CN201331214Y - 热泵型空调系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种热泵型空调系统，其包括：压缩机、第一四通换向阀、室外换热器、节流装置以及室内换热器，其中，该空调系统还包括设置在室外换热器与室内换热器之间的第二四通换向阀和气液分离器。本实用新型的热泵型空调系统可以降低室内换热器侧的压降，使得分路数减少，制冷剂流速增加，从而整个系统的传热系数得以提高。

Description

热泵型空调系统

技术领域

本实用新型涉及一种空调系统，且尤其涉及一种热泵型空调系统。

背景技术

一般地，在空调系统中，换热管内流动沸腾传热系数随管内质量流速升高而升高，但压降也迅速升高，从而导致制冷剂与空气侧传热温差下降(当蒸发器出口压力一定时)。若质量流速过高，压降增加导致换热量下降的因素占主导作用，则整机制冷量和能效比将下降。为此，蒸发器常常采用“少进多出”的多流路设计方式以平衡传热系数与压降二者之间的关系从而使蒸发器在整机中发挥出最佳的能力和能效。

对于热泵型家用空调器，室内换热器和室外换热器在制冷模式时分别为蒸发器和冷凝器，但在制热模式时则切换为冷凝器和蒸发器，从而导致制冷模式下作为蒸发器的室内换热器的最佳流路设计(分路数较多)在制热模式下作为冷凝器使用时得不到充分发挥，而制冷模式下作为冷凝器的室外换热器的最佳流路设计在制热模式下作为蒸发器使用时也得不到充分发挥且高温制热工况下甚至可能出现结霜。上述矛盾导致热泵型家用空调器的蒸发器或冷凝器只能采用较为折衷的流路设计，但当追求制冷能效比时出现热冷比下降，难以达到GB7725-2004《房间空气调节器》限定值(额定制热量不低于制冷量的1.1倍)；并且，当采用小管径追求低材耗时，作为蒸发器使用的小管径换热器使得前述的技术矛盾更加突出。此外，对于分体式空调器，尤其是多联式空调器，室内换热器出口至压缩机吸气口的管路较长，管路阻力损失导致系统能力和能效随管径的减小和管路的加长而下降明显，使用较粗的管路虽然能缓解性能下降幅度但成本上升。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术中的上述问题，且因此，本实用新型提出一种新型的热泵型空调系统。

根据本实用新型的热泵型空调系统包括：压缩机、第一四通换向阀、室外换热器、节流装置以及室内换热器，其中，所述空调系统还包括第二四通换向阀和气液分离器，所述第二四通换向阀的第一端口连接至所述室外换热器的未连接第一四通换向阀的一端，所述第二四通换向阀的第二端口连接至所述节流装置的一端，所述第二四通换向阀的第三端口连接至所述室内换热器的未连接第一四通换向阀的一端，所述第二四通换向阀第四端口连接至所述气液分离器的液相出口，所述节流装置的另一端连接至所述气液分离器的入口，并且所述气液分离器的气相出口连接至所述压缩机的吸气口，其中，所述第一端口选择性地与所述第二端口和所述第四端口中的一个连通，所述第三端口选择性地与所述第二端口和所述第四端口中的另一个连通。

优选地，在所述气液分离器的气相出口与所述压缩机的吸气口之间连接有压力平衡装置。

优选地，所述节流装置为电子膨胀阀。

优选地，所述节流装置为毛细管，且此处，更优选地，所述空调系统还包括并联在所述第三端口与所述室内换热器之间的辅助毛细管和单向阀。

优选地，所述压缩机为并联设置的多台压缩机，所述室内换热器为并联设置的多台室内换热器，并且在所述第三端口与每台室内换热器之间均连接有节流元件。

优选地，所述压力平衡装置为毛细管。

优选地，所述压力平衡装置为节流阀，且更优选地为热力膨胀阀、电子膨胀阀等流通面积可控的阀门元件。

优选地，所述第二四通换向阀为液相四通换向阀。

优选地，所述室内换热器和所述室外换热器为翅片管换热器、微通道平行流换热器等具有分路设计特征的换热器。

根据本实用新型的热泵型空调系统，通过设置第二四通换向阀和气液分离器，使得可以将从节流装置出来的气液两相混合物分离成气相和液相，并将气相直接旁通至压缩机吸气口，将液相输送至室内换热器，从而降低了室内换热器侧的压降，减少了分路个数，提高了各分路中制冷剂的流速，从而提高了系统的传热系数。

附图说明

附图组成本说明书的一部分，用来帮助进一步理解本实用新型。这些附图图解了本实用新型的一些实施例，并可与说明书一起用来说明本实用新型的原理。附图中：

图1a示意性地示出了根据本实用新型第一实施例的热泵型空调系统的制冷循环模式；

图1b示意性地示出了根据本实用新型第一实施例的热泵型空调系统的制热循环模式；

图2a示意性地示出了根据本实用新型实施例中用到的第二四通换向阀在制冷循环模式下的工作状态；

图2b示意性地示出了根据本实用新型实施例中用到的第二四通换向阀在制热循环模式下的工作状态；

图3示意性地示出了根据本实用新型第二实施例的热泵型空调系统的连接线路图；以及

图4示意性地示出了根据本实用新型第四实施例的热泵型空调系统的连接线路图。

具体实施方式

下面将参照附图及具体实施例对根据实用新型的热泵型空调系统进行详细描述。

图1a和图1b分别示意性地示出了根据本实用新型第一实施例的热泵型空调系统的制冷循环模式和制热循环模式。如图1a和图1b所示，根据该实施例的热泵型空调系统包括压缩机1、第一(气相)四通换向阀2、室外换热器3、电子膨胀阀6和室内换热器5，这些元件与现有技术中已知元件相同，在此不再赘述。特别地，在该实施例中，该热泵型空调系统还包括设置在室外换热器3与压缩机1之间的第二四通换向阀4和气液分离器7。具体地，该第二四通换向阀4一侧的第一端口41连接至室外换热器3，该第二四通换向阀4另一侧具有三个端口，其中，第二端口42连接至电子膨胀阀6的一端并且该电子膨胀阀6的另一端连接至气液分离器7的入口端，第三端口43连接至室内换热器5，第四端口44连接至气液分离器7的液相出口端，而气液分离器7的气相出口端则通过旁通管路11连接至压缩机1的吸气口。此外，在气液分离器7与压缩机1的吸气口之间的旁通管路11上安装有压力平衡装置8，其具体作用将在下面进行描述。优选地，在该实施例中，第二四通换向阀4为液相四通换向阀。

通过设置该第二四通换向阀4和气液分离器7，经电子膨胀阀6节流降压后的制冷剂气液两相混合物中的液态制冷剂经由主流路12进入室内换热器进行换热，而气态制冷剂(质量比重约为20％，甚至更高)直接经由旁通管路11进入压缩机1的吸气口。这样，室内换热器侧(室内换热器入口至压缩机吸气口)的压力损失降低，室内换热器中的制冷剂分路数可以减少，从而制冷剂流路中的质量流速增大，传热系数由此得以提高。

具体地，参照图1a，其示出了该实施例的热泵型空调系统的制冷循环模式。从压缩机1的排气口排出的高温高压气态制冷剂经气相四通换向阀2进入室外换热器(作为冷凝器)3完全冷凝后顺序通过液相四通换向阀4的第一端口41和第二端口42以及电子膨胀阀6进入气液分离器7，节流产生的制冷剂气液两相混合物在气液分离器7中有效分离，分离出来的气态制冷剂从上部气相出口流出并经压力平衡装置8降压后旁通至压缩机1的吸气口，分离出来的液态制冷剂从气液分离器7的下部液相出口流出并顺序通过液相四通换向阀4的第四端口44和第三端口43以及主流路12进入室内换热器(蒸发器)5，最终完全蒸发后经气相四通换向阀2进入压缩机1的吸气口并与旁通流路11中的气态制冷剂汇合后一起进入压缩机，且在被压缩升压后作为高温高压气体从压缩机1的排气口排出，从而完成一个制冷模式循环。制冷模式下液相四通换向阀的工作状态如图2a所示。

如图1b所示，当气相四通换向阀2通电换向后即进入制热循环模式。此时，液相四通换向阀4根据制冷剂流向变化引起的高低压力差而自行换向，其工作状态转换为图2b所示的状态。制热模式下，从压缩机1的排气口排出的气态制冷剂经气相四通换向阀2进入室内换热器(作为冷凝器)5完全冷凝后经主流路12顺序通过液相四通换向阀4的第三端口43和第二端口42以及电子膨胀阀6进入气液分离器7。节流产生的制冷剂气液两相混合物在气液分离器7中有效分离，分离出来的气态制冷剂气体从上部气相出口流出并经压力平衡装置8旁通至压缩机1的吸气口，分离出来的液态制冷剂从气液分离器7的下部液相出口流出并顺序通过液相四通换向阀4的第四端口44和第一端口41进入室外换热器(作为蒸发器)3，在完全蒸发后经气相四通换向阀2进入压缩机1的吸气口并与旁通流路11中的气态制冷剂一起进入压缩机1，且在被压缩升压后从压缩机1的排气口排出，从而完成一个制热循环。

在根据本实用新型的实施例中，第二四通换向阀4采用液相四通换向阀，在换向时无需电控信号，可根据制冷剂流向变化引起的高低压力变化而自动换向。在液相四通换向阀中无需设计电磁线圈和前导阀，因而在结构上比气相四通换向阀更简单且体积更小。

在该实施例中，压力平衡装置8可以是诸如毛细管的内径较小的管路，也可以是流通截面积可控的阀门元件。压力平衡装置的作用是对经由气液分离器分离出的气态制冷剂降压，以防止液态制冷剂进入，并平衡旁通流路中气态制冷剂与主流路中液态制冷剂的压降，使系统运行稳定。

当压力平衡装置采用诸如毛细管的小内径管路时，其内径和长度设计满足如下条件：系统在设计工况下运行的情况下，气液两相混合制冷剂在完全分离后，旁通流路(从气液分离器经旁通流路至压缩机吸气口)的总压降与主流路(气液分离器内部经室内换热器至压缩机吸气口)总压降相等。由于气态制冷剂的动力粘度远小于液态制冷剂的动力粘度，因此，当在非设计工况下运行时，若旁通流路中进入部分液态制冷剂，则旁通流路阻力将显著增大，从而导致主流路液体流通量增加；反之，若主流路进入部分气态制冷剂，则主流路阻力也将增大，从而导致旁通流路气体流通量增加。即，压力平衡装置采用小内径管路时具有一定的自调节功能。

采用小内径管路作为压力平衡装置虽然具有一定的自调节功能，但调节范围不够宽广。对于调节范围较大的场合，可以采用流通截面积可控的阀门元件作为压力平衡装置，该阀门元件的控制方法很简单：取旁通流路上的分别位于压力平衡装置上下游的两点温度之差作为控制输入参数，当旁通流路正常工作时，温差为零或为负值(即，上游温度低于下游温度)，此时无需调节；当旁通流路进入部分液态制冷剂时，温差为正值(即，上游温度高于下游温度)，此时需要将阀门的流通截面积调小；当主流路进入部分气态制冷剂时，主流路阻力增大导致旁通流路气体流通量自动增加，因而无需调节。当然，也可以采用热力膨胀阀的原理进行自动控制，当旁通流路的下游温度下降时，自动调小阀的开度。

气液分离器7既需要将节流后的制冷剂两相混合物中的气态制冷剂有效分离又需要有尽可能小的内容积以降低制冷剂充注量和系统不稳定性。气液分离器7的内部截面积设计要满足分离后的气体流速低于1m/s，以达到有效分离的效果，其柱形内部的内部高度与内径之比在3～5之间。制冷剂两相流混合物沿水平切向引入到气液分离器的内壁，靠壁面摩擦力快速消耗入流流体的部分动量，并靠表面张力作用使得部分液体附着在内壁面上而分离，其余液体靠重力作用自动分离。

采用本技术实用新型方案时，室内换热器流路可以更接近单独用于冷凝器的最优流路从而使得室内换热器作为冷凝器使用时具有相对更高的换热性能。另外，由于室内换热器入口处的制冷剂干度极低(理想情况下仅为气液分离器沿主流路至蒸发器入口的压降造成的少量闪蒸气体和因沿程吸热而蒸发的少量气体之和)，分流路数减少，因而室内散热器入口的分流器设计更加简单，分流效果也可得到显著改善。

图3示出了根据本实用新型第二实施例的热泵型空调系统的连接线路。在该实施例中，节流装置不是采用电子膨胀阀而是采用毛细管(可以节省成本)。具体地，主毛细管6’连接在液相四通换向阀4的第二端口42与气液分离器7的入口之间，辅助毛细管9连接在液相四通换向阀4的第三端口43与室内换热器5之间，并且单向阀10与辅助毛细管9并联，从而实现制冷循环模式与制热循环模式的顺利转换。

该第二实施例的热泵型空调系统的运行方式与第一实施例的基本相同，主要区别在于：在制冷模式下，经气液分离器7分离出来的液态制冷剂从气液分离器7的下部液相出口顺序经过液相四通换向阀4的第四端口43和第三端口43以及单向阀10，并经主流路12进入室内换热器(作为蒸发器)5；在制热模式下，从压缩机1出口排出的气态制冷剂在进入室内换热器(作为冷凝器)5完全冷凝后经主流路12、辅助毛细管9，顺序通过液相四通换向阀4的第三端口43和第二端口42进入气液分离器7。

图4示出了根据本实用新型第三实施例的热泵型空调系统的连接线路。该实施例的热泵型空调系统为多联系统，其中包括有多台并联连接的压缩机1(图中示出两台)以及多台并联连接的室内换热器5(图中示出三台)，并且在每台室内换热器5的主流路12上(即，在第三端口43与室内换热器5之间)均连接有诸如电子膨胀阀或毛细管的节流元件13。多联系统的制冷和制热循环与单个系统类似，在此不再赘述。

根据本实用新型的热泵型空调系统可以同时提高制冷和制热能力和能效比，也可以提高高能效机型的热冷比，且室内换热器入口制冷剂的分流效果也得到显著改善。

在根据本实用新型的热泵型空调系统中，室外换热器和室内换热器可以是翅片管换热器，也可以是微通道平行流换热器或其他形式的换热器，这些换热器在流路上具有流路数较少或流程较长的特点。

尽管参照附图描述了本实用新型的实施例，但应该理解，在不脱离本实用新型范围和精神的情况下，相关领域的技术人员可作各种变化和修改，所有变化和修改均旨在被所附权利要求所包含。

Claims (10)

1.一种热泵型空调系统，其特征在于，包括：压缩机(1)、第一四通换向阀(2)、室外换热器(3)、节流装置以及室内换热器(5)，其特征在于，所述空调系统还包括第二四通换向阀(4)和气液分离器(7)，所述第二四通换向阀(4)的第一端口(41)连接至所述室外换热器(3)的未连接所述第一四通换向阀(2)的一端，所述第二四通换向阀(4)的第二端口(42)连接至所述节流装置的一端，所述第二四通换向阀(4)的第三端口(43)连接至所述室内换热器(5)的未连接所述第一四通换向阀(2)的一端，所述第二四通换向阀(4)第四端口(44)连接至所述气液分离器(7)的液相出口，所述节流装置的另一端连接至所述气液分离器(7)的入口，并且所述气液分离器(7)的气相出口连接至所述压缩机(1)的吸气口，其中，所述第一端口(41)选择性地与所述第二端口(42)和所述第四端口(44)中的一个连通，所述第三端口(43)选择性地与所述第二端口(42)和所述第四端口(44)中的另一个连通。

2.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述第二四通换向阀(4)为液相四通换向阀。

3.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，在所述气液分离器(7)的气相出口与所述压缩机(1)的吸气口之间连接有压力平衡装置(8)。

4.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述节流装置为电子膨胀阀。

5.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述节流装置为毛细管。

6.根据权利要求5所述的空调系统，其特征在于，所述空调系统还包括并联在所述第三端口(43)与所述室内换热器(5)之间的辅助毛细管(9)和单向阀(10)。

7.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，其特征在于，所述压缩机为并联设置的多台压缩机，所述室内换热器(5)为并联设置的多台室内换热器，并且在所述第三端口(43)与每台室内换热器之间均连接有节流元件(13)。

8.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述压力平衡装置(8)为毛细管。

9.根据权利要求3所述的空调系统，其特征在于，所述压力平衡装置(8)为流通面积可控的阀门元件，所述可控的阀门元件包括热力膨胀阀、电子膨胀阀。

10.根据权利要求1所述的空调系统，其特征在于，所述室内换热器(5)和所述室外换热器(3)为具有分路设计特征的换热器，该具有分路设计特征的换热器包括翅片管换热器、微通道平行流换热器。

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