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

背景技術：

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為風冷翅片式換熱器，室內換熱器02為冷媒水換熱器，因此室內換熱器02的換熱系數(shù)遠大于室外換熱器01的換熱系數(shù)，為了節(jié)省成本，通常會把換熱系數(shù)大的室內換熱器02設計成較小的換熱面積，這就會導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06的排氣過熱度，然而，在系統(tǒng)制熱工況下當室外換熱器01開始結霜時，冷媒在室外換熱器01處的蒸發(fā)率降低，導致進入氣液分離器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06吸入而引起壓縮機的排氣過熱度降低，此時，膨脹閥05的開度會相應減小，致使蒸發(fā)壓力降低，進而造成室外換熱器結霜惡化，導致系統(tǒng)的制熱能力加速衰減。

技術實現(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、以及當室外換熱器結霜時系統(tǒng)的制熱能力加速衰減的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的實施例采用如下技術方案：

一種空氣源冷熱水熱泵系統(tǒng)，包括壓縮機、室內換熱器、室外換熱器、氣液分離器以及四通閥，所述壓縮機、所述室內換熱器、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，所述殼體上設有進入管和排出管，所述進入管與所述四通閥連接，所述排出管與所述壓縮機連接，所述排出管位于所述殼體內、且靠近所述殼體底部的管段上開設有回油孔，從所述進入管進入所述殼體內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的一端進入所述排出管，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設值時，單位時間內流過所述回油孔的所述液體的質量小于單位時間內進入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質量；當所述液面高于所述回油孔、且與所述回油孔的高度差達到所述預設值時，單位時間內流過所述回油孔的所述液體的質量等于單位時間內進入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質量。

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設值時，單位時間內流過所述回油孔的所述液體的質量小于單位時間內進入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質量，即單位時間內從所述殼體內排出的液體量小于單位時間內進入所述殼體的液體量，從而使液面逐漸上升；當所述液面高于所述回油孔、且與所述回油孔的高度差達到所述預設值時，單位時間內流過所述回油孔的所述液體的質量等于單位時間內進入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質量，即單位時間內從所述殼體內排出的液體量等于單位時間內進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設值，進而使系統(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)制熱工況下當室外換熱器開始結霜時，由于進入氣液分離器的液態(tài)冷媒量增多，即單位時間內進入所述殼體的所述待分離物中含有的所述液體的質量大于單位時間內流過回油孔的所述液體的質量，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，單位時間內流過所述回油孔的所述液體的質量也會慢慢增加，即進入壓縮機的液態(tài)冷媒量會慢慢增加，最終單位時間內從所述殼體內排出的液體量會與單位時間內進入所述殼體的液體量達到平衡。在此過程中，進入壓縮機的液態(tài)冷媒量不會過多，從而避免了壓縮機的排氣過熱度過低導致的膨脹閥開度過小的問題，進而緩解了室外換熱器結霜惡化導致的系統(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)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術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，對于本領域普通技術人員來講，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中氣液分離器的結構示意圖之一；

圖5為圖3中氣液分離器的結構示意圖之二；

圖6為圖3氣液分離器中排出管的示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、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，本領域普通技術人員在沒有做出創(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)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，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、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。

術語“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，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，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，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發(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1、室內換熱器2、室外換熱器3、氣液分離器4以及四通閥5，壓縮機1、室內換熱器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上設有進入管42和排出管43，進入管42與四通閥5連接，排出管43與壓縮機1連接，排出管43位于殼體41內、且靠近殼體41底部的管段上開設有回油孔44，從進入管42進入殼體41內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內的一端進入排出管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，以及當液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差小于預設值時，單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量小于單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量；當液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差達到所述預設值時，單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量等于單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量。

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，以及當液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差小于預設值時，單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量小于單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量，即單位時間內從殼體41內排出的液體量小于單位時間內進入殼體41的液體量，從而使液面45逐漸上升；當液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差達到所述預設值時，單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量等于單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量，即單位時間內從殼體41內排出的液體量等于單位時間內進入殼體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設值，進而使系統(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)制熱工況下當室外換熱器3開始結霜時，由于進入氣液分離器4的液態(tài)冷媒量增多，即單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量大于單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量，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，單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量也會慢慢增加，即進入壓縮機1的液態(tài)冷媒量會慢慢增加，最終單位時間內從殼體41內排出的液體量會與單位時間內進入殼體41的液體量達到平衡。在此過程中，進入壓縮機1的液態(tài)冷媒量不會過多，從而避免了壓縮機1的排氣過熱度過低導致的膨脹閥6開度過小的問題，進而緩解了室外換熱器3結霜惡化導致的系統(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，單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量相比制熱工況下更多，因此，在該瞬間單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量必然小于單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量，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。

設排出管43位于殼體41內的一端處的壓力為P₀，回油孔44處的管外壓力為P₁，回油孔44處的管內壓力為P₂，排出管43位于殼體41內的一端與回油孔44之間的管段造成的壓力損失為ΔP，回油孔44處液體的質量流率為G，進入管42處待分離物中液體的質量流率為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，所述預設值為h，所述氣體在排出管43位于殼體41內的一端的流速為u_氣，排出管43的管內摩擦系數(shù)為λ，排出管43位于殼體41內的一端與回油孔44之間的直管長度為L，排出管43位于殼體41內的一端與回油孔44之間的直管內徑為d，所述氣體在排出管43位于殼體41內的一端縮口流動造成的損失為ξ₁，排出管43位于殼體41內的一端與回油孔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處的管內壓力P₂：

P₂＝P₀-ΔP

式中，

回油孔44處的管內、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，以及當液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差小于預設值時，單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量小于單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量；當液面45高于回油孔44、且與回油孔44的高度差達到所述預設值時，單位時間內流過回油孔44的所述液體的質量等于單位時間內進入殼體41的所述待分離物中含有的所述液體的質量，因此，可調節(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(即所述預設值h)后，通過回油孔44的回液量(即回油孔44處液體的質量流率G)只與回油孔44的面積Α、排出管43位于殼體41內的一端與回油孔44之間的直管內徑d以及所述氣體在排出管43位于殼體41內的一端縮口流動造成的損失ξ₁相關。

通常系統(tǒng)在制熱工況下，從進入管42進入殼體41內的冷媒干度在80％～98％之間，含液量很少，即進入管42處待分離物中液體的質量流率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內的一端與回油孔44之間的直管內徑d、減小所述氣體在排出管43位于殼體41內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內的一端與回油孔44之間的直管內徑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開設于第一管段431上，所述氣體由第二管段432的頂端進入第二管段432，第二管段432為第二直管，所述第二直管的內徑大于第一管段431的內徑，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有擴大口4312，所述第二直管的一端配合設置于擴大口4312內，由此可避免使用額外的連接結構，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上設置擴大口4312的工藝能夠實現(xiàn)。

設所述第二直管的長度為a，a/L過大會使第一直管4311過短，進而導致夾具對第一直管4311的夾緊效果降低，a/L過小則會使第二直管過短，進而導致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％。

進一步的，參照圖3，室內換熱器2和室外換熱器3的連接管路上設有膨脹閥6，還包括控制單元，所述控制單元包括：感應器(圖中未示出)，所述感應器用于在系統(tǒng)制熱工況下檢測膨脹閥6與室內換熱器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器和膨脹閥6連接，當所述感應器檢測到所述過冷度高于預設范圍時，所述控制器控制膨脹閥6的開度增大，當所述感應器檢測到所述過冷度低于預設范圍時，所述控制器控制膨脹閥6的開度減小；由于在系統(tǒng)制熱工況下當室外換熱器3開始結霜時，膨脹閥6與室內換熱器2之間的管路中制冷劑的過冷度不會超出所述預設范圍，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關小引起的室外換熱器3結霜惡化的問題，進而保證了當室外換熱器3結霜時系統(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1的排氣壓力，所述溫度傳感器用于檢測膨脹閥6與室內換熱器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的飽和溫度與所述實際溫度計算出所述過冷度。

所述預設范圍優(yōu)選為3～8K，由此可在系統(tǒng)運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)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。