CN102914077A - 一种风冷热泵循环***及其制热、制冷方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种风冷热泵循环***，涉及制冷***换热器，将风冷翅片管换热器作为冷凝器和蒸发器的风冷热泵循环***。包括壳管式换热器、风冷翅片管换热器、压缩机、气液分离器、四通换向阀、制冷单向阀、制热单向阀、制冷膨胀阀、制热膨胀阀、制热吸气单向阀、排气角阀、液路截止阀和液路干燥过滤器；所述的风冷翅片管换热器具有冷凝器集气管/蒸发器回气集管、冷凝器集液管/蒸发器回气集管、冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管、分流头及分流管、冷凝器排气头管/蒸发器回气头管和冷凝器液相管。本发明***包括制热和制冷两种循环过程。在两过程中风冷翅片管换热器具有不同单回路换热管长、回路数量和管内制冷剂质量流速，同时优化传热效率。

Description

一种风冷热泵循环***及其制热、制冷方法

技术领域

本发明是一种风冷热泵循环***，涉及制冷***换热器，特别是一种将风冷翅片管换热器作为冷凝器和蒸发器的风冷热泵循环***。

背景技术

公知的制冷***的原理是：制冷***工作在高温环境和低温环境中，在制冷循环***中制冷剂循环流动将低温环境中的热量排放到高温环境中，在热泵循环***中制冷剂循环流动将低温环境中的低品位热量连同输入功率一同转化为高品位的热量排放到高温环境中。

现有的风冷热泵循环的***， 在风冷热泵机组中，在夏季制冷循环运行时，风冷翅片管换热器充当冷凝器，在风冷翅片管换热器中高温高压的制冷剂气体与高温环境（空气）交换热量，制冷剂气体冷凝为制冷剂液体，制冷剂冷凝释放潜热，排入高温环境（空气）中，制冷剂液体将排入节流机构；在冬季制热循环运行时，风冷翅片管换热器充当蒸发器，在风冷翅片管式蒸发器中，制冷剂气液两相混合物与低温环境（空气）交换热量，制冷剂液体从低温环境（空气）中吸收热量蒸发为气体，气体将被压缩机吸入。

由于同一个风冷翅片管换热器即作为冷凝器又作为蒸发器使用时，采用了相同的换热器的流程排布设计，因此换热器的流程排布设计即要考虑到制冷剂冷凝表面传热系数和冷凝压降的性能优化，又要考虑到蒸发表面传热系数和蒸发压降的性能优化，是比较困难的。

冷凝传热及压降同蒸发传热及压降的传热机理和特点不同。按照优化冷凝器传热效率设计的冷凝器，主要是为了提高制冷剂侧的冷凝表面传热系数，通常需要提高单回路管长和减小回路数量，以增大管内制冷剂的质量流速，虽然制冷剂流量增大，但由于冷凝过程压降梯度小，高压状态下的制冷剂气体饱和压力曲线的斜率低，因此冷凝压降小，冷凝传热温差的降低也很小。因此优化设计的冷凝器通常具有较高的制冷剂管内质量流速和更长的单回路换热管总长/更少的回路数量。按照优化蒸发器传热效率设计的蒸发器，主要是为了适当提高制冷剂侧的蒸发表面传热系数的基础上尽量降低蒸发压降，通常需要设计较短的单回路换热管长和提高回路数量，以保持相对冷凝器较低的管内的制冷剂的质量流速，因为制冷剂侧的蒸发表面传热系数随质量流速提高的幅度远小于制冷剂侧的蒸发压降梯度随质量流速提高而提高的幅度，蒸发表面传热系数的提高是有利于提高换热器的传热效率的，但是蒸发压降却起着副作用，加之低压状态下的制冷剂气体饱和压力曲线的斜率高，蒸发压降越大，蒸发过程的传热温差越小，传热效率迅速降低。因此优化设计的蒸发器通常具有相比冷凝器较低的制冷剂管内质量流速和更短的单回路换热管总长/更多的回路数量。按照设计经验，通常风冷翅片管冷凝器的单管管长(无汇流和分流的简单回路)应该在15m～25m左右，而风冷翅片管蒸发器的单管管长(无汇流和分流的简单回路)应该在10m～15m之间。同一个风冷翅片管换热器不可能实现两种设计的回路布置，既要提高冷凝器的能力，又要提高蒸发器的能力，二者之间本身存在矛盾。因此如何取得一个最优的平衡点，是个难题。

发明内容

本发明的目的是针对上述不足之处提供一种风冷热泵循环***，在制冷循环中作为冷凝器的风冷翅片管换热器和制热循环中作为蒸发器的风冷翅片管换热器具有不同的单回路换热管长和不同的回路数量，不同的管内制冷剂质量流速，能同时优化风冷翅片管换热器作为冷凝器及作为蒸发器时的传热效率。

一种风冷热泵循环***是采取以下技术方案实现的：一种风冷热泵循环***包括壳管式换热器、风冷翅片管换热器、压缩机、气液分离器、四通换向阀、制冷单向阀、制热单向阀、制冷膨胀阀、制热膨胀阀、制热吸气单向阀、排气角阀、液路截止阀和液路干燥过滤器；

所述的风冷翅片管换热器具有冷凝器集气管/蒸发器回气集管、冷凝器集液管/蒸发器回气集管、冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管、分流头及分流管、冷凝器排气头管/蒸发器回气头管和冷凝器液相管。

压缩机的排气口依次通过排气角阀、四通换向阀的D口以及四通换向阀的C口与风冷翅片管换热器相连；四通换向阀的E口与壳管式换热器的吸气口相连；压缩机的吸气口与气液分离器的出气口相连，气液分离器的进气口与四通换向阀的S口相连；四通换向阀的C口通过制热吸气单向阀与冷凝器液相管相连；冷凝器液相管与第一制冷单向阀的进口相连，第一制冷单向阀的出口通过第二制冷单向阀与壳管式换热器才的进液口相连；第一制冷单向阀的出口通过液路截止阀与液路干燥过滤器的进口相连，液路干燥过滤器的出口通过制冷膨胀阀与壳管式换热器的进液口相连；风冷翅片管换热器的分流头端通过制热膨胀阀与制冷膨胀阀的进口相连。

一种风冷热泵循环***中的风冷翅片管换热器包括102支路组、103支路组、104支路组和105支路组，制热吸气单向阀所在的管路为101支路组，制热膨胀阀所在的管路为106支路组、制热单向阀所在的管路为107支路组、制冷膨胀阀所在的管路为108支路组。在进行制冷循环时，风冷翅片管换热器作为冷凝器使用，在冷凝器中还包括冷凝器回路，冷凝器回路分成上、下两部分，上半部分为为冷凝器第一流程，下半部分为冷凝器第二流程；风冷翅片管换热器的制冷剂流动的换热管长是作为蒸发器时的制冷剂流动的换热管长的2倍；风冷翅片管换热器的传热面积被分成两个回路，即102支路组和104支路组组成的一组回路以及103支路组和105支路组组成的一组回路；具有两个流程，102支路组和103支路组属于第一流程的回路，104支路组和105支路组属于第二流程的回路。在制热模式下，风冷翅片管换热器作为蒸发器时为一流程，进行制热循环时，风冷翅片管换热器的传热面积被分成四个支路组，即102支路组、103支路组、104支路组和105支路组，都属于第一流程且仅有一个流程。

工作原理：在夏天制冷时，四通换向阀处于断电状态，四通换向阀的D口和C口接通，E口和S口接通，压缩机吸入从壳管式换热器出气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至C口被送入风冷翅片管式冷凝器；此时制热吸气单向阀起到了逆止作用，制热吸气单向阀所在的101支路组处于逆止状态，这些高温高压的制冷机过热气体在风冷翅片管式冷凝器中与高温环境（空气）进行热交换，高温高压的制冷剂过热气体冷凝为高温高压的制冷剂液体，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换被排入到高温环境（空气）中。制冷剂完成在102支路组的流动和冷凝传热后，以及完成在103支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管进入到冷凝传热的第二流程的104支路组和105支路组，完成最终冷凝传热后，高温高压的制冷剂过冷液体在第一制冷单向阀的导引作用进入到液路干燥过滤器和制冷膨胀阀；在制冷膨胀阀中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，流入到壳管式换热器中，制冷剂液体从低温环境（冷冻水）中吸收热量蒸发为制冷剂气体，这些制冷剂气体从壳管式换热器的吸气口返回到四通换向阀的E口导通至S口，依次进入到气液分离器和压缩机的吸气口，被压缩机吸入，然后由此开始下一个制冷循环。

在冬天制热时，四通换向阀处于通电状态，四通换向阀的D口和E口接通，而C口和S口接通，压缩机吸入从翅片管换热器的吸气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出的高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至E口被送入壳管式换热器，与高温环境（热水）进行热交换后冷凝为高温高压的制冷剂液体，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换被排入到高温环境（热水）中。在壳管式换热器的出口，完成冷凝传热变成的高温高压的制冷剂过冷液体经制热单向阀所在的107支路组进入到制热单向阀中，在制热单向阀的导引作用下制冷剂过冷液体进入到液路干燥过滤器和制热膨胀阀中，高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，流入风冷翅片管换热器中，制冷剂气液两相混合物在风冷翅片管换热器中与低温环境（空气）交换热量，制冷剂液体从低温环境（空气）中吸收热量蒸发为制冷气体。汇集到冷凝器集气管/蒸发器回气集管的制冷剂气体流经冷凝器排气头管/蒸发器回气头管，进入到四通换向阀的C口；汇集到冷凝器集液管/蒸发器回气集管的制冷剂气体，将流经制热吸气单向阀所在的101支路组，进入到四通换向阀的C口，至此所有4路汇集到C口的制冷剂气体导通至S口并返回到气液分离器和压缩机的吸气口，进入下一个制热循环。

一种风冷热泵循环***的制冷方法，包括如下步骤：

1）四通换向阀处于断电状态，四通换向阀的D口和C口接通，E口和S口接通，压缩机吸入从壳管式换热器出气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至C口被送入风冷翅片管式冷凝器；

2）在风冷翅片管换热器中，制热吸气单向阀所在的101支路组在制冷模式下处于逆止状态，即流动不导通状态；压缩机排出的高温高压的制冷剂过热气体进入到冷凝器排气头管/蒸发器回气头管中，然后流经冷凝器集气管/蒸发器回气集管被一分为二均匀地分成两路分配到风冷翅片管换热器的102支路组和103支路组中，然后进入到风冷翅片管换热器中进行冷凝传热，制冷剂气体在换热管内流动并且进行冷凝传热，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换作用被排入到高温环境（空气）中，高温高压的制冷剂过热气体放出热量后最终将被冷凝为高温高压的制冷剂液体。

3）102支路组和103支路组与冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管相连，制冷剂完成在102支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管进入104支路组继续进行流动和进一步冷凝传热；制冷剂完成在103支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管进入到105支路组继续进行流动和进一步冷凝传热；风冷翅片管换热器的102支路组和103支路组属于冷凝传热的第一流程，104支路组和105支路组属于冷凝传热的第二流程，制冷模式下，制热膨胀阀关闭，制热膨胀阀所在的106支路组处于不导通状态。

4）完成最终冷凝传热后，高温高压的制冷剂过冷液体，将分别由104支路组和105支路组汇集在一起进入到冷凝器集液管/蒸发器回气集管，然后流经冷凝器液相管和第一制冷单向阀中，在第一制冷单向阀的导引作用进入到干液路燥过滤器和制冷膨胀阀；

5）在制冷膨胀阀中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，该制冷剂气液两相混合物流入到壳管式换热器中，制冷剂气液两相混合物在壳管式换热器中与低温环境（冷冻水）交换热量，制冷剂液体从低温环境（冷冻水）中吸收热量蒸发为制冷剂气体，这些制冷剂气体从壳管式换热器的吸气口返回到四通换向阀的E口导通至S口，依次进入到气液分离器和压缩机的吸气口，被压缩机吸入，然后由此开始下一个制冷循环。

一种风冷热泵循环***的制热方法，包括如下步骤：

1）四通换向阀处于通电状态，四通换向阀的D口和E口接通，而C口和S口接通，压缩机吸入从风冷翅片管换热器的吸气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出的高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至E口被送入壳管式换热器；

2）步骤1）中所述高温高压的制冷剂过热气体在壳管式换热器中与高温环境（热水）进行热交换，高温高压的制冷剂过热气体冷凝为高温高压的制冷剂液体，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换被排入到高温环境（热水）中。

3）在壳管式换热器的出口，完成冷凝传热变成的高温高压的制冷剂过冷液体经制热单向阀所在的107支路组进入到制热单向阀中，在制热模式下，制冷膨胀阀关闭，制冷膨胀阀所在的108支路组处于不导通状态，在制热单向阀的导引作用下制冷剂过冷液体进入到液路干燥过滤器和制热膨胀阀中；在制热膨胀阀中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，该制冷剂气液两相混合物流入风冷翅片管换热器中。

4）在风冷翅片管换热器中，经制热膨胀阀节流降压为低温低压的制冷剂气液两相混合物被一分为二均匀地分配到两组分液头/分液管中，然后流经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管中，被再次一分为二均匀地分成两路分配到风冷翅片管换热器的102支路组、104支路组、103支路组和105支路组中，至此，制冷剂被分成4路同时进入到风冷翅片管换热器中进行蒸发传热，制冷剂气体在换热管内流动并且进行蒸发传热；

102支路组、103支路组、104支路组和105支路组均为第一流程并同时进行流动和蒸发传热，且蒸发传热仅有1个流程；

完成最终蒸发传热后， 102支路组和103支路组的流动和蒸发传热后的制冷剂气体，2路汇集在一起进入到冷凝器集气管/蒸发器回气集管中；完成最终蒸发传热后， 104支路组和105支路组的流动和蒸发传热后的制冷剂气体，2路汇集在一起进入到冷凝器集液管/蒸发器回气集管中。

5）汇集到冷凝器集气管/蒸发器回气集管的制冷剂气体流经冷凝器排气头管/蒸发器回气头管，进入到四通换向阀的C口；汇集到冷凝器集液管/蒸发器回气集管的制冷剂气体，将流经制热吸气单向阀所在的101支路组，进入到四通换向阀的C口，至此所有4路汇集到C口的制冷剂气体导通至S口并返回到气液分离器和压缩机的吸气口，进入下一个制热循环。

本发明一种风冷热泵循环***的风冷翅片管换热器作为冷凝器时，管内的制冷剂的质量流速要比风冷翅片管换热器作为蒸发器时的管内制冷剂质量流速高得多。满足了：“优化设计的冷凝器通常具有较高的管内制冷剂质量流速和更长的单回路换热管总长，即更少的回路数量”以及“优化设计的蒸发器通常具有相比冷凝器较低的管内制冷剂质量流速和更短的单回路换热管总长，即更多的回路数量”。在制冷循环中作为冷凝器的风冷翅片管换热器和制热循环中作为蒸发器的风冷翅片管换热器具有不同的单回路换热管长和不同的回路数量，不同的管内制冷剂质量流速，以同时优化风冷翅片管换热器作为蒸发器及作为冷凝器时的传热效率。

具体优点包括：

1、普通的风冷热泵循环在夏季制冷运行模式下，作为冷凝器的风冷翅片管换热器为逆流设计；冬季制热运行模式下，作为蒸发器的风冷翅片管换热器为顺流设计，逆流设计传热效率高，换热能力好，因此冷凝器性能较优，蒸发器性能较差。而本发明中：夏季制冷运行模式下，作为冷凝器的风冷翅片管换热器为第一流程顺流设计，第二流程逆流设计；冬季制热运行模式下，作为蒸发器的风冷翅片管换热器为逆流设计，蒸发器性能得到大幅度提高，同时保持了一半的冷凝器逆流设计，保持相对较高的冷凝器性能。

2、本发明制冷循环中作为冷凝器的风冷翅片管换热器和制热循环中作为蒸发器的风冷翅片管换热器具有不同的单回路换热管长和不同的回路数量，不同的管内制冷剂质量流速，以同时优化和极大提高了风冷翅片管换热器作为蒸发器及作为冷凝器时的传热效率。

3、本发明风冷热泵循环***中仅需增加一个制热吸气单向阀，实现方式非常简单。

附图说明

以下将结合附图对本发明作进一步说明：

图1是本发明一种风冷热泵循环***的热泵***循环原理图。

图2是本发明一种风冷热泵循环***的热泵***循环原理图(带风冷盘管回路布置)。

图3是本发明一种风冷热泵循环***的风冷盘管回路布置图。

图4是单回路管长与传热效率关系曲线图。

图5是相对管长与冷凝表面传热系数关系曲线图。

图6是相对管长与冷凝压降梯度关系曲线图。

图7是相对管长与蒸发表面传热系数关系曲线图。

图8是相对管长与蒸发压降梯度关系曲线图。

图1中带箭头的实线示出了制冷剂在制冷循环***中循环流动的回路。

图中：1、压缩机，2、壳管式换热器，3、风冷翅片管换热器，4、气液分离器，5、四通换向阀，6、制冷单向阀，7、制热单向阀，8、制冷膨胀阀，9、制热膨胀阀，10、制热吸气单向阀，11、液路截止阀，12、液路干燥过滤器，13、排气角阀。

具体实施方式

参照附图1~3，一种风冷热泵循环***包括壳管式换热器2、风冷翅片管换热器3、压缩机1、气液分离器4、四通换向阀5、制冷单向阀6、制热单向阀7、制冷膨胀阀8、制热膨胀阀9、制热吸气单向阀10、排气角阀13、液路截止阀11和液路干燥过滤器12；

所述的风冷翅片管换热器3具有冷凝器集气管/蒸发器回气集管3-1、冷凝器集液管/蒸发器回气集管3-2、冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管3-3、分流头及分流管3-4、冷凝器排气头管/蒸发器回气头管3-5和冷凝器液相管3-6。

压缩机1的排气口依次通过排气角阀13、四通换向阀5的D口以及四通换向阀5的C口与风冷翅片管换热器3相连；四通换向阀5的E口与壳管式换热器2的吸气口相连；压缩机1的吸气口与气液分离器4的出气口相连，气液分离器4的进气口与四通换向阀5的S口相连；四通换向阀5的C口通过制热吸气单向阀10与冷凝器液相管3-6相连；冷凝器液相管3-6与第一制冷单向阀6的进口相连，第一制冷单向阀6的出口通过第二制冷单向阀7与壳管式换热器2才的进液口相连；第一制冷单向阀6的出口通过液路截止阀11与液路干燥过滤器12的进口相连，液路干燥过滤器12的出口通过制冷膨胀阀8与壳管式换热器2的进液口相连；风冷翅片管换热器3的分流头端通过制热膨胀阀9与制冷膨胀阀8的进口相连。

一种风冷热泵循环***中的风冷翅片管换热器3包括102支路组、103支路组、104支路组和105支路组，制热吸气单向阀10所在的管路为101支路组，制热膨胀阀9所在的管路为106支路组、制热单向阀7所在的管路为107支路组、制冷膨胀阀8所在的管路为108支路组。在进行制冷循环时，风冷翅片管换热器3作为冷凝器使用，在冷凝器中还包括冷凝器回路，冷凝器回路分成上、下两部分，上半部分为为冷凝器第一流程，下半部分为冷凝器第二流程；风冷翅片管换热器的制冷剂流动的换热管长是作为蒸发器时的制冷剂流动的换热管长的2倍；风冷翅片管换热器3的传热面积被分成两个回路，即102支路组和104支路组组成的一组回路以及103支路组和105支路组组成的一组回路；具有两个流程，102支路组和103支路组属于第一流程的回路，104支路组和105支路组属于第二流程的回路。在制热模式下，风冷翅片管换热器作为蒸发器时为一流程，进行制热循环时，风冷翅片管换热器3的传热面积被分成四个支路组，即102支路组、103支路组、104支路组和105支路组，都属于第一流程且仅有一个流程。

工作原理：在夏天制冷时，四通换向阀处于断电状态，四通换向阀的D口和C口接通，E口和S口接通，压缩机1吸入从壳管式换热器2出气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至C口被送入风冷翅片管式冷凝器3；此时制热吸气单向阀10起到了逆止作用，制热吸气单向阀10所在的101支路组处于逆止状态，这些高温高压的制冷机过热气体在风冷翅片管式冷凝器3中与高温环境（空气）进行热交换，高温高压的制冷剂过热气体冷凝为高温高压的制冷剂液体，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换被排入到高温环境（空气）中。制冷剂完成在102支路组的流动和冷凝传热后，以及完成在103支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管3-3进入到冷凝传热的第二流程的104支路组和105支路组，完成最终冷凝传热后，高温高压的制冷剂过冷液体在第一制冷单向阀6的导引作用进入到液路干燥过滤器12和制冷膨胀阀8；在制冷膨胀阀8中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，流入到壳管式换热器2中，制冷剂液体从低温环境（冷冻水）中吸收热量蒸发为制冷剂气体，这些制冷剂气体从壳管式换热器2的吸气口返回到四通换向阀5的E口导通至S口，依次进入到气液分离器4和压缩机1的吸气口，被压缩机吸入，然后由此开始下一个制冷循环。

在冬天制热时，四通换向阀5处于通电状态，四通换向阀5的D口和E口接通，而C口和S口接通，压缩机1吸入从翅片管换热器3的吸气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机1的压缩做功，排出的高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀5的D口导通至E口被送入壳管式换热器2，与高温环境（热水）进行热交换后冷凝为高温高压的制冷剂液体，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换被排入到高温环境（热水）中。在壳管式换热器2的出口，完成冷凝传热变成的高温高压的制冷剂过冷液体经制热单向阀7所在的107支路组进入到制热单向阀7中，在制热单向阀7的导引作用下制冷剂过冷液体进入到液路干燥过滤器12和制热膨胀阀9中，高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，流入风冷翅片管换热器3中，制冷剂气液两相混合物在风冷翅片管换热器3中与低温环境（空气）交换热量，制冷剂液体从低温环境（空气）中吸收热量蒸发为制冷气体。汇集到冷凝器集气管/蒸发器回气集管3-1的制冷剂气体流经冷凝器排气头管/蒸发器回气头管3-5，进入到四通换向阀5的C口；汇集到冷凝器集液管/蒸发器回气集管3-2的制冷剂气体，将流经制热吸气单向阀10所在的101支路组，进入到四通换向阀5的C口，至此所有4路汇集到C口的制冷剂气体导通至S口并返回到气液分离器4和压缩机1的吸气口，进入下一个制热循环。

一种风冷热泵循环***的制冷方法，包括如下步骤：

1）四通换向阀5处于断电状态，四通换向阀5的D口和C口接通，E口和S口接通，压缩机1吸入从壳管式换热器2出气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至C口被送入风冷翅片管式冷凝器3；

2）在风冷翅片管换热器3中，制热吸气单向阀10所在的101支路组在制冷模式下处于逆止状态，即流动不导通状态；压缩机1排出的高温高压的制冷剂过热气体进入到冷凝器排气头管/蒸发器回气头管3-5中，然后流经冷凝器集气管/蒸发器回气集管3-1被一分为二均匀地分成两路分配到风冷翅片管换热器3的102支路组和103支路组中，然后进入到风冷翅片管换热器3中进行冷凝传热，制冷剂气体在换热管内流动并且进行冷凝传热，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换作用被排入到高温环境（空气）中，高温高压的制冷剂过热气体放出热量后最终将被冷凝为高温高压的制冷剂液体。

3）102支路组和103支路组与冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管3-3相连，制冷剂完成在102支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管3-3进入104支路组继续进行流动和进一步冷凝传热；制冷剂完成在103支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管3-3进入到105支路组继续进行流动和进一步冷凝传热；风冷翅片管换热器的102支路组和103支路组属于冷凝传热的第一流程， 104支路组和105支路组属于冷凝传热的第二流程，制冷模式下，制热膨胀阀9关闭，制热膨胀阀所在的管路106处于不导通状态。

4）完成最终冷凝传热后，高温高压的制冷剂过冷液体，将分别由104支路组和105支路组汇集在一起进入到冷凝器集液管/蒸发器回气集管3-2，然后流经冷凝器液相管3-6和第一制冷单向阀6中，在第一制冷单向阀6的导引作用进入到干液路燥过滤器12和制冷膨胀阀8；

5）在制冷膨胀阀8中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，该制冷剂气液两相混合物流入到壳管式换热器2中，制冷剂气液两相混合物在壳管式换热器2中与低温环境（冷冻水）交换热量，制冷剂液体从低温环境（冷冻水）中吸收热量蒸发为制冷剂气体，这些制冷剂气体从壳管式换热器2的吸气口返回到四通换向阀5的E口导通至S口，依次进入到气液分离器4和压缩机1的吸气口，被压缩机吸入，然后由此开始下一个制冷循环。

一种风冷热泵循环***的制热方法，包括如下步骤：

1）四通换向阀5处于通电状态，四通换向阀5的D口和E口接通，而C口和S口接通，压缩机1吸入从风冷翅片管换热器3的吸气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机1的压缩做功，排出的高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀5的D口导通至E口被送入壳管式换热器2；

2）步骤1）中所述高温高压的制冷剂过热气体在壳管式换热器2中与高温环境（热水）进行热交换，高温高压的制冷剂过热气体冷凝为高温高压的制冷剂液体，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换被排入到高温环境（热水）中。

3）在壳管式换热器2的出口，完成冷凝传热变成的高温高压的制冷剂过冷液体经制热单向阀7所在的107支路组进入到制热单向阀7中，在制热模式下，制冷膨胀阀8关闭，制冷膨胀阀8所在的108支路组处于不导通状态，在制热单向阀7的导引作用下制冷剂过冷液体进入到液路干燥过滤器12和制热膨胀阀9中；在制热膨胀阀9中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，该制冷剂气液两相混合物流入风冷翅片管换热器3中。

4）在风冷翅片管换热器3中，经制热膨胀阀9节流降压为低温低压的制冷剂气液两相混合物被一分为二均匀地分配到两组分液头/分液管3-4中，然后流经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管3-3中，被再次一分为二均匀地分成两路分配到风冷翅片管换热器3的102支路组、104支路组、103支路组和105支路组中，至此，制冷剂被分成4路同时进入到风冷翅片管换热器3中进行蒸发传热，制冷剂气体在换热管内流动并且进行蒸发传热；

102支路组、103支路组、104支路组和105支路组均为第一流程并同时进行流动和蒸发传热，且蒸发传热仅有1个流程；

完成最终蒸发传热后，102支路组和103支路组的流动和蒸发传热后的制冷剂气体，2路汇集在一起进入到冷凝器集气管/蒸发器回气集管3-1中；完成最终蒸发传热后，104支路组和105支路组的流动和蒸发传热后的制冷剂气体，2路汇集在一起进入到冷凝器集液管/蒸发器回气集管3-2中。

5）汇集到冷凝器集气管/蒸发器回气集管3-1的制冷剂气体流经冷凝器排气头管/蒸发器回气头管3-5，进入到四通换向阀5的C口；汇集到冷凝器集液管/蒸发器回气集管3-2的制冷剂气体，将流经制热吸气单向阀10所在的101支路组，进入到四通换向阀5的C口，至此所有4路汇集到C口的制冷剂气体导通至S口并返回到气液分离器4和压缩机1的吸气口，进入下一个制热循环。

参照附图4，单回路管长对传热效率的影响，传热效率越高，换热能力越强，二次曲线表明了作为某个特定设计的冷凝器的最优的单回路的管长和蒸发器的最优的单回路的管长是不同的。也就是这个峰值传热效率对应的回路设计是不一样的。

参照附图5和图6，冷凝器具有不同的单回路管长时，传热系数和压降梯度在管内流动过程中的变化曲线。

参照附图7和图8，蒸发器具有不同的单回路管长时，传热系数和压降梯度在管内流动过程中的变化曲线。单回路管长为N+N，则流动长度越长，管内制冷剂质量流速越大，可以看到流量增大时，传热系数和压降梯度都增大，但是冷凝传热系数增大的比例要远大于蒸发传热系数的比例，而蒸发压降梯度增大的比例远大于冷凝压降梯度增大的比例。说明流量增大有助于提高冷凝器传热效率而冷凝压降提高并不大；而流量增大会有助于提高蒸发压降梯度而蒸发传热系数提高并不大。

本说明书仅仅叙述了一个实例，冷凝器为两流程设计，蒸发器为一流程设计，也可以通过其他的比例配置实现不同的冷凝器和蒸发器的流程设计，也能实现相同的功能。因此实现形式不仅仅限于本实施例。 

Claims (4)

1.一种风冷热泵循环***，其特征在于：包括壳管式换热器、风冷翅片管换热器、压缩机、气液分离器、四通换向阀、制冷单向阀、制热单向阀、制冷膨胀阀、制热膨胀阀、制热吸气单向阀、排气角阀、液路截止阀和液路干燥过滤器；

所述的风冷翅片管换热器具有冷凝器集气管/蒸发器回气集管、冷凝器集液管/蒸发器回气集管、冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管、分流头及分流管、冷凝器排气头管/蒸发器回气头管和冷凝器液相管；

压缩机的排气口依次通过排气角阀、四通换向阀的D口以及四通换向阀的C口与风冷翅片管换热器相连；四通换向阀的E口与壳管式换热器的吸气口相连；压缩机的吸气口与气液分离器的出气口相连，气液分离器的进气口与四通换向阀的S口相连；四通换向阀的C口通过制热吸气单向阀与冷凝器液相管相连；冷凝器液相管与第一制冷单向阀的进口相连，第一制冷单向阀的出口通过第二制冷单向阀与壳管式换热器才的进液口相连；第一制冷单向阀的出口通过液路截止阀与液路干燥过滤器的进口相连，液路干燥过滤器的出口通过制冷膨胀阀与壳管式换热器的进液口相连；风冷翅片管换热器的分流头端通过制热膨胀阀与制冷膨胀阀的进口相连；

一种风冷热泵循环***中的风冷翅片管换热器包括102支路组、103支路组、104支路组和105支路组，制热吸气单向阀所在的管路为101支路组，制热膨胀阀所在的管路为106支路组、制热单向阀所在的管路为107支路组、制冷膨胀阀所在的管路为108支路组；在进行制冷循环时，风冷翅片管换热器作为冷凝器使用，在冷凝器中还包括冷凝器回路，冷凝器回路分成上、下两部分，上半部分为为冷凝器第一流程，下半部分为冷凝器第二流程；风冷翅片管换热器的传热面积被分成两个回路，即102支路组和104支路组组成的一组回路以及103支路组和105支路组组成的一组回路；具有两个流程，102支路组和103支路组属于第一流程的回路，104支路组和105支路组属于第二流程的回路；在制热模式下，风冷翅片管换热器作为蒸发器时为一流程，进行制热循环时，风冷翅片管换热器的传热面积被分成四个支路组，即102支路组、103支路组、104支路组和105支路组，都属于第一流程且仅有一个流程。

2.根据权利要求1所述的一种风冷热泵循环***，其特征在于：所述的风冷翅片管换热器作为冷凝器使用时，所述的风冷翅片管换热器的制冷剂流动的换热管长是作为蒸发器时的制冷剂流动的换热管长的2倍。

3.权利要求1所述的一种风冷热泵循环***的制冷方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）四通换向阀处于断电状态，四通换向阀的D口和C口接通，E口和S口接通，压缩机吸入从壳管式换热器出气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至C口被送入风冷翅片管式冷凝器；

2）在风冷翅片管换热器中，制热吸气单向阀所在的101支路组在制冷模式下处于逆止状态，即流动不导通状态；压缩机排出的高温高压的制冷剂过热气体进入到冷凝器排气头管/蒸发器回气头管中，然后流经冷凝器集气管/蒸发器回气集管被一分为二均匀地分成两路分配到风冷翅片管换热器的102支路组和103支路组中，然后进入到风冷翅片管换热器中进行冷凝传热，制冷剂气体在换热管内流动并且进行冷凝传热，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换作用被排入到高温环境中，高温高压的制冷剂过热气体放出热量后最终将被冷凝为高温高压的制冷剂液体；

3）102支路组和103支路组与冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管相连，制冷剂完成在102支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管进入104支路组继续进行流动和进一步冷凝传热；制冷剂完成在103支路组的流动和冷凝传热后，经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管进入到105支路组继续进行流动和进一步冷凝传热；风冷翅片管换热器的102支路组和103支路组属于冷凝传热的第一流程，104支路组和105支路组属于冷凝传热的第二流程，制冷模式下，制热膨胀阀关闭，制热膨胀阀所在的106支路组处于不导通状态；

4）完成最终冷凝传热后，高温高压的制冷剂过冷液体，将分别由104支路组和105支路组汇集在一起进入到冷凝器集液管/蒸发器回气集管，然后流经冷凝器液相管和第一制冷单向阀中，在第一制冷单向阀的导引作用进入到干液路燥过滤器和制冷膨胀阀；

5）在制冷膨胀阀中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，该制冷剂气液两相混合物流入到壳管式换热器中，制冷剂气液两相混合物在壳管式换热器中与低温环境交换热量，制冷剂液体从低温环境中吸收热量蒸发为制冷剂气体，这些制冷剂气体从壳管式换热器的吸气口返回到四通换向阀的E口导通至S口，依次进入到气液分离器和压缩机的吸气口，被压缩机吸入，然后由此开始下一个制冷循环。

4.权利要求1所述的一种风冷热泵循环***的制热方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）四通换向阀处于通电状态，四通换向阀的D口和E口接通，而C口和S口接通，压缩机吸入从风冷翅片管换热器的吸气口排出的低温低压的制冷剂气体，经压缩机的压缩做功，排出的高温高压的制冷剂过热气体经四通换向阀的D口导通至E口被送入壳管式换热器；

2）步骤1）中所述高温高压的制冷剂过热气体在壳管式换热器中与高温环境进行热交换，高温高压的制冷剂过热气体冷凝为高温高压的制冷剂液体，制冷剂冷凝过程释放出来的潜热热量通过热交换被排入到高温环境中；

3）在壳管式换热器的出口，完成冷凝传热变成的高温高压的制冷剂过冷液体经制热单向阀所在的107支路组进入到制热单向阀中，在制热模式下，制冷膨胀阀关闭，制冷膨胀阀所在的108支路组处于不导通状态，在制热单向阀的导引作用下制冷剂过冷液体进入到液路干燥过滤器和制热膨胀阀中；在制热膨胀阀中高温高压的制冷剂过冷液体变为低温低压的制冷剂气液两相混合物，该制冷剂气液两相混合物流入风冷翅片管换热器中；

4）在风冷翅片管换热器中，经制热膨胀阀节流降压为低温低压的制冷剂气液两相混合物被一分为二均匀地分配到两组分液头/分液管中，然后流经冷凝器二次分配集液管/蒸发器分液集管中，被再次一分为二均匀地分成两路分配到风冷翅片管换热器的102支路组、104支路组、103支路组和105支路组中，至此，制冷剂被分成4路同时进入到风冷翅片管换热器中进行蒸发传热，制冷剂气体在换热管内流动并且进行蒸发传热；

102支路组、103支路组、104支路组和105支路组均为第一流程并同时进行流动和蒸发传热，且蒸发传热仅有1个流程；

完成最终蒸发传热后， 102支路组和103支路组的流动和蒸发传热后的制冷剂气体，2路汇集在一起进入到冷凝器集气管/蒸发器回气集管中；完成最终蒸发传热后，104支路组和105支路组的流动和蒸发传热后的制冷剂气体，2路汇集在一起进入到冷凝器集液管/蒸发器回气集管中；

5）汇集到冷凝器集气管/蒸发器回气集管的制冷剂气体流经冷凝器排气头管/蒸发器回气头管，进入到四通换向阀的C口；汇集到冷凝器集液管/蒸发器回气集管的制冷剂气体，将流经制热吸气单向阀所在的101支路组，进入到四通换向阀的C口，至此所有4路汇集到C口的制冷剂气体导通至S口并返回到气液分离器和压缩机的吸气口，进入下一个制热循环。

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