一种空气源冷热水热泵系统的制作方法

本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种空气源冷热水热泵系统。

背景技术：

参照图1和图2，现有空气源冷热水热泵系统中，由于室外换热器01为风冷翅片式换热器，室内换热器02为冷媒水换热器，因此室内换热器02的换热系数远大于室外换热器01的换热系数，为了节省成本，通常会把换热系数大的室内换热器02设计成较小的换热面积，这就会导致两个换热器的容积相差较大，在制冷、制热时发挥最优性能所需的冷媒量也就不一样，然而，由于系统中的气液分离器03在系统制热工况下不具备储液功能，不能存储制热工况下多余出来的冷媒，因此通常会通过增加储液器04的方式来平衡冷媒需求量不一样的问题，但此举弊端明显，会导致系统的投入成本过高；

另外，现有的空气源冷热水热泵系统多为通过膨胀阀05的开度来控制压缩机06的排气过热度，然而，在系统制热工况下当室外换热器01开始结霜时，冷媒在室外换热器01处的蒸发率降低，导致进入气液分离器03的液态冷媒量增多，由于气液分离器03在系统制热工况下不具备储液功能，因此过多的液态冷媒会被压缩机06吸入而引起压缩机的排气过热度降低，此时，膨胀阀05的开度会相应减小，致使蒸发压力降低，进而造成室外换热器结霜恶化，导致系统的制热能力加速衰减。

技术实现要素：

本发明的实施例提供一种空气源冷热水热泵系统，可解决现有空气源冷热水热泵系统投入成本过高、以及当室外换热器结霜时系统的制热能力加速衰减的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种空气源冷热水热泵系统，包括压缩机、室内换热器、室外换热器、气液分离器以及四通阀，所述压缩机、所述室内换热器、所述室外换热器、所述气液分离器均与所述四通阀连接，所述室内换热器与所述室外换热器连接，所述气液分离器包括密闭的壳体，所述壳体上设有进入管和排出管，所述进入管与所述四通阀连接，所述排出管与所述压缩机连接，所述排出管位于所述壳体内、且靠近所述壳体底部的管段上开设有回油孔，从所述进入管进入所述壳体内的待分离物包括气体和液体，所述气体由所述排出管位于所述壳体内的一端进入所述排出管，并由所述排出管位于所述壳体外的一端排出，所述液体下落至所述壳体底部由所述回油孔进入所述排出管，并由所述排出管位于所述壳体外的一端排出；在系统制热工况下，当下落至所述壳体底部的所述液体的液面低于所述回油孔时，以及当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差小于预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量小于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量；当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量等于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量。

本发明实施例提供的空气源冷热水热泵系统，由于在系统制热工况下，当下落至所述壳体底部的所述液体的液面低于所述回油孔时，以及当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差小于预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量小于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从所述壳体内排出的液体量小于单位时间内进入所述壳体的液体量，从而使液面逐渐上升；当所述液面高于所述回油孔、且与所述回油孔的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量等于单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从所述壳体内排出的液体量等于单位时间内进入所述壳体的液体量，从而使液面与回油孔的高度差始终等于所述预设值，进而使系统中的气液分离器在系统制热工况下具备了储液的功能，也就是说，系统中的气液分离器能够存储系统制热工况下多余出来的冷媒，因此无需在系统中增加储液器，从而减小了成本的投入，进而解决了空气源冷热水热泵系统投入成本过高的问题；

另外，在系统制热工况下当室外换热器开始结霜时，由于进入气液分离器的液态冷媒量增多，即单位时间内进入所述壳体的所述待分离物中含有的所述液体的质量大于单位时间内流过回油孔的所述液体的质量，因此液面会逐渐上升，此时，过量的液态冷媒会被存储于气液分离器中，随着液面的上升，单位时间内流过所述回油孔的所述液体的质量也会慢慢增加，即进入压缩机的液态冷媒量会慢慢增加，最终单位时间内从所述壳体内排出的液体量会与单位时间内进入所述壳体的液体量达到平衡。在此过程中，进入压缩机的液态冷媒量不会过多，从而避免了压缩机的排气过热度过低导致的膨胀阀开度过小的问题，进而缓解了室外换热器结霜恶化导致的系统制热能力加速衰减的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为现有技术中空气源冷热水热泵系统的示意图之一；

图2为现有技术中空气源冷热水热泵系统的示意图之二；

图3为本发明实施例空气源冷热水热泵系统的示意图；

图4为图3中气液分离器的结构示意图之一；

图5为图3中气液分离器的结构示意图之二；

图6为图3气液分离器中排出管的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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发明中的具体含义。

参照图3至图5，本发明实施例空气源冷热水热泵系统包括压缩机1、室内换热器2、室外换热器3、气液分离器4以及四通阀5，压缩机1、室内换热器2、室外换热器3、气液分离器4均与四通阀5连接，室内换热器2与室外换热器3连接，气液分离器4包括密闭的壳体41，壳体41上设有进入管42和排出管43，进入管42与四通阀5连接，排出管43与压缩机1连接，排出管43位于壳体41内、且靠近壳体41底部的管段上开设有回油孔44，从进入管42进入壳体41内的待分离物包括气体和液体，所述气体由排出管43位于壳体41内的一端进入排出管43，并由排出管43位于壳体41外的一端排出，所述液体下落至壳体41底部由回油孔44进入排出管43，并由排出管43位于壳体41外的一端排出；在系统制热工况下，当下落至壳体41底部的所述液体的液面45低于回油孔44时，以及当液面45高于回油孔44、且与回油孔44的高度差小于预设值时，单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量小于单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量；当液面45高于回油孔44、且与回油孔44的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量等于单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量。

本发明实施例提供的空气源冷热水热泵系统，由于在系统制热工况下，当下落至壳体41底部的所述液体的液面45低于回油孔44时，以及当液面45高于回油孔44、且与回油孔44的高度差小于预设值时，单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量小于单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从壳体41内排出的液体量小于单位时间内进入壳体41的液体量，从而使液面45逐渐上升；当液面45高于回油孔44、且与回油孔44的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量等于单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即单位时间内从壳体41内排出的液体量等于单位时间内进入壳体41的液体量，从而使液面45与回油孔44的高度差始终等于所述预设值，进而使系统中的气液分离器4在系统制热工况下具备了储液的功能，也就是说，系统中的气液分离器4能够存储系统制热工况下多余出来的冷媒，因此无需在系统中增加储液器，从而减小了成本的投入，进而解决了空气源冷热水热泵系统投入成本过高的问题；

另外，在系统制热工况下当室外换热器3开始结霜时，由于进入气液分离器4的液态冷媒量增多，即单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量大于单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量，因此液面45会逐渐上升，此时，过量的液态冷媒会被存储于气液分离器4中，随着液面45的上升，单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量也会慢慢增加，即进入压缩机1的液态冷媒量会慢慢增加，最终单位时间内从壳体41内排出的液体量会与单位时间内进入壳体41的液体量达到平衡。在此过程中，进入压缩机1的液态冷媒量不会过多，从而避免了压缩机1的排气过热度过低导致的膨胀阀6开度过小的问题，进而缓解了室外换热器3结霜恶化导致的系统制热能力加速衰减的问题。

需要说明的是，由于在系统从化霜工况切换至制热工况的瞬间，单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量相比制热工况下更多，因此，在该瞬间单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量必然小于单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量，即在该瞬间系统中的气液分离器4仍然具备气液分离的功能。

设排出管43位于壳体41内的一端处的压力为P₀，回油孔44处的管外压力为P₁，回油孔44处的管内压力为P₂，排出管43位于壳体41内的一端与回油孔44之间的管段造成的压力损失为ΔP，回油孔44处液体的质量流率为G，进入管42处待分离物中液体的质量流率为X，回油孔44的流量系数为α，回油孔44的面积为Α，所述液体的密度为ρ_液，所述气体的密度为ρ_气，重力加速度为g，所述预设值为h，所述气体在排出管43位于壳体41内的一端的流速为u_气，排出管43的管内摩擦系数为λ，排出管43位于壳体41内的一端与回油孔44之间的直管长度为L，排出管43位于壳体41内的一端与回油孔44之间的直管内径为d，所述气体在排出管43位于壳体41内的一端缩口流动造成的损失为ξ₁，排出管43位于壳体41内的一端与回油孔44之间的弯管造成的损失为ξ₂；

回油孔44处的管外压力P₁：

P₁＝P₀+ρ_液gh

回油孔44处的管内压力P₂：

P₂＝P₀-ΔP

式中，

回油孔44处的管内、管外压力差：

P₁-P₂＝ΔP+ρ_液gh

所述液体通过回油孔44流入排出管43按照小孔节流装置考虑，回油孔44处液体的质量流率：

只要G＝X，即上述参数满足以下条件：

即可在系统制热工况下，当下落至壳体41底部的所述液体的液面45低于回油孔44时，以及当液面45高于回油孔44、且与回油孔44的高度差小于预设值时，单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量小于单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量；当液面45高于回油孔44、且与回油孔44的高度差达到所述预设值时，单位时间内流过回油孔44的所述液体的质量等于单位时间内进入壳体41的所述待分离物中含有的所述液体的质量，因此，可调节所述气液分离器4的各项参数以满足该条件，即可使气液分离器4在系统制热工况下具备储液功能。

优选的，X为7～70kg/h，α为0.15～0.3，Α为0.785～2.5434mm²，ρ_液为700～1300kg/m³，h为100～500mm，ρ_气为10～250kg/m³，u_气为5～50m/s，λ为0.027～64，L为50～400mm，d为12.7～25.4mm，ξ₁为0.45～0.7，ξ₂为0.1～0.7。

通过上述计算公式可得到，在确定了系统制热工况下需要存储的冷媒量(即所述预设值h)后，通过回油孔44的回液量(即回油孔44处液体的质量流率G)只与回油孔44的面积Α、排出管43位于壳体41内的一端与回油孔44之间的直管内径d以及所述气体在排出管43位于壳体41内的一端缩口流动造成的损失ξ₁相关。

通常系统在制热工况下，从进入管42进入壳体41内的冷媒干度在80％～98％之间，含液量很少，即进入管42处待分离物中液体的质量流率X很小，为了使G＝X，可减小回油孔44的面积Α、增大排出管43位于壳体41内的一端与回油孔44之间的直管内径d、减小所述气体在排出管43位于壳体41内的一端缩口流动造成的损失ξ₁。

在本发明的第一种实施例中，通过减小回油孔44的面积Α使得G＝X，参照图6，本实施例中回油孔44为圆孔，可通过减小回油孔44的直径来减小回油孔44的面积Α，但回油孔44的直径过小会导致工艺难度过大，因此，本实施例中优选回油孔44的直径为1.0～1.8mm，由此不仅可使气液分离器4具备储液功能，还能避免工艺难度过大的问题。

在本发明的第二种实施例中，通过增大排出管43位于壳体41内的一端与回油孔44之间的直管内径d使得G＝X，参照图6，本实施例中排出管43包括第一管段431和与第一管段431连接的第二管段432，回油孔44开设于第一管段431上，所述气体由第二管段432的顶端进入第二管段432，第二管段432为第二直管，所述第二直管的内径大于第一管段431的内径，第一管段431优选外径为12.7～22.2mm的铜管，以方便与热泵系统中的压缩机1连接，所述第二直管优选外径为15.88～25.4mm的铜管，以保证G＝X。

在本发明的第三种实施例中，通过减小所述气体在排出管43位于壳体41内的一端缩口流动造成的损失ξ₁使得G＝X，参照图6，本实施例中排出管43包括直管，所述气体由所述直管的顶端进入所述直管，所述直管顶端的端面433相对于所述直管的延伸方向倾斜，且倾斜角度为30～60°，由此，一方面可增大所述直管顶端的入口面积，从而减小了气体在所述直管顶端缩口流动造成的损失，另一方面可避免所述直管顶端的端面433过于倾斜，从而保证了气液分离器4对所述气体和所述液体的分离效果。

参照图6，本实施例中第一管段431包括与所述第二直管连接的第一直管4311，第一直管4311靠近所述第二直管的一端设有扩大口4312，所述第二直管的一端配合设置于扩大口4312内，由此可避免使用额外的连接结构，从而节省了成本；此外，第一直管4311能够通过夹具(图中未示出)夹紧，从而保证了在第一直管4311上设置扩大口4312的工艺能够实现。

设所述第二直管的长度为a，a/L过大会使第一直管4311过短，进而导致夹具对第一直管4311的夹紧效果降低，a/L过小则会使第二直管过短，进而导致G≠X，因此，本实施例中优选a与L满足以下条件：30％≤a/L≤80％。

进一步的，参照图3，室内换热器2和室外换热器3的连接管路上设有膨胀阀6，还包括控制单元，所述控制单元包括：感应器(图中未示出)，所述感应器用于在系统制热工况下检测膨胀阀6与室内换热器2之间的管路中制冷剂的过冷度；控制器(图中未示出)，所述控制器分别与所述感应器和膨胀阀6连接，当所述感应器检测到所述过冷度高于预设范围时，所述控制器控制膨胀阀6的开度增大，当所述感应器检测到所述过冷度低于预设范围时，所述控制器控制膨胀阀6的开度减小；由于在系统制热工况下当室外换热器3开始结霜时，膨胀阀6与室内换热器2之间的管路中制冷剂的过冷度不会超出所述预设范围，因此所述控制器不会控制膨胀阀6的开度增大或减小，从而避免了膨胀阀6关小引起的室外换热器3结霜恶化的问题，进而保证了当室外换热器3结霜时系统的制热能力不会衰减，即提升了系统的制热能力。

具体的，所述感应器包括与所述控制器连接的压力传感器(图中未示出)和温度传感器(图中未示出)，所述压力传感器用于检测压缩机1的排气压力，所述温度传感器用于检测膨胀阀6与室内换热器2之间的管路中制冷剂的实际温度，例如，可以检测液侧截止阀7处的温度，所述控制器即可通过所述排气压力对应的饱和温度与所述实际温度计算出所述过冷度。

所述预设范围优选为3～8K，由此可在系统运行时使所述过冷度适中，从而避免了系统能效降低的问题。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。