CN113551442A - 一种空气源热泵 - Google Patents

Abstract

一种空气源热泵，涉及新能源领域。包括制冷压缩机、节流装置、空气/制冷剂换热器、流体/制冷剂换热器和绝热维护结构。绝热维护结构或为绝热发泡材料或为真空绝热板，或包裹在制冷压缩机、四通换向阀、流体/制冷剂换热器及连接管路外或将流体/制冷剂换热器设置在室内，而将制冷压缩机、四通换向阀包裹在绝热维护结构内。该结构使空气源热泵制热时热损失很少，使空气源热泵的有效制热量增加，制热效率提高，制冷时，冷量损失很少，使空气源热泵的有效制冷量增加，制冷效率提高，解决了当制冷压缩机温升超过允许值时，自动启动有效冷却装置并向环境空气排热，使制冷压缩机有效降温。该结构明显减少空气源热泵的能源消耗，为节能减排贡献力量。

Description

一种空气源热泵

技术领域

本发明属于新能源领域, 特别涉及一种空气源热泵。

背景技术

空气源热泵在节能环保的大形势下,获得了很大的发展,特别是在取代燃煤供热方面,发挥了重大的不可替代的作用,其应用领域,从冬季气温较高的南方,逐渐向冬季气温较低的寒冷北方地区扩展,空气源热泵在寒冷北方的应用遇到了热效率较低,供热费用较高的问题。

现有技术的空气源热泵是在传统的冷暖空调器升级而来的，为解决在低环境温度的制热效率问题，采取了喷气增焓，中间回气方案,喷液冷却方案,双级或多级压缩方案,复叠式循环方案等,在一定程度上,提高了对北方低温环境的适应性,但并没有取得太大的进步。

分析空气源热泵工作循环的过程,可以发现,热泵工质在空气源热泵的循环过程中要发生温度变化,而空气源热泵的主机是装在室外环境中，当热泵工质的温度高于环境温度的时候,工质会通过其外表面自发的向环境空气传递热量，使其有效制热量减小，而当工质温度低于环境温度时，室外环境就会将热量传递给工质，使其制冷量减少，而现在空气源热泵主机主要是安装在室外环境中的，所以现有技术的空气源热泵受环境温度影响，其冷、热量的损失是巨大的。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种空气源热泵。

发明所采用的技术方案是：一种空气源热泵，包括：

制冷压缩机；

四通换向阀，所述四通换向阀的第一接口连接所述制冷压缩机的排气口；所述四通换向阀的第四接口连接所述制冷压缩机的吸气口；

空气/制冷剂换热器，一端口连通所述四通换向阀的第二接口，另一端口连通节流装置第一端口；

流体/制冷剂换热器，一端口连通所述四通换向阀的第三接口，另一端口连通节流装置第二端口；

封闭在空气源热泵连接管路内的制冷工质；

其技术要点是，还包括绝热维护结构，绝热维护结构的设置方式包括:

绝热维护结构设置在制冷压缩机、四通换向阀、流体/制冷剂换热器和节流装置及连接管路整体外；或

在制冷压缩机、四通换向阀、流体/制冷剂换热器和节流装置中任选至少一个单体并在被选择的单体外设置绝热维护结构，同时将上述设置了绝热维护结构的单体、未设置绝热维护结构的单体及连通管道作为整体，在该整体外设置另一层绝热维护结构；或

将制冷压缩机、四通换向阀、节流装置以及连接管路整体放在室外并整体设置绝热维护结构，将流体/制冷剂换热器作为室内机设置在室内。上述方案中，所述的绝热维护结构由绝热发泡材料构成。

上述方案中，所述的绝热维护结构由真空绝热板构成。

上述方案中，在所述的制冷压缩机外壳表面还缠绕有变形温控热管排热组件，所述变形温控热管排热组件由吸热蒸发段导热管、放热冷凝段导热管、温控截止阀依次串联构成变形的温控传热热管，所述的吸热蒸发段导热管缠绕在制冷压缩机外壳上并与制冷压缩机外壳紧密接触，所述的放热冷凝段导热管设置在绝热维护结构外部环境中，在放热冷凝段导热管的液体存留段与吸热蒸发段导热管底部之间设有控制液体是否流出的温控截止阀；在上述变形的温控传热热管内充注有热管工质。

本发明的有益效果是：该空气源热泵，制冷压缩机、四通换向阀、空气/制冷剂换热器、节流装置、流体/制冷剂换热器和绝热维护结构。绝热维护结构或为绝热发泡材料或为真空绝热板，或包裹在制冷压缩机、四通换向阀、流体/制冷剂换热器、节流装置及连接管路外或将流体/制冷剂换热器设置在室内，而将制冷压缩机、四通换向阀及节流装置包裹在绝热维护结构内。该结构使空气源热泵制热时热损失很少，使空气源热泵的有效制热量增加，制热效率提高，制冷时，冷量损失很少，使空气源热泵的有效制冷量增加，制冷效率提高，解决了当制冷压缩机温升超过允许值时，自动启动有效冷却装置并向环境空气排热，使制冷压缩机有效降温。该结构明显减少空气源热泵的能源消耗，为节能减排贡献力量。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面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来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的空气源热泵结构示意图；

图2为本发明实施例2的空气源热泵结构示意图；

图3为本发明实施例3的空气源热泵结构示意图；

图中序号说明如下：1制冷压缩机、、3四通换向阀、4空气/制冷剂换热器、5流体/制冷剂换热器、6节流装置、7连接管路、8变形温控热管排热组件、81温控截止阀、9绝热发泡材料、10真空绝热板、11制冷剂蒸汽管路连接阀、12制冷剂液体管路连接阀。

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～图3和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例的空气源热泵通过四通换向阀的管路流程转换，满足制冷、制热模式的切换。如图1所示，本发明的空气源热泵，主要由空气源热泵主机构成。

本实施例的空气源热泵主机包括：制冷压缩机1、四通换向阀3、空气/制冷剂换热器4、流体/制冷剂换热器5、节流装置6、变形温控热管排热组件8以及连接管路7。四通换向阀3的第一接口H连接所述制冷压缩机1的排气口。四通换向阀3的第四接口L连接所述制冷压缩机1的吸气口。空气/制冷剂换热器4一端口连通四通换向阀3的第二接口W，另一端口连通节流装置6第一端口。流体/制冷剂换热器5的一端口连通所述四通换向阀3的第三接口C，另一端口连通节流装置6第二端口。在所述连接管路7内充注制冷剂。工作时，低压低温的制冷剂气体进入制冷压缩机1的吸气口，在压缩机内通过电能做功，被绝热压缩成高温高压的过热蒸汽，过热蒸汽由压缩机的排气管进入四通换向阀3,此时根据四通换向阀控制电磁阀是否通电进入制冷通道循环模式或制热通道循环模式。

现有技术之所以不能为制冷压缩机做高效的绝热维护结构，主要原因是制冷压缩机工作时要产生热量，使机体的温度升高，若不及时将热量散发出去，压缩机内的润滑油就会变稀，润滑性能变差，使排气出现积炭现象，严重时，致使压缩机转子报废，压缩机损坏。本实施例为了克服上述问题，在制冷压缩机1的外表面设置了变形温控热管排热组件8，利用增加的变形温控热管排热组件8使产生的热量及时排出，从而使得在制冷压缩机1外表面增加绝热维护结构成为可能。本实施例的变形温控热管排热组件8由吸热蒸发段导热管、放热冷凝段导热管、温度截止阀81依次串联构成变形的温控传热热管，其中的吸热蒸发段导热管缠绕在制冷压缩机1外壳上并与制冷压缩机1外壳紧密接触，所述的放热冷凝段导热管设置在绝热维护结构外部环境中；在放热冷凝段导热管的液体存留段与吸热蒸发段导热管底部之间设有控制液体是否流出的温控截止阀81，本实施例中可以但不限于采用感温电磁截止阀，感温电控截止阀等。在上述变形的温控传热热管内充注有热管工质。工作时，当制冷压缩机温度高于温控截止阀的设定开启的上限值时，温控截止阀81导通，热管工质液体由液体存留段向下流入到制冷压缩机1表面缠绕的吸热蒸发段导热管，热管工质从制冷压缩机1的传热面,吸收工质蒸发潜热和升温显热从液态变为气态，在吸热蒸发段导热管内向上运动，穿过绝热维护结构隔离层段，到达上顶部处于外界环境温度的放热冷凝段导热管，受到环境空气的冷却，放出冷凝潜热和降温显热，从气态转化成液态，液化的热管工质通过温控截止阀81又流回到吸热蒸发段导热管，如此完成了将制冷压缩机热量用热管的传热方式排放给外界环境空气的整个过程，当制冷压缩机1的温度下降到温控截止阀关闭的动作下限值时，温控截止阀81关闭，流入吸热蒸发段导热管的热管工质吸热蒸发，在放热冷凝段导热管放热变为液体，集聚存留在液体存留段。为下一次压缩机降温循环做好准备。本实施例中，热管工质可以采用但不限于以下工质：甲醇、乙醇、丙酮……,本实施例使用乙醇做热管工质。

本实施例中的四通换向阀3根据控制电磁阀是否通电具有两种导通状态：

四通换向阀3的第一导通状态为第一接口H连通第二接口W，第三接口C连通第四接口L，此位置为制冷状态导通。

四通换向阀3的第二导通状态为第一接口H连通第三接口C，第二接口W连通第四接口L，此位置为制热状态导通。

以下通过附图1分别具体介绍本发明的空气源热泵的工作原理，处于制冷通道循环模式和制热通道循环模式的工作原理为：

1、制冷通道循环工作原理。

当四通换向阀处于第一导通状态时，第一接口H与第二接口W相通，第四接口L管与第三接口C相通，流入四通换向阀3的第一接口H的过热制冷剂蒸汽，从第二接口W流出并流入空气/制冷剂换热器4，被环境空气冷却，在定压下，放出冷凝潜热和降温显热成为温度略高于环境温度的液体。流出空气/制冷剂换热器、流进节流装置6，等焓节流降压，成为低压低温的液体，进入流体/制冷剂换热器5，在吸收另一侧流体传递来的降温显热和蒸发潜热，定压沸腾、蒸发，成为低压低温的气体进入四通换向阀3的第三接口C，从四通换向阀的第四接口L流出，回到制冷压缩机1的吸气口，在压缩机内再一次被压缩成高温高压的过热蒸汽，从制冷压缩机1的排气口排出……如此循环往复，就源源不断的为流体/制冷剂换热器5的流体侧提供了温度低于环境温度的冷量，完成了制冷循环。

当流体/制冷剂换热器5的流体侧为水时,在空调工况下，可以使水的温度下降至7℃左右，可以为中央空调提供冷源。

当流体/制冷剂换热器5的流体为载冷剂时，在制冷工况下，可以使制冷剂的温度降至0℃以下，成为制冷工艺的冷源。

当流体/制冷剂换热器5的流体为空气时，降温后的冷空气，可直接吹入制冷房间，用于降温、除湿、空气调节，也可以用于冷冻目的。

总之，制冷通道循环的工作，为流体/制冷剂换热器5的流体侧提供了源源不断的冷量。

2制热通道循环工作原理。

当四通换向阀3处于第二导通状态时，H管与C管相通，L管与W管相通，从制冷压缩机1排气管排出的高温高压制冷剂过热蒸汽从H管通过四通换向阀3，从C管流出进入到流体/制冷剂换热器5的制冷剂流道，在此流道中被流体/制冷剂换热器5中的流体冷却，定压下放出凝结潜热和降温显热成为高压的、温度接近于流体温度的液体，另一侧的流体获得了热量，温度上升；温度为冷凝温度，压力为冷凝压力的制冷剂液体，从流体/制冷剂换热器5的制冷剂通道流出，进入节流装置6，等焓节流，压力、温度都降低后的低压液体进入空气/制冷剂换热器中，由于制冷剂的温度低于环境温度，吸收由另一侧的环境空气传递来的热量后定压下沸腾蒸发，成低温低压的气体，回到四通换向阀3的W管口，又从四通换向阀3的L管口流回到制冷压缩机1的吸气口，进压缩机1后又被压缩成高温高压的过热制冷剂蒸汽……如此循环往复，实现了为流体/制冷剂换热器的流体源源不断的提供温度高于环境温度的热量，完成了制热循环。

当流体/制冷剂换热器5的流体为水时，就得到了高于环境温度的热水，本实施例的空气源热泵就成了热水器的主机；若将高温的热水，用循环泵驱动，使其通过水供暖管网换热器，本发明就可实现为建筑供暖，和提供工艺用热量，这是本发明应用最广的领域。

当流体/制冷剂换热器5的流体为空气时，就直接获得了高温的热空气，将此热空气直接吹入房间，就可为房间供暖，直接吹入物料干燥室，就可为干燥工艺提供热风；本发明成为热风空调机，热风干燥机。

本发明的实施例可以提供低温冷水，温度低于0℃的载冷剂，还可以提供温度高于环境温度的热水，为房间供暖，为工艺提供冷热量，供冷风，供热风和对空气进行空调处理。

实施例1：

本实施例的空气源热泵安装在室外非封闭的环境中，包括被封闭在隔热发泡材料内的制冷压缩机1、被封闭在隔热发泡材料内的四通换向阀3和被封闭在隔热发泡材料内的流体/制冷剂换热器5、被封闭在隔热发泡材料内的节流装置6以及变形温控热管排热组件8的吸热蒸发段导热管，同时还在与上述单体连接的连接管路7外包裹由绝发泡材料形成的绝热维护结构，如图1所示。本实施例中的空气/制冷剂换热器4和变形温控热管排热组件8的放热冷凝段导热管均位于非封闭环境空气中。该结构在制冷循环时，阻挡了外界环境空气传递给热泵系统各部件及连接管路的有害热量，提高了系统的制冷效果和制冷能力，减少了电能的输入；在制热循环时，阻挡了制热循环中的热工质和各发热传热零部件及管路将热量传递给外界环境空气，提高了系统制热效果和制热能力，减少了电能的输入。该结构可有效的节约能源。

实施例2：

本实施例与实施例1的主要区别在于：包括由真空绝热板构成的整体绝热维护结构。本实施例在制冷压缩机1单体外还单独设置绝热发泡材料。然后将上述单体连同四通换向阀3、流体/制冷剂换热器5、节流装置6、变形温控热管排热组件8的吸热蒸发段导热管以及连接管路7共同封闭在真空绝热板内。如图2所示。除上述外，其工作原理与实施例1完全相同，在此不再赘述。

实施例3:

本实施例与实施例2的主要区别在于: 在制冷压缩机1和流体/制冷剂换热器5单体外设置绝热维护结构，同时将上述设置了绝热维护结构的单体连同四通换向阀3、节流装置6及连通管道作为整体，在该整体外设置另一层绝热维护结构。

实施例4:

本实施例与实施例2的主要区别在于:在制冷压缩机1、四通换向阀3、流体/制冷剂换热器5单体外设置绝热维护结构，同时将上述设置了绝热维护结构的单体连同节流装置6及连通管道作为整体在该整体外设置另一层绝热维护结构。

实施例5:

本实施例与实施例2的主要区别在于:在制冷压缩机1、四通换向阀3、流体/制冷剂换热器5和节流装置6单体外分别设置绝热维护结构，同时将上述设置了绝热维护结构的单体作为整体，在该整体外设置另一层绝热维护结构。

实施例6：

本实施例与实施例1的主要区别在于:把流体/制冷剂换热器5移到了有绝热维护结构的房间内，流体/制冷剂换热器5成为室内机，室外的热泵主机成为室外机，如图3所示。安装时，流体/制冷剂换热器5通过制冷剂蒸汽管路连接阀11及连接管路与四通换向阀3的第三接口C连接，流体/制冷剂换热器5通过制冷剂液体管路连接阀12及连接管路与节流装置6的一端连接，节流装置6的另一端连接空气/制冷剂换热器4，将流体/制冷剂换热器5与室外的热泵主机进行连接的结构，也叫分体式热泵。室外的热泵主机，包括制冷压缩机1、四通换向阀3、节流装置6、变形温控热管排热组件8的吸热蒸发段导热管以及连接管路7整体被封闭在由发泡材料发泡形成的绝热绝热维护结构内。

除上述外，其工作原理与实施例1完全相同，在此不再赘述。

室内机若为空气/制冷剂换热器则成为分体式冷/热风空调机，或工艺用的冷热风机；

室内机的流体/制冷剂换热器的流体若使用热水时，则成为分体式冷热水机；或分体式供冷暖系统。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种空气源热泵，包括：

制冷压缩机（1）；

四通换向阀（3），所述四通换向阀（3）的第一接口（H）连接所述制冷压缩机（1）的排气口；所述四通换向阀（3）的第四接口（L）连接所述制冷压缩机（1）的吸气口；

空气/制冷剂换热器（4），一端口连通所述四通换向阀（3）的第二接口（W），另一端口连通节流装置（6）第一端口；

流体/制冷剂换热器（5），一端口连通所述四通换向阀（3）的第三接口（C），另一端口连通节流装置（6）第二端口；

封闭在空气源热泵连接管路内的制冷工质；

其特征在于，

还包括绝热维护结构，绝热维护结构的设置方式包括:

绝热维护结构设置在制冷压缩机（1）、四通换向阀（3）、流体/制冷剂换热器（5）和节流装置（6）及连接管路整体外；或

在制冷压缩机（1）、四通换向阀（3）、流体/制冷剂换热器（5）和节流装置（6）中任选至少一个单体并在被选择的单体外设置绝热维护结构，同时将上述设置了绝热维护结构的单体、未设置绝热维护结构的单体及连通管道作为整体，在该整体外设置另一层绝热维护结构；或

将制冷压缩机（1）、四通换向阀（3）、节流装置（6）以及连接管路（7）整体放在室外并整体设置绝热维护结构，将流体/制冷剂换热器（5）作为室内机设置在室内。

2.如权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述的绝热维护结构由绝热发泡材料构成。

3.如权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述的绝热维护结构由真空绝热板构成。

4.如权利要求2或3所述的空气源热泵，其特征在于，在所述的制冷压缩机（1）外壳表面还缠绕有变形温控热管排热组件（8），所述变形温控热管排热组件（8）由吸热蒸发段导热管、放热冷凝段导热管、温控截止阀（81）依次串联构成变形的温控传热热管，所述的吸热蒸发段导热管缠绕在制冷压缩机（1）外壳上并与制冷压缩机（1）外壳紧密接触；所述的放热冷凝段导热管设置在绝热维护结构外部环境中；在放热冷凝段导热管的液体存留段与吸热蒸发段导热管底部之间设有控制液体是否流出的温控截止阀（81）；在上述变形的温控传热热管内充注有热管工质。

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