本发明涉及空调热泵技术领域，具体说是涉及一种适用于大温差的三压力高效风冷热泵机组。
背景技术：
面对能源短缺和环境污染问题的日益突出，开发高效节能、舒适性好、安全可靠的空调热泵装置已成为空调行业可持续快速发展的关键。常规空气源热泵装置以空气作为冷热源，结构简单，安装使用方便，可以充分利用空气中的能源，是一种高效、节能的空调设备。但在夏季室外气温过高时，空气源热泵装置的冷凝压力过高、压缩机压缩比过大、排气温度过高，其制冷能力和能效比急剧下降，甚至可能导致压缩机经常保护性停机；同样在冬季室外气温过低时，空气源热泵装置的蒸发温度过低、蒸发器表面结霜严重、压缩机压缩比过大、排气温度过高，其制热能力和能效比急剧下降，若采用传统的反向融霜方式时，具有融霜时间较长、效果较差等缺点，甚至可能导致装置不能正常运行。总之，当室外温度过高或过低时，常规空气源热泵存在的上述突出问题，严重影响了空气源热泵的推广及应用。
针对常规空气源热泵装置存在的不足，目前常用的解决方案有三种：一种采用传统的辅助电加热器方式，但效率较低，运行成本较高，几乎已经淘汰。另两种方案分别采用两级压缩式制冷/制热循环方式和复叠式制冷/制热循环方式，一定程度解决了空气源热泵高温工况制冷或低温工况制热时压缩机压缩比过大、排气温度过高的问题，提高了机组制冷能力或制热能力以及能效比，但该两种方案中也存在如下问题：首先是制冷剂流动方向冬夏一般不能切换，只能解决单一高温制冷工作模式下制冷性能或单一低温制热工作模式下制热性能，不能解决空气源热泵冬夏两种工作模式下的系统性能；其次是两级压缩式循环和复叠式循环随用户负荷变化时能量调节范围较小，当负荷降低时，系统能量调节过程中能量消耗的减少量较小，而系统能效比下降明显；最后是两级压缩式循环和复叠式循环的蒸发器表面出现严重结霜时，如何高效的融霜成了一个亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种适用于大温差的三压力高效风冷热泵机组，以解决现有空气源热泵在高温工况制冷和低温工况制热时压缩机压缩比过大、排气温度过高、系统制冷量/制热量和能效比急剧下降等突出技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种适用于大温差的三压力高效风冷热泵机组，包括主路压缩机、主路油分离器、四通换向阀、室外侧换热器、室外侧风机、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第四单向阀、第五单向阀、第六单向阀、再冷器、干燥过滤器、观察镜、第一膨胀阀、中压气液分离器、第二膨胀阀、室内侧换热器、低压气液分离器、蒸发压力调节器、辅路压缩机、辅路油分离器以及连接管道；所述主路压缩机的排气口通过主路油分离器与第五单向阀的进口相连接，第五单向阀的出口和第六单向阀的出口通过管道汇合后与四通换向阀相连，四通换向阀通过连接管路分别与室外侧换热器、室内侧换热器、低压气液分离器的接口相连接，低压气液分离器的另一接口与主路压缩机的吸气口相连接，室外侧换热器的另一接口与第一单向阀的进口和第二单向阀的出口相连接，第一单向阀的出口与第四单向阀的出口汇合后，再与再冷器的主路进口相连接，再冷器的主路出口与中压气液分离器的进口相连接、二者之间的连接管道上依次设有干燥过滤器、观察镜和第一膨胀阀；所述中压气液分离器的两个出口分别与再冷器的辅路进口、第二膨胀阀的进口相连接；所述第二膨胀阀的出口与第二单向阀的进口和第三单向阀的进口相连接、三者之间的连接管道形成一个t字型三通管道，第三单向阀的出口和第四单向阀的进口通过连接管道汇合后与室内侧换热器的另一接口相连接；所述再冷器的辅路出口通过蒸发压力调节器后与辅路压缩机的吸气口相连接，辅路压缩机的排气口通过辅路油分离器后与第六单向阀的进口相连接；各部件之间均通过连接管道相连。
本发明所述的主路压缩机和辅路压缩机为定频涡旋式压缩机、定频滚动转子式压缩机、变频涡旋式压缩机、变频滚动转子式压缩机中的任意一种形式。所述的室内侧换热器为风冷式换热器、水冷式换热器中的任意一种结构形式。所述的室外侧换热器为翅片管式换热器、层叠式换热器、平行流式换热器中的任意一种结构形式。所述的室外侧风机为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。所述的第一膨胀阀和第二膨胀阀为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式。所述的蒸发压力调节器为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器、比例积分微分调节器中的任意一种调节器形式。所述再冷器为板式换热器、套管换热器、闪发器中的任意一种结构形式。
本发明的有益效果如下：
本发明提供一种适用于大温差的三压力高效风冷热泵机组，其构思新颖，机组设计优化巧妙，具有以下主要优点：
（1）通过一个四通换向阀和六个单向阀的巧妙切换组合，该风冷热泵机组既能解决夏季高温制冷工作模式下冷凝压力过高、压缩机压缩比过大、排气温度过高、制冷能力和能效比急剧下降的突出问题，又能解决冬季低温制热工作模式下蒸发温度过低、蒸发器表面结霜严重、压缩机压缩比过大、排气温度过高、制热能力和能效比急剧下降的突出问题，拓宽了风冷热泵的应用领域。
（2）通过辅路压缩机和蒸发压力调节器的辅助调节，该风冷热泵机组的制冷量或制热量可以随用户负荷的变化而迅速变化，且能量调节范围较宽,同时还可以实现高效快速融霜，提高了风冷热泵全年运行的可靠性、稳定性和经济性。
本发明的一种适用于大温差的三压力高效风冷热泵机组可以广泛应用于民用建筑、公共建筑、别墅建筑等所有可以采用空气源热泵的场所。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为单级压缩制冷工作模式流程图。
图3为三压力制冷工作模式流程图。
图4为单级压缩制热工作模式流程图。
图5为三压力制热工作模式流程图。
图6为室内无冷感快速融霜工作模式流程图。
图7为三压力快速融霜工作模式流程图。
图中序号：1是主路压缩机、2是主路油分离器、3是四通换向阀、4-1是室外侧换热器、4-2是室外侧风机、5-1是第一单向阀、5-2是第二单向阀、5-3是第三单向阀、5-4是第四单向阀、5-5是第五单向阀、5-6是第六单向阀、6是再冷器、7是干燥过滤器、8是观察镜、9是第一膨胀阀、10是中压气液分离器、11是第二膨胀阀、12是室内侧换热器、13是低压气液分离器、14是蒸发压力调节器、15是辅路压缩机、16是辅路油分离器。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例（附图）做进一步描述，但并不限制本发明。
实施例1
如图1所示，本发明提供一种适用于大温差的三压力高效风冷热泵机组，其特征在于：该装置由主路压缩机1、主路油分离器2、四通换向阀3、室外侧换热器4-1、室外侧风机4-2、第一单向阀5-1、第二单向阀5-2、第三单向阀5-3、第四单向阀5-4、第五单向阀5-5、第六单向阀5-6、再冷器6、干燥过滤器7、观察镜8、第一膨胀阀9、中压气液分离器10、第二膨胀阀11、室内侧换热器12、低压气液分离器13、蒸发压力调节器14、辅路压缩机15、辅路油分离器16以及连接管道组成。其中所述主路压缩机1的排气口通过主路油分离器2与第五单向阀5-5的进口相连接，第五单向阀5-5的出口与第六单向阀5-6的出口相连接，二者混合后的出气口通过四通换向阀3以及相应连接管路分别与室外侧换热器4-1、室内侧换热器12、低压气液分离器13相应接口相连接；所述低压气液分离器13的另一接口与主路压缩机1的吸气口相连接；所述室外侧换热器4-1的另一接口与第一单向阀5-1的进口和第二单向阀5-2的出口相连接，第一单向阀5-1的出口与第四单向阀5-4的出口和再冷器6的主路进口相连接，再冷器6的主路出口通过干燥过滤器7、观察镜8、第一膨胀阀9与中压气液分离器10的进口相连接；所述中压气液分离器10的两个出口分别与再冷器6的辅路进口、第二膨胀阀11的进口相连接；所述第二膨胀阀11的出口与第二单向阀5-2的进口和第三单向阀5-3的进口相连接，第三单向阀5-3的出口和第四单向阀5-4的进口与室内侧换热器12的另一接口相连接；所述再冷器6的辅路出口通过蒸发压力调节器14与辅路压缩机15的吸气口相连接，辅路压缩机15的排气口通过辅路油分离器16与第六单向阀5-6的进口相连接。
本发明所述的主路压缩机1和辅路压缩机15为定频涡旋式压缩机；所述的室内侧换热器12为风冷式换热器；所述的室外侧换热器4-1为翅片管式换热器；所述的室外侧风机4-2为变频风机、定频风机、调挡风机中的任意一种形式。所述的第一膨胀阀9和第二膨胀阀11为手动膨胀阀、阻流式膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀中的任意一种节流机构形式。所述的蒸发压力调节器14为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器、比例积分调节器、比例微分调节器、比例积分微分调节器中的任意一种调节器形式。所述再冷器6为板式换热器、套管换热器、闪发器中的任意一种结构形式。其他结构与实施例1相同。
实施例2
本发明所述的主路压缩机1为定频涡旋式压缩机，辅路压缩机15为定频滚动转子式压缩机；所述的室内侧换热器12为风冷式换热器；所述的室外侧换热器4-1为翅片管式换热器；所述的室外侧风机4-2为变频风机；所述的第一膨胀阀9为手动膨胀阀，第二膨胀阀11为阻流式膨胀阀；所述的蒸发压力调节器14为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例调节器；所述再冷器6为板式换热器。其他结构与实施例1相同。
实施例3
本发明所述的主路压缩机1为定频滚动转子式压缩机，辅路压缩机15为定频涡旋式压缩机；所述的室内侧换热器12为风冷式换热器；所述的室外侧换热器4-1为层叠式换热器；所述的室外侧风机4-2为变频风机；所述的第一膨胀阀9为浮球式膨胀阀，第二膨胀阀11为阻流式膨胀阀；所述的蒸发压力调节器14为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例积分调节器；所述再冷器6为套管换热器。其他结构与实施例1相同。
实施例4
本发明所述的主路压缩机1和辅路压缩机15为变频涡旋式压缩机；所述的室内侧换热器12为水冷式换热器；所述的室外侧换热器4-1为层叠式换热器；所述的室外侧风机4-2为调挡风机；所述的第一膨胀阀9为热力膨胀阀，第二膨胀阀11为电子膨胀阀；所述的蒸发压力调节器14为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例微分调节器；所述再冷器6为板式换热器。其他结构与实施例1相同。
实施例5
本发明所述的主路压缩机1为变频涡旋式压缩机，辅路压缩机15为变频滚动转子式压缩机；所述的室内侧换热器12为风冷式换热器；所述的室外侧换热器4-1为层叠式换热器；所述的室外侧风机4-2为变频风机；所述的第一膨胀阀9为手动膨胀阀，第二膨胀阀11为浮球式膨胀阀；所述的蒸发压力调节器14为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例微分调节器；所述再冷器6为闪发器。其他结构与实施例1相同。
实施例6
本发明所述的主路压缩机1为变频滚动转子式压缩机，辅路压缩机15为定频滚动转子式压缩机；所述的室内侧换热器12为风冷式换热器；所述的室外侧换热器4-1为翅片管式换热器；所述的室外侧风机4-2为变频风机；所述的第一膨胀阀9为手动膨胀阀，第二膨胀阀11为热力膨胀阀；所述的蒸发压力调节器14为一种受阀前压力（即蒸发压力）控制的比例积分微分调节器中；所述再冷器6为套管换热器。其他结构与实施例1相同。
本发明通过一个四通换向阀和六个单向阀的巧妙切换组合，以及辅路压缩机和蒸发压力调节器的辅助优化调节，该风冷热泵机组可实现六种工作模式：
（1）单级压缩制冷工作模式
图2为单级压缩制冷工作模式流程图，当夏季室外空气温度大约位于30℃~45℃之间时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、室外侧风机4-2、室内侧换热器12匹配安装的泵或风机启动，辅路压缩机15关闭。系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第五单向阀5-5进入四通换向阀3的排气进口，经四通换向阀3切换后，进入室外侧换热器4-1释放热量加热经室外侧风机4-2引入的室外空气，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后依次通过第一单向阀5-1、再冷器6、干燥过滤器7、观察镜8进入第一膨胀阀9，经过第一膨胀阀9的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器10进行气液分离，然后中压气液分离器10下部的液态制冷剂再经过第二膨胀阀11的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第三单向阀5-3进入室内侧换热器12吸收泵或风机引入的载冷剂热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经四通换向阀3的切换后，进入低压气液分离器13进行气液分离，分离后的低压气态制冷剂进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。
（2）三压力制冷工作模式
图3为三压力制冷工作模式流程图，当夏季室外空气温度大约位于46℃~55℃之间时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、辅路压缩机15、室外侧风机4-2、室内侧换热器12匹配安装的泵或风机均启动。系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第五单向阀5-5，与通过第六单向阀5-6的高温高压气态制冷剂混合，然后进入四通换向阀3的排气进口，经四通换向阀3切换后，进入室外侧换热器4-1释放热量加热经室外侧风机4-2引入的室外空气，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后通过第一单向阀5-1进入再冷器6的主路侧释放热量加热经再冷器6辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器7、观察镜8进入第一膨胀阀9，经过第一膨胀阀9的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器10进行气液分离后分为两路，其中一路为分离出的中压中温的饱和液态制冷剂，经中压气液分离器10下部排出，然后再经过第二膨胀阀11的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第三单向阀5-3进入室内侧换热器12吸收泵或风机引入的载冷剂热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经四通换向阀3的切换后，进入低压气液分离器13进行气液分离，分离后的低压气态制冷剂进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环；另一路为分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器10上部排出，进入再冷器6的辅路侧吸收经再冷器6主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为中压过热的气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器14节流调压变为低压过热的气体制冷剂，然后进入辅路压缩机15的吸气口，最后经过辅路压缩机15压缩排出高温高压气态制冷剂，再依次通过辅路油分离器16、第六单向阀5-6，开始进入下一循环。
（3）单级压缩制热工作模式
图4为单级压缩制热工作模式流程图，当冬季室外空气温度大约位于-5℃~15℃之间时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、室外侧风机4-2、室内侧换热器12匹配安装的泵或风机启动，辅路压缩机15关闭。系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂通过主路油分离器2、第五单向阀5-5进入四通换向阀3的排气进口，经四通换向阀3切换后，进入室内侧换热器12释放热量加热经泵或风机引入的载冷剂，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后依次通过第四单向阀5-4、再冷器6、干燥过滤器7、观察镜8进入第一膨胀阀9，经过第一膨胀阀9的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器10进行气液分离，然后中压气液分离器10下部的液态制冷剂再经过第二膨胀阀11的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第二单向阀5-2进入室外侧换热器4-1吸收经室外侧风机4-2引入的室外空气热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经四通换向阀3的切换后，进入低压气液分离器13进行气液分离，分离后的低压气态制冷剂进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环。
（4）三压力制热工作模式
图5为三压力制热工作模式流程图，当冬季室外空气温度大约位于-20℃~-6℃之间时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、辅路压缩机15、室外侧风机4-2、室内侧换热器12匹配安装的泵或风机均启动。系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第五单向阀5-5，与通过第六单向阀5-6的高温高压气态制冷剂混合，然后进入四通换向阀3的排气进口，经四通换向阀3切换后，进入室内侧换热器12释放热量加热经泵或风机引入的载冷剂，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后通过第四单向阀5-4进入再冷器6的主路侧释放热量加热经再冷器6辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器7、观察镜8进入第一膨胀阀9，经过第一膨胀阀9的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器10进行气液分离后分为两路，其中一路为分离出的中压中温的饱和液态制冷剂，经中压气液分离器10下部排出，然后再经过第二膨胀阀11的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第二单向阀5-2进入室外侧换热器4-1吸收经室外侧风机4-2引入的室外空气热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经四通换向阀3的切换后，进入低压气液分离器13进行气液分离，分离后的低压气态制冷剂进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环；另一路为分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器10上部排出，进入再冷器6的辅路侧吸收经再冷器6主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为中压过热的气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器14节流调压后变为低压过热的气体制冷剂，然后进入辅路压缩机15的吸气口，最后经过辅路压缩机15压缩排出高温高压气态制冷剂，再依次通过辅路油分离器16、第六单向阀5-6，开始进入下一循环。
（5）室内无冷感快速融霜工作模式
图6为室内无冷感快速融霜工作模式流程图，当冬季室外空气湿度比较大、室外侧换热器4-1结霜比较严重时，可采用此工作模式。此时辅路压缩机15启动，主路压缩机1、室外侧风机4-2、室内侧换热器12匹配安装的泵或风机关闭。系统的工作流程：辅路压缩机15排出的高温高压气态制冷剂依次通过辅路油分离器2、第六单向阀5-6进入四通换向阀3的排气进口，经四通换向阀3切换后，进入室外侧换热器4-1释放热量加热换热器外表面的冰霜，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后通过第一单向阀5-1进入再冷器6的主路侧释放热量加热经再冷器6辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器7、观察镜8进入第一膨胀阀9，经过第一膨胀阀9的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器10进行气液分离，分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器10上部排出，进入再冷器6的辅路侧吸收经再冷器6主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为过热气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器14节流调压变为低压过热的气体制冷剂，然后进入辅路压缩机15的吸气口，最后经过辅路压缩机15压缩排出高温高压气态制冷剂，再依次通过辅路油分离器16、第六单向阀5-6，开始进入下一循环。
（6）三压力快速融霜工作模式
图7为三压力快速融霜工作模式流程图，当冬季室外空气湿度非常大、室外侧换热器4-1结霜非常严重时，可采用此工作模式。此时主路压缩机1、辅路压缩机15启动，室外侧风机4-2、室内侧换热器12匹配安装的泵或风机关闭。系统的工作流程：主路压缩机1排出的高温高压气态制冷剂依次通过主路油分离器2、第五单向阀5-5，与通过第六单向阀5-6的高温高压气态制冷剂混合，然后进入四通换向阀3的排气进口，经四通换向阀3切换后，进入室外侧换热器4-1释放热量加热换热器外表面的冰霜，冷凝为过冷或饱和液态制冷剂，然后通过第一单向阀5-1进入再冷器6的主路侧释放热量加热经再冷器6辅路侧的中压中温的饱和气态制冷剂，进一步过冷变为过冷度较大的液态制冷剂，再依次通过干燥过滤器7、观察镜8进入第一膨胀阀9，经过第一膨胀阀9的节流调节后变为中温中压的气液两相制冷剂，进入中压气液分离器10进行气液分离后分为两路，其中一路为分离出的中压中温的饱和液态制冷剂，经中压气液分离器10下部排出，然后再经过第二膨胀阀11的节流调节后变为低温低压的气液两相制冷剂，通过第三单向阀5-3进入室内侧换热器12吸收室内侧载冷剂热量，蒸发变为低压的过热制冷剂蒸汽，然后经四通换向阀3的切换后，进入低压气液分离器13进行气液分离，分离后的低压气态制冷剂进入主路压缩机1的吸气口，经过主路压缩机1的压缩后，排出高温高压气态制冷剂，开始进入下一循环；另一路为分离出的中压中温的饱和气态制冷剂，经中压气液分离器10上部排出，进入再冷器6的辅路侧吸收经再冷器6主路侧的过冷或饱和液态制冷剂热量，变为过热气态制冷剂，再经过蒸发压力调节器14节流调压后变为低压过热的气体制冷剂，然后进入辅路压缩机15的吸气口，最后经过辅路压缩机15压缩排出高温高压气态制冷剂，再依次通过辅路油分离器16、第六单向阀5-6，开始进入下一循环。