一种热泵系统的制作方法

1.本技术涉及热泵技术领域，提供一种热泵系统。


背景技术：

2.热泵是一种将低温热源的热能转移到高温热源来实现制冷和供暖的装置。而现有的热泵热水器，冷水会直接从水箱进水口补入水箱，造成水箱内的水温波动大，影响用户的使用体验。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术实施例提供一种能够降低进水水温波动的热泵系统。
4.本技术实施例的提供一种热泵系统，包括换热水箱、冷媒循环管路、压缩机、蓄热装置、节流装置和换热器；所述换热水箱包括第一冷媒管和用于盛水的内胆，所述第一冷媒管能够与所述内胆中的水液进行热交换，所述蓄热装置包括第二冷媒管、水换热管和蓄热件，所述第二冷媒管和所述水换热管均能够与所述蓄热件进行热交换，所述压缩机、所述第一冷媒管、所述节流装置和所述换热器依次设置在所述冷媒循环管路上，所述第二冷媒管位于所述节流装置和所述第一冷媒管之间，所述水换热管和所述内胆的进水口连通。
5.一些实施方案中，所述热泵系统包括多条相互并联的冷媒支路，每条所述冷媒支路上均设置有一个所述蓄热装置，每个所述蓄热装置的第二冷媒管与其所在的所述冷媒支路串联，所述冷媒支路的两端分别连通所述第一冷媒管和所述节流装置，多个所述蓄热装置的水换热管依次串联设置。
6.一些实施方案中，所述蓄热装置的蓄热件包括相变蓄热结构，各个所述蓄热装置的相变蓄热结构的相变温度沿水流方向依次增大。
7.一些实施方案中，所述热泵系统包括开关阀，每条所述冷媒支路上均设置有一个所述开关阀。
8.一些实施方案中，所述热泵系统包括两条所述冷媒支路，两个所述冷媒支路分别被定义为一级冷媒支路和二级冷媒支路，位于所述一级冷媒支路的蓄热装置为一级蓄热装置，位于所述二级冷媒支路的蓄热装置为二级蓄热装置，所述一级蓄热装置的水换热管位于所述二级蓄热装置的水换热管的上游，所述一级蓄热装置的相变蓄热结构的相变温度小于所述二级蓄热装置的相变蓄热结构的相变温度。
9.一些实施方案中，所述热泵系统具有第一制热模式、第二制热模式和第三制热模式；
10.在所述第一制热模式下，所述内胆中的水温小于第一预设值，所述一级冷媒支路的开关阀开启，所述二级冷媒支路的开关阀关闭；
11.在所述第二制热模式下，所述内胆中的水温不小于所述第一预设值且小于第二预设值，所述一级冷媒支路的开关阀关闭，所述二级冷媒支路的开关阀开启；
12.在所述第三制热模式下，所述内胆中的水温不小于第二预设值，所述一级冷媒支
路的开关阀和所述二级冷媒支路的开关阀均开启，其中所述第二预设值大于所述第一预设值。
13.一些实施方案中，所述热泵系统包括设置于所述冷媒循环管路上的换向阀，所述换向阀分别连通所述第一冷媒管的冷媒口、所述换热器的冷媒口、所述压缩机的吸气口和所述压缩机的排气口。
14.一些实施方案中，所述热泵系统包括：
15.除霜支路，所述除霜支路的第一端连接所述冷媒循环管路且位于所述第一冷媒管和所述蓄热装置之间，所述除霜支路的第二端连接所述冷媒循环管路且位于所述第一冷媒管和所述换向阀之间；
16.开闭阀组，用于控制制冷剂择一地流经所述第一冷媒管或所述除霜支路。
17.一些实施方案中，所述热泵系统具有第四制热模式，在所述第四制热模式下，所述除霜支路的制冷剂流动被所述开闭阀组截止，所述压缩机的吸气口和所述压缩机的排气口通过所述换向阀和所述开闭阀组分别连通所述换热器和所述第一冷媒管。
18.一些实施方案中，所述热泵系统具有除霜模式，在所述除霜模式下，所述第一冷媒管的制冷剂流动被所述开闭阀组截止，所述压缩机的吸气口通过所述换向阀和所述开闭阀组连通所述除霜支路和所述第二冷媒管，所述压缩机的排气口通过所述换向阀连通所述换热器。
19.一些实施方案中，所述开闭阀组为三通阀，所述三通阀包括第一阀口、第二阀口和第三阀口；所述第一阀口连通所述第一冷媒管，所述第二阀口连通所述除霜支路的第一端，所述第三阀口连通所述第二冷媒管。
20.本技术实施例提供的一种热泵系统，通过在换热水箱和节流装置之间设置用于二次吸收制冷剂的热量的蓄热装置，外部的水液流入换热水箱的内胆之前先经过蓄热装置的水换热管进行热交换，降低了外部水液与内胆内水液的温差，减少了外部水源直接进入内胆后对内胆内部的水液水温的冲击，内胆的进水水温波动小，用户体验感好。
附图说明
21.图1为本技术一实施例中的热泵系统的结构示意图；
22.图2为图1所示结构的第一制热模式的运行原理图；
23.图3为图1所示结构的第二制热模式的运行原理图；
24.图4为图1所示结构的第三制热模式的运行原理图；
25.图5为本技术另一实施例中的热泵系统的结构示意图；
26.图6为图5所示结构的第四制热模式的运行原理图；
27.图7为图5所示结构的除霜模式的运行原理图。
28.附图标记说明
29.换热水箱11；第一冷媒管111；内胆112；冷媒循环管路12；压缩机13；蓄热装置14；一级蓄热装置141；二级蓄热装置142；节流装置15；换热器16；冷媒支路2；一级冷媒支路21；二级冷媒支路22；开关阀3；换向阀4；第一接口41；第二接口42；第三接口43；第四接口44；除霜支路5；开闭阀组6；第一阀口61；第二阀口62；第三阀口63；进水管7；连接管8。
具体实施方式
30.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
31.在本技术实施例的描述中，术语“第一/第二”仅仅是是区别不同的对象，不表示二者之间具有相同或联系之处。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
32.请参见图1和图5，本技术实施例提供一种热泵系统，包括换热水箱11、冷媒循环管路12、压缩机13、蓄热装置14、节流装置15和换热器16。具体地，换热器16用于与空气或水等其他能够用于换热效果好的介质进行热交换。示例性的，换热器16用于与空气进行热交换。冷媒循环管路12用于流通制冷剂。压缩机13用于将低压的气态制冷剂压缩成高压的气态制冷剂。
33.换热水箱11包括第一冷媒管111和用于盛水的内胆112，第一冷媒管111能够与内胆112中的水液进行热交换。也就是说，内胆112用于盛放可供使用的生活或工业用水，第一冷媒管111通过与内胆112内的水液进行热交换，以加热或制冷内胆112中的水液。
34.蓄热装置14包括第二冷媒管、水换热管和蓄热件，第二冷媒管和水换热管均能够与蓄热件进行热交换。也就是说，蓄热件能够储存第二冷媒管提供的热量并将热量传递给水换热管内的水。示例性的，第二冷媒管和水换热管均被包覆于蓄热件内，蓄热件、第二冷媒管以及水换热管三者能够进行热交换。
35.压缩机13、第一冷媒管111、节流装置15和换热器16依次设置在冷媒循环管路12上，第二冷媒管位于节流装置15和第一冷媒管111之间，换句话说，冷媒循环管路12、压缩机13、第一冷媒管111、节流装置15、换热器16以及第二冷媒管构成一个基本的热泵循环。
36.以热泵系统为换热水箱11供热为例，高温高压的气态制冷剂通过压缩机13的排气口依次流入第一冷媒管111和第二冷媒管冷凝放热，先为内胆112中的水液加热，再为蓄热件加热，制冷剂冷凝放热后变为低温高压的液态制冷剂并流入节流装置15降压成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂再流入换热器16蒸发吸热变为高温低压的气态制冷剂，最后高温低压的气态制冷剂流入压缩机13的吸气口又转变成高温高压的气态制冷剂，如此就完成了一个供热循环。
37.水换热管和内胆112的进水口连通。具体地，换热水箱11包括进水管7，水换热管通过进水管7连通内胆112的进水口。也就是说，进水管7的两端分别连通水换热管的一端和内胆112的进水口，外部水液依次流经水换热管、进水管7和内胆112的进水口进入内胆112内。由于蓄热件能够储存第二冷媒管提供的热量并将热量传递给水换热管内的水，如此以来，外部水液能够提前先在蓄热件内进行热交换，以降低进水外部水液与内胆112内水液的温差。
38.本技术实施例提供的热泵系统，通过在换热水箱11和节流装置15之间设置用于二次吸收制冷剂的热量的蓄热装置14，外部的水液流入换热水箱11的内胆112之前先经过蓄热装置14的水换热管进行热交换，降低了外部水液与内胆112内水液的温差，减少了外部水源直接进入内胆112后对内胆112内部的水液水温的冲击，内胆112的进水水温波动小，用户
体验感好。
39.本技术的热泵系统的应用范围包括但不限于办公室、医院、学校、家庭等需要采暖、制冷或供给热水的生活或工业场景。
40.需要说明的是，换热器16包括但不限于采用浮头式换热器16、固定管板式换热器16、u形管板换热器16、板式换热器16等。
41.压缩机13包括但不限于活塞式压缩机13、螺杆式压缩机13、涡旋式压缩机13、滚动转子式压缩机13、离心式压缩机13、轴流式压缩机13等。
42.制冷剂包括但不限于采用氯氟烃类、氢氯氟烃类、氢氟烃类等氟利昂制冷剂。
43.节流装置15包括但不限于能够双向流通的毛细管、电子膨胀阀、节流短管等。
44.蓄热件可以采用任意一种具有能量储存特性的材料，例如水或其他蓄热材料。
45.一实施例中，请参阅图1和图5，热泵系统包括设置于冷媒循环管路12上的换向阀4，换向阀4分别连通第一冷媒管111的冷媒口、换热器16的冷媒口、压缩机13的吸气口和压缩机13的排气口。换向阀4用于切换制冷剂在冷媒循环管路12中的流动方向。
46.示例性的，一实施例中，换向阀4为四通阀。换向阀4包括第一接口41、第二接口42、第三接口43和第四接口44，第一接口41连通压缩机13的吸气口，第二接口42连通压缩机13的排气口，第三接口43连通第一冷媒管111的冷媒口，第四接口44连通换热器16的冷媒口。
47.一实施例中，请参阅图1，热泵系统包括多条相互并联的冷媒支路2，每条冷媒支路2上均设置有一个蓄热装置14，每个蓄热装置14的第二冷媒管与其所在的冷媒支路2串联，冷媒支路2的两端分别连通第一冷媒管111和节流装置15。也就是说，蓄热装置14与冷媒支路2的数量一一对应，有多少条冷媒支路2就有多少个蓄热装置14，由于多条冷媒支路2相互并联于第一冷媒管111和节流装置15之间，因此每个蓄热装置14上的第二冷媒管也相互并联于第一冷媒管111和节流装置15之间。
48.多个蓄热装置14的水换热管依次串联设置。具体地，热泵系统包括连接管8，两个相邻水换热管之间通过连接管8连通。也就是说，外部水源依次经过多个蓄热装置14的水换热管，再经过进水管7流至进水口处。多个蓄热装置14内的蓄热件能够更充分地为外部水源进行换热，更好地降低外部水源直接进入内胆112后对内胆112内部的水液水温的冲击。
49.一实施例中，请参阅图1，蓄热装置14的蓄热件包括相变蓄热结构，各个蓄热装置14的相变蓄热结构的相变温度沿水流方向依次增大。具体地，相变蓄热结构采用相变蓄热材料。示例性的，相变蓄热结构的蓄热材料采用固-液相变蓄热材料，固-液相变材料是通过相变材料的熔化过程来进行热量储存，凝固过程来放出热量，相变蓄热材料包括但不限于结晶水和盐、熔盐、金属或合金的组合。
50.以对外部水源进行加热为例，外部水源先流入相变温度低的蓄热件内进行换热，再流入相变温度高的蓄热件内进行换热，各个蓄热装置14的相变蓄热结构的相变温度沿水流方向依次增大，这样设置，热泵系统能够实现对外部水源的梯级换热，传热温差更小，还可减少换热过程中的不可逆损失，蓄热件与外部水源的换热效率更高。
51.一实施例中，请参阅图1，热泵系统包括开关阀3，每条冷媒支路2上均设置有一个开关阀3。具体地，每条冷媒支路2上的开关阀3可以设置于第二换热管的上游也可以设置于第二换热管下游。每条冷媒支路2上的开关阀3能够分别控制制冷剂在各自的冷媒支路2上流动状态，开关阀3开启，制冷剂能够在该冷媒支路2上流动；开关阀3关闭，制冷剂在该冷媒
支路2上停止流动。
52.示例性的，一实施例中，请参阅图1，热泵系统包括两条冷媒支路2，两个冷媒支路2分别被定义为一级冷媒支路21和二级冷媒支路22，位于一级冷媒支路21的蓄热装置14为一级蓄热装置141，位于二级冷媒支路22的蓄热装置14为二级蓄热装置142，一级蓄热装置141的水换热管位于二级蓄热装置142的水换热管的上游，一级蓄热装置141的相变蓄热结构的相变温度小于二级蓄热装置142的相变蓄热结构的相变温度。
53.以对外部水源进行加热为例，外部水源先流入相变温度低的一级蓄热装置141的水换热管内进行第一次预热，然后通过连接管8，再进入相变温度高的二级蓄热装置142的水换热管内进行第二次预热，再进入进水管7流入内胆112的进水口，实现分级预热，传热温差小，一级蓄热装置141和二级蓄热装置142与外部水源的换热效率高。
54.一实施例中，一级蓄热装置141的相变蓄热结构的相变温度为20-25℃；和/或，二级蓄热装置142的相变蓄热结构的相变温度为30-35℃。
55.一实施例中，请参阅图2至图4，热泵系统具有第一制热模式、第二制热模式和第三制热模式。
56.在第一制热模式下，内胆112中的水温小于第一预设值，一级冷媒支路21的开关阀3开启，二级冷媒支路22的开关阀3关闭。具体地，第一预设值为30-35℃，换向阀4的第二接口42和第三接口43导通，换向阀4的第一接口41和第四接口44导通。
57.在第一制热模式下，高温高压的气态制冷剂先通过压缩机13的排气口进入换向阀4的第二接口42，再从换向阀4的第三接口43流出先流入第一冷媒管111冷凝放热，为内胆112提供热量，然后再流入一级冷媒支路21与一级蓄热装置141的第二冷媒管冷凝放热，为一级蓄热装置141的相变蓄热结构提供热量，制冷剂冷凝放热后变为低温高压的液态制冷剂再流入节流装置15降压成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂再流入换热器16蒸发吸热变为高温低压的气态制冷剂，高温低压的气态制冷剂再流入换向阀4的第四接口44，再从换向阀4的第一接口41流出进入压缩机13的吸气口，完成一个制热循环。
58.也就是说，当内胆112内的水温小于30-35℃时，先利用相变蓄热结构的相变温度在20-25℃的一级蓄热装置141为外部水源进行加热，传热温差小，换热效率高。同时，一级蓄热装置141能够增强热泵系统的冷凝散热效果，缓解因水温上升引起的热泵系统能效大幅下降的问题。
59.在第二制热模式下，内胆112中的水温不小于第一预设值且小于第二预设值，一级冷媒支路21的开关阀3关闭，二级冷媒支路22的开关阀3开启。具体地，第二预设值为45-50℃，换向阀4的第二接口42和第三接口43导通，换向阀4的第一接口41和第四接口44导通。
60.在第二制热模式下，高温高压的气态制冷剂先通过压缩机13的排气口进入换向阀4的第二接口42，再从换向阀4的第三接口43流出先流入第一冷媒管111冷凝放热，为内胆112提供热量，然后再流入二级冷媒支路22与二级蓄热装置142的第二冷媒管冷凝放热，为二级蓄热装置142的相变蓄热结构提供热量，制冷剂冷凝放热后变为低温高压的液态制冷剂再流入节流装置15降压成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂再流入换热器16蒸发吸热变为高温低压的气态制冷剂，高温低压的气态制冷剂再流入换向阀4的第四接口44，再从换向阀4的第一接口41流出进入压缩机13的吸气口，完成一个制热循环。
61.也就是说，当内胆112中的水温不小于30-35℃且小于45-50℃时，先利用相变蓄热
结构的相变温度在30-35℃的二级蓄热装置142为外部水源进行加热，传热温差小，换热效率高。同时，二级蓄热装置142能够增强热泵系统的冷凝散热效果，缓解因水温上升引起的热泵系统能效大幅下降的问题。
62.在第三制热模式下，内胆112中的水温不小于第二预设值，一级冷媒支路21的开关阀3和二级冷媒支路22的开关阀3均开启，其中第二预设值大于第一预设值。具体地，换向阀4的第二接口42和第三接口43导通，换向阀4的第一接口41和第四接口44导通。
63.在第三制热模式下，高温高压的气态制冷剂先通过压缩机13的排气口进入换向阀4的第二接口42，再从换向阀4的第三接口43流出先流入第一冷媒管111冷凝放热，为内胆112提供热量，然后制冷剂分成两路，一路流入一级冷媒支路21与一级蓄热装置141的第二冷媒管冷凝放热，为一级蓄热装置141的相变蓄热结构提供热量，另一路流入二级冷媒支路22与二级蓄热装置142的第二冷媒管冷凝放热，为二级蓄热装置142的相变蓄热结构提供热量，制冷剂冷凝放热后变为低温高压的液态制冷剂，然后两路制冷剂汇合再流入节流装置15降压成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂再流入换热器16蒸发吸热变为高温低压的气态制冷剂，高温低压的气态制冷剂再流入换向阀4的第四接口44，再从换向阀4的第一接口41流出进入压缩机13的吸气口，完成一个制热循环。
64.也就是说，当内胆112中的水温大于45-50℃时，同时利用相变蓄热结构的相变温度在20-25℃的一级蓄热装置141，以及相变蓄热结构的相变温度在30-35℃的二级蓄热装置142为外部水源进行加热，传热温差小，换热效率高，且一级蓄热装置141和二级蓄热装置142能够协同增强热泵系统的冷凝散热效果，缓解因水温上升引起的热泵系统能效大幅下降的问题。
65.一实施例中，请参阅图5，热泵系统包括除霜支路5和开闭阀组6。
66.除霜支路5的第一端连接冷媒循环管路12且位于第一冷媒管111和蓄热装置14之间，除霜支路5的第二端连接冷媒循环管路12且位于第一冷媒管111和换向阀4之间。如此设置，可使制冷剂直接沿除霜支路5从换向阀4流入至蓄热装置14。
67.开闭阀组6用于控制制冷剂择一地流经第一冷媒管111或除霜支路5。也就是说，开闭阀组6起到导流的作用，当制冷剂在第一冷媒管111内流动时，除霜支路5内的制冷剂停止流动；当制冷剂在除霜支路5内流动时，第一冷媒管111内的制冷剂停止流动。
68.一实施例中，请参阅图6，热泵系统具有第四制热模式，在第四制热模式下，除霜支路5的制冷剂流动被开闭阀组6截止，压缩机13的吸气口和压缩机13的排气口通过换向阀4和开闭阀组6分别连通换热器16和第一冷媒管111。具体地，换向阀4的第二接口42和第三接口43导通，换向阀4的第一接口41和第四接口44导通。
69.在第四制热模式下，高温高压的气态制冷剂先通过压缩机13的排气口进入换向阀4的第二接口42，再从换向阀4的第三接口43流出，由于除霜支路5被开闭阀组6阻断，制冷剂无法通过除霜支路5，制冷剂先流入第一冷媒管111冷凝放热，为内胆112提供热量，然后再流入蓄热装置14的第二冷媒管冷凝放热，为蓄热装置14提供热量，制冷剂冷凝放热后变为低温高压的液态制冷剂再流入节流装置15降压成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂再流入换热器16蒸发吸热变为高温低压的气态制冷剂，高温低压的气态制冷剂再流入换向阀4的第四接口44，再从换向阀4的第一接口41流出进入压缩机13的吸气口，完成一个制热循环。
70.一实施例中，请参阅图7，热泵系统具有除霜模式，在除霜模式下，第一冷媒管111的制冷剂流动被开闭阀组6截止，压缩机13的吸气口通过换向阀4和开闭阀组6连通除霜支路5和第二冷媒管，压缩机13的排气口通过换向阀4连通换热器16。具体地，换向阀4的第二接口42和第四接口44导通，换向阀4的第一接口41和第三接口43导通。
71.当热泵系统需要为换热器16进行除霜时进入除霜模式，在除霜模式下，高温高压的气态制冷剂先通过压缩机13的排气口进入换向阀4的第二接口42，再从换向阀4的第四接口44流入至换热器16中并在换热器16内冷凝放热以融化换热器16表面的霜层，冷凝后的低温高压的液态制冷剂流入节流装置15进行节流降压变为低温低压的液态制冷剂，再进入蓄热装置14内进行蒸发吸热变为高温低压的气态制冷剂，由于第一冷媒管111内的制冷剂流动开闭阀组6阻断，制冷剂无法通过第一冷媒管111内，高温低压的气态制冷剂直接通过除霜支路5流入换向阀4的第三接口43，再从换向阀4的第一接口41流出进入压缩机13的吸气口，完成一个除霜循环。
72.如此设置，制冷剂仅利用蓄热装置14内的热量进行除霜，没有流经内胆112吸收热量，因此在除霜的过程中不会造成内胆112内的水温温度下降，用户体验感好。
73.示例性的，一实施例中，请参阅图5，开闭阀组6为三通阀，三通阀包括第一阀口61、第二阀口62和第三阀口63；第一阀口61连通第一冷媒管111，第二阀口62连通除霜支路5的第一端，第三阀口63连通第二冷媒管。
74.在第四制热模式下，第二阀口62和第三阀口63截止，第一阀口61和第三阀口63导通。
75.在除霜模式下，第二阀口62和第三阀口63导通，第一阀口61和第三阀口63截止。
76.一实施例中，开闭阀组6包括第一开闭阀和第二开闭阀，第一开闭阀设置于除霜支路5上，第二开闭阀设置于除霜支路5的第一端和第一冷媒管111之间或设置于第一冷媒管111和除霜支路5的第二端之间。也就是说，第一开闭阀用于导通或阻断制冷剂在除霜支路5内的流动，第二开闭阀用于导通或阻断制冷剂在第一冷媒管111内的流动。
77.在第四制热模式下，第一开闭阀关闭，第二开闭阀开启。
78.在除霜模式下，第一开闭阀开启，第二开闭阀关闭。
79.本技术提供的各个实施例/实施方式在不产生矛盾的情况下可以相互组合。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。