CN113310235B - 一种高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法 - Google Patents

一种高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法，其中，运行方法包括以下步骤：监测运行时蒸发侧空气进出温度Ta‑in和Ta‑out以及末端的供回水温度Tg和Th；按照单级低温冷凝热泵系统模式，计算出蒸发温度Te和Tcon，确定该状态下的吸排气压比P；根据Tg和P判定热泵系统运行的模式，若P＞11或Tg＞60oC，按照双级高温冷凝复叠式热泵系统模式运行；若P＜11且Tg＜60oC，按照单级低温冷凝热泵系统模式运行。本发明的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法可根据供热需求，实现单级低温冷凝和双级冷凝复叠式之间的自动切换，能够满足不同温度的供水需求，提高能源利用率。

Description

一种高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法
技术领域
本发明涉及空调设备技术领域，尤其涉及一种能够自动切换高低冷凝的复叠式热泵系统及运行方法。
背景技术
现有的空调机组当热泵面临高供水温度时，将导致热泵机组压比增大，降低机组运行性能，严重时会导致机组报警停机，甚至压缩机损坏。
为了解决上述问题，部分热泵系统会采用双级冷凝复叠式系统替代传统的单级冷凝热泵系统，以提高机组的稳定性和能效。然而，这种结构的空调机组当供水温度降低时（即低压比时），会存在功耗过高的问题，不利于节能减排目标的实现。
因此，开发一种适用于不同供水需求的高低冷凝自动切换复叠式变频热泵系统及运行方法以解决上述问题，助力热泵企业产品升级，推动热泵技术在不同地区的高效应用。
发明内容
本发明提供一种可根据供热需求，实现单级低温冷凝和双级冷凝复叠式之间的自动切换，满足不同温度的供水需求，提高能源利用率，且系统稳定性好的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法。
本发明采用的技术方案为：一种高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统，包括：低温级变频压缩机，第一气液分离器，室外蒸发器，第一储液器，油分离器，制冷剂-制冷剂冷凝器，制冷剂-低温水冷凝器，高温变频压缩机，第二气液分离器，第二储液器，制冷剂-高温水冷凝器，变频水泵；
低温级变频压缩机连接油分离器和第一气液分离器，第一气液分离器连接室外蒸发器，室外蒸发器连接第一储液器；第一储液器连接制冷剂-制冷剂冷凝器和制冷剂-低温水冷凝器，油分离器连接室外蒸发器、制冷剂-制冷剂冷凝器、制冷剂-低温水冷凝器；
制冷剂-制冷剂冷凝器连接第二气液分离器和第二储液器，第二储液器连接制冷剂-高温水冷凝器，制冷剂-低温水冷凝器连接制冷剂-高温水冷凝器；第二气液分离器连接高温变频压缩机，高温变频压缩机连接制冷剂-高温水冷凝器，变频水泵连接制冷剂-高温水冷凝器；室外蒸发器上设置有进风温度传感器和出风温度传感器，制冷剂-高温水冷凝器上设置有进水温度传感器和出水温度传感器；
制冷剂-低温水冷凝器和制冷剂-高温水冷凝器之间设有第一电磁阀、第二电磁阀；第二电磁阀靠近制冷剂-低温水冷凝器，位于制冷剂-低温水冷凝器和变频水泵之间；第一电磁阀靠近制冷剂-高温水冷凝器之间设置，位于制冷剂-高温水冷凝器和变频水泵之间；油分离器和制冷剂-低温水冷凝器之间设有第三电磁阀，油分离器和制冷剂-制冷剂冷凝器之间设有第四电磁阀。
进一步地，所述高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统包括单级低温冷凝热泵系统模式以及双级高温冷凝复叠式热泵系统模式。
进一步地，室外蒸发器和储液器之间设置有第一节流装置.
进一步地，制冷剂-制冷剂冷凝器和储液器之间设置于第二节流装置。
进一步地，所述单级低温冷凝热泵系统模式包括低温级变频压缩机，室外蒸发器，第一节流装置，制冷剂-低温水冷凝器，储液器，第一气液分离器，油分离器以及变频水泵；当系统运行单级低温冷凝热泵系统模式时，第二电磁阀、第三电磁阀打开，第一电磁阀、第四电磁阀关闭。
进一步地，所述双级高温冷凝复叠式热泵系统模式包括低温级变频压缩机，室外蒸发器，第一节流装置，制冷剂-制冷剂冷凝器，储液器，第一气液分离器，油分离器，高温变频压缩机，第二节流装置，制冷剂-高温水冷凝器，储液器，第二气液分离器以及变频水泵；当系统运行双级高温冷凝复叠式热泵系统模式时，第一电磁阀、第四电磁阀打开，第二电磁阀、第三电磁阀关闭。
本发明还提供如下技术方案：一种所述的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统的运行方法，包括以下步骤：
（1）通过监测系统运行时室外蒸发器上的进风温度传感器和出风温度传感器，得出蒸发侧空气的进入温度Ta-in和排出温度Ta-out，同时监测末端制冷剂-高温水冷凝器上的进水温度传感器和出水温度传感器，得出供水温度Tg和回水温度Th；
（2）按照单级低温冷凝热泵系统模式，根据公式Te=Tout+ΔTa，计算出蒸发温度Te，根据公式Tcon=Th+ΔT0，计算出冷凝温度Tcon，并结合R410a制冷剂压焓图，确定该状态下的吸排气压比P；
（3）根据Tg和P判定系统运行的模式，若P＞11或Tg＞60oC，则第一电磁阀、第四电磁阀打开，第二电磁阀、第三电磁阀关闭，按照双级高温冷凝复叠式热泵系统模式运行；若P＜11且Tg＜60oC，则第二电磁阀、第三电磁阀打开，第一电磁阀第四电磁阀关闭，按照单级低温冷凝热泵系统模式运行。
进一步地还包括以下步骤：
（4）根据用户需求设定供水温度Tg-set，待系统运行稳定后继续监测Tg，当∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＞0.05，调整当前模式下压缩机的转速nc和变频水泵的运行频率np，重复步骤（1）~（4），直至∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＜0.05。
进一步地，（2）中，ΔTa取值为6oC~8 oC，ΔT0取值为7oC~14 oC。
相较于现有技术，本发明的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法可根据供热需求，实现单级低温冷凝热泵系统和双级冷凝复叠式系统的自动切换，以满足不同温度供水需求，实用性强。当系统处于低供水温度或低压比时，优先运行单级低温冷凝热泵系统模式，有效避免了在低供水温度或低压比时使用双级冷凝复叠式系统存在功耗过高的问题，从而提高了能源利用率，而且系统稳定性更好。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但不应构成对本发明的限制。在附图中，
图1：本发明高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统的示意图；
图2：本发明高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统运行方法的逻辑示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统，包括低温级变频压缩机1，第一气液分离器2，室外蒸发器3，第一储液器4，第一节流装置5，油分离器6，制冷剂-制冷剂冷凝器7，制冷剂-低温水冷凝器8，高温变频压缩机9，第二气液分离器10，第二储液器11，第二节流装置12，制冷剂-高温水冷凝器13，变频水泵14，第一电磁阀15、第二电磁阀16，第三电磁阀17以及第四电磁阀18。
其中，低温级变频压缩机1连接油分离器6和第一气液分离器2，第一气液分离器2连接室外蒸发器3，室外蒸发器3连接第一储液器4，第一节流装置5设置在室外蒸发器3和第一储液器4之间。第一储液器4连接制冷剂-制冷剂冷凝器7和制冷剂-低温水冷凝器8，油分离器6连接室外蒸发器3、制冷剂-制冷剂冷凝器7、制冷剂-低温水冷凝器8。第三电磁阀17设置在油分离器6和制冷剂-低温水冷凝器8之间，第四电磁阀18设置在油分离器6和制冷剂-制冷剂冷凝器7之间。
制冷剂-制冷剂冷凝器7连接第二气液分离器10和第二储液器11，第二节流装置12设置在制冷剂-制冷剂冷凝器7和第二储液器11之间。第二储液器11连接制冷剂-高温水冷凝器13，制冷剂-低温水冷凝器8连接制冷剂-高温水冷凝器13。第二气液分离器10连接高温变频压缩机9，高温变频压缩机9连接制冷剂-高温水冷凝器13，变频水泵14连接制冷剂-高温水冷凝器13。
第一电磁阀15、第二电磁阀16设置在制冷剂-低温水冷凝器8和制冷剂-高温水冷凝器13之间；第二电磁阀16靠近制冷剂-低温水冷凝器8，位于制冷剂-低温水冷凝器8和变频水泵14之间。第一电磁阀15靠近制冷剂-高温水冷凝器13之间设置，位于制冷剂-高温水冷凝器13和变频水泵14之间。
其中，室外蒸发器3上设置有进风温度传感器和出风温度传感器，制冷剂-高温水冷凝器13上设置有进水温度传感器和出水温度传感器。
进一步，高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统包括单级低温冷凝热泵系统模式以及双级高温冷凝复叠式热泵系统模式。
其中，单级低温冷凝热泵系统模式包括低温级变频压缩机1，室外蒸发器3，第一节流装置5，制冷剂-低温水冷凝器8，第一储液器4，第一气液分离器2，油分离器6以及变频水泵14。当系统运行单级低温冷凝热泵系统模式时，第二电磁阀16、第三电磁阀17打开，第一电磁阀15、第四电磁阀18关闭。
双级高温冷凝复叠式热泵系统模式包括低温级变频压缩机1，室外蒸发器3，第一节流装置5，制冷剂-制冷剂冷凝器7，第一储液器4，第一气液分离器2，油分离器6，高温变频压缩机9，第二节流装置12，制冷剂-高温水冷凝器13，第二储液器11，第二气液分离器10以及变频水泵14。当系统运行双级高温冷凝复叠式热泵系统模式时，第一电磁阀15、第四电磁阀18打开，第二电磁阀16、第三电磁阀17关闭。
如图1和图2所示，本发明还提供一种高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统的运行方法，包括以下步骤：
（1）通过监测系统运行时室外蒸发器3上的进风温度传感器和出风温度传感器，得出蒸发侧空气的进入温度Ta-in和排出温度Ta-out，同时监测末端制冷剂-高温水冷凝器13上的进水温度传感器和出水温度传感器，得出供水温度Tg和回水温度Th。
在该步骤中，还可以监测运行时室外蒸发器3蒸发侧供水Te-g和回水温度Te-h。
（2）按照单级低温冷凝热泵系统模式，根据公式Te=Tout+ΔTa，计算出蒸发温度Te，根据公式Tcon=Th+ΔT0，计算出冷凝温度Tcon，并结合R410a制冷剂压焓图，确定该状态下的吸排气压比P。
在该步骤中，ΔTa取值为6oC~8 oC，ΔT0取值为7oC~14 oC。P=P排/P吸，其中，P吸为吸气压力，P排为排气压力。
（3）根据Tg和P判定系统运行的模式，若P＞11或Tg＞60oC，则第一电磁阀15、第四电磁阀18打开，第二电磁阀16、第三电磁阀17关闭，按照双级高温冷凝复叠式热泵系统模式运行；若P＜11且Tg＜60oC，则第二电磁阀16、第三电磁阀17打开，第一电磁阀15第四电磁阀18关闭，按照单级低温冷凝热泵系统模式运行。
在该步骤中，11和60℃是根据R410a制冷剂设定得出。
（4）根据用户需求设定供水温度Tg-set，待系统运行稳定后继续监测Tg，当∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＞0.05（即：供水温度偏离用户设定供水温度值Tg-set，偏差较大）时，调整当前模式下压缩机（低温级变频压缩机1或低温级变频压缩机1和高温级变频压缩机9）的转速nc和变频水泵14的运行频率np，重复步骤（1）~（4），直至∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＜0.05（即：维持供水温度的稳定）。
综上，本发明的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统及运行方法具有以下优点：
1.可根据供热需求，实现单级低温冷凝热泵系统和双级冷凝复叠式系统的自动切换，以满足不同温度供水需求，实用性强。
2.当系统处于低供水温度或低压比时，优先运行单级低温冷凝热泵系统模式，有效避免了在低供水温度或低压比时使用双级冷凝复叠式系统存在功耗过高的问题，从而提高了能源利用率，而且系统稳定性更好。
只要不违背本发明创造的思想，对本发明的各种不同实施例进行任意组合，均应当视为本发明公开的内容；在本发明的技术构思范围内，对技术方案进行多种简单的变型及不同实施例进行的不违背本发明创造的思想的任意组合，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统包括低温级变频压缩机（1），第一气液分离器（2），室外蒸发器（3），第一储液器（4），油分离器（6），制冷剂-制冷剂冷凝器（7），制冷剂-低温水冷凝器（8），高温变频压缩机（9），第二气液分离器（10），第二储液器（11），制冷剂-高温水冷凝器（13），变频水泵（14）；
低温级变频压缩机（1）连接油分离器（6）和第一气液分离器（2），第一气液分离器（2）连接室外蒸发器（3），室外蒸发器（3）连接第一储液器（4）；第一储液器（4）连接制冷剂-制冷剂冷凝器（7）和制冷剂-低温水冷凝器（8），油分离器（6）连接室外蒸发器（3）、制冷剂-制冷剂冷凝器（7）、制冷剂-低温水冷凝器（8）；
制冷剂-制冷剂冷凝器（7）连接第二气液分离器（10）和第二储液器（11），第二储液器（11）连接制冷剂-高温水冷凝器（13），制冷剂-低温水冷凝器（8）连接制冷剂-高温水冷凝器（13）；第二气液分离器（10）连接高温变频压缩机（9），高温变频压缩机（9）连接制冷剂-高温水冷凝器（13），变频水泵（14）连接制冷剂-高温水冷凝器（13）；室外蒸发器（3）上设置有进风温度传感器和出风温度传感器，制冷剂-高温水冷凝器（13）上设置有进水温度传感器和出水温度传感器；
制冷剂-低温水冷凝器（8）和制冷剂-高温水冷凝器（13）之间设有第一电磁阀（15）、第二电磁阀（16）；第二电磁阀（16）靠近制冷剂-低温水冷凝器（8），位于制冷剂-低温水冷凝器（8）和变频水泵（14）之间；第一电磁阀（15）靠近制冷剂-高温水冷凝器（13）之间设置，位于制冷剂-高温水冷凝器（13）和变频水泵（14）之间；油分离器（6）和制冷剂-低温水冷凝器（8）之间设有第三电磁阀（17），油分离器（6）和制冷剂-制冷剂冷凝器（7）之间设有第四电磁阀（18）
通过监测系统运行时室外蒸发器（3）上的进风温度传感器和出风温度传感器，得出蒸发侧空气的进入温度Ta-in和排出温度Ta-out，同时监测末端制冷剂-高温水冷凝器（13）上的进水温度传感器和出水温度传感器，得出供水温度Tg和回水温度Th；
按照单级低温冷凝热泵系统模式，根据公式Te=Tout+ΔTa，计算出蒸发温度Te，根据公式Tcon=Th+ΔT0，计算出冷凝温度Tcon，并结合R410a制冷剂压焓图，确定该状态下的吸排气压比P；
根据Tg和P判定系统运行的模式，若P＞11或Tg＞60oC，则第一电磁阀（15）、第四电磁阀（18）打开，第二电磁阀（16）、第三电磁阀（17）关闭，按照双级高温冷凝复叠式热泵系统模式运行；若P＜11且Tg＜60oC，则第二电磁阀（16）、第三电磁阀（17）打开，第一电磁阀（15）第四电磁阀（18）关闭，按照单级低温冷凝热泵系统模式运行；
根据用户需求设定供水温度Tg-set，待系统运行稳定后继续监测Tg，当∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＞0.05，调整当前模式下压缩机的转速nc和变频水泵（14）的运行频率np，重复步骤（1）~（4），直至∣Tg-Tg-set∣/Tg-set＜0.05。
2.如权利要求1所述的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统的运行方法，其特征在于：（2）中，ΔTa取值为6oC~8 oC，ΔT0取值为7oC~14 oC。
3.如权利要求1所述的高低冷凝自动切换的复叠式变频热泵系统的运行方法，其特征在于：室外蒸发器（3）和第一储液器（4）之间设置有第一节流装置（5）；制冷剂-制冷剂冷凝器（7）和第二储液器（11）之间设置于第二节流装置（12）。
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