CN209655487U - 一种热泵系统和空调器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种热泵系统和空调器，热泵系统包括：制冷管路，以及设置在所述制冷管路上的压缩机(1)、第一换热器(2)和第二换热器(3)；且在所述压缩机(1)与所述第一换热器(2)之间的制冷管路(100)上还设置有热交换装置(4)，所述热交换装置中的换热介质能够在所述热交换装置中与所述制冷管路(100)中的制冷剂进行热交换，并且所述热交换装置中的换热介质还能够被太阳能加热。通过本实用新型能够有效利用太阳能辅助CO2跨临界汽车热泵系统，提高了系统夏季制冷效率EER及冬季制热效率COP，从而减少能耗，提高续航能力；可以降低CO2跨临界汽车热泵系统的高压压力，提高了安全保障性。

Description

一种热泵系统和空调器

技术领域

本实用新型属于空调技术领域，具体涉及一种热泵系统和空调器。

背景技术

CO2以其零ODP和低GWP的性质受到了人们的重视，现在全球范围内都在开展对CO2作为制冷剂的研究与应用。CO2跨临界空调系统循环与常规制冷剂系统循环的特点不同，主要有以下几点：1、CO2的临界温度较低，循环通常是在跨临界条件下运行；2、高温高压的CO2工质在气体冷却器中的放热过程中不发生相变，并且具有较大的温度滑移；3、超临界流体优良的传热和热力学特性使得换热器的效率很高，但由于CO2跨临界热泵系统运行压力比常规制冷剂高很多，放热温度较高，且高压和低压的压差较大，节流损失严重，循环效率相对较低。解决这个问题的根本方法是采用膨胀机来代替节流阀，从根本上减少节流损失。但由于CO2膨胀机一系列的问题使得制造困难，在如此条件下，如何提高CO2跨临界循环的效率成为一个重点问题。

由于现有技术中的CO2空调系统存在跨临界汽车空调热泵系统的循环效率低下，跨临界汽车空调热泵系统的高压压力较高、节流损失严重，汽车冬季采暖的舒适性低等技术问题，因此本实用新型研究设计出一种热泵系统和空调器。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的CO2空调系统存在跨临界系统循环效率低下的缺陷，从而提供一种热泵系统和空调器。

本实用新型提供一种热泵系统，其包括：

制冷管路，以及设置在所述制冷管路上的压缩机、第一换热器和第二换热器；

且在所述压缩机与所述第一换热器之间的制冷管路上还设置有热交换装置，所述热交换装置中的换热介质能够在所述热交换装置中与所述制冷管路中的制冷剂进行热交换，并且所述热交换装置中的换热介质还能够被太阳能加热。

优选地，

所述第一换热器为室内换热器或车内换热器，所述第二换热器为室外换热器或车外换热器。

优选地，

所述热泵系统还包括太阳能辅助循环管路，所述热交换装置设置于所述太阳能辅助循环管路上。

优选地，

所述热交换装置包括太阳能热水换热器，且所述太阳能热水换热器同时设置在所述制冷管路和所述太阳能辅助循环管路上、所述换热介质为水、使得所述制冷剂还能够在所述太阳能热水换热器中而与水进行热交换，并且同时水在所述太阳能热水换热器中还能够被太阳能加热而形成热水。

优选地，

所述热交换装置包括太阳能热水器和热交换器，所述太阳能热水器和所述热交换器串联设置在所述太阳能辅助循环管路上，所述热交换器还设置在所述制冷管路上、所述换热介质为水、使得所述制冷剂和水能够在所述热交换器中而进行热交换，并且同时水在所述太阳能热水器中能够被太阳能加热而形成热水。

优选地，

所述热交换器是板式换热器、套管换热器或壳管换热器。

优选地，

所述太阳能辅助循环管路上还设置有第三换热器，所述第三换热器能够对车内或室内进行换热。

优选地，

所述第三换热器为车内地暖盘管或室内地暖盘管或散热片。

优选地，

所述太阳能辅助循环管路上还设置有水泵以及控制阀。

优选地，

所述制冷管路上、位于所述第一换热器和所述第二换热器之间还设置有节流装置；和/或所述压缩机的排气口处设置有四通阀；和/或所述压缩机的吸气口处设置有气液分离器；和/或所述制冷剂为CO₂。

本实用新型还提供一种空调器，其包括前任一项所述热泵系统。

本实用新型提供的一种热泵系统和空调器具有如下有益效果：

1.本实用新型通过在热泵系统的制冷管路上、在压缩机和第一换热器之间设置热交换装置、使得制冷剂和换热介质能够在热交换装置中换热、并且换热介质还能够被太阳能加热，能够使得第一换热器在作为蒸发器时通过热交换器的作用使得制冷剂被太阳能加热的换热介质给加热、提高过热度，从而提高系统循环效率EER，降低压缩机高压压力，能够使得第一换热器在作为气体冷却器时通过热交换器的作用使得制冷剂加热换热介质、太阳能也加热换热介质，使得太阳能承担一部分的制热量，减小压缩机的功耗，并且通过热交换器能够增加制冷剂的高压的过冷度，提高制热效率COP，有效利用太阳能辅助CO2 跨临界汽车热泵系统，提高了系统夏季制冷效率EER及冬季制热效率COP，从而减少能耗，提高续航能力；可以降低CO2跨临界汽车热泵系统的高压压力，提高了安全保障性；

2.本实用新型还通过设置在太阳能辅助循环管路上的第三换热器，以能够对室内或车内进行换热，提高室内或车内的热量，进一步提高室内或车内的制热舒适度，即采用地暖辐射供暖(第三换热器)与上出风供热(车内换热器或室内换热器)同步的方式，解决了制热舒适性不佳的问题。

附图说明

图1是本实用新型的热泵系统的实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型的热泵系统的实施例2的结构示意图。

图中附图标记表示为：

1、压缩机；2、第一换热器；21、第一换热风机；3、第二换热器；31、第二换热风机；4、热交换装置；41、太阳能热水换热器；42、太阳能热水器； 43、热交换器；5、第三换热器；6、水泵；7、控制阀；8、节流装置；9、四通阀；10、气液分离器；100、制冷管路；200、太阳能辅助循环管路。

具体实施方式

如图1-2所示，本实用新型提供一种热泵系统，其包括：

制冷管路，以及设置在所述制冷管路上的压缩机1、第一换热器2和第二换热器3；

且在所述压缩机1与所述第一换热器2之间的制冷管路100上还设置有热交换装置4，所述热交换装置中的换热介质能够在所述热交换装置中与所述制冷管路100中的制冷剂进行热交换，并且所述热交换装置中的换热介质还能够被太阳能加热。

本实用新型通过在热泵系统的制冷管路上、在压缩机和第一换热器之间设置热交换装置、使得制冷剂和换热介质能够在热交换装置中换热、并且换热介质还能够被太阳能加热，能够使得第一换热器在作为蒸发器时通过热交换器的作用使得制冷剂被太阳能加热的换热介质给加热、提高过热度，从而提高系统循环效率EER，降低压缩机高压压力，能够使得第一换热器在作为气体冷却器时通过热交换器的作用使得制冷剂加热换热介质、太阳能也加热换热介质，使得太阳能承担一部分的制热量，减小压缩机的功耗，并且通过热交换器能够增加制冷剂的高压的过冷度，提高制热效率COP，有效利用太阳能辅助CO2跨临界汽车热泵系统，提高了系统夏季制冷效率EER及冬季制热效率COP，从而减少能耗，提高续航能力；可以降低CO2跨临界汽车热泵系统的高压压力，提高了安全保障性。

优选地，

所述第一换热器2为室内换热器或车内换热器，所述第二换热器3为室外换热器或车外换热器。这是本实用新型的第一和第二换热器的优选设置形式，即第一换热器为室内或车内换热器能够对室内或车内进行制冷或制热的作用，第二换热器为室外或车外换热器能够对室外或车外进行放热或吸热，且此时热交换装置设置在室内或车内换热器与压缩机之间，当室内或车内制冷时，热交换装置位于室内或车内换热器与压缩机的吸气口之间，当室内或车内制热时，热交换装置位于室内或车内换热器与压缩机的排气口之间。

优选地，

所述热泵系统还包括太阳能辅助循环管路200，所述热交换装置4设置于所述太阳能辅助循环管路200上。这是本实用新型的进一步优选结构形式，通过该太阳能辅助循环管路能够输送和提供换热介质给热交换装置，并使得换热介质在热交换装置中与制冷剂之间形成换热，将太阳能的热量输送给换热介质，使得制冷时换热介质还能加热制冷剂，提高其过热度、减小压缩机高压压力，提高制冷循环效率，制热时由于太阳能输送能量至换热介质、减少换热介质从制冷剂处吸收的热量，从而提高制热循环效率。

优选地，

所述热交换装置4包括太阳能热水换热器41，且所述太阳能热水换热器 41同时设置在所述制冷管路100和所述太阳能辅助循环管路200上、所述换热介质为水、使得所述制冷剂还能够在所述太阳能热水换热器41中而与水进行热交换，并且同时水在所述太阳能热水换热器41中还能够被太阳能加热而形成热水。

如图1，这是本实用新型的热泵系统的实施例1的结构形式，即通过太阳能热水换热器的形式，使得换热介质在其中既能与太阳能发生热交换、被太阳能加热，还能在其中与制冷管路中的制冷剂发生热交换、对制冷剂在制冷模式下加热、在制热模式下被制冷剂加热，都能够有效提高制冷循环效率和制热循环效率。

太阳能热水换热器是在普通的太阳能热水器内部增加盘管或其它类型的换热装置，利用太阳能首先对太阳能热水换热器内的水进行加热(一般冬季水温能达到60℃左右，夏季甚至更高)，然后热水再通过太阳能热水交换器中的盘管或其它换热装置对CO2流体进行加热。夏季制冷时，太阳能热水交换器对CO2跨临界热泵系统蒸发器出口的CO2流体进行加热，大幅度的提高CO2 的过热度，由于CO2跨临界热泵系统的冷却放热过程只依靠CO2超临界流体释放的显热完成，因此，压缩机不需要再把过热的CO2气体压缩至很高的压力(但压力也在临界压力以上)就可以使压缩机的排气温度达到换热要求，从而减少压缩机的做功，提高夏季CO2跨临界热泵系统的循环效率。冬季制热时，太阳能首先对太阳能热水换热器内的水进行加热，当只依靠太阳能加热水无法满足制热量要求或太阳能不充足的条件下，利用CO2跨临界热泵系统的压缩机排气对太阳能热水换热器内的水进行加热，由于太阳能承担了一部分的制热量，因此CO2跨临界热泵系统要承担的制热量降低，另一方面，气体冷却器可以进一步对跨临界CO2流体进行冷却，提高了电子膨胀阀前CO2流体的过冷度，从而提高了冬季CO2跨临界热泵系统的循环效率，节约了能耗。同时，系统采用车内地暖盘管辐射换热，从车底脚部进行加热，热高了人们采暖时的舒适性。

优选地，

所述热交换装置4包括太阳能热水器42和热交换器43，所述太阳能热水器42和所述热交换器43串联设置在所述太阳能辅助循环管路200上，所述热交换器43还设置在所述制冷管路100上、所述换热介质为水、使得所述制冷剂和水能够在所述热交换器43中而进行热交换，并且同时水在所述太阳能热水器42中能够被太阳能加热而形成热水。

如图2，这是本实用新型的热泵系统的实施例2的结构形式，即通过太阳能热水器和热交换器相串联和结合的形式，使得换热介质在太阳能热水器中与太阳能发生热交换、被太阳能加热，在热交换其中与制冷管路中的制冷剂发生热交换、对制冷剂在制冷模式下加热、在制热模式下被制冷剂加热，都能够有效提高制冷循环效率和制热循环效率。

优选地，

所述热交换器43是板式换热器、套管换热器或壳管换热器。这是本实用新型的太阳能热水换热器和热交换器的优选换热器结构形式。

优选地，

所述太阳能辅助循环管路200上还设置有第三换热器5，所述第三换热器 5能够对车内或室内进行换热。本实用新型还通过设置在太阳能辅助循环管路上的第三换热器，以能够对室内或车内进行换热，提高室内或车内的热量，进一步提高室内或车内的制热舒适度，即采用地暖辐射供暖(第三换热器)与上出风供热(车内换热器或室内换热器)同步的方式，解决了制热舒适性不佳的问题。

优选地，

所述第三换热器5为车内地暖盘管或室内地暖盘管或散热片。这是本实用新型的第三换热器的优选结构形式。

优选地，

所述太阳能辅助循环管路200上还设置有水泵6以及控制阀7(优选电磁阀)。通过水泵能够对换热介质的流动提供驱动力、通过控制阀能够控制太阳能辅助循环管路的打开或关闭，起到智能控制的作用。

优选地，

所述制冷管路100上、位于所述第一换热器2和所述第二换热器3之间还设置有节流装置8，优选电子膨胀阀或膨胀机；和/或所述压缩机的排气口处设置有四通阀9；和/或所述压缩机的吸气口处设置有气液分离器10；和/或所述制冷剂为CO2。

本实用新型还提供一种空调器，其包括前任一项所述热泵系统。能够有效利用太阳能辅助CO2跨临界汽车热泵系统，提高了系统夏季制冷效率EER及冬季制热效率COP，从而减少能耗，提高续航能力；可以降低CO2跨临界汽车热泵系统的高压压力，提高了安全保障性。

本实用新型的太阳能辅助汽车热泵系统运行可分为制冷模式与制热模式两种类型：

1、【制冷模式】：当太阳能辅助CO2跨临界汽车热泵系统运行制冷模式时，此时车内换热器充当蒸发器，车外换热器充当气体冷却器。从压缩机排出的高温高压跨临界CO2流体经过四通阀在车外换热器中变成高压中温的气体，然后经过电子膨胀阀节流后成为低温低压的饱和CO2，低温低压的饱和CO2 进入车内换热器蒸发完全后变成低温低压的CO2气态，然后经过太阳能热水换热器被加热成较高温的CO2气体，再经四通阀进入气液分离器进行气液分离后进入压缩机被压缩。

2、【制热模式】：当太阳能辅助CO2跨临界汽车热泵系统运行制热模式时，此时车内换热器充当气体冷却器，车外换热器充当蒸发器。CO2跨临界汽车热泵系统中，从压缩机排出的高温高压跨临界CO2流体经过四通阀在太阳能热水换热器中对水进行加热并变为高压中温的CO2气体，再经车内换热器的进一步冷却后进入电子膨胀阀节流成为低温低压的饱和CO2，低温低压的饱和CO2进入车外换热器蒸发完全后变成低温低压的CO2气体，再经四通阀进入气液分离器进行气液分离后进入压缩机被压缩。热水循环系统中，太阳能热水换热器中的热水在水泵的作用下流经车内地暖盘管，对车厢内进行辐射供暖后经电磁阀重新进入太阳能热水换热器中进行加热，完成循环。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种热泵系统，其特征在于：包括：

制冷管路(100)，以及设置在所述制冷管路上的压缩机(1)、第一换热器(2)和第二换热器(3)；

且在所述压缩机(1)与所述第一换热器(2)之间的所述制冷管路(100)上还设置有热交换装置(4)，所述热交换装置中的换热介质能够在所述热交换装置中与所述制冷管路(100)中的制冷剂进行热交换，并且所述热交换装置中的换热介质还能够被太阳能加热。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：

所述第一换热器(2)为室内换热器或车内换热器，所述第二换热器(3)为室外换热器或车外换热器。

3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：

所述热泵系统还包括太阳能辅助循环管路(200)，所述热交换装置(4)设置于所述太阳能辅助循环管路(200)上。

4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于：

所述热交换装置(4)包括太阳能热水换热器(41)，且所述太阳能热水换热器(41)同时设置在所述制冷管路(100)和所述太阳能辅助循环管路(200)上、所述换热介质为水、使得所述制冷剂还能够在所述太阳能热水换热器(41)中而与水进行热交换，并且同时水在所述太阳能热水换热器(41)中还能够被太阳能加热而形成热水。

5.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于：

所述热交换装置(4)包括太阳能热水器(42)和热交换器(43)，所述太阳能热水器(42)和所述热交换器(43)串联设置在所述太阳能辅助循环管路(200)上，所述热交换器(43)还设置在所述制冷管路(100)上、所述换热介质为水、使得所述制冷剂和水能够在所述热交换器(43)中而进行热交换，并且同时水在所述太阳能热水器(42)中能够被太阳能加热而形成热水。

6.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于：

所述热交换器(43)是板式换热器、套管换热器或壳管换热器。

7.根据权利要求3-5中任一项所述的热泵系统，其特征在于：

所述太阳能辅助循环管路(200)上还设置有第三换热器(5)，所述第三换热器(5)能够对车内或室内进行换热。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于：

所述第三换热器(5)为车内地暖盘管或室内地暖盘管或散热片。

9.根据权利要求3-5中任一项所述的热泵系统，其特征在于：

所述太阳能辅助循环管路(200)上还设置有水泵(6)以及控制阀(7)。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的热泵系统，其特征在于：

所述制冷管路(100)上、位于所述第一换热器(2)和所述第二换热器(3)之间还设置有节流装置(8)；和/或所述压缩机的排气口处设置有四通阀(9)；和/或所述压缩机的吸气口处设置有气液分离器(10)；和/或所述制冷剂为CO₂。

11.一种空调器，其特征在于：包括权利要求1-10中任一项所述热泵系统。