CN112628890A - 热泵系统及空调器 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调器领域，具体涉及热泵系统及空调器。本发明旨在解决制冷剂在蒸发器内分配不均匀，蒸发器蒸发温度相对较低，机组制冷性能较差的问题。为此目的，本发明的热泵系统包括压缩机、第一换热器和第二换热器，压缩机、第一换热器和第二换热器依次连通，第一换热器与第二换热器之间设有冷媒分配装置，冷媒分配装置包括第一气液分离器，第一气液分离器的气液输送端口、气体输送端口和液体输送端口与第二换热器连通。本发明的热泵系统不会出现冷媒在第二换热器内因分配不均而导致偏流的情况，从而解决了在制冷时第二换热器内的液态冷媒分配不均的问题，提升了第二换热器的蒸发温度，也提升了热泵系统的制冷量和制冷效率。

Description

热泵系统及空调器

技术领域

本发明属于空调器技术领域，具体涉及一种热泵系统及空调器。

背景技术

风冷干式蒸发器在空调系统运用时，可以减小系统内的冷媒量，减小系统中的部件容积，降低机组成本。但干式蒸发器一般情况下蒸发温度相对较低，导致机组制冷性能较差。这其中的主要原因在于制冷剂在蒸发器内分配不均匀，导致换热器的众多流路中部分回路中的液态制冷剂分配过多，而其他部分的回路中的液态制冷剂分配过少。液态制冷剂分配较多的回路经过换热器换热后液态制冷剂不能完全蒸发，导致机组吸气过热度低。为了解决这一问题，这时需要膨胀阀减小开度，降低吸气压力，增加饱和蒸发温度与水的换热温差，使液态制冷剂分配较多的回路中的制冷剂能够基本蒸发完成。但是蒸发器内冷媒分配较少的回路中则会出现换热过剩的情况，导致机组蒸发压力降低，使低压侧制冷剂的密度下降，压缩机吸入的制冷剂质量流量下降，机组制冷量下降，能效也较差。

为了解决这一问题，现有的技术方案通常是在换热器内增加一个分配器，经过膨胀阀节流后的气液两相流的冷媒直接进入壳管换热器内以后，再由分配器将气液两相流的冷媒分配到换热器内的各个回路中。但是这样的方法仍然存在不足，当换热器的体积增大了以后，换热器内的混液腔体的体积就会增大，混液腔体的体积过大后两相流的冷媒将不可避免的在竖直方向上发生气液分离，竖直方向越高，两相流的冷媒的分配情况越差，同时分液器两个顶角供液太远，局部可能会是高干度气体，分液效果差，仍然难以满足实际需求。因而分液的效果往往还是难以得到保证，使得制冷性能提升较小。

相应的，本领域需要一种新的热泵系统及空调器来解决现有技术中所存在的上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的制冷剂在蒸发器内分配不均匀，蒸发器蒸发温度相对较低，机组制冷性能较差，而现有的技术方案试图通过增加一个分配器且经过膨胀阀节流后的气液两相流的冷媒直接进入壳管换热器内再经过分配器分配到换热器内的各个回路中以解决不足，但是不适用于较大体积的换热器，由于分液效果差使得制冷性能提升较小的问题，本发明提供了一种热泵系统，包括压缩机、第一换热器和第二换热器，所述压缩机、所述第一换热器和所述第二换热器依次连通，所述第一换热器与所述第二换热器之间设有冷媒分配装置，所述冷媒分配装置包括第一气液分离器，所述第一气液分离器的气液输送端口与所述第一换热器的第一输送端口连通，所述第一气液分离器的气体输送端口与所述第二换热器的第二输送端口连通，所述第一气液分离器的液体输送端口与所述第二换热器的第三输送端口连通。

在上述热泵系统的优选技术方案中，所述第二换热器的第二输送端口和所述第一气液分离器的气体输送端口之间设有阀门。

在上述热泵系统的优选技术方案中，所述阀门为电磁阀和/或单向阀。

在上述热泵系统的优选技术方案中，所述冷媒分配装置还包括液态冷媒分配器，所述液态冷媒分配器的液体输入端与所述第一气液分离器的液体输送端口连通，所述液态冷媒分配器的液体输出端与所述第二换热器的第三输送端口连通。

在上述热泵系统的优选技术方案中，所述液态冷媒分配器为均液器或者多通。

在上述热泵系统的优选技术方案中，冷媒从所述第二输送端口移动到所述第二换热器的第四输送端口的距离小于冷媒从所述第三输送端口移动到所述第四输送端口的距离；并且/或者，

所述第二换热器内部设有换热器分配器，所述换热器分配器的输入端与所述第三输送端口连通。

在上述热泵系统的优选技术方案中，所述热泵系统还包括四通阀，所述四通阀分别与所述压缩机的输出端、所述第二换热器的第四输送端口和所述第一换热器的第五输送端口连通。

在上述热泵系统的优选技术方案中，所述热泵系统还包括第二气液分离器，所述第二气液分离器的两个输送端口分别与所述压缩机的输入端和所述四通阀连通。

在上述热泵系统的优选技术方案中，所述热泵系统还包括节流装置，所述节流装置设于所述第一换热器和所述第一气液分离器之间；所述节流装置的输送端口与所述第一气液分离器的气液输送端口之间还设有储液器，并且/或者，

所述节流装置的两个输送端口均分别设有过滤器，并且/或者，

所述第一换热器为翅片式换热器，并且/或者，

所述第二换热器为壳管式换热器。

本发明还提供了一种空调器，所述空调器包括上述技术方案中任一项所述的热泵系统。

本领域人员能够理解的是，在本发明的技术方案中，热泵系统包括压缩机、第一换热器和第二换热器，压缩机、第一换热器和第二换热器依次连通，第一换热器与第二换热器之间设有冷媒分配装置，冷媒分配装置包括第一气液分离器，第一气液分离器的气液输送端口与第一换热器的第一输送端口连通，第一气液分离器的气体输送端口与第二换热器的第二输送端口连通，第一气液分离器的液体输送端口与第二换热器的第三输送端口连通。

通过上述设置方式，使得本发明的热泵系统通过第一气液分离器将冷媒分离成气态冷媒和液态冷媒两种分别通入到第二换热器内，不会出现因为气态和液态两相混合时由于密度差异导致的冷媒在第二换热器内分配出现偏流的情况，从而解决了在制冷时第二换热器内的液态冷媒分配不均的问题，提升了第二换热器的蒸发温度，也提升了热泵系统的制冷量和制冷效率。

附图说明

下面参照附图来描述本发明的热泵系统。附图中：

图1为本发明的结构示意图。

附图标记列表:

1-压缩机，2-四通阀，3-第一换热器，4-风机，5-过滤器，6-节流装置，7-储液器，8-第一气液分离器，9-液态冷媒分配器，10-第二换热器，11-第二气液分离器，12-电磁阀，13-单向阀，14-第一输送端口，15-第二输送端口，16-第三输送端口，17-第四输送端口，18-第五输送端口，19-气液输送端口，20-气体输送端口，21-液体输送端口。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，尽管说明书中是以阀门为电磁阀和/或单向阀举例进行描述的，但是，本发明显然可以采用其他类似的手段，比如阀门为电控球阀和/或单向阀等，只要该阀门能够有效控制第二换热器的第二输送端口和第一气液分离器的气体输送端口之间的连通管路即可，以实现热泵系统在制冷时阀门开启以及热泵系统在制热时阀门关闭的功能。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，图1为本发明的结构示意图，为解决现有的制冷剂在蒸发器内分配不均匀，蒸发器蒸发温度相对较低，机组制冷性能较差，而现有的技术方案试图通过增加一个分配器且经过膨胀阀节流后的气液两相流的冷媒直接进入壳管换热器内再经过分配器分配到换热器内的各个回路中以解决不足，但是不适用于较大体积的换热器，由于分液效果差使得制冷性能提升较小的问题，本发明的热泵系统包括压缩机1、第一换热器3和第二换热器10，第一换热器3可以采用翅片式换热器，第二换热器10可以采用壳管式换热器，为了进一步提升第一换热器3的工作效果，可以在第一换热器3设置风机4。压缩机1、第一换热器3和第二换热器10依次连通，第一换热器3与第二换热器10之间设有冷媒分配装置，冷媒分配装置包括第一气液分离器8，第一气液分离器8的气液输送端口19与第一换热器3的第一输送端口14连通，第一气液分离器8的气体输送端口20与第二换热器10的第二输送端口15连通，第一气液分离器8的液体输送端口21与第二换热器10的第三输送端口16连通。第二换热器10内部设有换热器分配器(图中未示出)，换热器分配器的输入端与第三输送端口16连通，换热器分配器的输出端与第二换热器10内的腔体连通。冷媒从第二输送端口15移动到第二换热器10的第四输送端口17的距离小于冷媒从第三输送端口16移动到第四输送端口17的距离。

热泵系统还包括四通阀2，四通阀2分别与压缩机1的输出端、第二换热器10的第四输送端口17和第一换热器3的第五输送端口18连通。热泵系统还包括第二气液分离器11，第二气液分离器11的两个输送端口分别与压缩机1的输入端和四通阀2连通。热泵系统还包括节流装置6，节流装置6可以采用电子膨胀阀。节流装置6设于第一换热器3和第一气液分离器8之间；节流装置6的输送端口与第一气液分离器8的气液输送端口19之间还设有储液器7，节流装置6的两个输送端口均分别设有过滤器5。

上述设置方式的优点在于：在本实施例中，热泵系统在制冷时，将通过节流装置6节流后的处于饱和状态的气液两相冷媒在第一气液分离器8内分离成气态冷媒和液态冷媒，并分别通入到第二换热器10内。通过将第三输送端口16直接连通第二换热器10内的换热器分配器，使得进入第二换热器10内的换热器分配器的冷媒几乎是纯液态。不会出现因为气态和液态两相混合时由于密度差异导致的冷媒在第二换热器10内分配出现偏流的情况，而且输入到第二换热器10内的冷媒不会再次出现气液两相分离的情况。从而解决了在制冷时第二换热器10内的液态冷媒分配不均的问题，保证了冷媒在第二换热器10内分配的均匀性，提升了第二换热器10的蒸发温度，也提升了热泵系统的制冷量和制冷效率。

并且本实施例中的气态冷媒从第二输送端口15输入第二换热器10内并从第四输送端口17输出，气态冷媒在第二换热器10内的移动距离小于液态冷媒在第二换热器10内的移动距离，可以缩短气态冷媒在第二换热器10内的停留时间，减少气态冷媒对第二换热器10内的液态冷媒的分配均匀程度的影响。并且，从第一气液分离器8分离出来的气态冷媒也不完全是气化状态，还有水汽式的汽化状态冷媒，但整体气态冷媒的完全换热完毕是比液态冷媒时间短的，这样设置成不同移动距离的管路，使得在第四输送端口17再汇聚的时候温度差异较低，提升了整体空调器的稳定性。

而且本实施例中的第一气液分离器8内也可以用于储存冷媒，因此可以当作类似储液器的构件进行使用，因而可以减小储液器7的容积设计并降低设计成本，可以采用体积较小的储液器7。

此外本实施例中从第一气液分离器8分离出来的气态冷媒中即使混杂有少量的液态冷媒，在第二换热器10内也能够快速的蒸发为气态冷媒，因而可以在一定程度上降低第一气液分离器8的设计要求和生产成本。

如图1所示，在一种可能的实施方式中，第二换热器10的第二输送端口15和第一气液分离器8的气体输送端口20之间设有阀门。阀门可以单独采用电磁阀12，或者采用电磁阀12和单向阀13的组合。

上述设置方式的优点在于：在本实施例中，通过在第二换热器10的第二输送端口15和第一气液分离器8的气体输送端口20之间设置阀门，使得热泵系统在制冷时阀门开启，经第一气液分离器8分离后得到的气态冷媒可以正常输入到第二换热器10内；而当热泵系统在制热时阀门关闭，从压缩机1输出的气态冷媒从第四输送端口17进入到第二换热器10内后，只能从第三输送端口16输出并进入到第一气液分离器8内。而由于阀门是关闭的，气态冷媒无法从第二输送端口15进入到第一气液分离器8内，因此不会有未冷凝的气态冷媒直接进入热泵系统中参与循环影响整个制热循环的正常进行，使得从压缩机1排出的气态冷媒全部通过第二换热器10换热后再进入第一气液分离器8，所有的气态冷媒全部参与热交换，在第二换热器10内将热量全部传递到水中，保证了热泵系统的制热量和制热效果。而且本实施例采用单向阀13，进一步提升了热泵系统在制热时阻止气态冷媒流通的效果。

如图1所示，在另一种可能的实施方式中，冷媒分配装置还包括液态冷媒分配器9，液态冷媒分配器9的液体输入端与第一气液分离器8的液体输送端口21连通，液态冷媒分配器9的液体输出端与第二换热器10的第三输送端口16连通。液态冷媒分配器9可以采用均液器或者多通，根据实际情况，多通可以采用三通等。

上述设置方式的优点在于：在本实施例中，通过在第一气液分离器8的液体输送端口21和第二换热器10的第三输送端口16之间设置液态冷媒分配器9，将第一气液分离器8分离后的液态冷媒分成多个流路进入到第二换热器10内的多个腔体内，可以有效的避免液态冷媒在第二换热器10的腔体内因重力影响造成液态冷媒分层。提升了液态冷媒在第二换热器10内的均匀分配的效果。

接下来对本发明的工作原理进行说明。

热泵系统在制冷时，制冷循环流程是：压缩机1→四通阀2→第一换热器3→过滤器5→节流装置6→过滤器5→储液器7→第一气液分离器8→电磁阀12和单向阀13、液态冷媒分配器9→第二换热器10→四通阀2→第二气液分离器11→压缩机1。

冷媒通过压缩机1把低温低压的过热冷媒压缩后变为高温高压高压的过热蒸汽，高压气态冷媒经过四通阀2后从第五输送端口18进入到第一换热器3，气态冷媒在第一换热器3中通过风机4将热量释放到空气中，在这个过程中，部分气态冷媒冷凝为高温高压的液体冷媒。之后冷媒从第一输送端口14输出第一换热器3，通过节流装置6节流后变为饱和状态的气液两相冷媒流经储液器7从气液输送端口19进入第一气液分离器8。第一气液分离器8中的液态冷媒从液体输送端口21进入液态冷媒分配器9再通过第三输送端口16进入第二换热器10内。第一气液分离器8中的气态冷媒从气体输送端口20输出并经过电磁阀12和单向阀13再通过第二输送端口15进入到第二换热器10内。在第二换热器10中冷媒同载冷剂进行热交换，冷媒变为低温的过热蒸汽，通过四通阀2、第二气液分离器11回到压缩机1。在第二换热器10中的冷媒将冷量传递到载冷剂水中，载冷剂被冷却后进入室内，通过室内盘管给室内降温。

热泵系统在制热时，制热循环流程是：压缩机1→四通阀2→第二换热器10→液态冷媒分配器9→第一气液分离器8→储液器7→过滤器5→节流装置6→过滤器5→第一换热器3→四通阀2→第二气液分离器11→压缩机1。

冷媒通过压缩机1把低温低压的过热冷媒压缩后变为高温高压高压的过热蒸汽，气态冷媒经过四通阀2从第四输送端口17进入到第二换热器10中，在第二换热器10中将热量传递到水中，冷媒变为高温高压的液体，液态冷媒通过第三输送端口16输出第二换热器10，之后通过液态冷媒分配器9，经过液体输送端口21进入第一气液分离器8内并从气液输送端口19输出，经过储液器7后进入节流装置6节流后变为为饱和状态的冷媒，进入第一换热器3蒸发吸热变为低温过热蒸气通过四通阀2、第二气液分离器11流回到压缩机1。热泵系统不断循环从空气中吸收热量，循环制取热水。

热泵系统在除霜时，除了风机4停止运行外，其他的工作流程与制冷相同。通过第二换热器10从水中吸收热量，将第一换热器3中的霜除去。

综上所述，本发明的热泵系统在制冷时将冷媒分离成气态冷媒和液态冷媒并分别通入到第二换热器10内。液态冷媒分配器9可以有效的避免液态冷媒在第二换热器10的腔体内因重力影响造成液态冷媒分层，提升了液态冷媒在第二换热器10内的均匀分配的效果。且第三输送端口16直接连通第二换热器10内的换热器分配器，使得进入第二换热器10内的换热器分配器的冷媒几乎是纯液态，可以减少气态冷媒对第二换热器10内的液态冷媒的分配均匀程度的影响。本发明中不会出现因为气态和液态两相混合时由于密度差异导致的冷媒在第二换热器10内分配出现偏流的情况，解决了在制冷时第二换热器10内的液态冷媒分配不均的问题，提升了第二换热器10的蒸发温度，也提升了热泵系统的制冷量和制冷效率。此外，本发明的热泵系统在制热时所有的气态冷媒全部参与热交换，在第二换热器10内将热量全部传递到水中，保证了热泵系统的制热量和制热效果。而且本发明可以减小储液器7的容积设计并降低设计成本以及可以降低第一气液分离器8的设计要求和生产成本。

需要说明的是，上述实施方式仅仅用来阐述本发明的原理，并非旨在于限制本发明的保护范围，在不偏离本发明原理的条件下，本领域技术人员能够对上述结构进行调整，以便本发明能够应用于更加具体的应用场景。

例如，在一种可替换的实施方式中，阀门只要能够有效控制第二换热器的第二输送端口和第一气液分离器的气体输送端口之间的连通管路即可，以实现热泵系统在制冷时阀门开启以及热泵系统在制热时阀门关闭的功能，因此可以将当前说明书中记载的阀门为电磁阀和/或单向阀，替换为阀门为电控球阀和/或单向阀等，这些都不偏离本发明的原理，因此都将落入本发明的保护范围之内。

此外，本发明还提供了一种空调器，该空调器具有上述任一实施方式中所述的热泵系统。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热泵系统，包括压缩机、第一换热器和第二换热器，所述压缩机、所述第一换热器和所述第二换热器依次连通，其特征在于，所述第一换热器与所述第二换热器之间设有冷媒分配装置，所述冷媒分配装置包括第一气液分离器，所述第一气液分离器的气液输送端口与所述第一换热器的第一输送端口连通，所述第一气液分离器的气体输送端口与所述第二换热器的第二输送端口连通，所述第一气液分离器的液体输送端口与所述第二换热器的第三输送端口连通。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述第二换热器的第二输送端口和所述第一气液分离器的气体输送端口之间设有阀门。

3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述阀门为电磁阀和/或单向阀。

4.根据权利要求1-3任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述冷媒分配装置还包括液态冷媒分配器，所述液态冷媒分配器的液体输入端与所述第一气液分离器的液体输送端口连通，所述液态冷媒分配器的液体输出端与所述第二换热器的第三输送端口连通。

5.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于，所述液态冷媒分配器为均液器或者多通。

6.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，冷媒从所述第二输送端口移动到所述第二换热器的第四输送端口的距离小于冷媒从所述第三输送端口移动到所述第四输送端口的距离；并且/或者，

所述第二换热器内部设有换热器分配器，所述换热器分配器的输入端与所述第三输送端口连通。

7.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括四通阀，所述四通阀分别与所述压缩机的输出端、所述第二换热器的第四输送端口和所述第一换热器的第五输送端口连通。

8.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括第二气液分离器，所述第二气液分离器的两个输送端口分别与所述压缩机的输入端和所述四通阀连通。

9.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括节流装置，所述节流装置设于所述第一换热器和所述第一气液分离器之间；所述节流装置的输送端口与所述第一气液分离器的气液输送端口之间还设有储液器，并且/或者，

所述节流装置的两个输送端口均分别设有过滤器，并且/或者，

所述第一换热器为翅片式换热器，并且/或者，

所述第二换热器为壳管式换热器。

10.一种空调器，其特征在于，所述空调器包括权利要求1-9中任一项所述的热泵系统。

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