CN112013566B - 一种能源集成节能多功能热泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种能源集成节能多功能热泵，采用一体化集成设计，可以实现制冷、制热、热水、冷藏、冷冻和除湿烘干等功能组合，与传统热泵相比，功能明显提升和能耗显著降低，可满足住宅，及小型商业和工业建筑对能源系统的多功能需求。系统主要包括压缩机，膨胀阀，源侧和使用侧换热器。压缩机和换热器之间设置三通阀，和需转换冷凝和蒸发功能的换热器之间设置四通阀，换热器与膨胀阀按星形结构连接。冷冻、冷藏和除湿蒸发器，空调用换热器，源侧换热器，除湿和生活热水冷凝器换热器的管路，通过单向阀，或与膨胀阀直连。换热器通过三通阀或四通阀开关控制，使得任一冷凝器、主膨胀阀、任一蒸发器和压缩机共同形成独立的制冷循环。

Description

一种能源集成节能多功能热泵

技术领域

本发明属于制冷热能领域，特别涉及到一种能源集成节能多功能热泵。

背景技术

现有的多功能热泵一般只有热水、制冷和制热的功能，无除湿和冷藏功能；有的多功能热泵只有干燥除湿和冷藏功能，无产热水和空调功能。由于系统复杂，对集成设计和控制技术综合性要求较高，目前还无集制冷、制热、热水、干燥、冷藏、除湿等功能的集成式能源系统。

对于典型的住宅建筑，以及部分商业和工业建筑，往往对制冷、制热、热水、干燥、冷藏、除湿等多种功能都有需求。但是，目前市场上的单个能源设备系统只能够满足其中上述提到的一项或某几项功能要求，建筑业主们往往需要购买多台不同类型的能源设备系统来满足所需的大部分功能要求。购买多台能源设备，不仅会导致初期购买设备成本增加，占用更多建筑使用面积，而且会导致运行阶段能源费用上升，增加运行维护人员的工作时间。另外，多台能源设备也不利于内部能源整合和平衡，不利于设备优化运行，不利于节能，不利于物联网连接和系统集成优化控制，投资运行费用较高。

发明内容

本发明为能源集成节能多功能热泵，具有制冷、制热、热水、干燥、冷藏、除湿等功能。本系统经过一体化集成设计及控制系统运行算法优化，系统内部能够进行余热回收，实现自身冷、热源平衡，充分发挥节能优势。

本发明的能源集成节能多功能热泵，能够根据末端使用要求场景，自动运行一项或多项功能，并且根据末端冷、热负荷，及温度要求的高、低等不同运行工况，自动选择匹配压缩机单多台或单多级运行算法。

本发明所采用的技术方案为：一种能源集成节能多功能热泵，包括至少一个第1压缩机(8)，至少一个第1膨胀阀(10)；至少四个换热器，其中一个为源侧换热器(16)，其它为使用侧换热器，如：冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)、除湿烘干蒸发器(14)、空调换热器(15)、除湿烘干冷凝器(17)、热水冷凝器(18)，各个使用侧换热器用于相应使用功能；在第1压缩机(8)的吸排气口和各换热器之间，根据换热器的数量，逐级设置相应的两位三通阀(以下简称三通阀)；在压缩机排气和冷凝器之间，设置排气切换三通阀，如：第1三通阀(1)、第2三通阀(2)，用于选择切换制冷剂进入各冷凝换热器流路，其数量一般比冷凝器数量少一个；在第1压缩机(8)的吸气口和各蒸发器出口之间，设置吸气切换三通阀，如：第3三通阀(3)、第4三通阀(4)、第5三通阀(5)，用于选择切换制冷剂流出各蒸发换热器的流路，其数量一般比蒸发器数量少一个；在需要实现冷凝器和蒸发器交替转换的换热器，设置四通换向阀(以下简称四通阀)，如：第1四通阀(6)、第2四通阀(26)，用于切换换热器制冷剂的流向。

所述的最上一级排气切换第1三通阀(1)的D端接到第1压缩机(8)的排气管，C、E端和下一级三通阀的D端相连，或其中C端直接和一个冷凝器的入口相连，逐级连接，直到最末一级三通阀直接和冷凝器的入口相连，实现各级冷凝器排气流路切换；在排气切换的三通阀和冷凝器之间可设置四通阀，改变制冷剂的流向，冷凝器可转换为蒸发器，如：在第2三通阀(2)和源侧换热器(16)之间设置第1四通阀(6)，第1四通阀(6)的D端和第2三通阀(2)的E端连接，C端和源侧换热器(16)相连，源侧换热器(16)既可作为冷凝器，也可转换为蒸发器；以此类推，吸气切换的最上一级第3三通阀(3)的S端和第1压缩机(8)的回气管连接，C、E端和下一级三通阀的S端，或直接和各蒸发器的出口连接，逐级连接，直到最末一级三通阀直接和蒸发器出口相连，实现各级蒸发器吸气流路切换；在吸气切换的三通阀和蒸发器之间可设置四通阀，改变制冷剂的流向，蒸发器可转换为冷凝器，如：在第3三通阀(3)和空调换热器(15)之间设置第1四通阀(6)，第1四通阀(6)的S端和第3三通阀(3)的C端连接，E端和空调换热器(15)相连，空调换热器(15)既可作为蒸发器，也可转换为冷凝器。

所述的各换热器通过第1膨胀阀(10)可形成星形并联结构：冷藏蒸发器(13)、除湿烘干蒸发器(14)、空调换热器(15)、除湿烘干冷凝器(17)等各个换热器的液管通过单向阀(11)或直接和第1膨胀阀(10)进口或出口连接，各换热器通过相应三通阀和四通阀的开关控制，任一冷凝器和任一蒸发器通过主膨胀阀(17)、和第1压缩机(8)形成制冷循环，而无需经过其它换热器。

所述的全部或部分切换三通阀可用二通阀替代，其特征为：除湿烘干冷凝器(17)和第1三通阀(1)C端连接，出口通过相应的第2二通阀(22)和第1膨胀阀(10)入口连接；热水冷凝器(18)入口直接和第1压缩机(8)的排气口连接，出口通过相应的第1二通阀(23)和第1膨胀阀(10)入口连接；冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)并联设置，其入口分别通过相应的二通阀(19、20)和第1膨胀阀(10)出口连接，出口汇合后和第3三通阀(3)的S端连接；除湿烘干蒸发器(14)的入口通过第3二通阀(21)和第1膨胀阀(10)出口连接，出口和第3三通阀(3)的E端连接。

所述的四通阀可布置接在任两个相邻级别的三通阀之间，也可设置在最上一级三通阀之前或最末一级三通阀之后，四通阀C、E端直接连接的换热器，或其下级三通阀所连接的换热器均可在为蒸发器和冷凝器互相转换，其特征为：第2四通阀(26)的D端接第2三通阀(2)的E端，在排气侧为第2三通阀(2)的下一级，C端接除湿烘干冷凝器(17)气管，S端接上一级第3三通阀(3)的E端，E端接第4三通阀(4)的S端；在吸气侧为第3三通阀(3)的下一级，第4三通阀(4)、第5三通阀(5)的上级，其所控制的冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)、除湿烘干蒸发器(14)可以转换为冷凝器，相应的除湿烘干冷凝器(17)可以转换为蒸发器。

所述的能源集成节能多功能热泵，在膨胀阀(10)入口和冷凝器出口之间设置经济器(24)、第2膨胀阀(25)、气液分离器(36)，其特征为：在第1膨胀阀(10)的入口之前设置经济器(24)，经济器(24)有两个入口和两个出口，两个出口分别为气、液出口；从冷凝器出来的制冷剂流入气液分离器(36)，气液分离器(36)出口分成气、液两路，液路经第2膨胀阀(25)节流后和经济器(24)的一个入口相连，在经济器(24)内蒸发后进入第1压缩机(8)的吸气口，另一气路直接和经济器(24)的另一个入口相连，在经济器(24)内冷却后和第1膨胀阀(10)入口相连；第1压缩机(8)也可设置中压补气，气液分离器(36)可用第1储液器(9)替代，制冷剂在经济器(24)内蒸发后直接进入第1压缩机(8)的补气口。

所述的能源集成节能多功能热泵，可设置多级压缩，降低蒸发温度，提高能效，其特征为：在冷冻蒸发器(12)的出口和第1压缩机(8)的吸气口之间设置低压级第2压缩机(27)，在冷冻蒸发器(12)入口前设置节流毛细管(28)和第6二通阀(29)，毛细管(28)和第6二通阀(29)串联，在第1膨胀阀(10)的出口和第6二通阀(29)之间设置中冷器(30)；中冷器(30)的入口接第1膨胀阀(10)出口，制冷剂在中冷器(30)闪蒸，其气态制冷剂和低压级第2压缩机(27)排气汇合在一起，再经过各级三通阀流入第1压缩机(8)；中冷器(30)的液态出口和第6二通阀(29)入口连接，液态制冷剂流经第6二通阀(29)再经毛细管(28)节流后进入冷冻蒸发器(12)，在冷冻蒸发器(12)内蒸发后进入低压级第2压缩机(27)。可设置第2储液器(33)替代上述中冷器(30)，第2储液器(33)的入口和第1膨胀阀(10)出口连接，出口和第6二通阀(29)入口连接，低压级第2压缩机(27)的排气口直接和第1压缩机(8)的吸气口连接。

所述的能源集成节能多功能热泵，可设置开水冷凝器(31)，并设置多级压缩，提高冷凝温度，其特征为：第1压缩机(8)的排气管和经济器(24)出气管汇合后和高压级第3压缩机(32)吸气口连接，制冷剂进入高压级第3压缩机(32)压缩后，排入开水冷凝器(31)冷凝，冷凝后制冷剂经单向阀(11)后分成两路，一路经第2膨胀阀(25)节流后和经济器(24)的一个入口相连，在经济器(24)内蒸发后经出气管流出，经过单向阀(11)和第1压缩机(8)的排气汇合又回到第3压缩机(32)吸气口；另一路直接和经济器(24)的另一个入口相连，制冷剂在经济器(24)内过冷后和其它冷凝器出液汇合，再进入第1膨胀阀(10)节流。

所述的能源集成节能多功能热泵，供冷温度相近的可由供冷蒸发器(37)统一提供，供热温度相近的可由供热冷凝器(38)统一提供，然后由泵(39)送到各使用末端。

所述的能源集成节能多功能热泵，在压缩机的排气管设置油分离器(34)和回油毛细管(35)，在压缩机的吸气管上设置气液分离器(7)，在膨胀阀前设置储液器(9、33)，在冷凝器出液管上设置单向阀(11)；膨胀阀(10、25)可为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管；膨胀阀(10、25)为热力膨胀阀或毛细管，需在膨胀阀入口或者出口串联二通阀；三通阀(1、2、3、4、5)、四通阀(6、26)的S端和C端可以互换，通过控制三通阀和四通阀的失电和得电来实现；三通阀(1、2、3、4、5)可以采用四通阀通过封堵S端或D端来替换；源侧换热器(16)可设置为水源型，也可以设置为空气源型，或双源组合型；使用侧换热器可设置为冷热风型或冷热水型。

所述的能源集成节能多功能热泵，可设置为分体式或整体式结构，分体式结构分为主机和功能末端，主机内一般设置有压缩机、制冷元件、控制器等，能够为功能末端提供动力；各功能末端内部主要设置功能换热器以及相应的控制器，实现相应的使用功能。

所述的能源集成节能多功能热泵，其压缩机可根据运行工况和末端负荷需求进行变频调速或变容调节，源侧换热器的风机或水泵可根据系统内部负荷平衡要求进行变频调速或级数调节控制。

有益效果

典型住宅建筑，部分商业和工业建筑，以及生活、生产活动中，往往有多种功能需求，其能源系统往往需要满足多种功能场景，如空调、采暖、热水、冷却、烘干、冷冻等；本发明能够提供上述这些功能及其功能组合，一套该热泵就能高效地解决所需功能要求。当该系统在供冷、供热类功能组合运行时，系统自身内部能够进行冷、热回收，实现内部冷、热源平衡，充分发挥节能优势；降低投资成本及后期运行费用；单套系统更有利于控制功能集成，系统运行优化，方便接入物联网进行远程监控。

附图说明

图1能源集成节能多功能热泵示意图1；

图2能源集成节能多功能热泵示意图2；

图3能源集成节能多功能热泵示意图3；

图4能源集成节能多功能热泵示意图4；

图5能源集成节能多功能热泵示意图5；

图6能源集成节能多功能热泵示意图6；

图7能源集成节能多功能热泵示意图7；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1所示，多功能热泵包括：第1压缩机(8)、第1膨胀阀(10)、冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)、除湿烘干蒸发器(14)、空调换热器(15)、源侧换热器(16)、除湿烘干冷凝器(17)、热水冷凝器(18)、第1三通阀(1)、第2三通阀(2)、第3三通阀(3)、第4三通阀(4)、第5三通阀(5)、第1四通阀(6)、气液分离器(7)、油分离器(34)、第1储液器(9)、多个单向阀(11)。

最上一级排气第1三通阀(1)的D端接到第1压缩机(8)的排气管，E端和下一级第2三通阀(2)的D端相连，C端和热水冷凝器(18)的入口相连；第2三通阀(2)的E端和第1四通阀(6)的D端连接，C端和除湿烘干冷凝器(17)的入口相连；在三通阀(1、2)的通断电控制下，实现各级冷凝器排气流路切换；吸气切换的最上一级第3三通阀(3)的S端和第1压缩机(8)的回气管连接，E端和下一级第4三通阀(4)的S端，C端和第1四通阀(6)S端相连；第4三通阀(4)的C端和除湿烘干蒸发器(14)的出口连接，E端和下一级第5三通阀(5)的S端；第5三通阀(5)的C、E端分别和冷藏蒸发器(13)、冷冻蒸发器(12)的出口连接；在三通阀(3、4、5)的通断电控制下，实现各级蒸发器吸气流路切换；第1四通阀(6)的D端和第2三通阀(2)的E端连接，S端和第3三通阀(3)的C端连接，C、E端分别和源侧换热器(16)、空调换热器(15)相连，在第1四通阀(6)通断电控制下，源侧换热器(16)、空调换热器(15)的制冷剂流向可以转换，能在冷凝器和蒸发器之间互相交替转换；各个换热器的液管通过单向阀(11)或直接和第1膨胀阀(10)进口或出口连接，通过相应三通阀和四通阀的开关控制，任一冷凝器和任一蒸发器通过主膨胀阀(17)、和第1压缩机(8)形成制冷循环，而无需经过其它换热器；下面列举部分功能循环来说明(所述的三通阀、四通阀和二通阀自身端口之间的连接是通过开关控制来进行接通或断开的)。

单空调制冷循环：

第1压缩机(8)排气进入油分离器(34)、第1三通阀(1)(D与E相连)、第2三通阀(2)(D与E相连)、第1四通阀(6)(D与C相连)、源侧换热器(16)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、空调换热器(15)、第1四通阀(6)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与C相连)、气液分离器(7)回压缩机。

单空调制热循环：

第1压缩机(8)排气进入油分离器(34)、第1三通阀(1)(D与E相连)、第2三通阀(2)(D与E相连)、第1四通阀(6)(D与E相连)、空调换热器(15)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、源侧换热器(16)、第1四通阀(6)(S与C相连)、第3三通阀(3)(S与C相连)、气液分离器(7)回压缩机。

热水+冷藏循环：

第1压缩机(8)排气进入油分离器(34)、第1三通阀(1)(D与C相连)、热水冷凝器(18)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、冷藏蒸发器(13)、第5三通阀(5)(S与C相连)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)、气液分离器(7)回压缩机。

实施例2

如图2所示，在图1的基础上，第1三通阀(1)用二通阀(22、23)替代，三通阀(4、5)用二通阀(19、20、21)替代：除湿烘干冷凝器(17)的出口通过相应的第2二通阀(22)和第1膨胀阀(10)入口连接；热水冷凝器(18)入口直接和第1压缩机(8)的排气口连接，出口通过相应的第1二通阀(23)和第1膨胀阀(10)入口连接；冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)并联设置，其入口分别通过相应的二通阀(19、20)和第1膨胀阀(10)出口连接，出口汇合后和第3三通阀(3)的S端连接；除湿烘干蒸发器(14)的入口通过第3二通阀(21)和第1膨胀阀(10)出口连接，出口和第3三通阀(3)的E端连接；下面列举部分功能循环来说明(所述的三通阀、四通阀和二通阀自身端口之间的连接是通过开关控制来进行接通或断开的)。

单热水循环：

第1压缩机(8)排气进入油分离器(34)、热水冷凝器(18)、第1二通阀(23)(开启)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、源侧换热器(16)、第1四通阀(6)(S与C相连)、第3三通阀(3)(S与C相连)、气液分离器(7)回压缩机；其它二通阀都关闭。

冷藏+除湿+热水+烘干循环：

第1压缩机(8)排气经油分离器(34)后分成两路：一路为热水冷凝器(18)、第1二通阀(23)(开启)，另一路为第2三通阀(2)(D与C相连)、除湿烘干冷凝(17)、第2二通阀(22)(开启)；又汇合流经第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)，而后又分成两路：一路为第4二通阀(20)(开启)、冷藏蒸发器(13)，另一路为第3二通阀(21)(开启)、除湿烘干蒸发器(14)、第3三通阀(3)(S与E相连)，汇合后经气液分离器(7)回第1压缩机(8)；其它二通阀都关闭。

实施例3

如图3所示，在图1的基础上，第1压缩机(8)增加中压补气，在膨胀阀(10)入口和冷凝器出口之间增加经济器(24)、第2膨胀阀(25)，经济器(24)有两个入口和两个出口；从第1储液器(9)出来的制冷剂分成两路，两路都流入经济器(24)进行热交换，第一路经第2膨胀阀(25)节流后进入经济器(24)内蒸发，吸收第二路制冷剂液体热量，而后流入第1压缩机(8)的中压补气口，第二路在经济器(24)内放出热量，过冷后经第1膨胀阀(10)节流进入蒸发器蒸发；下面列举部分功能循环来说明(所述的三通阀、四通阀和二通阀自身端口之间的连接是通过开关控制来进行接通或断开的)。

单冷冻循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与E相连)、第2三通阀(2)(D与E相连)、第1四通阀(6)(D与C相连)、源侧换热器(16)、第1储液器(9)，而后分成两路：一路为电子第2膨胀阀(25)、经济器(24)、第1压缩机(8)的中压补气；另一路为经济器(24)、第1膨胀阀(10)、冷冻蒸发器(12)、第5三通阀(5)(S与E相连)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)、气液分离器(7)回第1压缩机(8)。

冷冻+热水循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与C相连)、热水冷凝器(18)、第1储液器(9)，而后分成两路：一路为电子第2膨胀阀(25)、经济器(24)、第1压缩机(8)的中压补气；另一路为经济器(24)、第1膨胀阀(10)、冷冻蒸发器(12)、第5三通阀(5)(S与E相连)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)、气液分离器(7)回第1压缩机(8)。

实施例4

如图4所示，在图3的基础上，取消第1压缩机(8)中压补气口，经济器(24)的气管出口直接回到压缩机的吸气口，第1储液器(9)用气液分离器(36)取代，这种一般用于非共沸制冷剂；气液分离器(36)出口分成气、液两路，液路经第2膨胀阀(25)节流后和经济器(24)的一个入口相连，在经济器(24)内蒸发后进入第1压缩机(8)的吸气口，气路直接和经济器(24)的另一个入口相连，在经济器(24)内冷却后和第1膨胀阀(10)入口相连；增加了第2四通阀(26)，第2四通阀(26)的D端接第2三通阀(2)的C端，S端接第3三通阀(3)的E端，C端接除湿烘干冷凝(17)，E端接第4三通阀(4)的S端，下面列举部分功能循环来说明(所述的三通阀、四通阀和二通阀自身端口之间的连接是通过开关控制来进行接通或断开的)。

空调制冷+热水循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与C相连)、热水冷凝器(18)、气液分离器(36)，而后分成两路：一路为电子第2膨胀阀(25)、经济器(24)，另一路为经济器(24)、第1膨胀阀(10)、空调换热器(15)、第1四通阀(6)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与C相连)，然后两路汇合经气液分离器(7)回第1压缩机(8)。

空调制热+冷冻循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与E相连)、第2三通阀(2)(D与E相连)、第1四通阀(6)(D与E相连)、空调换热器(15)、气液分离器(36)，而后分成两路：一路为电子第2膨胀阀(25)、经济器(24)，另一路为经济器(24)、第1膨胀阀(10)、冷冻蒸发器(12)、第5三通阀(5)(S与E相连)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第2四通阀(26)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)，然后两路汇合经气液分离器(7)回第1压缩机(8)。

冷冻化霜循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与E相连)、第2三通阀(2)(D与C相连)、第2四通阀(26)(D与E相连)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第5三通阀(5)(S与E相连)、冷冻蒸发器(12)、气液分离器(36)、经济器(24)、第1膨胀阀(10)、源侧换热器(16)、第1四通阀(6)(S与C相连)、第3三通阀(3)(S与C相连)、气液分离器(7)、第1压缩机(8)，其中电子第2膨胀阀(25)关闭。

实施例5

如图5所示，在图1的基础上，增加开水冷凝器(31)，并改成三级压缩制冷系统；在冷冻蒸发器(12)的出口增加低压级第2压缩机(27)，进口增加相应的毛细管(28)和第6二通阀(29)，毛细管(28)和第6二通阀(29)串联，在第1膨胀阀(10)的出口和第6二通阀(29)之间设置中冷器(30)；中冷器(30)的入口接第1膨胀阀(10)出口，制冷剂在中冷器(30)闪蒸，其气态制冷剂和低压级第2压缩机(27)排气汇合在一起，再经过各级三通阀流入第1压缩机(8)；中冷器(30)的液态出口和第6二通阀(29)入口连接，液态制冷剂流经第6二通阀(29)再经毛细管(28)节流后进入冷冻蒸发器(12)，在冷冻蒸发器(12)内蒸发后进入低压级第2压缩机(27)。

在第1压缩机(8)的排气管和开水冷凝器(31)之间增加高压级第3压缩机(32)，开水冷凝器(31)和第1储液器(9)之间设置经济器(24)；制冷剂进入高压级第3压缩机(32)压缩后，排入开水冷凝器(31)冷凝，冷凝后制冷剂经单向阀(11)后分成两路，一路经第2膨胀阀(25)节流后和经济器(24)的一个入口相连，在经济器(24)内蒸发后经出气管流出，经过单向阀(11)和第1压缩机(8)的排气汇合又回到第3压缩机(32)吸气口；另一路直接和经济器(24)的另一个入口相连，制冷剂在经济器(24)内过冷后和其它冷凝器出液汇合，再进入第1膨胀阀(10)节流。下面列举部分功能循环来说明(所述的三通阀、四通阀和二通阀自身端口之间的连接是通过开关控制来进行接通或断开的)。

单冷冻循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与E相连)、第2三通阀(2)(D与E相连)、第1四通阀(6)(D与C相连)、源侧换热器(16)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、中冷器(30)，中冷器有2个出口，气管出口直接和第2压缩机(27)的排气汇合进入第5三通阀(5)，另一路经第6二通阀(29)、毛细管(28)、冷冻蒸发器(12)、第2压缩机(27)，然后两路汇合进入第5三通阀(5)(S与E相连)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)、气液分离器(7)、第1压缩机(8)。其中高压级第3压缩机(32)停机。

开水+冷冻+热水循环：

第1压缩机(8)排气分成两路，一路进入第1三通阀(1)(D与C相连)、热水冷凝器(18)；另一路和经济器出来的气体汇合，经第3压缩机(32)、开水冷凝器(31)、单向阀(11)，然后又分成两路：一路经第2膨胀阀(25)、经济器(24)内蒸发、单向阀(11)后和第1压缩机(8)的排气汇合回到第3压缩机(32)，另一路进入经济器(24)内过冷后和热水冷凝器(18)出液汇合后流入第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、中冷器(30)，中冷器有2个出口，气管出口直接和第2压缩机(27)的排气汇合进入第5三通阀(5)，另一路经第6二通阀(29)、毛细管(28)、冷冻蒸发器(12)、第2压缩机(27)，然后两路汇合进入第5三通阀(5)(S与E相连)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)、气液分离器(7)、第1压缩机(8)。

实施例6

如图6所示，在图5的基础上，中冷器(30)用第1储液器(9)替代，取消第5三通阀(5)，第2压缩机(27)的排气直接进入气液分离器(7)，然后再回到第1压缩机(8)，下面列举部分功能循环来说明(所述的三通阀、四通阀和二通阀自身端口之间的连接是通过开关控制来进行接通或断开的)。

开水+热水+冷冻+冷藏循环：

第1压缩机(8)排气分成两路，一路进入第1三通阀(1)(D与C相连)、热水冷凝器(18)；另一路和经济器出来的气体汇合，经第3压缩机(32)、开水冷凝器(31)、单向阀(11)，然后又分成两路：一路经第2膨胀阀(25)、经济器(24)内蒸发、单向阀(11)后和第1压缩机(8)的排气汇合回到第3压缩机(32)，另一路进入经济器(24)内过冷后和热水冷凝器(18)出液汇合后流入第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)；之后分成两路：一路经过冷藏换热器(13)、第4三通阀(4)(S与E相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)，另一路经第2储液器(33)、第6二通阀(29)、毛细管(28)、冷冻蒸发器(12)、第2压缩机(27)，然后两路汇合进入气液分离器(7)、第1压缩机(8)。

冷冻+除湿+烘干+开水循环：

第1压缩机(8)排气分成两路，一路进入第1三通阀(1)(D与E相连)、第2三通阀(2)(D与C相连)、除湿烘干冷凝器(17)；另一路和经济器出来的气体汇合，经第3压缩机(32)、开水冷凝器(31)、单向阀(11)，然后又分成两路：一路经第2膨胀阀(25)、经济器(24)内蒸发、单向阀(11)后和第1压缩机(8)的排气汇合回到第3压缩机(32)，另一路进入经济器(24)内过冷后和除湿烘干冷凝器(17)出液汇合后流入第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)；之后分成两路：一路经过除湿烘干蒸发器(14)、第4三通阀(4)(S与C相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)，另一路经第2储液器(33)、第6二通阀(29)、毛细管(28)、冷冻蒸发器(12)、第2压缩机(27)，然后两路汇合进入气液分离器(7)、第1压缩机(8)。

实施例7

如图7所示，在图1的基础上，因空调供冷、除湿的供冷温度相近，统一由供冷蒸发器(37)提供冷却介质，然后通过泵(39)送到各使用末端，相应去掉空调换热器(15)和除湿烘干蒸发器(14)；因热水、烘干温度相近，统一由供热冷凝器(38)提供热源介质，然后通过泵(39)送到各使用末端，相应去掉热水冷凝器(18)、除湿烘干冷凝器(17)和第2三通阀(2)；第1四通阀(6)的D端和第1三通阀(1)的E端连接，S端和第3三通阀(3)的C端连接，C端和源侧换热器(16)，E端封堵，源侧换热器(16)的制冷剂流向可以转换，在第1四通阀(6)的通断电控制下，能在蒸发器和冷凝器之间交替转换，下面列举部分功能循环来说明(所述的三通阀、四通阀和二通阀自身端口之间的连接是通过开关控制来进行接通或断开的)。

单供冷循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与E相连)、第1四通阀(6)(D与C相连)、源侧换热器(16)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、供冷蒸发器(37)、第4三通阀(4)(S与C相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)、气液分离器(7)、第1压缩机(8)。

单供热循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与C相连)、供热冷凝器(38)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、源侧换热器(16)、第1四通阀(6)(S与C相连)、第3三通阀(3)(S与C相连)、气液分离器(7)、第1压缩机(8)。

供冷+供热循环：

第1压缩机(8)排气进入第1三通阀(1)(D与C相连)、供热冷凝器(34)、第1储液器(9)、第1膨胀阀(10)、供冷蒸发器(37)、第4三通阀(4)(S与C相连)、第3三通阀(3)(S与E相连)、气液分离器(7)、第1压缩机(8)。

Claims (9)

1.一种能源集成节能多功能热泵，其特征为：至少包括一个第1压缩机(8)，一个第1膨胀阀(10)；至少有四个换热器，其中至少一个为源侧换热器(16)，其它为使用侧换热器：冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)、除湿烘干蒸发器(14)、空调换热器(15)、除湿烘干冷凝器(17)、热水冷凝器(18)；在第1压缩机(8)的吸排气口和各换热器之间，根据换热器的数量，逐级设置相应的三通阀；在压缩机排气和冷凝器之间，设置第1三通阀(1)、第2三通阀(2)，用于选择切换制冷剂进入各冷凝换热器流路，其数量比冷凝器数量少一个；在第1压缩机(8)的吸气口和各蒸发器出口之间，设置第3三通阀(3)、第4三通阀(4)、第5三通阀(5)，用于选择切换制冷剂流出各蒸发换热器的流路，其数量比蒸发器数量少一个；在需要实现冷凝器和蒸发器交替转换的换热器，设置第1四通阀(6)、第2四通阀(26)，用于切换换热器制冷剂的流向。

2.根据权利要求1所述的一种能源集成节能多功能热泵，其特征为：排气切换的第1三通阀(1)的D端接到第1压缩机(8)的排气管，其E端和第2三通阀(2)的D端相连，其C端直接和热水冷凝器(18)的入口相连，逐级连接，直到第2三通阀(2)直接和冷凝器的入口相连，实现各级冷凝器排气流路切换；在第2三通阀(2)和源侧换热器(16)之间设置第1四通阀(6)，第1四通阀(6)的D端和第2三通阀(2)的E端连接，C端和源侧换热器(16)相连，E端和空调换热器(15)相连，通过第1四通阀(6)实现制冷剂流路切换，空调换热器(15)和源侧换热器(16)能够实现冷凝器和蒸发器互换；以此类推，吸气切换的最上一级第3三通阀(3)的S端和第1压缩机(8)的回气管连接，C、E端分别和第1四通阀(6)的S端、第4三通阀(4)的S端连接，逐级连接，直到最末一级的第5三通阀(5)的C、E端直接和蒸发器出口相连，实现各级蒸发器吸气流路切换。

3.根据权利要求1或2所述的一种能源集成节能多功能热泵，各换热器通过第1膨胀阀(10)形成星形并联结构，其特征为：冷藏蒸发器(13)、除湿烘干蒸发器(14)、空调换热器(15)、除湿烘干冷凝器(17)的液管，通过单向阀(11)或直接和第1膨胀阀(10)进口或出口连接，各换热器通过相应三通阀和四通阀的开关控制，任一冷凝器和任一蒸发器通过主膨胀阀、和第1压缩机(8)形成制冷循环，而无需经过其它换热器。

4.根据权利要求1～3任一项所述的一种能源集成节能多功能热泵，全部或部分切换三通阀用二通阀替代，其特征为：除湿烘干冷凝器(17)和第1三通阀(1)C端连接，出口通过相应的第2二通阀(22)和第1膨胀阀(10)入口连接；热水冷凝器(18)入口直接和第1压缩机(8)的排气口连接，出口通过相应的第1二通阀(23)和第1膨胀阀(10)入口连接；冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)并联设置，其入口分别通过相应的第5二通阀(19)、第4二通阀(20)和第1膨胀阀(10)出口连接，出口汇合后和第3三通阀(3)的S端连接；除湿烘干蒸发器(14)的入口通过第3二通阀(21)和第1膨胀阀(10)出口连接，出口和第3三通阀(3)的E端连接。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种能源集成节能多功能热泵，四通阀布置在任两个相邻级别的三通阀之间，其特征为：第2四通阀(26)的D端接第2三通阀(2)的C端，在排气侧为第2三通阀(2)的下一级，C端接除湿烘干冷凝器(17)气管，S端接上一级第3三通阀(3)的E端，E端接第4三通阀(4)的S端；在吸气侧为第3三通阀(3)的下一级，为第4三通阀(4)、第5三通阀(5)的上级，其所控制的冷冻蒸发器(12)、冷藏蒸发器(13)、除湿烘干蒸发器(14)能够实现转换为冷凝器，相应的除湿烘干冷凝器(17)转换为蒸发器；设置在最上一级三通阀之前或最末一级三通阀之后，四通阀C、E端直接连接的换热器，或其下级三通阀所连接的换热器能够实现蒸发器和冷凝器互相转换。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种能源集成节能多功能热泵，第1压缩机(8)可设置中压补气，并设置相应的经济器(24)和第2膨胀阀(25)，其特征为：在第1膨胀阀(10)的入口之前设置经济器(24)，经济器(24)有两个入口和两个出口，两个出口分别为气、液出口；从冷凝器出来的液态制冷剂分成两路，一路经第2膨胀阀(25)节流后和经济器(24)的一个入口相连，在经济器(24)内蒸发后进入第1压缩机(8)的中压补气入口；另一路直接和经济器(24)的另一个入口相连，在经济器(24)内过冷后和第1膨胀阀(10)入口相连。

7.根据权利要求1～5任一项所述的一种能源集成节能多功能热泵，设置多级压缩，并集成制冷剂旁通回气管路，降低蒸发温度，提高能效，其特征为：在冷冻蒸发器(12)的出口和第1压缩机(8)的吸气口之间设置低压级第2压缩机(27)，在冷冻蒸发器(12)入口前设置节流毛细管(28)和第6二通阀(29)，毛细管(28)和第6二通阀(29)串联，在第1膨胀阀(10)的出口和第6二通阀(29)之间设置中冷器(30)；中冷器(30)的入口接第1膨胀阀(10)出口，制冷剂在中冷器(30)闪蒸，其气态制冷剂和低压级第2压缩机(27)排气汇合在一起，再经过各级三通阀流入第1压缩机(8)；中冷器(30)的液态出口和第6二通阀(29)入口连接，液态制冷剂流经第6二通阀(29)再经毛细管(28)节流后进入冷冻蒸发器(12)，在冷冻蒸发器(12)内蒸发后进入低压级第2压缩机(27)；设置第2储液器(33)替代上述中冷器(30)，第2储液器(33)的出口和第6二通阀(29)入口连接，低压级第2压缩机(27)的排气口直接和第1压缩机(8)的吸气口连接。

8.根据权利要求1～5任一项所述的一种能源集成节能多功能热泵，设置开水冷凝器(31)，并设置多级压缩，提高冷凝温度，其特征为：第1压缩机(8)的排气管和经济器(24)出气管汇合，与高压级第3压缩机(32)吸气口连接，制冷剂进入高压级第3压缩机(32)压缩后，排入开水冷凝器(31)冷凝，冷凝后制冷剂经单向阀(11)后分成两路，一路经第2膨胀阀(25)节流后和经济器(24)的一个入口相连，在经济器(24)内蒸发后经出气管流出，经过单向阀(11)和第1压缩机(8)的排气汇合又回到第3压缩机(32)吸气口；另一路直接和经济器(24)的另一个入口相连，制冷剂在经济器(24)内过冷后和其它冷凝器出液汇合，再进入第1膨胀阀(10)节流。

9.根据权利要求1～8任一项所述的一种能源集成节能多功能热泵，供冷温度相近的由供冷蒸发器(37)统一提供，供热温度相近的由供热冷凝器(38)统一提供，然后由泵(39)把载冷/热剂送到各使用末端。