空气源热泵和空调器的制作方法

1.本实用新型涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种空气源热泵和空调器。


背景技术：

2.目前，市场上的空气源热泵在低温环境下无法制取高水温热水，通常只能将水温加热到55℃左右，需采用电加热进行辅助加热，使水温升至高水温——70℃至80℃，采用电加热进行辅助加热的方法，消耗电能较多。如果采用将主回路中的第一冷媒，直接与需要加热的水进行换热，则需要第一冷媒的温度下降较多，冷媒温度过低，会导致压缩机效能降低。


技术实现要素：

3.本实用新型的第一个目的在于提供一种室外换热组件，以解决现有空气源热泵中主回路的冷媒温度过低导致压缩机能效降低的技术问题。
4.本实用新型提供的空气源热泵，包括主回路、中间回路和水温调节装置，所述主回路包括串联设置的第一压缩机、第一换热器、第二换热器的第一侧和第三换热器的第三侧，所述主回路还包括短路组件，所述短路组件与所述第二换热器的第一侧并联设置，且所述短路组件与所述第三换热器的第三侧、所述第一换热器串联设置；所述中间回路包括串联设置的所述第三换热器的第四侧和第四换热器的第五侧；所述水温调节装置包括串联设置的所述第二换热器的第二侧和所述第四换热器的第六侧。
5.通过设置短路组件与主回路中的第二换热器的第一侧并联，可以在需要的目标水温较高时，利用短路组件将第二换热器的第一侧短路，利用第三换热器实现主回路与中间回路的换热，并且，经过中间回路的第四换热器将热量传递给水温调节装置中的循环水中，可以利用中间回路的第二冷媒将水温调节装置中的水温上升至较高的高度。从而解决了直接采用主回路与水温调节装置换热的方案中，因水温调节装置水温上升过高而导致的主回路中的第一冷媒在放热后温度下降过低而产生的，冷凝压力过高、压缩机的能效降级的问题。
6.优选的技术方案中，所述主回路还包括第一截止阀，所述第一截止阀与所述第二换热器的第一侧串联形成低温换热组件，且所述低温换热组件与所述短路组件并联。
7.通过设置第一截止阀与第二换热器的第一侧串联，形成低温换热组件，再将低温换热组件与短路组件并联，可以在短路组件处于导通状态，将第二换热器短路时，利用第一截止阀的截止作用，彻底中断第二换热器中的第一冷媒流动，从而降低第一冷媒流经第二换热器的热损失。特别是，在水温调节装置中，将第二换热器的第二侧与第四换热器的第六侧串联时，甚至第二换热器的第二侧的温度还可能高于第二换热器的第一侧，第二换热器的第一侧还可能从第二换热器的第二侧吸收热量，即主回路中的第一冷媒可能从水温调节装置中的水吸收热量。彻底中断第二换热器的第一冷媒流动，则可以显著减少乃至于消除这种热量的反向传递。
8.优选的技术方案中，所述短路组件包括第二截止阀。
9.通过设置第二截止阀，可以在需要第二换热器发挥换热作用时，使得第二截止阀断开，第一冷媒完全流经第二换热器；当不需要第二换热器发挥作用时，将第二截止阀导通，从而使得第二换热器处于被短路的状态，不起到换热作用。
10.优选的技术方案中，所述主回路还包括第一膨胀阀，所述第一膨胀阀与所述短路组件串联设置，所述第一膨胀阀还与所述第二换热器串联设置。
11.通过设置第一膨胀阀，可以使得第一冷媒在流经第一膨胀阀时，体积增大，便于从第一换热器经过时吸收或释放更多的热量。而且，第一膨胀阀与第二换热器和短路组件均串联设置，无论主回路中的第一冷媒是否流经第二换热器，均可以利用第一膨胀阀来使得第一冷媒膨胀，以便于从第一换热器中吸收热量。
12.优选的技术方案中，所述中间回路还包括第二压缩机。
13.通过设置第二压缩机，可以增加中间回流中的第二冷媒压力，便于高压的气态的第二冷媒将能量转移给第四换热器的第六侧中的水。
14.优选的技术方案中，所述中间回路还包括第二膨胀阀，所述第二膨胀阀、所述第三换热器的第四侧、所述第二压缩机和所述第四换热器的第五侧依次顺序连接。
15.通过设置第二膨胀阀，便于将经过第四换热器的第五侧释放热量，温度下降的第二冷媒体积膨胀，以便于在第三换热器的第四侧吸收热量后再被第二压缩机压缩。
16.优选的技术方案中，所述第一压缩机为变频压缩机。
17.采用变频压缩机，可以调节第一压缩机的电机转数、扭矩等，使得主回路中的第一冷媒在经过作为冷凝器的第三换热器的第一侧之后，可以保持温度大致不变，从而使得主回路的压力变化也较小，进而能够让压缩机工作在较为高效的区间，从而降低能耗。
18.优选的技术方案中，所述水温调节装置还包括水温传感器，所述水温传感器串联在所述第二换热器的第二侧和所述第四换热器的第六侧之间。
19.通过设置水温传感器，可以感受自第四换热器流出的水的温度，当水温达标时，可以反馈水温信息，终止主回路的第一冷媒或中间回路的第二冷媒流动，从而降低能耗。
20.优选的技术方案中，所述水温调节装置还包括水泵。
21.通过设置水泵，可以驱动水温调节装置中的水沿自第四换热器的第六侧向第二换热器的第二侧的方向流动，从第四换热器中吸收热量或从第二换热器中吸收热量。
22.本实用新型的第二个目的在于提供一种空调器，以解决现有空气源热泵中主回路的第一冷媒温度过低导致压缩机能效降低的技术问题。
23.本实用新型提供的空调器，包括上述空气源热泵。
24.通过在空调器中设置上述空气源热泵，相应地，该空调器具有上述空气源热泵的所有优势，在此不再一一赘述。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
26.图1为本实用新型实施例提供的空气源热泵的结构示意图；
27.图2为上述的空气源热泵处于提供较低水温时的第一冷媒流动示意图；
28.图3为上述的空气源热泵处于提供较高水温时的第一冷媒和第二冷媒流动示意图；
29.图4为上述的空气源热泵处于除霜或制冷状态时的第一冷媒流动示意图；
30.附图标记说明：
31.11-第一换热器；12-第二换热器；13-第一膨胀阀；14-第一截止阀；15-四通换向阀；16-第三换热器；17-第一压缩机；18-第一气液分离器；19-第二截止阀；
32.21-第四换热器；22-第二压缩机；23-第二气液分离器；24-第二膨胀阀；
33.31-水泵；32-水温传感器。
具体实施方式
34.图1为本实用新型实施例提供的空气源热泵的结构示意图；如图1所示，本实施例提供的空气源热泵，包括主回路、中间回路和水温调节装置，主回路包括串联设置的第一压缩机17、第一换热器11、第二换热器12的第一侧和第三换热器16的第三侧，主回路还包括短路组件，短路组件与第二换热器12的第一侧并联设置，且短路组件与第三换热器16的第三侧、第一换热器11串联设置；中间回路包括串联设置的第三换热器16的第四侧和第四换热器21的第五侧；水温调节装置包括串联设置的第二换热器12的第二侧和第四换热器21的第六侧。
35.具体的，本实施例中，主回路中的第一冷媒可以选用r410a型制冷剂，具体的，r410a型制冷剂为二氟甲烷和五氟乙烷各占50％的混合物。而中间回路中的第二冷媒则可以选用r134a型制冷剂，具体的，r134a型制冷剂为1,1,1,2-四氟乙烷。
36.具体的，本实施例中，第一换热器11，可以是室外换热器，在利用空气作为空气源热泵的热量来源时，第一换热器11作为蒸发器吸收空气中的热量。第二换热器12、第三换热器16和第四换热器21，均可以选用板式换热器。
37.此外，在利用空气作为空气源热泵的热量来源以加热水时，第二换热器12的第一侧指的是第二换热器12的热侧，第二换热器12的第二侧指的是第二换热器12的冷侧，第三换热器16的第三侧指的是第二换热器12的热侧，第三换热器16的第四侧指的是第三换热器16的冷侧，第四换热器21的第五侧指的是第四换热器21的热侧，第四换热器21的第六侧指的是第四换热器21的冷侧。
38.通过设置短路组件与主回路中的第二换热器12的第一侧并联，可以在需要的目标水温较高时，利用短路组件将第二换热器12的第一侧短路，利用第三换热器16实现主回路与中间回路的换热，并且，经过中间回路的第四换热器21将热量传递给水温调节装置中的循环水中，可以利用中间回路的制冷剂将水温调节装置中的水温上升至较高的高度。从而解决了直接采用主回路与水温调节装置换热的方案中，因水温调节装置水温上升过高而导致的主回路中的第一冷媒在放热后温度下降过低而产生的，冷凝压力过高、压缩机的能效降级的问题。
39.另外，主回路中，还包括换向组件和第一气液分离器18，第一气液分离器18的出口端与第一压缩机17的入口端连接。具体的，本实施例中，换向组件可以为四通换向阀15，四
通换向阀15具有第一口、第二口、第三口和第四口，四通换向阀15的第一口与压缩机的出口端连接，四通换向阀15的第二口与第一换热器11连接，四通换向阀15的第三口与第一气液分离器18的入口端连接，四通换向阀15的第四口与第三换热器16的第五侧连接。
40.四通换向阀15用于在两个状态——第一状态和第二状态中切换。当四通换向阀15处于第一状态时，第一口和第二口连通，第三口和第四口连通。此时第一压缩机17输出的第一冷媒先经过第一换热器11，第一换热器11此时做冷凝器使用，第一冷媒经过第二换热器12或第二换热器12 第三换热器16后，经过依次四通换向阀15的第四口和第三口，到达第一气液分离器18进行气液分离，最后再回到第一压缩机17中。当四通换向阀15处于第二状态时，第一口和第四口连通，第二口和第三口连通。此时第一压缩机17输出的第一冷媒先经过第三换热器16，根据短路组件的状态，第一冷媒选择性的经过或不经过第二换热器12，然后经过第一换热器11，此时第一换热器11做蒸发器使用，第一冷媒依次经四通换向阀15的第二口和第三口，到达第一气液分离器18进行气液分离，最后再回到第一压缩机17中。
41.如图1所示，优选的，主回路还包括第一截止阀14，第一截止阀14与第二换热器12的第一侧串联形成低温换热组件，且低温换热组件与短路组件并联。即，短路组件的一个端点，可以与第二换热器12的第一侧的背离第一截止阀14的端口共同与同一个三通连接；短路组件的另一个端点，可以与第一截止阀14的背离第二换热器12的端口共同与同一个三通连接。
42.具体的，第一截止阀14，可以选用第一电磁阀。
43.通过设置第一截止阀14与第二换热器12的第一侧串联，形成低温换热组件，再将低温换热组件与短路组件并联，可以在短路组件处于导通状态，将第二换热器12短路时，利用第一截止阀14的截止作用，彻底中断第二换热器12中的第一冷媒流动，从而降低第一冷媒流经第二换热器12的热损失。特别是，在水温调节装置中，将第二换热器12的第二侧与第四换热器21的第六侧串联时，甚至第二换热器12的第二侧的温度还可能高于第二换热器12的第一侧，第二换热器12的第一侧还可能从第二换热器12的第二侧吸收热量，即主回路中的第一冷媒可能从水温调节装置中的水吸收热量。而彻底中断第二换热器12的第一冷媒流动，则可以显著减少乃至于消除这种热量的反向传递。
44.如图1所示，优选的，短路组件包括第二截止阀19。具体的，第二截止阀19，可以选用第二电磁阀。
45.通过设置第二截止阀19，可以在需要第二换热器12发挥换热作用时，使得第二截止阀19断开，第一冷媒完全流经第二换热器12；当不需要第二换热器12发挥作用时，将第二截止阀19导通，从而使得第二换热器12处于被短路的状态，不起到换热作用。
46.如图1所示，优选的，主回路还包括第一膨胀阀13，第一膨胀阀13与短路组件串联设置，第一膨胀阀13还与第二换热器12串联设置。即，第一膨胀阀13一侧的端口，与上述的短路组件的一个端点、第二换热器12的第一侧的背离第一截止阀14的端口共用的那个三通连接，第一膨胀阀13另一侧的端口，与第一换热器11的背离四通换向阀15的端口连接。具体的，本实施例中第一膨胀阀13为第一电子膨胀阀。
47.通过设置第一膨胀阀13，可以使得第一冷媒在流经膨胀阀时，体积增大，便于从第一换热器11经过时吸收或释放更多的热量。而且，第一膨胀阀13与第二换热器12和短路组件均串联设置，无论主回路中的第一冷媒是否流经第二换热器12，均可以利用第一膨胀阀
13来使得第一冷媒膨胀，以便于从第一换热器11中吸收热量。采用一个第一膨胀阀13，处理两种情形中的第一冷媒膨胀，简化了系统的复杂程度，降低了系统的制造成本。
48.如图1所示，优选的，中间回路还包括第二压缩机22。
49.具体的，第二压缩机22可以为定频压缩机，以节省成本，降低系统的造价。
50.通过设置第二压缩机22，可以增加中间回路中的第二冷媒压力，便于高压的气态的第二冷媒将能量转移给第四换热器21的第六侧中的水。
51.如图1所示，优选的，中间回路还包括第二膨胀阀24，第二膨胀阀24、第三换热器16的第四侧、第二压缩机22和第四换热器21的第五侧依次顺序连接。此外，中间回路还包括第二气液分离器23，第二气液分离器23的出口端与第二压缩机22的入口端连接，第二气液分离器23的入口端与第三换热器16的第六侧的远离第二膨胀阀24的一端连接。具体的，本实施例中第二膨胀阀24为第二电子膨胀阀。
52.通过设置第二膨胀阀24，便于将经过第四换热器21的第五侧释放热量，温度下降的第二冷媒体积膨胀，以便于在第三换热器16的第四侧吸收热量后再被第二压缩机22压缩。
53.如图1所示，优选的，第一压缩机17为变频压缩机。
54.采用变频压缩机，可以调节第一压缩机17的电机转数、扭矩等，使得主回路中的第二冷媒在经过作为冷凝器的第三换热器16的第一侧之后，可以保持温度大致不变，从而使得主回路的压力变化也较小，进而能够让压缩机工作在较为高效的区间，从而降低能耗。
55.如图1所示，优选的，水温调节装置还包括水温传感器32，水温传感器32串联在第二换热器12的第二侧和第四换热器21的第六侧之间。
56.通过设置水温传感器32，可以感受自第四换热器21流出的水的温度，当水温达标时，可以反馈水温信息，终止主回路的第一冷媒流动或中间回路的第二冷媒流动，从而降低能耗。
57.如图1所示，优选的，水温调节装置还包括水泵31。
58.通过设置水泵31，可以驱动水温调节装置中的水沿自第四换热器21的第六侧向第二换热器12的第二侧的方向流动，从第四换热器21中吸收热量或从第二换热器12中吸收热量。
59.本实施例的空气源热泵的动作原理为：
60.图2为上述的空气源热泵处于提供较低水温时的第一冷媒流动示意图。如图2所示，当空气源热泵处于制热模式时，需要的目标水温较低，例如≤50℃时，第一截止阀14处于导通状态，第二截止阀19处于关闭状态，四通换向阀15处于第二状态。第一压缩机17压缩的第一冷媒，依次经过四通换向阀15的第一口和第四口，流入到第三换热器16中，再流过第一截止阀14，经过第二换热器12的第一侧，与第二换热器12的第二侧进行换热，将热量转移给水温调节装置中的水。第一冷媒从第二换热器12的第一侧流出后，经过第一膨胀阀13之后，在作为蒸发器的第一换热器11中吸热蒸发，再依次经过四通换向阀15的第二口和第三口，流入第一气液分离器18进行气液分离，最后流回第一压缩机17进行压缩。
61.在这种模式中，由于第二截止阀19处于关闭状态，所以主回路中的第一冷媒会全部流经第二换热器12的第一侧进行换热。而中间回路中，由于第二压缩机22此时并不启动，第二冷媒在中间回路中并不流动，因此，流经第三换热器16的第三侧的第一冷媒并不会持
续地与第三换热器16的第四侧的第二冷媒进行换热。即，如果忽略对环境的散热作用，此时主回路中减少的热量可以大部分甚至全部地通过第一换热器11交换给水温调节装置中的水。
62.图3为上述的空气源热泵处于提供较高水温时的第一冷媒和第二冷媒流动示意图。如图3所示，当空气源热泵处于制热模式时，需要的目标水温较高，例如＞50℃时，甚至是70℃-80℃时，第一截止阀14处于断开状态，第二截止阀19处于导通状态，四通换向阀15处于第二状态。第一压缩机17压缩的第一冷媒，依次经过四通换向阀15的第一口和第四口，流入到第三换热器16中，经过第三换热器16的第三侧，与第三换热器16的第四侧进行换热，将热量转移给中间回路中的第二冷媒，再流过第二截止阀19。第一冷媒经过第一膨胀阀13之后，在作为蒸发器的第一换热器11中吸热蒸发，再依次经过四通换向阀15的第二口和第三口，流入第一气液分离器18进行气液分离，最后流回第一压缩机17进行压缩。
63.同时，第二压缩机22也在运行。中间回路的第二冷媒，在第三换热器16的第四侧吸收热量之后，经过第二气液分离器23的气液分离，流入第二压缩机22中，经过第二压缩机22的压缩，压力增加，流入到第四换热器21的第五侧，将热量转移给第四换热器21的第六侧，即水温调节装置的水中。温度下降后的第二冷媒从第四换热器21的第五侧流出，经过第二膨胀阀24的膨胀，再进入到第三换热器16的第四侧吸收热量。
64.在这种模式中，由于第一截止阀14处于断开状态，第二截止阀19处于导通状态，所以并没有第一冷媒流经第二换热器12，水温调节装置中的水的热量也不会持续地与第二换热器12的第一侧的第一冷媒进行换热。即，如果忽略对环境的散热作用，此时主回路中减少的热量可以大部分甚至全部地通过第一换热器11交换给水温调节装置中的水，并用于对室内供热。
65.图4为上述的空气源热泵处于除霜或制冷状态时的第一冷媒流动示意图。如图4所示，当需要对第一换热器11进行除霜，或需要对室内制冷时，第一截止阀14处于导通状态，第二截止阀19处于断开状态，四通换向阀15处于第一状态，第二压缩机22不运行。第一压缩机17压缩的第一冷媒，依次经过四通换向阀15的第一口和第二口，流入到第一换热器11中，在作为冷凝器的第一换热器11中冷凝放热，使得第一换热器11的翅片化霜，或向第一换热器周围的空气散发热量。然后再经过第一膨胀阀13后，流入第二换热器12的第一侧，与第二换热器12的第二侧进行换热，从水温调节装置中的水吸收热量，第一冷媒从第二换热器12的第一侧流出后，再流过第一截止阀14和第三换热器16的第三侧。再依次经过四通换向阀15的第四口和第三口，流入第一气液分离器18进行气液分离，最后流回第一压缩机17进行压缩。
66.在这种模式中，由于第二截止阀19处于关闭状态，所以主回路中的第一冷媒会全部流经第二换热器12的第一侧进行换热。而中间回路中，由于第二压缩机22此时并不启动，第二冷媒在中间回路中并不流动，因此，流经第三换热器16的第三侧的第一冷媒并不会持续地与第三换热器16的第四侧的第二冷媒进行换热。即，如果忽略对环境的散热作用，此时水温调节装置中的水中减少的热量可以大部分甚至全部地转移给主回路中的第一冷媒。
67.本技术还提供一种空调器，包括上述空气源热泵。
68.空调器中设置上述空气源热泵，相应地，该空调器具有上述空气源热泵的所有优势，在此不再一一赘述。
69.虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
70.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
71.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种空气源热泵，其特征在于，包括主回路、中间回路和水温调节装置，所述主回路包括串联设置的第一压缩机(17)、第一换热器(11)、第二换热器(12)的第一侧和第三换热器(16)的第三侧，所述主回路还包括短路组件，所述短路组件与所述第二换热器(12)的第一侧并联设置，且所述短路组件与所述第三换热器(16)的第三侧、所述第一换热器(11)串联设置；所述中间回路包括串联设置的所述第三换热器(16)的第四侧和第四换热器(21)的第五侧；所述水温调节装置包括串联设置的所述第二换热器(12)的第二侧和所述第四换热器(21)的第六侧。2.根据权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述主回路还包括第一截止阀(14)，所述第一截止阀(14)与所述第二换热器(12)的第一侧串联形成低温换热组件，且所述低温换热组件与所述短路组件并联。3.根据权利要求1或2所述的空气源热泵，其特征在于，所述短路组件包括第二截止阀(19)。4.根据权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述主回路还包括第一膨胀阀(13)，所述第一膨胀阀(13)与所述短路组件串联设置，所述第一膨胀阀(13)还与所述第二换热器(12)串联设置。5.根据权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述中间回路还包括第二压缩机(22)。6.根据权利要求5所述的空气源热泵，其特征在于，所述中间回路还包括第二膨胀阀(24)，所述第二膨胀阀(24)、所述第三换热器(16)的第四侧、所述第二压缩机(22)和所述第四换热器(21)的第五侧依次顺序连接。7.根据权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述第一压缩机(17)为变频压缩机。8.根据权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述水温调节装置还包括水温传感器(32)，所述水温传感器(32)串联在所述第二换热器(12)的第二侧和所述第四换热器(21)的第六侧之间。9.根据权利要求1所述的空气源热泵，其特征在于，所述水温调节装置还包括水泵(31)。10.一种空调器，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的空气源热泵。

技术总结
本实用新型提供了空气源热泵和空调器，涉及空调领域，为解决现有主回路的冷媒温度过低导致压缩机能效降低的问题而设计。空气源热泵包括主回路、中间回路和水温调节装置，主回路包括串联设置的第一压缩机、第一换热器、第二换热器的第一侧和第三换热器的第三侧，主回路还包括短路组件，短路组件与第二换热器的第一侧并联设置，且短路组件与第三换热器的第三侧、第一换热器串联设置；中间回路包括串联设置的第三换热器的第四侧和第四换热器的第五侧；水温调节装置包括串联设置的第二换热器的第二侧和第四换热器的第六侧。本实用新型可以利用中间回路的第二冷媒将水温调节装置中的水温上升至较高的高度。水温上升至较高的高度。水温上升至较高的高度。


技术研发人员：许如亚
受保护的技术使用者：宁波奥克斯电气股份有限公司
技术研发日：2021.09.13
技术公布日：2022/5/25