CN108534382B - 一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，包括制冷剂压缩系统、供热装置、低温系统、高温系统和中间换热器，制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器进行一次换热后，与风冷换热器进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器的高温制冷剂中进行混合循环，本发明提高了空气源热泵系统在低温环境的能效比高，系统使用极限环境温度更低。

Description

一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统

技术领域

本发明涉及供冷供热领域，尤其涉及一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统。

背景技术

目前，鉴于环境保护的需要，全国煤改电工作正如火如荼地警醒当中，用于替代燃煤锅炉采暖用的主要设备是空气源热泵。

然而，受到压缩机的限制，单级压缩制冷系统的极限环境温度在-25℃以上，且此工况条件下的能效比(COP)只能达到1.5左右，严寒的地区基本无法使用。

在通常的单级带经济器的空气源热泵系统，国家标准环境温度-12℃，水温41℃，能效比一般在2.1左右，设备使用极限环境温度在-20～-25℃，此时能效比在1.5-1.7左右，制热量下降30-35％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，以解决上述技术问题的至少一种。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，包括制冷剂压缩系统、供热装置、低温系统、高温系统和中间换热器，制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器进行一次换热后，与风冷换热器进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器的高温制冷剂中进行混合循环。

本发明的有益效果是：制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，高温制冷剂在高温制冷剂循环系统中进行循环；而低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器进行一次换热后，与风冷换热器进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器的高温制冷剂中进行混合循环，在中间换热器进行一次换热时的低温制冷剂失去热量，再进入风冷换热器中进行吸收空气中的热量时能适应更低温度的环境温度，能从更低温度的环境温度中吸收热量；吸收空气中热量后的低温制冷剂再与经高温系统后的高温制冷剂进行混合，混合后进入中间换热器吸收热量，然后进入制冷剂压缩系统，经压缩后进入所述供热系统供热，供热后高温制冷剂进入高温系统，低温制冷剂进入低温系统；本发明具有在超低温环境下高效运行的特点，相对现有技术中高温系统和低温系统两个独立的系统只是通过蒸发冷凝器连接来说，本发明为自复叠式系统，减少了压缩机和气液分离器等部件数量，通过低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器进行一次换热后，与风冷换热器进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器的高温制冷剂中进行混合进入中间换热器，提高了能效比，本发明在低温环境的能效比高，系统使用极限环境温度更低。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，供热装置通过第一气液分离器与高温系统和低温系统连接；制冷剂压缩系统将高温制冷剂和低温制冷剂组成的混合制冷剂压缩后与供热装置进行换热，并将换热后的混合制冷剂通过第一气液分离器分离，分离出的高温制冷剂进入高温系统，分离出的低温制冷剂进入低温系统。

采用上述进一步方案的有益效果是：经所述供热装置失去热量后，高温制冷剂冷凝成液体，低温制冷剂仍为气体，通过第一气液分离器实现高温制冷剂和低温制冷剂的分离。

进一步，制冷剂压缩系统包括依次通过管路连接的第二气液分离器、压缩机和油分离器，中间换热器换热后的混合制冷剂经第二气液分离器处理后再通过压缩机获得高温高压的气态混合制冷剂，进入油分离器，分离出的油回流至压缩机，去油后的气态混合制冷剂为供热装置提供热量。

采用上述进一步方案的有益效果是：气液混合态混合制冷剂进入第二气液分离器变成同温同压的气体，压缩机吸入第二气液分离器中高温制冷剂和低温制冷剂混合气体，压缩后进入油分离器，分离出的润滑油返回至压缩机中继续使用，不含润滑油的混合制冷剂经过供热装置换热，将热量传递给水，从而获得所需温度的高温热水。

进一步，低温系统包括风冷换热器和低温膨胀阀，低温膨胀阀设置在中间换热器和风冷换热器之间，经中间换热器换热的低温制冷剂经低温膨胀阀后进入风冷换热器进行二次换热。

采用上述进一步方案的有益效果是：在中间换热器释放出热量的低温制冷剂变成低温液态，然后经过低温膨胀阀之后变成低温低压蒸汽，低温低压蒸汽态的低温制冷剂进入风冷换热器吸收空气中的热量。

进一步，高温系统包括通过管路连接的双向储液器和主膨胀阀，双向储液器与第一气液分离器连接，主膨胀阀与中间换热器连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：经第一气液分离器分离出的液态高温制冷剂下行至双向储液器，双向储液器缓冲存储进入主膨胀阀前的高温制冷剂，液态高温制冷剂由双向储液器进入主膨胀阀，液态高温制冷剂经过主膨胀阀变成低温低压蒸汽，然后低温低压蒸汽态的高温制冷剂在中间换热器中吸收热量。

进一步，主膨胀阀与双向储液器连接的管路上设置有经济器本体和经济器膨胀阀，经过第一气液分离器分离的高温制冷剂经双向储液器之后进行分流：一部分高温制冷剂进入经济器本体换热，换热后进入主膨胀阀；另一部分高温制冷剂进入经济器膨胀阀后再进入经济器本体换热后进入压缩机，经济器膨胀阀的入口安装有经济器电磁阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：经济器本体是个换热器，通过高温制冷剂自身分流蒸发吸收热量从而使一部分高温制冷剂得到过冷，提高制冷量，降低压缩机排气温度。

进一步，低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器进行一次换热后，进入风冷换热器的管路上安装有双级低温电磁阀；高温系统与中间换热器连接的管路上安装有双级高温电磁阀；

还包括单级热泵分路，单级热泵分路一端连接在双级低温电磁阀与风冷换热器之间的管路上，另一端连接在双级高温电磁阀与高温系统之间的管路上；单级热泵分路上安装有单级电磁阀。

双级热泵循环时：关闭单级电磁阀，打开双级低温电磁阀和双级高温电磁阀；低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器进行一次换热后，与风冷换热器进行二次换热，二次换热后的低温制冷剂与经高温系统后的高温制冷剂混合，并依次进入中间换热器、制冷剂压缩系统、供热装置，经供热装置后的高温制冷剂进入高温系统，经供热装置后的低温制冷剂进入低温系统。

单级热泵循环时：关闭双级低温电磁阀和双级高温电磁阀，打开单级电磁阀；高温制冷剂依次经风冷换热器、中间换热器、制冷剂压缩系统、供热装置和高温系统，经过高温系统后的高温制冷剂经单级热泵分路再进入风冷换热器形成循环。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现双级热泵循环与单级热泵循环的切换，系统在低环境温度时打开双级高温电磁阀和双级低温电磁阀，关闭单级电磁阀；系统在高环境温度时关闭双级高温电磁阀和双级低温电磁阀，打开单级电磁阀，单双级切换有利于提高在不同环境温度下使系统保持较高的制热能力和能效比。

进一步，还包括具有四条通路的四通阀，其中，四通阀的第一通路连接制冷剂压缩系统与供热装置，四通阀的第二通路连接风冷换热器与中间换热器，四通阀的第三通路连接制冷剂压缩系统与风冷换热器，四通阀的第四通路连接供热装置与中间换热器；

高温系统与供热装置通过管路连接且在管路上安装有制冷电磁阀；

制热工况时，关闭制冷电磁阀，打开第一通路和第二通路，其中，制冷剂压缩系统处理后的混合制冷剂经第一通路进入供热装置供热；进行双级热泵循环时，经风冷换热器后的低温制冷剂经过第二通路之后与经高温系统后的高温制冷剂混合形成混合制冷剂；进行单级热泵循环时，经风冷换热器后的高温制冷剂经过第二通路之后汇入到中间换热器进行循环；

制冷工况时，打开制冷电磁阀，打开第三通路和第四通路，关闭双级低温电磁阀和双级高温电磁阀，制冷剂压缩系统处理后的混合制冷剂经第三通路逆向进入风冷换热器换热，之后逆向经过高温系统，然后逆向通过制冷电磁阀进入供热装置，供热装置换热之后的混合制冷剂经第四通路进入中间换热器。

采用上述进一步方案的有益效果是：实现制热工况和制冷工况的切换，制热工况可以实现单双级切换，制冷工况可以实现风冷换热器除霜。

进一步，供热装置与风冷换热器通过管路连接且在管路上安装有除霜电磁阀。

采用上述进一步方案的有益效果是：一部分经过供热装置后的混合制冷剂通过除霜电磁阀直接进入风冷换热器进行除霜。

进一步，第一气液分离器连接有膨胀罐；中间换热器为蒸发冷凝器。

采用上述进一步方案的有益效果是：膨胀罐是用来吸收由于温度升高系统水膨胀引起的压力波动。

附图说明

图1为本发明不带经济器的两级自复叠空气源热泵系统示意图；

图2为本发明带经济器的两级自复叠空气源热泵系统示意图；

图3为本发明带经济器的两级-单级自复叠空气源热泵系统示意图；

图4为本发明带经济器的制冷-热泵自复叠空气源热泵系统示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、压缩机，2、油分离器，3、四通阀，4、热水盘管，5、第一气液分离器，6、膨胀罐，7、双向储液器，8、经济器本体，9、主膨胀阀，10、双级高温电磁阀，11、中间换热器，12、第二气液分离器，13、双级低温电磁阀，14、低温膨胀阀，15、风冷换热器，16、单级电磁阀，17、制冷电磁阀，18、经济器电磁阀，19、经济器膨胀阀，20、除霜电磁阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：

如图1所示，一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，包括制冷剂压缩系统、供热装置、低温系统、高温系统和中间换热器11，制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器11依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，与风冷换热器15进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器11的高温制冷剂中进行混合循环。

本实施例的有益效果是：制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器11依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，高温制冷剂在高温制冷剂循环系统中进行循环；而低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，与风冷换热器15进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器11的高温制冷剂中进行混合循环，在中间换热器11进行一次换热时的低温制冷剂失去热量，再进入风冷换热器15中进行吸收空气中的热量时能适应更低温度的环境温度，能从更低温度的环境温度中吸收热量；吸收空气中热量后的低温制冷剂再与经高温系统后的高温制冷剂进行混合，混合后进入中间换热器11吸收热量，然后进入制冷剂压缩系统，经压缩后进入所述供热系统供热，供热后高温制冷剂进入高温系统，低温制冷剂进入低温系统；本实施例具有在超低温环境下高效运行的特点，相对现有技术中高温系统和低温系统两个独立的系统只是通过蒸发冷凝器连接来说，本实施例为自复叠式系统，减少了压缩机1和气液分离器等部件数量，通过低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，与风冷换热器15进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器11的高温制冷剂中进行混合进入中间换热器11，提高了能效比，本实施例在低温环境的能效比高，系统使用极限环境温度更低。

实施例2：

如图1所示，一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，包括制冷剂压缩系统、供热装置、低温系统、高温系统和中间换热器11，制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器11依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，与风冷换热器15进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器11的高温制冷剂中进行混合循环。

可以理解的是，制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器11依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，高温制冷剂在高温制冷剂循环系统中进行循环；而低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，与风冷换热器15进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器11的高温制冷剂中进行混合循环，在中间换热器11进行一次换热时的低温制冷剂失去热量，再进入风冷换热器15中进行吸收空气中的热量时能适应更低温度的环境温度，能从更低温度的环境温度中吸收热量；吸收空气中热量后的低温制冷剂再与经高温系统后的高温制冷剂进行混合，混合后进入中间换热器11吸收热量，然后进入制冷剂压缩系统，经压缩后进入所述供热系统供热，供热后高温制冷剂进入高温系统，低温制冷剂进入低温系统；本发明具有在超低温环境下高效运行的特点，相对现有技术中高温系统和低温系统两个独立的系统只是通过蒸发冷凝器连接来说，本发明为自复叠式系统，减少了压缩机1和气液分离器等部件数量，通过低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，与风冷换热器15进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器11的高温制冷剂中进行混合进入中间换热器11，提高了能效比，本发明在低温环境的能效比高，系统使用极限环境温度更低。

优选的，供热装置通过第一气液分离器5与高温系统和低温系统连接；制冷剂压缩系统将高温制冷剂和低温制冷剂组成的混合制冷剂压缩后与供热装置进行换热，并将换热后的混合制冷剂通过第一气液分离器5分离，分离出的高温制冷剂进入高温系统，低温制冷剂进入低温系统。

可以理解的是，经所述供热装置失去热量后，高温制冷剂冷凝成液体，低温制冷剂认为气体，通过第一气液分离器5实现高温制冷剂和低温制冷剂的分离。

优选的，制冷剂压缩系统包括依次通过管路连接的第二气液分离器12、压缩机1和油分离器2，中间换热器11换热后的混合制冷剂经第二气液分离器12处理后再通过压缩机1获得高温高压的气态混合制冷剂，进入油分离器2，分离出的油回流至压缩机1，去油后的气态混合制冷剂为供热装置提供热量。

可以理解的是，气液混合态混合制冷剂进入第二气液分离器12变成同温同压的气体，压缩机1吸入第二气液分离器12中高温制冷剂和低温制冷剂混合气体，压缩后进入油分离器2，分离出的润滑油返回至压缩机1中继续使用，不含润滑油的混合制冷剂经过供热装置换热，将热量传递给水，从而获得所需温度的高温热水。

优选的，低温系统包括风冷换热器15和低温膨胀阀14，低温膨胀阀14设置在中间换热器11和风冷换热器15之间，经中间换热器11换热的低温制冷剂经低温膨胀阀14后进入风冷换热器15进行二次换热。

可以理解的是，在中间换热器11释放出热量的低温制冷剂变成低温液态，然后经过低温膨胀阀14之后变成低温低压蒸汽，低温低压蒸汽态的低温制冷剂进入风冷换热器15吸收空气中的热量。

优选的，高温系统包括通过管路连接的双向储液器7和主膨胀阀9，双向储液器7与第一气液分离器5连接，主膨胀阀9与中间换热器11连接。

可以理解的是，经第一气液分离器5分离出的液态高温制冷剂下行至双向储液器7，双向储液器7缓冲存储进入主膨胀阀9前的高温制冷剂，液态高温制冷剂由双向储液器7进入主膨胀阀9，液态高温制冷剂经过主膨胀阀9变成低温低压蒸汽，然后低温低压蒸汽态的高温制冷剂在中间换热器11中吸收热量。

优选的，供热装置与风冷换热器15通过管路连接且在管路上安装有除霜电磁阀。

可以理解的是，一部分经过供热装置后的混合制冷剂通过除霜电磁阀20直接进入风冷换热器15进行除霜。

优选的，第一气液分离器5连接有膨胀罐6；中间换热器11为蒸发冷凝器。

可以理解的是，膨胀罐6是用来吸收由于温度升高系统水膨胀引起的压力波动，中间换热器11实际上是一个蒸发冷凝器。

本实施例在-30℃环境温度下，与国标工况环境温度-12℃，水温41℃时制热量基本相当，能效比也基本相当，远高于单级系统同等工况的参数。

本实施例的工作过程为：混合制冷剂在第二气液分离器12变成同温同压的气体，压缩机1吸入第二气液分离器12中高温制冷剂和低温制冷剂混合气体，压缩后进入油分离器2，分离出的润滑油返回至压缩机1中继续使用，不含润滑油的混合制冷剂经过供热装置换热，将热量传递给水，从而获得所需温度的高温热水，经所述供热装置失去热量后，高温制冷剂冷凝成液体，低温制冷剂仍为气体，通过第一气液分离器5实现高温制冷剂和低温制冷剂的分离，分离出的液态高温制冷剂下行至双向储液器7，液态高温制冷剂由双向储液器7进入主膨胀阀9，液态高温制冷剂经过主膨胀阀9变成低温低压蒸汽，然后低温低压蒸汽态的高温制冷剂在中间换热器11中吸收热量，分离出的低温制冷剂进入中间换热器11进行一次换热后，经过低温膨胀阀14膨胀之后，进入风冷换热器15，与风冷换热器15进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到经过主膨胀阀9后的高温制冷剂中混合，再进入中间换热器11吸收热量，吸热后的气液混合态混合制冷剂进入第二气液分离器12，形成循环。

当风冷换热器15结霜严重时，直接打开除霜电磁阀20进行除霜动作。

实施例3：

如图2所示，本实施例在实施例2的基础上增加了经济器，经济器设置在主膨胀阀9与双向储液器7连接的管路上，经济器包括经济器本体8和经济器膨胀阀19，经过第一气液分离器5分离的高温制冷剂经双向储液器7之后进行分流：一部分高温制冷剂进入经济器本体8换热，换热后进入主膨胀阀9；另一部分高温制冷剂进入经济器膨胀阀19后再进入经济器本体8换热后进入压缩机1，经济器膨胀阀19的入口安装有经济器电磁阀18。

本实施例的工作过程为：关闭经济器电磁阀18时，工作过程与实施例2相同；

打开经济器电磁阀18时，在实施例2的工作过程的基础上，经过第一气液分离器5分离的高温制冷剂经双向储液器7之后进行分流：一部分高温制冷剂进入经济器本体8换热，换热后进入主膨胀阀9；另一部分高温制冷剂进入经济器膨胀阀19后再进入经济器本体8换热后进入压缩机1。

可以理解的是，本实施例具有实施例2的全部有益效果，同时经济器本体8是个换热器，通过高温制冷剂自身分流蒸发吸收热量从而使一部分高温制冷剂得到过冷，提高制冷量，降低压缩机1排气温度。

实施例4：

如图3所示，本实施例在实施例3的基础上增加了双级低温电磁阀13、双级高温电磁阀10和单级热泵分路。

低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，进入风冷换热器15的管路上安装有双级低温电磁阀13；高温系统与中间换热器11连接的管路上安装有双级高温电磁阀10；

具体的，双级低温电磁阀13安装在中间换热器11的出口与低温膨胀阀14之间的连接管路上，该出口为低温制冷剂在中间换热器11进行一次换热之后的的出口；双级高温电磁阀10安装在主膨胀阀9的出口与中间换热器11的高温制冷剂入口连接的管路上。

还包括单级热泵分路，单级热泵分路的一端连接在双级低温电磁阀13与风冷换热器15之间的管路上，另一端连接在双级高温电磁阀10与高温系统之间的管路上；单级热泵分路上安装有单级电磁阀16。

具体的，单级热泵分路的一端连接在风冷换热器15的低温制冷剂入口，另一端连接在主膨胀阀9的高温制冷剂出口。

双级热泵循环时：关闭单级电磁阀16，打开双级低温电磁阀13和双级高温电磁阀10；低温系统中的低温制冷剂经过中间换热器11进行一次换热后，与风冷换热器15进行二次换热，二次换热后的低温制冷剂与经高温系统后的高温制冷剂混合，并依次进入中间换热器11、制冷剂压缩系统、供热装置，经供热装置后的高温制冷剂进入高温系统，经供热装置后的低温制冷剂进入低温系统。

单级热泵循环时：关闭双级低温电磁阀13和双级高温电磁阀10，打开单级电磁阀16；高温制冷剂依次经风冷换热器15、中间换热器11、制冷剂压缩系统、供热装置和高温系统，经过高温系统后的高温制冷剂经单级热泵分路再进入风冷换热器15形成循环。

本实施例的工作过程是：双级热泵循环时：关闭单级电磁阀16，打开双级低温电磁阀13和双级高温电磁阀10，工作过程与实施例3的工作过程相同。

单级热泵循环时：关闭双级低温电磁阀13和双级高温电磁阀10，打开单级电磁阀16；高温制冷剂经风冷换热器15吸收热量后进入中间换热器11，然后进入第二气液分离器12变成同温同压的气体，压缩机1吸入第二气液分离器12中高温制冷剂和低温制冷剂混合气体，压缩后进入油分离器2，分离出的润滑油返回至压缩机1中继续使用，不含润滑油的高温制冷剂经过供热装置换热，将热量传递给水，从而获得所需温度的高温热水，经供热装置冷凝后的高温制冷剂为液态，经第一气液分离器5进入双向储液器7，然后高温制冷剂由双向储液器7经过经济器本体8进入主膨胀阀9，经主膨胀阀9膨胀之后经单级热泵分路再进入风冷换热器15形成循环。

本实施例的有益效果是：实现双级热泵循环与单级热泵循环的切换，系统在低环境温度时打开双级高温电磁阀10和双级低温电磁阀13，关闭单级电磁阀16；系统在高环境温度时关闭双级高温电磁阀10和双级低温电磁阀13，打开单级电磁阀16，单双级切换有利于提高在不同环境温度下使系统保持较高的制热能力和能效比。

实施例5：

如图4所示，本实施例在实施例4的基础上增加了四通阀3、制冷电磁阀17，减少了供热装置与风冷换热器15之间的连接管路及管路上安装的除霜电磁阀20。

具有四条通路的四通阀3，其中，四通阀3的第一通路连接制冷剂压缩系统与供热装置，四通阀3的第二通路连接风冷换热器15与中间换热器11，四通阀3的第三通路连接制冷剂压缩系统与风冷换热器15，四通阀3的第四通路连接供热装置与中间换热器11；

高温系统与供热装置通过管路连接且在管路上安装有制冷电磁阀17；

制热工况时，关闭制冷电磁阀17，打开第一通路和第二通路，其中，制冷剂压缩系统处理后的混合制冷剂经第一通路进入供热装置供热；进行双级热泵循环时，经风冷换热器15后的低温制冷剂经过第二通路之后与经高温系统后的高温制冷剂混合形成混合制冷剂；进行单级热泵循环时，经风冷换热器15后的高温制冷剂经过第二通路之后汇入到中间换热器11进行循环；

制冷工况时，打开制冷电磁阀17，打开第三通路和第四通路，关闭双级低温电磁阀13和双级高温电磁阀10，制冷剂压缩系统处理后的混合制冷剂经第三通路逆向进入风冷换热器15换热，之后逆向经过高温系统，然后逆向通过制冷电磁阀17进入供热装置，供热装置换热之后的混合制冷剂经第四通路进入中间换热器11。

具体的，本实施例包括压缩机1、油分离器2、热水盘管4、第一气液分离器5、双向储液器7、主膨胀阀9、中间换热器11、低温膨胀阀14、风冷换热器15、第二气液分离器12；

压缩机1的出口与油分离器2入口连接，油分离的出油口与压缩机1的入油口连接，油分离器2的出气口与热水盘管4的制冷剂入口连接，热水盘管4的制冷剂出口与第一气液分离器5的入口连接；

第一气液分离器5的上端出口与中间换热器11的第一入口连接，中间换热器11的第一出口通过低温膨胀阀14与风冷换热器15的一端连接，风冷换热的另一端与中间换热器11的第二入口连接，中间换热器11的第二出口与第二气液分离器12的入口连接；

第一气液分离器5的下端出口与双向储液器7的入口连接，双向储液器7的出口通过主膨胀阀9与中间换热器11的第二入口连接；

热水盘管4设有冷水进口和热水出口。

可以理解的是，压缩机1吸入第二气液分离器12中高温制冷剂和低温制冷剂混合气体，压缩后进入油分离器2，分离出的润滑油返回至压缩机1中继续使用，不含润滑油的混合制冷剂经过热水盘管4换热，将热量传递给水，从而获得所需温度的高温热水，同时，高温制冷剂冷凝成液体，低温制冷剂仍为气体，进入第一气液分离器5分离，由此高温制冷剂和低温制冷剂分道而行，液态高温制冷剂下行至双向储液器7，高温制冷剂由双向储液器7进入主膨胀阀9，液态高温制冷剂经过主膨胀阀9变成低温低压蒸汽，然后高温制冷剂在中间换热器11中吸收热量；低温制冷剂从气液分离器上行至中间换热器11，在中间换热器11释放出热量变成低温液态，然后经过低温膨胀阀14之后变成低温低压蒸汽，进入风冷换热器15吸收空气中的热量后与高温制冷剂混合进入中间换热器11，在中间换热器11中吸收热量；气液混合态混合制冷剂进入第二气液分离器12变成同温同压的气体；本发明具有在超低温环境下高效运行的特点，通过自复叠式循环，实现低温制冷，本发明相对现有技术中高温系统和低温系统两个独立的系统只是通过蒸发冷凝器连接来说，本发明为自复叠式系统，减少了压缩机1和气液分离器等部件数量，通过中间换热器11的第二入口处进入的混合制冷剂吸收从中间换热器11的第一入口处进入的低温制冷剂释放的热量，放热后的低温制冷剂在风冷换热器15中可以吸收超低温外界空气中的热量，最后供应至热水盘管4加热进入得冷水获得热水，本发明在低温环境的能效比高，系统使用极限环境温度更低。

还包括经济器，经济器的入口与双向储液器7的出口连接，经济器的第一出口与主膨胀阀9的一端连接，经济器的第二出口与压缩机1的接口连接，经济器包括经济器本体8和经济器膨胀阀19，双向储液器7的出口分别与经济器本体8的上端入口和经济器膨胀阀19的一端连接，经济器本体8的上端出口与主膨胀阀9的一端连接，主膨胀阀9的另一端与中间换热器11的第二入口连接；经济器膨胀阀19的另一端与经济器本体8的下端入口连接，经济器本体8的下端出口与压缩机1的接口连接；双向储液器7的出口与经济器膨胀阀19之间安装有经济器电磁阀18。

可以理解的是，经济器是个换热器，通过高温制冷剂自身节流蒸发吸收热量从而使另一部分高温制冷剂得到过冷，提高制冷量，降低压缩机1排气温度，来自双向储液器7的高压液态高温制冷剂在进入经济器后分为两部分，一部分通过节流，以热量膨胀的方式进行进一步冷却，去降低另一部分的温度，令其过冷，这被稳定下来的过冷液体通过主膨胀阀9直接进中间换热器11，而另一部分未冷却的气态制冷剂通过经济器本体8与压缩机1的连通管道，重新进入压缩机1继续压缩，进入循环。经济器通过膨胀制冷的方式来稳定液态高温制冷剂，以提高系统容量和效率、减少压缩机1功耗。

优选的，中间换热器11的第一出口与低温膨胀阀14的一端之间安装有双级低温电磁阀13，主膨胀阀9的另一端与中间换热器11的第二入口之间安装有双级高温电磁阀10；风冷换热器15的一端与主膨胀阀9的另一端通过管路连接且在管路上设有单级电磁阀16。

可以理解的是，实现双级自复叠式空气源热泵系统和单级热泵系统的切换，系统在低环境温度时打开双级高温电磁阀10和双级低温电磁阀13，关闭单级电磁阀16；系统在高环境温度时关闭双级高温电磁阀10和双级低温电磁阀13，打开单级电磁阀16，单双级切换有利于提高在不同环境温度下使系统保持较高的制热能力和能效比。

优选的，还包括四通阀3，四通阀3分别与油分离器2的出气口、热水盘管4的制冷器入口、中间换热器11的第二入口和风冷换热器15的另一端连接；双向储液器7的入口与热水盘管4的制冷剂出口通过管路连接且在管路上安装有制冷电磁阀17。

可以理解的是，通过设置四通阀3和制冷电磁阀17，可以实现制热工况和制冷工况的切换，制热工况可以实现单双级切换，制冷工况可以实现风冷换热器15除霜。

系统制冷工况下度时关闭双级高温电磁阀10、双级低温电磁阀13和经济器电磁阀18，打开单级电磁阀16和制冷电磁阀17，制冷循环具体流向：1-2-3-15-16-9-8-7-17-4-3-11-12-1；

制热工况当风冷换热器15结霜严重时，系统走上述制冷循环。

优选的，第一气液分离器5的上端出口处连接有膨胀罐6。

可以理解的是，膨胀是用来吸收由于温度升高系统水膨胀引起的压力波动。

制冷剂按常温下冷凝压力的大小和在大气压力下蒸发温度的高低，可分成三大类：1、低压高温制冷剂：蒸发温度高于0℃，冷凝压力低于29.41995×104Pa；2、中压中温制冷剂：蒸发温度-50-0℃，冷凝压力(196.113-29.41995)×104Pa；3、高压低温制冷剂：蒸发温度低于-50℃，冷凝压力高于196.133×104Pa。

在通常的单级带经济器的空气源热泵系统，国家标准环境温度-12℃，水温41℃，能效比一般在2.1左右，设备使用极限环境温度在-20-25℃，此时能效比在1.5-1.7左右，制热量下降30-35％。

使用双级系统，在-30℃环境温度下，比国标工况环境温度-12℃，水温41℃时制热量基本相当，能相比也基本相当，远高于单级系统同等工况的参数。

本发明能使适应的环境温度达到-40℃，在-30℃的设计工况下，能效比(COP)能达到2.2以上。

本实施例的有益效果是：本实施例具有实施例4除通过除霜电磁阀直接进入风冷换热器15进行除霜之外的全部有益效果，同时实现制热工况和制冷工况的切换，制热工况可以实现单双级切换，制冷工况可以实现风冷换热器15除霜。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

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

Claims (6)

1.一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，其特征在于，包括制冷剂压缩系统、供热装置、低温系统、高温系统和中间换热器，所述制冷剂压缩系统、供热装置、高温系统和中间换热器依次通过管路连接构成一高温制冷剂循环系统，所述低温系统中的低温制冷剂经过所述中间换热器进行一次换热后，与风冷换热器进行二次换热，并将二次换热后的低温制冷剂汇入到未经过中间换热器的高温制冷剂中进行混合循环；

供热装置通过第一气液分离器与高温系统和低温系统连接；

制冷剂压缩系统包括依次通过管路连接的第二气液分离器、压缩机和油分离器，中间换热器换热后的混合制冷剂经第二气液分离器处理后再通过压缩机获得高温高压的气态混合制冷剂，进入油分离器，分离出的油回流至压缩机，去油后的气态混合制冷剂为所述供热装置提供热量；

低温系统包括风冷换热器和低温膨胀阀，低温膨胀阀设置在中间换热器和风冷换热器之间，经中间换热器换热的低温制冷剂经低温膨胀阀后进入风冷换热器进行二次换热；

高温系统包括通过管路连接的双向储液器和主膨胀阀，双向储液器与第一气液分离器连接，主膨胀阀与中间换热器连接。

2.根据权利要求1所述一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，其特征在于，所述主膨胀阀与所述双向储液器连接的管路上设置有经济器本体和经济器膨胀阀，经过所述第一气液分离器分离的高温制冷剂经所述双向储液器之后进行分流：一部分高温制冷剂进入所述经济器本体换热，换热后进入所述主膨胀阀；另一部分高温制冷剂进入所述经济器膨胀阀后再进入所述经济器本体换热后进入所述压缩机，所述经济器膨胀阀的入口安装有经济器电磁阀。

3.根据权利要求1所述一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，其特征在于，所述低温系统中的低温制冷剂经过所述中间换热器进行一次换热后进入所述风冷换热器的管路上安装有双级低温电磁阀；所述高温系统与所述中间换热器连接的管路上安装有双级高温电磁阀；

还包括单级热泵分路，所述单级热泵分路一端连接在所述双级低温电磁阀与所述风冷换热器之间的管路上，另一端连接在所述双级高温电磁阀与所述高温系统之间的管路上；所述单级热泵分路上安装有单级电磁阀；

双级热泵循环时：关闭所述单级电磁阀，打开所述双级低温电磁阀和所述双级高温电磁阀；所述低温系统中的低温制冷剂经过所述中间换热器进行一次换热后，与风冷换热器进行二次换热，二次换热后的低温制冷剂与经高温系统后的高温制冷剂汇流，并依次进入所述中间换热器、所述制冷剂压缩系统、所述供热装置，经所述供热装置后的高温制冷剂进入所述高温系统，经所述供热装置后的低温制冷剂进入所述低温系统；

单级热泵循环时：关闭所述双级低温电磁阀和所述双级高温电磁阀，打开所述单级电磁阀；高温制冷剂依次经所述风冷换热器、所述中间换热器、所述制冷剂压缩系统、所述供热装置和所述高温系统，经过所述高温系统后的高温制冷剂经所述单级热泵分路再进入所述风冷换热器形成循环。

4.根据权利要求3所述一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，其特征在于，还包括具有四条通路的四通阀，其中，所述四通阀的第一通路连接所述制冷剂压缩系统与所述供热装置，所述四通阀的第二通路连接所述风冷换热器与所述中间换热器，所述四通阀的第三通路连接所述制冷剂压缩系统与所述风冷换热器，所述四通阀的第四通路连接所述供热装置与所述中间换热器；

所述高温系统与所述供热装置通过管路连接且在管路上安装有制冷电磁阀；

制热工况时，关闭所述制冷电磁阀，打开所述第一通路和所述第二通路，其中，所述制冷剂压缩系统处理后的混合制冷剂经所述第一通路进入所述供热装置供热；进行所述双级热泵循环时，经风冷换热器后的低温制冷剂经过所述第二通路之后与经高温系统后的高温制冷剂混合形成混合制冷剂；进行所述单级热泵循环时，经风冷换热器后的高温制冷剂经过所述第二通路之后汇入到所述中间换热器进行循环；

制冷工况时，打开所述制冷电磁阀，打开所述第三通路和所述第四通路，关闭所述双级低温电磁阀和所述双级高温电磁阀，所述制冷剂压缩系统处理后的混合制冷剂经所述第三通路逆向进入所述风冷换热器换热，之后逆向经过所述高温系统，然后逆向通过所述制冷电磁阀进入所述供热装置，所述供热装置换热之后的混合制冷剂经所述第四通路进入所述中间换热器。

5.根据权利要求1-4任一项所述一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，其特征在于，所述供热装置与所述风冷换热器通过管路连接且在管路上安装有除霜电磁阀。

6.根据权利要求1-4任一项所述一种自复叠式低环境温度空气源热泵系统，其特征在于，所述第一气液分离器连接有膨胀罐；所述中间换热器为蒸发冷凝器。

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