一种新型复合蒸发器及空气‑水双热源复合热泵系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具备预热除霜功能的新型复合蒸发器及空气‑水双热源复合热泵系统，该新型复合蒸发器包括至少一排除霜管路、若干排套管管路和若干翅片，除霜管路为设置在空气入口侧的具有除霜功能的热泵工质管路；套管管路与除霜管路平行且各套管管路沿空气流动方向依次布置，套管管路的内管内侧为热媒流道，套管管路的内外管间为热泵工质流道；各所述翅片均沿空气流动方向设置且各翅片均设置在除霜管路及各套管管路上，若干翅片并排相对设置。该新型复合蒸发器的独特结构设计能够保证甚至提升复合蒸发器的换热性能，并有效改善了低温环境下双热源运行模式下低温水源侧热量流失的问题，减少了除霜时复合蒸发器热容的损失。

【技术实现步骤摘要】
一种新型复合蒸发器及空气-水双热源复合热泵系统
本专利技术涉及复合换热
，特别是一种具备预热除霜功能的新型复合蒸发器及空气-水双热源复合热泵系统。
技术介绍
大力推广太阳能、空气能等可再生能源在建筑中应用早已成为实现建筑节能的重要措施和途径之一，然而单一可再生能源本身的缺点及相关技术应用中的诸多问题使得实际节能效果不佳，制约其进一步推广应用。利用双热源复合热泵技术将太阳能、空气能等几种可再生能源利用形式结合成为联合供能系统，扬长避短、优势互补，成为可再生能源发展的方向之一。目前复合热泵技术的相关研究处于理论和试验阶段，需解决的技术问题仍较多。复合热泵系统的核心部件之一为复合蒸发器(也称为复合型蒸发器，或复合换热器)，目前为实现热泵系统同时从空气源和水源中吸收能量，复合蒸发器侧已有的设计方案主要有三种：采用热水管道和制冷剂管道并列交替设置的复合换热器、单独的套管+翅片复合换热器、单空气侧蒸发器和单水侧蒸发器分别设置。复合蒸发器侧的这三种设计方案存在着如下问题：a、热水管道和制冷剂管道并列交替设置的复合换热器存在问题：单水源制热、空气-水双热源制热运行模式下，复合蒸发器水侧热量需要通过管排间的翅片和空气层传递至制冷剂，其过程中存在的热阻大，致使换热效率低，不利于复合热泵高效运行；空气-水双热源制热运行模式在低温度环境条件下运行时，低温水源侧的热量容易被流经复合蒸发器的低温气流带走到环境中，易造成低温水源侧有限热量的浪费。b、单独的套管+翅片复合换热器作为复合蒸发器，虽然改善了a中复合蒸发器存在的问题，但单空气源制热运行模式长时间在低温环境下运行需除霜时复合热泵系统仍需采用逆循环除霜解决，逆循环除霜时蒸发器套管环隙制冷剂的工作状态由低压变为高压，对内套管有很高的强度要求，否则容易将其压扁导致内侧水流道不畅，复合蒸发器存在被破坏的隐患；除霜时热泵系统不但停止向外制热，且需要消耗部分已供的热量；同时除霜过程中蒸发器表面温度由正常制热下的低温变为较高温，除霜结束后正常制热又需转成低温，存在热容损失。c、单空气侧蒸发器和单水侧蒸发器分别设置，存在材料浪费、造价高、系统复杂的问题。空气-水复合热泵系统一般可实现三种制热运行模式：单空气源制热运行模式、单水源制热运行模式和空气-水双热源制热运行模式。常规的系统图见图1，该复合蒸发器10A可为b单独的套管+翅片复合换热器作为复合蒸发器或a热水管道和制冷剂管道并列交替设置的复合换热器。制热循环中复合蒸发器制冷剂侧的工作状态为低压。制热运行时制冷剂的流程如图1所示：压缩机20出口的高温高压气态制冷剂通过四通换向阀50流向冷凝器40，制冷剂在冷凝器40冷凝放热(热水带走热量，向外供热)变成低温高压液态制冷剂，通过单向阀70流经储液器80、过滤器90后经膨胀阀30后变成低温低压液态制冷剂，再经单向阀70流向复合蒸发器10A，在复合蒸发器10A中蒸发吸热变成低温低压的气态制冷剂，之后经四通换向阀50流至气液分离器60后流入压缩机20入口，再次进行循环。制热循环中，通过控制蒸发器的风机和蒸发器侧循环水泵的启停，可实现三种制热运行模式；当蒸发器风机单独运行时为单空气源制热运行模式，当蒸发器侧循环水泵单独运行时为单水源制热运行模式，当蒸发器的风机和蒸发器侧循环水泵同时运行时实现空气-水双热源制热运行模式。当复合热泵系统在低温环境条件下长时间采用单空气源制热运行模式或空气-水双热源制热运行模式时，复合蒸发器表面会逐渐结霜，结霜到一定程度时热泵需启动除霜程序，一般采取逆循环除霜，此时热泵系统制冷剂流程如图2所示：压缩机20出口的高温高压气态制冷剂通过四通换向阀50流向复合蒸发器10A(即复合蒸发器转化为冷凝器的功能进行使用)，制冷剂在复合蒸发器10A冷凝放热(容霜吸热)变成低温高压液态制冷剂，通过单向阀70流经储液器80、过滤器90后经膨胀阀30后变成低温低压液态制冷剂，再经单向阀70流向冷凝器40，在冷凝器40中蒸发吸热(从热水侧吸热)变成低温低压的气态制冷剂，之后经四通换向阀50流至气液分离器60后流入压缩机20入口。因此，采用逆循环除霜过程中复合蒸发器的制冷剂侧为高压工作状况，复合蒸发器(其制冷剂流道)的工作状态由制热运行时的低压变为高压，若采用b单独的套管+翅片复合换热器作为复合蒸发器时，对内套管的强度要求很高，否则容易将其压扁导致内侧水流道不畅，复合蒸发器存在被破坏的隐患；除霜过程中系统不仅停止向外供热，且需要从已供的热量或热水中吸收消耗掉部分热量，即存在除霜过程制热的不连续性问题；除霜过程中蒸发器由原来的低温吸热状况、转化为高温容霜状态，除霜结束后仍要转化为低温吸热状况的制热运行状况，故存在热容损失。
技术实现思路
本专利技术针对现有的复合热泵中的复合蒸发器的设计方案存在的问题以及复合热泵系统采用逆循环除霜方式导致的除霜过程制热的不连续性、热容损失以及复合蒸发器工作状态由低压变成高压对其存在破坏隐患等问题，提供一种具备预热除霜功能的新型复合蒸发器，通过设置特定的除霜管路和套管管路相配合，能够提升或保证复合蒸发器的较高换热性能，并有效改善了低温环境下双热源运行模式下低温水源侧热量流失的问题，减少了除霜时复合蒸发器热容的损失。本专利技术还涉及一种采用上述新型复合蒸发器的空气-水双热源复合热泵系统。本专利技术的技术方案如下：一种具备预热除霜功能的新型复合蒸发器，其特征在于，包括至少一排除霜管路、若干排套管管路和若干翅片，所述除霜管路为设置在空气入口侧的具有除霜功能的热泵工质管路；所述套管管路与除霜管路平行且各套管管路沿空气流动方向依次布置，所述套管管路的内管内侧为热媒流道，套管管路的内外管间为热泵工质流道；各所述翅片均沿空气流动方向设置且各翅片均设置在除霜管路及各套管管路上，所述若干翅片并排相对设置。所述除霜管路和各套管管路均为蛇形管路并与翅片垂直设置。采用一排除霜管路和三排套管管路，在每个翅片上打孔四排，一排设置除霜管路，另外三排设置套管管路。所述套管管路包括依次连接的直排管和弯管，弯管的两端分别连接相邻两行直排管并在连接处外部设置有连接管箱，所述连接管箱的两侧均具有两个开孔，一侧开孔孔径均与套管管路的相邻两行直排管的外管外径相匹配，另一侧开孔孔径均与套管管路的相邻两行直排管的内管外径相匹配，相邻两行直排管的内管穿过连接管箱后与弯管焊接连接，相邻两行直排管的外管插入连接管箱后焊接密封固定。除霜管路的外径与套管管路的外管外径相同，所述除霜管路采用铜管并与翅片胀接，套管管路的外管与翅片胀接。一种采用上述的新型复合蒸发器的空气-水双热源复合热泵系统。所述空气-水双热源复合热泵系统还包括冷凝器、四通换向阀、压缩机、单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，所述压缩机的出口经四通换向阀连接至冷凝器入口，压缩机的出口还经过第一电磁阀连接至所述新型复合蒸发器的除霜管路的一端，所述新型复合蒸发器的除霜管路的另一端连接至单向阀的一端，所述冷凝器的出口经过第二电磁阀也连接至单向阀的一端，冷凝器的出口经第三电磁阀也连接至所述新型复合蒸发器的除霜管路的一端，所述单向阀的另一端分流连接至所述新型复合蒸发器的各套管管路的热泵工质流道的一端，所述新型复合蒸发器的各套管管路的热泵工质流道的另一端合流后连接至四通换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备预热除霜功能的新型复合蒸发器，其特征在于，包括至少一排除霜管路、若干排套管管路和若干翅片，所述除霜管路为设置在空气入口侧的具有除霜功能的热泵工质管路；所述套管管路与除霜管路平行且各套管管路沿空气流动方向依次布置，所述套管管路的内管内侧为热媒流道，套管管路的内外管间为热泵工质流道；各所述翅片均沿空气流动方向设置且各翅片均设置在除霜管路及各套管管路上，所述若干翅片并排相对设置。

【技术特征摘要】
1.一种具备预热除霜功能的新型复合蒸发器，其特征在于，包括至少一排除霜管路、若干排套管管路和若干翅片，所述除霜管路为设置在空气入口侧的具有除霜功能的热泵工质管路；所述套管管路与除霜管路平行且各套管管路沿空气流动方向依次布置，所述套管管路的内管内侧为热媒流道，套管管路的内外管间为热泵工质流道；各所述翅片均沿空气流动方向设置且各翅片均设置在除霜管路及各套管管路上，所述若干翅片并排相对设置。2.根据权利要求1所述的新型复合蒸发器，其特征在于，所述除霜管路和各套管管路均为蛇形管路并与翅片垂直设置。3.根据权利要求2所述的新型复合蒸发器，其特征在于，采用一排除霜管路和三排套管管路，在每个翅片上打孔四排，一排设置除霜管路，另外三排设置套管管路。4.根据权利要求2所述的新型复合蒸发器，其特征在于，所述套管管路包括依次连接的直排管和弯管，弯管的两端分别连接相邻两行直排管并在连接处外部设置有连接管箱，所述连接管箱的两侧均具有两个开孔，一侧开孔孔径均与套管管路的相邻两行直排管的外管外径相匹配，另一侧开孔孔径均与套管管路的相邻两行直排管的内管外径相匹配，相邻两行直排管的内管穿过连接管箱后与弯管焊接连接，相邻两行直排管的外管插入连接管箱后焊接密封固定。5.根据权利要求1至4之一所述的新型复合蒸发器，其特征在于，除霜管路的外径与套管管路的外管外径相同，所述除霜管路采用铜管并与翅片胀接，套管管路的外管与翅片胀接。6.一种采用权利要求1至5之一所述的新型复合蒸发器的空气-水双热源复合热泵系统。7.根据权利要求6所述的空气-水双热源复合热泵系统，其特征在于，还包括冷凝器、四通换向阀、压缩机、单向阀、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀，所述压缩机的出口经四通换向阀连接至冷凝器入口，压缩机的出口还经过第一电磁阀连接至所述新型复合蒸发器的除霜管路的一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐俊芳，王皆腾，赵会刚，刘震，梁元元，王会粉，
申请(专利权)人：北京市住房和城乡建设科学技术研究所北京市房屋安全鉴定总站，
类型：发明
国别省市：北京,11