一种抑制结霜的CO2热泵系统的制作方法

本实用新型涉及一种CO₂热泵系统，尤其是一种抑制结霜的CO₂热泵系统，属于暖通领域。

背景技术：

在能源危机、环境危机的双重压力下，实现建筑能耗的可持续发展、建设清洁低碳的能源体系成为人们关注的焦点。作为氟利昂类制冷剂的一种替代工质，CO₂ 因其安全(不可燃、无毒)、易获取、环保(ODP=0，GWP=1)和优良的热物理性质日益受到重视。CO₂热泵有工作压力高、对环境友好、制热效率高等优点，因此CO₂热泵系统得到广泛的应用。

但是，在寒冷地区，供暖用CO₂热泵系统运行存在很多问题，比如制热功率随温度下降衰减快；出水温度低，运行不稳定；回水温度高，性能系数低；结霜快，除霜周期长等。因此，通过改善供暖用CO₂热泵系统结构，来抑制结霜、提高气冷器进水温度、提高系统热力性能尤为重要。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种抑制结霜的CO₂热泵系统，改善传统气冷器结构，解决低温工况下气冷器进水温度过高的问题，从而提高系统热力性能。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种抑制结霜的CO₂热泵系统，包括蒸发器、气冷器和板式换热器，板式换热器包括第一入口、第二入口、第一出口和第二出口；气冷器包括第三入口、第四入口、第三出口和第四出口；其中，第一入口连通高温回水，第一出口通过循环水泵与三通阀入口连接，第一出口设有测温装置，三通阀其中一个出口连接第三入口，第三出口与第二入口连接，第二出口排出热水；第四入口和第四出口依次连接冷凝剂出口和入口，三通阀另一出口和第三入口依次连接辅助制冷剂入口和出口；蒸发器包括冷凝剂蒸发管和辅助制冷剂蒸发管。

进一步地，蒸发器的冷凝剂入口与第四出口连通，蒸发器的冷凝剂出口与第四入口连通，形成冷凝剂回路。

进一步地，蒸发器的辅助制冷剂入口与三通阀另一出口连接，蒸发器的辅助制冷剂出口连接第三入口。

进一步地，蒸发器的冷凝剂入口与第四出口之间设有节流阀。

进一步地，蒸发器的冷凝剂出口与第四入口之间设有压缩机。

进一步地，板式换热器的第一入口连通集水器。

进一步地，板式换热器第二出口通过循环水泵连通分水器。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

蒸发器内部分为两部分，一部分用于制冷剂循环，另一部分为乙二醇水溶液循环，用于高温回水的降温。蒸发器两部分进行内部换热，提高蒸发器温度，从而抑制结霜，延长结霜时间间隔。

通过板式换热器将高温回水降温，降低气冷器进水温度，增大了气冷器两侧的温差，提高系统性能。

附图说明

图1为本实用新型的CO₂热泵系统的结构示意图；

图2为本实用新型的板式换热器的管路走向的示意图；

图3为本实用新型的蒸发器的内部结构示意图；

其中，气冷器1、第三入口1.3、第四入口1.1、第三出口1.4和第四出口1.2、板式换热器2、第一入口2.1、第二入口2.3、第一出口2.4和第二出口2.2、循环水泵3、电动三通阀4、蒸发器5、冷凝剂入口5.1、冷凝剂出口5.2、辅助制冷剂入口5.3、辅助制冷剂出口5.4、循环水泵6、分水器7、集水器8、压缩机9、节流阀10。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是对本实用新型一部分实例，而不是全部的实例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实施例的CO₂热泵系统，包括气冷器1、板式换热器2和蒸发器5，板式换热器2包括第一入口2.1、第二入口2.3、第一出口2.4和第二出口2.2；气冷器1包括第三入口1.3、第四入口1.1、第三出口1.4和第四出口1.2，第一入口2.1连通高温回水，第一出口2.4通过循环水泵3与三通阀4入口连接，第一出口2.4设有测温装置，三通阀4其中一个出口连接第三入口1.3，第三出口1.4与第二入口2.3连接，第二出口2.2排出热水；第四入口1.1和第四出口1.2依次连接冷凝剂出口和入口，三通阀4另一出口和第三入口1.3连接辅助制冷剂入口和出口，板式换热器2为常规结构，内部管路走向如图2所示，作为优选，还可以在第一出口2.4添加温度检测装置，用于检测气冷器的进水温度。

蒸发器5的冷凝剂入口5.1与第四出口1.2连通，蒸发器的冷凝剂出口5.2与第四入口1.1连通，形成冷凝剂回路。蒸发器5采用分区的结构，如图3所示，包括常规制冷剂蒸发管5.5、乙二醇水溶液蒸发管5.6和设于制冷剂蒸发管5.5和乙二醇水溶液蒸发管5.6上的翅片5.7。

蒸发器5的辅助制冷剂5.3入口与三通阀4另一出口连接，蒸发器5的辅助制冷剂出口5.4连接第三入口1.3。辅助制冷剂为乙二醇水溶液。蒸发器5的冷凝剂入口5.1与第四出口1.2之间设有节流阀10。冷凝剂出口5.2与第四入口1.1之间设有压缩机9。板式换热器2的第一入口2.1连通集水器8。板式换热器第二出口2.2通过循环水泵6连通分水器7。冷凝剂为CO₂。

这样，压缩机9出口与气冷器1入口相连接，气冷器1出口分两路，一路与节流阀10入口相连接，节流阀10出口与蒸发器5中的制冷剂蒸发管相连接，蒸发器5中的制冷剂蒸发管出口与压缩机9入口相连接；气冷器1的另一路与板式换热器2的第二入口2.3相连接，板式换热器2出口分两路，第二出口2.2与循环水泵6入口相连接，循环水泵6出口与分水器7相连接；板式换热器2的第一出口2.4与循环水泵3入口相连接，循环水泵3出口与电动三通阀4相连接。电动三通阀4分两路，一路与气冷器1回水口相连接，一路与蒸发器4乙二醇水溶液蒸发管相连接。集水器8与板式换热器2第一入口2.1 相连接。

本实施例的具体工作过程如下：

热泵系统运行，供暖用高温回水首先经过板式换热器2进行换热降低回水温度，当回水温度低于设定值时，回水通过循环水泵3直接流入气冷器2中；当回水温度高于设定值时，通过电动三通阀4打开乙二醇水溶液回路，再次降低回水温度后与高于温度设定值的回水进行混合后再流入气冷器2中进行换热产生供暖热水。通过板式换热器2将高温回水降温，降低气冷器1进水温度，提高系统性能。

因为CO₂的临界温度是31.6℃，为了保证系统处于跨临界循环所以将设定值设为气冷器1进水温度设定值为32℃。低温低压的制冷剂蒸汽由压缩机9压缩后变为高温高压的制冷剂蒸汽，高温高压的制冷剂蒸汽进入气冷器1，冷凝后为高温高压的制冷剂液体，同时生成高温热水，高温高压的制冷剂液体流经节流阀10节流降压为低温低压的液体，低温低压的液体经蒸发器5制冷剂蒸发管蒸发吸热为低温低压的气体，完成制冷剂循环。气冷器1换热产生的热水经过板式换热器2直接通过循环水泵6进入分水器7中分给用户使用。各用户的高温回水通过集水器8收集到热水回路，首先经过板式换热器2换热降低回水温度。如果回水温度低于32℃，则通过循环水泵3直接流入气冷器1中；如果回水温度高于32℃，则电动三通阀10打开乙二醇水溶液回路，回水一部分流向气冷器1，另一部分通过乙二醇水溶液回路流入蒸发器5乙二醇水溶液蒸发管中进行再次降温，然后与流向气冷器的回水进行混合使回水温度控制在15~32℃之间，进入气冷器进行循环换热，提高系统性能。整个系统抑制蒸发器结霜，延长除霜时间间隔。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。