集成涡流管和半导体制冷片的空调室外机除霜系统及方法与流程

本发明涉及集成涡流管和半导体制冷片的空调室外机除霜系统及方法，属于空调维护领域。

背景技术：

近几年，随着我国国民经济的不断发展，人们生活水平的不断提高，空调已进入千家万户。在我国南方，供暖尚未普及，空调仍然是家庭过冬的必备设备。然而，当环境温度较低时，空调制热就很难运行了，即使运行，效果也很差，温度越低，越容易结霜。这是因为在冬季，空调在运行时主要是进行供热运行，在室外处于蒸发吸热状态，如果在使用空调的过程中，室外的温度较低，那么空调室外机的换热器的蒸发温度会低于零度，空气中的水分就会在空调室外机上凝结成霜。空调结霜会严重影响空调制热的运行，直接造成空调停机，且总体上造成空调运行消耗电能变多，制热效果变差。如何有效的解决空调外机结霜问题，引发越来越多人们的关注，利用外接热能解决空调外机结霜成为家庭空调行业的研究方向。

目前，空调外机结霜是影响空调冬季制热的主要原因，空调系统自己除霜是当前的主要方式，这是由空调厂家自己设定的除霜方案控制除霜。一般而言，室外温度5度左右，空调都应该可以正常除霜，不影响空调的正常运行，但是当室外温度过低时，空调自身除霜功能就难以有效使用。温度过低时，手动除霜是一种有效的方式，用热水冲刷空调外机，或者敲掉空调外机破冰实现除霜功能，但是难度系数较高，实践不方便。此外，可以把空调调到制冷模式来进行除霜，此种方法只适用于外机结霜严重，空调难以运行，不适宜家庭日常空调除霜。外接热源除霜，可以在极端天气下保证空调的正常运行，已有部分学者提出在空调外机外接热源进行除霜。如专利201611160266.8用于热泵型客车空调系统的涡流管除霜系统，涡流管产生的热气通过热通道、控制阀和热气流喷嘴喷射到蒸发器的外表面，有效的解决了热泵型客车空调系统在冬季室外温度较低时系统无法正常制热，空调频繁除霜和除霜不彻底等问题，但是未将涡流管可以分离冷热两股气流的工作特性充分利用起来，造成了资源的浪费；如专利201210267469.2用热水喷淋的方式来处理空调外机结霜问题，虽然也可解决空调外机结霜问题，但仅仅用热水喷淋的方式除霜不仅能耗大、效率较低，且容易造成水污染。

本发明将涡流管和半导体制冷片两种与空调系统结合，解决空调外机结霜问题的同时，辅助空调系统的制冷。冬季时，空气泵驱使一定速度的气体进入涡流管，产生热气为空调外机除霜，半导体制冷片通电后产生热量的一端贴附于室外机换热器一侧，为空调外机除霜。同时，本发明设计了生活废水循环辅助除霜功能，家庭废水中所包含的热量通过循环为空调外机除霜，实现了热能的高效利用。夏季时，涡流管产生的冷气通入室内和半导体制冷片产生冷量供给空调内机，辅助空调制冷。此外，本系统外接太阳能板和风力发电机，并将产生的电能储存于蓄电池中，太阳能板和风力发电机为系统提供清洁环保的绿色能源，保障本系统的正常稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是提供集成涡流管和半导体制冷片的空调室外机除霜系统及方法。

该系统由第一换热器1、第一半导体制冷片2、四通换向阀3、压缩机4、第一热气流喷嘴5、第一热气流喷嘴6、第二热气流喷嘴7、节流阀8、进水泵9、进水截止阀10、生活废热水收集水箱11、排水泵12、排水截止阀13、接水盘14、第二半导体制冷片15、冷气流喷嘴16、涡流管17、四通阀18、室内接口19、室外接口20、第一三通阀21、微型风力发电机22、蓄电池23、太阳能板24、第二三通阀25、空气泵26、第三三通阀27组成；

其中四通换向阀3有一个入口和三个出口，三个出口跟别对应第一换热器1、压缩机4和第二换热器6的入口；涡流管17有一个入口和两个出口，第一出口为冷却出口，第二出口为热气出口，两个出口分别对应四通阀18和第三三通阀27的入口；四通阀18有一个入口和三个出口，三个出口分别对应冷气流喷嘴16、室内接口19和第一三通阀21的入口；第一三通阀21有两个入口和一个出口，两个入口分别对应四通阀18和第三三通阀27的出口；蓄电池23有两个入口和两个出口，两个入口分别对应太阳能板24和微型风力发电机22的出口，两个出口分别对应第二三通阀25和空气泵26的入口；第二三通阀25有一个入口和两个出口，两个出口分别对应第一半导体制冷片2和第二半导体制冷片15的入口，第三三通阀27有一个入口和两个出口，两个出口分别对应第一热气流喷嘴5和第一三通阀21；

第一换热器1的出口与节流阀8的入口相连，节流阀8的出口与第二换热器6的入口相连，第二换热器6的出口与压缩机4的入口相连，压缩机4的出口与四通换向阀3的入口相连，四通换向阀3的第一出口与第一换热器1的入口相连；四通换向阀3的第二出口与压缩机4的入口相连，四通换向阀3的第三出口与第二换热器6的入口相连；

生活废热水收集水箱11的出口与进水截止阀10的入口相连，进水截止阀10的出口与进水泵9的入口相连，进水泵9的出口与第二热气流喷嘴7的入口相连，接水盘14的出口与排水截止阀13的入口相连，排水截止阀13的出口与排水泵12的入口相连排水泵12的出口与生活废热水收集水箱11入口相连；

空气泵26的出口与涡流管17的入口相连，涡流管17的第一出口与四通阀18的入口相连，四通阀18的第一出口与冷气流喷嘴16的入口相连，四通阀18的第二出口与室内接口19的入口相连，四通阀18的第三出口与第一三通阀21的入口相连，涡流管17的第二出口与第三三通阀27的入口相连，第三三通阀27的第一出口与第一热气流喷嘴5的入口相连，第三三通阀27的第二出口与第一三通阀21的入口相连，第一三通阀21的出口与室外接口20的入口相连；

太阳能板24的出口对应蓄电池23的入口，微型风力发电机22的出口对应蓄电池23的入口，蓄电池23的第一出口对应第二三通阀25的入口，蓄电池23的第二出口对应空气泵26的入口，第二三通阀25的第一出口与第一半导体制冷片2的入口相连，第二三通阀25的第二出口与第二半导体制冷片15的入口相连。

本系统分为冬季和夏季两个运行工况；

冬季工况下，系统开始运行时，此时四通换向阀3的入口与第一出口相连，气体氟利昂被压缩机4加压后成为高温高压气体，由压缩机4的出口流入四通换向阀3，由四通换向阀3的第一出口流入第一换热器1，在第一换热器1中气体氟利昂液化放热，成为液体，同时将室内空气加热，液体氟利昂由第一换热器1的出口流入节流阀8，经节流阀8减压后流入第二换热器6，液体氟利昂在第二换热器6中气化吸热，成为气体，气体氟利昂由第二换热器6的出口流入压缩机4；

涡流管：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，蓄电池23中储存的电能驱使空气泵26运行，一定速度的空气进入空气泵26，在空气泵26的驱动下进入涡流管17，热空气由涡流管17的第二出口流向第三三通阀27，由第三三通阀27的第一出口流向第一热气流喷嘴5，此时第三三通阀27的第一出口开启，第二出口关闭，由第一热气流喷嘴5喷出的热空气直接作用于第二换热器6，在第二换热器6中热空气把热量传给第二换热器6，降温后的热空气直接排至室外，同时由涡流管17的第一出口流出的冷空气进入四通阀18，由四通阀18的第三出口流入第一三通阀21，此时，四通阀18的第一出口、第二出口关闭，第三出口开启，第一三通阀21的第一入口开启，第二入口关闭，冷气经第一三通阀21的出口流向室外接口20；

半导体制冷片：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，蓄电池23中储存的电能流入第二三通阀25，电流方向为由正到负，由第二三通阀25的第二出口流向第二半导体制冷片15，此时第二三通阀25的第一出口关闭，第二半导体制冷片15通电后热端贴附于第二换热器6的一侧放出热量给第二换热器6，第二半导体制冷片15冷端裸露在空气中直接放出冷量于空气中，第二换热器6吸收热量后温度升高，避免空气中的水分在第二换热器6上凝结成霜；

生活废水：

当天气恶劣蓄电池23供电不足时，生活废水回收除霜系统作为辅助装置开始运行，生活废热水收集水箱11中储存的生活废水由进水截止阀10调节流量后进入进水泵9，经进水泵9驱动后进入第二热气流喷嘴7，第二热气流喷嘴7喷出的热水直接作用于第二换热器6上，热水喷于第二换热器6后流入接水盘14，由接水盘14的出口流入排水截止阀13上，由排水截止阀13调节流量后流入排水泵12，经排水泵12驱动后回到生活废热水收集水箱11中；

夏季工况下，系统开始运行时，此时四通换向阀3的入口与第三出口相连，气体氟利昂被压缩机4加压后成为高温高压气体，由压缩机4的出口流入四通换向阀3，气体氟利昂由四通换向阀3的第三出口流向第二换热器6，此时第二换热器6的作用为冷凝，在第二换热器6散热后成为常温常压的液态氟利昂，液态氟利昂由节流阀8降温降压后流入第一换热器1，此时第一换热器1的作用为蒸发，在第一换热器1气化吸热变为气态氟利昂，气态氟利昂流入四通换向阀3，由四通换向阀3的第二出口回到压缩机4；

涡流管：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，蓄电池23中储存的电能驱使空气泵26运行，一定速度的空气进入空气泵26，在空气泵26的驱动下进入涡流管17，冷空气由涡流管17的第一出口流入四通阀18，经四通阀18的第一出口流入冷气流喷嘴16，由冷气流喷嘴16喷出的冷气给压缩机4降温，或经四通阀18的第二出口流向室内接口19，经室内接口19传递冷量给室内降温，四通阀18的第一和第二出口根据室内和压缩机4的实际运行状态相互切换，此时，四通阀18的第一出口、第二出口开启，第三出口关闭，空气由涡流管17的第二出口流入第三三通阀27，由第三三通阀27的第二出口流入第一三通阀21，此时第一三通阀21的第二入口开启，第一入口关闭，第三三通阀27的第二出口开启，第一出口关闭，空气由第一三通阀21的出口流向室外接口20；

半导体制冷片：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，储存在蓄电池23中的电能流入第二三通阀25，电流方向为由负到正，由第二三通阀25的第一出口流向第一半导体制冷片2，此时第二三通阀25的第二出口关闭，第一半导体制冷片2通电后冷端贴附于第一换热器1放出冷量供给第一换热器1，第一半导体制冷片2热端裸露在空气中直接放出热量于空气中，第一换热器1吸收冷量后有助于室内降温。

第一半导体制冷片2的冷端贴附于第一换热器1上，电流方向为由负到正，第二半导体制冷片15的热端贴附于第二换热器6上，电流方向为由正到负。

第一热气流喷嘴5位于第二换热器6的上方，第二热气流喷嘴7位于第二换热器6的侧面，冷气流喷嘴16位于压缩机4的侧面。

第一换热器1在室内，第二换热器6在室外。

在夏季工况下，四通阀18第一出口第二出口切换开启，第三出口关闭，第一三通阀21的第二入口开启，第一入口关闭，第二三通阀25的第一入口开启，第二入口关闭，第三三通阀27的第二出口开启，第一出口关闭；在冬季工况下，四通阀18的第一出口、第二出口关闭，第三出口开启，第一三通阀21的第一入口开启，第二入口关闭，第二三通阀25的第二入口开启，第一入口关闭，第三三通阀27的第一出口开启，第二出口关闭。

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22通过风力发电机将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，蓄电池23中储存的电能供涡流管17、第一半导体制冷片2和第二半导体制冷片15同时使用。

一般情况下采用太阳能板24和微型风力发电机22驱动的涡流管和半导体制冷片进行除霜，当天气恶劣蓄电池23供电不足时，采用生活废水回收除霜系统作为辅助装置运行。

附图说明

附图1为本发明的原理图。

附图1中的标号名称：1.第一换热器、2第一半导体制冷片、3.四通换向阀、4.压缩机5.第一热气流喷嘴、6.第二换热器、7.第二热气流喷嘴、8.节流阀、9.进水泵、10.进水截止阀、11.生活废热水收集水箱、12.排水泵、13.排水截止阀、14.接水盘、15.第二半导体制冷片、16.冷气流喷嘴、17.涡流管、18.四通阀、19.室内接口、20.室外接口、21.第一三通阀、22.微型风力发电机、23.蓄电池、24.太阳能板、25.第二三通阀、26.空气泵、27.第三三通阀。

具体实施方式

如图1所示，集成涡流管和半导体制冷片的空调室外机除霜系统及方法主要包括第一换热器1、第一半导体制冷片2、四通换向阀3、压缩机4、第一热气流喷嘴5、第二换热器6、第二热气流喷嘴7、节流阀8、进水泵9、进水截止阀10、生活废热水收集水箱11、排水泵12、排水截止阀13、接水盘14、第二半导体制冷片15、冷气流喷嘴16、涡流管17、四通阀18、室内接口19、室外接口20、第一三通阀21、微型风力发电机22、蓄电池23、太阳能板24、第二三通阀25、空气泵26、第三三通阀27。本系统分为冬季和夏季两个运行工况。

冬季工况下，系统开始运行时，此时四通换向阀3的入口与第一出口相连，气体氟利昂被压缩机4加压后成为高温高压气体，由压缩机4的出口流入四通换向阀3，由四通换向阀3的第一出口流入第一换热器1，在第一换热器1中气体氟利昂液化放热，成为液体，同时将室内空气加热，液体氟利昂由第一换热器1的出口流入节流阀8，经节流阀8减压后流入第二换热器6，液体氟利昂在第二换热器6中气化吸热，成为气体，气体氟利昂由第二换热器6的出口流入压缩机4；

涡流管：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，蓄电池23中储存的电能驱使空气泵26运行，一定速度的空气进入空气泵26，在空气泵26的驱动下进入涡流管17，热空气由涡流管17的第二出口流向第三三通阀27，由第三三通阀27的第一出口流向第一热气流喷嘴5，此时第三三通阀27的第一出口开启，第二出口关闭，由第一热气流喷嘴5喷出的热空气直接作用于第二换热器6，在第二换热器6中热空气把热量传给第二换热器6，降温后的热空气直接排至室外，同时由涡流管17的第一出口流出的冷空气进入四通阀18，由四通阀18的第三出口流入第一三通阀21，此时，四通阀18的第一出口、第二出口关闭，第三出口开启，第一三通阀21的第一入口开启，第二入口关闭，冷气经第一三通阀21的出口流向室外接口20；

半导体制冷片：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，蓄电池23中储存的电能流入第二三通阀25，电流方向为由正到负，由第二三通阀25的第二出口流向第二半导体制冷片15，此时第二三通阀25的第一出口关闭，第二半导体制冷片15通电后热端贴附于第二换热器6的一侧放出热量给第二换热器6，第二半导体制冷片15冷端裸露在空气中直接放出冷量于空气中，第二换热器6吸收热量后温度升高，避免空气中的水分在第二换热器6上凝结成霜；

生活废水：

当天气恶劣蓄电池23供电不足时，生活废水回收除霜系统作为辅助装置开始运行，生活废热水收集水箱11中储存的生活废水由进水截止阀10调节流量后进入进水泵9，经进水泵9驱动后进入第二热气流喷嘴7，第二热气流喷嘴7喷出的热水直接作用于第二换热器6上，热水喷于第二换热器6后流入接水盘14，由接水盘14的出口流入排水截止阀13上，由排水截止阀13调节流量后流入排水泵12，经排水泵12驱动后回到生活废热水收集水箱11中；

夏季工况下，系统开始运行时，此时四通换向阀3的入口与第三出口相连，气体氟利昂被压缩机4加压后成为高温高压气体，由压缩机4的出口流入四通换向阀3，气体氟利昂由四通换向阀3的第三出口流向第二换热器6，此时第二换热器6的作用为冷凝，在第二换热器6散热后成为常温常压的液态氟利昂，液态氟利昂由节流阀8降温降压后流入第一换热器1，此时第一换热器1的作用为蒸发，在第一换热器1气化吸热变为气态氟利昂，气态氟利昂流入四通换向阀3，由四通换向阀3的第二出口回到压缩机4；

涡流管：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，蓄电池23中储存的电能驱使空气泵26运行，一定速度的空气进入空气泵26，在空气泵26的驱动下进入涡流管17，冷空气由涡流管17的第一出口流入四通阀18，经四通阀18的第一出口流入冷气流喷嘴16，由冷气流喷嘴16喷出的冷气给压缩机4降温，或经四通阀18的第二出口流向室内接口19，经室内接口19传递冷量给室内降温，四通阀18的第一和第二出口根据室内和压缩机4的实际运行状态相互切换，此时，四通阀18的第一出口、第二出口开启，第三出口关闭，空气由涡流管17的第二出口流入第三三通阀27，由第三三通阀27的第二出口流入第一三通阀21，此时第一三通阀21的第二入口开启，第一入口关闭，第三三通阀27的第二出口开启，第一出口关闭，空气由第一三通阀21的出口流向室外接口20；

半导体制冷片：

太阳能板24通过将光能转化成电能来对蓄电池23进行充电，微型风力发电机22将机械能转化成电能来对蓄电池23进行充电，储存在蓄电池23中的电能流入第二三通阀25，电流方向为由负到正，由第二三通阀25的第一出口流向第一半导体制冷片2，此时第二三通阀25的第二出口关闭，第一半导体制冷片2通电后冷端贴附于第一换热器1放出冷量供给第一换热器1，第一半导体制冷片2热端裸露在空气中直接放出热量于空气中，第一换热器1吸收冷量后有助子室内降温。

本发明所提供的集成涡流管和半导体制冷片的空调室外机除霜系统及方法通过将涡流管和半导体制冷片与空调系统有机结合，在冬季解决空调外机结霜问题的同时，还可在夏季辅助空调系统的制冷特性。当有一定速度的空气进入涡流管时，涡流管一端出热气，一段出冷气，将热气这一端置于空调外机上方，即在空调运行过程中，一直会有热气产生，也就不会发生结霜问题，并且在夏季时，将涡流管出冷气端一方面直接供给室内制冷，另一方面用于给压缩机降温，防止压缩机过热。同时，将半导体制冷片热端贴附于空调外机上，当半导体制冷片通电时，热量直接供给空调外机，进一步保障了蒸发器温度不会低于0℃；在夏季时，将半导体制冷片冷端置于空调内机上，也可有利于室内供冷。为了防止气候恶劣时蓄电量不足，半导体和涡流管系统性能变差，还设置了一套生活废水回收除霜系统。此外，本系统采用太阳能板及风力发电机产生电能储存于蓄电池中，节约能源，具有较高的经济效益。