CN107356012A - 热泵系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热泵系统及其控制方法，其包括：主换热回路，其包括顺序连接形成回路的至少一个压缩机、流路切换阀、冷凝器、第一节流元件、经济器以及蒸发器；以及补气支路，其从所述第一节流元件与所述经济器之间的流路连接至所述压缩机的补气口，所述补气支路上设置用于避免气相制冷剂倒流的开关阀；其中，还包括压力平衡支路，其从所述开关阀上游的补气支路连接至所述主换热回路的低压气相制冷剂侧。本发明的热泵系统及其控制方法能够有效地避免由于两侧压差所带来的开关阀的振动及噪音。

Description

热泵系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种制冷领域，更具体而言，本发明涉及一种具有较小振动及噪音的热泵系统及其控制方法。
背景技术
在当前使用补气增焓压缩机的制冷系统中，通常会采用经济器来为压缩机的中间级进行补气。此种补气支路一般包括对制冷剂在此进行节流的节流元件、与经济器进行换热的回路以及防止制冷剂从压缩机的补气口倒流的止回阀。当运行制热模式时，启用补气增焓操作，此时制冷剂将经由补气支路流入压缩机补气口中。当运行制冷模式时，可以按需关闭此补气支路。此时，补气支路中所积存的中压制冷剂气体将被封闭于支路中的止回阀的上游侧。由于止回阀的下游侧中的制冷剂气体因为压缩机工作而发生压力波动，进而使得止回阀两侧存在变化的压力差，这将导致止回阀振动，并导致止回阀的活动阀芯不断运动。由此会产生较大的噪音，影响元件寿命。
发明内容
本发明目的在于提供一种能够降低补气增焓回路中阀件震动及噪音的热泵系统。
本发明目的还在于提供一种用于前述热泵系统的控制方法。
根据本发明的一个方面，提供一种热泵系统，其包括：主换热回路，其包括顺序连接形成回路的至少一个压缩机、流路切换阀、冷凝器、第一节流元件、经济器以及蒸发器；以及补气支路，其从所述第一节流元件与所述经济器之间的流路连接至所述压缩机的补气口，所述补气支路上设置用于避免气相制冷剂倒流的开关阀；其中，还包括压力平衡支路，其从所述开关阀上游的补气支路连接至所述主换热回路的低压气相制冷剂侧。
根据本发明的另一个方面，还提供一种热泵系统的控制方法，其包括：在制热模式下，使主换热回路导通第二流向，导通补气支路；此时，制冷剂经过压缩机压缩，经由流向切换阀流至蒸发器处冷凝散热，流过经济器；随后，一方面，制冷剂经由第一节流元件节流，在冷凝器处蒸发吸热，并经由流向切换阀返回压缩机；另一方面，制冷剂经由第二节流元件节流后，流经经济器并与从蒸发器流至经济器的制冷剂进行换热，随后经由开关阀进入压缩机补气口中；在制冷模式下，使主换热回路导通第一流向，断开补气支路；此时，一方面，制冷剂经过压缩机压缩，经由流向切换阀流至冷凝器处冷凝散热，经过第一节流元件节流后，流过经济器，在蒸发器处蒸发吸热，并经由流向切换阀返回压缩机；另一方面，积存在补气支路中的中压制冷剂经由压力平衡支路节流后流至主换热回路的低压气相制冷剂侧。
附图说明
图1是本发明的一个实施例的热泵系统的示意图。
具体实施方式
如附图1所示，根据本发明的一个实施例，公开了一种热泵系统，该热泵系统包括主换热回路100、补气支路200及压力平衡支路300。其中，压力平衡支路300从补气支路200中连接至主换热回路100的低压气相制冷剂侧。在此种布置下，当无需使用补气支路200而将其关闭时，封闭在补气支路200中的中压气态制冷剂将经由压力平衡支路300被导出至主换热回路100的低压气相制冷剂侧，且随后经由工作中的制冷剂共同被吸入压缩机中参与循环。由此避免了该中压气态制冷剂积存在补气支路200中而导致补气支路200中的开关阀两侧存在压差所带来的振动及噪音问题。另外，此部分中压气态制冷剂的导出还能够增加压缩机吸气口的过热度，有助于低温制热模式的改善。
具体而言，主换热回路100包括顺序连接形成回路的至少一个压缩机110、流路切换阀120、冷凝器130、第一节流元件140、经济器150以及蒸发器160。而补气支路200则从第一节流元件140与经济器150之间的流路连接至压缩机110的补气口，补气支路200上设置用于避免气相制冷剂倒流的开关阀。另外，压力平衡支路300则从开关阀上游的补气支路200连接至主换热回路100的低压气相制冷剂侧。由于在补气支路200中积存的制冷剂为中压且呈气相，因此，将压力平衡支路300连接至主换热回路100的低压气相制冷剂侧使得积存的中压气相制冷剂可以容易地直接被引导入其中。作为示例，图1中的压力平衡支路300连接至压缩机110的吸气口，使得被引导回主换热回路100中的制冷剂能够直接被吸入压缩机110参与工作循环，并提高压缩机110的吸气口过热度。在此种情形下，当需要补气增焓时，经由经济器流出的部分制冷剂经由补气支路200被引入压缩机110的补气口；当无需补气增焓时，断开补气支路200，此时由于前述操作而积存在补气支路200中的制冷剂经由压力平衡支路300被引入压缩机110的吸气口中，参与正常工作循环。值得注意的是，若压力平衡支路300为无法断开的支路，则即便在需要补气增焓时，也有可能存在部分制冷剂经由压力平衡支路300被引入压缩机110的吸气口中，这同样有助于提高压缩机吸气口的过热度。
在一种实施方式中，补气支路200从上游至下游依次包括：节流区段210、回热区段220以及止回区段230。其中，节流区段210上设有第二节流元件211，其用于对流入补气支路200中的制冷剂进行膨胀节流；回热区段220流经经济器150，由此与主换热回路100中流经经济器150的制冷剂换热；止回区段230上设置开关阀，其能够避免制冷剂从压缩机110的补气口倒流。基于此目的，通常可选用止回阀作为开关阀。当然，在忽略成本等考量时，同样可以使用电磁阀或其他能够关死管路的阀件来作为本文所述的开关阀。应当知道的是，当采用止回阀或其他具有活动零件的阀作为开关阀时，本实施例中压力平衡支路所起到的减振降噪作用尤为明显，这是由于此时阀件不止由于受到两侧制冷剂压差所带来的冲击而振动，还会遭受活动零件运动而带来的振动及噪音。而当采用电磁阀或其他不具有活动零件的阀作为开关阀时，本实施例中压力平衡支路也能起到一定的减振降噪作用，此时主要在于能够避免两侧制冷剂压差所带来的冲击振动。
前述实施例中所描述的压力平衡支路300主要作用在于将补气支路200内的中压气相制冷剂引导至主换热回路100中的低压侧，从而消除开关阀两侧的压力差来避免振动。基于此原理，在一种实施方式中，压力平衡支路300为其上设置第三节流元件的流路。使得流经其中的制冷剂在进入压缩机前得到进一步的节流，从而确保系统的可靠性。作为示例，该第三节流元件可为节流毛细管，此处节流毛细管的选型应当考虑补气支路侧的管路及主换热回路的低压侧管路，并应考虑安装的便捷性。在一个示例中，该节流毛细管具有4mm的管径和/或900-1100mm的长度。此时的压力平衡支路300为不可关死的状态，因此，在需要补气增焓的制热模式下此条压力平衡支路300将同样导通，部分用于补气增焓的制冷剂在经过压力平衡支路300的节流后流至压缩机的吸气口，用于提高压缩机吸气口的过热度。作为另一种示例，第三节流元件为能够调节节流量并能够断开所述压力平衡支路的可调节流元件，例如电子膨胀阀。此时的压力平衡支路300为可以关死的状态，因此，其在无需补气增焓的制冷模式下一定会导通，而在需要补气增焓的制热模式下根据实际情况来可选地导通。
前述实施例中所描述的压力平衡支路300从开关阀上游的补气支路200连接至主换热回路100的低压气相制冷剂侧。在图1所示的实施例中，其连接至压缩机吸气口。然而，基于其原理，应当知道的是，其还存在多处可选的布置方式，只要其此处的制冷剂呈现气相且处于低压状态即可。例如，在制冷模式下，主换热回路100的低压气相制冷剂侧包括从压缩机110的吸气口至蒸发器160之间的区段；而在制热模式下，主换热回路100的低压气相制冷剂侧包括从压缩机110的吸气口至冷凝器130之间的区段。也即是说，无论在何种模式下，主换热回路100的低压气相制冷剂侧均包括从压缩机110的吸气口至流路切换阀120之间的区段。在了解上述情形后，在一个示例中，若压力平衡支路300具有能够关死的可调节流元件，则压力平衡支路300从开关阀上游的补气支路200连接至主换热回路100的从蒸发器160至压缩机110的吸气口之间的区段。此时，在需要使用补气增焓的制热模式下，直接断开该压力平衡支路即可，其不会因蒸发器160至流路切换阀120之间的区段变为高压而受到影响。再如，在另一个示例中，当主换热回路100还包括连接在流路切换阀120与压缩机110之间的气液分离器180时：压力平衡支路300从开关阀上游的补气支路200连接至主换热回路100的从流路切换阀120至气液分离器180之间的区段。或者压力平衡支路300从开关阀上游的补气支路200连接至主换热回路100的从压缩机110的吸气口至气液分离器180之间的区段。若压力平衡支路300上仅设置无法关死的节流毛细管，则压力平衡支路300从开关阀上游的补气支路200连接至主换热回路100的从流路切换阀120至压缩机110的吸气口之间的区段。此时，即便在制热模式下也无法关闭该压力平衡支路300，但由于其接入主换热回路100处为永久低压侧，因此该压力平衡支路300可继续正常工作，且被引入的制冷剂可用于在低温制热模式下改善压缩机吸气口的过热度。
可选地，为改善热泵系统各方面的性能，还可以在系统中增加其他零部件。例如，主换热回路100还可包括连接在经济器150与蒸发器160之间的储液器170，以便将暂时无需参加工作的制冷剂储存在其中。再如，主换热回路100还可包括连接在冷凝器130与经济器150之间的干燥过滤器190，以便对流经其中的制冷剂进行干燥过滤。
应当知道的是，在此类热泵系统中，为提供系统的制冷/制热能力及调节范围，通常会采用并联的多台压缩机110，前述实施例的经济器相关流路的改善同样适用于此类情形。此时，补气支路200应分别连接至多个压缩机110的补气口，且补气支路200上设置对应于多个压缩机110的多个开关阀，已分别防止其制冷剂倒流。
可选地，由于热泵系统在制冷模式下及制热模式下所需的节流程度不尽相同。因此，可将第一节流元件140设置成包括并联的第一制冷节流元件140a及第一制热节流元件140b。其中，在制冷模式下，第一制热节流元件140b关闭；且/或在制热模式下，第一制冷节流元件140a关闭。
本文一并提供若干种零部件的可选实施方式以供选择。其中，蒸发器160可采用板式换热器；而冷凝器130可采用盘管换热器。
本文还提供一种热泵系统的控制方法，用于与前述实施例中所记载的热泵系统或其他具有相关特征的热泵系统配套使用。该控制方法包括：在制热模式下，使主换热回路100导通第二流向，导通补气支路200；此时，制冷剂经过压缩机110压缩，经由流向切换阀流至蒸发器160处冷凝散热，流过经济器150；随后，一方面，制冷剂经由第一节流元件140节流，在冷凝器130处蒸发吸热，并经由流向切换阀返回压缩机110；另一方面，制冷剂经由第二节流元件211节流后，流经经济器150并与从蒸发器160流至经济器150的制冷剂进行换热，随后经由开关阀进入压缩机110补气口中；在制冷模式下，使主换热回路100导通第一流向，断开补气支路200；此时，一方面，制冷剂经过压缩机110压缩，经由流向切换阀流至冷凝器130处冷凝散热，经过第一节流元件140节流后，流过经济器150，在蒸发器160处蒸发吸热，并经由流向切换阀返回压缩机110；另一方面，积存在补气支路200中的中压制冷剂经由压力平衡支路300节流后流至主换热回路100的低压气相制冷剂侧。
可选地，在制热模式下，补气支路中的一部分制冷剂经由压力平衡支路节流后流至主换热回路的低压气相制冷剂侧，从而能够提高压缩机吸气侧的过热度，改善该热泵系统的制热性能。
可选地，若该热泵系统采用双第一节流元件140的布置时，则在制冷模式下，制冷剂流经第一制冷节流元件140a进行节流；和/或在制热模式下，制冷剂流经第一制热节流元件140b进行节流。
在本实施例中，主要通过改变流路切换阀120的流向来使主换热回路100导通第一流向或第二流向，进而实现制冷模式或制热模式。并通过使第二节流元件211开闭来导通或断开补气支路200。
如下将结合图1及前述热泵系统及方法实施例来描述本发明的改进后的工作过程。
在制热模式下，控制流路切换阀120来导通主换热回路100的第二流向，并控制第二节流元件211开启且选择合适的节流开度来导通补气支路200。此时，制冷剂经过压缩机110a及压缩机110b压缩；经由流向切换阀流至蒸发器160处冷凝散热；再流经储液器170，部分不参与工作的制冷剂将积存在此处，其他制冷剂继续流至经济器150；随后，一方面，制冷剂经由第一制热节流元件140b节流，经干燥过滤器190干燥过滤，并在冷凝器130处蒸发吸热，且最终经由流向切换阀及气液分离器180分离液相制冷剂后返回至压缩机110a及压缩机110b，开始新一轮的工作循环；另一方面，制冷剂经由第二节流元件211节流后，流经经济器150并与从蒸发器160流至经济器150的制冷剂进行换热，随后分别经由止回阀231a及231b进入压缩机110a及压缩机110b的补气口中。
在制冷模式下，控制流路切换阀120来导通主换热回路100的第一流向，并控制第二节流元件211关闭来断开补气支路200。此时，一方面，制冷剂经过压缩机110a及压缩机110b压缩；经由流向切换阀流至冷凝器130处冷凝散热；经干燥过滤器190干燥过滤并经过第一制冷节流元件140a节流后，再流至经济器150，随后将不能参与工作的制冷剂积存在储液器170中，而其他制冷剂继续前往蒸发器160进行蒸发吸热，且最终经由流向切换阀及气液分离器180分离液相制冷剂后返回至压缩机110a及压缩机110b，开始新一轮的工作循环。另一方面，由于前述操作或其他原因而积存在补气支路200中的中压制冷剂经由压力平衡支路300节流后流至主换热回路100的压缩机110a及压缩机110b的吸气口，并被吸入其中共同参与工作循环。
在本发明的描述中，需要理解的是，“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或特征必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明中，描述的高压、中压及低压制冷剂为制冷剂参与制冷或制热循环中在各个工作流程下所具有的相对压力比较，而非必须限定具体的数值范围。例如，在热泵系统中压缩机吸气口通常为低压气相制冷剂，在压缩机排气口通常为高压气相制冷剂，而在补气支路中存在的通常为中压气相制冷剂等等。这是压缩机排气口的气相制冷剂压力大于补气支路中存在的制冷剂，而补气支路中存在制冷剂压力大于压缩机吸气口的低压制冷剂。至于其具体数值范围，将会随所采用的制冷剂类型及机组功率等多项参数而发生变化。这对于本领域普通技术人员而言是可以理解的。
以上例子主要说明了本发明的热泵系统及其控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (23)

1.一种热泵系统，其特征在于，包括：
主换热回路，其包括顺序连接形成回路的至少一个压缩机、流路切换阀、冷凝器、第一节流元件、经济器以及蒸发器；以及
补气支路，其从所述第一节流元件与所述经济器之间的流路连接至所述压缩机的补气口，所述补气支路上设置用于避免气相制冷剂倒流的开关阀；
其中，还包括压力平衡支路，其从所述开关阀上游的补气支路连接至所述主换热回路的低压气相制冷剂侧。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述补气支路从上游至下游依次包括：
节流区段；其上设有第二节流元件；
回热区段；其流经所述经济器，并与所述主换热回路中流经所述经济器的制冷剂换热；以及
止回区段，其上设置所述开关阀。
3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：所述压力平衡支路为其上设置第三节流元件的流路。
4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于：所述第三节流元件为节流毛细管。
5.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：所述压力平衡支路从所述开关阀上游的补气支路连接至所述主换热回路的从所述流路切换阀至所述压缩机的吸气口之间的区段。
6.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于：所述第三节流元件为能够调节节流量并能够断开所述压力平衡支路的可调节流元件。
7.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于：所述压力平衡支路从所述开关阀上游的补气支路连接至所述主换热回路的从所述蒸发器至所述压缩机的吸气口之间的区段。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述主换热回路还包括连接在所述经济器与所述蒸发器之间的储液器。
9.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述主换热回路还包括连接在所述流路切换阀与所述压缩机之间的气液分离器。
10.根据权利要求9所述的热泵系统，其特征在于：所述压力平衡支路从所述开关阀上游的补气支路连接至所述主换热回路的从所述流路切换阀至所述气液分离器之间的区段。
11.根据权利要求9所述的热泵系统，其特征在于：所述压力平衡支路从所述开关阀上游的补气支路连接至所述主换热回路的从所述压缩机的吸气口至所述气液分离器之间的区段。
12.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述主换热回路还包括连接在所述冷凝器与所述经济器之间的干燥过滤器。
13.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述主换热回路包括并联的多个压缩机。
14.据权利要求13所述的热泵系统，其特征在于：所述补气支路分别连接至多个所述压缩机的补气口，且所述补气支路上设置对应于多个所述压缩机的多个开关阀。
15.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述第一节流元件包括并联的第一制冷节流元件及第一制热节流元件；在制冷模式下，所述第一制热节流元件关闭；且/或在制热模式下，所述第一制冷节流元件关闭。
16.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述蒸发器为板式换热器。
17.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述冷凝器为盘管换热器。
18.根据权利要求1至7任意一项所述的热泵系统，其特征在于：所述开关阀为止回阀，其用于防止制冷剂经由所述压缩机的补气口倒流。
19.一种热泵系统的控制方法，其特征在于，包括：
在制热模式下，使主换热回路导通第二流向，导通补气支路；此时，制冷剂经过压缩机压缩，经由流向切换阀流至蒸发器处冷凝散热，流过经济器；随后，一方面，制冷剂经由第一节流元件节流，在冷凝器处蒸发吸热，并经由流向切换阀返回压缩机；另一方面，制冷剂经由第二节流元件节流后，流经经济器并与从蒸发器流至经济器的制冷剂进行换热，随后经由开关阀进入压缩机补气口中；
在制冷模式下，使主换热回路导通第一流向，断开补气支路；此时，一方面，制冷剂经过压缩机压缩，经由流向切换阀流至冷凝器处冷凝散热，经过第一节流元件节流后，流过经济器，在蒸发器处蒸发吸热，并经由流向切换阀返回压缩机；另一方面，积存在补气支路中的中压制冷剂经由压力平衡支路节流后流至主换热回路的低压气相制冷剂侧。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：在制热模式下，补气支路中的一部分制冷剂经由压力平衡支路节流后流至主换热回路的低压气相制冷剂侧，以提高压缩机吸气侧的过热度。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括：
在制冷模式下，制冷剂流经第一制冷节流元件进行节流；和/或在制热模式下，制冷剂流经第一制热节流元件进行节流。
22.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：通过使流路切换阀切换流向来使所述主换热回路导通第一流向或第二流向。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于：通过使所述第二节流元件开闭来导通或断开补气支路。
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