二蒸发器为冷凝器；第一蒸发器为蒸发器；冷凝器关闭；除霜控制器控制第一风机关闭、第二风机开启；从第一蒸发器出口流出的低温低压制冷剂经第一电磁阀进入气液分离器，气液分离器分离出的气体制冷器被低压级压缩机吸入压缩成为中温中压的气体排出，多余的液体制冷剂贮藏在气液分离器中；中温中压的气体经过第十电磁阀、第二单向阀进入中间冷却器，从中间冷却器分离出来的气体经过第三单向阀，被高压级压缩机吸入压缩为高温高压气体；高温高压气体通过第八电磁阀进入第二蒸发器，对第二蒸发器进行除霜动作，此时第二风机关闭，有效避免热气外露影响冷库温度波动；在第二蒸发器中完成放热器过程后，经第七电磁阀后分为两路，一路通过第三热力膨胀阀与第十一电磁阀进入中间冷却器，分离气体后再进入高压级压缩机进行高压循环；另一路与中间冷却器内液体换热成为过冷液，过冷液通过第十三电磁阀、除霜控制器、干燥器、视液镜、第二电磁阀、第一热力膨胀阀进入第一蒸发器蒸发吸热进行制冷，以保证冷库室温要求；制冷剂从第一蒸发器出口流出形成一个闭合循环。

7、本发明具有的有益效果是：

8、冷库内对除霜效果的判断因素主要为三个方面：1.除霜时间；2.室温波动；3.能源消耗。本发明从这三个因素出发，寻找一款除霜速度快、室温波动小、可利用冷凝热的除霜装置。本发明所提出的热泵型双级压缩除霜装置具有以下三个特点：

9、1、本发明增加一台高压级压缩机，形成一个热泵循环系统，利用较高的排气温度进行冷库除霜。单级压缩机制冷系统的排气温度一般为35℃～40℃，采用连续融霜方式的系统进入除霜蒸发器的温度不超过40℃；而双级压缩机制冷系统的排气温度可达55°c～60℃，在此温度下融霜速度更快。以除霜蒸发器出口制冷剂温度为目标，实现系统的自动控制。在此控制方法下，双级压缩机制冷系统的除霜时间仅为单级压缩机制冷系统的64％，大大缩短了时间。

10、2、在单独制冷和除霜两个循环下，低压级压缩系统负责连续对环境内制冷。但在除霜时，由于循环中增加了中间冷却器，液体制冷剂在除霜过程中获得的过冷度得到提高，导致进入制冷蒸发器中的状态点在压焓图中左移，制冷系统的制冷量变大。增加的此部分制冷量可以降低环境中的室温波动，使整个冷库内的温度保持在一个稳定的范围之内。

11、3、本发明所述装置在传统的冷库制冷系统中增加了一个热泵系统，利用低压级压缩机制冷循环的中温热源转变为高压级压缩机循环的低温热源。系统内输入高压级压缩机的动能，提高排气温度用于快速除霜。此方法相较于直接使用电加热除霜更有利于节能，而且回收了低压级压缩机制冷循环的冷凝热，对于整个系统具有节能意义。