适应超低温制热的热泵空调系统的制作方法

1.本发明涉及空调系统领域，具体是一种适应超低温制热的热泵空调系统。


背景技术：

2.特种移动车辆配套特种空调，特种空调具有制冷、制热等功能，为车内设备和人员提供良好工作环境。由于移动车辆机动、全天后特性，且特种车辆配套的发电机发电输出功率不会很大，限制了特种空调的用电功率。
3.特种移动车辆在高寒区使用（设计要求达-45℃）时，为保证舱内较高的温度要求，特种车辆需求的制热量很大，普通的热泵制热在低于-7℃环境下制热效果差，不能满足车辆温度调节要求。为保证高寒区的低温制热要求，一般特种空调采用了电加热管（或ptc）制热，此类方式制热能效低（能效约0.8）,当采暖量需求大时，其用电功率也很大，如8m长的标准车辆为满足高寒区使用的要求，需采暖量10kw，电制热用电消耗功率约为12.5kw，特种移动车辆根本无法提供如此大的电源，因此一般空调系统如不经过特殊处理很难满足要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种适应超低温制热的热泵空调系统，以解决现有技术特种移动车辆空调系统在超低温下制热能力无法满足特种移动车辆高寒区需求的问题。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：适应超低温制热的热泵空调系统，包括压缩机（1）、配有轴流风机（17）的空气热交换器（3）、储液器（5）、过滤器（6）、膨胀阀a（7）、配有离心风机（16）的室内热交换器（9）、气液分离器（10），其特征在于，还包括四通换向阀（2）、单向阀a（4）、单向阀b（8）、单向阀c（11）、膨胀阀b（12）、单向阀d（13）、内循环空气热交换器（14），热气旁通阀（15），其中：压缩机（1）出口端通过管路与四通换向阀（2）的一个阀口（a）连通，四通换向阀（2）的另一个阀口（b）通过管路与空气热交换器（3）的一个端口连通，空气热交换器（3）的另一个端口通过管路与单向阀a（4）的进口连通，单向阀a（4）的出口通过管路与储液器（5）内连通，储液器（5）内还通过管路与过滤器（6）的一个端口连通，过滤器（6）的另一个端口通过管路与膨胀阀a（7）的进口连通，膨胀阀a（7）的出口通过管路与单向阀b（8）的进口连通，单向阀b（8）出口通过管路与室内热交换器（9）的一个端口连通，室内热交换器（9）的另一个端口通过管路与四通换向阀（2）的第三个阀口（c）连通，四通换向阀（2）的第四个阀口（d）通过管路与气液分离器（10）的进口连通，气液分离器（10）的出口通过管路与压缩机（1）的进口连通；单向阀c（11）的进口通过管路旁路连通至单向阀b（8）出口与室内热交换器（9）相应端口之间管路，单向阀c（11）的出口通过管路旁路连通至过滤器（6）端口、膨胀阀a（7）进口之间管路；膨胀阀b（12）的进口旁路连通至单向阀a（4）出口、储液器（5）之间管路，膨胀阀b（12）的出口通过管路与单向阀d（13）的进口连通，单向阀d（13）的出口通过管路旁路连通至单向阀a（4）进口与空气热交换器（3）相应端口之间管路；
内循环空气热交换器（14）与空气热交换器（3）耦合一体并共用轴流风机（17），所述四通换向阀（2）的第三个阀口（c）还旁路连接有管路与热气旁通阀（15）的进口连通，热气旁通阀（15）的出口通过管路与内循环空气热交换器（14）一个端口连通，内循环空气热交换器（14）另一个端口通过管路与储液器（5）内连通。
6.进一步的，还包括温度传感器a（21）、温度传感器b（22）、温度传感器c（23）、温度传感器d（24），其中温度传感器a（21）设于室内热交换器（9）的室内回风侧，温度传感器b（22）设于空气热交换器（3）的盘管处，温度传感器c（23）设于空气热交换器（3）的冷凝进风侧，温度传感器d（24）设于储液器（5）壳体处。
7.进一步的，还包括低压保护器（20），低压保护器（20）旁路连通于四通换向阀（2）第四个阀口（d）与气液分离器（10）进口之间管路。
8.进一步的，还包括充氟接嘴（25），充氟接嘴（25）旁路连通于四通换向阀（2）第四个阀口（d）与气液分离器（10）进口之间管路。
9.进一步的，还包括电加热a（18）、电加热b（19），其中电加热a（18）设于压缩机（1）壳体，电加热b（19）设于储液器（5）壳体本发明的适应超低温制热的热泵空调系统，能实时检测当前室内回风、空气热交换器盘管、环境、储液器温度，并反馈至特种移动车辆的控制单元，控制单元通过回风温度与设定的温度（t0）自动进行比较，当回风温度达到设定温度时，压缩机停止工作，制冷或制热系统停止工作，离心风机继续工作通风。实现制冷、制热工作。
10.本发明的适应超低温制热的热泵空调系统，当环境温度低（如：低于－7℃）时启动热气旁通阀调节进入内循环热交换器的制冷剂量，控制输出的制热量，进而调节室内温度，保证在超低温环境下空调最终输出的制热量。使空调制热处于完好高效运行环境状态。
11.本发明的适应超低温制热的热泵空调系统。当储液器壳体温度（如：小于-20℃）低时，电加热a、b开启，当温度传感器d检测储液器壳体温度大于-20℃（根据压缩机不同调节该值）时，电加热a、b停止工作。实现超低温制热可靠工作。
12.本发明的适应超低温制热的热泵空调系统，压力保护器检测系统低压值，并反馈至控制单元，控制单元通过压力值与压力保护器设定的低压值自动进行比较，当系统压力低于设定压力时，压缩机停止工作，从而保护压缩机，避免了压缩机在无制冷剂情况下空转。
13.本发明的适应超低温制热的热泵空调系统，充氟接嘴固定在四通换向阀出口与气液分离器进口之间的管路上，方便充注制冷剂。
14.本发明的适应超低温制热的热泵空调系统，系统设置单向阀a、单向阀b、单向阀c、单向阀d，只能让制冷剂朝一个方向流动，即制冷剂从空气换热器朝单向阀a流动、制冷剂从膨胀阀a朝单向阀b流动、制冷剂从室内换热器朝单向阀c流动、制冷剂从膨胀阀b朝单向阀d流动。防止制冷剂在系统中逆向流动。使制冷、制热可靠工作与现有技术相比，本发明的优点为：1)有效地解决了超低温热泵制热问题，具有良好的市场应用价值；2)实现制冷、制热可靠工作，能够高效地实现空气调节；3)能够有效地保护制冷制热系统；4)方便检测、检修。
附图说明
15.图1是本发明系统的结构原理图。
具体实施方式
16.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
17.如图1所示，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
18.如图1所示，适应超低温制热的热泵空调系统，包括压缩机1、四通换向阀2、空气热交换器3、单向阀a4、储液器5、过滤器6、膨胀阀a7、单向阀b8、室内热交换器9、气液分离器10、单向阀c11、膨胀阀b12、单向阀d13、内循环空气热交换器14、热气旁通阀15、离心风机16、轴流风机17、电加热带a18、电加热b19、低压保护器20、温度传感器a21、温度传感器b22、温度传感器c23、温度传感器d24、充氟接嘴25。
19.压缩机1的出口通过管路与四通换向阀2的一个阀口a连通，四通换向阀2的另一个阀口b 通过管路与空气热交换器3的一个端口连接，空气热交换器3的另一个端口通过管路与单向阀a4的进口端连接，单向阀a4的出口端通过管路与储液器5内连接，储液器5内还通过管路与过滤器6的一个端口连接，过滤器6的另一个端口通过管路与膨胀阀a7的进口端连接，膨胀阀a7出口端通过管路与单向阀b8进口端连接，单向阀b8出口端通过管路与室内热交换器9的一个端口连接，室内热交换器9的另一个端口通过管路与四通换向阀2的第三个阀口c连接，四通换向阀2的第四个阀口d通过管路与气液分离器10进口连接，气液分离器10的出口通过管路与压缩机1的制冷剂进口连接，由此构成压缩制冷系统。
20.单向阀c11的进口端通过管路旁路连通至单向阀b8出口端与室内热交换器9相应端口之间管路，单向阀c11的出口端通过管路旁路连通至储液器5、过滤器6进口端之间管路。膨胀阀b12的进口端旁路连通至单向阀a4出口端、储液器5之间管路，膨胀阀b12出口端通过管路与单向阀d13的进口端连接，单向阀d13的出口端通过管路旁路连通至单向阀a4进口端与空气热交换器3相应端口之间管路，由此构成压缩制热系统。
21.四通换向阀2的第三个阀口c还通过一路管路与热气旁通阀15进口连接，热气旁通阀15出口通过管路与内循环空气热交换器14的进口端连接，内循环空气热交换器14与空气热交换器3耦合在一起，内循环空气热交换器14出口端通过管路与储液器5内连接，由此构成低温制热旁通系统。
22.本发明中，室内换热器8的换热量通过离心风机16循环排放到室内环境中。空气热交换器3、内循环空气热交换器14耦合在一起共用轴流风机17，空气热交换器3、内循环空气热交换器14的换热量通过轴流风机17循环排放到大气中。
23.本发明中，电加热a18缠绕在压缩机1壳体上，电加热b19缠绕在储液器壳体上。
24.本发明中，温度传感器a21置于室内热交换器9的室内回侧处，温度传感器b22置于空气热交换器3的盘管处，温度传感器c23置于内循环空气热交换器14与空气热交换器3耦合结构的冷凝进风处，温度传感器d24置于储液器壳体处，压力保护器16置于四通换向阀2第四个阀口d与气液分离器10管路之间。
25.本发明中，单向阀a4、单向阀b8、单向阀c11、单向阀d13只能让制冷剂朝一个方向流动，防止制冷剂在系统中逆向流动。即制冷剂从空气换热器3朝单向阀a4流动、制冷剂从膨胀阀a7朝单向阀b8流动、制冷剂从室内换热器9朝单向阀c11流动、制冷剂从膨胀阀b12朝
单向阀d13流动。
26.本发明中，充氟接嘴25固定在四通换向阀2的第四个阀口d与气液分离器10进口之间的管路上。
27.以下结合附图对本发明作进一步的说明：当制冷系统工作时，压缩机1工作把制冷剂压缩成高温高压气体，经过四通换向阀2进入空气热交换器3，空气热交换器3与强制对流空气进行热交换后冷却成液体经过单向阀a4进入储液器5，经过过滤器6，进入膨胀阀a7，节流后变成低温低压制冷剂液体，经过单向阀b8，进入室内热交换器9中进行热交换后变成气体，经过四通换向阀2，进入气液分离器10中分离后，再次进入压缩机1，如此循环往复，同时离心风机16、轴流风机17不断工作强制对流换热，实现制冷。
28.当环境温度较低、制热系统工作时，压缩机1工作把制冷剂压缩成高温高压气体，经过四通换向阀2进入室内热交换器9，室内热交换器9与强制对流空气进行热交换后冷却成液体经过单向阀c11、过滤器6，进入储液器5，进入膨胀阀b12，节流后变成低温低压制冷剂液体，经过单向阀d13，进入空气热交换器3中进行热交换后变成气体，经过四通换向阀2，进入气液分离器10中分离后，再次进入压缩机1，如此循环往复，同时离心风机16、轴流风机17不断工作强制对流换热，实现制热。
29.当机组进行低温（如：环境温度低于-7℃时）制热运行时，由于空气热交换器3的进风温度（温度传感器c23采集到的温度）低，空气交换器盘管温度（温度传感器b22采集到的温度）低，造成蒸发压力低，而室内热交换器的冷凝温度一定，冷凝压力一定，导致制热效果差，因此当环境温度低制热时，采用空气交换器盘管温度采集到的盘管温度来调节热气旁通阀15的开启度来控制制冷剂的旁通量，进而控制蒸发压力，保证在超低温的情况下系统正常制热量，实现超低温制热工作。具体是指：压缩机1工作把制冷剂压缩成高温高压气体，经过四通换向阀2，其中一部分气体进入室内热交换器9，，室内热交换器9与强制对流空气进行热交换后冷却成液体经过单向阀c11、过滤器6，进入储液器5，另一部分经过热气旁通阀15，进入内循环空气热交换器14的进口端连接，进入储液器5与来自过滤器6进入储液器5的制冷剂汇合后，在储液器5内进行分离后液态制冷剂通过储液器5的出口端进入膨胀阀b12，节流后变成低温低压制冷剂液体，经过单向阀d13，进入空气热交换器3中进行热交换后变成气体，经过四通换向阀2，进入气液分离器10中分离后，再次进入压缩机1，如此循环往复，同时离心风机16、轴流风机17不断工作强制对流换热，实现超低温制热。为了防止空气热交换器3温度进一步降低，采用热气旁通通过热气旁通阀15调节部分制冷剂进入内循环空气热交换器14中，提高空气热交换器3的温度，并且没有改变室内热交换器9的工作状态，这样就保证了室内热交换器9始终发挥最大的制热量，保证在超低温环境下空调最终输出的制热量。
30.当机组需要进行超低温（如：环境温度低于－20℃，根据压缩机工作温度定）制热运行时，由于环境温度低，压缩机1润滑油凝固，此时需要对压缩机1与储液器5中的制冷剂进行预热，电加热a18缠绕在压缩机1壳体上，电加热b19缠绕在储液器5上, 储液器5壳体上安装有温度传感器d24。
31.温湿度传感器a21、b22、c23、d24实时检测当前室内回风、空气热交换器盘管、环境、储液器温度，并反馈至控制单元，控制单元通过回风温度与设定的温度（t0）自动进行比
较，当回风温度达到设定温度时，压缩机1停止工作，制冷或制热系统停止工作，离心风机16继续工作通风。当环境温度低（如：低于－7℃）时启动热气旁通阀15调节进入内循环热交换器14的制冷剂量，控制输出的制热量，进而调节室内温度。当储液器3壳体温度（如：小于-20℃）低时，电加热a、b开启，当温度传感器d24检测储液器壳体温度大于-20℃（根据压缩机不同调节该值）时，电加热a、b停止工作。
32.压力保护器20检测系统低压值，并反馈至控制单元，控制单元通过压力值与压力保护器20设定的低压值自动进行比较，当系统压力低于设定压力时，压缩机1停止工作，从而保护压缩机1。
33.本发明系统设置充氟接嘴25方便加注制冷剂。
34.本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。