CN219550880U - 双级喷气增焓热泵系统及其空调器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双级喷气增焓热泵系统及其空调器，包括压缩机、第一气液分离组件、第二气液分离组件和合流组件；压缩机的排气口用于连接室内换热器的一端，第一气液分离组件的输入端用于连接室内换热器的另一端，第一气液分离组件的气态输出端连接压缩机的补气口，第一气液分离组件的液态输出端连接第二气液分离组件的输入端，第二气液分离组件的气态输出端连接合流组件的第一入口，第二气液分离组件的液态输出端用于连接室外换热器的一端，合流组件的第二入口用于连接室外换热器的另一端，合流组件的出口连接压缩机的进气口；本申请的系统架构能够提高压缩机的进气量，改善低温环境下制热的能力。

Description

双级喷气增焓热泵系统及其空调器

技术领域

本申请涉及空调器技术领域，尤其涉及一种双级喷气增焓热泵系统及其空调器。

背景技术

喷气增焓系统相对于传统单级压缩机系统，克服传统单级压缩机在低温环境下热泵制热量衰减大、可靠性差、效率低等缺陷，基于其的空气源热泵技术在寒冷地区得到了广泛的应用。但是随着系统低温运行环境温度的进一步降低，如达到零下30℃以下，压缩机的工作压比大幅增大，排气温度急剧升高，其压缩效率和可靠性均将显著下降；另外随着系统高温运行环境温度的进一步升高，如60℃以上，压缩机的工作压差和负荷大幅增加，导致压缩机轴承系统磨损加剧，也会导致压缩机可靠性和性能的下降。这些缺点影响了空气源热泵技术在更恶劣的严寒/酷热地区使用的舒适性、节能性及可靠性。

发明内容

本申请实施例提供了一种双级喷气增焓热泵系统及其空调器，能够提高压缩机的进气量，改善低温环境下制热的能力。

本申请第一方面的实施例提供了一种双级喷气增焓热泵系统，包括压缩机、第一气液分离组件、第二气液分离组件和合流组件；所述压缩机的排气口用于连接室内换热器的一端，所述第一气液分离组件的输入端用于连接室内换热器的另一端，所述第一气液分离组件的气态输出端连接所述压缩机的补气口，所述第一气液分离组件的液态输出端连接所述第二气液分离组件的输入端，所述第二气液分离组件的气态输出端连接所述合流组件的第一入口，所述第二气液分离组件的液态输出端用于连接室外换热器的一端，所述合流组件的第二入口用于连接室外换热器的另一端，所述合流组件的出口连接所述压缩机的进气口。

根据本申请第一方面实施例的双级喷气增焓热泵系统，至少具有如下有益效果：本申请实施例通过第一气液分离组件和第二气液分离组件对冷媒进行两次气液分离，其中第一气液分离组件分离的气态冷媒进入压缩机的补气口，第二气液分离组件分离的气态冷媒进入合流组件，同时第二气液分离组件分离的液态冷媒经过室外换热器进行热交换后也相变成气态冷媒，并在合流组件与第二气液分离组件分离的气态冷媒一同进入压缩机的进气口；上述系统架构能够提高压缩机的进气量，改善低温环境下制热的能力，相对于相关技术中多级压缩和多级补气的系统架构，本申请的方案不需要设置多级压缩，因此也减少了相应组件的设置，优化了产品成本。

在一些实施例中，所述第一气液分离组件包括闪蒸器，所述闪蒸器的输入端、气态输出端和液态输出端对应连接所述第一气液分离组件的输入端、气态输出端和液态输出端。

在一些实施例中，所述第二气液分离组件包括第二节流器件和板式换热器，所述板式换热器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一气液分离组件的液态输出端通过第一支路和第二支路分别连接到所述第一输入端和所述第二输入端，所述第二节流器件设置于所述第二支路，所述第一输出端为所述第二气液分离组件的气态输出端，所述第二输出端为所述第二气液分离组件的液态输出端。

在一些实施例中，还包括第一节流器件，所述第一节流器件设置于所述室内换热器与所述第一气液分离组件的输入端之间的冷媒管道中。

在一些实施例中，还包括第三节流器件，还包括第三节流器件，所述第三节流器件设置于所述第二气液分离组件的液态输出端与所述室外换热器之间的冷媒管道中。

在一些实施例中，还包括辅助阀门和辅助支路，所述辅助支路的一端连接到所述第一节流器件与所述第一气液分离组件的输入端之间，另一端连接到所述第二气液分离组件的液态输出端与所述第三节流器件之间，所述辅助阀门设置于所述辅助支路中。

在一些实施例中，所述合流组件包括气液分离器，所述气液分离器包括第三输入端、第四输入端和输出端，所述第三输入端为所述合流组件的第一入口，所述第四输入端为所述合流组件的第二入口，所述输出端为所述合流组件的出口。

在一些实施例中，还包括四通阀，所述四通阀包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口连接所述室内换热器，所述第二端口连接所述压缩机的排气口，所述第三端口连接所述合流组件的第二输入端，所述第四端口连接所述室外换热器。

在一些实施例中，其特征在于，还包括第一阀门和/或第二阀门；

当所述系统包括所述第一阀门，所述第一阀门设置于所述第一气液分离组件的气态输出端到所述压缩机的补气口之间的冷媒管道中；

当所述系统包括所述第二阀门，所述第二阀门设置于所述第二气液分离组件的气态输出端到所述合流组件的第一输入端之间的冷媒管道中。

本申请第二方面实施例提供了一种空调器，包括第一方面实施例的双级喷气增焓热泵系统。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

图1是本申请实施例提供的双级喷气增焓热泵系统的架构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

喷气增焓系统中压缩机设置有补气口，通过在冷媒管道中分离出一部分气态冷媒输入到压缩机的补气口，能够提高压缩机的进气量，改善喷气增焓系统的工作性能，因此常常用于空调器领域中，改善低温环境下的制热性能，可以克服传统单级压缩机在低温环境下热泵制热量衰减大、可靠性差、效率低等缺陷，基于其的空气源热泵技术在寒冷地区得到了广泛的应用。

但是随着系统低温运行环境温度的进一步降低，如达到零下30℃以下，压缩机的工作压力比大幅增大，排气温度急剧升高，其压缩效率和可靠性均将显著下降；另外随着系统高温运行环境温度的进一步升高，如60℃以上，压缩机的工作压差和负荷大幅增加，导致压缩机轴承系统磨损加剧，也会导致压缩机可靠性和性能的下降。这些缺点影响了空气源热泵技术在更恶劣的严寒/酷热地区使用的舒适性、节能性及可靠性。在相关技术中，例如申请人LG电子株式会社的发明申请(CN102062496A)简单地采用三级压缩、两次补气的方式来进一步分解压力比、增加制冷剂流量，从而提高系统在低温环境下的性能。但这种方式增加了压缩部的数量、运动部件的数量及排气的次数，使得循环的性能与可靠性不能显著提高，且成本大幅增加。

基于此，本申请实施例提供了一种双级喷气增焓热泵系统及其空调器，在制热模式下，通过第一气液分离组件和第二气液分离组件对冷媒进行两次气液分离，第一气液分离组件分离得到的气态冷媒进入压缩机的补气口，第二气液分离组件分离得到的气态冷媒和经过室外换热器后的气态冷媒在合流组件中汇合进入压缩机的进去口，从而增加了气态冷媒进入压缩机的流量，保证系统在低温环境下的制热性能，同时避免采用多级压缩，减少了压缩相关的组件，能够降低产品成本。

下面结合附图对双级喷气增焓热泵系统进行说明：

参照图1所示，本申请第一方面实施例提供的一种双级喷气增焓热泵系统，包括压缩机1、第一气液分离组件、第二气液分离组件和合流组件；压缩机1的排气口用于连接室内换热器5的一端，第一气液分离组件的输入端用于连接室内换热器5的另一端，第一气液分离组件的气态输出端连接压缩机1的补气口，第一气液分离组件的液态输出端连接第二气液分离组件的输入端，第二气液分离组件的气态输出端连接合流组件的第一入口，第二气液分离组件的液态输出端用于连接室外换热器6的一端，合流组件的第二入口用于连接室外换热器6的另一端，合流组件的出口连接压缩机1的进气口。

在制热模式下，压缩机1的排气口排出高压气体，进入到室内换热器5，室内换热器5中的冷媒与室内环境之间进行热交换，然后进入到第一气液分离组件，由第一气液分离组件将气液两相冷媒进行第一次初步分离，其中气态冷媒从第一气液分离组件的气态输出端输出，液态冷媒从第一气液分离组件的液态输出端输出，并进入到第二气液分离组件，第二气液分离组件进一步对第一气液分离组件输出的冷媒进一步分离，其中气态冷媒从第二气液分离组件的气态输出端输出，液态冷媒从第二气液分离组件的液态输出端输出，第二气液分离组件的液态输出端连接室外换热器6，液态冷媒经过室外换热器6与室外环境进行热交换，转变成气态冷媒，最后进入合流组件，合流组件将经室外换热器6换热后的气态冷媒和第二气液分离组件输出的气态冷媒都输出到压缩机1的进气口，压缩机1对冷媒进行压缩后从排气口输出，完成整个制热模式的循环。

第一气液分离组件和第二气液分离组件构成二级气液分离处理，实现了冷媒两次过冷，相比现有技术，能够进一步降低室外换热器6入口处冷媒的焓值，从而增大冷媒蒸发过程的焓差，提升系统性能。第一气液分离组件的气态输出端到压缩机1的补气口为第一次补气过程，合流组件的出口到压缩机1的进气口为第二次补气过程，其中合流组件的两个入口都输入气态冷媒，分别是第二气液分离组件的气态输出端输出的气态冷媒，以及第二气液分离组件的液态输出端经过室外换热器6后相变得到的气态冷媒。由此可知，本申请的双级喷气增焓热泵系统不需要多级压缩，而是通过两级气液分离保证压缩机1的进气量，提高了系统性能，相对于多级压缩的方案，减少了组件的使用，能够降低产品成本。

在一些实施例中，第一气液分离组件包括闪蒸器2，闪蒸器2的输入端、气态输出端和液态输出端对应连接第一气液分离组件的输入端、气态输出端和液态输出端。闪蒸器2用于空调系统中的气液分离，闪蒸器2设置有三个端口，其中一个端口是气液混合物入口，另一个是气体流出口，还有一个是液体流出口，具体来说，气液两相的冷媒从闪蒸器2的输入端输入，在闪蒸器2中气液分离后，气态冷媒从气态输出端流出，液态冷媒从液态输出端流出；在制热模式下，闪蒸器2的输入端对应第一气液分离组件的输入，用于接收第一节流器件71输出的气液两相冷媒，闪蒸器2的余下两个端口分别对应第一气液分离组件的气态输出端和液态输出端，实现对气液两相冷媒的初步气液分离。

在一些实施例中，第二气液分离组件包括第二节流器件72和板式换热器3，板式换热器3包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，第一气液分离组件的液态输出端通过第一支路和第二支路分别连接到第一输入端和第二输入端，第二节流器件72设置于第二支路，第一输出端为第二气液分离组件的气态输出端，第二输出端为第二气液分离组件的液态输出端。板式换热器3包括四个端口，其中两个端口为输入端，另外两个端口为输出端，在本申请实施例中，板式换热器3的功能是实现气液分离，其中输入端分为两条支路，第一支路和第二支路都连接到第一气液分离组件的液态输出端，用于接收液态冷媒并分流到第一支路和第二支路上，其中第一支路直接连接第一气液分离组件的液态输出端和板式换热器3的一个输入端，第二支路上设置第二节流器件72，将第二支路输入的液态冷媒节流成气液两相冷媒，之后在连接到板式换热器3的另一个输入端，因此板式换热器3的两个输入端分别是液态冷媒输入和气液两相冷媒输入；板式换热器3在内部进行热交换，实现了板式换热器3的一个输出端为气态冷媒的输出端，另一个输出端为液态冷媒的输出端，因此板式换热器3的第一输出端连接第二气液分离组件的气态输出端，第二输出端连接第二气液分离组件的液态输出端，即第一输出端输出气态冷媒到合流组件，第二输出端输出液态冷媒到室外换热器6。其中，第二节流器件72可以采用不同类型的实际阀门，例如电子膨胀阀、热力膨胀阀、节流阀等，在此不作限定。

在一些实施例中，双级喷气增焓热泵系统还包括第一节流器件71，第一节流器件71设置于室内换热器5与第一气液分离组件的输入端之间的冷媒管道中。第一节流器件71用于将从室内换热器5出来的高压冷媒节流成中压的气液两相冷媒，以便于后续进行气液分离。第一节流器件71可以采用不同类型的实际阀门，例如电子膨胀阀、热力膨胀阀、节流阀等，在此不作限定。

在一些实施例中，还包括第三节流器件73，第三节流器件73设置于第二气液分离组件的液态输出端与室外换热器6之间的冷媒管道中。第三节流器件73用于将从第二气液分离组件出来的中压液态冷媒节流成低压的气液两相冷媒，以便于后续在室外换热器6进行热交换。第三节流器件73可以采用不同类型的实际阀门，例如电子膨胀阀、热力膨胀阀、节流阀等，在此不作限定。

在一些实施例中，还包括辅助阀门和辅助支路，辅助支路的一端连接到第一节流器件71与第一气液分离组件的输入端之间，另一端连接到第二气液分离组件的液态输出端与第三节流器件73之间，辅助阀门设置于辅助支路中。辅助支路的作用在于在不需要进行补气的时候，缩短冷媒流路，减少冷媒管道的压力损失。具体来说，第一气液分离组件和第二气液分离组件都设置有一个输出端用于输出气态冷媒，而辅助支路的一端连接到第一气液分离组件之前，另一端连接到第二气液分离组件之后，因此当辅助支路连通的时候，辅助支路“短路”掉第一气液分离组件和第二气液分离组件，从而使得冷媒从辅助支路流过，第一气液分离组件和第二气液分离组件不输出气态冷媒。辅助支路的连通和关断通过辅助阀门的开关实现，当辅助阀门关断，第一气液分离组件和第二气液分离组件能够输出气态冷媒，当辅助阀门连通，取消补气。

在一些实施例中，合流组件包括气液分离器4，气液分离器4包括第三输入端、第四输入端和输出端，第三输入端为合流组件的第一入口，第四输入端为合流组件的第二入口，输出端为合流组件的出口。合流组件的合流功能可以通过传统的气液分离器实现。

在一些实施例中，还包括四通阀8，四通阀8包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，第一端口连接室内换热器5，第二端口连接压缩机1的排气口，第三端口连接合流组件的第二输入端，第四端口连接室外换热器6。四通阀8用于切换制冷模式和制热模式下的冷媒流路，在本申请实施例中，制热模式下，四通阀8的第三端口和第四端口连通，制冷模式下，四通阀8的第一端口和第三端口连通。

在一些实施例中，还包括第一阀门和/或第二阀门，当系统包括第一阀门，第一阀门设置于第一气液分离组件的气态输出端到压缩机1的补气口之间的冷媒管道中，当系统包括第二阀门，第二阀门设置于第二气液分离组件的气态输出端到合流组件的第一输入端之间的冷媒管道中。第一阀门和第二阀门用于单独控制第一气液分离组件和第二气液分离组件的补气，当第一阀门关闭，第一气液分离组件取消补气，当第二阀门关闭，第二气液分离组件取消补气。通过控制第一阀门和第二阀门的开关状态，可以调节系统的工作性能，从而适应不同的工作环境。

综上可知，通过双级补气过程对冷媒进行两次气液分离，其中第一气液分离组件分离的气态冷媒进入压缩机1的补气口，第二气液分离组件分离的气态冷媒进入合流组件，同时第二气液分离组件分离的液态冷媒经过室外换热器6进行热交换后也相变成气态冷媒，并在合流组件与第二气液分离组件分离的气态冷媒一同进入压缩机1的进气口；上述系统架构能够提高压缩机1的进气量，改善低温环境下制热的能力，相对于相关技术中多级压缩和多级补气的系统架构，不需要设置多级压缩，因此也减少了相应组件的设置，优化了产品成本。

下面通过一个具体示例对本申请的双级喷气增焓热泵系统进行说明。

参照图1所示的系统架构图，主要组件包括室内换热器5、室外换热器6、四通阀8、压缩机1、闪蒸器2、板式换热器3和气液分离器4。

室内换热器5位于室内侧，室外换热器6位于室外侧，室内换热器5通过第一节流器件71连接到闪蒸器2的输入端，闪蒸器2的气态输出端连接压缩机1的补气口，闪蒸器2的液态输出端通过第一支路和第二支路连接板式换热器3的第一输入端和第二输入端，其中第二支路中设置有第二节流器件72，板式换热器3的第一输出端作为气态输出端连接气液分离器4的第一入口，板式换热器3的第二输出端作为液态输出端，通过第三节流器件73连接到室外换热器6的一端，室外换热器6的另一端连接到四通阀8的第四端口，四通阀8的第三端口连接气液分离器4的第二入口，气液分离器4的出口连接压缩机1的进气口，压缩机1的排气口连接四通阀8的第二端口，四通阀8的第一端口连接室内换热器5。

在制热模式下，冷媒的循环过程为压缩机1的排气口，排出高压Pd气体，经四通阀8进入室内换热器5，室内换热器5冷凝放热后形成高压液态冷媒；高压液态冷媒经第一节流器件71节流为中压P1的两相冷媒，进入闪蒸器2；闪蒸器2对冷媒进行气液分离后，中压P1的气态冷媒从闪蒸器2的出气口流入压缩机1的补气口，中压P1的液态冷媒流入第二节流器件72，节流为中压P2的两相冷媒，进入板式换热器3，中压P2的气态冷媒从板式换热器3的气态输出端流入气液分离器4，中压P2的液态冷媒流入第三节流器件73，节流为低压Ps的两相冷媒，进入室外换热器6，室外换热器6蒸发吸热后形成低压气态冷媒；低压气态冷媒再经四通阀8进入气液分离器4，与从板式换热器3的气态输出端流入的中压P2的气态冷媒混合，然后从气液分离器4的输出端进入压缩机1的进气口，完成整个循环。相应的热泵系统处于制冷模式时，只需要设置四通阀8连通第一端口和第三端口即可，系统其他管路不变。

本示例提出的双级喷气憎焓的热泵系统，实现了冷媒两次过冷，相比现有技术，进一步降低了蒸发器(室内换热器5)入口冷媒的焓值，增大了冷媒蒸发过程焓差，提升了制冷能力；通过两次补气，进一步提高了压缩机1的排气质量流量，从而增大了冷凝器(室外换热器6)中的冷媒流量，因而提升了系统的制热能力，使得该系统可以适用在更恶劣的严寒/酷热地区。

本示例的双级喷气憎焓的热泵系统，使压缩机1构更简化，压力比分配更合理，压缩机1整体效率大幅增加，并提高了压缩机1的运行可靠性。本示例采用闪蒸器2+板式换热器3方案，可以减少1个主路节流元件，优化了成本。

本申请第二方面实施例提供了一种空调器，包括上述第一方面实施例的双级喷气增焓热泵系统。

以上是对本申请的较佳实施进行了具体说明，但本申请并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本申请精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.双级喷气增焓热泵系统，其特征在于，包括压缩机、第一气液分离组件、第二气液分离组件和合流组件；所述压缩机的排气口用于连接室内换热器的一端，所述第一气液分离组件的输入端用于连接室内换热器的另一端，所述第一气液分离组件的气态输出端连接所述压缩机的补气口，所述第一气液分离组件的液态输出端连接所述第二气液分离组件的输入端，所述第二气液分离组件的气态输出端连接所述合流组件的第一入口，所述第二气液分离组件的液态输出端用于连接室外换热器的一端，所述合流组件的第二入口用于连接室外换热器的另一端，所述合流组件的出口连接所述压缩机的进气口。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一气液分离组件包括闪蒸器，所述闪蒸器的输入端、气态输出端和液态输出端对应连接所述第一气液分离组件的输入端、气态输出端和液态输出端。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述第二气液分离组件包括第二节流器件和板式换热器，所述板式换热器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端，所述第一气液分离组件的液态输出端通过第一支路和第二支路分别连接到所述第一输入端和所述第二输入端，所述第二节流器件设置于所述第二支路，所述第一输出端为所述第二气液分离组件的气态输出端，所述第二输出端为所述第二气液分离组件的液态输出端。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第一节流器件，所述第一节流器件设置于所述室内换热器与所述第一气液分离组件的输入端之间的冷媒管道中。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括第三节流器件，所述第三节流器件设置于所述第二气液分离组件的液态输出端与所述室外换热器之间的冷媒管道中。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括辅助阀门和辅助支路，所述辅助支路的一端连接到所述第一节流器件与所述第一气液分离组件的输入端之间，另一端连接到所述第二气液分离组件的液态输出端与所述第三节流器件之间，所述辅助阀门设置于所述辅助支路中。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述合流组件包括气液分离器，所述气液分离器包括第三输入端、第四输入端和输出端，所述第三输入端为所述合流组件的第一入口，所述第四输入端为所述合流组件的第二入口，所述输出端为所述合流组件的出口。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括四通阀，所述四通阀包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口连接所述室内换热器，所述第二端口连接所述压缩机的排气口，所述第三端口连接所述合流组件的第二输入端，所述第四端口连接所述室外换热器。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第一阀门和/或第二阀门；

当所述系统包括所述第一阀门，所述第一阀门设置于所述第一气液分离组件的气态输出端到所述压缩机的补气口之间的冷媒管道中；

当所述系统包括所述第二阀门，所述第二阀门设置于所述第二气液分离组件的气态输出端到所述合流组件的第一输入端之间的冷媒管道中。

10.空调器，其特征在于，包括权利要求1至9任一所述的双级喷气增焓热泵系统。