直流变频二氧化碳热泵冷热机组的制作方法

本发明属于二氧化碳热泵技术领域，特别涉及一种直流变频二氧化碳热泵冷热机组。

背景技术：

二氧化碳热泵机组采用二氧化碳作为制冷剂，二氧化碳的放热为超临界循环，利用二氧化碳的热物理性质,压缩机的排气温度高，能效比较高，广泛应用于各种采暖系统和热水工程上。二氧化碳热泵机组通常包括通过制冷剂管路依次连接的压缩机、气冷器、膨胀阀和蒸发器，在气冷器侧，制冷剂管路可与用户端的水路进行换热，从而给用户供应热水，单级二氧化碳热泵机组能够在-25℃左右正常工作,且具有一次出水温度高的特点,单次出水温度高达90℃。但是现有的二氧化碳热泵一般不存在冷热连供类型的机组，即无法像空调那样，既可以实现供热，又可以实现制冷，应用范围较为单一。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种既可以实现制热又可以实现制冷、应用范围更为广泛的直流变频二氧化碳热泵冷热机组。

为了实现上述发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种直流变频二氧化碳热泵冷热机组，包括：

压缩机；

气冷器，内部具有相互换热的第一换热管道和换热水路；

第一膨胀阀；

蒸发器；其特征在于，所述的直流变频二氧化碳热泵冷热机组还包括，

四通阀，设置在所述的压缩机和所述的气冷器之间，所述的四通阀具有第一阀口、第二阀口、第三阀口和第四阀口；

补气增焓热交换器，设置在所述的气冷器和所述的第一膨胀阀之间，所述的补气增焓热交换器内部具有相互换热的第二换热管道和第三换热管道，所述的第三换热管道一端部与所述的第二换热管道相连通、另一端部与所述的压缩机的进气口相连通，所述的第二换热管道与所述的第三换热管道之间设置有第二膨胀阀；

所述的压缩机为直流变频压缩机，所述的直流变频二氧化碳热泵冷热机组具有制热模式和制冷模式，在所述的制热模式下，所述的第一阀口和所述的第四阀口相导通，所述的第二阀口和所述的第三阀口相导通，并且所述的第一膨胀阀和所述的第二膨胀阀均处于打开状态，所述的压缩机、第一阀口、第四阀口、第一换热管道、第二换热管道、第一膨胀阀、蒸发器、第三阀口、第二阀口通过制冷剂管路依次相连通构成供二氧化碳制冷剂循环的制热回路，并且有部分的二氧化碳制冷剂依次经所述的第二换热管道、第二膨胀阀、第三换热管道返回至所述的压缩机内形成补气回路；

在所述的制冷模式下，所述的第一阀口和所述的第三阀口相导通，所述的第二阀口和所述的第四阀口相导通，并且所述的第一膨胀阀处于打开状态，所述的第二膨胀阀处于关闭状态，所述的压缩机、第一阀口、第三阀口、蒸发器、第一膨胀阀、第二换热管道、第一换热管道、第四阀口、第二阀口通过制冷剂管路依次相连通构成供二氧化碳制冷剂循环的制冷回路。

上述技术方案中，优选的，还包括油分离器，所述的油分离器具有一进口、一出口和一排油口，所述的油分离器的进口和所述的压缩机的出气口相连通，所述的油分离器的出口和所述的第一阀口相连通，所述的油分离器的排油口和所述的压缩机的回油口相连通。

上述技术方案中，优选的，还包括气液分离器，所述的气液分离器连通所述的第二阀口和所述的压缩机的进气口。

本发明通过设置四通阀，通过分别控制各个阀口的开闭来实现制热模式和制冷模式的转换，能够实现二氧化碳热泵机组同时具备制热和制冷的功能，应用范围更加广泛；通过设置补气增焓热交换器和第二膨胀阀，使得在制热模式下，通过打开第二膨胀阀来实现给压缩机补气，降低机组的压缩比，提高能效和制热性能；通过变频压缩机替代传统的定频压缩机，可控制压缩机的工作频率，降低压缩机的输入功率，降低机组的能耗。

附图说明

图1是本发明直流变频二氧化碳热泵冷热机组在制热模式下的结构原理图；

图2是本发明直流变频二氧化碳热泵冷热机组在制冷模式下的结构原理图；

其中：11、压缩机；12、气冷器；121、第一换热管道；122、换热水路；13、第一膨胀阀；14、蒸发器；15、四通阀；151、第一阀口；152、第二阀口；153、第三阀口；154、第四阀口；16、补气增焓热交换器；161、第二换热管道；162、第三换热管道；17、第二膨胀阀；18、油分离器；19、气液分离器。

具体实施方式

为详细说明发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

如图1-图2所示，直流变频二氧化碳热泵冷热机组包括压缩机11、四通阀15、气冷器12、补气增焓热交换器16、第一膨胀阀13、第二膨胀阀17以及蒸发器14。

其中，压缩机11为直流变频压缩机11。四通阀15设置在压缩机11和气冷器12之间，其具有第一阀口151、第二阀口152、第三阀口153以及第四阀口154。气冷器12内部具有相互换热的第一换热管道121和换热水路122。补气增焓热交换器16设置在气冷器12和第一膨胀阀13之间，补气增焓热交换器16内部具有相互换热的第二换热管道161和第三换热管道162，第三换热管道162的一端部和第二换热管道161相连通、另一端部和压缩机11的进气口相连通，第二膨胀阀17设置在第二换热管道161和第三换热管道162之间。

直流变频二氧化碳热泵冷热机组具有制热模式和制冷模式，如图1所示,在制热模式下，第一阀口151和第四阀口154相导通，第二阀口152和第三阀口153相导通，并且第一膨胀阀13和第二膨胀阀17均处于打开状态，压缩机11、第一阀口151、第四阀口154、第一换热管道121、第二换热管道161、第一膨胀阀13、蒸发器14、第三阀口153、第二阀口152通过制冷剂管道依次相连通构成供二氧化碳制冷剂循环的制热回路，并且有部分二氧化碳制冷剂依次经第二换热管道161、第二膨胀阀17、第三换热管道162返回至压缩机11内形成补气回路。其具体的工作原理为，二氧化碳制冷剂经压缩机11压缩做功后变成高温高压的气体，经过四通阀15的第一阀口151和第四阀口154后进入气冷器12的第一换热管道121内，并通过第一换热管道121和换热水路122进行热交换，从而将大部分的热量传递给换热水路122，以给用户侧供应所需热水；接着，二氧化碳制冷剂进入补气增焓热交换器16的第二换热管道161内，从第二换热管道161出来后，分为两路，一路二氧化碳制冷剂经过第一膨胀阀13后进入蒸发器14内，并通过蒸发器14和外界环境进行热交换，吸收外界环境中的热量得以升温，最后返回至压缩机11内，至此完成二氧化碳制冷剂的制热循环过程。从第二换热管道161出来的另一路二氧化碳制冷剂经过第二膨胀阀17进入补气增焓热交换器16的第三换热管道162内，其与第二换热管道161内的二氧化碳制冷剂进行热交换，吸收热量后，返回至压缩机11内，至此完成补气过程。此过程中，由于增加了补气回路，相当于增加了压缩机11的进气量，从而能够从整体上降低热泵机组的压缩比，获得更多的制热量，提高机组的制热性能，非常适用于极寒地区或需要高温出水的环境下应用。

如图2所示,在制冷模式下，第一阀口151和第三阀口153相导通，第二阀口152和第四阀口154相导通，并且第一膨胀阀13处于打开状态，第二膨胀阀17处于关闭状态，压缩机11、第一阀口151、第三阀口153、蒸发器14、第一膨胀阀13、第二换热管道161、第一换热管道121、第四阀口154、第二阀口152通过制冷剂管路依次相连通构成供二氧化碳制冷剂循环的制冷回路。其具体的工作原理为，二氧化碳制冷剂经压缩机11压缩做功后变成高温高压的气体，经过第一阀口151、第三阀口153后进入蒸发器14内，并通过蒸发器14和外界环境进行热交换，将其携带的大部分热量散发至外界环境中，温度得以降低，接着经第一膨胀阀13进入补气增焓热交换器16的第二换热管道161内，从第二换热管道161出来的二氧化碳制冷剂进入气冷器12的第一换热管道121内，并通过第一换热管道121和换热水路122进行冷量交换，从而吸收换热水路122的热量，使得换热水路122中的水降温，可给用户供应冷冻水，换热后的二氧化碳制冷剂依次经过四通阀15的第四阀口154和第二阀口152后返回至压缩机11内，至此完成二氧化碳制冷剂的制冷循环过程。

在压缩机11的压缩做工过程中，会有少量的润滑油混入二氧化碳制冷剂中，为了分离这部分的润滑油，使其再次参与压缩机11内部组件的润滑工作，在压缩机11和四通阀15之间还设置有油分离器18，油分离器18具有一进口、一出口和一排油口，油分离器18的出口与四通阀15的第一阀口151相连通，油分离器18的排油口与压缩机11的回油口相连通。

为了过滤杂质，在四通阀15和压缩机11之间还设置有气液分离器19，气液分离器19连通第二阀口152和压缩机11的进气口。

本案的直流变频二氧化碳热泵冷热机组无论在制热模式下还是在制冷模式下，均采用的是直流变频压缩机来替代传统的定频压缩机，从而控制压缩机的工作频率，使其输入功率得以降低，能耗更小。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。