本發(fā)明涉及熱泵技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

參照圖1和圖2，現(xiàn)有空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)中，由于室外換熱器01為風(fēng)冷翅片式換熱器，室內(nèi)換熱器02為冷媒水換熱器，因此室內(nèi)換熱器02的換熱系數(shù)遠(yuǎn)大于室外換熱器01的換熱系數(shù)，為了節(jié)省成本，通常會把換熱系數(shù)大的室內(nèi)換熱器02設(shè)計成較小的換熱面積，這就會導(dǎo)致兩個換熱器的容積相差較大，在制冷、制熱時發(fā)揮最優(yōu)性能所需的冷媒量也就不一樣，然而，由于系統(tǒng)中的氣液分離器03在系統(tǒng)制熱工況下不具備儲液功能，不能存儲制熱工況下多余出來的冷媒，因此通常會通過增加儲液器04的方式來平衡冷媒需求量不一樣的問題，但此舉弊端明顯，會導(dǎo)致系統(tǒng)的投入成本過高；

另外，現(xiàn)有的空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)多為通過膨脹閥05的開度來控制壓縮機(jī)06的排氣過熱度，然而，在系統(tǒng)制熱工況下當(dāng)室外換熱器01開始結(jié)霜時，冷媒在室外換熱器01處的蒸發(fā)率降低，導(dǎo)致進(jìn)入氣液分離器03的液態(tài)冷媒量增多，由于氣液分離器03在系統(tǒng)制熱工況下不具備儲液功能，因此過多的液態(tài)冷媒會被壓縮機(jī)06吸入而引起壓縮機(jī)的排氣過熱度降低，此時，膨脹閥05的開度會相應(yīng)減小，致使蒸發(fā)壓力降低，進(jìn)而造成室外換熱器結(jié)霜惡化，導(dǎo)致系統(tǒng)的制熱能力加速衰減。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實施例提供一種空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)，可解決現(xiàn)有空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)投入成本過高、以及當(dāng)室外換熱器結(jié)霜時系統(tǒng)的制熱能力加速衰減的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術(shù)方案：

一種空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)，包括壓縮機(jī)、室內(nèi)換熱器、室外換熱器、氣液分離器以及四通閥，所述壓縮機(jī)、所述室內(nèi)換熱器、所述室外換熱器、所述氣液分離器均與所述四通閥連接，所述室內(nèi)換熱器與所述室外換熱器連接，所述氣液分離器包括密閉的殼體，所述殼體上設(shè)有進(jìn)入管和排出管，所述進(jìn)入管與所述四通閥連接，所述排出管與所述壓縮機(jī)連接，所述排出管位于所述殼體內(nèi)、且靠近所述殼體底部的管段上開設(shè)有回油孔，從所述進(jìn)入管進(jìn)入所述殼體內(nèi)的待分離物包括氣體和液體，所述氣體由所述排出管位于所述殼體內(nèi)的一端進(jìn)入所述排出管，并由所述排出管位于所述殼體外的一端排出，所述液體下落至所述殼體底部由所述回油孔進(jìn)入所述排出管，并由所述排出管位于所述殼體外的一端排出；在系統(tǒng)制熱工況下，當(dāng)下落至所述殼體底部的所述液體的液面低于所述回油孔時，以及當(dāng)所述液面高于所述回油孔、且與所述回油孔的高度差小于預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過所述回油孔的所述液體的質(zhì)量小于單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量；當(dāng)所述液面高于所述回油孔、且與所述回油孔的高度差達(dá)到所述預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過所述回油孔的所述液體的質(zhì)量等于單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量。

本發(fā)明實施例提供的空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)，由于在系統(tǒng)制熱工況下，當(dāng)下落至所述殼體底部的所述液體的液面低于所述回油孔時，以及當(dāng)所述液面高于所述回油孔、且與所述回油孔的高度差小于預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過所述回油孔的所述液體的質(zhì)量小于單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量，即單位時間內(nèi)從所述殼體內(nèi)排出的液體量小于單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的液體量，從而使液面逐漸上升；當(dāng)所述液面高于所述回油孔、且與所述回油孔的高度差達(dá)到所述預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過所述回油孔的所述液體的質(zhì)量等于單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量，即單位時間內(nèi)從所述殼體內(nèi)排出的液體量等于單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的液體量，從而使液面與回油孔的高度差始終等于所述預(yù)設(shè)值，進(jìn)而使系統(tǒng)中的氣液分離器在系統(tǒng)制熱工況下具備了儲液的功能，也就是說，系統(tǒng)中的氣液分離器能夠存儲系統(tǒng)制熱工況下多余出來的冷媒，因此無需在系統(tǒng)中增加儲液器，從而減小了成本的投入，進(jìn)而解決了空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)投入成本過高的問題；

另外，在系統(tǒng)制熱工況下當(dāng)室外換熱器開始結(jié)霜時，由于進(jìn)入氣液分離器的液態(tài)冷媒量增多，即單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量大于單位時間內(nèi)流過回油孔的所述液體的質(zhì)量，因此液面會逐漸上升，此時，過量的液態(tài)冷媒會被存儲于氣液分離器中，隨著液面的上升，單位時間內(nèi)流過所述回油孔的所述液體的質(zhì)量也會慢慢增加，即進(jìn)入壓縮機(jī)的液態(tài)冷媒量會慢慢增加，最終單位時間內(nèi)從所述殼體內(nèi)排出的液體量會與單位時間內(nèi)進(jìn)入所述殼體的液體量達(dá)到平衡。在此過程中，進(jìn)入壓縮機(jī)的液態(tài)冷媒量不會過多，從而避免了壓縮機(jī)的排氣過熱度過低導(dǎo)致的膨脹閥開度過小的問題，進(jìn)而緩解了室外換熱器結(jié)霜惡化導(dǎo)致的系統(tǒng)制熱能力加速衰減的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)的示意圖之一；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)的示意圖之二；

圖3為本發(fā)明實施例空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)的示意圖；

圖4為圖3中氣液分離器的結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖5為圖3中氣液分離器的結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖6為圖3氣液分離器中排出管的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

參照圖3至圖5，本發(fā)明實施例空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)包括壓縮機(jī)1、室內(nèi)換熱器2、室外換熱器3、氣液分離器4以及四通閥5，壓縮機(jī)1、室內(nèi)換熱器2、室外換熱器3、氣液分離器4均與四通閥5連接，室內(nèi)換熱器2與室外換熱器3連接，氣液分離器4包括密閉的殼體41，殼體41上設(shè)有進(jìn)入管42和排出管43，進(jìn)入管42與四通閥5連接，排出管43與壓縮機(jī)1連接，排出管43位于殼體41內(nèi)、且靠近殼體41底部的管段上開設(shè)有回油孔44，從進(jìn)入管42進(jìn)入殼體41內(nèi)的待分離物包括氣體和液體，所述氣體由排出管43位于殼體41內(nèi)的一端進(jìn)入排出管43，并由排出管43位于殼體41外的一端排出，所述液體下落至殼體41底部由回油孔44進(jìn)入排出管43，并由排出管43位于殼體41外的一端排出；在系統(tǒng)制熱工況下，當(dāng)下落至殼體41底部的所述液體的液面45低于回油孔44時，以及當(dāng)液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差小于預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量小于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量；當(dāng)液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差達(dá)到所述預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量等于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量。

本發(fā)明實施例提供的空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)，由于在系統(tǒng)制熱工況下，當(dāng)下落至殼體41底部的所述液體的液面45低于回油孔44時，以及當(dāng)液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差小于預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量小于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量，即單位時間內(nèi)從殼體41內(nèi)排出的液體量小于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的液體量，從而使液面45逐漸上升；當(dāng)液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差達(dá)到所述預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量等于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量，即單位時間內(nèi)從殼體41內(nèi)排出的液體量等于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的液體量，從而使液面45與回油孔44的高度差始終等于所述預(yù)設(shè)值，進(jìn)而使系統(tǒng)中的氣液分離器4在系統(tǒng)制熱工況下具備了儲液的功能，也就是說，系統(tǒng)中的氣液分離器4能夠存儲系統(tǒng)制熱工況下多余出來的冷媒，因此無需在系統(tǒng)中增加儲液器，從而減小了成本的投入，進(jìn)而解決了空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)投入成本過高的問題；

另外，在系統(tǒng)制熱工況下當(dāng)室外換熱器3開始結(jié)霜時，由于進(jìn)入氣液分離器4的液態(tài)冷媒量增多，即單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量大于單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量，因此液面45會逐漸上升，此時，過量的液態(tài)冷媒會被存儲于氣液分離器4中，隨著液面45的上升，單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量也會慢慢增加，即進(jìn)入壓縮機(jī)1的液態(tài)冷媒量會慢慢增加，最終單位時間內(nèi)從殼體41內(nèi)排出的液體量會與單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的液體量達(dá)到平衡。在此過程中，進(jìn)入壓縮機(jī)1的液態(tài)冷媒量不會過多，從而避免了壓縮機(jī)1的排氣過熱度過低導(dǎo)致的膨脹閥6開度過小的問題，進(jìn)而緩解了室外換熱器3結(jié)霜惡化導(dǎo)致的系統(tǒng)制熱能力加速衰減的問題。

需要說明的是，由于在系統(tǒng)從化霜工況切換至制熱工況的瞬間，單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量相比制熱工況下更多，因此，在該瞬間單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量必然小于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量，即在該瞬間系統(tǒng)中的氣液分離器4仍然具備氣液分離的功能。

設(shè)排出管43位于殼體41內(nèi)的一端處的壓力為P₀，回油孔44處的管外壓力為P₁，回油孔44處的管內(nèi)壓力為P₂，排出管43位于殼體41內(nèi)的一端與回油孔44之間的管段造成的壓力損失為ΔP，回油孔44處液體的質(zhì)量流率為G，進(jìn)入管42處待分離物中液體的質(zhì)量流率為X，回油孔44的流量系數(shù)為α，回油孔44的面積為Α，所述液體的密度為ρ_液，所述氣體的密度為ρ_氣，重力加速度為g，所述預(yù)設(shè)值為h，所述氣體在排出管43位于殼體41內(nèi)的一端的流速為u_氣，排出管43的管內(nèi)摩擦系數(shù)為λ，排出管43位于殼體41內(nèi)的一端與回油孔44之間的直管長度為L，排出管43位于殼體41內(nèi)的一端與回油孔44之間的直管內(nèi)徑為d，所述氣體在排出管43位于殼體41內(nèi)的一端縮口流動造成的損失為ξ₁，排出管43位于殼體41內(nèi)的一端與回油孔44之間的彎管造成的損失為ξ₂；

回油孔44處的管外壓力P₁：

P₁＝P₀+ρ_液gh

回油孔44處的管內(nèi)壓力P₂：

P₂＝P₀-ΔP

式中，

回油孔44處的管內(nèi)、管外壓力差：

P₁-P₂＝ΔP+ρ_液gh

所述液體通過回油孔44流入排出管43按照小孔節(jié)流裝置考慮，回油孔44處液體的質(zhì)量流率：

只要G＝X，即上述參數(shù)滿足以下條件：

即可在系統(tǒng)制熱工況下，當(dāng)下落至殼體41底部的所述液體的液面45低于回油孔44時，以及當(dāng)液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差小于預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量小于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量；當(dāng)液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差達(dá)到所述預(yù)設(shè)值時，單位時間內(nèi)流過回油孔44的所述液體的質(zhì)量等于單位時間內(nèi)進(jìn)入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質(zhì)量，因此，可調(diào)節(jié)所述氣液分離器4的各項參數(shù)以滿足該條件，即可使氣液分離器4在系統(tǒng)制熱工況下具備儲液功能。

優(yōu)選的，X為7～70kg/h，α為0.15～0.3，Α為0.785～2.5434mm²，ρ_液為700～1300kg/m³，h為100～500mm，ρ_氣為10～250kg/m³，u_氣為5～50m/s，λ為0.027～64，L為50～400mm，d為12.7～25.4mm，ξ₁為0.45～0.7，ξ₂為0.1～0.7。

通過上述計算公式可得到，在確定了系統(tǒng)制熱工況下需要存儲的冷媒量(即所述預(yù)設(shè)值h)后，通過回油孔44的回液量(即回油孔44處液體的質(zhì)量流率G)只與回油孔44的面積Α、排出管43位于殼體41內(nèi)的一端與回油孔44之間的直管內(nèi)徑d以及所述氣體在排出管43位于殼體41內(nèi)的一端縮口流動造成的損失ξ₁相關(guān)。

通常系統(tǒng)在制熱工況下，從進(jìn)入管42進(jìn)入殼體41內(nèi)的冷媒干度在80％～98％之間，含液量很少，即進(jìn)入管42處待分離物中液體的質(zhì)量流率X很小，為了使G＝X，可減小回油孔44的面積Α、增大排出管43位于殼體41內(nèi)的一端與回油孔44之間的直管內(nèi)徑d、減小所述氣體在排出管43位于殼體41內(nèi)的一端縮口流動造成的損失ξ₁。

在本發(fā)明的第一種實施例中，通過減小回油孔44的面積Α使得G＝X，參照圖6，本實施例中回油孔44為圓孔，可通過減小回油孔44的直徑來減小回油孔44的面積Α，但回油孔44的直徑過小會導(dǎo)致工藝難度過大，因此，本實施例中優(yōu)選回油孔44的直徑為1.0～1.8mm，由此不僅可使氣液分離器4具備儲液功能，還能避免工藝難度過大的問題。

在本發(fā)明的第二種實施例中，通過增大排出管43位于殼體41內(nèi)的一端與回油孔44之間的直管內(nèi)徑d使得G＝X，參照圖6，本實施例中排出管43包括第一管段431和與第一管段431連接的第二管段432，回油孔44開設(shè)于第一管段431上，所述氣體由第二管段432的頂端進(jìn)入第二管段432，第二管段432為第二直管，所述第二直管的內(nèi)徑大于第一管段431的內(nèi)徑，第一管段431優(yōu)選外徑為12.7～22.2mm的銅管，以方便與熱泵系統(tǒng)中的壓縮機(jī)1連接，所述第二直管優(yōu)選外徑為15.88～25.4mm的銅管，以保證G＝X。

在本發(fā)明的第三種實施例中，通過減小所述氣體在排出管43位于殼體41內(nèi)的一端縮口流動造成的損失ξ₁使得G＝X，參照圖6，本實施例中排出管43包括直管，所述氣體由所述直管的頂端進(jìn)入所述直管，所述直管頂端的端面433相對于所述直管的延伸方向傾斜，且傾斜角度為30～60°，由此，一方面可增大所述直管頂端的入口面積，從而減小了氣體在所述直管頂端縮口流動造成的損失，另一方面可避免所述直管頂端的端面433過于傾斜，從而保證了氣液分離器4對所述氣體和所述液體的分離效果。

參照圖6，本實施例中第一管段431包括與所述第二直管連接的第一直管4311，第一直管4311靠近所述第二直管的一端設(shè)有擴(kuò)大口4312，所述第二直管的一端配合設(shè)置于擴(kuò)大口4312內(nèi)，由此可避免使用額外的連接結(jié)構(gòu)，從而節(jié)省了成本；此外，第一直管4311能夠通過夾具(圖中未示出)夾緊，從而保證了在第一直管4311上設(shè)置擴(kuò)大口4312的工藝能夠?qū)崿F(xiàn)。

設(shè)所述第二直管的長度為a，a/L過大會使第一直管4311過短，進(jìn)而導(dǎo)致夾具對第一直管4311的夾緊效果降低，a/L過小則會使第二直管過短，進(jìn)而導(dǎo)致G≠X，因此，本實施例中優(yōu)選a與L滿足以下條件：30％≤a/L≤80％。

進(jìn)一步的，參照圖3，室內(nèi)換熱器2和室外換熱器3的連接管路上設(shè)有膨脹閥6，還包括控制單元，所述控制單元包括：感應(yīng)器(圖中未示出)，所述感應(yīng)器用于在系統(tǒng)制熱工況下檢測膨脹閥6與室內(nèi)換熱器2之間的管路中制冷劑的過冷度；控制器(圖中未示出)，所述控制器分別與所述感應(yīng)器和膨脹閥6連接，當(dāng)所述感應(yīng)器檢測到所述過冷度高于預(yù)設(shè)范圍時，所述控制器控制膨脹閥6的開度增大，當(dāng)所述感應(yīng)器檢測到所述過冷度低于預(yù)設(shè)范圍時，所述控制器控制膨脹閥6的開度減?。挥捎谠谙到y(tǒng)制熱工況下當(dāng)室外換熱器3開始結(jié)霜時，膨脹閥6與室內(nèi)換熱器2之間的管路中制冷劑的過冷度不會超出所述預(yù)設(shè)范圍，因此所述控制器不會控制膨脹閥6的開度增大或減小，從而避免了膨脹閥6關(guān)小引起的室外換熱器3結(jié)霜惡化的問題，進(jìn)而保證了當(dāng)室外換熱器3結(jié)霜時系統(tǒng)的制熱能力不會衰減，即提升了系統(tǒng)的制熱能力。

具體的，所述感應(yīng)器包括與所述控制器連接的壓力傳感器(圖中未示出)和溫度傳感器(圖中未示出)，所述壓力傳感器用于檢測壓縮機(jī)1的排氣壓力，所述溫度傳感器用于檢測膨脹閥6與室內(nèi)換熱器2之間的管路中制冷劑的實際溫度，例如，可以檢測液側(cè)截止閥7處的溫度，所述控制器即可通過所述排氣壓力對應(yīng)的飽和溫度與所述實際溫度計算出所述過冷度。

所述預(yù)設(shè)范圍優(yōu)選為3～8K，由此可在系統(tǒng)運(yùn)行時使所述過冷度適中，從而避免了系統(tǒng)能效降低的問題。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所述權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。