CN117053435B - 磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及热泵系统机械技术领域，特别是磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵及其控制方法，热泵包括螺杆压缩模块、磁浮离心模块、空调循环水和冷却排热模块，螺杆压缩模块包括依次连接并形成循环回路的螺杆式压缩机、水冷冷凝器、节流阀、蒸发器、翅片换热组件。磁浮离心模块包括依次连接并形成循环回路的磁浮离心式压缩机、水冷冷凝器、节流阀、蒸发器。本申请采用磁浮和螺杆复合制冷技术，通过磁浮离心模块和螺杆压缩模块的系统及控制耦合匹配，可实现冷冻水梯级冷却、冷却水梯级排热，大幅度提高机组的制冷能效；通过盘管独立分量化霜，大幅度强化冬季制热性能。与传统风冷热泵相比，本申请的热泵机组制冷能效可提高80％，节能优势明显。

Description

磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵及其控制方法

技术领域

本申请涉及热泵系统机械技术领域，特别是磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵及其控制方法。

背景技术

据统计，建筑能耗占全社会总能耗的比例高达22％左右，其中的空调系统能耗则占建筑能耗的50％～60％，特别是大中城市空调负荷占夏季电力尖峰负荷的比例已高达60％左右，在中央空调系统总能耗中，空调主机则占到76％左右。因此，提高空调主机的运行能效对降低全年建筑能耗和运行费用有着关键性作用。

风冷热泵由于自带与室外空气直接换热的翅片换热器，夏季制冷时翅片换热器可用作冷却排热设备，将高压制冷剂的冷凝热量直接排放给室外空气；冬季制热时则用作热源设备，实现低温低压制冷剂从室外空气的取热，因此同时具备夏季制冷和冬季供热功能。与水冷冷水机组相比，风冷热泵省却了冷却水系统和采暖锅炉，因此在冷暖型中央空调工程项目得到了广泛应用。但风冷热泵夏季制冷运行时冷凝温度高达45℃～60℃左右,且为避免防止四通阀逆循环化霜引起的压缩机湿冲击需要，通常采用干式蒸发器，蒸发温度仅2℃左右,导致机组的制冷能效仅有2.6～3.2。

对夏热冬冷、夏热冬暖地区的公共建筑和工业建筑，制冷季长达3～8个月，而采暖季则仅1～2个月，且其制热负荷通常仅为制冷负荷的60％左右。因此制冷能效是影响夏热冬冷、夏热冬暖地区冷暖型中央空调工程项目全年运行能耗和运行费用的关键指标。

申请人在先发明专利，公开号：CN113446754B，名称：带全热回收的双冷源空气源热泵机组，公开的热泵机组包括连接在制冷循环中的压缩机、四通换向阀、复合式水冷冷凝器、壳管式换热器、翅片式换热器等。该发明通过对复合式水冷冷凝器、壳管式换热器中水流动状态的控制以及阀门的切换，可实现制冷、制热、制冷+全热回收、热水等功能及运行模式之间的切换；并且通过全热回收解决常规楼宇建筑或工业行业项目全年四季制冷、采暖、卫生或工艺热水需求，一定程序上降低了机组的能耗。

现今，随着电磁技术和变频控制技术的飞速发展，磁悬浮轴承、高速变频电机和变频控制等关键技术日臻成熟，磁浮变频离心技术已广泛应用于水冷离心式冷水机组，具有无油压缩、满载制冷能效和综合部分负荷制冷能效高、容量调节范围广、噪声和维护成本低等显著特点。众所周知，降低机组冷凝温度或提高机组蒸发温度以降低压缩机的运行压缩比，是提高磁浮离心式压缩机和螺杆式压缩机的压缩效率及机组的制冷量、制冷能效的重要途经，且蒸发温度的提高、压缩比的降低对磁浮离心式压缩机制冷量和制冷能效的提升效果明显超过螺杆式压缩机。

由于制热模式时室外气温较低而空调水温较高，造成冷凝温度较高而蒸发温度偏低，故压缩机的运行压缩比相对于制冷模式提高了很多，采用磁浮离心式压缩机时容易产生喘振而严重影响到运行可靠性，且叶轮设计时其效率难以同时兼顾制冷制热模式，故至今未能成熟应用于冷暖型空调主机，绝大部分磁浮离心式压缩机应用于单冷型水冷冷水机组，仅极少量应用于单热性热泵机组。

在“碳达峰”与“碳中和”目标的引领下，绿色建筑已成必然趋势；针对夏热冬冷、夏热冬暖地区公共建筑和工业建筑项目制热负荷远低于制冷负荷，制热季时间远低于制冷季，制冷能耗在全年空调能耗中起着关键性影响等暖通空调系统典型特性，以吸收和运用最新磁浮变频离心技术为基础，将磁浮离心压缩机和螺杆式压缩机进行组合，充分利用磁浮变频离心压缩机在压缩比相对较低的制冷模式运行时的满载能效和综合部分负荷能效高、容量调节范围广，及螺杆式压缩机在压缩比相对较高的制热模式运行时可靠性高的特点，开发一款以提高制冷能效为核心重点，且兼具较强制热性能高效冷暖型空调主机，毫无疑问，将有广阔的市场前景，对促进全社会的节能减排和“双碳”目标的实现具有十分重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的问题，为此，本申请公开了一种磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，所述热泵同时具备夏季制冷和冬季制热功能。

一方面，本申请提出了磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，包括螺杆压缩模块、磁浮离心模块、空调循环水和冷却排热模块，所述螺杆压缩模块包括与螺杆式压缩机1依次连接形成循环回路的第一逆止阀2、第一水冷冷凝器3、第一节流阀4、第一蒸发器5；第一逆止阀2与第一水冷冷凝器3之间的管路分支，分支的管路与翅片换热组件6相连接，翅片换热组件6包括多个并联的翅片换热单元，翅片换热单元包括四通阀、翅片式换热器、节流阀和逆止阀，翅片换热单元的四通阀接口c与第一逆止阀2的出口连接，翅片换热单元的四通阀接口b与翅片式换热器连接，翅片式换热器分别与对应的节流阀出口和逆止阀进口相连接，节流阀进口和逆止阀出口并接后再与第一电磁阀8的出口端连接，第一电磁阀8的进口端与第一水冷冷凝器3和第一节流阀4之间的管路连接，各翅片换热单元的四通阀接口a并接后通过管路与气液分离器7和螺杆式压缩机1吸气口依次相连通；所述磁浮离心模块包括与磁浮离心式压缩机24依次连接并形成回路的第二逆止阀25、第二水冷冷凝器26、第二节流阀27、第二蒸发器28；所述空调循环水和冷却排热模块包括冷却塔30，冷却塔30的冷却出水口通过管路依次连接第二水冷冷凝器26、第一水冷冷凝器3、冷却塔30的冷却进水口且在制冷时形成循环回路，空调循环水进水口通过管路依次连接第二蒸发器28、第一蒸发器5、空调循环水出水口且在制冷时形成循环回路，空调循环水进水口通过管路依次连接第二水冷冷凝器26、第一水冷冷凝器3、空调循环水出水口且在制热时形成循环回路。

特别的，所述翅片换热组件6包括第一翅片换热单元61、第二翅片换热单元、第三翅片换热单元63、第四翅片换热单元64；第一翅片换热单元61包括第一翅片换热单元四通阀611、第一翅片式换热器612、第一翅片换热单元节流阀613和第一翅片换热单元逆止阀614；第二翅片换热单元62包括第二翅片换热单元四通阀621、第二翅片式换热器622、第二翅片换热单元节流阀623和第二翅片换热单元逆止阀624；第三翅片换热单元63包括第三翅片换热单元四通阀631、第三翅片式换热器632、第三翅片换热单元节流阀633和第三翅片换热单元逆止阀634；第四翅片换热单元64包括第四翅片换热单元四通阀641、第四翅片式换热器642、第四翅片换热单元节流阀643和第四翅片换热单元逆止阀644。

特别的，第一翅片换热单元四通阀611、第二翅片换热单元四通阀621、第三翅片换热单元四通阀631、第四翅片换热单元四通阀641的接口a并接后通过管路依次与气液分离器7和螺杆式压缩机1吸气口依次相连通，接口c并接后与第一逆止阀2的出口连接，接口b则与其对应的翅片式换热器的气侧接口相连接。

特别的，所述冷却塔30的冷却出水口通过管路依次连接冷却水泵31、第二水冷冷凝器26、第一水冷冷凝器3、第二调节阀32、冷却塔30的冷却进水口。

特别的，所述空调循环水进水口通过管路依次连接第二蒸发器28、第一蒸发器5、第五调节阀35、空调循环水出水口。

特别的，所述空调循环水进水口和第二蒸发器28之间的管路设第一支路9，第一支路9另一端与第一蒸发器5和第五调节阀35之间的管路连接，第一支路9中设有第三调节阀33；第三调节阀33和第五调节阀35间的第一支路9再次分支设第二支路10，第二支路10另一端与冷却水泵31和第二水冷冷凝器26之间的管路相连接，第二支路10中设有第四调节阀34；第一水冷冷凝器3和第二调节阀32之间的管路与第五调节阀35和空调循环水出水口之间的管路由第三支路11直接连通，第三支路11中设有第九调节阀29。

特别的，所述第二水冷冷凝器26和第一水冷冷凝器3的制冷剂侧完全独立，冷却水侧相互连接在一起，第二水冷冷凝器26和第一水冷冷凝器3通过管板用螺栓直接连接，从而在结构上连接成一个整体，或采用分离式结构，通过管路连接起来；第二蒸发器28和第一蒸发器5的制冷剂侧完全独立，空调循环水侧相互连接在一起，第二蒸发器28和第一蒸发器5通过管板用螺栓直接连接，从而在结构上连接成一个整体，或采用分离式结构，通过管路连接起来；所述第一蒸发器5和第二蒸发器28选自满液式蒸发器、降膜式蒸发器或其它类型的高效蒸发器；第一节流阀4采用具有完全关闭功能的电子膨胀阀或其它节流元件；调节阀采用电动调节阀、气动调节阀、手动调节阀或采用多种类型阀门的组合。

另一方面，本申请还提出了磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵的控制方法，当运行制冷模式时，磁浮离心模块的磁浮离心式压缩机24排出的高温高压气体制冷剂经第二逆止阀25进入第二水冷冷凝器26，制冷剂于第二水冷冷凝器26中与冷却水进行换热被冷凝为高压液体制冷剂，后经管路进入第二节流阀27被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂，后进入第二蒸发器28与来自空调循环水进水口的空调循环水进行换热，制冷剂蒸发为低压气体，后经低压气管回到磁浮离心式压缩机24，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环；同时，螺杆压缩模块的螺杆式压缩机1排出的高温高压气体制冷剂经第一逆止阀2进入第一水冷冷凝器3，制冷剂与流自第二水冷冷凝器26的冷却水进行换热被冷凝成高压液体制冷剂，后经管路进入第一节流阀4被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂，后进入第一蒸发器5与流自第二蒸发器28的空调循环水进行换热，制冷剂蒸发为低压气体制冷剂，后经低压气管回到螺杆式压缩机1，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环；空调循环水先被磁浮离心模块的低温低压制冷剂冷却离开第二蒸发器28，后流向螺杆压缩模块的第一蒸发器5继续被冷却，后经第五调节阀35流向空调循环水出水口；冷却水则吸收磁浮离心模块的高压制冷剂的冷凝热量后离开第二水冷冷凝器26，后流向螺杆压缩模块的第一水冷冷凝器3继续吸热，后经第二调节阀32流向冷却塔30，冷却水被流经冷却塔30的室外空气降温冷却后通过冷却水泵31再次输送至磁浮离心模块的第二水冷冷凝器26，如此反复循环；热泵机组根据室外气温、空调循环水温和空调负荷的变化控制磁浮离心式压缩机24、螺杆式压缩机1、第一节流阀4、第二节流阀27、冷却水泵31、冷却塔30各风机的运行状态和运行容量。

特别的，当运行制热模式时，螺杆式压缩机1排出的高温高压气体制冷剂经第一逆止阀2进入第一水冷冷凝器3，制冷剂与空调循环水进行换热，制冷剂冷凝过程中释放的热量排放给空调循环水后被冷凝成高压液体，第一水冷冷凝器3出口的高压液体制冷剂通过管路经过第一电磁阀8后进入翅片换热组件6的第一翅片换热单元61、第二翅片换热单元62、第三翅片换热单元63、第四翅片换热单元64，制冷剂分别经各翅片换热单元的节流阀被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂，后分别进入对应的翅片换热单元的翅片式换热器，制冷剂与室外空气进行对流换热，吸收室外空气的热量后蒸发为低压气体，后分别流经对应的翅片换热单元的四通阀的接口b、接口a，汇集后流向气液分离器7，最终回到螺杆式压缩机1，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环；空调循环水吸收螺杆压缩模块高压制冷剂的冷凝热量后温度上升，后离开第一水冷冷凝器3，之后再经第九调节阀29流向空调循环水出水口以给空调系统末端设备提供采暖热水。

特别的，冬季当机组运行制热模式一段时间后，各翅片换热单元的翅片式换热器表面会出现结霜的情况，当某一个翅片换热单元的翅片式换热器需进行化霜时，螺杆式压缩机1排出的高温高压气体制冷剂经该翅片换热单元的四通阀进入结霜的翅片换热器，霜层融解且制冷剂被冷凝为高压液体，高压液体制冷剂后经该翅片换热单元的逆止阀与流自第一电磁阀8的主路高压液体制冷剂混合，进入与其并联的其他翅片换热单元，依次经节流阀、翅片式换热器、四通阀的接口b、接口a，汇集后流向气液分离器7，最后返回螺杆式压缩机1，当对部分翅片换热单元的翅片换热器化霜时，余下的翅片换热单元仍处于正常制热运行状态，机组仍可通过第一水冷冷凝器3对空调循环水进行加热，维持正常的供热能力。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可任意组合，即得本申请各优选实例。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：本申请公开的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，夏季制冷采用水冷冷凝技术，可有效克服常规风冷热泵夏季冷凝温度高、制冷能效低的缺陷。同时，本申请还成功将磁浮离心技术应用于冷暖型空调主机，充分利用了磁浮离心压缩机在制冷模式低压缩比工况运行时无油压缩、满载制冷能效和部分负荷运行制冷能效高、容量调节范围广、噪声和维护成本低的显著优点，而且还与螺杆式压缩机的压缩比工作范围广、制热模式高压缩比工况运行时可靠性高的优点相结合。同时，采用空调循环水梯级冷却、冷却水梯级排热技术，且将磁浮离心模块置于空调循环水和冷却水的上游，以有效提高磁浮离心模块的蒸发温度，降低其冷凝温度，实现磁浮离心模块制冷系统热力循环运行参数的优化,有效降低了磁浮式离心压缩机的运行压缩比，从而大幅提高磁浮离心模块的制冷量和压缩机等熵效率，最终极大提高了机组的制冷运行能效。当然，本申请的任一技术方案并不一定同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是根据本申请一个实施例的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵的结构示意图。

图2是根据本申请一个实施例的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵的空调循环水和冷却排热模块的结构示意图。

图3是根据本申请一个实施例的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵的控制原理示意图。

其中，1-螺杆式压缩机；2-第一逆止阀；3-第一水冷冷凝器；4-第一节流阀；5-第一蒸发器；6-翅片换热组件；61-第一翅片换热单元；611-第一翅片换热单元四通阀；612-第一翅片式换热器；613-第一翅片换热单元节流阀；614-第一翅片换热单元逆止阀；62-第二翅片换热单元；621-第二翅片换热单元四通阀；622-第二翅片式换热器；623-第二翅片换热单元节流阀；624-第二翅片换热单元逆止阀；63-第三翅片换热单元；631-第三翅片换热单元四通阀；632-第三翅片式换热器；633-第三翅片换热单元节流阀；634-第三翅片换热单元逆止阀；64-第四翅片换热单元；641-第四翅片换热单元四通阀；642-第四翅片式换热器；643-第四翅片换热单元节流阀；644-第四翅片换热单元逆止阀；7-气液分离器；8-第一电磁阀；9-第一支路；10-第二支路；11-第三支路；24-磁浮离心式压缩机；25-第二逆止阀；26-第二水冷冷凝器；27-第二节流阀；28-第二蒸发器；29-第九调节阀；30-冷却塔；31-冷却水泵；32-第二调节阀；33-第三调节阀；34-第四调节阀；35-第五调节阀。

具体实施方式

下面结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本申请的实施例，本领域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，都属于本申请保护的范围。

描述所用术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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一个或者更多个该特征。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、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。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实施例中的具体含义。

描述所用术语“一个具体实施例”意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

参考图1和图2，本申请的一个具体实施例提出了磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，包括螺杆压缩模块、磁浮离心模块以及空调循环水和冷却排热模块。

所述螺杆压缩模块包括与螺杆式压缩机1依次连接形成循环回路的第一逆止阀2、第一水冷冷凝器3、第一节流阀4、第一蒸发器5，所述螺杆式压缩机1的排气口通过高压气管依次与第一逆止阀2、第一水冷冷凝器3相连，第一水冷冷凝器3的出液口则通过管路依次与第一节流阀4、第一蒸发器5相连，第一蒸发器5的出气口通过低压气管与螺杆式压缩机1的吸气口相连。所述第一逆止阀2与第一水冷冷凝器3之间的管路分支，分支的管路与翅片换热组件6相连接。

翅片换热组件6包括多个并联的翅片换热单元。以图1为例，所述第一逆止阀2与第一水冷冷凝器3之间的管路分支，分支后的管路分别与并联的第一翅片换热单元61、第二翅片换热单元62、第三翅片换热单元63、第四翅片换热单元64相连接。各翅片换热单元的结构类似，具体的，第一翅片换热单元61包括第一翅片换热单元四通阀611、第一翅片式换热器612、第一翅片换热单元节流阀613和第一翅片换热单元逆止阀614；第二翅片换热单元62包括第二翅片换热单元四通阀621、第二翅片式换热器622、第二翅片换热单元节流阀623和第二翅片换热单元逆止阀624；第三翅片换热单元63包括第三翅片换热单元四通阀631、第三翅片式换热器632、第三翅片换热单元节流阀633和第三翅片换热单元逆止阀634；第四翅片换热单元64包括第四翅片换热单元四通阀641、第四翅片式换热器642、第四翅片换热单元节流阀643和第四翅片换热单元逆止阀644。第一翅片换热单元四通阀611、第二翅片换热单元四通阀621、第三翅片换热单元四通阀631、第四翅片换热单元四通阀641的接口a并接后通过管路依次与气液分离器7和螺杆式压缩机1吸气口依次相连通，接口c并接后与第一逆止阀2的出口连接。

第一翅片换热单元四通阀611的接口b与第一翅片式换热器612的气侧接口相连接，第一翅片式换热器612的液侧接口则分别与第一翅片换热单元节流阀613出口和第一翅片换热单元逆止阀614进口相连接，第一翅片换热单元节流阀613进口和第一翅片换热单元逆止阀614出口并接后再与第一电磁阀8连接。类似的，第二翅片换热单元四通阀621的接口b与第二翅片式换热器622的气侧接口相连接，第二翅片式换热器622的液侧接口则分别与第二翅片换热单元节流阀623出口和第二翅片换热单元逆止阀624进口相连接，第二翅片换热单元节流阀623进口和第二翅片换热单元逆止阀624出口并接后再与第二电磁阀8连接。第三翅片换热单元四通阀631的接口b与第三翅片式换热器632的气侧接口相连接，第三翅片式换热器632的液侧接口则分别与第三翅片换热单元节流阀633出口和第三翅片换热单元逆止阀634进口相连接，第三翅片换热单元节流阀633进口和第三翅片换热单元逆止阀634出口并接后再与第三电磁阀8连接。第四翅片换热单元四通阀641的接口b与第四翅片式换热器642的气侧接口相连接，第四翅片式换热器642的液侧接口则分别与第四翅片换热单元节流阀643出口和第四翅片换热单元逆止阀644进口相连接，第四翅片换热单元节流阀643进口和第四翅片换热单元逆止阀644出口并接后再与第四电磁阀8连接。

所述磁浮离心模块包括与磁浮离心式压缩机24依次连接并形成回路的第二逆止阀25、第二水冷冷凝器26、第二节流阀27、第二蒸发器28，所述磁浮离心式压缩机24的排气口通过高压气管依次与第一逆止阀25、第二水冷冷凝器26相连，第二水冷冷凝器26的出液口则通过管路依次与第二节流阀27、第二蒸发器28相连，第二蒸发器28的出气口通过低压气管与磁浮离心式压缩机24的吸气口相连。

所述空调循环水和冷却排热模块包括冷却塔30、冷却水泵31以及连接管路，所述冷却塔30的冷却出水口通过管路依次连接冷却水泵31、第二水冷冷凝器26、第一水冷冷凝器3、第二调节阀32，最终与冷却塔30的冷却进水口连接。机组的空调循环水进水口通过管路依次连接第二蒸发器28、第一蒸发器5、第五调节阀35，最终接至机组的空调循环水出水口。空调循环水进水口和第二蒸发器28之间的管路分支设第一支路9，第一支路9另一端与第一蒸发器5和第五调节阀35之间的管路连接，第一支路9中设有第三调节阀33。第三调节阀33和第五调节阀35之间的第一支路9再次分支设第二支路10，第二支路10另一端与冷却水泵31和第二水冷冷凝器26之间的管路相连接，第二支路10中设有第四调节阀34。第一水冷冷凝器3和第二调节阀32之间的管路与第五调节阀35和空调循环水出水口之间的管路由第三支路11直接连通，第三支路11中设有第九调节阀29。

第二水冷冷凝器26和第一水冷冷凝器3的制冷剂侧完全独立，但冷却水侧相互连接在一起；优选的，第二水冷冷凝器26和第一水冷冷凝器3可通过管板用螺栓直接连接，从而在结构上连接成一个整体，也可以采用分离式结构，通过管路连接起来。第二蒸发器28和第一蒸发器5的制冷剂侧完全独立，但空调循环水侧相互连接在一起；优选的，第二蒸发器28和第一蒸发器5可通过管板用螺栓直接连接，从而在结构上连接成一个整体，也可以采用分离式结构，通过管路连接起来。所述第一蒸发器5和第二蒸发器28可以用满液式蒸发器、降膜式蒸发器或其它类型高效换热器。

优选的，本申请涉及的第一节流阀4采用具有完全关闭功能的电子膨胀阀或其它节流元件。本申请涉及的所有调节阀可采用电动调节阀或气动调节阀，也可手动调节阀，或采用多种类型阀门的组合。

参考图1至图3，本申请的一个具体实施例提出了磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵运行制冷模式时，螺杆压缩模块的第一翅片换热单元四通阀611、第二翅片换热单元四通阀621、第三翅片换热单元四通阀631、第四翅片换热单元四通阀641和第一电磁阀8断电，空调循环水和冷却排热模块的第九调节阀29、第三调节阀33和第四调节阀34断电，第二调节阀32和第五调节阀35通电，冷却水泵31和冷却塔30开启。

磁浮离心模块的磁浮离心式压缩机24排出的高温高压气体制冷剂经第二逆止阀25进入第二水冷冷凝器26，制冷剂与经冷却塔30降温冷却且被冷却水泵31输送到第二水冷冷凝器26的冷却水进行换热，制冷剂冷凝过程中释放的热量被冷却水带走，制冷剂被冷凝成高压液体。第二水冷冷凝器26出口的高压液体制冷剂经管路进入第二节流阀27，制冷剂被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂后进入第二蒸发器28,制冷剂与流自机组的空调循环水进水口的空调循环水进行换热，吸收空调循环水的热量对其进行冷却，制冷剂蒸发为低压气体，后经低压气管回到磁浮离心式压缩机24，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环。

同时，螺杆压缩模块的螺杆式压缩机1排出的高温高压气体制冷剂经第二逆止阀25进入第一水冷冷凝器3，制冷剂与流自第二水冷冷凝器26的冷却水进行换热，制冷剂冷凝过程中释放的热量排放给冷却水，制冷剂被冷凝成高压液体。第一水冷冷凝器3出口的高压液体制冷剂经管路进入第一节流阀4，制冷剂被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂后进入第一蒸发器5，制冷剂与流自第二蒸发器28的空调循环水进行换热，吸收空调循环水的热量，后蒸发为低压气体制冷剂，后经低压气管回到螺杆式压缩机1，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环。

空调循环水被磁浮离心模块的低温低压制冷剂冷却后温度下降，离开第二蒸发器28后，继续流向螺杆压缩模块的第一蒸发器5，空调循环水被螺杆压缩模块的低温低压制冷剂冷却后温度继续下降，离开第一蒸发器5，后经第五调节阀35流向机组的空调循环水出水口。

冷却水则吸收磁浮离心模块的高压制冷剂的冷凝热量后温度上升，离开第二水冷冷凝器26，后继续流向螺杆压缩模块的第一水冷冷凝器3，冷却水在吸收螺杆压缩模块高压制冷剂的冷凝热量后温度继续上升，后离开第一水冷冷凝器3，接着经第二调节阀32流向冷却塔30，冷却水被流经冷却塔30的室外空气降温冷却后通过冷却水泵31再次输送至磁浮离心模块的第二水冷冷凝器26，如此反复循环。

所述磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵运行制冷模式时，磁浮离心模块中制冷剂依次通过：磁浮离心式压缩机24→第二逆止阀25→第二水冷冷凝器26→第二节流阀27→第二蒸发器28→磁浮离心式压缩机24。螺杆压缩模块中制冷剂依次通过：螺杆式压缩机1→第二逆止阀25→第一水冷冷凝器3→第一节流阀4→第一蒸发器5→螺杆式压缩机1。空调冷冻水依次通过：机组的空调循环水进水口→第二蒸发器28→第一蒸发器5→第五调节阀35→机组的空调循环水出水口。冷却水依次通过：冷却塔30→冷却水泵31→第二水冷冷凝器26→第一水冷冷凝器3→第二调节阀32→冷却塔30。

所述磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵在运行制冷模式时，根据室外气温、空调循环水温和空调负荷的变化采取能效优化策略自动控制磁浮离心式压缩机24、螺杆式压缩机1、第一节流阀4、第二节流阀27、冷却水泵31、冷却塔30各风机的运行状态和运行容量,确保机组均处于最佳效率点，以有效提高机组制冷运行能效。

所述磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵运行制热模式时，螺杆压缩模块的第一翅片换热单元四通阀611、第二翅片换热单元四通阀621、第三翅片换热单元四通阀631、第四翅片换热单元四通阀641和第一电磁阀8通电，第一节流阀4关闭；空调循环水和冷却排热模块的第九调节阀29、第三调节阀33和第四调节阀34得电，第二调节阀32和第五调节阀35断电，冷却塔30和冷却水泵31关闭；磁浮离心模块停止运行。

螺杆压缩模块的螺杆式压缩机1排出的高温高压气体制冷剂经第二逆止阀25进入第一水冷冷凝器3，制冷剂于第一水冷冷凝器3中与流经第二水冷冷凝器26的空调循环水进行换热，制冷剂冷凝过程中释放的热量排放给空调循环水后，被冷凝成高压液体。第一水冷冷凝器3出口的高压液体制冷剂通过管路经过第一电磁阀8后分别进入第一翅片换热单元节流阀613、第二翅片换热单元节流阀623、第三翅片换热单元节流阀633、第四翅片换热单元节流阀643，制冷剂被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂后，分别进入对应的第一翅片式换热器612、第二翅片式换热器622、第三翅片式换热器632、第四翅片式换热器642,制冷剂与室外空气进行对流换热，吸收室外空气的热量后蒸发为低压气体，之后分别流经对应的第一翅片换热单元四通阀611、第二翅片换热单元四通阀621、第三翅片换热单元四通阀631、第四翅片换热单元四通阀641的接口b、接口a，汇集后流向气液分离器7，最终回到螺杆式压缩机1，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环。空调循环水吸收螺杆压缩模块高压制冷剂的冷凝热量后温度上升，后离开第一水冷冷凝器3，之后再经第九调节阀29流向机组的空调循环水出水口以供制热。

所述磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵在运行制热模式时，第一翅片式换热器612、第二翅片式换热器622、第三翅片式换热器632、第四翅片式换热器642的表面可能会出现结霜情况。例如，当第一翅片换热单元61的翅片换热器612霜层较厚需进行化霜时，对应的，第一翅片换热单元四通阀611通电，其接口c与接口b连通，螺杆式压缩机1排出的少量高温高压气体制冷剂直接经接口c、接口b进入第一翅片式换热器612，热量通过第一翅片式换热器612的换热管和翅片排放给表面的霜层，对其进行融解，制冷剂被冷凝为高压液体，高压液体制冷剂经第一翅片换热单元逆止阀614后与流自第一电磁阀8的主路高压液体制冷剂混合，后分别进入第二翅片换热单元节流阀623、第三翅片换热单元节流阀633、第四翅片换热单元节流阀643，制冷剂被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂后，分别进入对应的第二翅片式换热器622、第三翅片式换热器632、第四翅片式换热器642,制冷剂与室外空气进行对流换热，吸收室外空气的热量后蒸发为低压气体，之后流经对应的第二翅片换热单元四通阀621、第三翅片换热单元四通阀631、第四翅片换热单元四通阀641的接口b、接口a，汇集后流向气液分离器7，最终回到螺杆式压缩机1，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂。

螺杆式压缩机1排出的大部分高温高压气体制冷剂仍经第二逆止阀25进入第一水冷冷凝器3对空调循环水进行加热，制冷剂冷凝过程中释放的热量排放给空调循环水后被冷凝成高压液体，第一水冷冷凝器3出口的高压液体制冷剂通过管路经过第一电磁阀8后与第一翅片换热单元61的第一翅片换热单元逆止阀614出口的高压液体制冷剂混合。因此，当对第一翅片式换热器612进行化霜时，第二翅片式换热器622、第三翅片式换热器632、第四翅片式换热器642仍处于正常制热运行状态，机组仍可通过第一水冷冷凝器3对空调循环水进行加热，维持正常的供热能力。

所述磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵在运行制热模式时，制冷剂依次通过螺杆式压缩机1→第二逆止阀25→第一水冷冷凝器3→第一电磁阀8→第一翅片换热单元节流阀613、第二翅片换热单元节流阀623、第三翅片换热单元节流阀633、第四翅片换热单元节流阀643→第一翅片式换热器612、第二翅片式换热器622、第三翅片式换热器632、第四翅片式换热器642→第一翅片换热单元四通阀611、第二翅片换热单元四通阀621、第三翅片换热单元四通阀631、第四翅片换热单元四通阀641→气液分离器7→螺杆式压缩机1。空调循环水依次通过空调循环水进水口→第三调节阀33→第四调节阀34→第二水冷冷凝器26→第一水冷冷凝器3→第九调节阀29→空调循环水出水口。

本申请的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，夏季制冷时，磁浮离心模块和螺杆压缩模块均采用水冷冷凝技术，以冷却水来排放高温高压气体制冷剂的冷凝热量，冷凝温度较常规风冷机组可降低15℃左右，压缩机功耗较常规风冷机组可降低31％左右，可有效克服常规风冷热泵夏季冷凝温度高、制冷能效低缺陷。在此基础上，夏季制冷时，空调循环水先进入磁浮离心模块的第二蒸发器28，被其中的低温低压制冷剂冷却后温度下降，被初步冷却的空调循环水离开第二蒸发器28后再进入螺杆压缩模块的第一蒸发器5，进一步被第一蒸发器5中的低温低压制冷剂冷却后离开空调出水口，这样可有效提高磁浮离心模块的第二蒸发器28的空调循环水的出口水温和该模块的蒸发温度。

被冷却塔30降温冷却后的冷却水同样也先进入磁浮离心模块的第二水冷冷凝器26，吸收该模块高温高压气体制冷剂在冷凝过程中所排放的热量后，温度升高，被初步加热后的冷却水离开第二水冷冷凝器26后再进入螺杆压缩模块的第一水冷冷凝器3，吸收该模块高温高压气体制冷剂在冷凝过程中所排放的热量再次被加热后，温度再次升高，接着再通入冷却塔30，这样可有效降低磁浮离心模块第二水冷冷凝器26的冷却水的出口水温和该模块的冷凝温度。

机组夏季制冷运行时，即便最高气温条件下，螺杆压缩模块的冷凝温度通常也在40℃以内，磁浮离心模块的最高冷凝温度则通常在37℃以内，而螺杆压缩模块的最低蒸发温度一般为5℃以上，磁浮离心模块的最低蒸发温度则一般为7.5℃以上。因此，相对于风冷热泵机组，本申请的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，在夏季制冷时螺杆压缩模块和磁浮离心模块压缩机的运行压缩比均远低于常规风冷热泵机组，尤其磁浮离心模块的压缩比更仅为常规风冷热泵机组的52％左右。同时，夏季制冷时，机组根据室外气温、空调循环水温和空调负荷的变化采取能效优化策略自动控制磁浮离心式压缩机24、螺杆式压缩机1、第一节流阀4、第二节流阀27、冷却水泵31、冷却塔30的各风机的运行状态和运行容量,确保机组均处于最佳运行效率点，以有效提高机组制冷运行能效。

冬天制热时，磁浮离心模块停止运行，仅螺杆压缩模块处于运行状态，最高冷凝温度一般在48℃以上，最低蒸发温度则一般低于-18℃，压缩机的运行压缩比较高，采用螺杆压缩模块制热运行，可较好保障机组的运行可靠性。

通过将高效磁浮变频离心技术应用于冷暖型空调主机，同时对多功能模式的系统循环流程进行优化和耦合匹配，夏季制冷时磁浮离心模块和螺杆压缩模块都采用水冷冷凝技术，冷凝温度较常规风冷热泵可降低15℃左右；以冬季制热采用分量化霜技术为基础，蒸发器可采用降膜式蒸发器、满液式蒸发器等高效蒸发器，蒸发温度较常规风冷热泵可提高3.5℃左右，因此可有效降低螺杆式压缩机和磁浮离心压缩机的压缩比，显著提高机组的制冷量和制冷能效。同时，采用空调循环水梯级冷却、冷却水梯级排热技术，且将磁浮离心模块置于空调循环水和冷却水的上游，以有效提高磁浮离心模块的蒸发温度，且降低其冷凝温度，实现磁浮离心模块制冷系统热力循环运行参数的优化,有效降低了磁浮式离心压缩机的运行压缩比，从而大幅提高磁浮离心模块的制冷量和压缩机等熵效率，最终极大提高了机组的制冷运行能效。因此，本申请的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵夏季制冷时可充分利用磁浮离心式压缩机在低压缩比工况运行条件下无油压缩、满载制冷和综合部分负荷制冷能效高、容量调节范围广、噪声和维护成本低等优点，同时螺杆压缩模块在夏季制冷和冬季制热时均处于运行状态，可充分利用了螺杆式压缩机在高压缩比运行条件下可靠性高且压缩比工作范围广的特点。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制。在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本申请范围内。

Claims (10)

1.磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，包括螺杆压缩模块、磁浮离心模块、空调循环水和冷却排热模块，其特征在于：所述螺杆压缩模块包括与螺杆式压缩机(1)依次连接形成循环回路的第一逆止阀(2)、第一水冷冷凝器(3)、第一节流阀(4)、第一蒸发器(5)；第一逆止阀(2)与第一水冷冷凝器(3)之间的管路分支，分支的管路与翅片换热组件(6)相连接，翅片换热组件(6)包括至少两个并联的翅片换热单元，翅片换热单元包括四通阀、翅片式换热器、节流阀和逆止阀，翅片换热单元的四通阀接口c与第一逆止阀(2)的出口连接，翅片换热单元的四通阀接口b与翅片式换热器连接，翅片式换热器分别与对应的节流阀出口和逆止阀进口相连接，节流阀进口和逆止阀出口并接后再与第一电磁阀(8)的出口端连接，第一电磁阀(8)后的进口端与第一水冷冷凝器(3)和第一节流阀(4)之间的管路连接，各翅片换热单元的四通阀接口a并接后通过管路与气液分离器(7)和螺杆式压缩机(1)吸气口依次相连通；

所述磁浮离心模块包括与磁浮离心式压缩机(24)依次连接并形成回路的第二逆止阀(25)、第二水冷冷凝器(26)、第二节流阀(27)、第二蒸发器(28)；所述空调循环水和冷却排热模块包括冷却塔(30)，冷却塔(30)的冷却出水口通过管路依次连接第二水冷冷凝器(26)、第一水冷冷凝器(3)、冷却塔(30)的冷却进水口且在制冷时形成循环回路，空调循环水进水口通过管路依次连接第二蒸发器(28)、第一蒸发器(5)、空调循环水出水口且在制冷时形成循环回路，空调循环水进水口通过管路依次连接第二水冷冷凝器(26)、第一水冷冷凝器(3)、空调循环水出水口且在制热时形成循环回路。

2.根据权利要求1所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，其特征在于：所述翅片换热组件(6)包括第一翅片换热单元(61)、第二翅片换热单元(62)、第三翅片换热单元(63)、第四翅片换热单元(64)；第一翅片换热单元(61)包括第一翅片换热单元四通阀(611)、第一翅片式换热器(612)、第一翅片换热单元节流阀(613)和第一翅片换热单元逆止阀(614)；第二翅片换热单元(62)包括第二翅片换热单元四通阀(621)、第二翅片式换热器(622)、第二翅片换热单元节流阀(623)和第二翅片换热单元逆止阀(624)；第三翅片换热单元(63)包括第三翅片换热单元四通阀(631)、第三翅片式换热器(632)、第三翅片换热单元节流阀(633)和第三翅片换热单元逆止阀(634)；第四翅片换热单元(64)包括第四翅片换热单元四通阀(641)、第四翅片式换热器(642)、第四翅片换热单元节流阀(643)和第四翅片换热单元逆止阀(644)。

3.根据权利要求2所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，其特征在于：第一翅片换热单元四通阀(611)、第二翅片换热单元四通阀(621)、第三翅片换热单元四通阀(631)、第四翅片换热单元四通阀(641)的接口a并接后通过管路依次与气液分离器(7)和螺杆式压缩机(1)吸气口依次相连通，接口c并接后与第一逆止阀(2)的出口连接，接口b与则与其对应的翅片式换热器的气侧接口相连接。

4.根据权利要求1所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，其特征在于：所述冷却塔(30)的冷却出水口通过管路依次连接冷却水泵(31)、第二水冷冷凝器(26)、第一水冷冷凝器(3)、第二调节阀(32)、冷却塔(30)的冷却进水口。

5.根据权利要求1所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，其特征在于：所述空调循环水进水口通过管路依次连接第二蒸发器(28)、第一蒸发器(5)、第五调节阀(35)、空调循环水出水口。

6.根据权利要求1所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，其特征在于：所述空调循环水进水口和第二蒸发器(28)之间的管路设第一支路(9)，第一支路(9)另一端与第一蒸发器(5)和第五调节阀(35)之间的管路连接，第一支路(9)中设有第三调节阀(33)；第三调节阀(33)和第五调节阀(35)间的第一支路(9)再次分支设第二支路(10)，第二支路(10)另一端与冷却水泵(31)和第二水冷冷凝器(26)之间的管路相连接，第二支路(10)中设有第四调节阀(34)；第一水冷冷凝器(3)和第二调节阀(32)之间的管路与第五调节阀(35)和空调循环水出水口之间的管路由第三支路(11)直接连通，第三支路(11)中设有第九调节阀(29)。

7.根据权利要求1所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵，其特征在于：所述第二水冷冷凝器(26)和第一水冷冷凝器(3)的制冷剂侧完全独立，冷却水侧相互连接在一起，第二水冷冷凝器(26)和第一水冷冷凝器(3)通过管板用螺栓直接连接，从而在结构上连接成一个整体，或采用分离式结构，通过管路连接起来；第二蒸发器(28)和第一蒸发器(5)的制冷剂侧完全独立，空调循环水侧相互连接在一起，第二蒸发器(28)和第一蒸发器(5)通过管板用螺栓直接连接，从而在结构上连接成一个整体，或采用分离式结构，通过管路连接起来；所述第一蒸发器(5)和第二蒸发器(28)选自满液式蒸发器、降膜式蒸发器或其它类型的高效蒸发器；第一节流阀(4)采用具有完全关闭功能的电子膨胀阀或其它节流元件；调节阀采用电动调节阀、气动调节阀、手动调节阀或采用多种类型阀门的组合。

8.磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵的控制方法，其特征在于：当运行制冷模式时，磁浮离心模块的磁浮离心式压缩机(24)排出的高温高压气体制冷剂经第二逆止阀(25)进入第二水冷冷凝器(26)，制冷剂于第二水冷冷凝器(26)中与冷却水进行换热被冷凝为高压液体制冷剂，后经管路进入第二节流阀(27)被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂，后进入第二蒸发器(28)与来自空调循环水进水口的空调循环水进行换热，制冷剂蒸发为低压气体，后经低压气管回到磁浮离心式压缩机(24)，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环；同时，螺杆压缩模块的螺杆式压缩机(1)排出的高温高压气体制冷剂经第一逆止阀(2)进入第一水冷冷凝器(3)，制冷剂与流自第二水冷冷凝器(26)的冷却水进行换热被冷凝成高压液体制冷剂，后经管路进入第一节流阀(4)被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂，后进入第一蒸发器(5)与流自第二蒸发器(28)的空调循环水进行换热，制冷剂蒸发为低压气体制冷剂，后经低压气管回到螺杆式压缩机(1)，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环；空调循环水先被磁浮离心模块的低温低压制冷剂冷却离开第二蒸发器(28)，后流向螺杆压缩模块的第一蒸发器(5)继续被冷却，后经第五调节阀(35)流向空调循环水出水口；冷却水则吸收磁浮离心模块的高压制冷剂的冷凝热量后离开第二水冷冷凝器(26)，后流向螺杆压缩模块的第一水冷冷凝器(3)继续吸热，后经第二调节阀(32)流向冷却塔(30)，冷却水被流经冷却塔(30)的室外空气降温冷却后通过冷却水泵(31)再次输送至磁浮离心模块的第二水冷冷凝器(26)，如此反复循环；热泵机组根据室外气温、空调循环水温和空调负荷的变化控制磁浮离心式压缩机(24)、螺杆式压缩机(1)、第一节流阀(4)、第二节流阀(27)、冷却水泵(31)、冷却塔(30)各风机的运行状态和运行容量。

9.根据权利要求8所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵的控制方法，其特征在于：当运行制热模式时，螺杆式压缩机(1)排出的高温高压气体制冷剂经第一逆止阀(2)进入第一水冷冷凝器(3)，制冷剂与空调循环水进行换热，制冷剂冷凝过程中释放的热量排放给空调循环水后被冷凝成高压液体，第一水冷冷凝器(3)出口的高压液体制冷剂通过管路经过第一电磁阀(8)后进入翅片换热组件(6)，翅片换热组件(6)包括至少两个并联的的第一翅片换热单元(61)、第二翅片换热单元(62)、第三翅片换热单元(63)、第四翅片换热单元(64)，制冷剂分别经各翅片换热单元的节流阀被节流降压为低温低压的气液两相制冷剂，后分别进入对应的翅片换热单元的翅片式换热器，制冷剂与室外空气进行对流换热，吸收室外空气的热量后蒸发为低压气体，后分别流经对应的翅片换热单元的四通阀的接口b、接口a，汇集后流向气液分离器(7)，最终回到螺杆式压缩机(1)，重新被压缩为高温高压的气体制冷剂，如此反复循环；空调循环水吸收螺杆压缩模块高压制冷剂的冷凝热量后温度上升，后离开第一水冷冷凝器(3)，之后再经第九调节阀(29)流向空调循环水出水口以给空调系统末端设备提供采暖热水。

10.根据权利要求9所述的磁浮和螺杆复合式双冷源空气源热泵的控制方法，其特征在于：冬季当机组运行制热模式一段时间后，部分各翅片换热单元的翅片式换热器表面会出现结霜的情况，螺杆当某一个翅片换热单元的翅片式换热器需进行化霜时，螺杆式压缩机(1)排出的高温高压气体制冷剂经该翅片换热单元的四通阀进入结霜的翅片换热器，霜层融解且制冷剂被冷凝为高压液体，高压液体制冷剂后经该翅片换热单元的逆止阀与流自第一电磁阀(8)的主路高压液体制冷剂混合，进入与其并联的其他翅片换热单元，依次经节流阀、翅片式换热器、四通阀的接口b、接口a，汇集后流向气液分离器(7)，最后返回螺杆式压缩机(1)，当对部分翅片换热单元的翅片换热器化霜时，余下的翅片换热单元仍处于正常制热运行状态，机组仍可通过第一水冷冷凝器(3)对空调循环水进行加热，维持正常的供热能力。