CN116123744B - 一种超低温单双级混合式空气源热泵机组 - Google Patents

Abstract

一种超低温单双级混合式空气源热泵机组，涉及一种空气源热泵。由第一热泵回路、第二热泵回路、蒸发器并联管路、冷凝器并联管路和蒸发冷凝器五部分组成，通过设置的蒸发器并联管路和冷凝器并联管路，能够实现不同运行工况切换，可在超低温工况时，低温级同时使用两个并联蒸发器，高温级同时使用两个并联冷凝器，最大化利用了蒸发器和冷凝器换热面积，提高性能系数，全季节均可节能、高效地运行。

Description

一种超低温单双级混合式空气源热泵机组

技术领域

本发明涉及一种空气源热泵，尤其是一种超低温单双级混合式空气源热泵机组，属于热泵系统性能开发技术领域。

背景技术

空气源热泵因其投资小、安装维修方便等优势而广泛应用于热泵空调领域。在严寒地区，需要利用其制热功能进行采暖供热，特别是在超低温工况下。

但在极端室外温度下，传统单级空气源热泵的制热量不足、制热效率低和排气温度过高等问题限制了其在低温环境中的应用。为了解决这些问题，可以采用复叠/双级压缩(包括准二级压缩)热泵来降低系统压缩比，一般情况下，复叠/双级压缩热泵系统在整个采暖期内都按复叠/双级压缩模式运行。但当室外环境温度较高时，复叠/双级运行将耗费更多的能量，使得系统的季节供热性能系数大为降低。单级/复叠模式切换的空气源热泵系统则可以解决常规单级空气源热泵在低温环境下的压缩比过大、排气温度过高、压缩效率降低、制热性能系数下降等问题，而无需在整个采暖季节中始终采用复叠运行。

然而，目前单级/复叠模式切换的空气源热泵系统在复叠模式下运行时，高温级的蒸发器或低温级的冷凝器将不参与换热而被关闭，使得系统的设备利用率不高，初投资较大且经济性较差。

发明内容

为解决背景技术存在的不足，本发明提供一种超低温单双级混合式空气源热泵机组，它通过设置的蒸发器并联管路和冷凝器并联管路，能够实现不同运行工况切换，可在超低温工况时，低温级同时使用两个并联蒸发器，高温级同时使用两个并联冷凝器，最大化利用了蒸发器和冷凝器换热面积，提高性能系数，全季节均可节能、高效地运行。

为实现上述目的，本发明采取下述技术方案：一种超低温单双级混合式空气源热泵机组，包括第一热泵回路、第二热泵回路、蒸发器并联管路、冷凝器并联管路和蒸发冷凝器五部分，其中：

所述第一热泵回路的第一压缩机出口经第一四通换向阀连接第一冷凝器、第一蒸发器和第一气液分离器，所述第一冷凝器连接第一经济器，所述第一经济器的主路经第一电子膨胀阀连接所述第一蒸发器，第一蒸发器连接所述第一气液分离器；

所述第二热泵回路的第二压缩机出口经第二四通换向阀连接第二冷凝器、第二蒸发器和第二气液分离器，所述第二蒸发器连接第二经济器，所述第二经济器的主路经第三电子膨胀阀连接所述第二冷凝器，第二蒸发器连接所述第二气液分离器；

所述蒸发冷凝器的冷凝入口设置第二电磁阀与所述第一四通换向阀连接，蒸发冷凝器的冷凝出口连接第一经济器，蒸发冷凝器的蒸发入口设置第四电磁阀与第二经济器连接，蒸发冷凝器的蒸发出口连接所述第二四通换向阀；

在第一冷凝器对应第一四通换向阀的一端设置第一三通阀，在第一冷凝器对应第一经济器的一端设置第二三通阀，在第二蒸发器对应第二经济器的一端设置第三三通阀，在第二蒸发器对应第二四通换向阀的一端设置第四三通阀；

所述冷凝器并联管路分为两段，一段由第二冷凝器引出经第三逆止阀与所述第一三通阀连接，另一段由所述第二三通阀引出经第四逆止阀与第二冷凝器连接；

所述蒸发器并联管路分为两段，一段由第一蒸发器引出经第一逆止阀与所述第三三通阀连接，另一段由所述第四三通阀引出经第二逆止阀与第一蒸发器连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出了一种可以在夏季单级/双单级运行制冷，冬季环境温度高于切换温度T时单级/双单级运行，温度低于切换温度T超低温工况时可复叠模式运行的单双级混合式空气源热泵机组，通过设置的蒸发器并联管路和冷凝器并联管路，以及管路上设置的阀门，进而实现不同运行工况切换，可在超低温工况时，低温级同时使用两个并联蒸发器，高温级同时使用两个并联冷凝器，真正实现一机两用且适用温度范围更广，解决了传统单级/复叠空气源热泵系统在复叠工况无法充分利用系统内蒸发器和冷凝器的技术缺陷，通过改造系统管路实现两蒸发器及两冷凝器可在各自系统内单独换热，以及在超低温工况时并联运行换热，最大化利用了蒸发器和冷凝器换热面积，提高了设备利用率、降低了设备成本、在超低温工况下高效稳定制热，提高空气源热泵系统的性能系数，使其在全季节均可节能、高效地运行。

附图说明

图1是本发明的空气源热泵机组单/双单级运行工况的原理图；

图2是本发明的空气源热泵机组复叠模式运行工况的原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图2所示，一种超低温单双级混合式空气源热泵机组，包括第一热泵回路、第二热泵回路、蒸发器并联管路、冷凝器并联管路和蒸发冷凝器13五部分，其中：

所述第一热泵回路用作低温级热泵系统，包括第一压缩机1、第一四通换向阀2、第一冷凝器4、第一经济器6、第一电子膨胀阀7、第一蒸发器10及第一气液分离器11，所述第一压缩机1出口经第一四通换向阀2连接第一冷凝器4、第一蒸发器10和第一气液分离器11，所述第一冷凝器4连接第一经济器6，所述第一经济器6设有主路和支路，第一经济器6的支路经第一电磁阀8和第二电子膨胀阀9回到第一经济器6换热后进入第一压缩机1完成补气，第一经济器6的主路经第一电子膨胀阀7连接所述第一蒸发器10，第一蒸发器10连接所述第一气液分离器11；

所述第二热泵回路用作高温级热泵系统，包括第二压缩机16、第二四通换向阀17、第二冷凝器18、第三电子膨胀阀19、第二经济器20、第二蒸发器24及第二气液分离器26，所述第二压缩机16出口经第二四通换向阀17连接第二冷凝器18、第二蒸发器24和第二气液分离器26，所述第二蒸发器24连接第二经济器20，所述第二经济器20设有主路和支路，第二经济器20的支路经第三电磁阀21和第四电子膨胀阀22回到第二经济器20换热后进入第二压缩机16完成补气，第二经济器20的主路经第三电子膨胀阀19连接所述第二冷凝器18，第二蒸发器24连接所述第二气液分离器26；

所述蒸发冷凝器13的冷凝入口设置第二电磁阀12与第一四通换向阀2连接，蒸发冷凝器13的冷凝出口连接第一经济器6，蒸发冷凝器13的蒸发入口设置第四电磁阀29与第二经济器20连接，蒸发冷凝器13的蒸发出口连接第二四通换向阀17；

在第一冷凝器4对应第一四通换向阀2的一端设置第一三通阀3，在第一冷凝器4对应第一经济器6的一端设置第二三通阀5，在第二蒸发器24对应第二经济器20的一端设置第三三通阀23，在第二蒸发器24对应第二四通换向阀17的一端设置第四三通阀25；

所述冷凝器并联管路分为两段，一段由第二冷凝器18引出经第三逆止阀27与所述第一三通阀3连接，另一段由所述第二三通阀5引出经第四逆止阀28与第二冷凝器18连接；

所述蒸发器并联管路分为两段，一段由第一蒸发器10引出经第一逆止阀14与所述第三三通阀23连接，另一段由所述第四三通阀25引出经第二逆止阀15与第一蒸发器10连接。

本发明的超低温单双级混合式空气源热泵机组由五部分组成：低温级热泵系统、高温级热泵系统、蒸发器并联管路、冷凝器并联管路和蒸发冷凝器13，这五部分在空间上紧密相连，结构紧凑，是一套完整系统，可以根据室外环境温度与用户的需求、第一四通换向阀2、第二四通换向阀17的不同切换状态及第二电磁阀12、第四电磁阀29的通断状态以及第一三通阀3、第二三通阀5、第三三通阀23、第四三通阀25的联通状态来控制第一压缩机1和第二压缩机16的开启台数，实现单级/双单级运行制冷制热和超低温工况下复叠模式的运行，下面进行各工况运行的详细说明：

1、单级运行工况

结合图1所示，此时第二电磁阀12和第四电磁阀29关闭，第一三通阀3、第二三通阀5、第三三通阀23及第四三通阀25的ab口联通。

低温级单机运行制热：开启第一压缩机1关闭第二压缩机16，第一四通换向阀2通电，第一压缩机1出口的制冷剂经第一四通换向阀2和第一三通阀3的ab口进入第一冷凝器4冷凝放热，然后经第二三通阀5的ab口进入第一经济器6换热过冷，制冷剂从第一经济器6出来后分为两路，支路制冷剂经过第一电磁阀8进入第二电子膨胀阀9节流，再经第一经济器6换热后进入第一压缩机1完成补气，主路制冷剂经第一电子膨胀阀7节流后进入第一蒸发器10蒸发吸热，然后经第一四通换向阀2进入第一气液分离器11，最后被第一压缩机1吸入完成制热循环，如此循环往复，为用户供热；

低温级单机运行制冷：开启第一压缩机1关闭第二压缩机16，第一四通换向阀2断电，第一压缩机1出口的制冷剂经第一四通换向阀2进入第一蒸发器10冷凝器放热，而后制冷剂进入第一电子膨胀阀7节流后分为两路，支路制冷剂经过第一电磁阀8进入第二电子膨胀阀9节流，再经第一经济器6换热后进入第一压缩机1完成补气，主路制冷剂进入第一经济器6换热过冷后，经第二三通阀5的ba口进入第一冷凝器4蒸发吸热，而后经第一三通阀3的ba口和第一四通换向阀2进入第一气液分离器11，最后被第一压缩机1吸入完成制冷循环，如此循环往复，为用户供冷；

高温级单机运行制热：关闭第一压缩机1开启第二压缩机16，第二四通换向阀17通电，第二压缩机16出口的制冷剂经第二四通换向阀17进入第二冷凝器18冷凝放热，然后制冷剂经第三电子膨胀阀19节流后分为两路，支路制冷剂经过第三电磁阀21由第四电子膨胀阀22再次节流后进入第二经济器20换热，而后进入第二压缩机16完成补气，主路制冷剂进入第二经济器20换热过冷后，经第三三通阀23的ab口进入第二蒸发器24蒸发吸热后，再经第四三通阀25的ab口和第二四通换向阀17进入第二气液分离器26，最后被第二压缩机16吸入完成制热循环，如此循环往复，为用户供热；

高温级单机运行制冷：关闭第一压缩机1开启第二压缩机16，第二四通换向阀17断电，第二压缩机16出口的制冷剂经第二四通换向阀17和第四三通阀25的ba口进入第二蒸发器24冷凝放热后，再经第三三通阀23的ba口进入第二经济器20换热过冷，而后制冷剂分为两路，支路制冷剂经过第三电磁阀21由第四电子膨胀阀22再次节流后进入第二经济器20换热，最后进入第二压缩机16完成补气，主路制冷剂经第三电子膨胀阀19节流后进入第二冷凝器18蒸发吸热，再经过第二四通换向阀17进入第二气液分离器26，最后被第二压缩机16吸入完成制冷循环，如此循环往复，为用户供冷。

2、双单级运行工况

结合图1所示，此时第二电磁阀12和第四电磁阀29关闭，第一三通阀3、第二三通阀5、第三三通阀23及第四三通阀25的ab口联通。

同时开启第一压缩机1和第二压缩机16，第一四通换向阀2和第二四通换向阀17制热时通电，制冷时断电，制热/制冷运行模式与上述单级运行时相同。

3、复叠模式运行工况

结合图2所示，此时第二电磁阀12和第四电磁阀29开启，第一三通阀3、第三三通阀23的bc口联通，第二三通阀5、第四三通阀25的ac口联通。

复叠模式低温级制热：开启第一压缩机1，第一四通换向阀2通电，第一压缩机1出口的制冷剂经第一四通换向阀2及第二电磁阀12进入蒸发冷凝器13冷凝放热，再进第一经济器6换热过冷，制冷剂从第一经济器6出来后分为两路，支路制冷剂经过第一电磁阀8进入第二电子膨胀阀9节流，再经第一经济器6换热后进入第一压缩机1完成补气，主路制冷剂经第一电子膨胀阀7节流后分为两路，第一路制冷剂进入第一蒸发器10蒸发吸热，第二路制冷剂经第一逆止阀14和第三三通阀23的cb口进入第二蒸发器24蒸发吸热，而后经过第四三通阀25的ac口和第二逆止阀15与第一路制冷剂汇合，随后制冷剂经第一四通换向阀2进入第一气液分离器11，最后被第一压缩机1吸入完成低温级制热循环，如此循环往复，为用户供热；

复叠模式高温级制热：开启第二压缩机16，第二四通换向阀17通电，第二压缩机16出口的制冷剂经过第二四通换向阀17后分为两路，第一路制冷剂进入第二冷凝器18冷凝放热，第二路制冷剂经第三逆止阀27和第一三通阀3的cb口后进入第一冷凝器4冷凝放热，而后经第二三通阀5的ac口和第四逆止阀28与第一路制冷剂汇合，随后制冷剂经第三电子膨胀阀19节流后分为两路，支路制冷剂经过第三电磁阀21由第四电子膨胀阀22再次节流后进入第二经济器20换热，最后进入第二压缩机16完成补气，主路制冷剂进入第二经济器20换热过冷，然后经第四电磁阀29进入蒸发冷凝器13蒸发吸热，最后制冷剂经第二四通换向阀17进入第二气液分离器26后被第二压缩机16吸入完成制热循环，如此循环往复，为用户供热。

本发明的低温级热泵系统和高温级热泵系统中的制冷剂为同一种制冷剂，两压缩机宜采用变频压缩机并设置补气增焓压系统，可通过控制设置在补气管路上的电磁阀通断，进而控制压缩机是否需要进行补气，低温级热泵系统和高温级热泵系统中可设置储液罐，保证机组在不同模式间切换时制冷剂能够合理分配，进而确保机组可长期稳定运行。

利用中间的蒸发冷凝器结合蒸发器并联管路、冷凝器并联管路将第一热泵回路、第二热泵回路组合成复叠模式系统，代替了传统的双级复叠热泵系统中间水环路换热模块，从而降低了级间传热温差损失，提升在极端室外温度下的供热/冷性能。此外，取消传统单级/复叠系统中一级与二级热泵之间的水环路，以及从一级热泵冷凝器旁通到用户侧的水环路，从而使得系统更加紧凑，设备利用率更高，设备成本更低。通过管路将低温和高温级的蒸发器冷凝器分别联通，并在管路上设置电磁阀、三通阀等阀门，可根据室外温度的变化和设定切换温度值，控制阀门实现单级/双单级运行制冷制热和超低温工况下复叠模式的运行，提高了空气源热泵系统的性能系数，扩大了空气源热泵适用温度范围，使系统全季节均可节能、高效地运行。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (2)

1.一种超低温单双级混合式空气源热泵机组，其特征在于：包括第一热泵回路、第二热泵回路、蒸发器并联管路、冷凝器并联管路和蒸发冷凝器（13）五部分，其中：

所述第一热泵回路的第一压缩机（1）出口经第一四通换向阀（2）连接第一冷凝器（4）、第一蒸发器（10）和第一气液分离器（11），所述第一冷凝器（4）连接第一经济器（6），所述第一经济器（6）的主路经第一电子膨胀阀（7）连接所述第一蒸发器（10），第一蒸发器（10）连接所述第一气液分离器（11）；

所述第二热泵回路的第二压缩机（16）出口经第二四通换向阀（17）连接第二冷凝器（18）、第二蒸发器（24）和第二气液分离器（26），所述第二蒸发器（24）连接第二经济器（20），所述第二经济器（20）的主路经第三电子膨胀阀（19）连接所述第二冷凝器（18），第二蒸发器（24）连接所述第二气液分离器（26）；

所述蒸发冷凝器（13）的冷凝入口设置第二电磁阀（12）与所述第一四通换向阀（2）连接，蒸发冷凝器（13）的冷凝出口连接第一经济器（6），蒸发冷凝器（13）的蒸发入口设置第四电磁阀（29）与第二经济器（20）连接，蒸发冷凝器（13）的蒸发出口连接所述第二四通换向阀（17）；

在第一冷凝器（4）对应第一四通换向阀（2）的一端设置第一三通阀（3），在第一冷凝器（4）对应第一经济器（6）的一端设置第二三通阀（5），在第二蒸发器（24）对应第二经济器（20）的一端设置第三三通阀（23），在第二蒸发器（24）对应第二四通换向阀（17）的一端设置第四三通阀（25）；

所述冷凝器并联管路分为两段，一段由第二冷凝器（18）引出经第三逆止阀（27）与所述第一三通阀（3）连接，另一段由所述第二三通阀（5）引出经第四逆止阀（28）与第二冷凝器（18）连接；

所述蒸发器并联管路分为两段，一段由第一蒸发器（10）引出经第一逆止阀（14）与所述第三三通阀（23）连接，另一段由所述第四三通阀（25）引出经第二逆止阀（15）与第一蒸发器（10）连接；

所述第一压缩机（1）和所述第二压缩机（16）分别设置补气增焓压系统，所述补气增焓压系统包括在第一经济器（6）设有支路，第一经济器（6）的支路经第一电磁阀（8）和第二电子膨胀阀（9）回到第一经济器（6）换热后进入第一压缩机（1）完成补气，在第二经济器（20）设有支路，第二经济器（20）的支路经第三电磁阀（21）和第四电子膨胀阀（22）回到第二经济器（20）换热后进入第二压缩机（16）完成补气。

2.根据权利要求1所述的超低温单双级混合式空气源热泵机组，其特征在于：所述第一压缩机（1）和所述第二压缩机（16）采用变频压缩机。