CN110207418A - 一种具有双蒸发温度的热泵系统及控制方法 - Google Patents

一种具有双蒸发温度的热泵系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种双蒸发温度的热泵系统及控制方法。该系统实现了单机系统制冷模式双蒸发温度、制热模式双级压缩补气增焓的功能，可以满足制冷工况温湿度独立控制、高温强效制冷和低温强效制热的要求。其压缩机为三缸双级变频压缩机，可以根据中温蒸发器和低温蒸发器所需要的工况选择单低压缸或双低压缸的运行模式。采用四通阀及四管制中压储液器的方式，巧妙的实现制冷和制热模式的兼容使用，可以发挥各个模式的最佳效果，机组对工况变化的敏感性、机组运行的经济性及压缩机运行的可靠性均得以提升。

Description

一种具有双蒸发温度的热泵系统及控制方法
技术领域
本发明涉及空调热泵技术领域，具体涉及一种具有双蒸发温度的热泵系统及其控制方法。
背景技术
近年来，随着环境污染的加剧以及能源的枯竭，需要不断提升空气调节技术，采用高效节能的技术手段实现空调调节的目标，因而出现了温湿独立控制空调技术和热泵技术等。在温湿独立控制空调系统中，需要两种蒸发温度的蒸发器以便对空气分别做降温和除湿处理。现有技术中存在能够实现双蒸发温度的系统，例如专利CN205505465U，但是该系统存在功能单一，制冷机组可靠性差，中间腔吸气容易带液，性能系数差等缺点。现有技术中的双蒸发温度系统还存在压缩机负荷调节能力差、可靠性低、无法兼顾制热工况、高压侧压力过高等问题。
因此如何在一套系统中实现双蒸发温度的功能设计和控制策略，兼顾制热工况，实现高的压缩机调节能力及高可靠性成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种具有双蒸发温度的热泵系统，该系统运行在制冷模式时，具有由压缩机、充当冷凝器的第一换热器、充当低温蒸发器的第三换热器、第三节流装置组成的制冷剂回路；
所述压缩机为双级压缩机，其具有两个串联运行的压缩级，其中第一级压缩实现低温级蒸发温度；第二级压缩实现中温级蒸发温度；
所述第一换热器的出口处制冷剂分成两路：
之一，该支路具有第一节流装置及第二换热器，所述第二换热器在制冷工况时充当中温蒸发器；制冷剂通过第一节流装置及第二换热器后进入储液器；
之二，该支路具有第二节流装置，制冷剂通过第二节流装置后进入所述储液器；
所述储液器内的气态制冷剂可通过管路连通至压缩机的压缩机补气口并与所述压缩机的第一级压缩后的排气混合并进入第二级压缩；所述储液器内的液态制冷剂在通过所述第三节流装置后进入所述第三换热器，然后通过管路连接至所述压缩机的第一级压缩的入口。
进一步的，所述储液器与所述压缩机的压缩机补气口的管路上具有补气电磁阀。
进一步的，所述系统还具有制冷剂换向装置和/或气液分离器。
进一步的，所述系统的中的节流装置为电子膨胀阀。
进一步的，所述压缩机的压缩机补气口与第一级压缩的入口之间具有一旁通管路，所述旁通管路上具有一旁通电磁阀。
进一步的，所述系统运行在制热模式时：
所述压缩机为双级压缩机，其具有两个串联运行的压缩级；
压缩机出口的高压制冷剂进入充当冷凝器的第三换热器，然后通过管路进入第三节流装置，随后进入储液器；
所述第一节流装置关闭；
所述储液器内的气态制冷剂可通过管路连通至压缩机的压缩机补气口并与所述压缩机的第一级压缩后的排气混合并进入第二级压缩；所述储液器内的液态制冷剂在通过所述第二节流装置后进入充当蒸发器的所述第一换热器，然后通过管路连接至所述压缩机的第一级压缩的入口。
进一步的，所述压缩机的第一级压缩具有两个低压缸，第二级压缩具有一个高压缸，所述压缩机为变频压缩机。
本发明还提供一种所述具有双蒸发温度的热泵系统的控制方法，在运行于制冷模式时，所述压缩机的运行模式根据低温蒸发器和中温蒸发器所需要的运行工况参数来进行调节，具体包括如下步骤：
当低温蒸发器的制冷负荷不变，中温蒸发器的制冷负荷增大时，提高所述压缩机的频率，并保持一个低压缸运行；
当中温蒸发器的制冷负荷不变，低温蒸发器的制冷负荷增加时，令两个低压缸同时运行，并保持压缩机的频率不变；
当中温蒸发器和低温蒸发器的制冷负荷都增大时，令两个低压缸同时运行，并提高所述压缩机的频率。
进一步的，还包括如下步骤：
当低温蒸发器制冷负荷增大时，所述第二节流装置动作并作为卸压调节阀调节高压侧的压力。
进一步的，还包括如下步骤：
当中温蒸发器制冷负荷增大到一定阈值时，打开旁通电磁阀。
本发明达到的有益效果为：
本发明所提及的相关发明点实现了单机系统制冷模式双蒸发温度的功能、制热模式双级压缩补气增焓的功能，可以满足制冷工况温湿独立控制、高温强效制冷和低温强效制热的要求。同时，提出了压缩机频率调和电子膨胀阀的调节策略，提高了机组对工况变化的敏感性和机组运行的经济性。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明第一方面实施例的双蒸发温度热泵系统在制冷模式时的系统示意图。
图2是本发明第一方面实施例的双蒸发温度热泵系统在制热模式时的系统示意图。
其中，1-压缩机、2-第一换热器、3-第一节流装置、4-第二节流装置、5-第二换热器、6-第三节流装置、7-第三换热器、8-储液器、9-制冷剂换向装置、10-补气电磁阀、11-旁通电磁阀、12-气液分离器
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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元件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。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
结合图1和图2，根据本发明第一方面实施例的具有双蒸发温度的热泵系统，该系统运行在制冷模式时，具有由压缩机1、充当冷凝器的第一换热器2、充当低温蒸发器的第三换热器7、第三节流装置6组成的制冷剂回路。
所述压缩机1为双级压缩机，其具有两个串联运行的压缩级，其中第一级压缩实现低温级蒸发温度；第二级压缩实现中温级蒸发温度。
制冷剂在经过四通阀9后进入第一换热器2与冷源进行热交换，并冷凝为高压液体。制冷剂从所述第一换热器2的出口处分成两路：
之一，该支路具有第一节流装置3及第二换热器5，所述第二换热器5在制冷工况时充当中温蒸发器，制冷剂从第二换热器5处吸收第二热源处的热量并转变给气态，并降低第二热源处的温度，随后制冷剂通过第一节流装置3及第二换热器5后进入储液器8；所述第二换热器5为风冷或水冷换热器；该支路上的第一节流装置3负责调节中温级蒸发器的流量；
之二，该支路具有第二节流装置4，制冷剂通过第二节流装置4后进入所述储液器8，该支路中的第二节流装置4负责解决高压侧的压力卸载的问题。
所述储液器8既具有储液的作用，又具有气液分离的功能。
所述储液器8内的气态制冷剂可通过管路连通至压缩机1的压缩机补气口并与所述压缩机1的第一级压缩后的排气混合并进入第二级压缩，在第二级压缩中被进一步压缩为高压气体；所述储液器8内的液态制冷剂在通过所述第三节流装置6后进入所述第三换热器7，制冷剂从第三换热器7处吸收第一热源环境的热量，并使得第一热源环境的温度得以降低，随后制冷剂继续通过管路连接至所述压缩机1的第一级压缩的入口。其中所述第三换热器7为风冷或水冷换热器。
在优化的实施例中，所述储液器8与所述压缩机1的压缩机补气口的管路上具有补气电磁阀10，所述补气电磁阀10可以用于控制和调节所述压缩机管路的通断。
在优化的实施例中，所述系统还具有制冷剂换向装置9，所述制冷剂换向装置具体可以是四通阀。可以理解的是，所述系统还可以设置气液分离器12，其设置在压缩机的第一级压缩的入口前，用于进行气液分离。
在本系统中，所有的节流装置具体为电子膨胀阀。
在优化的实施例中，所述压缩机1的压缩机补气口与第一级压缩的入口之间具有一旁通管路，所述旁通管路上具有一旁通电磁阀11，所述旁通电磁阀11用于控制旁通管路的通断。
所述系统运行在制热模式时：
压缩机1出口的高压制冷剂进入充当冷凝器的第三换热器7，在第三换热器7处转换为液态并用于加热所处的环境，然后制冷剂通过管路进入第三节流装置6并在此处节流降压，随后进入储液器8；
在制热模式时，所述第一节流装置3关闭，因而其所在的支路中不存在制冷剂的流动。
所述储液器8内的气态制冷剂可通过管路连通至压缩机1的压缩机补气口并与所述压缩机1的第一级压缩后的排气混合并进入第二级压缩；所述储液器8内的液态制冷剂在通过所述第二节流装置4后进入充当蒸发器的第一换热器2，在此处吸收热量并转换为气态，然后通过管路连接至所述压缩机1的第一级压缩的入口。
在优化的实施例中，所述压缩机1的第一级压缩具有两个低压缸，第二级压缩具有一个高压缸，所述压缩机1为变频压缩机。
在运行于制冷模式时，所述压缩机的运行模式可以根据低温蒸发器和中温蒸发器所需要的运行工况参数来进行调节，具体包括如下步骤：
当低温蒸发器的制冷负荷不变，中温蒸发器的制冷负荷增大时，提高所述压缩机的频率，并保持一个低压缸运行；
当中温蒸发器的制冷负荷不变，低温蒸发器的制冷负荷增加时，令两个低压缸同时运行，并保持压缩机的频率不变；
当中温蒸发器和低温蒸发器的制冷负荷都增大时，令两个低压缸同时运行，并提高所述压缩机的频率。
在优化的实施例中，当低温蒸发器制冷负荷增大时，所述第二节流装置动作并作为卸压调节阀调节高压侧的压力。
在优化的实施例中，当中温蒸发器制冷负荷增大到一定阈值时，打开旁通电磁阀11，并开放压缩机的低压缸。
本发明采用四通阀及四管制中压储液器的方式，巧妙的实现制冷和制热模式的兼容使用，可以发挥各个模式的最佳效果。其中在制冷模式中，中压储液器具有多重效果，其一可以作为中压储液器；其二可以作为二级压缩机的气液分离器。
压缩机采用双级压缩中间补气喷焓的技术，可以分级压缩，降低压比。此外本发明还将中间补气回路与低压吸气回路旁通，并通过电磁阀控制，当中间温度换热器的负荷较大时，开启旁通电磁阀，并通过调节压缩机频率进行容量调节。
本发明实现了单机系统下制冷模式双蒸发温度、制热模式双级压缩补气增焓的功能，可以满足制冷工况温湿独立控制、高温强效制冷和低温强效制热的要求。解决了当低温级蒸发器的制冷负荷增大时，如何解决高压侧的压力卸载，以及低压级蒸发器的冷媒补充的问题，提高了机组对工况变化的敏感性和机组运行的经济性，使得压缩机在高温制冷和低温制热工况下的可靠性均得以增强。
实施例2：
基于同一发明构思，结合上述方案，本发明还提供一种所述双蒸发温度的热泵系统的控制方法，在运行于制冷模式时，所述压缩机的运行模式根据低温蒸发器和中温蒸发器所需要的运行工况参数来进行调节，具体包括如下步骤：
S1：当低温蒸发器的制冷负荷不变，中温蒸发器的制冷负荷增大时，提高所述压缩机的频率，并保持一个低压缸运行；
S2：当中温蒸发器的制冷负荷不变，低温蒸发器的制冷负荷增加时，令两个低压缸同时运行，并保持压缩机的频率不变；
S3：当中温蒸发器和低温蒸发器的制冷负荷都增大时，令两个低压缸同时运行，并提高所述压缩机的频率。

Claims (10)

1.一种具有双蒸发温度的热泵系统，该系统运行在制冷模式时，具有由压缩机(1)、充当冷凝器的第一换热器(2)、充当低温蒸发器的第三换热器(7)、第三节流装置(6)组成的制冷剂回路，其特征在于：
所述压缩机(1)为双级压缩机，其具有两个串联运行的压缩级，其中第一级压缩实现低温级蒸发温度；第二级压缩实现中温级蒸发温度；
所述第一换热器(2)的出口处制冷剂分成两路：
之一，该支路具有第一节流装置(3)及第二换热器(5)，所述第二换热器(5)在制冷工况时充当中温蒸发器；制冷剂通过第一节流装置(3)及第二换热器(5)后进入储液器(8)；
之二，该支路具有第二节流装置(4)，制冷剂通过第二节流装置(4)后进入所述储液器(8)；
所述储液器(8)内的气态制冷剂可通过管路连通至压缩机(1)的压缩机补气口并与所述压缩机(1)的第一级压缩后的排气混合并进入第二级压缩；所述储液器8内的液态制冷剂在通过所述第三节流装置(6)后进入所述第三换热器(7)，然后通过管路连接至所述压缩机1的第一级压缩的入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述储液器8与所述压缩机(1)的压缩机补气口的管路上具有补气电磁阀(10)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还具有制冷剂换向装置9和/或气液分离器12。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统的中的节流装置为电子膨胀阀。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述压缩机(1)的压缩机补气口与第一级压缩的入口之间具有一旁通管路，所述旁通管路上具有一旁通电磁阀(11)。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统运行在制热模式时：
所述压缩机(1)为双级压缩机，其具有两个串联运行的压缩级；
压缩机(1)出口的高压制冷剂进入充当冷凝器的第三换热器(7)，然后通过管路进入第三节流装置(6)，随后进入储液器(8)；
所述第一节流装置(3)关闭；
所述储液器8内的气态制冷剂可通过管路连通至压缩机(1)的压缩机补气口并与所述压缩机(1)的第一级压缩后的排气混合并进入第二级压缩；所述储液器8内的液态制冷剂在通过所述第二节流装置(4)后进入充当蒸发器的所述第一换热器(2)，然后通过管路连接至所述压缩机1的第一级压缩的入口。
7.根据权利要求1或6所述的系统，其特征在于：所述压缩机(1)的第一级压缩具有两个低压缸，第二级压缩具有一个高压缸，所述压缩机(1)为变频压缩机。
8.一种根据权利要求1-7所述的具有双蒸发温度的热泵系统的控制方法，其特征在于：在运行于制冷模式时，所述压缩机的运行模式根据低温蒸发器和中温蒸发器所需要的运行工况参数来进行调节，具体包括如下步骤：
当低温蒸发器的制冷负荷不变，中温蒸发器的制冷负荷增大时，提高所述压缩机的频率，并保持一个低压缸运行；
当中温蒸发器的制冷负荷不变，低温蒸发器的制冷负荷增加时，令两个低压缸同时运行，并保持压缩机的频率不变；
当中温蒸发器和低温蒸发器的制冷负荷都增大时，令两个低压缸同时运行，并提高所述压缩机的频率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：还包括如下步骤：
当低温蒸发器制冷负荷增大时，所述第二节流装置动作并作为卸压调节阀调节高压侧的压力。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于：还包括如下步骤：
当中温蒸发器制冷负荷增大到一定阈值时，打开旁通电磁阀(11)。
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