CN208881525U - 一种直接式热泵系统、空调及汽车 - Google Patents

一种直接式热泵系统、空调及汽车 Download PDF

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CN208881525U CN201821606547.6U CN201821606547U CN208881525U CN 208881525 U CN208881525 U CN 208881525U CN 201821606547 U CN201821606547 U CN 201821606547U CN 208881525 U CN208881525 U CN 208881525U
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张昊
李刚
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Chongqing super force electric appliance Co.,Ltd.
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    • Y02B30/52Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Abstract

本实用新型公开一种直接式热泵系统、空调及汽车,涉及热泵技术领域。直接式热泵系统由压缩机、室内冷凝器、室外换热器、气液分离器、蒸发器、回热器、第一电磁截止阀、第二电磁截止阀、第一节流装置和第二节流装置组成,压缩机的压缩机出口、第一电磁截止阀、室内冷凝器、第一节流装置与蒸发器的第一端口依次串联连通,蒸发器的第二端口与回热器的第一端口连接,回热器的第二端口、第二节流装置、室外换热器、第二电磁截止阀与回器的第三端口依次串联连通,回热器的第四端口、气液分离器与压缩机的压缩机进口依次串联连通。直接式热泵系统可解决传统热泵系统热泵性能低和成本高的问题。

Description

一种直接式热泵系统、空调及汽车
技术领域
本实用新型涉及热泵技术领域,具体而言,涉及一种直接式热泵系统、空调及汽车。
背景技术
热泵技术作为一种节能环保的空调热泵技术越来越多地被应用于住宅及汽车中,如热泵型空调器。
现有典型的汽车热泵技术方案通过将现有HVAC(采暖通风与空调)中暖风芯体替换为室内冷凝器,在冬季工况下,热泵运行时,室内冷凝器放出热量,室外换热器吸收热量,达到将车外热量传送至车内的目的,此系统结构及控制简单容易实现,成本低,可在≥-5℃以上工作,但是无法满足整车采暖需求。
实用新型内容
本实用新型的第一个目的在于提供一种直接式热泵系统,解决传统热泵系统热泵性能低和成本高的问题。
本实用新型的第二个目的在于提供一种空调,解决传统空调成本高的问题。
本实用新型的第三个目的在于提供一种汽车,解决传统汽车空调性能差和成本高的问题。
本实用新型的实施例是这样实现的:
一种直接式热泵系统,包括:
压缩机、室内冷凝器、室外换热器、气液分离器、蒸发器、回热器、第一电磁截止阀、第二电磁截止阀、第一节流装置和第二节流装置;
压缩机的压缩机出口、第一电磁截止阀、室内冷凝器、第一节流装置与蒸发器的第一端口依次串联连通;
蒸发器的第二端口与回热器的第一端口连接,回热器的第二端口、第二节流装置、室外换热器、第二电磁截止阀与回热器的第三端口依次串联连通;
回热器的第四端口、气液分离器与压缩机的压缩机进口依次串联连通。
发明人发现,现有的汽车热泵系统通常将现有HVAC(采暖通风与空调)中暖风芯体替换为室内冷凝器,导致室内冷凝器换热面积较小,不能充分释放系统热量。在车外温度较低(会导致极低的蒸发压力),车内温度提升以后,由于室内冷凝器换热面积过小,会导致室内冷凝器散热不畅,从而引起系统压比过高,同时增加压缩机功耗,降低系统COP,且有损坏压缩机的风险。因而现有的汽车热泵系统工作温度范围和加热能力较差,无法满足采暖需求。
发明人设计了上述直接式热泵系统,由压缩机排出高温气态制冷剂经过第一电磁截止阀进入室内冷凝器进行第一次冷却,并对室内空气进行二次加热(室内冷凝器将高温制冷剂冷却为液态,同时产生大量热量散发至车内);从室内冷凝器流出的制冷剂经过第一节流装置进行初步节流后从蒸发器的第一端口进入蒸发器进行二次冷却,并对室内空气进行第一次加热;从蒸发器的第二端口流出的中温高压制冷剂进入回热器的第一端口,对从室外换热器流入回热器第三端口后的低温低压制冷剂进行加热,增加室外换热器流出的制冷剂的过热度,从蒸发器的第二端口流出的制冷剂接着从回热器第二端口流出,并通过第二节流装置进行节流后进入室外换热器,流入室外换热器的低温低压制冷剂从空气中吸收热量后经过第二电磁截止阀进入回热器的第三端口,对从蒸发器第二端口流出并进入回热器第一端口的制冷剂进行冷却,增加由回热器第二端口流出并流入第二节流装置的制冷剂的过冷度;最后经回热器的回热后的制冷剂由回热器第四端口流出并流入气液分离器,随后进入压缩机进入下一个制冷剂回路循环。蒸发器对高温高压制冷剂的热量进行二次利用,增加系统热效率,同时可有效降低车内温度升高后的系统高压;在低温工况下,回热器会增加室外换热器流出的制冷剂的过热度,增加流入第二节流装置的制冷剂的过冷度,提升系统效率。
进一步地,在本实用新型的一种实施例中:
还包括第三电磁截止阀和第四电磁截止阀;
第三电磁截止阀一端与连通压缩机出口和第一电磁截止阀的管路连接,使得制冷剂从压缩机出口流出后可流向第一电磁截止阀和/或第三电磁截止阀;
第三电磁截止阀另一端与连通室外换热器和第二电磁截止阀的管路连接;
第四电磁截止阀一端与连通蒸发器的第一端口和第一节流装置的管路连接;
第四电磁截止阀另一端与气液分离器远离压缩机进口的一端连接。
进一步地,在本实用新型的一种实施例中:
还包括电池冷却器和第三节流装置;
电池冷却器与第三节流装置串联连通;
电池冷却器远离第三节流装置的一端与连通第四电磁截止阀和气液分离器远离压缩机进口的一端的管路连接;
第三节流装置远离电池冷却器的一端与连通蒸发器的第二端口和回热器的第一端口的管路连接。
进一步地,在本实用新型的一种实施例中:
电池冷却器还具有冷却液,电池冷却器分别连接有冷却液的进液管和冷却液的出液管。
进一步地,在本实用新型的一种实施例中:
冷却液为防冻液。
进一步地,在本实用新型的一种实施例中:
第一节流装置和第二节流装置被构造为用于控制制冷剂的蒸发温度。
进一步地,在本实用新型的一种实施例中:
第一节流装置、第二节流装置和第三节流装置为电子膨胀阀。
进一步地,在本实用新型的一种实施例中:
室外换热器连接有风扇。
一种空调,空调具有上述直接式热泵系统。
一种汽车,汽车具有上述空调。
本实用新型的技术方案至少具有如下有益效果:
本实用新型提供的一种直接式热泵系统,能够提高传统热泵系统的整体性能,同时大幅降低成本。
本实用新型提供的一种空调,能够很好地解决传统空调成本高的问题。
本实用新型提供的一种汽车,能够很好地解决传统汽车所用的空调性能差和成本高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例1中直接式热泵系统的结构示意图;
图2为本实用新型实施例1中加热循环模式的示意图;
图3为本实用新型实施例1中加热与除湿循环模式的示意图;
图4为本实用新型实施例1中加热与除湿循环模式的示意图;
图5为本实用新型实施例1中制冷循环模式的示意图;
图6为本实用新型实施例2中直接式热泵系统的结构示意图;
图7为本实用新型实施例3中直接式热泵系统的结构示意图。
图标:10-直接式热泵系统;11-直接式热泵系统;12-加热循环模式;14-加热与除湿循环模式;15-加热与除湿循环模式;16-制冷循环模式;18-直接式热泵系统;40-第一电磁截止阀;42-第二电磁截止阀;44-第三电磁截止阀;46-第四电磁截止阀;48-电磁三通阀;49-电磁三通阀;50-第一节流装置;52-第二节流装置;54-第三节流装置;100-压缩机;102-压缩机出口;104-压缩机进口;200-室内冷凝器;300-室外换热器;310-风扇;400-气液分离器;500-蒸发器;502-蒸发器第一端口;504-蒸发器第二端口;600-电池冷却器;610-出液管;620-进液管;700-回热器;710-回热器第一端口;720-回热器第二端口;730-回热器第三端口;740-回热器第四端口。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
本实施例提供一种直接式热泵系统10,直接式热泵系统10用于解决传统热泵系统热泵性能低和成本高的问题。
请参考图1,图1示出了本具体实施例提供的直接式热泵系统10的具体结构。
直接式热泵系统10由压缩机100、室内冷凝器200、室外换热器300、气液分离器400、蒸发器500、电池冷却器600、回热器700、第一电磁截止阀40、第二电磁截止阀42、第三电磁截止阀44、第四电磁截止阀46、第一节流装置50、第二节流装置52和第三节流装置54组成。与压缩机出口102连接的管路分为两条支路,一条支路依次串联连通第一电磁截止阀40、室内冷凝器200、第一节流装置50、蒸发器500和回热器第一端口710;另一条支路依次串联连通第三电磁截止阀44、室外换热器300、第二节流装置52和回热器第二端口720。回热器第三端口730与第二电磁截止阀42一端连接,第二电磁截止阀42另一端通过管路连接至第三电磁截止阀44与室外换热器300之间连通的管路,形成支路。与回热器第四端口740连接的管路分为两条支路,一条支路依次串联连通气液分离器400和压缩机进口104;另一条支路连接第四电磁截止阀46的一端,第四电磁截止阀46的另一端连接至蒸发器第一端口502与第一节流装置50之间连通的管路,形成支路;与电池冷却器600一端连接的管路连接至第四电磁截止阀46左侧的支路管路上,与电池冷却器600另一端连接的管路与第三节流装置54的一端连接,第三节流装置54的另一端连接至回热器第一端口710与蒸发器第二端口504之间的管路上。电池冷却器还分别连接有出液管610和进液管620,进液管620和出液管610供电池冷却液进出,电池冷却液的循环回路与制冷剂回路互相独立。室外换热器300连接有风扇310。
本实施例中,第一节流装置50、第二节流装置52和第三节流装置54为电子膨胀阀,需要说明的是,本实用新型并不限定第一节流装置50、第二节流装置52和第三节流装置54的具体形式,在其他具体实施方式中,第一节流装置50、第二节流装置52和第三节流装置54也可采用热力膨胀阀或者毛细管。
本实施例中,制冷剂为R134a(1,1,1,2-四氟乙烷),电池冷却液为水-乙二醇配比的防冻液。需要说明的是,本实用新型并不限定制冷剂、和电池冷却液的具体形式,在其他具体实施方式中,制冷剂和电池冷却液可分别为其他介质。
请参考图2,图2示出了本具体实施例提供的加热循环模式12。
关闭第三电磁截止阀44、第四电磁截止阀46和第三节流装置54,并开启第一电磁截止阀40、第二电磁截止阀42、第一节流装置50和第二节流装置52,由压缩机100排出高温气态制冷剂经过第一电磁截止阀40进入室内冷凝器200进行第一次冷却,并对车内空气进行二次加热(室内冷凝器200将高温制冷剂冷却为液态,同时产生大量热量散发至车内);从室内冷凝器200流出的制冷剂经过第一节流装置50进行初步节流后从蒸发器第一端口502进入蒸发器500进行二次冷却,并对车内空气进行第一次加热;从蒸发器第二端口504流出的中温高压制冷剂从回热器第一端口710进入回热器700,从蒸发器第二端口504流出的制冷剂接着从回热器第二端口720流出,并通过第二节流装置52进行节流后进入室外换热器300,流入室外换热器300的低温低压制冷剂从空气中吸收热量后经过第二电磁截止阀42后由回热器第三端口730进入回热器700;从蒸发器第二端口504流出并进入回热器第一端口710的制冷剂为中温高压制冷剂,从室外换热器300流出后的制冷剂流入回热器第三端口730后的制冷剂为低温低压制冷剂,流经回热器700的两种不同状态下的制冷剂在回热器700内发生热交换,使得从室外换热器300流出的制冷剂的过热度增加后再进入气液分离器400,使得从蒸发器第二端口504流出并进入回热器第一端口710的制冷剂进行冷却,增加由回热器第二端口720流出并流入第二节流装置52的制冷剂的过冷度;经回热器700回热后的制冷剂由回热器第四端口740流出并流入气液分离器400,随后由压缩机进口104进入压缩机100进入下一个制冷剂回路循环。
请参考图3,图3示出了本具体实施例提供的加热与除湿循环模式14。
关闭第二电磁截止阀42和第三节流装置54,并开启第一电磁截止阀40、第三电磁截止阀44、第四电磁截止阀46、第一节流装置50和第二节流装置52,由压缩机100产生的高温高压气态制冷剂从压缩机出口102排出后分为两路:第一路的高温高压气态制冷剂经过第一电磁截止阀40进入室内冷凝器200进行冷却,并对车内空气进行加热(室内冷凝器200将高温制冷剂冷却为液态,同时产生大量热量散发至车内),从室内冷凝器200流出的制冷剂经过第一节流装置50进行节流后经第四电磁截止阀46进入气液分离器400;第二路的高温高压气态制冷剂经过第三电磁截止阀44进入室外换热器300与室外空气发生热交换后放出热量,冷凝后的制冷剂经过第二节流装置52进行节流,随后经过回热器700由蒸发器第二端口504进入蒸发器500,对车内空气进行除湿,从蒸发器第一端口502流出的低温低压制冷剂经过第四电磁截止阀46进入气液分离器400;两路制冷剂共同从气液分离器400流出进入压缩机100,进入下一个循环。
请参考图4,图4示出了本具体实施例提供的加热与除湿循环模式15。
关闭第三电磁截止阀44、第四电磁截止阀46和第三节流装置54,并开启第一电磁截止阀40、第二电磁截止阀42、第一节流装置50和第二节流装置52,由压缩机100排出高温气态制冷剂经过第一电磁截止阀40进入室内冷凝器200进行第一次冷却,并对车内空气进行加热(室内冷凝器200将高温制冷剂冷却为液态,同时产生大量热量散发至车内);从室内冷凝器200流出的制冷剂经过第一节流装置50进行除湿节流,蒸发温度由第一节流装置50控制在车内空气露点温度以下,然后从蒸发器第一端口502进入蒸发器500进行二次冷却,并对车内空气进行除湿;从蒸发器第二端口504流出的除湿后的中温高压制冷剂从回热器第一端口710进入回热器700,从蒸发器第二端口504流出的制冷剂接着从回热器第二端口720流出,并通过第二节流装置52进行再次节流,蒸发温度由第二节流装置52控制在车外环境温度以下,然后进入室外换热器300,流入室外换热器300的低温低压制冷剂从空气中吸收热量后经过第二电磁截止阀42后由回热器第三端口730进入回热器700;从蒸发器第二端口504流出并进入回热器第一端口710的制冷剂为中温高压制冷剂,从室外换热器300流出后的制冷剂流入回热器第三端口730后的制冷剂为低温低压制冷剂,流经回热器700的两种不同状态下的制冷剂在回热器700内发生热交换,使得从室外换热器300流出的制冷剂的过热度增加后再进入气液分离器400,使得从蒸发器第二端口504流出并进入回热器第一端口710的制冷剂进行冷却,增加由回热器第二端口720流出并流入第二节流装置52的制冷剂的过冷度;经回热器700回热后的制冷剂由回热器第四端口740流出并流入气液分离器400,随后由压缩机进口104进入压缩机100进入下一个制冷剂回路循环。
请参考图5,图5示出了本具体实施例提供的制冷循环模式16。
关闭第一节流装置50、第一电磁截止阀40和第二电磁截止阀42,并开启第三电磁截止阀44、第四电磁截止阀46和第二节流装置52,其中第三节流装置54根据电池是否需要进行冷却的需求可选择地进行开启或关闭,由压缩机100产生的高温高压气态制冷剂从压缩机出口102排出,经第三电磁截止阀44进入室外换热器300,室外换热器300此时起到冷凝的作用,通过风扇310的作用将高温高压过热制冷剂冷凝为液态,并放出大量热排出室外,冷却后的液态制冷剂经第二节流装置52节流,节流后的制冷剂压力和温度下降,进入回热器700后再由蒸发器第二端口504进入蒸发器500,通过蒸发器500对流经蒸发器500中的低温低压液态制冷剂进行蒸发,蒸发为气态,同时蒸发过程吸收车内热量降温,实现制冷功能;(若第三节流装置54开启,则冷却后的液态制冷剂经第三节流装置54节流,节流后的制冷剂压力和温度下降,进入电池冷却器600,进入电池冷却器600中的制冷剂与电池冷却液发生热交换,吸收电池冷却液中的热量后流出电池冷却器600,然后进入气液分离器400,起到给电池降温的作用。)而后低温低压制冷剂蒸气由蒸发器第一端口502流出,经第四电磁截止阀46流向气液分离器400,最后制冷剂回到压缩机100,实现直接式热泵系统10的制冷循环模式16的循环。
具体地,由上所述,直接式热泵系统10可完成关键的加热循环模式12、加热与除湿循环模式14、加热与除湿循环模式15以及制冷循环模式16的不同切换,其中加热与除湿循环模式14和加热与除湿循环模式15根据具体的系统热负荷决定采取哪一种车内除湿模式。相对于传统热泵方案,在热泵工况下,蒸发器500对高温高压制冷剂的热量进行二次利用,增加系统热效率,同时可有效降低车内温度升高后系统高压;在低温工况下,回热器700会增加室外换热器300流出的制冷剂的过热度,增加流入第二节流装置52的制冷剂的过冷度,提升系统效率。直接式热泵系统10能够让热泵性能得到较好的提升,可以有效延长冬季汽车续航里程,满足汽车使用需求。
实施例2
本实施例提供一种直接式热泵系统11,直接式热泵系统11用于解决传统热泵系统热泵性能低和成本高的问题。
请参考图6,图6示出了本具体实施例提供的直接式热泵系统11的具体结构。
直接式热泵系统11与上述实施例中的直接式热泵系统10大致相同,不同之处在于:直接式热泵系统11利用电磁三通阀48代替直接式热泵系统10中的第一电磁截止阀40和第三电磁截止阀44。
实施例3
本实施例提供一种直接式热泵系统18,直接式热泵系统18用于解决传统热泵系统热泵性能低和成本高的问题。
请参考图7,图7示出了本具体实施例提供的直接式热泵系统18的具体结构。
直接式热泵系统18与上述实施例1中的直接式热泵系统10大致相同,不同之处在于:直接式热泵系统18利用电磁三通阀49代替直接式热泵系统10中的第二电磁截止阀42和第三电磁截止阀44。
实施例4
本实施例提供一种空调,空调具有上述实施例1中的直接式热泵系统10或者上述实施例2中的直接式热泵系统11或上述实施例3中的直接式热泵系统18,空调用于解决传统空调成本高的问题。
实施例5
本实施例提供一种汽车,汽车具有上述实施例中的空调,汽车用于解决传统汽车空调性能差和成本高的问题。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直接式热泵系统,其特征在于,包括:
压缩机、室内冷凝器、室外换热器、气液分离器、蒸发器、回热器、第一电磁截止阀、第二电磁截止阀、第一节流装置和第二节流装置;
所述压缩机的压缩机出口、所述第一电磁截止阀、所述室内冷凝器、所述第一节流装置与所述蒸发器的第一端口依次串联连通;
所述蒸发器的第二端口与所述回热器的第一端口连接,所述回热器的第二端口、所述第二节流装置、所述室外换热器、所述第二电磁截止阀与所述回热器的第三端口依次串联连通;
所述回热器的第四端口、所述气液分离器与所述压缩机的压缩机进口依次串联连通。
2.根据权利要求1所述的直接式热泵系统,其特征在于:
还包括第三电磁截止阀和第四电磁截止阀;
所述第三电磁截止阀一端与连通所述压缩机出口和所述第一电磁截止阀的管路连接,使得制冷剂从所述压缩机出口流出后可流向所述第一电磁截止阀和/或所述第三电磁截止阀;
所述第三电磁截止阀另一端与连通所述室外换热器和所述第二电磁截止阀的管路连接;
所述第四电磁截止阀一端与连通所述蒸发器的第一端口和所述第一节流装置的管路连接;
所述第四电磁截止阀另一端与所述气液分离器远离所述压缩机进口的一端连接。
3.根据权利要求2所述的直接式热泵系统,其特征在于:
还包括电池冷却器和第三节流装置;
所述电池冷却器与所述第三节流装置串联连通;
所述电池冷却器远离所述第三节流装置的一端与连通所述第四电磁截止阀和所述气液分离器远离所述压缩机进口的一端的管路连接;
所述第三节流装置远离所述电池冷却器的一端与连通所述蒸发器的第二端口和所述回热器的第一端口的管路连接。
4.根据权利要求3所述的直接式热泵系统,其特征在于:
所述电池冷却器还具有冷却液,所述电池冷却器分别连接有所述冷却液的进液管和所述冷却液的出液管。
5.根据权利要求4所述的直接式热泵系统,其特征在于:
所述冷却液为防冻液。
6.根据权利要求3所述的直接式热泵系统,其特征在于:
所述第一节流装置和所述第二节流装置被构造为用于控制所述制冷剂的蒸发温度。
7.根据权利要求6所述的直接式热泵系统,其特征在于:
所述第一节流装置、所述第二节流装置和所述第三节流装置为电子膨胀阀。
8.根据权利要求1所述的直接式热泵系统,其特征在于:
所述室外换热器连接有风扇。
9.一种空调,其特征在于:
所述空调具有权利要求1-8中任一项所述的直接式热泵系统。
10.一种汽车,其特征在于:
所述汽车具有权利要求9中所述的空调。
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