CN201159556Y - 低温热泵空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低温热泵空调系统，以使热泵空调在低温工况下仍有较高的制热量，该系统包括压缩机(1)、节流部件(7)、室内换热器(3)、室外换热器(5)、气液分离器(6)和四通换向阀(2)等，各个零部件之间通过管线连接形成主回路，还包括含有过冷蒸发器组件(9)和控制阀的辅助回路(30)，辅助回路(30)串接在室内换热器(3)和节流部件(7)之间；制热时，制冷剂一部分经过辅助回路(30)中的过冷蒸发器组件(9)流回压缩机(1)的吸气口。该系统在低温工况制热运行时利用过冷蒸发器(4)蒸发部分低温低压制冷剂气体，冷却主回路中从冷凝器出来的制冷剂，提高制热量和能效比，主要用于寒冷地区室内供热空调。

Description

低温热泵空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种低温热泵空调系统，尤其是一种带过冷蒸发器的低温热泵空调系统。

背景技术

在我国北方及部分寒冷地区，传统的集中供暖方式以燃煤、燃气为主，这种供暖方式无论在节能、环保还是安全方面都比不上空气源热泵空调。参照图1，现有的低温热泵空调系统，包括压缩机，压缩机的出气口与四通换向阀连接，压缩机的吸气口与气液分离器连接，气液分离器的另一端与四通换向阀连接，四通换向阀还分别与室内换热器和室外换热器连接，室内换热器的另一端通过节流部件与室外换热器连接形成闭合回路，所述节流部件由节流装置与并接的电磁阀和另一节流装置串接而成。采用上述回路的普通空气源热泵空调，在室外低温工况下，制热量衰减十分严重，有的甚至无法正常启动运行；因此在我国北方寒冷地区，普通空气源热泵空调几乎无法满足严冬季节基本的供热需求。

实用新型内容

为了克服现有热泵空调系统在低温环境下制热量衰减严重的不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在低温环境下仍有较高制热量的低温热泵空调系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：低温热泵空调系统，包括压缩机、节流部件、室内换热器、室外换热器、气液分离器和四通换向阀等，各个零部件之间通过管线连接形成主回路，还包括含有过冷蒸发器组件和控制阀的辅助回路，所述过冷蒸发器组件包括至少一个过冷蒸发器单元，辅助回路串接在室内换热器和节流部件之间；制热时，制冷剂一部分经过辅助回路中的过冷蒸发器组件流回压缩机的吸气口。

本实用新型的有益效果是：在制热工况运行时，从室内换热器出来的制冷剂分成两部分，一部分制冷剂被辅助回路中的过冷蒸发器组件蒸发气化从而使另一部分制冷剂过冷度增加，改善整个循环制冷剂的过冷度，同时增加压缩机的吸气量，提高整个系统的制热量和能效比。通过辅助回路节流后的制冷剂，经过冷蒸发器组件蒸发后从压缩机吸气口进入压缩机，使压缩机能吸入更多制冷剂，实现准双级压缩；同时冷却主回路中从冷凝器出来的制冷剂液体，使其过冷，提高制热量和能效比，同时又保持较低的压缩比和排气温度，空调运行可靠稳定，克服了现有热泵空调系统在室外低温工况下制热量衰减严重的问题，可用来取代我国北方传统的集中供暖方式。

附图说明

图1是现有热泵空调系统的原理示意图；

图2是本实用新型的低温热泵空调系统的原理示意图；

图3是本实用新型的低温热泵空调系统制热运行压焓图；

图4是本实用新型的低温热泵空调系统实施例二的原理示意图；

图5是本实用新型的低温热泵空调系统实施例三的原理示意图；

图6是本实用新型的低温热泵空调系统实施例四的原理示意图；

图7是本实用新型的低温热泵空调系统实施例五的原理示意图。

图中标记为：1-压缩机，2-四通换向阀，3-室内换热器，4-过冷蒸发器，5-室外换热器，6-气液分离器，7-节流部件，8-电磁阀，9-过冷蒸发器组件，11-第一吸气口，12-第二吸气口，13-出气口，30-辅助回路，41-主进液口，42-主出液口，43-辅进液口，44-辅出气口，71-单向阀，72-单向阀，8b-电磁阀，8c-电磁阀，9a-过冷蒸发器单元，9b-过冷蒸发器单元，9c过冷蒸发器单元，91-节流装置，92-节流装置，93-节流装置；a-第一节点、b第二节点；A、B、C、D、E、F、G、I、J-状态点，纵座标LgP-压力的对数值，横座标H-焓值。

图中实心箭头表示热泵系统制热时制冷剂的流向，虚心箭头表示热泵系统制冷时制冷剂的流向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图2、图3、图4所示，本实用新型的低温热泵空调系统，包括压缩机1、节流部件7、室内换热器3、室外换热器5、气液分离器6和四通换向阀2等，各个零部件之间通过管线连接形成主回路，还包括含有过冷蒸发器组件9和控制阀的辅助回路30，所述过冷蒸发器组件9包括至少一个过冷蒸发器单元9a，辅助回路30串接在室内换热器3和节流部件7之间；制热时，制冷剂一部分经过辅助回路30中的过冷蒸发器组件9流回压缩机1的吸气口。

含有过冷蒸发器组件9的辅助回路30，连接在室内换热器3和节流部件7之间，制热时，制冷剂一部分经过辅助回路30中的过冷蒸发器组件9流回压缩机1的吸气口，从而在制热过程中压缩机1可以吸入更多的制冷剂，实现准双级压缩；同时过冷蒸发器组件9可冷却主回路中从冷凝器出来的制冷剂液体，使其过冷，提高制热量和能效比，同时又保持较低的压缩比和排气温度，克服了现有热泵空调系统在室外低温工况下制热量衰减严重的问题。

如图2、图4和图5所示，所述过冷蒸发器单元9a由过冷蒸发器4和节流装置91组成，过冷蒸发器4设置有主进液口41、主出液口42、辅进液口43和辅出气口44，辅出气口44与压缩机1的吸气口连通，主进液口41与主出液口42通过内部管路连通，主进液口41与室内换热器3连接，主出液口42与节流部件7连接，节流装置91的两端分别与主出液口42和辅进液口43连通。

主进液口41与主出液口42通过内部管路连通，作为主回路中制冷剂液体的通路；辅进液口43和辅出气口44之间形成辅助回路中制冷剂液体通路。辅助回路中节流降压后的制冷剂液体在过冷蒸发器4中蒸发，同时使过冷蒸发器4中主回路通路中的制冷剂液体过冷，也即主回路中从主出液口42流出的制冷剂液体，经过节流装置91节流后，经过所述辅进液口43进入过冷蒸发器4蒸发，同时冷却主回路中从主进液口41流入的制冷剂液体，制冷剂气体通过辅出气口44进入压缩机1的吸气口，节流装置91使主出液口42流出的制冷剂液体节流降压，同时调节辅助回路30中制冷剂流量。

所述过冷蒸发器组件9，也可包括至少两个相互并联或串联的过冷蒸发器单元。如图4所示，过冷蒸发器组件9包括三个相互并联的过冷蒸发器单元9a、9b、9c，它们是这样并联的，依次并联的每个过冷蒸发器单元的过冷蒸发器4的主进液口41连通并与室内换热器3连通；依次并联的每个过冷蒸发器单元的过冷蒸发器4的辅出气口44连通并与压缩机1的吸气口连通；依次并联的每个过冷蒸发器单元的过冷蒸发器4的节流装置91连通并与节流部件7连通。如图5所示，过冷蒸发器组件9包括三个相互串联的过冷蒸发器单元9a、9b、9c，它们是这样串联的，一个过冷蒸发器单元9a的过冷蒸发器4的主进液口41连通与室内换热器3连通，该单元的节流装置91与相邻的过冷蒸发器单元9b的过冷蒸发器4的主进液口41连通，过冷蒸发器单元9b的过冷蒸发器4的节流装置91与相邻的过冷蒸发器单元9c的主进液口41连通；依次串联的每个过冷蒸发器单元的过冷蒸发器4的辅出气口44连通并与压缩机1的吸气口连通；最尾的过冷蒸发器单元9c的过冷蒸发器4的节流装置91与节流部件7连通。

过冷蒸发器组件9中包括多个相互并联或串联的过冷蒸发器单元时，在过冷蒸发器组件9的内部管路中可设置电磁阀，用于控制让一个或多个过冷蒸发器单元发挥过冷作用，可更精确地调节蒸发制冷剂的量，更精确地控制整个循环制冷剂的过冷度，同时增加压缩比和吸气量，提高了整个系统的制热量和能效比。如图4所示，多个过冷蒸发器单元并联时，电磁阀8b、8c分别设置在过冷蒸发器单元9b、9c的主进液口41和室内换热器3之间，电磁阀8b、8c还可以设置在过冷蒸发器单元9b、9c的辅出气口44和压缩机1的吸气口之间。如图5所示，多个过冷蒸发器单元串联时，电磁阀8b、8c设置在过冷蒸发器单元9b、9c的辅出气口44和压缩机1的吸气口之间。

如图2及图4～图7所示，所述控制阀包括制热控制阀和制冷控制阀，制热控制阀的一端与主出液口42连接而另一端与节流部件7串接，制冷控制阀并联在第一节点a和第二节点b之间，第一节点a位于室内换热器3和主进液口41之间，第二节点b位于制热控制阀和节流部件7之间。

如图7所示，前述制热控制阀可采用单向阀71，所述节流部件7采用节流装置92与并联的电磁阀8和节流装置93串接。制热时，单向阀71自动打开，制冷时，单向阀71自动关闭。

如图2、图4、图5和图6前述制热控制阀也可采用并联的电磁阀8和节流装置93，此时所述节流部件7采用节流装置92。此种方式下可节省一个单向阀71，能够简化线路节省成本。制热时，电磁阀8常开或常闭，制冷时，电磁阀8常闭。

所述制冷控制阀采用单向阀72。制热时，单向阀72自动关闭，制冷时，单向阀72自动打开。系统制冷运行时，制冷剂通过制冷控制阀72；系统制热运行时，制冷剂通过制热控制阀71。

其中，节流装置91、92、93可采用膨胀阀或毛细管等节流元件。

如图2或图4所示，压缩机1设置有两个吸气口，即第一吸气口11和第二吸气口12，过冷蒸发器4的辅出气口44连接到第二吸气口12，第一吸气口11与气液分离器6连接。压缩机1设置两个吸气口可以使压缩机在低温工况运行时，吸入更多的制冷剂，提高压缩机的运行效率，实现准双级压缩，提高制热量和能效比。

以下通过五个实施例在制热模式下的运行对本实用新型进一步说明。

实施例一

如图2所示，一种带过冷蒸发器的超低温热泵空调系统，，包括压缩机1、节流部件7、室内换热器3、室外换热器5、气液分离器6和四通换向阀2等，各个零部件之间通过管线连接形成主回路，还包括辅助回路30，辅助回路30包括过冷蒸发器组件9和控制阀，辅助回路30串接在室内换热器3和节流部件7之间；压缩机1采用喷气增焓涡旋压缩机，具有第一吸气口11和第二吸气口12两个吸气口，制热时，制冷剂一部分经过辅助回路30中的过冷蒸发器组件9流回压缩机1的吸气口12，各个零部件之间通过铜管连接，组成了整套低温热泵空调系统。所述过冷蒸发器组件9采用一个过冷蒸发器单元9a，该过冷蒸发器单元9a由过冷蒸发器4和节流装置91组成，过冷蒸发器4包括主进液口41、主出液口42、辅进液口43和辅出气口44，节流装置91串接在所述过冷蒸发器4的主出液口42和辅进液口43之间，且主进液口41和主出液口42通过内部管路连通。

过冷蒸发器组件9通过过冷蒸发器4的辅出气口44利用管路与压缩机1的第二吸气口12相连，过冷蒸发器4的主进液口41接通室内换热器3。

节流部件7由节流装置92与并联后的电磁阀8和节流装置93串接而成，一端与过冷蒸发器组件9的节流装置91连接，另一端接入所述的室外换热器5的进口端。所述节流部件7还通过正向导通的制冷控制阀72接入室内换热器3的出口端。

下面通过图3介绍本实用新型的低温热泵空调系统的工作过程。

系统在室外低温工况下制热运行时，所述压缩机1把从室外换热器5蒸发出来的低温低压的制冷剂气体从状态点A压缩到中间压力的状态点B，在压缩机1的涡旋盘内与从压缩机第二吸气口12吸入的处于状态点I的中间压力的气体混合到状态点J，然后继续被压缩机1压缩为处于状态点C的高温高压的气体，高温高压制冷剂气体在室内换热器3内被冷却，冷凝为中温高压的处于状态点D的制冷剂液体，制冷剂液体经过过冷蒸发器4后被冷却为处于状态点E的过冷液体，然后一部分过冷液体进入辅助回路，被节流装置91节流为中间压力的处于状态点F的气液混合物，然后进入过冷蒸发器4蒸发为处于状态点I的制冷剂气体，再被压缩机由第二吸气口12吸入；另一部分过冷液体进入主回路，被主回路的节流部件节流到状态点G，然后进入室外机换热器蒸发到处于状态点A的低温低压制冷剂气体被压缩机第一吸气口11吸入，完成一个制热循环。其中系统在正常制热工况运行时，所述电磁阀8常开，在低温制热工况运行时，电磁阀8关闭，制冷剂通过节流装置93增加系统节流，系统在正常制冷工况运行时，电磁阀8常开或常闭。

所述空调系统采用智能化霜模式，在低温条件下，制热效果比普通热泵空调效果更好使机组化霜次数大大减少，机组运行制热效果更好，更加节能。

实施例二

如图4所示，实施例二与实施例一的区别在于，实施例二中，由三个并联的过冷蒸发器单元9a、9b、9c代替了实施例一中的一个过冷蒸发器单元9a，并且过冷蒸发器单元9b、过冷蒸发器单元9c中，过冷蒸发器4的主进液口41和室内换热器3之间串接有电磁阀8b、8c。

含有多个过冷蒸发器4的低温热泵系统工作原理：制热循环时，将从室内换热器3出来的制冷剂进行初步节流，一部分制冷剂蒸发气化从而使另一部分制冷剂过冷度增加，过冷蒸发器组件9采用多个过冷蒸发器单元时，能够更精确地调节蒸发制冷剂的量，更精确地控制整个循环制冷剂的过冷度，同时增加压缩比和吸气量，提高了整个系统的制热量和能效比。

实施例三

如图5所示，实施例三与实施例一的区别在于，实施例三中，由三个串联的过冷蒸发器单元9a、9b、9c代替实施例一中的一个过冷蒸发器单元9a，在所述过冷蒸发器9b、9c的辅出气口44和压缩机1的吸气口12之间分别设置电磁阀8b和8c。

实施例四

如图6所示，实施例四与实施例一的区别在于，实施例四中，所述压缩机1只有一个吸气口11，过冷蒸发器4的辅出气口44通过管路与压缩机1的吸气口11相连；相当于在压缩机1的吸气口将从过冷蒸发器4的辅出气口44出来的处于状态点I的中间压力的气体和从室外换热器5蒸发到状态点A的气体先混合，然后再吸入，提高了压缩机的吸气温度，改善了整个系统的制热量和能效比。

实施例五

如图7所示，实施例五与实施例一的区别在于，实施例五中，所述制热控制阀采用并联的电磁阀8和节流装置93，此时所述节流部件7采用节流装置92。制热时，电磁阀8常开或常闭，制冷时，电磁阀8常闭。

Claims (9)

1.低温热泵空调系统，包括压缩机(1)、节流部件(7)、室内换热器(3)、室外换热器(5)、气液分离器(6)和四通换向阀(2)等，各个零部件之间通过管线连接形成主回路，其特征是：还包括含有过冷蒸发器组件(9)和控制阀的辅助回路(30)，所述过冷蒸发器组件(9)包括至少一个过冷蒸发器单元(9a)，辅助回路(30)串接在室内换热器(3)和节流部件(7)之间；制热时，制冷剂一部分经过辅助回路(30)中的过冷蒸发器组件(9)流回压缩机(1)的吸气口。

2.如权利要求1所述的低温热泵空调系统，其特征是：所述过冷蒸发器单元(9a)由过冷蒸发器(4)和节流装置(91)组成，过冷蒸发器(4)设置有主进液口(41)、主出液口(42)、辅进液口(43)和辅出气口(44)，辅出气口(44)与压缩机(1)的吸气口连通，主进液口(41)与主出液口(42)通过内部管路连通，主进液口(41)与室内换热器(3)连接，主出液口(42)与节流部件(7)连接，节流部件(7)的另一端与室外换热器(5)串接，节流装置(91)的两端分别与主出液口(42)和辅进液口(43)连通。

3.如权利要求2所述的低温热泵空调系统，其特征是：所述过冷蒸发器组件(9)中包括至少两个相互并联或串联的过冷蒸发器单元(9a、9b)。

4.如权利要求2所述的低温热泵空调系统，其特征是：所述控制阀包括制热控制阀和制冷控制阀，制热控制阀的一端与主出液口(42)连接而另一端与节流部件(7)串接，制冷控制阀并联在第一节点(a)和第二节点(b)之间，第一节点(a)位于室内换热器(3)和主进液口(41)之间，第二节点(b)位于制热控制阀(71)和节流部件(7)之间。

5.如权利要求4所述的低温热泵空调系统，其特征是：所述制热控制阀采用单向阀(71)，所述节流部件(7)采用节流装置(92)与并联的电磁阀(8)和节流装置(93)串接。

6.如权利要求4所述的低温热泵空调系统，其特征是：所述制热控制阀采用并联的电磁阀(8)和节流装置(93)，所述节流部件(7)采用节流装置(92)。

7.如权利要求4所述的低温热泵空调系统，其特征是：所述制冷控制阀采用单向阀(72)。

8.如权利要求1～7中任意一项权利要求所述的低温热泵空调系统，其特征是：节流装置(91、92、93)采用膨胀阀或毛细管。

9.如权利要求1～7中任意一项权利要求所述的低温热泵空调系统，其特征是：压缩机(1)设置有两个吸气口，即第一吸气口(11)和第二吸气口(12)，过冷蒸发器(4)的辅出气口(44)连接到第二吸气口(12)，第一吸气口(11)与气液分离器(6)连接。

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