CN202675719U - 风冷热泵空调 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风冷热泵空调，包括：压缩机，室外盘管，使用侧热交换器，主液体管路和过冷装置，所述过冷装置包括过冷盘管、经济器和带过冷功能的气液分离器中的两个或三个，而且这些过冷装置被设置在主液体管路上，在主液体管路中循环的液态制冷剂能够通过过冷装置实现多次过冷。本实用新型有效地提升了风冷热泵空调制冷/制热循环的性能，使风冷热泵空调在低温环境下运行更加稳定、可靠和节能。

Description

风冷热泵空调

技术领域

本实用新型涉及空调领域，更具体而言，涉及一种风冷热泵空调，该空调尤其在室外超低温工况下具有良好的制热效果。

背景技术

目前，在我国北方寒冷地区，传统的集中采暖方式以燃煤为主，这种供暖方式无论在节能、环保还是安全方面都比不上风冷热泵空调（又称空气源热泵空调）。利用风冷热泵空调进行供暖的优点在于，只从空气中取热，没有煤烟排放，不污染环境。集中使用的风冷热泵空调以整体式风冷热泵空调机组为主，其在夏季为用户末端提供空调冷冻水，在冬季为用户末端提供采暖热水。但是，普通的风冷热泵空调机组的运行环境的温度范围一般在-7℃~43℃之间，在气候寒冷的北方地区，现有的风冷热泵空调机组的制热功能基本上只能在过渡季节使用，一旦进入寒冷的严冬季节，其几乎无法满足基本的供热需求，甚至空调机组无法正常启动运行。现有的风冷热泵空调机组的主要问题是，在室外低温的工况下，制热量衰减十分严重，室外盘管凝霜和底部冰冻现象严重，而且，频繁化霜会造成热损失和压缩机带液，压缩机大压比运行带来排气温度过高等问题，因此在很大程度上限制了风冷热泵空调机组在北方市场的推广和应用。

因此，有必要开发一种能够在寒冷地区的冬季可靠运行的风冷热泵空调机组，使其能够避免现有技术中存在的上述问题。

发明内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的一个或多个缺陷，提出了一种风冷热泵空调，其能够在室外低温工况下可靠运行并拥有良好的制热效果，从而可取代我国北方传统的以燃煤为主的供暖方式，以实现环境保护和节能降耗。

如这里所体现和概括描述的，为了实现这些及其它优点以及根据本实用新型的目的，提出了一种风冷热泵空调，其特征在于，所述风冷热泵空调包括：压缩机；室外盘管，所述室外盘管在所述风冷热泵空调制热运行时用作蒸发器，在所述风冷热泵空调制冷运行时用作冷凝器；使用侧热交换器，所述使用侧热交换器在所述风冷热泵空调制冷运行时用作蒸发器，在所述风冷热泵空调制热运行时用作冷凝器；主液体管路，所述主液体管路使所述压缩机、所述室外盘管和所述使用侧热交换器流体连通，液态制冷剂在所述主液体管路中循环；过冷装置，所述过冷装置包括过冷盘管、经济器和带过冷功能的气液分离器中的两个或三个，而且这些过冷装置被设置在所述主液体管路上，在所述主液体管路中循环的液态制冷剂能够通过所述过冷装置实现多次过冷，其中，所述过冷盘管位于室外，液态制冷剂在流经所述过冷盘管时与室外空气进行热交换，由此使液态制冷剂实现过冷；所述经济器包括与所述主液体管路流体连通的补气液体管路，一部分液态制冷剂流入所述补气液体管路以后变为气液两相的制冷剂，所产生的气液两相的制冷剂进而与所述主液体管路中的液态制冷剂进行热交换，由此，使所述主液体管路中的液态制冷剂实现过冷；所述气液分离器具有位于其内部的过冷热交换管，液态制冷剂在流经所述过冷热交换管时与所述气液分离器的内部空间中的气态制冷剂进行热交换，由此使液态制冷剂实现过冷。

优选地，所述过冷盘管设置于所述室外盘管的底部。

优选地，在所述经济器的补气液体管路中设有补气电磁阀、补气节流机构和经济器热交换部，所述补气电磁阀能够被打开，以便将在所述主液体管路中循环的液态制冷剂的一部分引入所述补气液体管路中，所述补气节流机构对引入的液态制冷剂进行节流而生成气液两相的制冷剂，所生成的气液两相的制冷剂进而在所述经济器热交换部中与所述主液体管路中的液态制冷剂进行热交换。

优选地，在所述压缩机上设有补气入口，所述经济器的补气液体管路中的气液两相的制冷剂经过热交换后生成气态制冷剂，所述气态制冷剂经由所述补气入口被引入所述压缩机，以增加所述压缩机的吸气量。

优选地，所述风冷热泵空调还包括喷液冷却装置，所述喷液冷却装置在所述压缩机的排气温度超过设定值时，将所述主液体管路中的一部分液态制冷剂引至所述压缩机内的电机以冷却所述电机。

优选地，所述喷液冷却装置包括温度传感器、喷液管路、喷液电磁阀和喷液节流机构，所述温度传感器感测所述压缩机的排气温度，所述喷液电磁阀在感测到的排气温度超过设定值时被打开以将所述主液体管路中的一部分液态制冷剂引入所述喷液管路，所述喷液节流机构对引入所述喷液管路的液态制冷剂进行节流而生成气液两相的制冷剂。

优选地，所述过冷盘管和所述室外盘管的外翅片设置为一个整体，而且共用一个风机。

优选地，在所述主液体管路上设有主节流机构，所述节流机构对经过多次过冷的液态制冷剂进行节流而生成气液两相的制冷剂。

优选地，所述主节流机构是一个电子膨胀阀，所述一个电子膨胀阀借助于与所述一个电子膨胀阀流体连通的单向阀组件能够在制冷工况或制热工况下工作。

优选地，所述单向阀组件由四个单向阀和四个三通管件焊接组成，并形成四个接口。

优选地，所述主节流机构是由第一节流机构、第二节流机构和第三节流机构并联组成，所述第一节流机构是外平衡式热力膨胀阀，所述第二节流机构由电磁阀和毛细管串联组成，所述第三节流机构由另一电磁阀和另一毛细管串联组成，而且所述主节流机构借助于与所述主节流机构流体连通的单向阀组件能够在制冷工况或制热工况下工作。

优选地，所述单向阀组件由四个单向阀和四个三通管件焊接组成，并形成四个接口。

优选地，所述主节流机构的运行方式是：当制冷运行时，所述电磁阀和所述另一电磁阀均为打开状态，所述第一节流机构、所述第二节流机构和所述第三节流机构均有制冷剂流过；当制热运行且室外环境温度高于或等于-7℃时，所述电磁阀为打开状态，所述另一电磁阀为关闭状态，只有所述第一节流机构和所述第二节流机构有制冷剂流过；当制热运行且室外环境温度低于-7℃时，所述电磁阀和所述另一电磁阀均为关闭状态，只有所述第一节流机构有制冷剂流过。

优选地，所述主节流机构是制冷电子膨胀阀和制热电子膨胀阀，所述制冷电子膨胀阀与所述使用侧热交换器流体连通，所述制热电子膨胀阀与所述室外盘管流体连通。

优选地，所述主节流机构的运行方式是：当制冷运行时，所述制热电子膨胀阀处于全开状态，所述制冷电子膨胀阀能够通过调节自身的阀口的开度以调节所述使用侧热交换器的制冷剂供液量；当制热运行时，所述制冷电子膨胀阀处于全开状态，所述制热电子膨胀阀能够通过调节自身的阀口的开度以调节所述室外盘管的制冷剂供液量。

优选地，所述主节流机构是第四节流机构和第五节流机构，所述第四节流机构是制冷热力膨胀阀与单向阀并联的组合装置，所述第五节流机构是制热热力膨胀阀、电磁阀与毛细管的串联组件、另一单向阀这三个装置并联的组合装置，所述第四节流机构与所述使用侧热交换器流体连通，所述第五节流机构与所述室外盘管流体连通。

优选地，所述主节流机构的运行方式是：当制热运行时，所述第四节流机构的单向阀被正向导通，所述第五节流机构的另一单向阀被反向截止，液态制冷剂通过所述第五节流机构的制热热力膨胀阀和毛细管节流后供到所述室外盘管；当制热运行且室外环境温度高于或等于-7℃时，所述第五节流机构的电磁阀为打开状态，所述第五节流机构的制热热力膨胀阀和毛细管均有制冷剂流过；当制热运行且室外环境温度低于-7℃时，所述第五节流机构的电磁阀为关闭状态，所述第五节流机构的制热热力膨胀阀有制冷剂流过；当制冷运行时，所述第五节流机构的另一单向阀被正向导通，所述第四节流机构的单向阀被反向截止，液态制冷剂通过所述第四节流机构的制冷热力膨胀阀节流后供到所述使用侧热交换器。

优选地，所述主节流机构是第六节流机构和第七节流机构，所述第六节流机构是第一毛细管与单向阀并联的组合装置，所述第七节流机构是第二毛细管、电磁阀与第三毛细管的串联组件、另一单向阀这三个装置并联的组合装置，所述第六节流机构与所述使用侧热交换器流体连通，所述第七节流机构与所述室外盘管流体连通。

优选地，所述压缩机上设有油加热器。

本实用新型的有益效果在于，多级过冷增焓使得节流前的制冷剂过冷度大为提升，进而使蒸发器进、出口之间的焓差增大，从而提高制冷量和制热量；在低温工况制热时经济器使压缩机能吸入更多的制冷剂，实现准双级压缩，使制热量明显提高，同时又保持较低排气温度；带过冷功能的气液分离器利用了气液分离器中较大的空间，既实现了回热功能，又没有增加压缩机的回气阻力有效避免了压缩机的带液并实现了回热，带来过冷度的提高；过冷盘管实现了液态制冷剂过冷的功能，在制热工况下又起到防止室外底部盘管结霜或冰冻的功能；喷液冷却装置有效避免在超低温工况下压缩机在大压比运行时排气温度超高的情况出现，从而使机组在超低温环境下安全可靠运行。

从以下结合附图的本实用新型的详细描述中，本实用新型的前述及其它的目的、特征、方面和优点将变得更为明显。

附图说明

附图被包含于本文以提供对本实用新型的进一步的理解，并且被并入本说明书中，构成本说明书的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与下面的描述一起用于说明本实用新型的理念。

在附图中：

图1是根据本实用新型的风冷热泵空调的第一实施例的原理示意图；

图2是根据本实用新型的风冷热泵空调的制热循环压焓图；

图3是根据本实用新型的风冷热泵空调的第二实施例的原理示意图；

图4是根据本实用新型的风冷热泵空调的第三实施例的原理示意图；

图5是根据本实用新型的风冷热泵空调的第四实施例的原理示意图；

图6是根据本实用新型的风冷热泵空调的第五实施例的原理示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细描述本实用新型。

第一实施例

图1示出了根据本实用新型的风冷热泵空调的第一实施例，其包括压缩机1、室外盘管3、使用侧热交换器4、主液体管路和过冷装置，其中，室外盘管3在空调制热运行时用作蒸发器，在空调制冷运行时用作冷凝器；使用侧热交换器4在空调制冷运行时用作蒸发器，在空调制热运行时用作冷凝器；主液体管路使压缩机1、室外盘管3和使用侧热交换器4流体连通，液态制冷剂在主液体管路中循环；过冷装置被设置在主液体管路上，在主液体管路中循环的液态制冷剂能够通过过冷装置实现多次过冷。

在该实施例中，过冷装置包括过冷盘管7、经济器、带过冷功能的气液分离器5。虽然本实用新型的第一实施例和其它实施例中都采用了全部三个过冷装置，但这是优选方案，本实用新型不局限于此，显而易见，采取其中的至少两个过冷装置同样能够使得在风冷热泵空调的主液体管路中循环的液态制冷剂实现多次过冷。

另一方面，尽管图1中示出了空调内的各个部件之间的连接关系，但这些部件及其连接关系仅是示例性的，本实用新型并不局限于此，本领域技术人员可以根据实际情况调整各个部件的取舍及其连接关系。

如图1所示，空调的压缩机1上设有补气入口V，压缩机1优选为带有中间补气口的涡旋式或螺杆式压缩机，压缩机1上可以设有油加热器19，空调长时间断电停机后再开机前需使油加热器19通电来预热压缩机1内的冷冻油，当空调处于待机状态时，也需使油加热器19通电，以防止停机时冷冻油内溶解大量液态制冷剂，从而避免再次开机后发生液压缩。

经济器可以经由单向阀17连接到压缩机1的补气入口V，其包括与主液体管路连通的补气液体管路，如图1所示，在主液体管路的点F2至点G2之间的点L处，设有与其连通的补气液体管路，在补气液体管路中，可以顺序地设有补气电磁阀15（常闭型电磁阀）、补气节流机构16和经济器热交换部8（板式热交换器或套管热交换器）。补气节流机构16优选为外平衡式热力膨胀阀，该外平衡式热力膨胀阀的外平衡管连接到单向阀17之前的补气管路上的点N处，膨胀阀的感温包紧贴于补气液体管路上的点N附近，外平衡式热力膨胀阀对补气的过热度进行控制，具有一定的调节作用，从而避免补气带液。

过冷盘管7位于室外，优选地设置于室外盘管3的底部，在这种情况下，过冷盘管7和室外盘管3的外翅片可以设置为一个整体，而且可以共用一个风机18，但是这两个盘管内部的循环回路彼此独立。过冷盘管7的下接口F1可以与储液器6的一个接口J2相连。

储液器6的另一个接口J1与单向阀组件的接口W1相连。储液器6可以是双向储液器，也就是说，储液的两个接口位置对称，大小相等。

单向阀组件由单向阀11、12、13和14以及四个三通管件焊接组成，并形成四个接口W1、W2、W3和W4。单向阀的安装方向可以如图1所示，也可以根据实际需要进行调整。制冷运行时，单向阀11和单向阀14被正向导通，单向阀12和单向阀13被反向截止；制热运行时，单向阀12和单向阀13被正向导通，单向阀11和单向阀14被反向截止。单向阀组件的接口W2与使用侧热交换器4的液体连接口K2相连。

使用侧热交换器4可以是板式热交换器、壳管式热交换器或套管式热交换器，其水侧通路设有进水口Q2、出水口Q1，优选地可以设有进水口温度传感器28和出水口温度传感器26，而且进水口附近还可以设有水过滤器29，在进水口Q2与出水口Q1之间设有水压差开关控制器27。使用侧热交换器4的制冷剂侧设有气体连接口K1和液体连接口K2，气体连接口K1与四通换向阀2的接口C2相连。

四通换向阀2有四个连接口，分别为接口C1、C2、C3和C4。四通换向阀的接口C1与压缩机1的排气口B相连；四通换向阀的接口C4与室外盘管3的气体接口H2相连；四通换向阀的接口C3与带过冷功能的气液分离器5的气体入口M2相连。

带过冷功能的气液分离器5内设有点R1至点R2的过冷热交换管，温度较高的液态制冷剂在流经过冷热交换管时与气液分离器5的内部空间中的温度较低的气态制冷剂进行热交换，气态制冷剂的温度上升，使得过热度增加，液态制冷剂的温度下降，从而实现液态制冷剂的过冷。带过冷功能的气液分离器5设有气体入口M2、气体出口M1、液体上接口R1、液体下接口R2，其中气体出口M1与压缩机1的吸气口A相连，液体上接口R1与经济器的接口G1相连，经济器的接口G2与过冷盘管7的上接口F2相连，带过冷功能的气液分离器5的液体下接口R2与过滤器10的入口相连。

在主液体管路上还设有主节流机构，主节流机构用于对经过多次过冷的液态制冷剂进行节流而生成气液两相的制冷剂。在根据本实用新型的风冷热泵空调的第一实施例中，主节流机构为一个电子膨胀阀9，其入口E1与过滤器10的出口相连，其出口E2与单向阀组件的接口W3相连，单向阀组件的接口W4与室外盘管3的液体接口H1相连。

电子膨胀阀9根据吸气过热度来进行控制，压缩机1的吸气管上设有吸气温度传感器23和压力传感器22，分别用于感测吸气温度和吸气压力，控制器根据感测到的吸气温度和吸气压力来计算实际过热度，并与设定的过热度进行比较，进行PID运算以调节和控制电子膨胀阀9的阀口开度，从而使吸气过热度始终控制在一定范围内，对于采用干式蒸发器的空调系统而言，一般设定的过热度范围为4～10℃之间。

电子膨胀阀9采用吸气过热度控制，调节范围宽，精准度高，可适用于具有定容量和变容量压缩机（如带中间补气口的涡旋或螺杆压缩机）的空调系统，可以在最低环境温度为-30℃的工况下实现正常的制热运行。另外，容量较大的空调系统需要设置储液器6，名义制冷量小于30KW的空调系统可以不设置储液器6，不设置储液器6的空调系统的气液分离器的容积需设计成稍大些。

下面，参照图1来分别描述根据本实用新型的风冷热泵空调中的制冷剂在制冷工况和制热工况下的循环回路。

在制冷工况时，四通换向阀2的接口C1与C4相通、C2与C3相通，制冷剂依次流经的部件是，压缩机1的排气口B、四通换向阀2的C1至C4通路、室外盘管3、单向阀14、储液器6、过冷盘管7、经济器的G2至G1通路、带过冷功能的气液分离器5的R1至R2通路、过滤器10、电子膨胀阀9、单向阀11、使用侧热交换器4、四通换向阀2的C2至C3通路、带过冷功能的气液分离器5的M2至M1通路、压缩机吸气口A。

在制热工况时，四通换向阀2的接口C1与C2相通、C3与C4相通，制冷剂依次流经的部件是，压缩机1的排气口B、四通换向阀2的C1至C2通路、使用侧热交换器4、单向阀12、储液器6、过冷盘管7、经济器的G2至G1通路、带过冷功能的气液分离器5的R1至R2通路、过滤器10、电子膨胀阀9、单向阀13、室外盘管3、四通换向阀2的C4至C3通路、带过冷功能的气液分离器5的M2至M1通路、压缩机吸气口A。

在下文中，将结合图1进一步来说明各个过冷装置的工作原理。

首先，说明过冷盘管7的工作原理。在制冷工况时，室外盘管3为冷凝器，使用侧热交换器4为蒸发器，从室外盘管3出来的液态制冷剂经过单向阀14、储液器6后进入过冷盘管7，温度较高的液态制冷剂在流经过冷盘管7时与温度相对较低的室外空气进行热交换，从而液态制冷剂的温度下降，实现液态制冷剂的过冷。在制热工况时，使用侧热交换器4为冷凝器，室外盘管3为蒸发器，从使用侧热交换器4出来的液态制冷剂经过单向阀12、储液器6后进入过冷盘管7，温度较高的液态制冷剂在流经过冷盘管7时与温度较低的室外空气进行热交换，从而液态制冷剂温度下降，实现液态制冷剂的过冷；在寒冷地区，优选地将过冷盘管7设置于室外盘管3的底部，这样上述热交换过程就能够有效地防止室外盘管3的底部发生凝霜和出现冰冻的现象。

其次，说明经济器的工作原理。空调在启动过程、停机状态、变容量压缩机处于部分负载状态、除霜过程等情况下，补气电磁阀15都处于关闭状态。除这些情况外，制冷工况中当环境温度大于30℃时，以及制热工况中当环境温度低于5℃时，均需打开补气电磁阀15。补气电磁阀15打开后，在主液体管路上的点L处，会有一小部分液态制冷剂通过补气电磁阀15进入补气液体管路而到达补气节流机构16的入口点M处，液态制冷剂经过补气节流机构16节流后压力下降且温度降低，变为气液两相的制冷剂进入经济器热交换部8的G3至G4管路，并在经济器热交换部8中与G2至G1的主液体管路中的液态制冷剂进行热交换，经过热交换后，一方面，G3至G4管路里的制冷剂变为具有一定过热度的气态制冷剂，随后经由单向阀17进入压缩机补气入口V，从而增加了压缩机的吸气量；另一方面，G2至G1的主液体管路中的液态制冷剂的温度下降，实现了液态制冷剂的过冷。

最后，说明带过冷功能的气液分离器5的工作原理。液态制冷剂进入带过冷功能的气液分离器5的R1至R2通路，R1至R2通路为位于气液分离器5内的过冷热交换管，温度较高的液态制冷剂在流经过冷热交换管时与气液分离器的内部空间中的温度较低的气态制冷剂进行热交换，从而使气态制冷剂的温度上升，过热度增加，同时使过冷热交换管中的液态制冷剂的温度下降，实现液态制冷剂的过冷。

在根据本实用新型的风冷热泵空调中，优选地还可以设置喷液冷却装置，当风冷热泵空调的压缩机的排气温度超过设定值时，喷液冷却装置将在主液体管路中循环的液态制冷剂的一部分引向压缩机内的电机（未图示）以冷却所述电机。喷液冷却装置包括喷液管路、喷液电磁阀41（常闭型电磁阀）、喷液节流机构（例如，喷液热力膨胀阀）40组成，在主液体管路的点G2至点R1之间的点P3处，设有与其连通的喷液管路，喷液电磁阀41和喷液节流机构40都设置在喷液管路上，喷液电磁阀41的出口与喷液节流机构40的入口P2相连，该喷液管路的另一端在点P1处与压缩机1的回气管连通。

接下来，参照图1对喷液冷却装置的工作原理进行说明。在压缩机1的排气管上设置温度传感器21，用来感测排气温度数据，控制器根据感测到的排气温度控制喷液电磁阀41的开启和关闭，当排气温度大于预警设定值时，打开喷液电磁阀41，以将主液体管路中的一小部分的液态制冷剂引入喷液管路而到达喷液节流机构40的入口P2，液态制冷剂经过喷液节流机构节流后压力下降温度降低，变为气液两相的制冷剂并在点P1处进入压缩机1的回气管，然后经由压缩机1的吸气口A到达压缩机1内的电机端以冷却电机，从而降低排气温度，当排气温度降低到喷液设定退出值时则关闭喷液电磁阀41。喷液节流机构优选为高温型外平衡式热力膨胀阀，该膨胀阀的外平衡管连接到压缩机的排气管路上（即点D处），膨胀阀的感温包紧贴于排气管路上的点D附近，当感温包感受到的温度到达一定值时，膨胀阀的阀口才会被打开，因而外平衡式热力膨胀阀能够对喷液量进行控制，具有一定的调节作用，避免喷液量过大造成压缩机液击。

在图1所示的第一实施例中，根据本实用新型的风冷热泵空调设有多个控制感应器件：排气温度传感器21、排气压力传感器20、吸气温度传感器23、吸气压力传感器22、进水口温度传感器28、出水口温度传感器26、水压差开关控制器27、室外环境温度传感器24、室外盘管温度传感器25，这些控制感应器件参与空调系统的控制与保护，实现本空调系统的有效控制和可靠运行，其中，排气温度传感器21感测压缩机1的排气温度，用于排气温度过高的报警保护和喷液电磁阀41的控制；排气压力传感器20感测排气压力，用于排气压力过高的报警保护并参与除霜控制；吸气温度传感器23感测压缩机的吸气温度，参与电子膨胀阀9的控制；吸气压力传感器22感测压缩机的吸气压力，用于吸气压力过低保护并参与电子膨胀阀9的控制及除霜控制；进水口温度传感器28感测进水温度，用于显示进水温度及防冻保护；出水口温度传感器26感测出水温度，用于控制压缩机启停及能量调节、显示出水温度及防冻保护；水压差开关控制器27感测使用侧热交换器4的进、出水之间的压差，用于使用侧热交换器4的水流量过低保护；室外环境温度传感器24感测室外环境的温度，用于补气电磁阀15的控制和参与除霜控制；室外盘管温度传感器25感测室外盘管的温度，参与除霜控制。

图2是根据本实用新型的风冷热泵空调的制热循环压焓图，其中，标识的各状态点与图1中标识的各点相对应。这里，参照图1和图2简要说明根据本实用新型的风冷热泵空调在室外低温环境下的制热运行过程及三级过冷增焓的原理。

经压缩机1压缩为高温高压的气态制冷剂依次通过排气口B、四通换向阀2的C1至C2通路进入使用侧热交换器4，在使用侧热交换器4中，制冷剂被冷凝为高压饱和的液态制冷剂，冷凝过程向供暖热水里释放热量使热水温度升高，高压饱和的液态制冷剂从使用侧热交换器4的液体连接口K2流出后依次经过单向阀12、储液器6进入位于室外的过冷盘管7，温度较高的高压饱和液态制冷剂在流经过冷盘管7时与过冷盘管7外的温度较低的环境空气进行热交换，使液态制冷剂的温度下降，从而实现液态制冷剂过冷度的增加，此为第一级过冷增焓。

具有一定过冷度的高压液态制冷剂流出过冷盘管7后，大部分液态制冷剂（质量流量m1）进入经济器的G2至G1通路，一小部分液态制冷剂（质量流量m2）通过经济器的补气电磁阀15进入补气液体管路并经过补气节流机构16节流后压力下降温度降低，变为气液两相的制冷剂进入经济器热交换部8的G3至G4管路，并与G2至G1的主液体管路中的液态制冷剂进行热交换，经过热交换后，G3至G4管路中的制冷剂变为具有一定过热度的气态制冷剂而经由单向阀17进入压缩机补气入口V，G2至G1的主液体管路中的液态制冷剂的温度继续下降，实现了液态制冷剂过冷度的再次增加，同时补气增加了压缩机的输气量，此为第二级过冷增焓。

具有较大过冷度的液态制冷剂流出经济器热交换部8的G1出口后进入带过冷功能的气液分离器5的R1至R2通路，R1至R2通路为位于气液分离器5内的过冷热交换管，温度较高的液态制冷剂在流经过冷热交换管时与气液分离器的内部空间中温度较低的气态制冷剂进行热交换，气态制冷剂的温度上升，过热度增加，过冷热交换管中的液态制冷剂温度再次下降，从而实现液态制冷剂过冷度的再次增加，此为第三级过冷增焓，此时液态制冷剂具有最大过冷度。

液态制冷剂流出带过冷功能的气液分离器5的R2接口后经过过滤器10到达电子膨胀阀9的入口E1处，经电子膨胀阀9节流后变为低压、低温的气液两相的制冷剂，经过单向阀13进入室外盘管3，低压、低温的气液两相的制冷剂流经室外盘管3时向盘管外的低温环境空气中吸取热量进而蒸发变为低压、低温的饱和气态制冷剂，饱和气态制冷剂流出室外盘管3的气体接口H2后经过四通换向阀2的C4至C3通路进入带过冷功能的气液分离器5的M2至M1通路，M2至M1通路里的饱和气态制冷剂与R1至R2通路的过冷热交换管中的液态制冷剂热交换，使饱和气态制冷剂变为具有一定过热度的气态制冷剂，然后流出气液分离器5的M1接口进入压缩机吸气口A，从压缩机吸气口A进入的气态制冷剂（质量流量m1）经过一段压缩后与从压缩机补气口V进入的气态制冷剂（质量流量m2）混合，混合后的气态制冷剂（质量流量m1+m2）被继续压缩，压缩完成后最终变为高压、高温的气态制冷剂经排气口B排出，从而完成一个制热循环。

应理解，虽然在本说明书中，在主液体管路中循环的制冷剂是通过过冷盘管7、经济器、带过冷功能的气液分离器5全部三个过冷装置实现三级过冷，而且限定了这三个过冷装置在主液体管路上的设置顺序，但是本实用新型并不局限于此。对于本领域技术人员显而易见的是，采用其中任意两个过冷装置同样能够实现本实用新型的发明目的。另外，各个过冷装置的连接顺序并非固定不变的，可以根据需要进行调整，例如，可以通过带过冷功能的气液分离器5实现第一级过冷增焓，通过经济器实现第二级过冷增焓，通过过冷盘管7实现第三级过冷增焓，在此情况下，可以调整各个过冷装置的设置顺序使制冷剂依次流经带过冷功能的气液分离器5、经济器和过冷盘管7来实现三级过冷。

参照图2可以看出，与现有技术的空调比较，根据本实用新型的风冷热泵空调的优点包括：1、通过使制冷剂实现三级过冷，使制冷剂在节流前的过冷度大为提高，增大了制冷剂在蒸发器（室外盘管3）的进口与出口之间的焓差，使蒸发器的吸热量大为提高；2、经济器补气增加了压缩机的输气量，从而增加了冷凝器（使用侧热交换器4）中放热过程的制冷剂循环量，同时实现了准二级压缩循环，有效降低排气温度；3、通过设置喷液冷却装置，彻底解决了低温环境造成大压比运行工况会带来排气温度超高的问题。由于空调系统的制热量约等于制冷剂通过室外盘管从环境空气中吸收的热量加上压缩机耗功，所以根据本实用新型的风冷热泵空调有效地提高了制热量，而且改善了低温大压比运行工况的可靠性，使空调系统在低温环境中也具有良好的制热效果和高可靠性。

第二实施例

图3是根据本实用新型的风冷热泵空调的第二实施例的原理示意图。从图3中可见，根据本实用新型的风冷热泵空调的第二实施例与第一实施例的区别在于：在第二实施例中，用三个并联的节流机构组件代替了第一实施例中的一个电子膨胀阀9。第二实施例的主节流机构由三个节流机构并联组成：第一节流机构为外平衡式热力膨胀阀，其外平衡管连接到压缩机吸气管路上（即点S处），感温包紧贴于吸气管路上的点S附近；第二节流机构由电磁阀30和毛细管32串联组成；第三节流机构由另一电磁阀31和另一毛细管33串联组成。

以上三个节流机构并联组成空调系统的主节流机构，其运行方式是：当制冷运行时，电磁阀30、另一电磁阀31均为打开状态，这三个节流机构均有制冷剂流过；当制热运行且室外环境温度高于或等于-7℃时，电磁阀30为打开状态，另一电磁阀31为关闭状态，此时只有第一和第二节流机构有制冷剂流过；当制热运行且室外环境温度低于-7℃时，电磁阀30、另一电磁阀31均为关闭状态，此时只有第一节流机构有制冷剂流过。

第二实施例的主要特点在于，相对于第一实施例中的作为主节流机构的电子膨胀阀，第二实施例的节流机构控制更为简单，并能够根据运行模式和室外环境温度来自动调节蒸发器的制冷剂供液量。第二实施例的空调系统的制冷和制热循环中的制冷剂流动方向与第一实施例相同，在此不作赘述。

第二实施例也具有较宽的能量调节范围，可适用于具有定容量或变容量的压缩机（如带中间补气口的涡旋或螺杆压缩机）的空调系统，可以在最低环境温度为-25℃的工况下实现正常的制热运行。另外，容量较大的空调系统需要设置储液器6，名义制冷量小于30KW的空调系统可以不设置储液器6，不设置储液器6的空调系统的气液分离器容积需设计成稍大些。

第三实施例

图4是根据本实用新型的风冷热泵空调的第三实施例的原理示意图。从图4中可见，第三实施例与第一实施例、第二实施例的区别在于：在第三实施例中，制冷和制热运行分别独立地使用各自的主节流机构，并省去了第一实施例和第二实施例中的单向阀组件。如图4所示，当制冷运行时，主节流机构为制冷电子膨胀阀91，其设置于点K2与点R1之间，并尽量靠近点K2；当制热运行时，主节流机构采用制热电子膨胀阀92，其设置于点H1与点G1之间，并尽量靠近点H1。

当制冷运行时，制热电子膨胀阀92处于全开状态，制冷电子膨胀阀91根据吸气过热度来调节自身阀口开度以调节蒸发器（使用侧热交换器4）的制冷剂供液量。当制热运行时，制冷电子膨胀阀91处于全开状态，制热电子膨胀阀92根据吸气过热度来调节自身阀口开度以调节蒸发器（室外盘管2）的制冷剂供液量。

参照图4，第三实施例的空调系统在制冷或除霜循环时，制冷剂依次流经的部件是：压缩机1的排气口B、四通换向阀2的C1至C4通路、室外盘管3、制热电子膨胀阀92、经济器的G1至G2通路、过冷盘管7、过滤器10、带过冷功能的气液分离器5的R2至R1通路、制冷电子膨胀阀91、使用侧热交换器4、四通换向阀2的C2至C3通路、带过冷功能的气液分离器5的M2至M1通路、压缩机吸气口A。

第三实施例的空调系统在制热循环时，制冷剂依次流经的部件是：压缩机1的排气口B、四通换向阀2的C1至C2通路、使用侧热交换器4、制冷电子膨胀阀91、带过冷功能的气液分离器5的R1至R2通路、过滤器10、过冷盘管7、经济器的G2至G1通路、制热电子膨胀阀92、室外盘管3、四通换向阀2的C4至C3通路、带过冷功能的气液分离器5的M2至M1通路、压缩机吸气口A。

在第三实施例中，由于制冷循环和制热循环分别采用不同的电子膨胀阀调节供液量，并采用吸气过热度来控制，所以调节范围宽，精准度高，可适用于具有定容量或变容量压缩机（如带中间补气口的涡旋或螺杆压缩机）的空调系统，可以在最低环境温度为-30℃的工况下实现正常的制热运行。另外，容量较大的空调系统可以在过冷盘管7与过滤器10之间设置储液器，尽管图4中未显示。名义制冷量小于30KW的空调系统可以不设置储液器6，不设置储液器的空调系统的气液分离器的容积需设计成稍大些。

第四实施例

图5是根据本实用新型的风冷热泵空调的第四实施例的原理示意图。从图5中可见，第四实施例与第三实施例相似，但区别在于：1、在第四实施例中，用制冷热力膨胀阀93与单向阀36并联的第四节流机构代替第三实施例中的制冷电子膨胀阀91，其中，制冷热力膨胀阀93的外平衡管连接到压缩机1的吸气管路上（即点S1处），膨胀阀的感温包紧贴于吸气管路上的点S 1附近；2、在第四实施例中，用制热热力膨胀阀94、电磁阀35与毛细管34的串联组件、另一单向阀37这三个装置并联的第五节流机构代替第三实施例中的制热电子膨胀阀92，其中，制热热力膨胀阀94的外平衡管连接到压缩机1的吸气管路上（即点S2处），膨胀阀的感温包紧贴于吸气管路上的点S2附近。

参照图5，当制热运行时，单向阀36被正向导通，经由点K2的液态制冷剂没有经过制冷热力膨胀93节流，直接通过单向阀36旁通到了点R1，相当于第三实施例中的制冷电子膨胀阀91处于完全打开状态；另一单向阀37被反向截止，经由点G1的液态制冷剂通过制热热力膨胀94和毛细管34节流后供到蒸发器（室外盘管3）中。当制热运行且室外环境温度高于或等于-7℃时，电磁阀35为打开状态，此时制热热力膨胀阀94和毛细管34均有制冷剂流过；当制热运行且室外环境温度低于-7℃时，电磁阀35为关闭状态，此时只有制热热力膨胀阀94有制冷剂流过。

当制冷运行时，另一单向阀37被正向导通，经由H1点的液态制冷剂没有经过制热热力膨胀阀94和毛细管34节流，直接通过另一单向阀37旁通到了点G1，相当于第三实施例中的制热电子膨胀阀92处于完全打开状态；单向阀36被反向截止，经由点R1的液态制冷剂通过制冷热力膨胀阀93节流后供到蒸发器（使用侧热交换器4）中。

第四实施例的主要特点在于，相对于第三实施例的电子膨胀阀节流机构而言，第四实施例的节流机构控制更为简单，可以根据运行模式和室外环境温度来自动调节蒸发器的制冷剂供液量。第四实施例的空调系统的制冷循环和制热循环中的制冷剂流动方向与第三实施例相同，在此不作赘述。

第四实施例同样具有较宽的能量调节范围，可适用于具有定容量或变容量压缩机（如带中间补气口的涡旋或螺杆压缩机）的空调系统，可以在最低环境温度为-25℃的工况下实现正常的制热运行。容量较大的空调系统可以在过冷盘管7与过滤器10之间设置储液器，尽管图5中未显示。名义制冷量小于30KW的空调系统可以不设置储液器6，不设置储液器的空调系统的气液分离器的容积需设计成稍大些。

第五实施例

图6是根据本实用新型的风冷热泵空调的第五实施例的原理示意图。从图6中可见，第五实施例与第四实施例相似，但区别在于：在第五实施例中，用第一毛细管95代替第四实施例中的制冷热力膨胀阀93，用第二毛细管96代替第四实施例中的制热热力膨胀阀94，其它部件与第四实施例的部件相同，从而形成与第四实施例中的第四节流机构相对应的第六节流机构以及与第四实施例中的第五节流机构相对应的第七节流机构。第五实施例的空调系统的制冷循环和制热循环中的制冷剂流动方向与第四实施例相同，在此不作赘述。

根据第五实施例，优选地，还可以用毛细管38代替第四实施例中的补气热力膨胀阀16，用毛细管39代替第四实施例中的喷液热力膨胀阀40，也就是说，可以将所有的节流机构均采用毛细管的方式，在这种情况下，能量调节范围与前四个实施例相比较窄，仅适用于具有定容量压缩机（如带中间补气口的定速涡旋压缩机）且容量较小的空调系统（名义制冷量小于30KW），可以在最低环境温度为-20℃的工况下实现正常的制热运行。但是，对于容量较小的空调机组而言，这种方案可以大大节省机组成本，实现产品最优的性价比。

以上参照具体实施例对根据本实用新型的风冷热泵空调进行了详细描述，但应当理解的是，前述的实施例和优点仅是示例性的，而不能视为对本实用新型的限制。本文的描述旨在示例，而不是限制权利要求的范围。对于本领域的技术人员而言，多种替换方案、改型和修改都是显而易见的。本文所描述的示例性实施例的特征、结构、方法以及其它特性可以多种方式组合，从而得到其它的和/或可替换的示例性实施例。

Claims (16)

1.一种风冷热泵空调，其特征在于，所述风冷热泵空调包括：

压缩机；

室外盘管，所述室外盘管在所述风冷热泵空调制热运行时用作蒸发器，在所述风冷热泵空调制冷运行时用作冷凝器；

使用侧热交换器，所述使用侧热交换器在所述风冷热泵空调制冷运行时用作蒸发器，在所述风冷热泵空调制热运行时用作冷凝器；

主液体管路，所述主液体管路使所述压缩机、所述室外盘管和所述使用侧热交换器流体连通，液态制冷剂在所述主液体管路中循环；

过冷装置，所述过冷装置包括过冷盘管、经济器和带过冷功能的气液分离器中的两个或三个，而且这些过冷装置被设置在所述主液体管路上，在所述主液体管路中循环的液态制冷剂能够通过所述过冷装置实现多次过冷，其中，

所述过冷盘管位于室外，液态制冷剂在流经所述过冷盘管时与室外空气进行热交换，由此使液态制冷剂实现过冷；

所述经济器包括与所述主液体管路流体连通的补气液体管路，一部分液态制冷剂流入所述补气液体管路以后变为气液两相的制冷剂，所产生的气液两相的制冷剂进而与所述主液体管路中的液态制冷剂进行热交换，由此，使所述主液体管路中的液态制冷剂实现过冷；

所述气液分离器具有位于其内部的过冷热交换管，液态制冷剂在流经所述过冷热交换管时与所述气液分离器的内部空间中的气态制冷剂进行热交换，由此使液态制冷剂实现过冷。

2.如权利要求1所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述过冷盘管设置于所述室外盘管的底部。

3.如权利要求1所述的风冷热泵空调，其特征在于，在所述经济器的补气液体管路中设有补气电磁阀、补气节流机构和经济器热交换部，所述补气电磁阀能够被打开，以便将在所述主液体管路中循环的液态制冷剂的一部分引入所述补气液体管路中，所述补气节流机构对引入的液态制冷剂进行节流而生成气液两相的制冷剂，所生成的气液两相的制冷剂进而在所述经济器热交换部中与所述主液体管路中的液态制冷剂进行热交换。

4.如权利要求1所述的风冷热泵空调，其特征在于，在所述压缩机上设有补气入口，所述经济器的补气液体管路中的气液两相的制冷剂经过热交换后生成气态制冷剂，所述气态制冷剂经由所述补气入口被引入所述压缩机，以增加所述压缩机的吸气量。

5.如权利要求1所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述风冷热泵空调还包括喷液冷却装置，所述喷液冷却装置在所述压缩机的排气温度超过设定值时，将所述主液体管路中的一部分液态制冷剂引至所述压缩机内的电机以冷却所述电机。

6.如权利要求5所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述喷液冷却装置包括温度传感器、喷液管路、喷液电磁阀和喷液节流机构，所述温度传感器感测所述压缩机的排气温度，所述喷液电磁阀在感测到的排气温度超过设定值时被打开以将所述主液体管路中的一部分液态制冷剂引入所述喷液管路，所述喷液节流机构对引入所述喷液管路的液态制冷剂进行节流而生成气液两相的制冷剂。

7.如权利要求2所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述过冷盘管和所述室外盘管的外翅片设置为一个整体，而且共用一个风机。

8.如权利要求1-7中任一项所述的风冷热泵空调，其特征在于，在所述主液体管路上设有主节流机构，所述节流机构对经过多次过冷的液态制冷剂进行节流而生成气液两相的制冷剂。

9.如权利要求8所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述主节流机构是一个电子膨胀阀，所述一个电子膨胀阀借助于与所述一个电子膨胀阀流体连通的单向阀组件能够在制冷工况或制热工况下工作。

10.如权利要求9所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述单向阀组件由四个单向阀和四个三通管件焊接组成，并形成四个接口。

11.如权利要求8所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述主节流机构是由第一节流机构、第二节流机构和第三节流机构并联组成，所述第一节流机构是外平衡式热力膨胀阀，所述第二节流机构由电磁阀和毛细管串联组成，所述第三节流机构由另一电磁阀和另一毛细管串联组成，而且所述主节流机构借助于与所述主节流机构流体连通的单向阀组件能够在制冷工况或制热工况下工作。

12.如权利要求11所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述单向阀组件由四个单向阀和四个三通管件焊接组成，并形成四个接口。

13.如权利要求8所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述主节流机构是制冷电子膨胀阀和制热电子膨胀阀，所述制冷电子膨胀阀与所述使用侧热交换器流体连通，所述制热电子膨胀阀与所述室外盘管流体连通。

14.如权利要求8所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述主节流机构是第四节流机构和第五节流机构，所述第四节流机构是制冷热力膨胀阀与单向阀并联的组合装置，所述第五节流机构是制热热力膨胀阀、电磁阀与毛细管的串联组件、另一单向阀这三个装置并联的组合装置，所述第四节流机构与所述使用侧热交换器流体连通，所述第五节流机构与所述室外盘管流体连通。

15.如权利要求8所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述主节流机构是第六节流机构和第七节流机构，所述第六节流机构是第一毛细管与单向阀并联的组合装置，所述第七节流机构是第二毛细管、电磁阀与第三毛细管的串联组件、另一单向阀这三个装置并联的组合装置，所述第六节流机构与所述使用侧热交换器流体连通，所述第七节流机构与所述室外盘管流体连通。

16.如权利要求1-7中任一项所述的风冷热泵空调，其特征在于，所述压缩机上设有油加热器。

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