CN112728811A - 一种空气源热泵机组 - Google Patents

Abstract

本发明属于热泵技术领域，提供了一种空气源热泵机组，因为第一切换阀在第二换热器和吸气口间，第二切换阀在第二换热器和排气口间，第三切换阀在第二换热器与烟气换热器间，第四切换在第二换热器与第一换热器之间，第五切换阀在第三换热器与第一换热器间，第一切换阀和第四切换阀打开，第二切换阀、第三切换阀及第五切换阀关闭时，机组为制热模式；第一切换阀和第五切换阀关闭，第二切换阀、第三切换阀和第四切换阀开启时，机组为除霜模式；当第一切换阀和第五切换阀开启，第二切换阀、第三切换阀及第四切换阀关闭时，机组为制冷模式。通过切换阀控制模式切换，避免制冷剂内泄露，设备管路简单，制冷剂气体阻力减小，机组的工作效率提高。

Description

一种空气源热泵机组

技术领域

本发明属于热泵技术领域，具体涉及一种空气源热泵机组。

背景技术

目前广泛采用的热水锅炉或电动机驱动空气源热泵机组一次能 源消耗多、运行费用高、并产生大量的碳排放。燃气发动机机驱动的 空气源热泵具有效率高、运行费用低、碳排放水平低的特点，因此， 采用高效率的燃气发动机机驱动的空气源热泵替换燃气热水锅炉和 电动机驱动空气源热泵机组是必然的选择，发展以燃气发动机驱动的 空气源热泵具有显著的经济效益和环保效益。但燃气发动机驱动的空 气源热泵也有一定不足之处，其在室外低温高湿区段运行时，低于露 点温度的空气中水分会凝聚在蒸发器外表面，若蒸发器外表面温度低 于零度则会结霜。蒸发器表面结霜影响空气源热泵的供热能力甚至影 响空气源热泵的正常运行，需要及时去除蒸发器上的霜层。

燃气发动机驱动的空气源热泵多采用四通换向阀切换的传统方 式除霜，该方法的管路复杂，四通换向阀的内部阻力影响空气源热泵 效率，且除霜时不能产热或产热量大幅降低，四通阀切换时还会导致 异常声音。目前，采用旁通节流或带制冷剂补偿的逆向除霜方式等对 传统除霜方式的改良取得了较好的效果，但仍存在除霜时不能制热甚 至反而制冷的问题。而蓄热除霜、热气旁通除霜以及回气加热除霜这 几种除霜方式，虽然能解决除霜运行时不能产热的问题，但仍存在一 些问题，比如蓄热除霜所使用的相变材料需要与除霜所需的热量进行 较好地匹配，热气旁通除霜以及回气加热除霜需要在系统中设置容量 较大的气液分离器，增加了除霜成本。而且这几种方式并不能保证除 霜时机组的制热效果，还带来了除霜时能耗过高的问题。

专利CN107763772A公开了一种燃气热泵余热自动除霜系统，包 括第一四通阀和第二四通阀；缸套余热回收器通过管路与缸套冷却水 循环泵、分层集热水箱相接；燃气发动机的排烟口通过管路与分层集 热水箱的发动机尾气换热入口相接；压缩机的出口通过管路顺次与油 分离器、膨胀阀、蒸发器的进口相接。除霜过程中，供热过程不中断， 余热浪费量少，实现发动机缸套余热以及废气余热的高效利用，提供 稳定的生活热水。带2个四通阀的系统管路复杂，分层集热水箱使用 的是高品位热能，未充分利用烟气低品位余热。

专利CN105318601B公开了一种空气源柔性燃气热泵机组及其运 行方法。包括至少两组风冷换热器、余热换热器、发动机、烟气热回 收换热器，热泵部分包括第一换热器、压缩机、第二换热器、四通阀 和节流阀。冬季除霜时需要多个阀门切换，系统管路复杂，未充分利 用烟气低品位余热。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种空气源 热泵机组。

本发明提供了一种空气源热泵机组，具有这样的特征，包括：燃 气发动机、传动装置、压缩机、烟气换热器、第一节流阀、第二节流 阀、第一换热器、第二换热器以及第三换热器，所述燃气发动机的输 出端通过传动装置与所述压缩机连接，用于驱动所述压缩机；所述压 缩机具有排气口与吸气口，用于将从所述吸气口进入的制冷剂气体压 缩后，从所述排气口排出；所述第一换热器用于供热，具有第一制冷 剂入口和第一制冷剂出口，所述第一制冷剂入口与所述排气口连通； 所述烟气换热器用于与所述燃气发动机的排烟管道内的烟气换热，具 有烟气制冷剂入口和烟气制冷剂出口，所述烟气制冷剂入口与与所述 第一制冷剂出口连接，所述烟气制冷剂出口与所述吸气口连通；所述 第二换热器具有第一流通口和第二流通口，所述第一流通口通过串连 在一起的第四切换阀和第三切换阀与所述烟气制冷剂入口连接，还通 过第四切换阀与所述第一制冷剂出口连接，所述第二流通口通过三通 阀分别与所述排气口与所述吸气口连接，或者所述第二流通口通过第 一切换阀与所述吸气口连接，并且通过第二切换阀与所述排气口连 接，所述第三换热器具有第三制冷剂入口和第三制冷剂出口，所述第 三制冷剂入口通过串联在一起的第五切换阀分别与第四切换阀、第三 切换阀连接，所述第三制冷剂出口与所述第二流通口连接，所述第一 节流阀设置在所述第一制冷剂出口与所述烟气制冷剂入口之间，所述 第二节流阀设置在所述第一制冷剂出口与所述第一流通口之间。

在本发明提供的空气源热泵机组中，还可以具有这样的特征：其 中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷 模式，制热模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器 放热后，一部分所述制冷剂进入所述烟气换热器吸热，另一部分所述 制冷剂进入所述第二换热器吸热，两部分所述制冷剂汇聚后从所述吸 气口回到所述压缩机中，除霜模式时，所述排气口排出的所述制冷剂 分为两路，一路流入所述第一换热器放热，另一路流入所述第二换热 器放热，两路汇聚后再进入所述烟气换热器吸热后通过所述吸气口回 到压缩机，制冷模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器放热后，进入所述烟气换热器吸热，再从所述吸气口回到压缩机。

在本发明提供的空气源热泵机组中，还可以具有这样的特征：其 中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷 模式，制热模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器 放热后，一部分所述制冷剂进入所述烟气换热器吸热，另一部分所述 制冷剂进入所述第二换热器吸热，两部分所述制冷剂汇聚后从所述吸 气口回到所述压缩机中，除霜模式时，所述排气口排出的所述制冷剂 分为两路，一路流入所述第一换热器放热，另一路流入所述第二换热 器放热，两路汇聚后再进入所述烟气换热器吸热后通过所述吸气口回 到压缩机，制冷模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器放热后，其中一部分所述制冷剂进入所述第三换热器吸热，其余 部分所述制冷剂进入烟气换热器或还进入第二换热器吸热，吸热后的 所述制冷剂汇聚再从所述吸气口回到压缩机。

在本发明提供的空气源热泵机组中，具有这样的特征，还包括： 干燥过滤器，其中，所述第一制冷剂出口通过第一管路与所述烟气制 冷剂入口连接，所述第一管路上具有第一连接点和第二连接点，所述 第二连接点比所述第一连接点更靠近所述烟气换热器，所述第三切换 阀通过所述第一连接点与所述第一管路连通，所述第一制冷剂出口通 过所述第二连接点与所述第一管路连通，所述干燥过滤器设置在所述 第一连接点与所述第二连接点之间。

在本发明提供的空气源热泵机组中，具有这样的特征，还包括： 油分离器和润滑油回路，其中，所述第一换热器不包含油分离器，所 述油分离器设置在所述排气口与所述第一制冷剂入口之间，用于分离 从所述排气口排出的所述制冷剂气体中的润滑油，所述润滑油回路连 通所述油分离器与所述压缩机，用于将分离出的所述润滑油输送回所 述压缩机。

在本发明提供的空气源热泵机组中，具有这样的特征，还包括： 油分离器和润滑油回路，其中，所述第一换热器包含油分离器，所述 油分离器设置在所述第一换热器内，用于分离从第一制冷剂入口进入 所述第一换热器的所述制冷剂气体中的润滑油，所述润滑油回路连通 所述油分离器与所述压缩机，用于将分离出的所述润滑油输送回所述 压缩机。

在本发明提供的空气源热泵机组中，具有这样的特征，还包括： 经济器，其中，所述经济器具有第一分路和第二分路，所述第一分路 具有第一入口和第一出口，所述第一入口与所述干燥过滤器连通，所 述第一出口分别与所述烟气制冷剂入口和所述第一流通口连接，所述 第二分路具有第二入口和第二出口，所述第二入口与所述第一入口连 接，所述第二出口与所述压缩机连通。

在本发明提供的空气源热泵机组中，还可以具有这样的特征：其 中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷 模式，制热模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂流至所述 第一换热器放热，通过所述干燥过滤器后一部分所述制冷剂进入所述 经济器的第二分路吸热后回到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述 经济器的第一分路放热后分为两路，一路通过所述烟气换热器吸热后 回到所述压缩机，另一路通过所述第二换热器吸热后回到所述压缩 机，除霜模式时，所述压缩机的所述排气口排出的所述制冷剂分为两 路，一路进入所述第一换热器放热，另一路进入所述第二换热器放热， 两路汇聚后通过所述干燥过滤器分为两部分，一部分通过所述经济器 的所述第二分路吸热后回到所述压缩机，另一部分通过所述经济器的 所述第一分路放热后，再进入所述烟气换热器吸热后回到所述压缩 机，制冷模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂通过所述干 燥过滤器后，一部分所述制冷剂进入所述经济器的第二分路吸热后回 到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述经济器的第一分路放热后， 通过所述第三换热器吸热，再回到所述压缩机。

在本发明提供的空气源热泵机组中，还可以具有这样的特征：其 中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷 模式，制热模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂流至所述 第一换热器放热，通过所述干燥过滤器后一部分所述制冷剂进入所述 经济器的第二分路吸热后回到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述 经济器的第一分路放热后分为两路，一路通过所述烟气换热器吸热后 回到所述压缩机，另一路通过所述第二换热器吸热后回到所述压缩 机，除霜模式时，所述压缩机的所述排气口排出的所述制冷剂分为两 路，一路进入所述第一换热器放热，另一路进入所述第二换热器放热， 两路汇聚后通过所述干燥过滤器分为两部分，一部分通过所述经济器 的所述第二分路吸热后回到所述压缩机，另一部分通过所述经济器的 所述第一分路放热后，再进入所述烟气换热器吸热后回到所述压缩 机，制冷模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂通过所述干 燥过滤器后，一部分所述制冷剂进入所述经济器的第二分路吸热后回 到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述经济器的第一分路放热后， 部分通过所述第三换热器吸热，其余部分所述制冷剂进入烟气换热器 吸热或还进入第二换热器吸热，另一部分所述制冷剂吸热后汇聚再回 到所述压缩机。

在本发明提供的空气源热泵机组中，还可以具有这样的特征：其 中，所述第一切换阀为单阀或阀组，所述第二切换阀为单阀或阀组， 所述第四切换阀为单阀或阀组，所述第五切换阀为单阀或阀组，所述 第一切换阀、所述第二切换阀和所述第五切换阀均为电磁阀、电动蝶 阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种，所述第三切换阀为单向阀、 电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种，所述第四切换阀为电 磁阀、电动蝶阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种，所述第一节 流阀和第二节流阀均为电子膨胀阀。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的空气源热泵机组(以下简称机组)，因为具 有燃气发动机、压缩机、第一节流阀、第二节流阀、第一换热器、第 二换热器、第三换热器以及烟气换热器，第一切换阀设置在第二换热 器和压缩机的吸气口之间，第二切换阀设置在第二换热器和压缩机的 排气口之间，第三切换阀设置在第二换热器与烟气换热器之间，第四 切换阀设置在第二换热器与第一换热器之间，第五切换阀设置在第三 换热器与第一换热器之间，当第一切换阀和第四切换阀打开，第二切 换阀、第三切换阀以及第五切换阀关闭时，机组处于制热模式，压缩 机中排出的制冷剂在第一换热器放热后，其中一部分制冷剂进入烟气 换热器吸热，另一部分制冷剂进入第二换热器吸热，两部分汇聚后回 到压缩机中；当第一切换阀和第五切换阀关闭，第二切换阀、第三切 换阀和第四切换阀开启时，机组处于除霜模式，压缩机中排出的制冷 剂分为两路，一路流至第一换热器放热，另一路流到第二换热器放热， 两路汇聚进入烟气换热器吸热后回到压缩机中；当第一切换阀和第五 切换阀开启，第二切换阀、第三切换阀以及第四切换阀关闭时，机组 处于制冷模式，压缩机中排出的制冷剂通过第一换热器放热后分为两 路，一路流至烟气换热器吸热，另一路通过第三换热器吸热制冷，两 路汇聚后回到压缩机。第一换热器在制冷模式、除霜模式和制冷模式 下始终作为冷凝器供热，避免了除霜模式或制冷模式时机组供热不稳 定或不能供热的问题。同时，机组在切换制热、除霜模式或制冷模式 时系统不停机，通过发动机增速实现制热时同步除霜或制热时同步制 冷，进一步保证了机组供热的稳定性，也使机组能更广泛地应用于更 多种工作环境。

此外，第一切换阀设置在第二换热器和压缩机的吸气口之间，第 二切换阀设置在第二换热器和压缩机的排气口之间，第三切换阀设置 在第二换热器与烟气换热器之间，第四切换阀设置在第二换热器与第 一换热器之间，第五切换阀设置在第三换热器与第一换热器之间，机 组通过第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀以及第五 切换阀控制机组的工作模式切换，避免制冷剂的内泄露，也使设备管 路更加简单，从而减小制冷剂气体阻力，降低机组成本，提高机组的 工作效率。

另外，烟气换热器能够充分回收烟气中的低品位余热，降低能耗， 且烟气换热器在制热模式时作为蒸发器，分担了第二换热器的负担， 缓和、甚至避免了机组结霜的问题；同时，烟气换热器还能在制冷模 式时也作为蒸发器，与第三换热器共同制冷，分担第三换热器的负担。

此外，对于大型机组，采用三通阀代替第一切换阀和第二切换阀 能有效降低机组成本。

综上，本发明的空气源热泵机组设备管路简单，工作效率高，供 热稳定，且能在供热的同时对自身进行除霜、同时供热供冷，节约能 耗，延长设备使用寿命。

附图说明

图1是本发明的实施例一中的空气源热泵机组的连接及流程示 意图；

图2是本发明的实施例二中的空气源热泵机组的连接及流程示 意图；

图3是本发明的实施例三中的空气源热泵机组的连接及流程示 意图；

图4是本发明的实施例四中的空气源热泵机组的连接及流程示 意图；

图5是本发明的实施例五中的空气源热泵机组的连接及流程示 意图。

附图编号说明：燃气发动机10、传动装置11、压缩机12、吸气 口13、排气口14、第一换热器15、第一节流阀16、烟气换热器17、 第一管路18、第一连接点19、第二连接点20、第二节流阀21、第二 换热器22、第一流通口23、第二流通口24、第一切换阀25、第二切 换阀26、第三切换阀27、排烟管道28、油分离器30、润滑油回路 31、干燥过滤器32、经济器33、第一分路34、第二分路35、第三节 流阀36、三通阀37、第四切换阀38、第三换热器39、第五切换阀40。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于 明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种空气源热泵机组作具体 阐述。

<实施例一>

本实施例提供了一种空气源热泵机组。

图1是本实施例中的空气源热泵机组的连接及流程示意图。

如图1所示，空气源热泵机组100包括燃气发动机10、传动装 置11、压缩机12、第一换热器15、第一节流阀16、烟气换热器17、 第一管路18、第二节流阀21、第二换热器22、第一切换阀25、第二 切换阀26、第三切换阀27、干燥过滤器32、第四切换阀38、第三换 热器39以及第五切换阀40。

燃气发动机10的输出端通过传动装置11与压缩机12连接在一 起，驱动压缩机12对其内部的制冷剂气体进行压缩。燃气发动机10 的转速连续可调，通过调整燃气发动机10的转速从而根据不同运行 工况下的需要调整压缩机12的转速。燃气发动机10还具有排烟管道 28，能够排出燃气发动机10在工作过程中产生的烟气。

燃气发动机10是自然吸气或涡轮增压的形式的一种，传动装置 11是联轴器、电磁离合器、变速齿轮箱或带皮带轮的皮带中的任意 一种。

压缩机12具有吸气口13与排气口14，制冷剂气体从吸气口13 进入，经压缩后由排气口14排出。压缩机12为开启式螺杆压缩机、 开启式磁悬浮螺杆压缩机、开启式磁悬浮离心压缩机或开启式涡旋压 缩机中的任意一种，压缩机12中的制冷剂为NH3、R718、HCFC22、HFC32、HFC134a、HFC407C、HFC410a、HFC245fa、HFC507A、 HFO 1234ze、HFO1234yf或HFO1234zf中的任意一种。

第一换热器15用于供热，具有第一制冷剂入口和第一制冷剂出 口，第一制冷剂入口与排气口14连通。第一换热器15的供热方式为 热水供热或热风供热。

烟气换热器17设置在排烟管道28上，具有烟气制冷剂入口和烟 气制冷剂出口，烟气制冷剂入口通过第一节流阀16与第一制冷剂出 口连通，烟气制冷剂出口与吸气口13连通。第一节流阀16是电子膨 胀阀。

第一制冷剂出口与烟气制冷剂入口通过第一管路18连通。第一 管路18上具有第一连接点19和第二连接点20，第二连接点20比第 一连接点19更靠近烟气换热器17。

干燥过滤器32设置在第一连接点19与第二连接点20之间，对 于流经其的制冷剂干燥过滤。第二换热器22具有第一流通口23和第 二流通口24。第一流通口23通过第四切换阀38以及第二节流阀21 与第二连接点20连接，第四切换阀38比第二节流阀21更靠近第一流通口23。第一流通口23还通过串连在一起的第四切换阀38和第 三切换阀27与第一连接点19连接。第二流通口24通过第一切换阀 25与吸气口13连通，还通过第二切换阀26与排气口14连通。第二 节流阀21是电子膨胀阀。

第三换热器39具有第三制冷剂入口和第三制冷剂出口。第三制 冷剂入口与第五切换阀40连接后，再与连接在一起的第二换热器22 和第四切换阀38并联，并联的一端分别与第三切换阀27和第二节流 阀21连接，并联的另一端分别与第一切换阀25和第二切换阀26连 接。

第一切换阀25和第二切换阀26是电磁阀、电动蝶阀、电动球阀 或电动截止阀中的任意一种，第二切换阀26是开关型或调节型。第 一切换阀25既可以使用单阀，也可以使用阀组。第二切换阀26既可 以使用单阀，也可以使用阀组。第三切换阀27是单向阀、电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种。第四切换阀38和第五切换阀 40均为电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种。第四切换阀 38既可以使用单阀，也可以使用阀组。第五切换阀40既可以使用单 阀，也可以使用阀组。第四切换阀38是开关型或调节型。

本实施例提供的空气源热泵机组100具有制热模式、除霜模式和 制冷模式，其具体工作过程如下：

如图1所示，图例中的制热-制冷剂流向为制热模式下制冷剂的 流向，除霜-制冷剂流向为除霜模式下制冷剂的流向，制冷制热-制冷 剂的流向为制冷模式下制冷剂的流向。

当第一切换阀25和第四切换阀38开启，第二切换阀26、第三 切换阀27和第五切换阀40关闭，第一节流阀16和第二节流阀21正 常调节时，空气源热泵100处于制热模式。燃气发动机10通过传动 装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后排至第一制冷剂入口，进 入第一换热器15，制冷剂气体在第一换热器15内冷凝放热，成为制 冷剂液体。从第一换热器15的第一制冷剂出口排出的制冷剂液体通 过干燥过滤器32后分为两路，一路通过第一节流阀16转化为气液两 相制冷剂后，再进入烟气换热器17吸热，气化为制冷剂气体，另一 路制冷剂液体通过第二节流阀21转化为气液两相制冷剂后，再通过 第一流通口23进入第二换热器22吸热转化为制冷剂气体，然后通过 第一切换阀25，两路汇聚后通过吸气口13回到压缩机12中。

当第一切换阀25和第五切换阀40关闭，第二切换阀26、第三 切换阀27和第四切换阀38打开，第一节流阀16正常调节，第二节 流阀21关闭时，空气源热泵100处于除霜模式。燃气发动机10通过 传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后分为两路，一路通过 第一制冷剂入口进入第一换热器15，制冷剂气体在第一换热器15内 放热，冷凝为制冷剂液体，制冷剂液体从第一制冷剂出口排出；另一 路制冷剂气体通过第二切换阀26通过第二流通口24流入第二换热器 22后，制冷剂气体冷凝为制冷剂液体，从而放热至第二换热器22表面霜层，进行除霜，然后制冷剂液体从第一流通口23流出，依次通 过第四切换阀38和第三切换阀27后，两路制冷剂液体汇聚，汇聚后 的制冷剂液体经由干燥过滤器32后，再通过第一节流阀16转化为气 液两相制冷剂后，再进入烟气换热器17吸热后转化为制冷剂气体，通过吸气口13回到压缩机12。

空气源热泵100处于制冷模式时，第一换热器15在此工作状态 的供热量为Qc、压缩机12在此工作状态的的输入功为W、第三换热 器39在此工作状态的的制冷量为Qe。烟气换热器17在此工作状态 的最大换热能力为Qy。

制冷模式中具体有以下情况：

若Qc-Qe-W＝0则开启第一节流阀16，第四切换阀38关闭。第 一切换阀25和第五切换阀40开启，第二切换阀26、第三切换阀27 关闭，第一节流阀16关闭，第二节流阀21均正常调节。燃气发动机 10通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后进入第一换 热器15，第一换热器15使其内置的制冷剂气体冷凝为制冷剂液体从 而进行放热，制冷剂液体从第一制冷剂出口排出，通过干燥过滤器 32后通过第二节流阀21转化为气液两相制冷剂后，通过第五切换阀 40进入第三换热器39吸热制冷后转化为制冷剂气体，通过第一切换 阀25后从吸气口13输送回压缩机12。

若Qc-Qe-W>0，且Qc-Qe-W-Qy≤0则开启第一节流阀16，第四 切换阀38关闭，将Qc-Qe-W的热量排至烟气换热器17。第一切换 阀25和第五切换阀40开启，第二切换阀26、第三切换阀27关闭， 第一节流阀16和第二节流阀21均正常调节。燃气发动机10通过传 动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后进入第一换热器15， 第一换热器15使其内置的制冷剂气体冷凝为制冷剂液体从而进行放 热，制冷剂液体从第一制冷剂出口排出，通过干燥过滤器32后分为 两路，一路通过第一节流阀16后转化为气液两相制冷剂，进入烟气 换热器吸热转化为制冷剂气体，另一路通过第二节流阀21转化为气 液两相制冷剂后，通过第五切换阀40进入第三换热器39吸热制冷后 转化为制冷剂气体，通过第一切换阀25后两路汇聚，从吸气口13输 送回压缩机12。

若Qc-Qe-W-Qy>0，则开启第四切换阀38，并调节第四切换阀 38开度，确保多余的热量通过第二换热器22排至大气中。其余过程 与上述Qc-Qe-W>0，且Qc-Qe-W-Qy≤0情况相同，在此不再赘述。

实施例一的作用与效果

根据本实施例所涉及的空气源热泵机组(以下简称机组)，因为 具有燃气发动机、压缩机、第一换热器、第二换热器、第三换热器以 及烟气换热器，第一切换阀设置在第二换热器和压缩机的吸气口之 间，第二切换阀设置在第二换热器和压缩机的排气口之间，第三切换 阀设置在第二换热器与烟气换热器之间，第四切换阀设置在第二换热 器与第一换热器之间，第五切换阀设置在第三换热器与第一换热器之 间，当第一切换阀和第四切换阀打开，第二切换阀、第三切换阀以及 第五切换阀关闭时，机组处于制热模式，压缩机中排出的制冷剂在第 一换热器放热后，其中一部分制冷剂进入烟气换热器吸热，另一部分 制冷剂进入第二换热器吸热，两部分汇聚后回到压缩机中；当第一切 换阀和第五切换阀关闭，第二切换阀、第三切换阀和第四切换阀开启 时，机组处于除霜模式，压缩机中排出的制冷剂分为两路，一路流至 第一换热器放热，另一路流到第二换热器放热，两路汇聚进入烟气换热器吸热后回到压缩机中；当第一切换阀和第五切换阀开启，第二切 换阀和第三切换阀关闭，以及第四切换阀关闭或开启时，机组处于制 冷模式，压缩机中排出的制冷剂通过第一换热器放热后，还可通过第 三换热器吸热制冷。第一换热器在制冷模式、除霜模式和制冷模式下 始终作为冷凝器供热，避免了除霜模式时机组供热不稳定或不能供热 的问题。同时，机组在切换制热、除霜模式或制冷模式时系统不停机， 通过发动机增速实现制热时同步除霜或制热时同步制冷，进一步保证 了机组供热的稳定性，也使机组能更广泛地应用于更多种工作环境。

此外，第一切换阀设置在第二换热器和压缩机的吸气口之间，第 二切换阀设置在第二换热器和压缩机的排气口之间，第三切换阀设置 在第二换热器与烟气换热器之间，第四切换阀设置在第二换热器与第 一换热器之间，第五切换阀设置在第三换热器与第一换热器之间，机 组通过第一切换阀、第二切换阀、第三切换阀、第四切换阀以及第五 切换阀控制机组的工作模式切换，避免制冷剂的内泄露，也使设备管 路更加简单，从而减小制冷剂气体阻力，降低机组成本，提高机组的 工作效率。

另外，烟气换热器能够充分回收烟气中的低品位余热，降低能耗， 且烟气换热器在制热模式时作为蒸发器，分担了第二换热器的负担， 缓和、甚至避免了机组结霜的问题；同时，烟气换热器还能在制冷模 式时也作为蒸发器，与第三换热器共同制冷，分担第三换热器的负担。

综上，本实施例的空气源热泵机组设备管路简单，工作效率高， 供热稳定，且能在供热的同时对自身进行除霜、供热时同时供冷，节 约能耗，延长设备使用寿命。

<实施例二>

本实施例提供了一种空气源热泵机组，该空气源热泵机组与实施 例一中的空气源热泵机组100的区别在于，本实施例中的空气源热泵 机组200(见图2)还包括油分离器30和润滑油回路31。本实施例 的第一换热器15不包含油分离器30。

本实施例中的其他结构与实施例一相同，对于相同的结构给予相 同的编号。

图2是本实施例中的空气源热泵机组200的连接及流程示意图。

如图2所示，油分离器30具有油分制冷剂入口、油分制冷剂出 口以及润滑油排出口，油分制冷剂入口与排气口14连通，油分制冷 剂出口与第一制冷剂入口连通，润滑油回路31连通润滑油排出口与 压缩机12。

含有润滑油的制冷剂气体通过油分制冷剂入口进入油分离器30， 分离润滑油后的制冷剂气体从油分制冷剂出口排出，分离出的润滑油 通过润滑油回路31回到压缩机12。

本实施例提供的空气源热泵机组200的工作过程与实施例一的 空气源热泵机组100的工作过程基本相同，不同之处在于：

如图2所示，无论是制热模式、除霜模式还是制冷模式，压缩机 12的排气口14排出的制冷剂气体均需通过油分制冷剂入口进入油分 离器30，油分离器30将制冷剂气体中的润滑油分离后，分离出的润 滑油通过润滑油回路31回到压缩机12中。

如图2所示，图例中的制热-制冷剂流向为制热模式下制冷剂的 流向，除霜-制冷剂流向为除霜模式下制冷剂的流向，制冷制热-制冷 剂的流向为制冷模式下制冷剂的流向。

实施例二的作用与效果

本实施例提供的空气源热泵机组(以下简称机组)与实施例一提 供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组具有油分离器和润滑油回路，能够分离制冷 剂气体中的润滑油，并将润滑油回输至压缩机，供压缩机循环使用， 降低机组运行成本，且延长压缩机使用寿命。

<实施例三>

本实施例提供了一种空气源热泵机组，该空气源热泵机组与实施 例二中的空气源热泵机组200的区别在于，本实施例中的空气源热泵 机组300(见图3)的第一换热器15包含油分离器30。本实施例中 的其他结构与实施例一相同，对于相同的结构给予相同的编号。

图3是本实施例三中的空气源热泵机组的连接及流程示意图。

如图3所示，油分离器30设置在第一换热器15内，具有油分制 冷剂入口、油分制冷剂出口以及润滑油排出口。含有润滑油的制冷剂 气体从压缩机12的排气口14排出，进入第一制冷剂入口后，再通过 油分制冷剂入口进入油分离器30，分离润滑油后的制冷剂气体从油 分制冷剂出口排出，在第一换热器15内换热，分离出的润滑油通过 润滑油回路31回到压缩机12。

本实施例提供的空气源热泵机组300的工作过程与实施例二的 空气源热泵机组200的工作过程基本相同，不同之处在于：

无论是制热模式、除霜模式还是制冷模式，压缩机12的排气口 14排出的制冷剂气体进入第一换热器15后均需通过油分制冷剂入口 进入油分离器30，油分离器30将制冷剂气体中的润滑油分离后，分 离出的润滑油通过润滑油回路31回到压缩机12中。

如图3所示，图例中的制热-制冷剂流向为制热模式下制冷剂的 流向，除霜-制冷剂流向为除霜模式下制冷剂的流向，制冷制热-制冷 剂的流向为制冷模式下制冷剂的流向。

实施例三的作用与效果

本实施例提供的空气源热泵机组(以下简称机组)与实施例二提 供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组具有油分离器和润滑油回路，能够分离制冷 剂气体中的润滑油，并将润滑油回输至压缩机，供压缩机循环使用， 降低成本，且延长压缩机使用寿命。同时，本实施例提供的油分离器 设置在第一换热器内，能够简化管路。

<实施例四>

本实施例提供了一种空气源热泵机组，该空气源热泵机组与实施 例二中的空气源热泵机组200的区别在于，本实施例中的空气源热泵 机组400(见图4)还包括经济器33。本实施例中的其他结构与实施 例二相同，对于相同的结构给予相同的编号。

图4是本实施例中的空气源热泵机组300的连接及流程示意图。

如图4所示，经济器33具有第一分路34和第二分路35。

第一分路34具有第一入口和第一出口，第一入口与干燥过滤器 32连通，第一出口分别与烟气制冷剂入口和第一流通口23连接。

第二分路35具有第二入口和第二出口，第二入口通过第三节流 阀36与干燥过滤器32连接，第二出口与压缩机12连通。

本实施例提供的空气源热泵机组400具有制热模式、除霜模式和 制冷模式，如图4所示，图例中的制热-制冷剂流向为制热模式下制 冷剂的流向，除霜-制冷剂流向为除霜模式下制冷剂的流向，制冷制 热-制冷剂的流向为制冷模式下制冷剂的流向。

本实施例提供的空气源热泵机组400与实施例二中的空气源热 泵机组200运行的区别在于，本实施例中的空气源热泵机组400运行 时，制冷剂液体通过干燥过滤器32后分为两路，一路通过第三节流 阀36转化为气液两相制冷剂后，进入经济器33的第二分路35吸热 后送回压缩机12，另一路制冷剂液体通过经济器33的第一分路34 被进一步冷却，另一路制冷剂液体的后续运行情况与实施例二中的空 气源热泵机组200的全部制冷剂液体运行情况相同，不再赘述。

在本实施例中，空气源热泵机组400包含油分离器30，但是， 在实际应用中，空气源热泵机组可以不含有油分离器，此时，第一换 热器的第一制冷剂入口直接连接在压缩机的排气口上。

实施例四的作用与效果

本实施例提供的空气源热泵机组(以下简称机组)与实施例二提 供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组具有经济器，能够通过对一部分制冷剂液体 进行节流蒸发而对另一部分制冷剂液体进行二次降温，使能耗降低， 节约能源，减少成本。

<实施例五>

本实施例提供了一种空气源热泵机组，该空气源热泵机组与实施 例四的区别在于，本实施例中的空气源热泵机组500(见图5)使用 三通阀37代替第一切换阀25和第二切换阀26。

图5是本发明的实施例五中的空气源热泵机组的连接及流程示 意图。

如图5所示，本实施例在实施例四的基础上，将第一切换阀25 和第二切换阀26替换为三通阀37。

三通阀37具有E接口、D接口和S接口，E接口与并联后的第 二流通口24和第三制冷剂出口连通，D接口与压缩机12的排气口 14连通，S接口与压缩机12的吸气口13连通。

本实施例提供的空气源热泵机组500具有制热模式、除霜模式和 制冷模式，其工作过程与空气源热泵机组400的区别在于三通阀37 实现第一切换阀25和第二切换阀26的工作功能，具体如下：

当三通阀37的E接口与S接口连通，E接口、S接口不与D接 口连通，空气源热泵机组500处于制热模式或制冷模式。

三通阀37的E接口与D接口连通，D接口、E接口不与S接口 连通，空气源热泵500处于除霜模式。

如图5所示，图例中的制热-制冷剂流向为制热模式下制冷剂的 流向，除霜-制冷剂流向为除霜模式下制冷剂的流向，制冷制热-制冷 剂的流向为制冷模式下制冷剂的流向。

实施例五的作用与效果

本实施例提供的空气源热泵机组(以下简称机组)与实施例四提 供的机组的相同结构也具有同样的作用与效果，在此不再赘述。

本实施例提供的机组使用三通阀，能够简化管路，方便管路的安 装和维修，降低生产成本。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护 范围。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实 施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型 和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附 属的权利要求书及其等效范围所界定。

本发明所涉及的空气源热泵机组利用第一换热器放热，实际上是 第一换热器将热量交换给循环水或循环空气，并且，循环水或循环空 气既可以单独供热，又可以与其他供热结构，例如发动机余热换热器 等，共同供热。

Claims (10)

1.一种空气源热泵机组，其特征在于，包括：

燃气发动机、传动装置、压缩机、烟气换热器、第一节流阀、第二节流阀、第一换热器、第二换热器以及第三换热器，

所述燃气发动机的输出端通过传动装置与所述压缩机连接，用于驱动所述压缩机；

所述压缩机具有排气口与吸气口，用于将从所述吸气口进入的制冷剂气体压缩后，从所述排气口排出；

所述第一换热器用于供热，具有第一制冷剂入口和第一制冷剂出口，所述第一制冷剂入口与所述排气口连通；

所述烟气换热器用于与所述燃气发动机的排烟管道内的烟气换热，具有烟气制冷剂入口和烟气制冷剂出口，所述烟气制冷剂入口与与所述第一制冷剂出口连接，所述烟气制冷剂出口与所述吸气口连通；

所述第二换热器具有第一流通口和第二流通口，

所述第一流通口通过串连在一起的第四切换阀和第三切换阀与所述烟气制冷剂入口连接，还通过第四切换阀与所述第一制冷剂出口连接，

所述第二流通口通过三通阀分别与所述排气口与所述吸气口连接，或者所述第二流通口通过第一切换阀与所述吸气口连接，并且通过第二切换阀与所述排气口连接，

所述第三换热器具有第三制冷剂入口和第三制冷剂出口，所述第三制冷剂入口通过串联在一起的第五切换阀分别与第四切换阀、第三切换阀连接，所述第三制冷剂出口与所述第二流通口连接，

所述第一节流阀设置在所述第一制冷剂出口与所述烟气制冷剂入口之间，所述第二节流阀设置在所述第一制冷剂出口与所述第一流通口之间。

2.根据权利要求1所述的空气源热泵机组，其特征在于：

其中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷模式，

制热模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器放热后，一部分所述制冷剂进入所述烟气换热器吸热，另一部分所述制冷剂进入所述第二换热器吸热，两部分所述制冷剂汇聚后从所述吸气口回到所述压缩机中，

除霜模式时，所述排气口排出的所述制冷剂分为两路，一路流入所述第一换热器放热，另一路流入所述第二换热器放热，两路汇聚后再进入所述烟气换热器吸热后通过所述吸气口回到压缩机，

制冷模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器放热后，进入所述第三换热器吸热，再从所述吸气口回到压缩机。

3.根据权利要求1所述的空气源热泵机组，其特征在于：

其中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷模式，

制热模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器放热后，一部分所述制冷剂进入所述烟气换热器吸热，另一部分所述制冷剂进入所述第二换热器吸热，两部分所述制冷剂汇聚后从所述吸气口回到所述压缩机中，

除霜模式时，所述排气口排出的所述制冷剂分为两路，一路流入所述第一换热器放热，另一路流入所述第二换热器放热，两路汇聚后再进入所述烟气换热器吸热后通过所述吸气口回到压缩机，

制冷模式时，来自所述排气口的所述制冷剂在所述第一换热器放热后，其中一部分所述制冷剂进入所述第三换热器吸热，其余部分所述制冷剂进入烟气换热器或还进入第二换热器吸热，吸热后的所述制冷剂汇聚再从所述吸气口回到压缩机。

4.根据权利要求1所述的空气源热泵机组，其特征在于，还包括：

干燥过滤器，

其中，所述第一制冷剂出口通过第一管路与所述烟气制冷剂入口连接，

所述第一管路上具有第一连接点和第二连接点，所述第二连接点比所述第一连接点更靠近所述烟气换热器，

所述第三切换阀通过所述第一连接点与所述第一管路连通，所述第一制冷剂出口通过所述第二连接点与所述第一管路连通，

所述干燥过滤器设置在所述第一连接点与所述第二连接点之间。

5.根据权利要求4所述的空气源热泵机组，其特征在于，还包括：

油分离器和润滑油回路，

其中，所述第一换热器不包含油分离器，

所述油分离器设置在所述排气口与所述第一制冷剂入口之间，用于分离从所述排气口排出的所述制冷剂气体中的润滑油，

所述润滑油回路连通所述油分离器与所述压缩机，用于将分离出的所述润滑油输送回所述压缩机。

6.根据权利要求4所述的空气源热泵机组，其特征在于，还包括：

油分离器和润滑油回路，

其中，所述第一换热器包含油分离器，

所述油分离器设置在所述第一换热器内，用于分离从第一制冷剂入口进入所述第一换热器的所述制冷剂气体中的润滑油，

所述润滑油回路连通所述油分离器与所述压缩机，用于将分离出的所述润滑油输送回所述压缩机。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的空气源热泵机组，其特征在于，还包括：

经济器，

其中，所述经济器具有第一分路和第二分路，

所述第一分路具有第一入口和第一出口，所述第一入口与所述干燥过滤器连通，所述第一出口分别与所述烟气制冷剂入口和所述第一流通口连接，

所述第二分路具有第二入口和第二出口，所述第二入口与所述第一入口连接，所述第二出口与所述压缩机连通。

8.根据权利要求7所述的空气源热泵机组，其特征在于：

其中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷模式，

制热模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂流至所述第一换热器放热，通过所述干燥过滤器后一部分所述制冷剂进入所述经济器的第二分路吸热后回到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述经济器的第一分路放热后分为两路，一路通过所述烟气换热器吸热后回到所述压缩机，另一路通过所述第二换热器吸热后回到所述压缩机，

除霜模式时，所述压缩机的所述排气口排出的所述制冷剂分为两路，一路进入所述第一换热器放热，另一路进入所述第二换热器放热，两路汇聚后通过所述干燥过滤器分为两部分，一部分通过所述经济器的所述第二分路吸热后回到所述压缩机，另一部分通过所述经济器的所述第一分路放热后，再进入所述烟气换热器吸热后回到所述压缩机，

制冷模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂通过所述干燥过滤器后，一部分所述制冷剂进入所述经济器的第二分路吸热后回到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述经济器的第一分路放热后，通过所述第三换热器吸热，再回到所述压缩机。

9.根据权利要求7所述的空气源热泵机组，其特征在于：

其中，所述空气源热泵机组的运行模式包括制热模式、除霜模式和制冷模式，

制热模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂流至所述第一换热器放热，通过所述干燥过滤器后一部分所述制冷剂进入所述经济器的第二分路吸热后回到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述经济器的第一分路放热后分为两路，一路通过所述烟气换热器吸热后回到所述压缩机，另一路通过所述第二换热器吸热后回到所述压缩机，

除霜模式时，所述压缩机的所述排气口排出的所述制冷剂分为两路，一路进入所述第一换热器放热，另一路进入所述第二换热器放热，两路汇聚后通过所述干燥过滤器分为两部分，一部分通过所述经济器的所述第二分路吸热后回到所述压缩机，另一部分通过所述经济器的所述第一分路放热后，再进入所述烟气换热器吸热后回到所述压缩机，

制冷模式时，所述压缩机的排气口排出的所述制冷剂通过所述干燥过滤器后，一部分所述制冷剂进入所述经济器的第二分路吸热后回到压缩机，另一部分所述制冷剂进入所述经济器的第一分路放热后，部分通过所述第三换热器吸热，其余部分所述制冷剂进入烟气换热器吸热或还进入第二换热器吸热，另一部分所述制冷剂吸热后汇聚再回到所述压缩机。

10.根据权利要求1所述的空气源热泵机组，其特征在于：

其中，所述第一切换阀为单阀或阀组，

所述第二切换阀为单阀或阀组，

所述第四切换阀为单阀或阀组，

所述第五切换阀为单阀或阀组，

所述第一切换阀、所述第二切换阀、所述第四切换阀和所述第五切换阀均为电磁阀、电动蝶阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种，

所述第三切换阀为单向阀、电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种，

所述第一节流阀和第二节流阀均为电子膨胀阀。

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