一种热管复合式换热器及其热泵系统

1.本发明属于民用建筑物供暖领域，尤其涉及一种热管复合式换热器及其热泵系统。


背景技术：

2.在推进我国北方地区冬季清洁取暖、减少燃煤污染、改善空气质量中，空气源热泵是非常有效的替代方案。热泵由于夏季可以制冷，冬季可以提供热量，操作方便而被广泛使用。使用热泵在夏季进行制冷尚可，当冬季制热时，特别是在低温高湿地区，热泵室外换热器结霜是一个不可忽视的问题。
3.目前，家用小型空气源热泵一般采用逆循环除霜方式，通过四通换向阀的切换，供热停止并以牺牲部分有用能为代价实现化霜和除霜。但对于大中型空气源热泵，供热能力随负荷的调节灵活度不高，系统热惰性过大，冷热流体混合热量损失不能忽视，传统的采用四通阀换向的除霜方法，不能适用大中型空气源热泵。
4.同时，在供暖系统中，工质液体流出冷凝器时温度较高，而室外气温在供暖期内一直较低，其中蕴藏着丰富且可免费利用的自然冷源。因此，合理利用高压工质液体与室外空气的巨大温差，使工质液体进入膨胀装置前产生较大的过冷，将工质液体过冷与蒸发器除霜相结合，可进一步有效减少热泵系统的能量损失，提高整个热泵系统的能效水平和稳定性。
5.专利cn205079308u提出了一种利用大气自然冷源增大工质液体过冷度的供暖用热泵系统，该系统能够利用大气自然冷源来增大液体过冷度，并利用液体过冷的热量对蒸发器进行除霜。但在使用中发现此系统存在如下问题：1、系统采用阀门较多，对系统运行的稳定性影响较大；2、化霜过程阀门切换针对的是主路的液体，同一换热器在冷凝器和蒸发器角色轮换中，内部制冷剂反复混合及再分配，建立新的平衡，此过程造成了非常大的能量损失，并使得系统的能效水平降低幅度大。
6.本发明将在专利cn205079308u基础上，进一步提出其改进措施，采用显著不同的技术路线。使用热管复合式换热器作为室外换热器，不需要主路的制冷剂流过而只抽取其热量，在不停止供热的情况下实现室外换热器除霜，同时保证系统的稳定性，减少系统的能量损失。
7.综上所述，为了解决空气源热泵在上述问题，即冬季供暖时，传统除霜对系统稳定性和热舒适性产生较大的影响，需要对现有热泵换热器以及热泵系统除霜方式进行进一步的改进与创新。


技术实现要素：

8.本发明提供一种热管复合式换热器及其热泵系统，以解决现有热泵供热舒适性差、系统稳定性差等问题；在系统中，当室外换热器13未结霜时，系统正常运行；当室外换热器13结霜后，集液管14中的过冷管15过冷加热第二制冷剂，并通过控制截止阀12使其进入u
形热管16，为结霜后停止运行的室外换热器13进行轮换除霜且不停止供热；该系统在不停止供热的前提下实现热管复合式换热器4过冷除霜，并且有效减少了室外换热器13中制冷剂因模式切换造成的能量损失，提高整个热泵系统的效率和运行安全性。
9.为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
10.一种热管复合式换热器及其热泵系统，包括压缩机1、四通阀2、室内换热器3、多个并联分布的热管复合式换热器4、节流装置5和截止阀(6、7、8、9、10)；其中，压缩机1的出口与四通阀2相连，四通阀2与室内换热器3进口，室内换热器3出口通过不同截止阀(6、7、8
‑
2、9
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2、10
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2)分别与多个并联分布的节流装置5进口以及热管复合式换热器4相连，热管复合式换热器4出口通过截止阀(8
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1、9
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1、10
‑
1)与四通阀2相连，四通阀2与压缩机1进口相连；压缩机1、室内换热器3、热管复合式换热器4和节流装置5组成热泵系统；
11.热管复合式换热器4包括普通室外换热器13和除霜热管换热器11；其中，除霜热管换热器11包括集液管14、过冷管15、u形热管16以及截止阀12；室外换热器13中间嵌入u形热管16，u形热管16的下端通过截止阀12连通集液管14，在集液管14内设有过冷管15。室内换热器3通过截止阀7与集液管14中的过冷管15进口相连，过冷管15出口与节流装置5所在管路相连，节流装置5出口与室外换热器13进口相连，室外换热器13出口与四通阀2相连；在室外换热器13中充注气态制冷剂，在除霜热管换热器11中充注第二制冷剂。
12.作为优选，所述气体制冷剂为r134a、r22、r410a、r1234yf、r1234ze氟利昂类工质的其中一种；所述的第二制冷剂为氟利昂、自然工质溶液或水溶液等的其中一种。
13.作为优选，u形热管16、过冷管15和集液管14均采用铜、铝、不锈钢、铸铁金属材料制成；其中，集热管14外覆盖隔热层。
14.本发明提供一种热管复合式换热器及其热泵系统，包括压缩机1、四通阀2、室内换热器3、多个并联分布的热管复合式换热器4、节流装置5和截止阀(6、7、8、9、10)。其主要发明点包括：一方面，该系统在不停止供热的前提下实现热管复合式换热器4轮换过冷除霜。通过截止阀12的切换，将集热管14中过冷管15过冷放出的热量加热第二制冷剂，使得结霜后的室外换热器13通过第二制冷剂放出的热量依次进行除霜；这种设计的优势在于，不影响室内热舒适性的情况下进行除霜，且不需要安装多余的装置。另一方面，采用热管复合式换热器4代替传统换热器，当系统正常运行时，制冷剂流入室外换热器13吸热；当系统切换为除霜模式时，制冷剂流入集热管14中的过冷管15内过冷放热，从而加热集热管14中的第二制冷剂，再通过截止阀12使其进入u形热管16对室外换热器13进行放热除霜，这种设计的优势在于，减少了制冷剂因模式切换温度变化过大而造成的能量损失，提高整个热泵系统的效率和运行安全性。
附图说明
15.下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
16.图1是本发明一种热管复合式换热器及其热泵系统的结构示意图；
17.图2是本发明热管复合式换热器的结构三视图；
18.图3是本发明一种热管复合式换热器及其热泵系统的4个热管复合式换热器并联结构示意图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明：
20.实施例1：
21.如图1所示，本发明提供一种热管复合式换热器及其热泵系统，包括压缩机1、四通阀2、室内换热器3、三个并联分布的热管复合式换热器4、节流装置5和截止阀(6、7、8、9、10)；热管复合式换热器4包括普通室外换热器13和除霜热管换热器11，其中，除霜热管换热器11包括集液管14、过冷管15和u形热管16以及截止阀12；u形热管16嵌入室外换热器13中，并在其下端通过截止阀12连通集液管14，集液管14内设有过冷管15。
22.其中，压缩机1的出口与四通阀2相连，四通阀2与室内换热器3进口相连，室内换热器3出口通过截止阀6以及截止阀(8
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2、9
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2、10
‑
2)分别与三个并联分布的节流装置(5
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1、5
‑
2、5
‑
3)相连，室内换热器3出口通过截止阀7分别与三个并联分布的集液管(14
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1、14
‑
2、14
‑
3)中的过冷管(15
‑
1、15
‑
2、15
‑
3)进口相连，过冷管(15
‑
1、15
‑
2、15
‑
3)出口与节流装置5所在管路相连，节流装置(5
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1、5
‑
2、5
‑
3)出口分别与室外换热器(13
‑
1、13
‑
2、13
‑
3)进口相连，室外换热器(13
‑
1、13
‑
2、13
‑
3)出口分别通过截止阀(8
‑
1、9
‑
1、10
‑
1)与四通阀2相连，四通阀2与压缩机1进口相连；压缩机1、室内换热器3、热管复合式换热器4、节流装置5组成热泵系统，在压缩机1中注入气态制冷剂，所述气态制冷剂为r134a、r22、r410a、r1234yf、r1234ze氟利昂类工质的其中一种；在除霜热管换热器11中充注第二制冷剂，所述的第二制冷剂为氟利昂、自然工质溶液或水溶液等的其中一种。
23.u形热管16、过冷管15和集液管14采用铜、铝金属材料制成，也可以采用不锈钢、铸铁等普通金属材料制成，集液管14外覆盖隔热层。
24.其工作过程如下：夏季制冷时，打开截止阀(6、8
‑
1、8
‑
2、9
‑
1、9
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2、10
‑
1、10
‑
2)，其余截止阀关闭。制冷剂被压缩机1压缩成高温高压气体制冷剂后，通过四通阀2以及截止阀(8
‑
1、9
‑
1、10
‑
1)分别进入室外换热器13中进行冷凝放热，冷凝为低温高压的制冷剂被节流装置5节流成低温低压的制冷剂后，通过截止阀(8
‑
2、9
‑
2、10
‑
2)以及截止阀6进入室内换热器3，在室内换热器3吸热制冷后，高温低压制冷剂通过四通阀2回到压缩机1再压缩。
25.冬季制热时，打开截止阀(7、8
‑
1、8
‑
2、9
‑
1、9
‑
2、10
‑
1、10
‑
2)，其余截止阀关闭。制冷剂被压缩机1压缩成高温高压气体制冷剂后，通过四通阀2进入室内换热器3进行冷凝放热供暖，冷凝为低温高压的制冷剂通过截止阀7后，分别进入集液管14中的过冷管15，再通过截止阀(8
‑
2、9
‑
2、10
‑
2)进入节流装置5节流成低温低压制冷剂，然后再进入室外换热器13进行吸热，吸热成高温低压的制冷剂分别通过截止阀(8
‑
1、9
‑
1、10
‑
1)以及四通阀2回到压缩机1再压缩。
26.冬季除霜时，首先对室外换热器13
‑
1进行除霜，此时打开截止阀(7、9
‑
1、9
‑
2、10
‑
1、10
‑
2、12
‑
1)，其余截止阀关闭，室外换热器13
‑
1停止运行。制冷剂被压缩机1压缩成高温高压气体制冷剂后，通过四通阀2进入室内换热器3进行冷凝放热供暖，冷凝为低温高压的制冷剂通过截止阀7后，分别进入集液管14中的过冷管15，集热管14
‑
1中的第二制冷剂吸收过冷管15
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1放出的热量，加热后的第二制冷剂升温并通过截止阀12
‑
1上升至u形热管中对已停止运行的室外换热器13
‑
1进行放热除霜，放热后的第二制冷剂下降至集热管14
‑
1再吸热，往复循环直至除霜完成；同时，过冷放热后的制冷剂分别通过截止阀(9
‑
2、10
‑
2)进入节流装置(5
‑
2、5
‑
3)节流成低温低压制冷剂，然后再进入室外换热器(13
‑
2、13
‑
3)进行吸热，
吸热成高温低压制冷剂后通过截止阀(9
‑
1、10
‑
1)以及四通阀2回到压缩机1再压缩。当室外换热器13
‑
1除霜完毕后，再同理依次关闭截止阀(9
‑
1、9
‑
2、10
‑
1、10
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2)，打开截止阀(12
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2、12
‑
3)对室外换热器(13
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2、13
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3)依次进行除霜，三个室外换热器(13
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1、13
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2、13
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3)依次除霜完毕后即为完成一个除霜周期。
27.实施例2：
28.图3是本发明提供的一种热管复合式换热器及其热泵系统，四个并联分布的热管复合式换热器并联结构示意图。在此种方案中，出室内换热器的低温高压制冷剂通过四个不同的过冷管依次对室外换热器进行除霜。
29.以上所述，仅是本发明较佳可行的实施例，不能因此即局限本发明的权利范围，对熟悉本领域的普通技术人员来说，举凡运用本发明的技术方案和技术构思做出其他各种相应的改变和变形都应属在本发明权利要求的保护范围之内。