一种以制热为主兼具制冷功能的涡旋式空气源热泵系统的制作方法

本发明涉及一种热泵系统，具体地说是一种以制热为主兼具制冷功能的涡旋式空气源热泵系统。

背景技术：

附图1为当前国内热泵空调行业普遍采用的以制热为主兼具制冷功能的涡旋式空气源热泵系统原理图，图中1、四通换向阀a，2、高压开关a，3、水侧壳管式换热器a，4、排温传感器a，5、单向阀a，6、喷气增晗压缩机a，7、低压开关a，8、风机a，9、翅片温度传感器a，10、空气侧翅片换热器a，11、气液分离器a，12、视油镜，13、干燥过滤器a，14、储液罐a，15、电磁阀a，16、热力膨胀阀，17、经济器a，18、单向阀b，19、单向阀c，20、电磁阀b，21、单向阀d，22、单向阀e，23、电子膨胀阀a。该系统在制热运行时，四通换向阀a(1)电磁铁断电静止，风机a(8)通电转动。主回路中高温高压制冷剂气体从喷气增晗压缩机a(6)排气口排出，依次经四通换向阀a(1)的d1-c1通道、水侧壳管式换热器a(3)、单向阀b(18)、储液罐a(14)、干燥过滤器a(13)、视油镜(12)、经济器a(17)的过冷腔、电磁阀b(20)、电子膨胀阀a(23)、单向阀e(22)、空气侧翅片换热器a(10)、四通换向阀a(1)的e1-s1通道、气液分离器a(11)，变成低温低压干蒸气被喷气增晗压缩机a(6)吸气口吸入，管路中的电子膨胀阀a(23)以喷气增晗压缩机a(6)吸气过热度为控制目标，负责根据控制器发出的对喷气增晗压缩机a(6)吸气过热度的处理信号对制冷剂流量节流。补气回路中常温高压制冷剂液体从主回路上视油镜(12)下端并接出，依次经电磁阀a(15)、热力膨胀阀(16)、经济器a(17)蒸发腔、单向阀a(5)，变成制冷剂气体被喷气增晗压缩机a(6)补气口吸入，管路中的热力膨胀阀(16)以喷气增晗压缩机a(6)排气过热度为控制目标，负责根据其感温包感受到的喷气增晗压缩机a(6)的排气过热度对制冷剂流量节流。喷气增晗压缩机a(6)从其吸气口和补气口同时吸入低温低压和温度压力都稍高的气态制冷剂，通过准二级压缩，排出高温高压制冷剂气体，系统进入下一轮工作循环。系统运行过程中若翅片温度传感器a(9)采集的翅片温度低于设定温度，系统进入融霜程序。四通换向阀a(1)通电换向，电磁阀a(15)断电截至，风机a(8)断电停转。高温高压制冷剂气体从喷气增晗压缩机a(6)排气口排出，依次经四通换向阀a的(1)d1-e1通道、空气侧翅片换热器a(10)、单向阀c(19)、储液罐a(14)、干燥过滤器a(13)、视油镜(12)、经济器a(17)的过冷腔、电磁阀b(20)、电子膨胀阀a(23)、单向阀d(21)、水侧壳管式换热器a(3)、四通换向阀a(1)的c1-s1通道、气液分离器a(11)，变成低温低压干蒸气被喷气增晗压缩机a(6)吸气口吸入，管路中的电子膨胀阀a(23)以喷气增晗压缩机a(6)吸气过热度为控制目标，负责根据控制器发出的对喷气增晗压缩机a(6)吸气过热度的处理信号对制冷剂流量节流。喷气增晗压缩机a(6)此时用作单级压缩机制热，从吸气口吸入低温低压制冷剂气体，从排气口排出高温高压制冷剂气体。当系统在制冷运行时，四通换向阀a(1)通电换向，电磁阀a(15)断电截至，风机a(8)通电转动。高温高压制冷剂气体从喷气增晗压缩机a(6)排气口排出，依次经四通换向阀a(1)的d1-e1通道、空气侧翅片换热器a(10)、单向阀c(19)、储液罐a(14)、干燥过滤器a(13)、视油镜(12)、经济器a(17)的过冷腔、电磁阀b(20)、电子膨胀阀a(23)、单向阀d(21)、水侧壳管式换热器a(3)、四通换向阀a(1)的c1-s1通道、气液分离器a(11)，变成低温低压干蒸气，被喷气增晗压缩机a(6)吸气口吸入，管路中的电子膨胀阀a(23)以喷气增晗压缩机a(6)吸气过热度为控制目标，负责根据控制器发出的对喷气增晗压缩机a(6)吸气过热度的处理信号对制冷剂流量节流。喷气增晗压缩机a(6)此时用作单级压缩机制冷，从吸气口吸入低温低压制冷剂气体，从排气口排出高温高压制冷剂气体。

仔细地研究分析以上热泵系统的结构和运行原理，不难得出结论：虽然该系统属于由补气增焓压缩机、补气增焓技术、高效过冷却器组成的新型系统，且这三项技术的组合能够有效地提高系统低温工况下的制热量，防止压缩机排气温度过高，满足用户-25℃甚至以下制热的需求，且兼具夏季制冷功能。但该系统存在着明显的缺点，尚有非常大的改进优化空间：比如系统制热(或制冷)主回路的结构复杂，管件多，成本高，系统运行阻力大，能耗高，cop低；系统采用热力膨胀阀以排气温度和冷凝温度的温差作为目标参数控制补气量时，在排气温度较低的情况下补气量不足，系统cop达不到最佳；系统采用逆循环除霜，会导致房间温度剧烈下降，恢复制热后又需要补偿除霜吸收的热量，房间温度波动比较大，舒适性较差等。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种以制热为主兼具制冷功能的涡旋式空气源热泵系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种以制热为主兼具制冷功能的涡旋式空气源热泵系统，它由四通换向阀b、单向阀f、电磁阀c、高压开关b、电磁阀d、排温传感器b、电磁阀e、风机b、翅片温度传感器b、空气侧翅片换热器b、单向阀g、喷气增晗压缩机b、低压开关b、水侧壳管式换热器b、气液分离器b、单向阀h、干燥过滤器b、储液罐b、电磁阀f、管道过滤器、电子膨胀阀b、经济器b、电子膨胀阀c等部分组成。1、系统设计基于由喷气增焓压缩机、喷气增焓技术及高效过冷却器构成的喷气增焓系统技术。2、系统主回路基于制冷、制热共用同一电子膨胀阀的设计理念，通过去掉主回路上电磁阀，优化管路结构，进一步减少管路组件。3、系统补气回路采用电子膨胀阀为节流元件，以补气过热度为控制目标。4、系统除霜采用热气旁通模式。当进入除霜程序时，系统仍保持制热工作循环，压缩机排出的高温气体被直接旁通至空气侧翅片换热器，未经过冷凝器，未从循环水和房间内吸热，除霜能量主要来自压缩机的输入功率。5、在热气旁通除霜的融霜阶段，制冷剂在空气侧翅片换热器中在高于5℃时发生相变放出潜热。融霜后的制冷剂液体进入气液分离器，部分液体在压缩机的抽吸作用下闪发成饱和气体。由于在此阶段压缩机吸气过热度一直维持在0℃左右，造成压缩机排气温度不断降低，危及压缩机的安全运行。当系统检测到压缩机排气温度低于设定温度时，连接于压缩机吸气管与排气管间的旁通电磁阀及时打开，使高温气体进入气液分离器对吸气进行增焓处理，以维持压缩机排气温度稳定及保证进入压缩机的冷媒气化充分。

本发明的有益效果：1、系统通过对制热(或制冷)主回路设计优化，减少了管件数量，降低了运行阻力，使系统全工况制冷量及cop提升3％以上。2、系统采用以补气过热度为控制目标，配套使用电子膨胀阀的补气技术，最为稳定和高效，其制冷量平均高于以排气过热度为控制目标的系统8％，高于以排气温度为控制目标的系统15％。3、系统采用热气旁通模式除霜，除霜过程中未从冷凝器中循环水取热，恢复制热后可马上恢复供热；房间温度波动很小，舒适性较好；系统除霜过程中和切换时，压力变化平稳，造成的机械冲击比较小。4、热气旁通融霜系统通过增加旁通电磁阀，补足了短板，可有效避免压缩机液击，完善了系统功能。

附图说明

图1为现有较为接近本发明的涡旋式空气源热泵系统原理图。

图2为本发明的原理图。图2中24、四通换向阀b，25、单向阀f，26、电磁阀c，27、高压开关b，28、电磁阀d，29、排温传感器b，30、电磁阀e，31、风机b，32、翅片温度传感器b，33、空气侧翅片换热器b，34、单向阀g，35、喷气增晗压缩机b，36、低压开关b，37、水侧壳管式换热器b，38、气液分离器b，39、单向阀h，40、干燥过滤器b，41、储液罐b，42、电磁阀f，43、管道过滤器，44、电子膨胀阀b，45、经济器b，46、电子膨胀阀c。

具体实施方式

系统制热(或制冷)主回路：喷气增晗压缩机b(35)排气口与四通换向阀b(24)的d2管管口相接，相接管路上并接着高压开关b(27)。四通换向阀b(24)的c2管管口与逆向安装的单向阀f(25)和顺向安装的电磁阀c(26)的并接入口相接。单向阀f(25)和电磁阀c(26)的并接出口与水侧壳管式换热器b(37)冷凝时的进气口相接。水侧壳管式换热器b(37)冷凝时的出液口与系统制热时储液罐b(41)的进液口相接。系统制热时储液罐b(41)的出液口与干燥过滤器b(40)入口相接。干燥过滤器b(40)出口与系统制热时经济器b(45)的制冷剂过冷腔进液口相接。系统制热时经济器b(45)的制冷剂过冷腔的出液口与系统制热时电子膨胀阀c(46)的进液口相接。系统制热时电子膨胀阀c(46)的出液口与系统制热时管道过滤器(43)进液口相接。系统制热时管道过滤器(43)出液口与系统制热时空气侧翅片换热器b(33)的进液口相接。系统制热时空气侧翅片换热器b(33)的出气口与四通换向阀b(24)的e2管管口相接。四通换向阀b(24)的s2管管口与气液分离器b(38)的进气口相接。气液分离器b(38)的出气口与喷气增晗压缩机b(35)的吸气口相接，相接管路上并接着低压开关b(36)。系统补气回路：顺向安装的电磁阀f(42)的进液口与制热(或制冷)主回路上系统制热时干燥过滤器b(40)的下端相接，电磁阀f(42)的出液口与电子膨胀阀b(44)的进液口相接。电子膨胀阀b(44)的出液口与经济器b(45)的制冷剂蒸发腔的进液口相接。经济器b(45)的制冷剂蒸发腔的出气口与顺向安装的单向阀g(34)的进气口相接。单向阀g(34)的出气口与喷气增晗压缩机b(35)补气口相接。系统除霜旁通回路：顺向安装的电磁阀d(28)的进气口与制热(或制冷)主回路上系统制热时四通换向阀b(24)c2管口的后端相接。电磁阀d(28)的出气口与顺向安装的单向阀h(39)的进气口相接。单向阀h(39)的出气口与制热(或制冷)主回路上系统制热时管道过滤器(43)的后端相接。另外：电磁阀e(30)的进气口与制热(或制冷)主回路上喷气增晗压缩机b(35)排气口的后端相接，其出气口与制热(或制冷)主回路上气液分离器b(38)的前端相接。喷气增晗压缩机b(35)排气腔内安装着排温传感器b(29)。风机b(31)与空气侧翅片换热器b(33)共同安装在系统的机组框架上，翅片温度传感器b(32)安装在空气侧翅片换热器b(33)多个位置的翅片上。

采用本发明，当系统在制热运行时，四通换向阀b(24)电磁铁断电，滑阀静止，其d2管与c2管贯通，s2管与e2管贯通。电磁阀c(26)、电磁阀f(42)通电开通。电子膨胀阀b(44)、电子膨胀阀c(46)通电开通。风机b(28)通电转动。电磁阀d(28)、电磁阀e(30)断电截至。主回路中从喷气增晗压缩机b(35)排气口排出的高温高压制冷剂气体经四通换向阀b(24)d2-c2通道、电磁阀c(26)进入水侧壳管式换热器b(37)，在水侧壳管式换热器b(37)中与循环水热交换冷凝散热变成常温高压制冷剂液体。常温高压制冷剂液体从水侧壳管式换热器b(37)排出后进入进入储液罐b(41)，通过储液罐b(41)的作用，可避免制冷剂在水侧壳管式换热器b(37)中积存过多而使其传热面积变小，影响换热效果，及适应其后端连接的空气侧翅片换热器b(33)因负荷变动对制冷剂供应量的需求变化。从储液罐b(41)排出的常温高压制冷剂液体先流经干燥过滤器b(40)，经干燥过滤器b(40)清除其中的水分和杂质后进入经济器b(45)过冷腔，在经济器b(45)中通过与流过其蒸发腔的经节流的制冷剂热交换得到过冷，以提高液态制冷工质的稳定性，提高系统的容量和效率。过冷高压制冷剂液体从经济器b(45)过冷腔排出后通过电子膨胀阀c(46)，电子膨胀阀c(46)根据系统控制器发出的对喷气增晗压缩机b(35)吸气过热度及空气侧翅片换热器b(33)蒸发压力的处理信号，按预设程序控制电子膨胀阀c(46)的开度，对制冷剂流量节流，以保证适量的供液量和合适过热度。经电子膨胀阀c(46)节流后过冷高压制冷剂降压降温，变成低温低压液体，从而为制冷剂在空气侧翅片换热器b(33)里的吸热蒸发创造条件。经电子膨胀阀c(46)节流后的低温低压制冷剂先流经管道过滤器b(43)，经管道过滤器b(43)重复清除其中的杂质后进入空气侧翅片换热器b(33)，在空气侧翅片换热器b(33)中低温低压制冷剂液体在沸腾过程中吸收空气的热量，蒸发成低温低压制冷剂过热湿蒸气。与空气侧翅片换热器b(33)协同工作的风机b(31)用来吹送空气，使空气对空气侧翅片换热器b(33)形成强制对流，加速空气与制冷剂工质间的换热。制冷剂过热湿蒸气从空气侧翅片换热器b(33)排出后通过四通换向阀b(24)e2-s2通道进入气液分离器b(38)，在气液分离器b(38)中其中的制冷剂液滴被分离出来自身则变成过热干蒸气，以防止压缩机液击。从气液分离器b(38)排出的低温低压制冷剂过热干蒸气被喷气增晗压缩机b(35)吸气口吸入。补气回路中常温高压制冷剂液体从主回路上干燥过滤器b(40)后端并接流出，依次通过电磁阀f(42)、电子膨胀阀b(44)、经济器b(45)的蒸发腔、单向阀g(34)后变成气态制冷剂，被喷气增晗压缩机b(35)补气口吸入。管路中的电磁阀f(42)用来控制补气管路的通断，防止系统在非补气状态下制冷剂流进喷气增晗压缩机b(35)补气口，影响喷气增晗压缩机b(35)正常运转。电子膨胀阀b(44)用来根据系统控制器发出的对系统补气过热度及经济器b(45)的蒸发腔蒸发压力的处理信号，按预设程序控制电子膨胀阀b(44)的开度，对制冷剂流量节流，以保证适量的供液量和合适的补气过热度，经电子膨胀阀b(44)节流后常温高压制冷剂液体降压降温，变成低温低压液体，从而为制冷剂在经济器b(45)的蒸发腔里的吸热蒸发创造条件。经济器b(45)是个高效过冷却换热器，用来使流过其蒸发腔的低温低压制冷剂液体与流过其过冷腔的常温高压制冷剂液体通过热交换吸热蒸发变成气态制冷剂。单向阀g(34)用来防止系统在非补气状态下运行时制冷剂从喷气增晗压缩机b(35)补气口倒流回补气管路。喷气增晗压缩机b(35)从其吸气口和补气口同时吸入低温低压和温度压力都稍高的气态制冷剂，其压缩过程被补气过程分割成两段，变为准二级压缩过程，它通过中低压时边压缩边喷气混合冷却，然后高压时正常压缩，排出高温高压制冷剂气体，同时降低排气温度，提高排气量，保证系统低温工况的制热能力和运行稳定性。在系统制热运行过程中若翅片温度传感器b(32)采集的翅片温度低于系统设定温度，系统进入融霜程序。四通换向阀b(24)电磁铁继续断电，滑阀静止，其d2管与c2管贯通，s2管与e2管贯通。电磁阀d(28)、电磁阀e(30)通电开通。电磁阀c(26)、电磁阀f(42)断电截至。电子膨胀阀b(44)断电关闭、电子膨胀阀c(46)通电截至。风机b(31)断电停转。从喷气增晗压缩机b(35)排气口排出的高温高压制冷剂气体经四通换向阀b(24)d2-c2通道进入热气旁通融霜回路，依次经电磁阀d(28)、单向阀h(39)进入空气侧翅片换热器b(33)，在空气侧翅片换热器b(33)中高温高压制冷剂通过将热量传导给空气侧翅片换热器b(33)的翅片，融化附在翅片表面上的霜层，自身变成低温制冷剂液体。融霜后的制冷剂液体从空气侧翅片换热器b(33)排出后经四通换向阀b(24)e2-s2通道进入气液分离器b(38)，其中的部分液体在喷气增晗压缩机b(35)的抽吸作用下闪发成饱和气体，被喷气增晗压缩机b(35)吸气口吸入，由于此阶段喷气增晗压缩机b(35)的吸气过热度一直在0℃左右，造成喷气增晗压缩机b(35)的排气温度和排气过热度不断降低，当系统检测到喷气增晗压缩机b(35)排气温度或排气过热度低于设定温度时，连接于喷气增晗压缩机b(35)排气管与吸气管间的旁通电磁阀e(30)及时打开，使高温高压气体进入气液分离器b(38)对吸气进行增焓处理，以维持喷气增晗压缩机b(35)排气温度或排气过热度稳定，保证喷气增晗压缩机b(35)正常运转。当系统在制冷运行时，四通换向阀b(24)电磁铁通电，滑阀移动，四通换向阀b(24)换向，其d2管与e2管导通，s2管与c2管导通。风机b(28)通电转动。电磁阀c(26)、电磁阀d(28)、电磁阀e(30)、电磁阀f(42)断电截至。电子膨胀阀b(44)断电关闭。电子膨胀阀c(46)通电开通。从喷气增晗压缩机b(35)排气口排出的高温高压制冷剂气体经四通换向阀b(24)d2-e2通道进入空气侧翅片换热器b(33)，与空气热交换冷凝散热变成常温高压制冷剂液体。与空气侧翅片换热器b(33)协同工作的风机b(31)用来吹送空气，使空气对空气侧翅片换热器b(33)形成强制对流，加速空气与制冷剂工质间的换热。常温高压制冷剂液体从空气侧翅片换热器b(33)排出后依次经管道过滤器(43)、电子膨胀阀c(46)、经济器b(45)过冷腔、干燥过滤器b(40)进入储液罐b(41)。管路中的管道过滤器(43)用来清除系统中的杂质，防止电子膨胀阀c(46)堵塞。电子膨胀阀c(46)用来根据系统控制器发出的对喷气增晗压缩机b(35)吸气过热度及水侧壳管式换热器b(37)蒸发压力的处理信号，按预设程序控制电子膨胀阀c(46)的开度，对制冷剂流量节流，以保证适量的供液量和合适的吸气过热度，经电子膨胀阀c(46)节流后常温高压制冷剂液体降压降温，变成低温低压液体，从而为制冷剂在水侧壳管式换热器b(37)中的吸热蒸发创造条件。干燥过滤器b(40)用来重复清除系统中的的杂质和水分。储液罐b(41)用来避免制冷剂在空气侧翅片换热器b(33)中积存过多而使其传热面积变小，影响换热效果，及适应其后端连接的水侧壳管式换热器b(37)因负荷变动对制冷剂供应量的需求变化。从储液罐b(41)排出的低温低压制冷剂液体进入水侧壳管式换热器b(37)，在水侧壳管式换热器b(37)内沸腾过程中通过与循环水热交换，吸收循环水的热量，使循环水降温变冷，自己则蒸发成低温低压制冷剂过热湿蒸气。低温低压制冷剂过热湿蒸气从水侧壳管式换热器b(37)排出后经四通换向阀b(24)c2-s2通道进入气液分离器b(38)，经气液分离器b(38)将过热湿蒸气中的制冷剂液滴分离出来变成干蒸气，被喷气增晗压缩机b(35)吸气口吸入。喷气增晗压缩机b(35)此时作单级制冷压缩机使用，从吸气口吸入低温低压制冷剂气体，从排气口排出高温高压制冷剂气体。另外，系统中设置高压开关b(27)、低压开关b(36)用来控制喷气增晗压缩机b(35)的排气压力和吸气压力，避免喷气增晗压缩机b(35)因排气压力过高或吸气压力过低，偏离正常运行范围而损坏。设置排温传感器b(29)用来监控喷气增晗压缩机b(35)的排气温度，避免喷气增晗压缩机b(35)因超温运行而损坏。空气侧翅片换热器b(33)多个位置的翅片上设置翅片温度传感器b(32)，用来准确采集翅片的实时温度信息。

所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。