CN103836837A - 一种双模式复合的热泵机组以及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双模式复合的热泵机组以及控制方法，压缩机的排气口与四通阀的D端口连通，四通阀的C端口与室外换热器的一端连通，室外换热器的另一端与节流装置的一端连通，节流装置的另一端与室内换热器的一端连通，室内换热器的另一端与四通阀的E端口连通，四通阀的S端口与压缩机的吸气口连通，室内换热器包括制冷剂回路和空调水回路，室外换热器至少包括相互连通的第一换热器和第二换热器，第二换热器的外部设置有与第二换热器的热交换相匹配使用的选择性启停的冷却液系统。一种双模式复合的热泵机组以及控制方法，实现制冷与制热工况共用换热器，减少四通阀、节流装置、单向阀和管道支路的数量，达到简化系统结构，降低成本和切换简单的效果。

Description

一种双模式复合的热泵机组以及控制方法

技术领域

本发明涉及一种空调技术领域，尤其涉及一种双模式复合的热泵机组以及控制方法。

背景技术

热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热，经过电力作用，输出能用的高品位热能的设备，由于热泵具有节约能源、减少废气排放的特点，热泵技术越来越多地受到能源政策和环境保护政策的支持，热泵在工业和生活中运用也越来越广，但由于蒸发冷却式热泵机组的换热器特点，制冷与制热时室外侧的换热器要求不同，系统通常需要设置多个不同的换热器，并通过配置多个四通阀、多个节流装置以及多个单向阀完成制冷工况与制热工况的切换，使得系统结构复杂，成本高，而且切换过程烦琐。基于上述现状，我们有必要提供一种结构简单、成本低、切换快捷的双模式复合的热泵机组。

发明内容

本发明的一个目的在于：提供一种制冷与制热工况共用换热器的热泵机组以及控制方法，实现简化系统结构，降低成本的目的。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种双模式复合的热泵机组，包括压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置和室内换热器，所述压缩机的排气口与所述四通阀的D端口连通，所述四通阀的C端口与所述室外换热器的一端连通，所述室外换热器的另一端与所述节流装置的一端连通，所述节流装置的另一端与所述室内换热器的一端连通，所述室内换热器的另一端与所述四通阀的E端口连通，所述四通阀的S端口与所述压缩机的吸气口连通，所述室内换热器包括制冷剂回路和空调水回路，所述室外换热器至少包括相互连通的第一换热器和第二换热器，所述第一换热器包括多条并排的支路，所述第二换热器包括与所述第一换热器数量相同的并排的支路，所述第一换热器的支路与所述第二换热器的支路一一相连，所述第二换热器的外部设置有与所述第二换热器的热交换相匹配使用的选择性启停的冷却液系统。

制冷工况下所述四通阀的D端口与C端口连通，所述冷却液系统启动工作，所述压缩机排出的高温高压的气态制冷剂进入所述第一换热器向空气放热并液化形成中温高压的液态制冷剂，然后中温高压的液态制冷剂进入所述第二换热器利用冷却液进行冷却，成为低温高压的液态制冷剂，所述低温高压的液态制冷剂通过节流装置的降压作用变成低温低压的液态制冷剂，最后所述低温低压的液态制冷剂进入所述室内换热器从空调水吸热气化并返回压缩机，使空调水达到冷却的效果。

制热工况下所述四通阀的D端口与E端口连通，所述冷却液系统停止工作，所述压缩机排出的高温高压气态制冷剂进入所述室内换热器向空调水放热液化形成中温高压的液态制冷剂，使空调水达到升温的效果，然后所述中温高压的液态制冷剂通过节流装置的降压作用变成低温低压的液态制冷剂，最后所述低温低压的液态制冷剂进入所述第二换热器和第一换热器从空气吸热气化并返回压缩机。

作为一种优选的技术方案，所述冷却液系统包括设置在所述第二换热器顶部的喷淋装置，以及与所述喷淋装置相配合使用的设置在所述第二换热器底部的冷凝水盘，所述冷凝水盘下方安装有与所述冷凝水盘相连通的水箱，所述水箱设计足够大，能够使冷却液充分冷却，所述喷淋装置与所述水箱之间安装有水泵。

具体地，在制冷工况下，所述冷却液系统启动，所述喷淋装置通过所述水泵的驱动向所述第二换热器喷淋冷却液，使经过所述第二换热器的制冷剂降温，所述冷却液经过所述第二换热器后自然滴落在冷凝水盘里，通过所述冷凝水盘收集的冷却液自动流入设置在所述冷凝水盘下方的所述水箱，冷却液通过所述水箱汇集后再次通过所述水泵的驱动传送至所述喷淋装置实现喷淋。

作为一种优选的技术方案，所述第一换热器和所述第二换热器的同侧设置有至少一个风机组件，具体地，在制冷或制冷工况下，所述风机组件均开启，增强所述第一换热器和所述第二换热器的热交换效果。

特别地，所述第一换热器和所述第二换热器的同侧设置有一个风机组件。

作为一种优选的技术方案，所述第一换热器远离所述第二换热器的一侧设置有集气组件，具体地，在制冷工况下，制冷剂通过所述集气组件从连通所述四通阀C端口的单条管路分流至所述第一换热器的各个支路上；在制热工况下，制冷剂通过所述集气组件从所述第一换热器的各个支路合流至连通所述四通阀C端口的单条管路上。

作为一种优选的技术方案，所述第二换热器远离所述第一换热器的一侧设置有毛细管组件，具体地，在制冷工况下，从所述第二换热器排出的制冷剂通过所述毛细管组件合流至连通所述节流装置的单条管路上；在制热工况下，从连通所述节流装置的单条管路经过的制冷剂通过所述毛细管组件分流至所述第二换热器的各条支路上。另外，所述毛细管组件增强了降压的效果。

作为一种优选的技术方案，所述室内换热器与所述节流装置之间设置有储液器，所述储液器与所述节流装置连通的管路上设置有使所述制冷剂可以依次通过所述室内换热器、所述储液器和所述节流装置的第一单向阀；所述节流装置和所述室内换热器连通的管路上设置有一条支路，所述支路的一端设置于所述节流装置与所述第一单向阀之间，所述支路的另一端设置于所述储液器和所述室内换热器之间，所述支路上设置有使所述制冷剂可以依次通过所述节流装置和所述室内换热器的第二单向阀。具体地，所述第一单向阀与所述第二单向阀的导通方向相反，在制冷工况下，制冷剂从所述第二单向阀所在的支路通过实现导通；在制热工况下，制冷剂从所述第一单向阀和所述储液器所述的支路通过实现导通。

作为一种优选的技术方案，所述压缩机的吸气口与所述四通阀的S端口之间设置有气液分离器，防止液态制冷剂进入所述压缩机。

作为一种优选的技术方案，所述第一换热器采用翅片式空气换热器。

一种所述双模式复合的热泵机组的控制方法，所述控制方法控制所述双模式复合的热泵机组实现空调水制冷工况或空调水制热工况，所述空调水制冷工况包括以下步骤：

S10、所述压缩机将制冷剂压缩成为高温高压的气体，并从所述压缩机的排气口排出，所述四通阀得电，使所述四通阀的D端口与C端口连通，E端口与S端口连通，从排气口排出的高温高压的气态制冷剂从D端口进入所述四通阀并从C端口排出所述四通阀；

S20、从所述四通阀C端口排出的高温高压的气态制冷剂进入所述第一换热器，高温高压的气态制冷剂通过所述第一换热器时向空气放热，高温高压的气态制冷剂温度降低而形成中温高压的液态制冷剂；

S30、中温高压的液态制冷剂从所述第一换热器进入所述第二换热器，所述冷却液系统启动工作，中温高压的液态制冷剂通过所述第二换热器时向冷却液放热，中温高压的液态制冷剂温度降低而形成低温高压的液态制冷剂；

S40、从所述第二换热器排出的低温高压的液态制冷剂通过所述节流装置降压后变成低温低压的液态制冷剂；

S50、经过所述节流装置降压后的低温低压的液态制冷剂进入所述室内换热器，并通过所述室内换热器从所述空调水回路吸热，使空调水降温，同时低温低压的液态制冷剂吸热气化；

S60、从所述室内换热器排出的气态制冷剂从所述四通阀的E端口进入所述四通阀并从所述四通阀的S端口排出所述四通阀，最后从所述压缩机的吸气口进入所述压缩机；

所述空调水制热工况包括以下步骤：

S100、所述压缩机将制冷剂压缩成为高温高压的气体，并从所述压缩机的排气口排出，所述四通阀得电，使所述四通阀的D端口与E端口连通，C端口与S端口连通，从排气口排出的高温高压的气态制冷剂从D端口进入所述四通阀并从E端口排出所述四通阀；

S200、从所述四通阀E端口排出的高温高压的气态制冷剂进入所述室内换热器，并通过所述室内换热器向所述空调水回路放热，使空调水升温，同时高温高压的气态制冷剂放热而形成中温高压的液态制冷剂；

S300、从所述室内换热排出的中温高压的液态制冷剂通过所述节流装置降压后变成低温低压的液态制冷剂；

S400、经过所述节流装置降压后的低温低压的液态制冷剂进入所述第二换热器，所述冷却液系统停止工作，低温低压的液态制冷剂依次通过所述第二换热器和所述第一换热器并从空气吸热气化；

S500、从所述第一换热器排出的气态制冷剂从所述四通阀的C端口进入所述四通阀并从所述四通阀的S端口离开所述四通阀，最后从所述压缩机的吸气口进入所述压缩机。

作为一种优选的技术方案，所述S200与所述S300之间具有步骤S210：从所述室内换热器排出的中温高压的液态制冷剂从所述储液器的一端进入所述储液器并从所述储液器的另一端排出所述储液器，然后经过所述第一单向阀后才进入所述节流装置。

本发明的有益效果为：

通过提供一种双模式复合的热泵机组以及控制方法，实现制冷与制热工况共用换热器的目的，减少四通阀、节流装置、单向阀和管道支路的数量，从而达到简化系统结构，降低成本和切换简单的效果。

附图说明

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为实施例所述的双模式复合的热泵机组的系统图；

图2为实施例所述的双模式复合的热泵机组的制冷回路图；

图3为实施例所述的双模式复合的热泵机组的制热回路图；

图4为实施例所述的双模式复合的热泵机组的制冷工况控制步骤图；

图5为实施例所述的双模式复合的热泵机组的制热工况控制步骤图。

图1中：

1、压缩机；2、四通阀；3、室外换热器；31、第一换热器；32、第二换热器；4、冷却液系统；41、喷淋装置；42、冷凝水盘；43、水箱；44、水泵；5、节流装置；6、室内换热器；7、集气组件；8、风机组件；9、毛细管组件；10、储液器；11、第一单向阀；12、第二单向阀；13、气液分离器。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

如图1～5所示，于本实施例中，一种双模式复合的热泵机组，包括压缩机1、四通阀2、室外换热器3、节流装置5和室内换热器6，压缩机1的排气口与四通阀2的D端口连通，四通阀2的C端口与室外换热器3的一端连通，室外换热器3的另一端与节流装置5的一端连通，节流装置5的另一端与室内换热器6的一端连通，室内换热器6的另一端与四通阀2的E端口连通，四通阀2的S端口与压缩机1的吸气口连通。

室内换热器6包括制冷剂回路和空调水回路。室外换热器3包括相互连通的第一换热器31和第二换热器32，第一换热器31包括多条并排的支路，第二换热器32包括与第一换热器31数量相同的并排的支路，第一换热器31的支路与第二换热器32的支路一一相连，第一换热器31采用翅片式空气换热器。

第一换热器31和第二换热器32的同侧设置有一个风机组件8，在制冷工况或制冷工况下，风机组件8均开启，增强第一换热器31和第二换热器32的热交换效果。第一换热器31远离第二换热器32的一侧设置有集气组件7。第二换热器32远离第一换热器31的一侧设置有毛细管组件9。

第二换热器32的外部设置有与第二换热器32的热交换相匹配使用的选择性启停的冷却液系统4。冷却液系统4包括设置在第二换热器32顶部的喷淋装置41，以及与喷淋装置41相配合使用的设置在第二换热器32底部的冷凝水盘42，冷凝水盘42下方安装有与冷凝水盘42相连通的水箱43，水箱43能够使冷却液充分冷却，喷淋装置41与水箱43之间安装有水泵44。喷淋装置41可以通过水泵44的驱动向第二换热器32喷淋冷却液，使经过第二换热器32的制冷剂降温，冷却液经过第二换热器32后自然滴落在冷凝水盘42里，通过冷凝水盘42收集的冷却液自动流入设置在冷凝水盘42下方的水箱43，冷却液通过水箱43汇集后再次通过水泵44的驱动传送至喷淋装置41实现重复喷淋。

室内换热器6与节流装置5之间设置有储液器10，储液器10与节流装置5连通的管路上设置有使制冷剂可以依次通过室内换热器6、储液器10和节流装置5的第一单向阀11；节流装置5和室内换热器6连通的管路上设置有一条支路，支路的一端设置于节流装置5与第一单向阀11之间，支路的另一端设置于储液器10和室内换热器6之间，支路上设置有使制冷剂可以依次通过节流装置5和室内换热器6的第二单向阀12，第二单向阀12与第一单向阀11的导通方向相反。

压缩机1的吸气口与四通阀2的S端口之间设置有气液分离器13，防止液态制冷剂进入压缩机1。

在制冷工况下，四通阀2的D端口与C端口连通，冷却液系统4启动工作，制冷回路如图2所示，制冷工况控制步骤如图4所示，压缩机1排出的高温高压的气态制冷剂通过集气组件7分流至第一换热器31的各个支路上，通过第一换热器31向空气放热并液化形成中温高压的液态制冷剂，然后中温高压的液态制冷剂进入第二换热器32并利用冷却液进行冷却，成为低温高压的液态制冷剂，低温高压的液态制冷剂通过毛细管组件9从第二换热器32的各个支路合流至节流装置5，并通过节流装置5的降压作用变成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂经过第二单向阀12后，进入室内换热器6并从空调水吸热气化，使空调水达到冷却的效果，最后气态制冷剂通过气液分离器13返回压缩机1。

在制热工况下，四通阀2的D端口与E端口连通，冷却液系统4停止工作，制热回路如图3所示，制热工况控制步骤如图5所示，压缩机1排出的高温高压气态制冷剂进入室内换热器6向空调水放热液化形成中温高压的液态制冷剂，使空调水达到升温的效果，然后中温高压的液态制冷剂经过储液器10和第一单向阀11进入节流装置5，并通过节流装置5的降压作用变成低温低压的液态制冷剂，低温低压的液态制冷剂通过毛细管组件9分流至第二换热器32的各个支路和第一换热器31的各个支路后从空气吸热气化，最后气态制冷剂通过集气组件7合流后进入气液分离器13，并返回压缩机1。

一种本实施例的双模式复合的热泵机组的控制方法，该控制方法控制双模式复合的热泵机组实现空调水制冷工况或空调水制热工况，空调水制冷工况包括以下步骤：

S10、压缩机1将制冷剂压缩成为高温高压的气体，并从压缩机1的排气口排出，四通阀2得电，使四通阀2的D端口与C端口连通，E端口与S端口连通，从排气口排出的高温高压的气态制冷剂从D端口进入四通阀2并从C端口排出四通阀2；

S20、从四通阀2C端口排出的高温高压的气态制冷剂进入第一换热器31，高温高压的气态制冷剂通过第一换热器31时向空气放热，高温高压的气态制冷剂温度降低而形成中温高压的液态制冷剂；

S30、中温高压的液态制冷剂从第一换热器31进入第二换热器32，冷却液系统4启动工作，中温高压的液态制冷剂通过第二换热器32时向冷却液放热，中温高压的液态制冷剂温度降低而形成低温高压的液态制冷剂；

S40、从第二换热器32排出的低温高压的液态制冷剂通过节流装置5降压后变成低温低压的液态制冷剂；

S50、经过节流装置5降压后的低温低压的液态制冷剂进入室内换热器6，并通过室内换热器6从空调水回路吸热，使空调水降温，同时低温低压的液态制冷剂吸热气化；

S60、从室内换热器6排出的气态制冷剂从四通阀2的E端口进入四通阀2并从四通阀2的S端口离开四通阀2，最后从压缩机1的吸气口进入压缩机1；

空调水制热工况包括以下步骤：

S100、压缩机1将制冷剂压缩成为高温高压的气体，并从压缩机1的排气口排出，四通阀2得电，使四通阀2的D端口与E端口连通，C端口与S端口连通，从排气口排出的高温高压的气态制冷剂从D端口进入四通阀2并从E端口排出四通阀2；

S200、从四通阀2E端口排出的高温高压的气态制冷剂进入室内换热器6，并通过室内换热器6向空调水回路放热，使空调水升温，同时高温高压的气态制冷剂放热而形成中温高压的液态制冷剂；

S210：从室内换热器6排出的中温高压的液态制冷剂从储液器10的一端进入储液器10并从储液器10的另一端排出储液器10，然后经过第一单向阀11后进入节流装置5。

S300、经过第一单向阀11后的中温高压的液态制冷剂通过节流装置5降压后变成低温低压的液态制冷剂；

S400、经过节流装置5降压后的低温低压的液态制冷剂进入第二换热器32，冷却液系统4停止工作，低温低压的液态制冷剂依次通过第二换热器32和第一换热器31并从空气吸热气化；

S500、从第一换热器31排出的气态制冷剂从四通阀2的C端口进入四通阀2并从四通阀2的S端口离开四通阀2，最后从压缩机1的吸气口进入压缩机1。

本文中的“第一”、“第二”仅仅是为了在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

需要声明的是，上述具体实施方式仅仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理，在本发明所公开的技术范围内，任何熟悉本技术领域的技术人员所容易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种双模式复合的热泵机组，其特征在于，包括压缩机、四通阀、室外换热器、节流装置和室内换热器，所述压缩机的排气口与所述四通阀的D端口连通，所述四通阀的C端口与所述室外换热器的一端连通，所述室外换热器的另一端与所述节流装置的一端连通，所述节流装置的另一端与所述室内换热器的一端连通，所述室内换热器的另一端与所述四通阀的E端口连通，所述四通阀的S端口与所述压缩机的吸气口连通，所述室内换热器包括制冷剂回路和空调水回路，所述室外换热器至少包括相互连通的第一换热器和第二换热器，所述第二换热器的外部设置有与所述第二换热器的热交换相匹配使用的选择性启停的冷却液系统，制冷工况下所述四通阀的D端口与C端口连通，所述冷却液系统启动工作，制热工况下所述四通阀的D端口与E端口连通，所述冷却液系统停止工作。

2.根据权利要求1所述的双模式复合的热泵机组，其特征在于，所述冷却液系统包括设置在所述第二换热器顶部的喷淋装置，以及与所述喷淋装置相配合使用的设置在所述第二换热器底部的冷凝水盘，所述冷凝水盘下方安装有与所述冷凝水盘相连通的水箱，所述喷淋装置与所述水箱之间安装有水泵。

3.根据权利要求2所述的双模式复合的热泵机组，其特征在于，所述第一换热器和所述第二换热器的同侧设置有至少一个风机组件。

4.根据权利要求3所述的双模式复合的热泵机组，其特征在于，所述第一换热器远离所述第二换热器的一侧设置有集气组件。

5.根据权利要求4所述的双模式复合的热泵机组，其特征在于，所述第二换热器远离所述第一换热器的一侧设置有毛细管组件。

6.根据权利要求5所述的双模式复合的热泵机组，其特征在于，所述室内换热器与所述节流装置之间设置有储液器，所述储液器与所述节流装置连通的管路上设置有使所述制冷剂可以依次通过所述室内换热器、所述储液器和所述节流装置的第一单向阀；所述节流装置和所述室内换热器连通的管路上设置有一条支路，所述支路的一端设置于所述节流装置与所述第一单向阀之间，所述支路的另一端设置于所述储液器和所述室内换热器之间，所述支路上设置有使所述制冷剂可以依次通过所述节流装置和所述室内换热器的第二单向阀。

7.根据权利要求6所述的双模式复合的热泵机组，其特征在于，所述压缩机吸气口与所述四通阀的S端口之间设置有气液分离器。

8.根据权利要求7所述的双模式复合的热泵机组，其特征在于，所述第一换热器采用翅片式空气换热器。

9.一种权利要求1至8任一项所述的双模式复合的热泵机组的控制方法，其特征在于，所述控制方法控制所述双模式复合的热泵机组实现空调水制冷工况或空调水制热工况，所述空调水制冷工况包括以下步骤：

S10、所述压缩机将制冷剂压缩成为高温高压的气体，并从所述压缩机的排气口排出，所述四通阀得电，使所述四通阀的D端口与C端口连通，E端口与S端口连通，从排气口排出的高温高压的气态制冷剂从D端口进入所述四通阀并从C端口排出所述四通阀；

S20、从所述四通阀C端口排出的高温高压的气态制冷剂进入所述第一换热器，高温高压的气态制冷剂通过所述第一换热器时向空气放热，高温高压的气态制冷剂温度降低而形成中温高压的液态制冷剂；

S30、中温高压的液态制冷剂从所述第一换热器进入所述第二换热器，所述冷却液系统启动工作，中温高压的液态制冷剂通过所述第二换热器时向冷却液放热，中温高压的液态制冷剂温度降低而形成低温高压的液态制冷剂；

S40、从所述第二换热器排出的低温高压的液态制冷剂通过所述节流装置降压后变成低温低压的液态制冷剂；

S50、经过所述节流装置降压后的低温低压的液态制冷剂进入所述室内换热器，并通过所述室内换热器从所述空调水回路吸热，使空调水降温，同时低温低压的液态制冷剂吸热气化；

S60、从所述室内换热器排出的气态制冷剂从所述四通阀的E端口进入所述四通阀并从所述四通阀的S端口排出所述四通阀，最后从所述压缩机的吸气口进入所述压缩机；

所述空调水制热工况包括以下步骤：

S100、所述压缩机将制冷剂压缩成为高温高压的气体，并从所述压缩机的排气口排出，所述四通阀得电，使所述四通阀的D端口与E端口连通，C端口与S端口连通，从排气口排出的高温高压的气态制冷剂从D端口进入所述四通阀并从E端口排出所述四通阀；

S200、从所述四通阀E端口排出的高温高压的气态制冷剂进入所述室内换热器，并通过所述室内换热器向所述空调水回路放热，使空调水升温，同时高温高压的气态制冷剂放热而形成中温高压的液态制冷剂；

S300、从所述室内换热排出的中温高压的液态制冷剂通过所述节流装置降压后变成低温低压的液态制冷剂；

S400、经过所述节流装置降压后的低温低压的液态制冷剂进入所述第二换热器，所述冷却液系统停止工作，低温低压的液态制冷剂依次通过所述第二换热器和所述第一换热器并从空气吸热气化；

S500、从所述第一换热器排出的气态制冷剂从所述四通阀的C端口进入所述四通阀并从所述四通阀的S端口离开所述四通阀，最后从所述压缩机的吸气口进入所述压缩机。

10.根据权利要求9所述的双模式复合的热泵机组的控制方法，其特征在于，所述S200与所述S300之间具有步骤S210：从所述室内换热器排出的中温高压的液态制冷剂从所述储液器的一端进入所述储液器并从所述储液器的另一端排出所述储液器，然后经过所述第一单向阀后才进入所述节流装置。

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