CN115468329B - 热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种热泵系统，包括：压缩机、节流装置、第一换向装置和第二换向装置、第一换热器、第二换热器和第三换热器；以及气液分离器；其中，第一换向装置和第二换向装置被配置为能够调节以使得第一换热器、第二换热器和第三换热器三者中的至少两个换热器、压缩机以及节流装置能够连通形成制冷剂循环回路；气液分离器被配置为当第一换热器、第二换热器和第三换热器均参与形成制冷剂循环回路时，在制冷剂的循环方向上，气液分离器设置在第一换热器或第三换热器的上游，气液分离器能够将进入气液分离器的制冷剂中的气体和液体分离，并分别送入气液分离器的下游的相应换热器的两端。本申请中的热泵系统吸气压降较小。

Description

热泵系统
技术领域
本申请涉及一种热泵系统，尤其是一种具有多种工作模式的热泵系统。
背景技术
热泵系统包括压缩机、两个换热器和节流装置。压缩机、至少两个换热器和节流装置能够形成制冷剂循环回路，能够满足向外界提供冷量和热量。热泵系统中的两个换热器能够分别同时向外界提供热量和冷量。
发明内容
本申请提供一种热泵系统，包括：压缩机，所述压缩机包括吸气端和排气端；节流装置；第一换向装置和第二换向装置；第一换热器、第二换热器和第三换热器；以及气液分离器；其中，所述第一换向装置与所述压缩机的排气端、所述第一换热器的第一端、第二换热器的第一端以及所述气液分离器可控地连接，所述第二换向装置与所述节流装置、所述气液分离器、所述第二换热器的第二端、所述第三换热器的第一端可控地连接，所述第一换向装置和所述第二换向装置被配置为能够调节以使得所述第一换热器、第二换热器和第三换热器三者中的至少两个换热器、所述压缩机以及所述节流装置能够连通形成制冷剂循环回路；所述气液分离器与所述第一换向装置、所述第二换向装置、所述压缩机的吸气端以及所述第一换热器的第二端可控地连接；所述气液分离器被配置为当所述第一换热器、第二换热器和第三换热器均参与形成制冷剂循环回路时，在制冷剂的循环方向上，所述气液分离器设置在第一换热器或第三换热器的上游，所述气液分离器能够将进入所述气液分离器的制冷剂中的气体和液体分离，并分别送入所述气液分离器的下游的相应换热器的两端。
如上所述的热泵系统，所述气液分离器包括第一端口、第二端口、气体出口以及液体出口，所述第一端口与第一换向装置连接，所述第二端口与所述第二换向装置连接，所述液体出口与所述第一换热器的第二端连接，所述气体出口与所述压缩机的吸气端连接，所述液体出口与所述第一换热器的第二端之间设有第一单向阀，所述气体出口与所述压缩机的吸气端之间设有第二单向阀。
如上所述的热泵系统，所述气体出口与所述压缩机的吸气端之间还设有第一控制阀。
如上所述的热泵系统，所述第一换向装置具有第一通路和第二通路，所述第一换向装置能够调节以使得：所述第一通路能够将所述压缩机的排气端与所述第一换热器的第一端连通，或者将所述压缩机的排气端与所述第二换热器的第一端连通；所述第二通路能够将所述气液分离器的第一端口与所述第二换热器的第一端连通，或者将所述气液分离器的第一端口与所述第一换热器的第一端连通；所述第二换向装置具有第三通路和第四通路，所述第二换向装置能够调节以使得：所述第三通路将所述气液分离器的所述第二端口与所述第二换热器的第二端连通，或者将所述气液分离器的所述第二端口与所述第三换热器的第一端连通；所述第四通路能够将所述节流装置与所述第三换热器的第一端连通，或者将所述节流装置与第二换热器的第二端连通。
如上所述的热泵系统，所述第二换向装置与所述第三换热器的第一端之间设有第二控制阀。
如上所述的热泵系统，所述第二换向装置还包括第五通路，所述第五通路能够将所述第二单向阀的入口端与所述压缩机的吸气端连通。
如上所述的热泵系统，所述第二换向装置还包括第五通路，所述第三换热器与所述压缩机的吸气端之间设有第三单向阀，所述第五通路能够将所述第三单向阀的入口端与所述压缩机的吸气端连通。
如上所述的热泵系统，所述第二换向装置为八通阀，所述第二换向装置具有八个端口，并能够形成三个流体通路。
如上所述的热泵系统，所述热泵系统具有单独制冷模式，单独制热模式、同时制冷和制热模式以及化霜模式，其中在同时制冷和制热模式下，制冷或制热的负荷为可调节的。
如上所述的热泵系统，所述第二换热器为风量可调节的空气侧换热器，所述第一换热器和第三换热器为水侧换热器，所述第一换热器提供热水，所述第三换热器提供冷水。
本申请的热泵系统中的热泵系统包括三个换热器以及气液分离器。在一些工作模式下，三个换热器同时参与制冷剂循环回路，在制冷剂的循环方向上，气液分离器连接在其中一个换热器的上游，能够将制冷剂进行气液分离后分别送入下游相应的换热器的两端，以改善下游换热器换热并减小吸气压降。
在本申请的热泵系统一些工作模式下，三个换热器中的一个换热器不参与制冷剂循环回路。能够不参与制冷剂循环回路的换热器与压缩机吸气端之间设有单向阀，以限制该换热器中的制冷剂单向地向压缩机流动。本申请的热泵系统还包括第二换向装置，以及相应的管路。在一些工作模式下，在与压缩机吸气端之间设有单向阀的换热器参与制冷剂循环回路时，可以通过第二换向装置的切换，绕过蒸发器与压缩机吸气口之间的单向阀，进一步降低系统吸气压降。
附图说明
本申请的特征和优点可通过参照附图阅读以下详细说明得到更好地理解，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件，其中：
图1是本申请的热泵系统的一个实施例的系统图；
图2是图1中的热泵系统处于同时制冷和制热模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图3是图1中的热泵系统处于单独制冷模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图4是图1中的热泵系统处于同时制冷和制热，且制热需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图5是图1中的热泵系统处于单独制热模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图6是图1中的热泵系统处于同时制冷和制热，且制冷需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图7是图1中的热泵系统处于化霜模式时的制冷剂循环回路的流向图；
图8是本申请第二实施例系统图；
图9是图8中的热泵系统处于同时制冷和制热模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图10是图8中的热泵系统处于单独制冷模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图11是图8中的热泵系统处于同时制冷和制热，且制热需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图12是图8中的热泵系统处于单独制热模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图13是图8中的热泵系统处于时制冷和制热，且制冷需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图；
图14是图8中的热泵系统处于化霜模式时的制冷剂循环回路的流向图。
具体实施方式
下面将参考构成本说明书一部分的附图对本发明的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，本申请中所使用的诸如“第一”和“第二”等序数词仅仅用于区分和标识，而不具有任何其他含义，如未特别指明则不表示特定的顺序，也不具有特定的关联性。例如，术语“第一换热器”本身并不暗示“第二换热器”的存在，术语“第二换热器”本身也不暗示“第一换热器”的存在。
图1是本申请的热泵系统的一个实施例的系统图，以示出热泵系统中各部件及其连接关系。如图1所示，热泵系统包括压缩机101、第一换热器103、第二换热器104、第三换热器105、节流装置108、第一换向装置121、第二换向装置122以及气液分离器107。图1所示的在各个部件之间的连线表示连接管路。其中，第一换热器103、第二换热器104和第三换热器105三者中的至少两个换热器、压缩机101以及节流装置108能够连通形成制冷剂循环回路。本申请中的热泵系统在第一换热器103、第二换热器104和第三换热器105均参与形成制冷剂循环回路时，在制冷剂的循环方向上，气液分离器107设置在第一换热器103或第三换热器105的上游，气液分离器107能够将进入所述气液分离器107的制冷剂中的气体和液体分离，并分别送入所述气液分离器107的下游的相应换热器的两端，以改善下游换热器换热并减小压降。
在本实施例中，第一换向装置121为四通阀，第一换向装置121具有四个接口以及两个通路。四个接口包括第一接口11、第二接口12、第三接口13和第四接口14。两个通路包括第一通路191和第二通路192，两个通路中的每个通路能够连通四个接口中的一对接口。通过切换第一换向装置，每个通路能够连通不同的一对接口。第二换向装置122为八通阀，八通阀具有八个接口以及三个通路。八个接口包括第一接口21、第二接口22、第三接口23、第四接口24、第五接口25、第六接口26、第七接口27和第八接口28。三个通路包括第三通路193、第四通路194和第五通路195，三个通路中的每一个能够连通八个接口中的一对接口。通过切换第二换向装置，每个通路能够连通八个接口中的一对接口。在其他的实施例中，也可以采用其他的阀或阀组来替代第一换向装置121和第二换向装置122。第一换向装置121和第二换向装置122能够通过调节不同接口的连通关系以改变热泵系统的工作模式。
压缩机101具有吸气端112和排气端111，第一换热器103具有第一端131和第二端132。第二换热器104具有第一端141和第二端142，第三换热器105具有第一端151和第二端152。气液分离器107具有第一端口171、第二端口172、气体出口173以及液体出口174。气液分离器107能够将制冷剂进行气液分离，并将分离后的制冷剂通过气体出口173和液体出口174送至相应换热器不同的位置，以避免全部制冷剂进入相应的换热器导致的系统压降过大。其中第一端口171设置在气液分离器107的上部，第二端口172设置在气液分离器107的下部。第一端口171能够流出气态制冷剂，第二端口172能够流出液态制冷剂。
热泵系统还包括第一单向阀161、第二单向阀162和第三单向阀163，三个单向阀中的每一个具有入口端和出口端，流体能够从单向阀的入口端流向出口端，但不能从出口端流向入口端。热泵系统还包括第一分支管路181、第二分支管路182、第三分支管路183和第四分支管路184。第一分支管路181和第二分支管路182能够通过第二换向装置122形成通路以在一些工作模式下绕过第二单向阀162，第三分支管路183和第四分支管路184能够通过第二换向装置122形成通路以在一些工作模式下绕过第三单向阀163。从而进一步降低热泵系统的压降。
热泵系统还包括第一控制阀168和第二控制阀169，以辅助实现一些工作模式。
在本实施例中，节流装置108包括正向节流装置以及反向节流装置，无论通过节流装置108的制冷剂沿哪个方向流动，均能够起到节流的作用。
对于第一换向装置121而言，第一接口11与压缩机101的排气端111连接，第二接口12与第一换热器103的第一端131连接，第三接口13与气液分离器107的第一端口171连接，第四接口14与第二换热器104的第一端141连接。对于第二换向装置而言，第一接口21与节流装置108连接，第二接口22通过第二分支管路182与压缩机101的吸气端112连接，第三接口23与第三换热器105的第一端151连接，第四接口24通过第四分支管路184与第三换热器105的第二端152连接，第五接口25与气液分离器107的第二端口172连接，第六接口26通过第一分支管路181与气液分离器107的气体出口173连接，第七接口27与第二换热器104的第二端142连接，第八接口28通过第三分支管路183与压缩机101的吸气端112连接。
第一单向阀161的入口端与气液分离器107的液体出口174连通，第一单向阀161的出口端与第一换热器103的第二端132以及节流装置108连通。第二单向阀162的入口端通过第一控制阀168与气液分离器107的气体出口173可控地连通，第二单向阀162的出口端与压缩机101的吸气端112连通。第三单向阀163的入口端与第三换热器105的第二端152连通，第三单向阀163的出口端与压缩机101的吸气端112连通。其中第一单向阀161为液路单向阀。第二单向阀162和第三单向阀163为气路单向阀，第二单向阀162和第三单向阀163用于防止制冷剂迁移至不使用的换热器，以避免热泵系统缺乏制冷剂和润滑油。气路单向阀会产生比较大的吸气压降从而造成系统性能衰减，本申请中的热泵系统能够在一些工作模式下使得制冷剂不通过第二单向阀162或第三单向阀163以降低吸气压降。
第一分支管路181的一端与第一控制阀168以及气液分离器107的气体出口173连通，另一端与第二换向装置122连接，第二分支管路182的一端与第二换向装置122连接，另一端与第二单向阀162的出口端以及压缩机101的吸气端112连通。第一分支管路181和第二分支管路182能够通过第二换向装置122形成通路，从而从气体出口173流出的流体能够通过第一分支管路181和第二分支管路182进入压缩机101的吸气端112，而不需要通过第一控制阀168和第二单向阀162。第三分支管路183的一端与第三单向阀163的出口端以及压缩机101的吸气端112连通，另一端与第二换向装置122连接，第四分支管路184的一端与第三单向阀163的入口端以及第三换热器105的第二端152连通，另一端与第二换向装置122连接，第三分支管路183和第四分支管路184能够通过第二换向装置122形成通路，从而流体能够从第三换热器105的第二端152通过第四分支管路184和第三分支管路183进入压缩机101的吸气端112，而不需要通过第三单向阀163。
图1中所示的热泵系统具有单独制冷模式，单独制热模式、同时制冷和制热模式以及化霜模式，其中在同时制冷和制热模式下，制冷或制热的负荷为可调节的。以下将介绍该热泵系统的不同工作模式。图2-图7示出热泵系统在不同工作模式下运行时的制冷剂循环回路，其中箭头表示制冷剂的流向和流动路径。下面详述图2-图7所示的各个工作模式：
图2是图1中的热泵系统处于同时制冷和制热模式下的制冷剂循环回路的流向图。如图2所示，在同时制冷和制热模式下，第一换向装置121中第一通路191将第一接口11与第二接口12连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第四接口14连通。第二换向装置122中的第三通路193将第五接口25和第七接口27连通，第四通路194将第一接口21和第三接口23连通，第五通路195将第四接口24和第八接口28连通。第一控制阀168处于打开状态，第二控制阀169处于打开状态。
如图2所示，从压缩机101的排气端111流出的高温高压的制冷剂气态制冷剂流向第一换向装置121，并在第一换向装置121中通过第一通路191进入第一换热器103的第一端131。在第一换热器103中，高温高压气态制冷剂沿着从第一端131和第二端132的方向流动，并与用户侧的温度较低的流体进行换热，从而升高用户侧流体的温度，为用户侧提供温度较高的流体(例如，用于提供空调热水)。制冷剂从第一换热器103的第二端132流出后进入节流装置108，高压的制冷剂经过节流装置108后转为低压制冷剂并流向第二换向装置122的第一接口21，并依次第四通路194、第三接口23和第二控制阀169流向第三换热器105的第一端151。在第三换热器105中，低温低压制冷剂与用户侧的温度较高的流体进行换热，从而降低用户侧流体的温度，为用户侧提供温度较低的流体(例如，用于提供空调冷水)。低温低压制冷剂在第三换热器105中与用户侧流体换热后变为低压气态的制冷剂。第三换热器105的第二端152与第三单向阀163的入口端以及第二换向装置122的第四接口24连通。在本工作模式下，第二换向装置122通过第五通路195将第四接口24与第八接口28连通，而第八接口28与压缩机101的吸气端112连通，从而第四接口24处的压力小于第三单向阀163的入口端的压力。低压气态的制冷剂从第三换热器105流出后，通过第四分支管路184流向第二换向装置122的第四接口24，并通过第五通路195流向第三分支管路183，接着通过第三分支管路183回到压缩机101的吸气端112。也就是说第二换向装置122的第五通路195能够将第三换热器105的第二端152与压缩机101的吸气端112连通，使得制冷剂不必通过单向阀第三单向阀163。
在本工作模式下，第二换热器104未参与制冷剂循环回路，第二换热器104的第一端141通过第一换向装置121的第二通路192与气液分离器107的第一端口171连通，第二换热器104的第二端142通过第二换向装置122的第三通路193与气液分离器107的第二端口172连通。第二单向阀162的入口端通过第一控制阀168与气体出口173连通，第二单向阀162的出口端与压缩机101的吸气端112连通。第二换热器104中多余的气态制冷剂通过气体出口173、第一控制阀168和第二单向阀162被压缩机101吸收，而不易积存在第二换热器104中，造成系统制冷剂缺乏。同时第二单向阀162防止气态制冷剂进入第二换热器104中，也就是说，即便第二换热器104的空气温度低于蒸发温度，制冷剂也不会迁移至第二换热器104中。
在热泵系统中，制冷剂在通过换热器或气路单向阀时都有一定的流动阻力，从而产生一定的压降。在本工作模式下，从第三换热器105流出的制冷剂通过第二换向装置122直接流向压缩机101的吸气端112，而不再通过第三单向阀163。第二换向装置122的第五通路195的设置减小了系统的压降。
图3是图1中的热泵系统处于单独制冷模式下的制冷剂循环回路的流向图。如图3所示，在单独制冷模式下，第一换向装置121中第一通路191将第一接口11与第四接口14连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第二接口12连通。第二换向装置122中的第三通路193将第五接口25和第七接口27连通，第四通路194将第一接口21和第三接口23连通，第五通路195将第四接口24和第八接口28连通。第一控制阀168处于关闭状态，第二控制阀169处于打开状态。
如图3所示，从压缩机101的排气端111流出的高温高压的制冷剂气态制冷剂流向第一换向装置121，并在第一换向装置121中通过第一通路191进入第二换热器104的第一端141。在第二换热器104中，高温高压气态制冷剂沿着从第一端141和第二端142的方向流动，并与空气换热，从而将高温高压气态制冷剂变为高压液态或混合态制冷剂。制冷剂从第二换热器104的第二端142流出后进入第二换向装置122的第七接口27，并依次通过第三通路193和第五接口25后进入气液分离器107的第二端口172。在单独制冷工作模式下，第二换热器104能够将高温高压的制冷剂全部转化为过冷液态制冷剂。
在单独制冷工作模式下，与气体出口173连接的第一控制阀168处于关闭状态，气液分离器107中的制冷剂不能通过气体出口173。第一换向装置121的第二通路192将第一换热器103的第一端131与气液分离器107的第一端口171连通。对于第一换热器103而言，第二端132与节流装置108连通，第一端131与气液分离器107连通，其第二端132处的压力小于第一端131处的压力。
进入气液分离器107的液态制冷剂会降压闪发出气态制冷剂，则液态制冷剂从液体出口174流出气液分离器107并通过第一单向阀161流向第一换热器103的第二端132并接着流向节流装置108，闪发出的气态制冷剂从第一端口171流出并通过第一换向装置121的第二通路192流向第一换热器103的第一端131。气态制冷剂在第一换热器103中从第一端131向第二端132的流动。在本工作模式下，第一换热器103不需要向用户端供热，仅闪发出的少量气态制冷剂通过第一换热器103，不进行换热或仅进行少量的换热。
高压的制冷剂经过节流装置108后转为低压制冷剂并流向第二换向装置122的第一接口21，并依次第四通路194、第三接口23和第二控制阀169流向第三换热器105的第一端151。在第三换热器105中，低温低压制冷剂与用户侧的温度较高的流体进行换热，从而降低用户侧流体的温度，为用户侧提供温度较低的流体(例如，用于提供空调冷水)。低温低压制冷剂在第三换热器105中与用户侧流体换热后变为低压气态的制冷剂。第三换热器105的第二端152与第三单向阀163的入口端以及第二换向装置122的第四接口24连通。在本工作模式下，第二换向装置122通过第五通路195将第四接口24与第八接口28连通，而第八接口28与压缩机101的吸气端112连通，从而第四接口24处的压力小于第三单向阀163的入口端的压力。低压气态的制冷剂从第三换热器105流出后通过第四分支管路184流向第二换向装置122的第四接口24，并通过第五通路195流向第三分支管路183，接着通过第三分支管路183回到压缩机101的吸气端112。也就是说第二换向装置122的第五通路195能够将第三换热器105的第二端152与压缩机101的吸气端112连通，使得制冷剂不必通过单向阀第三单向阀163。
在本工作模式下，从第二换热器104流出的制冷剂经过气液分离器107后，液态制冷剂直接流向节流装置108，而不再通过第三换热器105。从第三换热器105流出的制冷剂通过第二换向装置122直接流向压缩机101的吸气端112，而不再通过第三单向阀163。气液分离器107和第二换向装置122的第五通路195的设置减小了系统的压降。
图4是图1中的热泵系统处于同时制冷和制热，且制热需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图。在一些应用场景中，用户侧需要同时制冷和制热，但制冷需求量较大，而制热需求量较小。如果采用如图2所示的工作模式，在满足制冷需求的时，制热量过大，不符合用户侧的要求。因此可通过接入风量可调节的第二换热器104以分担一部分制热量，在第三换热器105满足制冷量要求的同时，降低第一换热器103的制热量。
本工作模式与图3所示的单独制冷工作模式类似，第一换热器103和第二换热器104和第三换热器105均参与制冷剂循环。与图3所示的单独制冷工作模式所不同的是，由于用户侧有一定的制热量需求，第一换热器103参与换热。第二换热器104的换热量较小，其余部分的换热量由第一换热器103承担。
如图4所示，通过调节第二换热器104的风机146的风速，能够减小第二换热器104的换热量，从而通过第二换热器104的制冷剂不能被完全液化，为气液混合态制冷剂。气液混合态制冷剂在气液分离器107中分离后，气态制冷剂进入第一换热器103继续换热，液态制冷剂绕过第一换热器103直接流向节流装置108。
也就是说，与图3所示的单独制冷工作模式相比，本模式下第二换热器104作为第一冷凝器，并且工作负荷较小。第一换热器103作为第二冷凝器，吸收一部分热量，为客户侧供热。即与图3所示的单独制冷工作模式相比，第二换热器104的工作负荷减小，第一换热器103的工作负荷增大。
本模式与图3所示的工作模式相比，除了进入第一换热器103的气态制冷剂的量增大之外，其余部分的制冷剂循环回路的流通路径与图3所示的模式相同，在此不再重复描述。
与图3所示的工作模式类似，本模式下，气液分离器107和第二换向装置122的第五通路195的设置减小了系统的压降。
图5是图1中的热泵系统处于单独制热模式下的制冷剂循环回路的流向图。如图5所示，在单独制热模式下，第一换向装置121中第一通路191将压缩机101的第一接口11与第二接口12连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第四接口14连通。第二换向装置122中的第三通路193将第五接口25和第三接口23连通，第四通路194将第一接口21和第七接口27连通，第五通路195将第二接口22和第六接口26连通。第一控制阀168处于关闭或打开状态皆可，第二控制阀169处于关闭状态。
如图5所示，从压缩机101的排气端111流出的高温高压的制冷剂气态制冷剂流向第一换向装置121，并在第一换向装置121中通过第一通路191进入第一换热器103的第一端131。在第一换热器103中，高温高压气态制冷剂沿着从第一端131和第二端132的方向流动，并与用户侧的温度较低的流体进行换热，从而升高用户侧流体的温度，为用户侧提供温度较高的流体(例如，用于提供空调热水)。制冷剂从第一换热器103的第二端132流出后进入节流装置108，高压的制冷剂经过节流装置108后转为低压制冷剂并流向第二换向装置122的第一接口21，并依次第四通路194和第七接口27流向第二换热器104的第二端142。在在第二换热器104中，低温低压制冷剂与空气进行换热变为低压的制冷剂。低压制冷剂大部分为气态制冷剂，可能含有少量的液态制冷剂。从第二换热器104的第一端141流出的低压制冷剂依次通过第一换向装置121的第四接口14、第二通路192和第三接口13进入气液分离器107的第一端口171，从而进入气液分离器107中进行气液分离。气液分离器107中经分离后的气体通过第一分支管路181进入第二换向装置122的第六接口26，并接着通过第五通路195、第二接口22和第二分支管路182回到压缩机101的吸气端112。
在本工作模式下，第二控制阀169处于关闭状态，第三换热器105完全不参与制冷剂循环。第三换热器105和压缩机101之间设有第三单向阀163，制冷剂能够从第三换热器105向压缩机101单向流动。压缩机101能够将第三换热器105中的部分制冷剂吸入压缩机101，同时避免吸气管路中的制冷剂回流至第三换热器105，也就是说，即便第三换热器105的水温低于蒸发温度，制冷剂也不会迁移至第三换热器105中。
在本工作模式下，第一控制阀168可以为打开或关闭状态。当第一控制阀168关闭时，从气液分离器107的气体出口173流出的制冷剂不能通过第一控制阀168，仅能通过第一分支管路181、第二换向装置122和第二分支管路182流向压缩机101的吸气端112。当第一控制阀168打开时，由于第一控制阀168与压缩机101之间设有第二单向阀162，制冷剂通过第二单向阀162流向压缩机101的吸气端112之间的流动阻力大于通过第二换向装置122流向压缩机101的吸气端112之间的流动阻力。因此，即使第一控制阀168打开，大部分制冷剂依然会沿着第一分支管路181、第二换向装置122和第二分支管路182的流动路径回到压缩机101，从而绕开了第二单向阀162，避免系统压降过大。
图6是图1中的热泵系统处于同时制冷和制热，且制冷需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图。在一些应用场景中，用户侧需要同时制冷和制热，但制热需求量较大，而制冷需求量较小。如果采用如图5所示的工作模式，在满足制热需求的时，制冷量过大，不符合用户侧的要求，因此可通过接入风量可调节的第二换热器104以分担一部分制冷量，在第一换热器103满足制热量要求的同时，降低第三换热器105的制热量。
本工作模式与图5所示的单独制热工作模式类似，第一换热器103和第二换热器104和第三换热器105均参与制冷剂循环。与图5所示的单独制热工作模式所不同的是，由于用户侧有一定的制冷量需求，第三换热器105参与换热，第二控制阀169处于打开状态。第二换热器104的换热量较小，其余部分的换热量由第三换热器105承担。
如图6所示，通过调节第二换热器104的风机146的风速，能够减小第二换热器104的换热量，从而通过第二换热器104的制冷剂不能被完全气化，为气液混合态制冷剂。气液混合态制冷剂在气液分离器107中分离后，液态制冷剂通过气液分离器107的第二端口172流向第二换向装置122的第五接口25，并依次通过第二换向装置122的第三通路193和第三接口23以及第二控制阀169流向第三换热器105。制冷剂在第三换热器105中换热，并向用户侧提供少量的热量。从第三换热器105的第二端152流出的制冷剂通过第三单向阀163回到第二换热器104的吸气端112。
也就是说，与图3所示的单独制冷工作模式相比，本模式下第二换热器104作为第一蒸发器，并且工作负荷较小。第三换热器105作为第二蒸发器，释放一部分热量，为客户侧供冷。即与图5所示的单独制冷工作模式相比，第二换热器104的工作负荷减小，第三换热器105参与工作。在本模式下，第三单向阀163参与了制冷剂循环回路，但由于第三换热器105的工作负荷较小，流经第三换热器105和第三单向阀163的制冷剂的量较小，对系统压降的影响较小。
本模式与图6所示的工作模式相比，除了进入第三换热器105的参与制冷剂循环之外，其余部分的制冷剂循环回路的流通路径与图3所示的模式相同，在此不再重复描述。
图7是图1中的热泵系统处于化霜模式时的制冷剂循环回路的流向图。如图7所示，在化霜模式下，第一换向装置121中第一通路191将压缩机101的第一接口11与第四接口14连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第二接口12连通。第二换向装置122中的第三通路193将第五接口25和第三接口23连通，第四通路194将第一接口21和第七接口27连通，第五通路195将第二接口22和第六接口26连通。第一控制阀168处于关闭或打开状态皆可，第二控制阀169处于关闭状态。
如图7所示，从压缩机101的排气端111流出的高温高压的制冷剂气态制冷剂流向第一换向装置121，并在第一换向装置121中通过第一通路191进入第二换热器104的第一端141。在第二换热器104中，高温高压气态制冷剂沿着从第一端141和第二端142的方向流动，并与空气进行换热，释放热量进行化霜，转为高压液态制冷剂。制冷剂从第二换热器104的第二端142流出后依次通过第二换向装置122的第七接口27、第四通路194和第一接口21进入节流装置108，高压的制冷剂经过节流装置108后转为低压制冷剂并流向第一换热器103的第二端132。在第一换热器103中，低温低压制冷剂与用户侧的流体管路换热，大部分制冷剂转为气态制冷剂。从第一换热器103的第一端131流出的低压制冷剂依次通过第一换向装置121的第二接口12、第二通路192和第三接口13进入气液分离器107的第一端口171，从而进入气液分离器107中进行气液分离。气液分离器107中经分离后的气体通过第一分支管路181进入第二换向装置122的第六接口26，并接着通过第五通路195、第二接口22和第二分支管路182回到压缩机101的吸气端112。
在本工作模式下，第二控制阀169处于关闭状态，第三换热器105完全不参与制冷剂循环。第三换热器105和压缩机101之间设有第三单向阀163，制冷剂能够从第三换热器105和压缩机101单向流动。压缩机101能够将第三换热器105中的部分制冷剂吸入压缩机101，同时避免吸气管路中的制冷剂回流至第三换热器105，也就是说，即便第三换热器105的水温低于蒸发温度，制冷剂也不会迁移至第三换热器105中。
在本工作模式下，第一控制阀168可以为打开或关闭状态。当第一控制阀168关闭时，从气液分离器107的气体出口173流出的制冷剂不能通过第一控制阀168，仅能通过第一分支管路181、第二换向装置122和第二分支管路182流向压缩机101的吸气端112。当第一控制阀168打开时，由于第一控制阀168与压缩机101之间设有第二单向阀162，制冷剂通过第二单向阀162流向压缩机101的吸气端112之间的流动阻力大于通过第二换向装置122流向压缩机101的吸气端112之间的流动阻力。因此，即使第一控制阀168打开，制冷剂依会会沿着第一分支管路181、第二换向装置122和第二分支管路182的流动路径回到压缩机101，从而绕开了第二单向阀162，避免系统压降过大。
图1-图7所示的热泵系统具有三个换热器，能够实现单独制冷模式，单独制热模式、同时制冷和制热模式以及化霜模式，其中在同时制冷和制热模式下，制冷或制热的负荷为可调节的。
在单独制冷模式和同时制冷和制热模式下，三个换热器均参与制冷剂循环回路。由于换热器内部管路的设置，通常制冷剂流经换热器时具有较大的流动阻力，产生较大的系统压降。在本实施例中气液分离器107设置在第一换热器103或第三换热器105的上游，能够将制冷剂进行气液分离后送入第一换热器103或第三换热器105的两端，减少了进入第一换热器103或第三换热器105中的制冷剂的流量，从而在一定程度上降低了系统的压降。同时，经分离后的气体经过作为第二冷凝器的第一换热器103，能够改善冷凝换热效果；经分离后的液体经过作为第二蒸发器的第三换热器105，能够改善蒸发换热效果。
在单独制热模式和化霜模式下，仅需要第二换热器104和第一换热器103参与制冷剂循环回路。可以通过第二换向装置122和第二控制阀169的设置，使得第三换热器105不接入制冷剂循环回路。同时在第三换热器105和压缩机101之间设置第三单向阀163，制冷剂能够从第三换热器105和压缩机101单向流动。压缩机101能够将第三换热器105中的部分制冷剂吸入压缩机101，同时避免吸气管路中的制冷剂回流至第三换热器105，也就是说，即便第一换热器103的水温低于蒸发温度，制冷剂也不会迁移至第三换热器105中。
在同时制冷和制热模式下，仅需要第三换热器105和第一换热器103参与制冷剂循环回路。可以通过第二换向装置122、第一控制阀168的设置，使得第二换热器104不接入制冷剂循环回路。同时第二换热器104和压缩机101之间设置第二单向阀162、第一控制阀168和气液分离器107。第一控制阀168处于打开状态，第三单向阀163使得第二换热器104中的制冷剂能够向压缩机101单向流动。也就是说压缩机101能够将第二换热器104中的部分制冷剂吸入压缩机101，同时避免吸气管路中的制冷剂回流至第二换热器104，也就是说，即便第二换热器104的空气温度低于蒸发温度，制冷剂也不会迁移至第二换热器104中。
在第二换热器104或第三换热器105未参与制冷剂循环回路时，相应的第二单向阀162或第三单向阀163能够避免吸气管路中的制冷剂回流至换热器。但是在第二换热器104或第三换热器105接入制冷剂循环回路时，不存在吸气管路中的制冷剂回流至换热器的问题，但是如果第二单向阀162或第三单向阀163接入制冷剂循环回路，会增大制冷剂的流动阻力。因此，本实施例中通过设置第一分支管路181、第二分支管路182、第三分支管路183和第四分支管路184，以及第二换向装置122中的第五通路195，以在避免第二单向阀162或第三单向阀163接入制冷剂循环回路，从而进一步降低的系统的压降。
图8是本申请第二实施例系统图，以示出热泵系统中各部件及其连接关系。与图1所示的实施例类似，所不同的是，图8中的热泵系统不再设置第一分支管路181、第二分支管路182、第三分支管路183和第四分支管路184，同时，第二换向装置822设置为四通阀。图8所示的实施例能够实现图1所示的实施例的各种工作模式，图8中的实施例设有气液分离器107，能够在一些工作模式下通过气液分离器107的分流作用降低系统的压降。与图1所示的实施例相比，图8中的第二换热器104和第三换热器105无论是否接入制冷剂循环回路，均通过单向阀与压缩机101的吸气端112连通，而不能直接与压缩机101的吸气端112连通。
如图8所示，第二换向装置包括第一接口81、第二接口82、第三接口83和第四接口84，以及第三通路893和第四通路894。其中第三通路893能够连通第四接口84与第三接口83，或者连通第四接口84与第二接口82，第四通路894能够连通第一接口81与第三接口83，或者连通第一接口81与第二接口82。
图9是图8中的热泵系统处于同时制冷和制热模式下的制冷剂循环回路的流向图。如图9所示，在同时制冷和制热模式下，第一换向装置121中第一通路191将第一接口11与第二接口12连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第四接口14连通。第二换向装置822中的第四通路894将第一接口81和第三接口83连通，第二换向装置822中的第三通路893将第二接口82和第四接口84连通。第一控制阀168处于打开状态，第二控制阀169处于打开状态。
在本工作模式下，制冷剂从压缩机101的排气端111流出，依次流过第一换向装置121的第一接口11、第一通路191和第二接口12、第一换热器103、节流装置108、第二换向装置822的第一接口81、第四通路894和第三接口83、第二控制阀169、第三换热器105、第三单向阀163回到压缩机101。其中第一换热器103向用户侧提供热量，第三换热器105向用户侧提供冷量，第二换热器104没有接入制冷剂循环回路。
与图2所示的制冷剂流通路径类似，所不同的是，第三单向阀163接入了制冷剂循环回路。
图10是图8中的热泵系统处于单独制冷模式下的制冷剂循环回路的流向图。如图10所示，在单独制冷模式下，第一换向装置121中第一通路191将第一接口11与第四接口14连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第二接口12连通。第二换向装置822中的第四通路894将第一接口81和第三接口83连通，第二换向装置822中的第三通路893将第二接口82和第四接口84连通。第一控制阀168处于关闭状态，第二控制阀169处于打开状态。
在本工作模式下，制冷剂从压缩机101的排气端111流出，依次经过第一换向装置121的第一接口11、第一通路191、第四接口14、第二换热器104、第二换向装置822的第二接口82、第三通路893、第四接口84、气液分离器107的第二端口172，并在气液分离器107中气液分离后，液态制冷剂通过第一单向阀161进入节流装置108，气态制冷剂通过第一换向装置121的第二通路192进入第一换热器103后再进入节流装置108。制冷剂从节流装置108流出后依次经过第二换向装置822的第一接口81、第四通路894和第三接口83、第二控制阀169、第三换热器105、第三单向阀163回到压缩机101。在一些情况下，离开第二换热器104的制冷剂可能全部为液体，经过气液分离器107后，仅闪发出的少量气态制冷剂通过第一换热器103，不进行换热或仅进行少量的换热。
图10中的制冷剂流通路径与图3所示的制冷剂流通路径类似，所不同的是，第三单向阀163接入了制冷剂循环回路。
图11是图8中的热泵系统处于同时制冷和制热，且制热需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图。与图10所示的模式类似，所不同的是，因为第二换热器104的换热量较小，其余部分的换热量由第一换热器103承担。通过第二换热器104的制冷剂不能被完全液化，为气液混合态制冷剂。气液混合态制冷剂在气液分离器107中分离后，气态制冷剂进入第一换热器103继续换热，液态制冷剂绕过第一换热器103直接流向节流装置108。第一换热器103向用户侧提供一定的热量。
图12是图8中的热泵系统处于单独制热模式下的制冷剂循环回路的流向图。如图12所示，在单独制热模式下，第一换向装置121中第一通路191将压缩机101的第一接口11与第二接口12连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第四接口14连通。第二换向装置822中的第三通路893将第三接口83与第四接口84连通，第四通路894将第一接口81和与第二接口82连通。第一控制阀168处于打开状态，第二控制阀169处于关闭状态。
如图12所示，制冷剂从压缩机101的排气端111流出，依次经过第一换向装置121的第一接口11、第一通路191、第二接口12、第一换热器103、节流装置108、第二换向装置822的第一接口81、第四通路894、第二接口82、第二换热器104、第一换向装置121的第四接口14、第二通路192、第三接口13进入气液分离器107。制冷剂在气液分离器107中进行气液分离后经过气液分离器107的气体出口173、第一控制阀168、第二单向阀162回到压缩机101。
图12中的制冷剂流通路径与图5所示的制冷剂流通路径类似，所不同的是，第二单向阀162和第一控制阀168接入了制冷剂循环回路。
图13是图8中的热泵系统处于同时制冷和制热，且制冷需求量较小的模式下的制冷剂循环回路的流向图。与图12所示的实施例类似，所不同的是，第二控制阀169处于打开状态，气液分离器107中的液体制冷剂能够通过气体出口173进入第三换热器105换热。从第三换热器105流出的制冷剂通过第三单向阀163回到压缩机101。
图13所示的制冷剂流通路径与图6所示的制冷剂流通路径类似，所不同的是，第二单向阀162和第一控制阀168接入了制冷剂循环回路。
图14是图8中的热泵系统处于化霜模式时的制冷剂循环回路的流向图。如图14所示，在化霜模式下，第一换向装置121中第一通路191将第一接口11与第四接口14连通，第二通路192将第一换向装置121的第三接口13与第二接口12连通。第二换向装置822中的第四通路894将第一接口81和第二接口82连通，第三通路893将第四接口84和第四接口84连通。第一控制阀168处于打开状态，第二控制阀169处于关闭状态。
如图14所示，制冷剂从压缩机101的排气端111流出，依次经过第一换向装置121的第一接口11、第一通路191、第四接口14、第二换热器104、第二换向装置822的第二接口82、第四通路894、第一接口81、节流装置108、第一换热器103、第一换向装置121的第二接口12、第二通路192、第三接口13、气液分离器107、第一控制阀168、第二单向阀162回到压缩机。
图14所示的制冷剂流通路径与图7所示的制冷剂流通路径类似，所不同的是，第二单向阀162和第一控制阀168接入了制冷剂循环回路。
本申请中图1和图8所示的热泵系统均能实现单独制冷模式，单独制热模式、同时制冷和制热模式以及化霜模式等多种工作模式，并且其中在同时制冷和制热模式下，制冷或制热的负荷为可调节的。图1和图8中的热泵系统均包含三个换热器和气液分离器，在一些工作模式下，两个换热器接入制冷剂循环回路，另一些工作模式下三个换热器接入制冷剂循环回路。
当三个换热器均接入制冷剂循环回路时，气液分离器设置在其中一个换热器的上游。气液分离器能够将制冷剂进行气液分离，分别送入下游的换热器的两端。从而进入气液分离器下游的换热器中制冷剂数量减小，能够减小系统的压降。
图1和图8中的热泵系统在能够作为蒸发器使用的换热器与压缩机之间设有单向阀，以使得当该换热器未接入制冷剂循环回路时，防止吸气管路中的制冷剂回到至蒸发器。图1中的热泵系统设有分支管路，以及与其配合的第二换向装置。当下游设有单向阀的换热器接入制冷剂循环回路时，气态制冷剂能够通过分支管路以及第二换向阀绕开相应的单向阀，减小系统的压降。
尽管已经结合以上概述的实施例的实例描述了本公开，但是对于本领域中至少具有普通技术的人员而言，各种替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案，无论是已知的或是现在或可以不久预见的，都可能是显而易见的。另外，本说明书中所描述的技术效果和/或技术问题是示例性而不是限制性的；所以本说明书中的披露可能用于解决其他技术问题和具有其他技术效果和/或可以解决其他技术问题。因此，如上陈述的本公开的实施例的实例旨在是说明性而不是限制性的。在不背离本公开的精神或范围的情况下，可以进行各种改变。因此，本公开旨在包括所有已知或较早开发的替代方案、修改、变化、改进和/或基本等同方案。

Claims (10)

1.一种热泵系统，其特征在于包括：
压缩机(101)，所述压缩机(101)包括吸气端(112)和排气端(111)；
节流装置(108)；
第一换向装置(121)和第二换向装置(122)；
第一换热器(103)、第二换热器(104)和第三换热器(105)；以及
气液分离器(107)；
其中，所述第一换向装置(121)与所述压缩机(101)的排气端(111)、所述第一换热器(103)的第一端(131)、第二换热器(104)的第一端(141)以及所述气液分离器(107)可控地连接，所述第二换向装置(122)与所述节流装置(108)、所述气液分离器(107)、所述第二换热器(104)的第二端(142)、所述第三换热器(105)的第一端(151)可控地连接，所述第一换热器(103)的第二端(132)与所述节流装置(108)连接，所述压缩机(101)的吸气端(112)与所述第三换热器(105)的第二端(152)连接，所述第一换向装置(121)和所述第二换向装置(122)被配置为能够调节以使得所述第一换热器(103)、第二换热器(104)和第三换热器(105)三者中的至少两个换热器、所述压缩机(101)以及所述节流装置(108)能够连通形成制冷剂循环回路；
所述气液分离器(107)与所述第一换向装置(121)、所述第二换向装置(122)、所述压缩机(101)的吸气端(112)以及所述第一换热器(103)的第二端(132)可控地连接；
所述气液分离器(107)被配置为当所述第一换热器(103)、第二换热器(104)和第三换热器(105)均参与形成制冷剂循环回路时，在制冷剂的循环方向上，所述气液分离器(107)设置在第一换热器(103)或第三换热器(105)的上游，所述气液分离器(107)能够将进入所述气液分离器(107)的制冷剂中的气体和液体分离，并分别送入所述气液分离器(107)的下游的相应换热器的两端；
所述气液分离器(107)包括第一端口(171)、第二端口(172)、气体出口(173)以及液体出口(174)，所述第一端口(171)与第一换向装置(121)连接，所述第二端口(172)与所述第二换向装置(122)连接，所述液体出口(174)与所述第一换热器(103)的第二端(132)连接，所述气体出口(173)与所述压缩机(101)的吸气端(112)连接。
2.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：
所述气液分离器(107)的所述液体出口(174)与所述第一换热器(103)的第二端(132)之间设有第一单向阀(161)，所述气体出口(173)与所述压缩机(101)的吸气端(112)之间设有第二单向阀(162)。
3.如权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：
所述气体出口(173)与所述压缩机(101)的吸气端(112)之间还设有第一控制阀(168)。
4.如权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：
所述第一换向装置(121)具有第一通路(191)和第二通路(192)，所述第一换向装置(121)能够调节以使得：
所述第一通路(191)能够将所述压缩机(101)的排气端(111)与所述第一换热器(103)的第一端(131)连通，或者将所述压缩机(101)的排气端(111)与所述第二换热器(104)的第一端(141)连通；
所述第二通路(192)能够将所述气液分离器(107)的第一端口(171)与所述第二换热器(104)的第一端(141)连通，或者将所述气液分离器(107)的第一端口(171)与所述第一换热器(103)的第一端(131)连通；
所述第二换向装置(122)具有第三通路(193，893)和第四通路(194，894)，所述第二换向装置(122)能够调节以使得：
所述第三通路(193，893)将所述气液分离器(107)的所述第二端口(172)与所述第二换热器(104)的第二端(142)连通，或者将所述气液分离器(107)的所述第二端口(172)与所述第三换热器(105)的第一端(151)连通；
所述第四通路(194，894)能够将所述节流装置(108)与所述第三换热器(105)的第一端(151)连通，或者将所述节流装置(108)与第二换热器(104)的第二端(142)连通。
5.如权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：
所述第二换向装置(122)与所述第三换热器(105)的第一端(151)之间设有第二控制阀(169)。
6.如权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：
所述第二换热装置(122)与所述压缩机(101)的吸气端(112)以及所述气液分离器(107)的气体出口(173)可控地连接；
所述第二换向装置(122)还包括第五通路(195)，所述第五通路(195)能够将所述第二单向阀(162)的入口端与所述压缩机(101)的吸气端(112)连通。
7.如权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：
所述第二换热装置(122)与所述压缩机(101)的吸气端(112)和所述第三换热器(105)的第二端(152)可控地连接；
所述第二换向装置(122)还包括第五通路(195)，所述第三换热器(105)与所述压缩机(101)的吸气端(112)之间设有第三单向阀(163)，所述第五通路(195)能够将所述第三单向阀(163)的入口端与所述压缩机(101)的吸气端(112)连通。
8.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：
所述第二换向装置(122)为八通阀，所述第二换向装置(122)具有八个端口，并能够形成三个流体通路。
9.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：
所述热泵系统具有单独制冷模式，单独制热模式、同时制冷和制热模式以及化霜模式，其中在同时制冷和制热模式下，制冷或制热的负荷为可调节的。
10.如权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：
所述第二换热器(104)为风量可调节的空气侧换热器，所述第一换热器(103)和第三换热器(105)为水侧换热器，所述第一换热器(103)提供热水，所述第三换热器(105)提供冷水。
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