具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图5描述本发明实施例的适用于严寒地区的空气源热泵。

如图1至图5所示，本发明实施例提供一种适用于严寒地区的空气源热泵，包括主循环回路和补气支路。

主循环回路包括压缩组件、四通阀3、第一换热器4、第一膨胀阀5、闪蒸器6、第二膨胀阀8和第二换热器7，第一换热器4、第一膨胀阀5、闪蒸器6、第二膨胀阀8和第二换热器7顺序连接。

参照图1，四通阀3具有四个接口，分别为D接口、E接口、C接口和S接口，具体来说，D接口与压缩组件的排气端连接，E接口与第二换热器7连接，C接口与第一换热器4连接，S接口与压缩组件的吸气端连接。四通阀3能够在第一状态和第二状态之间切换，将四通阀3切换至第一状态时，D接口与C接口导通，且E接口与S接口导通。将四通阀3切换至第二状态时，D接口与E接口导通，且S接口与C接口导通。

压缩组件包括第一压缩机1、第二压缩机2、三通阀11和第一阀门10，具体来说，第一压缩机1的吸气端和第二压缩机2的吸气端均与S接口连接，第一压缩机1的排气端和第二压缩机2的排气端均与D接口连接。第一压缩机1和第二压缩机2对制冷剂等循环介质进行压缩，增加循环介质的压力和温度，为冷凝过程创造条件。

上述三通阀11具有能够相互导通的三个接口，分别为L接口、M接口和N接口，具体来说，L接口与第一压缩机1的排气端连接，M接口与D接口连接，N接口与第二压缩机2的吸气端连接。三通阀11能够在第三状态和第四状态之间切换，将三通阀11切换至第三状态时，L接口与M接口导通，N接口处于截止状态，将三通阀11切换至第四状态时，L接口与N接口导通，M接口处于截止状态。

上述第一阀门10设置在第二压缩机2的吸气端与S接口之间，第一阀门10处于导通状态时，经四通阀3的S接口流出的循环介质在进入第一压缩机1的同时可以直接进入第二压缩机2；当第一阀门10处于截止状态时，经四通阀3的S接口流出的循环介质则不能直接进入第二压缩机2，仅能够进入第一压缩机1的吸气端。

上述闪蒸器6具有三个流通口，分别为X接口、Y接口和Z接口，气态循环介质位于闪蒸器6内部的上方空间，液态循环介质位于闪蒸器6内部的下方空间。连接于X接口的管路和连接于Y接口的管路伸入至液态循环介质的液面以下，连接Z接口的管路与闪蒸器6的上端连通即可。

上述第一膨胀阀5设置在闪蒸器6与第一换热器4之间，分别与闪蒸器6的X接口和第一换热器4连接。上述第二膨胀阀8设置在闪蒸器6与第二换热器7之间，分别与闪蒸器6的Y接口和第二换热器7连接。第一膨胀阀5和第二膨胀阀8为能够实现正向节流、反向节流、全开导通、关闭不导通功能的膨胀装置，通过第一膨胀阀5和第二膨胀阀8的节流作用降低循环介质的压力。

需要说明的是，第一膨胀阀5的正向节流功能和反向节流功能指循环介质在第一膨胀阀5内正向流动和反向流动时均能够实现节流的效果，第二膨胀阀8的正向节流功能和反向节流功能指循环介质在第二膨胀阀8内正向流动和反向流动时均能够实现节流的效果。

上述补气支路为设置在闪蒸器6与第二压缩机2之间连接管路，具体来说，补气支路的一端与闪蒸器6的Z接口连接，另一端与第二压缩机2的吸气端连接。补气支路上设置有第二阀门9，控制补气支路的通断。打开第二阀门9，闪蒸器6中的气态循环介质能够进入第二压缩机2，关闭第二阀门9，则能够阻止闪蒸器6中的气态循环介质向第二压缩机2内流通。

在需要向第二压缩机2的吸气端补充气态循环介质时，可在循环介质进入闪蒸罐之前，将位于闪蒸罐上游的膨胀阀调节至节流状态，利用膨胀阀对循环介质进行节流降压。节流后的循环介质进入闪蒸罐后，分离出气态循环介质，气态循环介质经补气支路和第二阀门9可以流通至第二压缩机2的吸气端。在不需要向第二压缩机2的吸气端处补充气态循环介质时，在循环介质进入闪蒸罐之前，将位于闪蒸罐上游的膨胀阀调节至全开导通状态，膨胀阀对循环介质没有节流降压作用，此时，闪蒸罐仅作为储液罐使用。

在具体实施例中，利用本实施例中的空气源热泵作为空调器时，可以使第一换热器4作为室内换热器，利用循环介质与室内空气进行热交换，以增加或降低室内空气的温度；使第二换热器7作为室外换热器，利用室外空气与循环介质进行热交换，以增加或降低循环介质的温度。

在制热需求时，第一换热器4成为冷凝器，第二换热器7成为蒸发器。

若室内外温差较小，则切换四通阀3的状态至第一状态，切换三通阀11的状态至第三状态，打开第一阀门10，关闭第二阀门9，调整第一膨胀阀5为全开导通状态，第二膨胀阀8为正向节流状态，如图2所示。此时，第一压缩机1和第二压缩机2为并联状态，且第一压缩机1的排气端和第二压缩机2的排气端通过四通阀3的D接口和C接口与第一换热器4连接，第二换热器7通过四通阀3的E接口和S接口与第一压缩机1的吸气端和第二压缩机2的吸气端连接。循环介质的循环路径如下：

循环介质同时进入第一压缩机1和第二压缩机2，循环介质经第一压缩机1和第二压缩机2压缩后，压力和温度均增加；

然后经过四通阀3的D接口和C接口进入第一换热器4，在第一换热器4中发生冷凝，将热量释放至室内，以增加室内的温度，循环介质的温度降低；

之后经第一膨胀阀5和闪蒸罐的X接口进入闪蒸罐内，全开导通状态的第一膨胀阀5对循环介质没有节流降压作用，故循环介质进入闪蒸罐后直接通过Y接口流出；

经过正向节流状态的第二膨胀阀8后，循环介质的压力降低；

然后进入第二换热器7，在第二换热器7中，低压状态的循环介质遇热蒸发，将冷量传递至室外，循环介质的温度增加；

随后循环介质经四通阀3的E接口和S接口进入第一压缩机1和第二压缩机2，进行循环。

在此种工况下，循环介质同时进入第一压缩机1和第二压缩机2，无先后顺序，因此实现了单级压缩制热模式。

在严寒地区的冬季，一般室内外温差较大。在室内外温差较大时，则切换四通阀3的状态至第一状态，切换三通阀11的状态至第四状态，关闭第一阀门10，打开第二阀门9，调整第一膨胀阀5和第二膨胀阀8均为正向节流状态，如图3所示。此时，第二压缩机2的吸气端与第一压缩机1的排气端连接，第二压缩机2的排气端通过四通阀3的D接口和C接口与第一换热器4连接，第二换热器7通过四通阀3的E接口和S接口与第一压缩机1的吸气端连接，第一压缩机1和第二压缩机2为串联状态。循环介质的循环路径如下：

循环介质进入第一压缩机1，循环介质经第一压缩机1压缩后，压力和温度均增加；

然后循环介质进入第二压缩机2，经第二压缩机2压缩后，压力和温度进一步增加；

经第二压缩机2压缩后的循环介质经过四通阀3的D接口和C接口进入第一换热器4，在第一换热器4中发生冷凝，将热量释放至室内，以增加室内的温度，循环介质的温度降低；

之后经第一膨胀阀5和闪蒸罐的X接口进入闪蒸罐内，循环介质经正向节流状态的第一膨胀阀5后，循环介质的压力降低，循环介质在进入闪蒸罐后会迅速气化，产生气态循环介质，气态循环介质上升至闪蒸罐的上部空间、与液态循环介质分离；

液态循环介质通过Y接口流出，同时气态循环介质通过Z接口进入补气支路；

从Y接口流出的循环介质经过正向节流状态的第二膨胀阀8后，循环介质的压力降低；

然后进入第二换热器7，在第二换热器7中，低压状态的循环介质遇热蒸发，将冷量传递至室外，循环介质的温度增加；

随后循环介质经四通阀3的E接口和S接口进入第一压缩机1，循环介质经第一压缩机1压缩后，压力和温度均增加；

经第一压缩机1压缩后的循环介质和补气支路内的气态循环介质同时进入第二压缩机2，经第二压缩机2压缩后，循环上述路径。

在此种工况下，循环介质先进入第一压缩机1，然后进入第二压缩机2，因此实现了双级压缩制热模式。在室内外温差较大时，避免了因压缩比过大导致的效率较低的问题，提高了供热效率。

在制冷需求时，第一换热器4成为蒸发器，第二换热器7成为冷凝器。此时，切换四通阀3的状态至第二状态，切换三通阀11的状态至第三状态，打开第一阀门10，关闭第二阀门9，调整第一膨胀阀5为反向节流状态，第二膨胀阀8为全开导通状态，如图4所示。此时，第一压缩机1和第二压缩机2为并联状态，且第一压缩机1的排气端和第二压缩机2的排气端通过四通阀3的D接口和E接口与第二换热器7连接，第一换热器4通过四通阀3的S接口和C接口与第一压缩机1的吸气端和第二压缩机2的吸气端连接。循环介质的循环路径如下：

循环介质同时进入第一压缩机1和第二压缩机2，循环介质经第一压缩机1和第二压缩机2压缩后，压力和温度均增加；

然后经过四通阀3的D接口和E接口进入第二换热器7，在第二换热器7中发生冷凝，将热量释放至室外，循环介质的温度降低；

之后经第二膨胀阀8和闪蒸罐的Y接口进入闪蒸罐内，全开导通状态的第二膨胀阀8对循环介质没有节流降压作用，故循环介质进入闪蒸罐后直接通过X接口流出；

经过反向节流状态的第一膨胀阀5后，循环介质的压力降低；

然后进入第一换热器4，在第一换热器4中，低压状态的循环介质遇热蒸发，将冷量传递至室内，循环介质的温度增加；

随后循环介质经四通阀3的C接口和S接口进入第一压缩机1和第二压缩机2，进行循环。

在此种工况下，循环介质同时进入第一压缩机1和第二压缩机2，无先后顺序，因此实现了单级压缩制冷模式。

需要说明的是，在严寒地区的夏季，室内外温差不会太大，单级压缩制冷模式即可满足使用需求。

综上所述，通过切换四通阀3的状态，可以实现制冷模式与制热模式之间的自由切换，通过切换三通阀11、第一阀门10和第二阀门9的状态，可以实现双级压缩模式和单级压缩模式之间的切换，并且在单级压缩模式下，第一压缩机1和第二压缩机2均处于工作状态，没有闲置状态的压缩机。解决了现有技术中同时具有制冷模式和制热模式的双级压缩系统存在的无法在双级压缩工况和单级压缩工况之间切换或切换至单级压缩工况时存在压缩机闲置的问题。

本发明实施例中的第一压缩机1和第二压缩机2可以为相互独立的两个压缩机，也可以选用双吸双排压缩机作为第一压缩机1和第二压缩机2，第一压缩机1和第二压缩机2的设备选型可以相同，也可以不同。

本发明实施例中，第一换热器4和第二换热器7可以设置一个，但为了保证第一换热器4和第二换热器7的换热效果，可将第一换热器4和第二换热器7均设置多个，多个第一换热器4可以设置为串联、并联或串联并联结合的形式，多个第二换热器7可以设置为串联、并联或串联并联结合的形式，可以确保换热充分。

根据与循环介质换热的换热介质的不同，上述第一换热器4可以选用制冷剂-空气换热器，也可以选用制冷剂-水换热器。具体地，第一换热器4包括第一换热通道和第二换热通道，第一换热通道供空气或水流通，第二换热通道供制冷剂流通。第二换热通道的两端分别与C接口和第一膨胀阀5连接，第一换热通道与室内空气或水源连通。

上述第二换热器7可以选用制冷剂-空气换热器。具体地，第二换热器7包括第三换热通道和第四换热通道，分别供空气和制冷剂流通。第四换热通道的两端分别与E接口和第二膨胀阀8连接，第三换热通道与室外空气连通。

本发明实施例中的适用于严寒地区的空气源热泵还包括第一风机和第二风机，或者包括水泵和第二风机。第二风机用于驱使空气在第三换热通道内流通，以驱动空气的流通。

当利用本发明实施例中的空气源热泵对空气加热或制冷时，需采用第一风机驱使空气在第一换热器4的第一换热通道内流通，以驱动空气的流通。

当利用本发明实施例中的空气源热泵对水加热或制冷时，需采用水泵驱使水在第一换热器4的第一换热通道内流通，以驱动水的流通。

另一方面，本发明还提供一种空调器，包括上述任一实施例提供的适用于严寒地区的空气源热泵。本发明实施例提供的空调器既具有制冷模式，又具有制热模式，能够在单级压缩制热模式、双级压缩制热模式和单级压缩制冷模式之间自由切换，且在双级压缩模式时，第一压缩机1和第二压缩机2同时工作，避免了压缩机的闲置。解决了现有技术中同时具有制冷模式和制热模式的双级压缩系统存在的无法在双级压缩工况和单级压缩工况之间切换或切换至单级压缩工况时存在压缩机闲置的问题。本发明实施例中的空调器的有益效果的推导过程与上述适用于严寒地区的空气源热泵的有益效果的推导过程大体类似，故此处不再赘述。

本发明实施例中的空调器包括第一壳体和第二壳体，第一壳体内设置有上述第一换热器4，以构成室内机。第二壳体内设置有上述第一压缩机、第二压缩机、三通阀11、第一阀门10、四通阀3、第一膨胀阀5、闪蒸器6、第二膨胀阀8、第二换热器7和第二阀门9，以构成室外机。室内机和室外机的数量均设置一个，室内机和室外机一一对应。此外，利用第一壳体和第二壳体对零部件进行固定安装与防护，有利于延长使用寿命。

本发明实施例中的空调器包括第一壳体和第二壳体，第一壳体内设置有上述第一膨胀阀5和第一换热器4，以构成室内机。第二壳体内设置有上述第一压缩机、第二压缩机、三通阀11、第一阀门10、四通阀3、闪蒸器6、第二膨胀阀8、第二换热器7和第二阀门9，以构成室外机。利用第一壳体和第二壳体对零部件进行固定安装与防护，有利于延长使用寿命。

上述室内机至少设置一个，室外机设置有一个。当室内机设置多个时，每个室内机均与室外机连接，即一个室外机可带动多个室内机运行。室内机的数量可根据实际需求确定。各个室内机内均配置有相应的第一膨胀阀5，可以实现对各个室内机的单独控制。

又一方面，本发明还提供一种能够控制上述任一实施例提供的适用于严寒地区的空气源热泵的控制方法，以使适用于严寒地区的空气源热泵分别在单级压缩制热模式、双级压缩制热模式和单级压缩制冷模式下运行。下文描述的空气源热泵的控制方法与上文描述的适用于严寒地区的空气源热泵可相互对应参照。

本发明实施例提供的空气源热泵的控制方法包括：

控制四通阀3切换至第一状态、三通阀11切换至第三状态、第一阀门10切换至导通状态、第二阀门9切换至截止状态、第一膨胀阀5为全开导通状态、第二膨胀阀8为正向节流状态，以使主循环回路运行为单级压缩制热模式；

控制四通阀3切换至第一状态、三通阀11切换至第四状态、第一阀门10切换至截止状态、第二阀门9切换至导通状态、第一膨胀阀5为正向节流状态、第二膨胀阀8为正向节流状态，以使主循环回路和补气支路相配合运行为双级压缩制热模式；

控制四通阀3切换至第二状态、三通阀11切换至第三状态、第一阀门10切换至导通状态、第二阀门9切换至截止状态、第一膨胀阀5为反向节流状态、第二膨胀阀8为全开导通状态，以使主循环回路运行为单级压缩制冷模式。

在供暖季节，主循环回路长时间运行单级压缩制热模式或主循环回路和补气支路相配合长时间运行双级压缩制热模式时，位于室外的第二换热器7容易出现结霜的现象。

为实现除霜，本发明实施例提供的空气源热泵的控制方法还包括：

控制四通阀3切换至第二状态、三通阀11切换至第三状态、第一阀门10切换至导通状态、第二阀门9切换至截止状态、第一膨胀阀5为反向节流状态、第二膨胀阀8为全开导通状态，以使主循环回路运行为除霜模式，参照图5。

在除霜模式下，位于室外的第二换热器7为冷凝器，利用冷凝热可实现除霜目的。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。