CN102818323B - 基于喷射送风的热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于喷射送风的热泵空调系统。包括：压缩机、四通换向阀、第一喷射送风装置、第一换热器、膨胀阀、第二喷射送风装置、第二换热器以及气液分离器，其中，压缩机分别与四通换向阀及气液分离器相连，四通换向阀还分别与第一换热器、第二换热器以及气液分离器相连，第一换热器与膨胀阀相连，膨胀阀与第二换热器相连；空气经第一喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第一换热器，经第一换热器的换热处理后，流出第一换热器；以及，空气经第二喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第二换热器，经第二换热器的换热处理后，流出第二换热器。应用本发明，可以提升系统的能源利用率，降低系统噪音。

Description

基于喷射送风的热泵空调系统

技术领域

本发明涉及空调技术，尤其涉及一种基于喷射送风的热泵空调系统。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，在居住和室内工作环境下，通过安装空调系统，用以提升居住和工作环境的舒适性，成为人们提高舒适性需求的一个重要选择，而其中，使用较多的为空气源热泵空调系统。

现有的空气源热泵空调系统，一般通过换热器中制冷剂与周围空气进行热量交换，从空气中吸收热量使空气冷却，或向空气释放热量使空气加热，从而使制冷剂蒸发或冷凝，然后，将经过冷却或加热的空气送入室内或排入大气。

在上述热量交换（制热、制冷）过程中，流经换热器的空气流速及流场均匀性对热量交换效果有着直接的影响。对整个热泵空调系统而言，如果流经换热器的空气流速较低，将影响作为蒸发器或冷凝器的换热器的换热效果，而蒸发器及冷凝器的换热效果，不仅影响整个热泵空调系统的性能及室内舒适性，而且在很大程度上影响热泵空调系统的安全性；而对于热泵空调系统内的室内机而言，如果流经换热器的空气流速较低、流畅均匀性较差，在制冷工况下，蒸发器的换热效果下降，将使得液态制冷剂从室内空气吸热的效果下降，造成蒸发器出口过热度不足，从而导致液态制冷剂进入压缩机，最终导致停机或系统故障。此外，在一定程度上，室内温度场及流场的均匀性依赖于电机输出的室内机送风能力，而室内机送风能力越强，需要的电机功耗越大，使得系统的能源利用率下降，产生的噪音也就越大，因而，为了有效降低能耗，提升系统的能源利用率，需要综合考虑室内机的送风能力与其产生的噪音，以使两者之间达到较佳平衡，从而满足用户舒适性的需求。

现有的空气源热泵空调系统中，室外机大部分采用叶轮进行送风，室内机则大部分采用涡扇进行送风。其中，对于室外机，针对不同制冷容量的换热器，需匹配相应功率的电机，且叶轮的叶片需专门优化设计，成本较高，同时，采用叶轮的方式送风，送风压力较低，导致流经换热器的空气流速较低，送风距离短；而且，叶轮中的叶片间隔布置，产生的送风均匀性较差；对于室内机，涡扇由电机、涡壳及风扇构成，不仅部件装配及匹配复杂，还容易导致噪音较大、且与叶轮送风方式相类似，送风不均匀，使得换热器各部分换热不均匀。

由上述可见，现有的空气源热泵空调系统，在一定电机功率下，通过叶轮或涡扇产生的送风，送风压力较低，导致流经换热器的空气流速较低，送风距离短；且叶轮或涡扇产生的噪音也较大，难以在送风设备的送风能力、电机功率与噪音间取得良好的平衡，如果需要保证送风能力及换热量，只有通过提高电机转速，不仅电机功耗增加，使得系统的能源利用率较低，且使得产生的噪音大大提高，影响用户的舒适性。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于喷射送风的热泵空调系统，提升系统的能源利用率，降低系统噪音。

为达到上述目的，本发明实施例提供的一种基于喷射送风的热泵空调系统，包括：压缩机、四通换向阀、第一喷射送风装置、第一换热器、膨胀阀、第二喷射送风装置、第二换热器以及气液分离器，其中，

压缩机的一端与四通换向阀的第一端相连，压缩机的另一端与气液分离器的一端相连，四通换向阀的第二端与第一换热器的一端相连，第一换热器的另一端与膨胀阀的一端相连，膨胀阀的另一端与第二换热器的一端相连，第二换热器的另一端与四通换向阀的第三端相连，四通换向阀的第四端与气液分离器的另一端相连；

空气经第一喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第一换热器，经第一换热器的换热处理后，流出第一换热器；以及，空气经第二喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第二换热器，经第二换热器的换热处理后，流出第二换热器。

所述第一喷射送风装置包括：进气口、无刷马达、气流涡轮、底座、后部喷射气隙、前部喷射气隙以及气体投射翼，其中，

无刷马达置于底座中，气流涡轮与无刷马达相连接，在气流涡轮安装位置对应的底座处，开设有进气口，气体投射翼安装于底座上部，气体投射翼中设置有后部喷射气隙以及前部喷射气隙，后部喷射气隙以及前部喷射气隙开口方向朝向第一换热器或第二换热器。

所述气体投射翼在轴向方向上的形状为环形。

所述气体投射翼内部为中空。

所述气体投射翼在径向方向上的形状为方形。

所述底座的高度方向与气体投射翼的轴向方向垂直。

所述后部喷射气隙以及前部喷射气隙的高度与换热器高度相同。

所述气体投射翼的弧形翼面沿其轴向成7至12度的弧形角度。

所述第一喷射送风装置与换热器之间的距离根据气体投射翼与轴向形成的弧形角度、气体投射翼高度以及换热器高度确定。

在制冷工况下，四通换向阀的第一端与第二端连通，第三端与第四端连通，第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器，制冷剂从压缩机中设置的排气孔流出，依次流经四通换向阀、第一换热器、膨胀阀、第二换热器以及气液分离器，从压缩机中设置的吸气孔进入压缩机中。

在制热工况下，四通换向阀的第一端与第三端连通，第二端与第四端连通，第一换热器与第二换热器分别作为蒸发器及冷凝器，制冷剂从压缩机中设置的排气孔流出，依次流经四通换向阀、第二换热器、膨胀阀、第一换热器以及气液分离器，从压缩机中设置的吸气孔进入压缩机中。

无刷马达旋转，驱动气流涡轮高速旋转，压缩外部空气从进气口进入底座，进入底座的空气被气流涡轮增压后，进入中空环形的气体投射翼，同时，不断旋转的气流涡轮使得进入中空环形的气体投射翼的压缩空气不断压缩，压力升高，流经气体投射翼内部后，经后部喷射气隙与前部喷射气隙高速喷出形成喷射气流；

喷射气流导致气体投射翼的中间压力降低，气体投射翼后面的空气，由于压差的作用，快速流向气体投射翼，形成导入气流；

喷射气流对第一喷射送风装置以及第二喷射送风装置周围的空气具有牵引作用，形成牵引气流；

喷射气流、导入气流以及牵引气流进而与第一换热器和第二换热器进行换热。

由上述技术方案可见，本发明实施例提供的一种基于喷射送风的热泵空调系统，包括：压缩机、四通换向阀、第一喷射送风装置、第一换热器、膨胀阀、第二喷射送风装置、第二换热器以及气液分离器，其中，压缩机的一端与四通换向阀的第一端相连，压缩机的另一端与气液分离器的一端相连，四通换向阀的第二端与第一换热器的一端相连，第一换热器的另一端与膨胀阀的一端相连，膨胀阀的另一端与第二换热器的一端相连，第二换热器的另一端与四通换向阀的第三端相连，四通换向阀的第四端与气液分离器的另一端相连；空气经第一喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第一换热器，经第一换热器的换热处理后，流出第一换热器；以及，空气经第二喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第二换热器，经第二换热器的换热处理后，流出第二换热器。这样，第一喷射送风装置以及第二喷射送风装置对送风进行增压后，喷射至第一换热器和第二换热器，提高了送风量及送风能力，提升了热泵空调系统的能源利用率，同时降低了送风噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明实施例基于喷射送风的热泵空调系统结构示意图。

图2为本发明实施例喷射送风装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

现有的空气源热泵空调系统，通过提高电机功率的方式保证送风能力及换热量，使得系统的能源利用率较低，且使得产生的噪音大大提高，影响用户的舒适性。本发明实施例中，考虑采用涡轮增压方式，使之能够在风机功率不变的情况下，提高送风压力，以提高进入换热器的空气的送风能力，例如，可以提高送风量及风速，从而提高室内机的送风距离；同时，采用涡轮增压喷射送风的方式，由于涡轮的匀速转动，可以有效降低热泵空调系统的送风噪音，并提升流场均匀性；进一步地，本发明实施例热泵空调系统中的气体投射翼面，设置为沿轴向呈预先设置的角度，可以使得空气能均匀地喷射到整个换热器，从而提高系统换热量；而且，热泵空调系统中的无刷马达转速可调，使得喷射送风量可调，在保证热泵空调系统制热度以及制冷度的同时，提高热泵空调系统在不同制冷量（制热量）中的通用性。

所应说明的是，本发明实施例的基于喷射送风的热泵空调系统中，室内机以及室外机均采用涡轮增压喷射送风方式，从而取代室内机以及室外机涡扇或叶轮的送风方式。

图1为本发明实施例基于喷射送风的热泵空调系统结构示意图。参见图1，该系统包括：压缩机1、四通换向阀2、第一喷射送风装置03、第一换热器3、膨胀阀4、第二喷射送风装置05、第二换热器5以及气液分离器6，其中，

压缩机1的一端与四通换向阀2的第一端相连，压缩机1的另一端与气液分离器6的一端相连，四通换向阀2的第二端与第一换热器3的一端相连，第一换热器3的另一端与膨胀阀4的一端相连，膨胀阀4的另一端与第二换热器5的一端相连，第二换热器5的另一端与四通换向阀2的第三端相连，四通换向阀2的第四端与气液分离器6的另一端相连；

空气经第一喷射送风装置03的涡轮增压后，喷射流入第一换热器3，经第一换热器3的换热处理后，流出第一换热器3；以及，空气经第二喷射送风装置05的涡轮增压后，喷射流入第二换热器5，经第二换热器5的换热处理后，流出第二换热器5。

本发明实施例中，热泵空调系统的四通换向阀2可以根据工况的不同，定时切换第一换热器3与第二换热器5的功能状态，使第一换热器3与第二换热器5在蒸发器与冷凝器之间进行定时切换，从而实现系统的连续运行。

下面对四通换向阀2切换第一换热器3与第二换热器5的功能状态进行详细说明。

在制冷工况下，第一换热器3作为冷凝器，第二换热器5作为蒸发器，制冷剂从压缩机1中设置的排气孔流出，依次流经四通换向阀2、第一换热器3、膨胀阀4、第二换热器5以及气液分离器6，从压缩机1中设置的吸气孔进入压缩机1中，从而完成一个制冷循环；

在该制冷循环中，四通换向阀2的第一端与第二端连通，第三端与第四端连通。

在制热工况下，第一换热器3与第二换热器5分别作为蒸发器及冷凝器，制冷剂从压缩机1中设置的排气孔流出，依次流经四通换向阀2、第二换热器5、膨胀阀4、第一换热器3以及气液分离器6，从压缩机1中设置的吸气孔进入压缩机1中，完成一个制热循环。

在该制热循环中，四通换向阀2的第一端与第三端连通，第二端与第四端连通。也就是说，通过切换四通换向阀2的第一端至第四端的连通关系，可以控制热泵空调系统在制热工况或制冷工况下运行，如果控制四通换向阀2的第一端与第二端连通，第三端与第四端连通，则切换热泵空调系统进入制冷工况；如果控制四通换向阀2的第一端与第三端连通，第二端与第四端连通，则切换热泵空调系统进入制热工况。

其中，

第一喷射送风装置03与第二喷射送风装置05结构相同，包括：进气口7、无刷马达8、气流涡轮9、底座10、后部喷射气隙11、前部喷射气隙12以及气体投射翼13。

图2为本发明实施例喷射送风装置的结构示意图。参见图2，该喷射送风装置为图1中的第一喷射送风装置03，包括：进气口7、无刷马达8、气流涡轮9、底座10、后部喷射气隙11、前部喷射气隙12以及气体投射翼13，其中，

无刷马达8置于底座10中，气流涡轮9与无刷马达8相连接，较佳地，无刷马达8安装于底座10底部，气流涡轮9置于无刷马达8上，在气流涡轮9安装位置对应的底座10处，开设有进气口7，气体投射翼13安装于底座10上部，气体投射翼13中设置有后部喷射气隙11以及前部喷射气隙12，后部喷射气隙11以及前部喷射气隙12开口方向朝向第一换热器或第二换热器。

实际应用中，可以预先将进气口7、无刷马达8、气流涡轮9、底座10、后部喷射气隙11、前部喷射气隙12以及气体投射翼13装配为一个整体。当然，也可以在现场进行装配。

较佳地，气体投射翼13在轴向方向上的形状为环形。当然，实际应用中，也可以设置为矩形、圆形等形状。

环形的气体投射翼13内部为中空。

较佳地，经过仿真模拟计算以及实验统计，装配的气体投射翼13，其弧形翼面沿其轴向成7~12度角，可以确保向换热器输出的风速以及风量达到最优，即可以确保最大风速及风量。

气体投射翼13在径向方向上的形状为方形，也可设计为圆形或椭圆形等形状。

较佳地，气体投射翼13中设置的后部喷射气隙11以及前部喷射气隙12的高度与换热器有效工作高度（简称换热器高度）相同。

无刷马达8的输出功率可根据实际需要进行调节，以保证喷射送风装置喷射出的送风量大小，这样，通过将无刷马达8的输出功率设置为多个级别，从而在不同工况以及换热量需求的情况下，只需调整无刷马达8的输出功率级别，可以无需更换供能设备，提高了喷射送风装置在不同制冷容量（制热容量）热泵空调系统中的通用性。

本发明实施例中，较佳地，底座10的高度方向与气体投射翼13的轴向垂直。当然，实际应用中，为便于热泵空调系统狭小空间内的装配，底座10的高度方向也可以与环形气体投射翼13的轴向方向平行。

喷射送风装置与换热器之间的距离，可以根据气体投射翼13与轴向形成的弧形角度、气体投射翼13高度以及换热器高度确定，只要可以确保喷射送风装置喷射出的空气能均匀流过整个换热器即可。

本发明实施例中，为了提高涡轮获得高等熵效率，改善局部流场并使得型面匹配更加合理，最终使气流涡轮产生强劲的气流，气流涡轮9采用优化设计，主要集中在涡轮叶片的型线设计上，包括采用叶片数、叶型截面半径、前缘小圆直径、尾缘小圆直径、轴向弦长、进出口几何角及后弯角等重要参数的综合优化确定。

下面再对喷射送风装置输出送风的工作流程进行说明。

本发明实施例中，对于第一喷射送风装置03与第二喷射送风装置05来说，无刷马达8旋转，驱动气流涡轮9高速旋转，气流涡轮9的高速旋转，压缩外部空气从进气口7进入底座10，进入底座10的空气被气流涡轮9增压后，进入中空环形的气体投射翼13，同时，不断旋转的气流涡轮9，通过涡轮增压方式，使得进入中空环形的气体投射翼13的压缩空气不断压缩，压力升高，流经气体投射翼13内部后，经后部喷射气隙11与前部喷射气隙12高速喷出，喷射出的空气形成喷射气流，与第一换热器3和第二换热器5进行换热，从而达到制冷或制热效果。

同时，高速喷射出的空气（气体）将导致气体投射翼13的中间压力迅速降低，气体投射翼13后面的空气，由于压差的作用，快速流向气体投射翼13，本发明实施例中，将该部分快速流向气体投射翼13的气流称之为导入气流；此外，高速喷射出的空气对喷射送风装置周围的空气具有较强的牵引作用，使得周围部分空气被高速喷射出的空气牵引进入换热器，本发明实施例中，将该部分气流称之为牵引气流。

由上述可见，本发明实施例的基于喷射送风的热泵空调系统，可以在无刷马达输出较小功率的条件下，降低热泵空调系统的送风噪音且获得大送风量及均匀送风场，在提高风速及换热量的同时，保证较小的送风噪音，提升了热泵空调系统的能源利用率。具体来说，通过设置由进气口、无刷马达、气流涡轮、底座、后部喷射气隙、前部喷射气隙以及气体投射翼组成的喷射送风装置，无刷马达驱动气流涡轮高速旋转，高速旋转气流涡轮压缩外部空气进入气体投射翼，并使进入气体投射翼的压缩空气不断压缩，压力升高，经后部喷射气隙与前部喷射气隙高速喷出，提高了室内机的送风能力，从而提升了热泵空调系统的能源利用率；同时，由于较大的室内外压力差，产生强劲的导入气流以及牵引气流，相对于现有采用风扇及电机的送风方式，导入气流及牵引气流较弱的情形，本发明实施例中，由于高速旋转的气流涡轮，使之产生强劲的喷射气流，高速喷射导致的压差又使得导入气流及牵引气流更为明显，由于喷射气流、导入气流以及牵引气流三股气流的共同作用，使得该喷射送风装置的送风量及送风距离大大提高；进一步地，由于喷射气隙尺寸与换热器有效工作面积相关，气流由喷射气隙均匀喷射送出，并能够均匀地流入换热器，使得流经换热器的空气流速及流场均匀性达到最佳，提升了热量交换效果；而且，流场的均匀性，也避免了现有热泵空调系统中，叶轮转动导致的流场较差带来的噪音影响，使得该喷射送风装置的噪音大大降低，使得室内机的送风能力、电机功率与其产生的噪音达到较佳平衡，从而满足用户舒适性的需求。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种基于喷射送风的热泵空调系统，其特征在于，该热泵空调系统包括：压缩机、四通换向阀、第一喷射送风装置、第一换热器、膨胀阀、第二喷射送风装置、第二换热器以及气液分离器，其中，

压缩机的一端与四通换向阀的第一端相连，压缩机的另一端与气液分离器的一端相连，四通换向阀的第二端与第一换热器的一端相连，第一换热器的另一端与膨胀阀的一端相连，膨胀阀的另一端与第二换热器的一端相连，第二换热器的另一端与四通换向阀的第三端相连，四通换向阀的第四端与气液分离器的另一端相连；

空气经第一喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第一换热器，经第一换热器的换热处理后，流出第一换热器；以及，空气经第二喷射送风装置的涡轮增压后，喷射流入第二换热器，经第二换热器的换热处理后，流出第二换热器；

第一喷射送风装置包括：进气口、无刷马达、气流涡轮、底座、后部喷射气隙、前部喷射气隙以及气体投射翼；

所述无刷马达安装于所述底座的底部，所述气流涡轮置于所述无刷马达上，在所述气流涡轮安装位置对应的所述底座处，开设有所述进气口，所述气体投射翼安装于所述底座的上部，所述气体投射翼中设置有所述后部喷射气隙以及所述前部喷射气隙，所述后部喷射气隙以及所述前部喷射气隙的开口方向朝向第一换热器或第二换热器。

2.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述气体投射翼在轴向方向上的形状为环形。

3.根据权利要求2所述的热泵空调系统，其特征在于，所述气体投射翼内部为中空。

4.根据权利要求3所述的热泵空调系统，其特征在于，所述气体投射翼在径向方向上的形状为方形。

5.根据权利要求1至4任一项所述的热泵空调系统，其特征在于，所述底座的高度方向与气体投射翼的轴向方向垂直。

6.根据权利要求1至4任一项所述的热泵空调系统，其特征在于，所述后部喷射气隙以及前部喷射气隙的高度与换热器高度相同。

7.根据权利要求6所述的热泵空调系统，其特征在于，所述气体投射翼的弧形翼面沿其轴向成7至12度的弧形角度。

8.根据权利要求7所述的热泵空调系统，其特征在于，所述第一喷射送风装置与换热器之间的距离根据气体投射翼与轴向形成的弧形角度、气体投射翼高度以及换热器高度确定。

9.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，

在制冷工况下，四通换向阀的第一端与第二端连通，第三端与第四端连通，第一换热器为冷凝器，第二换热器为蒸发器，制冷剂从压缩机中设置的排气孔流出，依次流经四通换向阀、第一换热器、膨胀阀、第二换热器以及气液分离器，从压缩机中设置的吸气孔进入压缩机中。

10.根据权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，

在制热工况下，四通换向阀的第一端与第三端连通，第二端与第四端连通，第一换热器与第二换热器分别作为蒸发器及冷凝器，制冷剂从压缩机中设置的排气孔流出，依次流经四通换向阀、第二换热器、膨胀阀、第一换热器以及气液分离器，从压缩机中设置的吸气孔进入压缩机中。

11.根据权利要求9或10所述的热泵空调系统，其特征在于，

喷射气流导致所述气体投射翼的中间压力降低，所述气体投射翼后面的空气，由于压差的作用，快速流向所述气体投射翼，形成导入气流；

喷射气流对第一喷射送风装置以及第二喷射送风装置周围的空气具有牵引作用，形成牵引气流；

喷射气流、导入气流以及牵引气流进而与第一换热器和第二换热器进行换热。