带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统技术方案

本发明专利技术涉及一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，包括热泵循环和供水流路；所述热泵循环包括通过管路依次连接的蒸发器的制冷剂通道、四通换向阀、压缩机、冷凝器的制冷剂通道、辅助除霜结构、储液罐、过冷器的制冷剂通道和节流阀，所述节流阀与蒸发器的制冷剂通道连接，构成循环；所述供水流路包括通过管路依次连接的过冷器的水通道和冷凝器的水通道。与现有技术相比，本发明专利技术能够提高直热型空气源热泵热水器的性能和变工况适应性，同时防止除霜过程水路冻结，可以针对冷凝和过冷不同的换热特性选择不同的换热器结构，提高换热效率，增大阀前过冷度，提升循环性能。提升循环性能。提升循环性能。

【技术实现步骤摘要】
带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统


[0001]本专利技术涉及一种热泵热水器系统，尤其是涉及一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统。

技术介绍

[0002]热水供应是保障现代生活质量的重要环节之一。在双碳背景下，高效节能的空气源热泵热水器成为主流商用的产品，目前也正逐走入民用市场。商用场景中，配合大型蓄热水箱的循环加热型热泵能够提供稳定的制热能力，因而更受青睐。然而在民用场景中，由于空间限制，将自来水加热至设定温度后直接供出的直热型热泵热水器成为更好的选择。
[0003]直热型热泵的进出水温差较大，为达到较好的换热匹配和系统能效，热泵循环的冷凝侧需匹配较大的过冷度。然而，由于两相区和过冷区的换热系数及制冷剂物性相差较大，在同一个冷凝器结构中将导致换热面积利用不充分，从而降低换热效率。若要实现较大的过冷度，冷凝器将需要更大的换热面积，造成成本抬升。
[0004]此外，由于空气能热泵的热源为环境空气，为保障变工况运行的稳定和高效，通常会在系统中增加储液罐以存放或提供多余的制冷剂。为尽可能减小体积，储液罐通常被添加在高压侧，即冷凝器出口。然而，由于储液罐中为两相状态，它将抑制冷凝器出口过冷的形成。因此直热型热泵中直接添加储液罐将导致系统性能显著衰减。
[0005]空气源热泵的除霜模式必不可少，逆循环除霜是目前成熟的除霜方案之一。热泵热水器的逆循环除霜将从水路循环中吸收热量，由于直热式的进口水温较低，除霜模式将存在水路冻结的风险。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，能够提高直热型空气源热泵热水器的性能和变工况适应性，同时防止除霜过程水路冻结。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术的目的是保护一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，包括热泵循环和供水流路；
[0009]所述热泵循环包括通过管路依次连接的蒸发器的制冷剂通道、四通换向阀、压缩机、冷凝器的制冷剂通道、辅助除霜结构、储液罐、过冷器的制冷剂通道和节流阀，所述节流阀与蒸发器的制冷剂通道连接，构成循环；
[0010]所述供水流路包括通过管路依次连接的过冷器的水通道和冷凝器的水通道。
[0011]进一步地，所述供水流路中，供水自过冷器的水通道输入，自冷凝器的水通道输出。
[0012]进一步地，所述辅助除霜结构包括并联式连接的毛细管和单向阀。
[0013]进一步地，所述单向阀允许通过的方向为自冷凝器的制冷剂通道出口到储液罐的
进口。
[0014]进一步地，所述蒸发器为制冷剂
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空气换热器，所述蒸发器包括相互换热的制冷剂通道和空气通道。
[0015]进一步地，所述四通换向阀的两个接口分别与压缩机的吸气口和排气口连通，四通换向阀的另两个接口分别与蒸发器和冷凝器的制冷剂通道连通。
[0016]进一步地，所述储液罐用于变工况系统的制冷剂充注量调节。
[0017]进一步地，所述双冷凝器热泵热水器系统包括制热和除霜两种模式，在两种模式下自来水先进入过冷器进行第一段加热，再进入冷凝器二次加热至设定温度后送出。
[0018]进一步地，制热模式下，四通换向阀的7A接口与7B接口连通，7C与7D接口连通；
[0019]除霜模式下，四通换向阀的7A接口与7D接口连通，7B接口与7C接口连通，节流阀保持全开。
[0020]进一步地，所述热泵循环的中的循环介质为制冷剂，所述供水流路中的水流为自来水。
[0021]本专利技术中热泵热水器可实现制热和除霜两种模式。
[0022]制热模式下，热泵循环回路中低温低压的制冷剂液体在蒸发器中汽化吸热，吸收环境空气的低品位热能，再通过四通换向阀进入压缩机压缩成为高温高压气体，高温气体在冷凝器中冷凝放热。制冷剂流体通过辅助除霜结构时，由于压降平衡原理，绝大部分制冷剂流体将从单向阀流路进入储液罐。从储液罐出来的饱和制冷剂液体再进入过冷器被进一步过冷，最后通过节流阀重新变成低温低压的液体。
[0023]进入热泵的自来水先进入过冷器进行第一段加热，再进入冷凝器二次加热至设定温度后送出。
[0024]除霜模式下，热泵系统的四通换向阀换向，节流阀保持全开。从压缩机排出的高温高压气体进入蒸发器进行冷凝放热，对蒸发器盘管进行除霜。从蒸发器出来的高压流体经过全开的节流阀，再进入过冷器对自来水进行预热。从过冷器出来的高压流体先经过储液罐，再通过辅助除霜结构，由于此时流向与单向阀允许的流向相反，全部流体将从毛细管流路通过，节流成为低温低压的液体，再进入冷凝器蒸发吸热，从水路中吸收热量，最后变成低温低压的气体回到压缩机吸气口。
[0025]本专利技术的创新核心在于：
[0026]1.将直热型热泵热水器中原冷凝器拆分为冷凝器和过冷器，制冷剂流体在冷凝器中进行两相冷凝过程，在过冷器中进行液体过冷过程；2.在冷凝器和过冷器之间增设储液罐；3.在冷凝器和储液罐之间设置辅助除霜结构，其包含并联式连接的单向阀和毛细管。
[0027]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于。
[0028]1.若采用单个冷凝器，换热器设计将以占主导地位的两相换热过程为基准，到过冷段时，制冷剂密度增大，流速减缓，换热系数将显著衰减，导致难以形成充分换热并产生较大过冷度。本专利技术通过拆分原冷凝器，热泵热水器可以针对冷凝和过冷不同的换热特性选择不同的换热器结构，提高换热效率，增大阀前过冷度，提升循环性能；
[0029]2.本专利技术通过设置储液罐，热泵热水器的变工况适应性得到提升，在极低温工况下也具备稳定运行的能力；同时保障冷凝器出口为饱和状态，实现冷凝和过冷的分割；
[0030]3.本专利技术通过设计辅助除霜结构，除霜模式下热泵循环的节流元件变为毛细管，
过冷器能够进一步对水路进行预热，从而防止水路冻结的情况。同时辅助除霜结构简单，无需额外的控制设备，可靠性高。
附图说明
[0031]图1为实施例1的流程示意图。
[0032]图中1为压缩机(1A为吸气口，1B为排气口)，2为冷凝器，3为储液罐，4为过冷器，5为节流阀，6为蒸发器，7为四通换向阀，8辅助除霜结构，9为单向阀，10为毛细管。
[0033]图2为制热模式下过冷器和冷凝器中制冷剂流体和水的换热过程示意图；
[0034]图3是除霜模式下，过冷器和冷凝器中制冷剂流体和水的换热过程示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。
[0036]实施例1
[0037]本实施例中带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，包含热泵循环和供水流路，结构如图1所示。
[0038]热泵循环包括依次连接的蒸发器6的制冷剂通道、四通换向阀7、压缩机1、冷凝器2的制冷剂通道，辅助除霜结构8、储液罐3，过冷器4的制冷剂通道和节流阀5，节流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，其特征在于，包括热泵循环和供水流路；所述热泵循环包括通过管路依次连接的蒸发器(6)的制冷剂通道、四通换向阀(7)、压缩机(1)、冷凝器(2)的制冷剂通道、辅助除霜结构(8)、储液罐(3)、过冷器(4)的制冷剂通道和节流阀(5)，所述节流阀(5)与蒸发器(6)的制冷剂通道连接，构成循环；所述供水流路包括通过管路依次连接的过冷器(4)的水通道和冷凝器(2)的水通道。2.根据权利要求1所述的一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，其特征在于，所述供水流路中，供水自过冷器(4)的水通道输入，自冷凝器(2)的水通道输出。3.根据权利要求1所述的一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，其特征在于，所述辅助除霜结构(8)包括并联式连接的毛细管(10)和单向阀(9)。4.根据权利要求3所述的一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，其特征在于，所述单向阀(9)允许通过的方向为自冷凝器(2)的制冷剂通道出口到储液罐(3)的进口。5.根据权利要求1所述的一种带有辅助除霜结构的双冷凝器热泵热水器系统，其特征在于，所述蒸发器(6)为制冷剂
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空气换热器，所述蒸发器...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹祥，何宇佳，张春路，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：