适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置及热泵的制作方法

本实用新型涉及节能供热技术领域，尤其是涉及一种适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置及热泵。

背景技术：

现有的空气源热泵主要由压缩机、冷凝器、节流装置、蒸发器等部件组成，在制备热水或者是供暖时，压缩机、蒸发器及节流装置等部件一般安装在室外，由蒸发器直接吸收室外空气的热量，热泵蒸发器侧的入口空气温度为室外局部环境的温度。由于室外气候在一年中变化很大，使热泵的工况调节复杂化，特别是在冬季寒冷时，进入热泵蒸发器侧的入口空气的温度较低，会影响到热泵的效率，针对上述问题，通过在蒸发器的输入口与冷凝器的输出口之间设置膨胀节流装置，以减小进入蒸发器的制冷剂的压力，从而便于制冷剂蒸发吸热，从而实现系统稳定运行。

参见图1所示，图1为现有技术提供的膨胀节流装置的结构示意图；现有技术的膨胀节流装置包括相并列连接的第一支路和第二支路，其中第一支路包括依次相连接的第一毛细管12’和第一阀门11’，第二支路包括依次相连接的第二毛细管22’和第二阀门21’，且第一毛细管的长度比第二毛细管的长度长。夏天高温季节，第二阀门闭合，第一阀门断开，较短的第二毛细管为进入蒸发器的制冷剂节流降压；冬天低温季节，第一阀门闭合，第二阀门断开，较长的第一毛细管为进入蒸发器的制冷剂节流降压。

但是，由于第一毛细管和第二毛细管的长度是固定不可变的，上述膨胀节流装置只能根据夏天或者冬天来调节节流降压的程度，不能对节流降压的程度实现大温度范围内的调节，使得热泵依然存在系统低效率并且节能效果不显著的问题。

因此，本申请针对上述问题提供一种适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置及热泵。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置，以解决现有技术中存在的膨胀节流装置不能对节流降压的程度实现大温度范围内的调节的技术问题。

本实用新型的目的还在于提供一种热泵，以进一步解决现有技术中存在的热泵系统的膨胀节流装置不能对节流降压的程度实现大温度范围内的调节的技术问题。

基于上述第一目的，本实用新型提供一种适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置，包括用于与冷凝器的输出端连接的第一端和用于与蒸发器的输入端连接的第二端；

所述第一端和所述第二端之间依次连接有多个节流器；

相邻两个所述节流器之间均通过阀门与所述第一端连接。

进一步地，本实用新型从所述第一端至所述第二端，所述节流器依次包括第一节流器、第二节流器和第三节流器；

所述第一节流器和所述第二节流器之间通过第一阀门与所述第一端连接，所述第二节流器和所述第三节流器之间通过第二阀门与所述第一端连接。

进一步地，本实用新型所述节流器为毛细管。

进一步地，本实用新型所述的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置，还包括控制器和与所述控制器电连接的温度传感器；

所述第一阀门与所述第二阀门为电动阀，且均与所述控制器电连接；

所述温度传感器用于监测蒸发器所在环境的温度，并发送至所述控制器，所述控制器对应控制所述第一阀门与所述第二阀门的启闭。

进一步地，本实用新型所述第一阀门和所述第二阀门为常开阀门。

基于上述第二目的，本实用新型提供一种热泵，包括首尾依次相连通的压缩机、冷凝器、节流部件和蒸发器，所述节流部件为上述的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置；

所述第一端与所述冷凝器的输出端连接；所述第二端与所述蒸发器的输入端连接。

进一步地，本实用新型所述的热泵，还包括四通阀；

所述四通阀连接压缩机的输入口、压缩机的输出口、所述蒸发器的输出口和所述冷凝器的输入口；

所述冷凝器与所述第一端之间设置有第三阀门；所述第二端与所述蒸发器之间设置有第四阀门；

所述蒸发器与所述第一端之间设置有第五阀门；所述第二端与所述冷凝器之间设置有第六阀门。

进一步地，本实用新型所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门均为单向阀。

进一步地，本实用新型所述蒸发器和所述压缩机之间、所述冷凝器与所述膨胀节流装置之间均设置有回热器。

进一步地，本实用新型所述的热泵，还包括气液分离器；

所述气液分离器设置于所述蒸发器和所述压缩机之间。

综上所述，本实用新型提供的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置由于第一端和第二端之间依次连接有多个节流器，可以实现一个、两个、三个或者更多个节流器共同作用，实现了对进入蒸发器的制冷剂节流降压的程度的大温度范围内的调节，从而使得热泵系统具有较高的热效率并且节能效果显著，解决了现有技术中存在的膨胀节流装置不能对制冷剂节流降压的程度实现大温度范围内的调节的技术问题。

本实用新型提供的热泵包括上述的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置，解决了现有技术中存在的热泵的膨胀节流装置不能对制冷剂节流降压的程度实现大温度范围内的调节的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为现有技术提供的膨胀节流装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的热泵的第一结构的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的热泵的第二结构的结构示意图。

图标：11’-第一阀门；12’-第一毛细管；21’-第二阀门；22’-第二毛细管；11-第一端；12-第二端；21-第一节流器；22-第二节流器；23-第三节流器；31-第一阀门；32-第二阀门；41-压缩机；42-冷凝器；43-蒸发器；5-四通阀；61-第三阀门；62-第四阀门；63-第五阀门；64-第六阀门；7-回热器；8-气液分离器。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，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；可以是机械连接，也可以是电连接；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实用新型中的具体含义。

图1为现有技术提供的膨胀节流装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例提供的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置的结构示意图；图3为本实用新型实施例提供的热泵的第一结构的结构示意图；图4为本实用新型实施例提供的热泵的第二结构的结构示意图。

实施例一

参见图2-图4所示，本实施例提供一种适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置，包括用于与冷凝器的输出端连接的第一端11和用于与蒸发器的输入端连接的第二端12；

所述第一端11和所述第二端12之间依次连接有多个节流器；

相邻两个所述节流器之间均通过阀门与所述第一端11连接。

现有技术提供的膨胀节流装置只能根据夏天或者冬天分两个挡位来调节对制冷剂的节流降压的程度，不能对节流降压的程度实现大温度范围内的调节，使得热泵依然存在系统低效率并且节能效果不显著的问题。

本实施例提供的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置由于第一端11和第二端12之间依次连接有多个节流器，节流器例如可以为两个、三个、四个等，优选地，节流器的个数大于等于三个，因此可以实现一个、两个、三个或者更多个节流器共同作用，实现了对进入蒸发器的制冷剂节流降压的程度的大温度范围内的调节，从而使得热泵系统具有较高的热效率并且节能效果显著，解决了现有技术中存在的膨胀节流装置不能对制冷剂的节流降压程度实现大温度范围内的调节的技术问题。

可选地，参见图2所示，所述节流器有三个，从所述第一端11至所述第二端12，所述节流器依次包括第一节流器21、第二节流器22和第三节流器23；

所述第一节流器21和所述第二节流器22之间通过第一阀门31与所述第一端11连接，所述第二节流器22和所述第三节流器23之间通过第二阀门32与所述第一端11连接。

需要说明的是，对进入蒸发器的制冷剂的节流降压程度越高，制冷剂的压力越低，制冷剂越容易蒸发，从而吸收空气中的热量越多，热泵的吸热效率越高。

具体而言，当第一阀门31和第二阀门32都断开，经过冷凝器冷凝的制冷剂只能依次通过第一节流器21、第二节流器22和第三节流器23进而进入蒸发器，因此，此时制冷剂经过了三个节流器的节流降压作用。

当第一阀门31和第二阀门32都闭合，经过冷凝器冷凝的制冷剂优先通过第二阀门32，进而经过第三节流器23后直接进入蒸发器，因此，此时制冷剂只经过了一个节流器的节流降压作用。

当第一阀门31闭合，且第二阀门32断开，通过冷凝器冷凝的制冷剂优先通过第一阀门31，进而依次经过第二节流器22和第三节流器23后，进入蒸发器，因此，此时制冷剂经过了两个节流器的节流降压作用。

可选地，参见图2所示，所述节流器为毛细管。

节流器还可以为膨胀阀，优选地，节流器为膨胀阀时，膨胀阀上连接有单向阀；优选地，节流器为毛细管，毛细管降压节流原理：从冷凝器输出的高压液体，经过毛细管时受得了一定阻力，在毛细管出口端，从毛细管出来的液体迅速扩散，变成低压液体，达到了节流降压作用。毛细管作为一种常用的节流元件，制造简单、成本便宜。

优选地，所述的膨胀节流装置还包括控制器和与所述控制器电连接的温度传感器；

所述第一阀门31与所述第二阀门32为电动阀，且均与所述控制器电连接；例如第一阀门31与所述第二阀门32可以为电磁阀。

所述温度传感器用于监测蒸发器所在环境的温度，并发送至所述控制器，所述控制器对应控制所述第一阀门31与所述第二阀门32的启闭。

当温度传感器监测到蒸发器所在环境的温度低于预设的第一温度时，控制器对应控制第一阀门31和第二阀门32都断开，通过冷凝器冷凝的制冷剂只能依次通过第一节流器21、第二节流器22和第三节流器23进而进入蒸发器，因此，此时制冷剂经过了三个节流器的节流降压作用。

当温度传感器监测到蒸发器所在环境的温度高于预设的第二温度时，控制器对应控制第一阀门31和第二阀门32都闭合，经过冷凝器冷凝的制冷剂优先通过第二阀门32，进而经过第三节流器23后直接进入蒸发器，因此，此时制冷剂只经过了一个节流器的节流降压作用。

当温度传感器监测到蒸发器所在环境的温度处于预设的第一温度和第二温度之间时，控制器对应控制第一阀门31闭合，且第二阀门32断开，通过冷凝器冷凝的制冷剂优先通过第一阀门31，进而依次经过第二节流器22和第三节流器23后，进入蒸发器，因此，此时制冷剂经过了两个节流器的节流降压作用。

其中，第一温度小于第二温度，第一温度为预设的最低临界温度，第二温度为预设的最高临界温度。

本实施例将温度范围分成三个档位：小于第一温度、第一温度和第二温度之间、大于第二温度，第一温度的范围可以为-5℃～5℃，例如：-5℃、-3℃、-1℃、1℃、3℃或者5℃等，第二温度的范围可以为15～25℃，例如15℃、17℃、19℃、21℃、23℃或者25℃等。

也就是说，随着环境温度的变化，膨胀节流装置通过控制多个电动阀的开闭，从而控制回路中节流器的数量，让整个系统能够稳定、安全、高效的运行。

综上所述，蒸发器所在环境的温度低于预设的第一温度，制冷剂依次通过第一节流器21、第二节流器22和第三节流器23进而进入蒸发器，因而膨胀节流装置对制冷剂的降压节流作用最强，使得在极寒的天气下，制冷剂也能进行蒸发，从而吸收空气中的热量，使得热泵在极寒的环境中也能稳定、安全的运行；当蒸发器所在环境的温度高于预设的第二温度时，由于室外温度比较适宜，热泵的效率较高，制冷剂只经过了一个节流器的节流降压作用，就能使得热泵能够稳定工作。当蒸发器所在环境的温度处于第一温度和第二温度之间时，制冷剂经过了两个节流器的节流降压作用，以实现热泵能够稳定工作。

同理，在极寒的环境下，为了使热泵能够稳定运行而不受低温恶劣环境的影响，可以增多节流器的个数，相对应的，阀门个数也增多，预设的临界温度个数也增多。

综上所述，膨胀节流装置能够根据温度的变化调节对制冷剂的节流降压程度，使得热泵能够始终高效率运行，并且可以实现大温度范围内的自动调节，不受外界环境的影响，都能稳定、安全的运行，且节能效果显著。

优选地，所述第一阀门31和所述第二阀门32为常闭阀门，使得对第一阀门31和第二阀门32的操作更方便。

实施例二

实施例二提供了一种热泵，所述热泵包括实施例一所述的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置，实施例一所公开的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置的技术特征也适用于该实施例，实施例一已公开的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置的技术特征不再重复描述。下面结合附图对所述热泵的实施方式进行进一步的详细说明。

为节约篇幅，该实施例的改进特征同样体现在图2-图4中，因此，结合图2-图4对该实施例的方案进行说明。

参见图2-图4所示，本实施例提供的热泵，包括首尾依次相连通的压缩机41、冷凝器42、节流部件和蒸发器43，所述节流部件为上述的适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置；

所述第一端11与所述冷凝器42的输出端连接；所述第二端12与所述蒸发器43的输入端连接。

本实施例提供的热泵的膨胀节流装置由于第一端和第二端之间依次连接有多个节流器，节流器例如可以为两个、三个、四个等，优选地，节流器的个数大于等于三个；因此可以实现一个、两个、三个或者更多个节流器共同作用，实现了对进入蒸发器43的制冷剂节流降压的程度的大温度范围内的调节，从而使得热泵系统具有较高的热效率并且节能效果显著，解决了现有技术中存在的热泵的膨胀节流装置不能对制冷剂节流降压的程度实现大温度范围内的调节的技术问题。

优选地，参见图3和图4所示，本实施例所述的热泵，还包括四通阀5；

所述四通阀5连接压缩机的输入口、压缩机的输出口、所述蒸发器的输出口和所述冷凝器的输入口；

所述冷凝器42与所述第一端之间设置有第三阀门61；所述第二端与所述蒸发器43之间设置有第四阀门62；

所述蒸发器43与所述第一端之间设置有第五阀门63；所述第二端与所述冷凝器42之间设置有第六阀门64。

四通阀5使得热泵可以更换制冷模式和制热模式；具体而言，制热时，使得四通阀将压缩机的输出口和冷凝器的输入口连通，蒸发器的输出口和压缩机的输入口连通，且第三阀门61和第四阀门62闭合，第五阀门63和第六阀门64断开。制冷剂依次经过压缩机41、冷凝器42、第三阀门、膨胀节流装置、第四阀门、蒸发器43进而回到压缩机41；制冷时，使得四通阀将压缩机的输出口和蒸发器的输出口连通，冷凝器的输入口和压缩机的输入口连通，且第三阀门61和第四阀门62断开，第五阀门63和第六阀门64闭合。制冷剂依次经过压缩机41、蒸发器43、第五阀门、膨胀节流装置、第六阀门、冷凝器42进而回到压缩机41。

优选地，第三阀门、第四阀门、第五阀门和第六阀门均为电动阀，且都与控制器电连接。

优选地，所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门均为单向阀。

其中，通过第三阀门的制冷剂的流动方向为从冷凝器42到第一端；通过第四阀门的制冷剂的流动方向为从第二端到蒸发器43；通过第五阀门的制冷剂的流动方向为从蒸发器43到第一端；通过第六阀门的制冷剂的流动方向为从第二端到冷凝器42，以使得热泵能够正常运行。

优选地，参见图4所示，所述蒸发器43和所述压缩机41之间、所述冷凝器42与所述膨胀节流装置之间均设置有回热器7。

使冷凝器42冷凝后的制冷剂先通过回热器7再去膨胀节流装置，蒸发器43吸热汽化的制冷剂蒸气先通过回热器7再去压缩机41，从而达到过冷过热的目的。

优选地，参见图4所示，本实施例所述的热泵，还包括气液分离器8；

所述气液分离器8设置于所述蒸发器43和所述压缩机41之间。

气液分离器8将制冷剂的气相和液相分离，其目的是保证压缩机内不会进入液态制冷剂，防止压缩机41因液击而造成损坏。

需要说明的是，本实施例提供的热泵的制冷剂可以为氟利昂、二氧化碳或者其他可用的制冷剂，优选地，制冷剂为二氧化碳，二氧化碳作为制冷剂不会破坏臭氧层，且容易取得，降低了成本。

本实施例所述的热泵具有实施例一所述适用于极寒天气下的二氧化碳热泵膨胀节流装置的优点，该优点已在实施例一中详细说明，在此不再重复。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。