一种具有节能装置的分体式空调热泵系统的制作方法

本发明涉及一种空调和热泵系统，具有节能装置的分体式空调热泵系统。

背景技术：

如图1所示，示出了传统的分体式空调热泵系统。传统的分体式空调热泵系统包括室外单元100p和室内单元200p。室外单元100p通常包括压缩机101p，室外热换单元102p，连接在压缩机101p和室外热换单元102p之间的四通阀103p，以及室外风扇单元107p。分体式空调热泵系统还包括并联连接的多个膨胀阀104p，多个单向阀105p和多个的过滤装置106p。图1示出一种示例性连接配置。四通阀103p具有连接到室外单元100p和室内单元200p的不同部件的第一至第四连接端口1031p，1032p，1033p，1034p。

室内单元200p通常包括室内热换单元201p。室内单元200p和室外单元100p通过多条连接管和上述各种部件连接。预定量的制冷剂布置成在室内单元200p和室外单元100p之间循环，用于与环境空气和从室内空间抽取的空气进行热交换。

上述传统的分体式空调热泵系统的主要缺点是其一般的性能系数(c.o.p.)非常低。性能系数通常被认为是由相应的加热或冷却单元提供的加热或冷却量的效率比。鉴于全世界能源需求的快速增长，这是不能令人满意的。

技术实现要素：

本发明的某些变型提供了一种分体式空调热泵系统，其包括节能装置，与传统的分体式空调热泵系统相比，节能装置能够提高整个系统的性能系数(c.o.p.)。

本发明的某些变型提供了一种分体式空调热泵系统，其包括节能装置，其中，节能热换器可以设置在室内单元，用于预热从室内空间抽取的空气。

本发明的某些变型提供了一种分体式空调热泵系统，其包括多条连接管；一室内单元，包括一室内壳体和一支撑在该室内壳体中的室内热换器，室内壳体具有一室内进气口和一室内出气口；一室外单元，它包括：一室外壳体，它具有一室外进气口和一室外出气口；和一压缩机支撑于室外壳体中，压缩机具有一压缩机出口和一压缩机进口；一室外热换器，支撑于室外壳体中，并通过至少一条连接管连接到压缩机；和一个风扇单元，支撑于室外壳体中，用于吸入空气，让空气在室外进气口和室外出气口之间流动；和一节能装置，它包括：一节能热换器，支撑于室内壳体中并通过连接管分别连接到室内热换器和室外热换器，节能热换器位于室内进气口和室内热换器之间，使得空气自一室内空间布置成在流到室内热换器前先流经节能热换器，分体式空调热泵系统在空调模式和热泵模式之间选择性操作，其中在空调模式中，预定量的蒸汽制冷剂设置离开压缩机并导流进入室外热换器，释放热能到环境大气，制冷剂离开室外热换器后导流入节能热换器，由室内空间吸入的空气中吸收热能，制冷剂离开节能热换器导流入室内热换器，由室内空间吸入的空气中吸收热能，制冷剂离开室内热换器并导流回到压缩机，即完成一个空调循环，其中在热泵模式中，预定量的蒸汽制冷剂设置离开压缩机并导流进入室内热换器，释放热能到室内空间，制冷剂离开室内热换器后导流入节能热换器，进一步释放热能到室内空间，制冷剂离开节能热换器导流入室外热换器，由环境空气中吸收热能，冷剂离开室外热换器并导流回到压缩机，即完成一个热泵循环。

附图说明

图1示出了使用冷却塔的传统分体式空调热泵系统。

图2是根据本发明的优选实施例的分体式空调热泵系统的示意图。

图3是根据本发明的优选实施例的分体式空调热泵系统的示意图，示出了制冷剂的流动路径。

具体实施方式

以下对优选实施例的详细描述是实施本发明的优选模式。描述不应以任何限制意义来理解。其出于说明本发明的一般原理的目的而呈现。

如图2至图3所示，是根据本发明的优选实施例的分体式空调热泵系统。大体来说，本发明分体式空调热泵系统可包括室内单元10、室外单元20和节能装置30。分体式空调热泵系统利用预定量的工作流体，例如预定量的制冷剂，用于在系统的各种组件中进行热交换。系统中的各部件可以通过多条连接管40连接。本发明的分体式空调热泵系统可以用于加热或冷却预定的室内空间。

室内单元10可包括室内壳体11和支撑于室内壳体11中的室内热换器12。室内壳体11具有室内进气口111和室内出气口112。此外，室内壳体11可具有室内制冷剂进口113和室内制冷剂内出口114。

室外单元20可包括室外壳体21、压缩机22、室外热换器23和风扇单元24。室外壳体21可具有室外进气口211和室外出气口212。压缩机22可以支撑于室外壳体21中，并且可具有压缩机出口221和压缩机进口222。室外壳体21还可以具有连接到室内制冷剂出口114的室外制冷剂进口213，以及连接的室内制冷剂进口113的室外制冷剂出口214，用于促进制冷剂在室内单元10和室外单元20之间的流动。

室外热换器23可以支撑于室外壳体21中并且通过至少一条连接管40连接到压缩机22。风扇单元24可以支撑于室外壳体21，用于吸入空气以在室外进气口211和室外出气口212之间流动。

节能装置30可包括节能热换器31，节能热换器31支撑于室内单元10的室内壳体11中，并通过连接管40分别连接到室内热换器12和室外热换器23。节能热换器31可位于室内进气口111和室内热换器12之间，使得空气自一室内空间在流到该室内热换器12之前先流经节能热换器31。

分体式空调热泵系统在空调模式和热泵模式之间选择性操作。在空调模式中，预定量的蒸汽制冷剂设置离开压缩机22并导流进入室外热换器23，用于释放热能到环境大气。制冷剂离开室外热换器23后导流入节能热换器31，用于由室内空间吸入的空气中吸收热能。制冷剂离开节能热换器31后可导流入室内热换器12，也是用于由室内空间吸入的空气中吸收热能。制冷剂离开室内热换器12可导流回到压缩机22，即完成一个空调循环。

当分体式空调热泵系统在热泵模式中，预定量的蒸汽制冷剂设置成离开压缩机22并导流进入室内热换器12，用于释放热能到室内空间。制冷剂离开室内热换器12后可导流入节能热换器31，用于进一步释放热能到室内空间的空气。制冷剂离开节能热换器31后可导流入室外热换器23，用于由环境空气中吸收热能。冷剂离开室外热换器23，并可导流回到压缩机22，即完成一个热泵循环。

根据本发明优选实施例，室内单元10可以位于待冷却或待加热的室内空间(例如起居室)中。来自室内空间的空气可以通过室内进气口111被吸入室内单元10，同时，冷却或加热的空气可以通过室内出气口112被输送到室内空间。室内进气口111和室内出气口112可以在室内壳体11的前侧构成。

另一方面，室外单元20可以定位在室外环境中(例如房屋外)，用于与环境空气进行热交换。室内单元10和室外单元20可以通过多条连接管40连接。

压缩机22可构造成对流过其中的制冷剂加压。它形成了典型空调循环或热泵循环的制冷剂循环的起点。压缩机22可以安装在室外壳体21中。

室外热换器23可具有第一通口231和第二通口232，并且可以设置成执行制冷剂与从室外进气口211吸入的环境空气之间的热交换。当分体式空调热泵系统在空调模式下操作时，室外热换器23可构设为冷凝器(即将制冷剂转化为液态)。反过来说，当分体式空调热泵系统在热泵模式下操作时，室外热换器23可构设为蒸发器(即将制冷剂转化为气态或蒸气状态)。第一通口231和第二通口232可以通过室外热换器23成为制冷剂的入口或出口。室外热换器23连接在压缩机22和节能装置30的节能热交换器3131之间。

室内热换器12可具有一第一连通口121和一第二连通口122，并且可以配置成在制冷剂和通过室内热换器12的空气之间进行热交换。当分体式空调热泵系统在空调模式下操作时，室内热换器12可构设为蒸发器(即将制冷剂转化为气态或蒸气状态)。反过来说，当分体式空调热泵系统在热泵模式下操作时，室外热换器12构设为冷凝器(即将制冷剂转化为液态)。室内热换器12可以连接在室外热换器23和节能装置30的节能热换器31之间。

室内热换器12可以在室内进气口111附近沿着室内壳体11的横向延伸。来自室内空间的空气可以被吸入室内壳体11中，并且可以被引导以顺序地通过节能热换器31和室内热换器12，以使与通过节能热换器31和室内热换器12的制冷剂进行热交换。已经通过室内热换器12和节能热换器31的空气可以引导通过室内出气口112重新输送回室内空间。室内进气口111可以位于室内出气口112的上方，如图2所示。

压缩机22、室内热换器12和室外热换器23在某些配置中通过连接管40布置和连接。图3中示出了一种示例性设置。

分体式空调热泵系统进一步包括连接于压缩机22，室外热换器23和室内热换器12之间的切换装置，用于改变制冷剂的流动路径。具体来说，切换装置25可具有第一至第四连接口251、252、253、254，并且可在空调切换模式和热泵切换模式之间切换。其中，在空调切换模式中，第一连接口251可连接到第二连接口252，让制冷剂可以由第一连接口251流到第二连接口252，而第三连接口253可连接到第四连接口254，让制冷剂可以由第三连接口253流到第四连接口254。

在热泵切换模式中，切换装置25可以切换，使第一连接口251可连接到第四连接口254，让制冷剂可以由第一连接口251流到第四连接口254，而第二连接口252可连接到第三连接口253，让制冷剂可以由第二连接口252流到第三连接口253。

如图3所示，第一连接口251可以连接到压缩机22的压缩机出口221。第二连接口252可以连接到室外热换器23的第二通口232。第三连接口253可以连接到压缩机22的压缩机进口222。第四连接口254可以连接到室内热换器12的第二连通口122。

室外热换器23的第一通口231可以通过各种部件并联连接到室内热换器12的第二连通口122。图3示出了一种示例性设置。为了清楚和易于说明，两个平行路径在图3中指定为路径1和路径2。“路径”指的是制冷剂的流动路径。

室外单元20进一步包括一第一单向阀261和一第二单向阀262，第一单向阀和第二单向阀设置于室外壳体21中，并分别连接于路径1和路径2。第一单向阀和第二单向阀261、262的设置可以是限制制冷剂在一个预定方向上的流动，而不是相反。在本发明的优选实施例中，第一单向阀261可以构设成允许制冷剂通过路径1由室外热换器23流向室内热换器12，而不是相反方向。第二单向阀262可以设置成允许制冷剂通过路径2由节能热换器31流向室外热换器23，而不是相反方向。

室外单元20还可包括第一过滤装置271和第二过滤装置272，第一过滤装置271和第二过滤装置272容纳在室外壳体21中并且分别与路径1中的第一单向阀261和路径2中的第二单向阀262串联连接。第一过滤装置271和第二过滤装置272可以配置成由流经的制冷剂中过滤从中通过不需要的物质。

室外单元20还可包括分别与路径1中的第一过滤装置271和路径2中的第二过滤装置272串联连接的第一膨胀阀281和第二膨胀阀282。第一膨胀阀281和第二膨胀阀282可以设置成控制和调节通过它们的制冷剂的流动。

总的来说，第一单向阀261、第一过滤装置271和第一膨胀阀281在路径1中串联连接，而第二单向阀262、第二过滤装置272和第二膨胀阀282在路径2中串联连接。然而，路径1和路径2并联连接，使得路径1和路径2中的每个中的每件组件与在其他路径中的组件是并联连接的。

如图3所示，节能装置30的节能热换器31可具有第一流体口311和第二流体口312。制冷剂可通过第一流体口311和第二流体口312进入和离开节能热换器31。第二流体口312可以通过路径1或路径2连接到室外热换器23的第一通口231。

室内单元10可进一步包括并联的二通阀13和流量调节器14，其中节能热换器31的第一流体口311可通过二通阀13和流量调节器14连接室内热换器12的第一连通口121。二通阀13和流量调节器14可以彼此并联连接。这种连接方式如图3所示。当分体式空调热泵系统处于空调模式时，节能热换器31可以设置为蒸发器。当分体式空调热泵系统处于热泵模式时，节能热换器31可以设置为冷凝器。

此外，二通阀13可以如下方式设：当分体式空调热泵系统处于空调模式时，二通阀13可以配置成允许制冷剂从中通过(即打开)。相反，当分体式空调热泵系统处于热泵模式时，二通阀13可以构设成基本上防止制冷剂通过(即关闭)。当二通阀13打开时，与流量调节器14所具有的流动阻力相比，它可以构设成对液态-气态制冷剂施加非常小的阻力。当二通阀13关闭时，与流量调节器14相比，它可以配置成对液态-气态制冷剂施加非常大的阻力。

本发明的操作可以描述如下：本发明分体式空调热泵系统涉及一种制冷剂流动循环，制冷剂可以流过上述部件以进行多个热交换过程。

当分体式空调热泵系统处于空调模式时，其设置为产生冷空气到室内空间。制冷剂的循环从压缩机22开始。过热或蒸汽制冷剂可布置成通过压缩机出口221离开压缩机22。切换装置25可以切换到空调切换模式。制冷剂离开压缩机22可以通过第一连接口251、第二连接口252，并通过第二通口232进入室外热换器23。然后，制冷剂可以与诸如环境空气的冷却剂进行热交换，以便将热能释放到环境空气中。环境空气可以通过室外出气口212排出室外壳体21。制冷剂可以在释放热能后转换成液-气态。

制冷剂然后可以引导通过第一通口231离开室外热换器23。制冷剂离开室外热换器23后可以被引导流过第一单向阀261、第一过滤装置271、以及连接在路径1上的第一膨胀阀281。此时，制冷剂可以通过第二单向阀262防止进入路径2。然后，制冷剂可以被引导通过第二流体口312进入节能热换器31，以从室内空间吸入的空气吸收热能。然后制冷剂可以通过第一流体口311离开节能热换器31。制冷剂离开节能热换器31后可以被引导流过二通阀13和流量调节器14。由于二通阀13是打开的(如上所述)，大部分的制冷剂可以流过二通阀13，而只有极少量的制冷剂可以流过流量调节器14。通过二通阀13的制冷剂可以被引导通过第一连通口121流入室内热换器12，以吸收从室内空间吸入的空气的热能。制冷剂可以转换回蒸汽或过热状态。然后制冷剂可以引导通过第二连通口122离开室内热换器12。然后制冷剂可以引导流过切换装置25的第四连接口254和第三连接口253，并最终通过压缩机进口222回流到压缩机22，即完成了空调模式的一个制冷剂循环。

在空调模式中，制冷剂可被引导以顺序地通过节能热换器31和室内热换器12，以与从室内空间吸入的空气进行热交换。因为使用了更多的热交换器，这大大增加了用于进行热交换的有效表面积。而且，这种设置也增加了制冷剂的温度。基本热力学研究表明，离开室内单元10的制冷剂的温度越高，压缩机22所承受的能量损失越低。

当分体式空调热泵系统处于热泵模式时，其设置为产生热空气到室内空间。制冷剂循环也可以从压缩机22开始。过热或蒸汽制冷剂可以布置成通过压缩机出口221离开压缩机22。切换装置25可以切换到热泵切换模式。离开压缩机22的制冷剂可以通过第一连接口251、第四连接口254，并通过第二连通口122进入室内热换器12。然后制冷剂可以与从室内进气口111抽入的空气进行热交换，以便将热能释放到室内空间中的空气中。被加热的空气可以通过室内出气口112排出室内壳体11。制冷剂可以在释放热能后转换成液态。

然后制冷剂可以引导通过第一连通口121离开室内热换器12。制冷剂离开室内热换器12后可以被引导流过流量调节器14并通过第一流体口311进入节能热换器31。当分体式空调热泵系统处于热泵模式时，二通阀13可以设定为关闭(如上所述)，使得制冷剂不能通过二通阀13。进入节能热换器31的制冷剂可以与从室内空间吸入的空气进行热交换，以便在空气通过室内热换器12之前预热空气。制冷剂离开节能热换器31后可以引导流过连接在路径2中的第二单向阀262、第二过滤装置272和第二膨胀阀282。此时，制冷剂可以通过第一单向阀261防止进入路径1。然后制冷剂可以引导通过第一通口231进入室外热换器23，以从环境大气的空气中吸收热能。制冷剂可转换回蒸汽状态，然后通过第二通口232离开室外热换器23。然后，制冷剂可以被引导流过切换装置25的第二连接口252和第三连接口253，并最终通过压缩机进口222流回到压缩机22，即完成了热泵模式的一个制冷剂循环。

在热泵模式中，制冷剂离开室内热换器12后可以引导进入节能热换器31，以预热从室内空间吸入的空气。制冷剂可以进一步被来自室内空间的空气冷却。结果，来自室内空间的空气可以经历两次热交换过程，从而在两个过程中从制冷剂吸收热能。注意的是，对于这些热交换过程，与如图1所示的传统热泵循环相比，在压缩机22完成的工作保持不变的同时，对室内空间能产生更多的热能。

另一方面，到达室外热换器23的制冷剂的温度是高于如图1中所示的传统热泵循环的温度。这提高了制冷剂和环境空气之间的热交换过程的效率。

尽管根据优选实施例和若干替代方案示出和描述了本发明，但本发明不限于本说明书中包含的特定描述。其他的替代或等效部件也可以用于实施本发明。