专利名称：高效热泵冷冻机的制作方法
技术领域：
本发明系一种多组冷媒压缩循环的热泵冷冻机系统，更具体地说，涉及一种利用多重冷媒流量控制的多段冷媒热交换循环系统及冷媒压缩机增压系统，并以多组除霜系统补助蒸发器的作业，以在不同预设的低温下保持正常并高效率作业能力的热泵冷冻机。
背景技术：
热泵冷冻机于业界广泛使用在农工商牧各领域，尤其在食品冷冻，运输保存，化学工业，各类温控设备等方面。现有压缩机的种类规格频繁，并且普遍以作业温度区分为三大类别，高温型，中温型，低温型，其中又以各种压缩手段区分为活塞型，涡卷型，螺旋型等。
而目前各类热泵冷冻机系采用单一冷媒压缩循环，即冷媒经由压缩机加压到滤油器再到散热器释热量，再经膨胀阀，集液器，至蒸发器吸收热量，最后经过防液器再回到压缩机重复循环。
然而单一冷媒压缩循环因压缩机的固定压缩比造成作业温度上之限制，一般热泵冷冻机在超出系统作业范围时，其控制系统会采取停机或其它减轻负载的措施以避免损坏压缩机，因而无法提供完善的作业可靠性。
单一冷媒压缩循环又因凝结于蒸发器叶片间之冰霜可能造成整体系统超载，因此现有多用途的热泵冷冻机均付有反向压缩循环，电热除霜，或其它除霜装置使系统恢复正常付载。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述单一冷媒循环系统于不同付载下无法提供可靠的连续性作业能力以及作业范围有限的缺陷，提供一种能充分利用热量并在各种作业温度下能保持可靠的效率与连续作业性的多段式冷媒压缩循环的热泵冷冻机系统及控制手段。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案分成两类，其一系以动态控制的压缩机之进气压力来避免压缩机因空载而损坏，其二系以多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统来提供连续作业能力；上述两类技术方案可应作业范围之需求单独或合并使用。
压缩机之进气压力的动态控制系统的基本构造为一组高温型或中温型的压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，一组连接至前述散热器的蒸发器，一组控制散热器与蒸发器之间压力差的膨胀阀，一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，于压缩机冷媒入口端配置一组喷射增压帮浦，前述蒸发器将制冷作业后的冷媒导入前述喷射增压帮浦的低压进气端，最后冷媒由前述喷射增压帮浦出口端导回前述压缩机重复循环，此喷射增压帮浦利用压缩机出口端的高压冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使压缩机的入口端冷媒进气量提升，一组电磁阀依压缩机付载需求控制于压缩机出口端导入前述喷射增压帮浦的高压冷媒流量；喷射增压帮浦亦可以为无叶片的机械帮浦代替来达到同样的以压缩机冷媒出口的高压冷媒的进气增压效果。
压缩机之进气压力的动态控制系统可增加一组补助冷媒循环系统以提高整体系统的作业效率。
补助冷媒循环系统包括一组补助压缩机将冷媒压缩后导入主循环的散热器，一组第一热交换器吸收喷射增压帮浦的出口端与主循环的压缩机进气端之间的冷媒管线的热量，一组第二热交换器吸收主循环的膨胀阀与散热器之间的冷媒管线的热量；补助冷媒循环系统的完整循环流程由主循环中的散热器与第二热交换器之间分叉一条三通管线经过一组膨胀阀后进入第一热交换器，之后再连接至第二热交换器，然后由第二热交换器导回补助压缩机，冷媒经由补助压缩机压缩后再导入主循环中的散热器；经由第一热交换器与第二热交换器的主循环冷媒中的热量经补助压缩机压缩后被传导入散热器。
多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造为一组压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，两组以上连接至前述散热器的蒸发器，一组控制散热器至前述蒸发器的冷媒流量的膨胀阀，前述每一组蒸发器配置一组个别对应的除霜散热器，前述除霜散热器对其对应之散热器除霜时由压缩机出口端导入高压冷媒传导热量，前述每组蒸发器包含独自的流量控制阀，前述对应每组蒸发器的除霜散热器包含独自的流量控制阀；根据整体系统上设计用途的不同，导入前述除霜散热器的高压冷媒可视冷媒散热后液化程度有两种不同循环系统，其一为将经过除霜散热器的冷媒直接导入一组压力调节器再导回压缩机的进气端，其二为将经过除霜散热器的冷媒导入非除霜作业中的除霜散热器所对应的蒸发器中。
多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统可进一步衍生为独立的除霜冷媒循环系统，其基本构造分为主要冷媒循环系统与除霜冷媒循环系统。
主要循环系统包括一组压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，两组以上连接至前述散热器的蒸发器，前述每组蒸发器包含独自的流量控制阀，一组控制散热器至前述蒸发器的冷媒流量的膨胀阀，于前述散热器后端与前述膨胀阀前配置一组除霜热交换器。
除霜冷媒循环系统包括一组除霜用压缩机，两组以上除霜散热器个别对应前述在主要循环中的每一组蒸发器，前述除霜散热器对其对应之散热器除霜时由除霜用压缩机出口端导入高压冷媒，前述对应每组蒸发器的除霜散热器包含独自的流量控制阀，冷媒由除霜压缩机压缩后导入除霜散热器再经过一组膨胀阀后导入除霜热交换器吸收主要循环中的热量，最后冷媒将导回除霜压缩机重复循环；前述热交换器的作用为吸收主要循环系统中的热量再传导至除霜冷媒循环系统，而上述两个循环中的冷媒并非被混合，仅只有冷媒中的热量被传导。
在本发明所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统可包含两组以上的蒸发器及与其对应之除霜系统，但理论上需要至少总蒸发器数量一半以上保持制冷作业来维持散热器与除霜系统的作业能力；即整体系统设计若包含四组蒸发器，在除霜系统开启时至少需要两组蒸发器保持制冷作业以维持散热器与除霜系统所需能量。
在本发明所述的压缩机之进气压力的动态控制系统可包含多组串联的喷射增压帮浦及与其对应之流量控制阀；动态控制系统依压缩机的负载决定所需的增压量，进而将作业中蒸发器的出口端排出的冷媒在通过一段或数段串联的喷射增压帮浦时，以压缩机冷媒出口端的为动力源将由蒸发器导入的冷媒增压后，为动力源的冷媒与蒸发器导入的冷媒混合并进入压缩机冷媒入口端以此减低压缩机空载而损坏的机会。
本发明有益的效果系，由上述两类技术方案的互相配合或单独应用可连续保持蒸发器制冷与散热器作业能力，同时也可使固定压缩比的压缩机应用于多种温度范围，即高温型的压缩机可进一步同时应用于中温型或低温型压缩机所适用之温度范围，则中温型与低温型压缩机亦可应用在更低的作业温度范围，另外由于动态控制的压缩机进气增压亦可减低压缩机的机械损耗并延长压缩机寿命。
图1多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造与冷媒流动方向。
图2多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及独立式除霜冷媒循环系统的基本构造与冷媒流动方向。
图3包含两组蒸发器的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统的除霜作业行程时间范例。
图4包含压缩机进气压力动态控制系统的冷媒压缩循环系统的基本构造与冷媒流动方向。
图5包含压缩机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系统的冷媒压缩循环系统的基本构造与冷媒流动方向。
图6第二种包含压缩机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系统的冷媒压缩循环系统的基本构造与冷媒流动方向。
图7第二种多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造与冷媒流动方向。
图8包含压缩机进气压力动态控制系统的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造与冷媒流动方向。
图9包含除霜用压缩机的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造与冷媒流动方向。
图10包含多段串联压缩机进气压力动态控制系统的冷媒压缩循环系统的基本构造与冷媒流动方向。
具体实施例方式
下面将结合附图描述本发明所述的各种应用多组冷媒压缩循环的热泵系统的具体工作过程。
在以下实施例中，图标的冷媒流向指针为对应之控制阀门开启时的流动方向，当其对应之控制阀门关闭时，该冷媒管线并无冷媒流动。
图1所示为多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造，此系统包含一组主压缩机101，一组主散热器102，两组蒸发器即第一蒸发器106与第二蒸发器107，主要冷媒循环为冷媒经由主压缩机101压缩后导入主散热器102进行作业，再经过一组控制主散热器102与第一蒸发器106同第二蒸发器107之间的冷媒压力差的膨胀阀103，然后导入第一蒸发器106与第二蒸发器107进行制冷作业，最后导回主压缩机101重复循环；第一蒸发器控制阀104可控制导入第一蒸发器106的冷媒流量，第二蒸发器控制阀105可控制导入第二蒸发器107的冷媒流量；除霜系统的冷媒循环包括对应第一蒸发器106之第一除霜散热器109，对应第二蒸发器107之第二除霜散热器111，冷媒节流器112；当除霜时，除霜系统的冷媒循环为冷媒由压缩机出口端导入第一除霜散热器109或第二除霜散热器，之后导入冷媒节流器112，最后回到主压缩机101重复循环；第一除霜散热器控制阀108可控制导入第一除霜散热器109的冷媒流量，第二除霜散热器控制阀110可控制导入第二除霜散热器111的冷媒流量。
图1所示为多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的控制方法为当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为0度C以上时，第一蒸发器控制阀104与第二蒸发器控制阀105均为通路状态，第一蒸发器106与第二蒸发器107同时进行制冷作业；第一除霜散热器控制阀108与第二除霜散热控制阀110均为关闭状态。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为-7度C以上0度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度采取第一阶段多段式除霜；第一蒸发器控制阀104关闭，第二蒸发器控制阀105保持通路，主压缩机101持续作业，主散热器102持续作业，结于第一蒸发器106的冰霜因第一蒸发器106停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器106；第一蒸发器106除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀105关闭，第一蒸发器控制阀104保持通路，主压缩机101持续作业，主散热器102持续作业，结于第二蒸发器107的冰霜因第二蒸发器107停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器107，控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第一阶段多段式除霜除霜。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为-4度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度判断是否进入第二阶段除霜多段式除霜，如第一阶段多段式除霜不足以完全溶解凝结于蒸发器叶片上的冰霜时，控制系统采取第二阶段多段式除霜第一蒸发器控制阀104关闭，第二蒸发器控制阀105保持通路，主压缩机101持续作业，主散热器102持续作业，第二除霜散热器控制阀110为关闭，第一除霜散热器控制阀108为通路状态将由主压缩101机压缩后的冷媒导入第一除霜散热器109，结于第一蒸发器106的冰霜因停止制冷作业加上由第一除霜散热器109传导的热量而溶解并排离第一蒸发器106；第一蒸发器106除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀105关闭，第一蒸发器控制阀104为通路，主压缩机101持续作业，主散热器102持续作业，第一除霜散热器控制阀108为关闭，第二除霜散热器控制阀110为通路状态将由主压缩101机压缩后的冷媒导入第二除霜散热器111，结于第二蒸发器107的冰霜因停止制冷作业加上由第二除霜散热器111传导的热量而溶解并排离第二蒸发器107，控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第二阶段多段式除霜除霜。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜除霜，当第二段多段除霜无法尽除凝结于蒸发器叶片的冰霜，本发明可视应用环境采取第三阶段多段除霜；第三阶段多段除霜以第二段多段除霜为基础，在各别除霜散热器对其对应之蒸发器除霜时，增加一组电热除霜系统与该除霜散热器同步作业；第三阶段多段除霜作业时，主压缩机101与主散热器102持续作业；若冰霜仍无法溶解，主压缩机101将停止运作并以电热除霜系统溶解蒸发器叶片上的冰霜直到蒸发器恢复作业能力。
图2所示为多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及独立式除霜冷媒循环系统的基本构造，此系统包含主要冷媒循环系统与除霜冷媒循环系统。
主要循环系统包括一组主压缩机201，一组主散热器202，两组蒸发器即第一蒸发器206与第二蒸发器207，于主散热器202后端与膨胀阀203前配置一组除霜热交换器215，主要冷媒循环为冷媒经由主压缩机201压缩后导入主散热器进行作业，再经过一组控制主散热器202与第一蒸发器206同第二蒸发器207之间的冷媒压力差的膨胀阀203，然后导入第一蒸发器206与第二蒸发器207进行制冷作业，最后导回主压缩机201重复循环；第一蒸发器控制阀204可控制导入第一蒸发器206的冷媒流量，第二蒸发器控制阀205可控制导入第二蒸发器207的冷媒流量。
除霜冷媒循环系统包括一组除霜用压缩机214，对应第一蒸发器206之第一除霜散热器209，对应第二蒸发器207之第二除霜散热器211，除霜循环膨胀阀216，除霜热交换器215；冷媒由除霜用压缩机214出口端于除霜时导入第一除霜散热器206或第二除霜散热器207，再经过除霜循环膨胀阀216后导入除霜热交换器215吸收主要循环中的热量，最后回到除霜用压缩机214重复循环；第一除霜散热器控制阀208可控制导入第一除霜散热器209的冷媒流量，第二除霜散热器控制阀210可控制导入第二除霜散热器211的冷媒流量；除霜热交换器215的作用为吸收主要循环系统中的热量再传导至除霜冷媒循环系统，而主要循环与除霜冷媒循环中的冷媒并非被混合，仅只有冷媒中的热量被传导。
图2所示为多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及独立式除霜冷媒循环系统的控制方法为当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为0度C以上时，第一蒸发器控制阀204与第二蒸发器控制阀205均为通路状态，第一蒸发器206与第二蒸发器207同时进行制冷作业；除霜用压缩机214不激活，除霜冷媒循环系统为不流动状态。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为-7度C以上0度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度采取第一阶段多段式除霜；第一蒸发器控制阀204关闭，第二蒸发器控制阀205保持通路，主压缩机201持续作业，主散热器202持续作业，除霜用压缩机214不激活，除霜冷媒循环系统为不流动状态，结于第一蒸发器206的冰霜因第一蒸发器206停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器206；第一蒸发器206除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀205关闭，第一蒸发器控制阀204为通路，主压缩机201持续作业，主散热器202持续作业，结于第二蒸发器207的冰霜因第二蒸发器207停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器207，控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第一阶段多段式除霜除霜。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为-4度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度判断是否进入第二阶段除霜多段式除霜，如第一阶段多段式除霜不足以完全溶解凝结于蒸发器叶片上的冰霜时，控制系统采取第二阶段多段式除霜第一蒸发器控制阀204关闭，第二蒸发器控制阀205保持通路，主压缩机201持续作业，主散热器202持续作业，除霜用压缩机214开始作业，第二除霜散热器控制阀210为关闭，第一除霜散热器控制阀208为通路状态并将由除霜用压缩机214压缩后的冷媒导入第一除霜散热器209，结于第一蒸发器206的冰霜因停止制冷作业加上由第一除霜散热器209传导的热量而溶解并排离第一蒸发器206；第一蒸发器206除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀205关闭，第一蒸发器控制阀204为通路，主压缩机201持续作业，主散热器202持续作业，第一除霜散热器控制阀208为关闭，第二除霜散热器控制阀210为通路状态并将由除霜用压缩机214压缩后的冷媒导入第二除霜散热器211，结于第二蒸发器207的冰霜因停止制冷作业加上由第二除霜散热器211传导的热量而溶解并排离第二蒸发器207，控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第二阶段多段式除霜除霜；第二阶段多段式除霜时，通过第一除霜散热器209与第二除霜散热器211的冷媒经过除霜循环膨胀阀216后导入霜热交换器215吸收主要循环中的热量，最后导回除霜用压缩机重复循环。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜除霜，当第二段多段除霜无法尽除凝结于蒸发器叶片的冰霜，本发明可视应用环境采取第三阶段多段除霜；第三阶段多段除霜以第二段多段除霜为基础，在各别除霜散热器对其对应之蒸发器除霜时，增加一组电热除霜系统与该除霜散热器同步作业；第三阶段多段除霜作业时，主压缩机201与主散热器202持续作业；若冰霜仍无法溶解，主压缩机201将停止运作并以电热除霜系统溶解蒸发器叶片上的冰霜直到蒸发器恢复作业能力。
图2所示冷媒压缩循环系统可增加一组由除霜用压缩机214出口端连接至主散热器202入口端的冷媒旁路管线，以及一组由主散热器202出口端连接至霜循环膨胀阀216入口端的冷媒旁路管线，此两组旁路管线各包含一组电磁阀；当冷媒压缩循环系统需进行除霜作业时，前述两组旁路管线均为关闭，主要循环与除霜冷媒循环不混合；当冷媒压缩循环系统无须除霜作业时，前述两组旁路管线为通路，第一除霜散热器控制阀208与第二除霜散热器控制阀210均为关闭，无冷媒被导入第一除霜散热器209与第二除霜散热器211，除霜循环中的冷媒由除霜用压缩机214压缩后经由旁路冷媒管线导入主散热器202，主散热器202出口端的部分冷媒再由旁路冷媒管线导入除霜循环膨胀阀216入口端，并冷却除霜热交换器215中的冷媒，以此利用除霜冷媒循环与除霜用压缩机214于非除霜作业时降低蒸发器中的冷媒蒸发温度。
图4所示为包含压缩机进气压力动态控制系统的冷媒压缩循环系统的基本构造，此系统可补助上述多组冷媒循环系统并保护压缩机作业，因此为使说明明确，此系统仅以一组蒸发器及一组喷射增压帮浦说明，此系统包括一组主压缩机401，一组连接至主压缩机401的主散热器402，一组连接至主散热器402的蒸发器404，一组控制主散热器402与蒸发器404之间压力差的膨胀阀403，一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，于主压缩机401冷媒入口端配置一组喷射增压帮浦406，蒸发器404将制冷作业后的冷媒导入喷射增压帮浦406的低压进气端，最后冷媒由喷射增压帮浦406出口端导回压缩机401重复循环，此喷射增压帮浦406利用主压缩机401出口端的高压冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使主压缩机401的入口端冷媒进气量提升，一组增压流量控制阀405依主压缩机401付载需求控制于主压缩机401出口端导入喷射增压帮浦406的高压冷媒流量。
喷射增压帮浦亦可以为无叶片的机械帮浦代替来达到同样的以主压缩机401冷媒出口的高压冷媒的进气增压效果。
图4所示压缩机进气压力动态控制系统的基本控制方法为，当蒸发器404出口端的冷媒蒸发压力足以提供主压缩机401所需的冷媒进气量时，增压流量控制阀405为关闭状态，无冷媒由主压缩机401的出口端导入喷射增压帮浦406；当蒸发器404出口端的冷媒蒸发压力不足以提供主压缩机401所需的冷媒进气量并造成主压缩机401空载而降低压缩输出，增压流量控制阀405开启并导入少量由主压缩机401压缩后的冷媒进入喷射增压帮浦406，射增压帮浦406以同过增压流量控制阀405导入的冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使由蒸发器404导入的冷媒进气量与压力提升，最后为动力源的冷媒与蒸发器404导入的冷媒混合并进入主压缩机401冷媒入口端使主压缩机401恢复正常负载量；同时也可达到降低系统的冷媒蒸发温度的效果。
图4所示之主压缩机401若为高温型，则增压流量控制阀405约在蒸发温度5度C以上均为关闭，当蒸发温度降低为5度C以下后，增压流量控制阀405将适量导通引入需要的高压冷媒为动力源；中温型与低温型的压缩机均可以类似的控制方式应用。
图5所示为包含压缩机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系统的冷媒压缩循环系统的基本构造，此系统包括两个冷媒循环系统。
主要冷媒循环系统为一组主压缩机501，一组连接至主压缩机501的主散热器503，一组连接至主散热器503的蒸发器504，一组控制主散热器503与蒸发器504之间压力差的膨胀阀509，一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，于主压缩机501冷媒入口端配置一组喷射增压帮浦507，蒸发器504将制冷作业后的冷媒导入喷射增压帮浦507的低压进气端，最后冷媒由喷射增压帮浦507出口端导回压缩机501重复循环，此喷射增压帮浦507利用主压缩机501出口端的高压冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使主压缩机501的入口端冷媒进气量提升，一组增压流量控制阀508依主压缩机501付载需求控制于主压缩机501出口端导入喷射增压帮浦507的高压冷媒流量。
补助冷媒循环系统为一组副压缩机502，一组连接至副压缩机502的副散热器511，一组第一热交换器505吸收于喷射增压帮浦507出口端连接至主压缩机501进气端冷媒管线的热量，一组第二热交换器506吸收于主散热器503出口端连接至膨胀阀509之间的冷媒管线的热量；冷媒由副压缩机502压缩后导入副散热器中，经过一组副膨胀阀510后导入第一热交换器505与第二热交换器506吸收主要冷媒循环的热量，最后导回副压缩机502重复循环。
图5所示的冷媒压缩循环系统的控制方法与图4的缩机进气压力动态控制系大致相同，但补助冷媒系统只在喷射增压帮浦507开始增压后作业，即主要冷媒循环系统无须进气增压时，副压缩机502不作业；当喷射增压帮浦507开始作业后，副压缩机开始作业，副散热器511和主散热器503同时作业。
图6所示为第二种包含压缩机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系统的冷媒压缩循环系统的基本构，此循环系统由图5所示的循环系统衍生并合并前述主要冷媒循环与补助冷媒循环。
主要冷媒循环系统为一组主压缩机601，一组连接至主压缩机601的主散热器603，一组连接至主散热器603的蒸发器604，一组控制主散热器603与蒸发器604之间压力差的主膨胀阀609，一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，于主压缩机601冷媒入口端配置一组喷射增压帮浦607，蒸发器604将制冷作业后的冷媒导入喷射增压帮浦607的低压进气端，最后冷媒由喷射增压帮浦607出口端导回主压缩机601重复循环，此喷射增压帮浦607利用主压缩机601出口端的高压冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使主压缩机601的入口端冷媒进气量提升，一组增压流量控制阀608依主压缩机601付载需求控制于主压缩机601出口端导入喷射增压帮浦607的高压冷媒流量。
补助冷媒循环系统为一组副压缩机602，副压缩机602的冷媒出口端连接回主要冷媒循环系统的主散热器603入口端，之后由主散热器出口端分叉一组冷媒管线将冷媒导入副膨胀阀610；一组第一热交换器605吸收于喷射增压帮浦607出口端连接至主压缩机601进气端冷媒管线的热量，一组第二热交换器606吸收于主散热器603出口端连接至膨胀阀609之间的冷媒管线的热量；冷媒由副压缩机602压缩后导回主散热器603中，经过一组副膨胀阀610后导入第一热交换器605与第二热交换器606吸收主要冷媒循环的热量，最后导回副压缩机602重复循环。
图6所示的冷媒压缩循环系统的控制方法与图5的缩机进气压力动态控制系大致相同，但补助冷媒系统只在喷射增压帮浦607开始增压后作业，即主要冷媒循环系统无须进气增压时，副压缩机602不作业；当喷射增压帮浦607开始作业后，副压缩机开始作业，副散热器611和主散热器603同时作业。
图7所示为第二种多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造，此系统包含一组主压缩机701，一组主散热器702，两组蒸发器即第一蒸发器703与第二蒸发器704，主要冷媒循环为冷媒经由主压缩机701压缩后导入主散热器702中，再经过一组控制主散热器702与第一蒸发器703同第二蒸发器704之间的冷媒压力差的膨胀阀707，然后导入第一蒸发器703与第二蒸发器704进行制冷作业，最后导回主压缩机701重复循环；第一蒸发器控制阀712可控制导入第一蒸发器703的冷媒流量，第二蒸发器控制阀711可控制导入第二蒸发器704的冷媒流量；除霜系统的冷媒循环包括对应第一蒸发器703之第一除霜散热器705，对应第二除霜散热器704之第二除霜散热器706，第一压力调整阀721，第二压力调整阀722；第一除霜散热器705的出口端连接至第一压力调整阀721，再连接至第二蒸发器704的入口端；第二除霜散热器706的出口端连接至第二压力调整阀722，再连接至第一蒸发器703的入口端；第一除霜散热器控制阀714可控制导入第一除霜散热器705的冷媒流量，第二除霜散热器控制阀713可控制导入第二除霜散热器706的冷媒流量。
图7所示的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的控制方法为当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为0度C以上时，第一蒸发器控制阀712与第二蒸发器控制阀711均为通路状态，第一蒸发器703与第二蒸发器704同时进行制冷作业；第一除霜散热器控制阀714与第二除霜散热控制阀713均为关闭状态。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为-7度C以上0度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度采取第一阶段多段式除霜；第一蒸发器控制阀712关闭，第二蒸发器控制阀711保持通路，主压缩机701持续作业，主散热器702持续作业，结于第一蒸发器703的冰霜因第一蒸发器703停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器703；第一蒸发器703除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀711关闭，第一蒸发器控制阀712保持通路，主压缩机701持续作业，主散热器702持续作业，结于第二蒸发器704的冰霜因第二蒸发器704停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器704，控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第一阶段多段式除霜除霜。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为-4度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度判断是否进入第二阶段除霜多段式除霜，如第一阶段多段式除霜不足以完全溶解凝结于蒸发器叶片上的冰霜时，控制系统采取第二阶段多段式除霜第一蒸发器控制阀712关闭，第二蒸发器控制阀711保持通路，主压缩机701持续作业，主散热器702持续作业，第二除霜散热器控制阀713为关闭，第一除霜散热器控制阀714为通路状态将由主压缩机701压缩后的冷媒导入第一除霜散热器705，结于第一蒸发器703的冰霜因停止制冷作业加上由第一除霜散热器705传导的热量而溶解并排离第一蒸发器703，通过第一除霜散热器705的冷媒经过第一压力调整阀721后导入第二蒸发器704；第一蒸发器703除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀711关闭，第一蒸发器控制阀712为通路，主压缩机701持续作业，主散热器702持续作业，第一除霜散热器控制阀714为关闭，第二除霜散热器控制阀713为通路状态将由主压缩机701压缩后的冷媒导入第二除霜散热器706，结于第二蒸发器704的冰霜因停止制冷作业加上由第二除霜散热器706传导的热量而溶解并排离第二蒸发器704，通过第二除霜散热器704的冷媒经过第二压力调整阀722后导入第一蒸发器703；控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第二阶段多段式除霜除霜。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜除霜，当第二段多段除霜无法尽除凝结于蒸发器叶片的冰霜，本发明可视应用环境采取第三阶段多段除霜；第三阶段多段除霜以第二段多段除霜为基础，在各别除霜散热器对其对应之蒸发器除霜时，增加一组电热除霜系统与该除霜散热器同步作业；第三阶段多段除霜作业时，主压缩机701与主散热器702持续作业；若冰霜仍无法溶解，主压缩机701与主散热器702将停止运作并以电热除霜系统溶解蒸发器叶片上的冰霜直到蒸发器恢复作业能力。
图9所示为包含除霜用压缩机的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造，此系统包含一组主压缩机901，一组主散热器902，两组蒸发器即第一蒸发器903与第二蒸发器904，主要冷媒循环为冷媒经由主压缩机901压缩后导入主散热器902进行作业，再经过一组控制主散热器902与第一蒸发器903同第二蒸发器904之间的冷媒压力差的膨胀阀907，然后导入第一蒸发器903与第二蒸发器904进行制冷作业，最后导回主压缩机901重复循环；第一蒸发器控制阀912可控制导入第一蒸发器903的冷媒流量，第二蒸发器控制阀911可控制导入第二蒸发器904的冷媒流量。
除霜系统的冷媒循环包括一组除霜用压缩机960，对应第一蒸发器903之第一除霜散热器905，对应第二蒸发器904之第二除霜散热器906，除霜用压缩机960由第一蒸发器903与第二蒸发器904的出口端导入冷媒；第一除霜散热器905的出口端连接至第一压力调整阀921，再连接至第二蒸发器904的入口端；第二除霜散热器906的出口端连接至第二压力调整阀922，再连接至第一蒸发器903的入口端；第一除霜散热器控制阀914可控制导入第一除霜散热器905的冷媒流量，第二除霜散热器控制阀913可控制导入第二除霜散热器906的冷媒流量。
图9所示的包含除霜用压缩机的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的控制方法为当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为0度C以上时，第一蒸发器控制阀912与第二蒸发器控制阀911均为通路状态，第一蒸发器903与第二蒸发器904同时进行制冷作业；除霜用压缩机不作业，第一除霜散热器控制阀914与第二除霜散热控制阀913均为关闭状态。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为-7度C以上0度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度采取第一阶段多段式除霜；除霜用压缩机不作业，第一蒸发器控制阀912关闭，第二蒸发器控制阀911保持通路，主压缩机901持续作业，主散热器902持续作业，结于第一蒸发器903的冰霜因第一蒸发器903停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器903；第一蒸发器903除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀911关闭，第一蒸发器控制阀912保持通路，主压缩机901持续作业，主散热器902持续作业，结于第二蒸发器904的冰霜因第二蒸发器904停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器904，控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第一阶段多段式除霜除霜。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为-4度C以下时，控制系统依蒸发器的作业环境湿度与结霜程度判断是否进入第二阶段除霜多段式除霜，如第一阶段多段式除霜不足以完全溶解凝结于蒸发器叶片上的冰霜时，控制系统采取第二阶段多段式除霜除霜用压缩机960开始作业，第一蒸发器控制阀912关闭，第二蒸发器控制阀911保持通路，主压缩机901持续作业，主散热器902持续作业，第二除霜散热器控制阀913保持关闭，第一除霜散热器控制阀914为通路状态将由除霜用压缩机960压缩后的冷媒导入第一除霜散热器905，结于第一蒸发器903的冰霜因停止制冷作业加上由第一除霜散热器905传导的热量而溶解并排离第一蒸发器903，通过第一除霜散热器905的冷媒经过第一压力调整阀921后导入第二蒸发器904；第一蒸发器903除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀911关闭，第一蒸发器控制阀912为通路，主压缩机901持续作业，主散热器902持续作业，除霜用压缩机960继续作业，第一除霜散热器控制阀914为关闭，第二除霜散热器控制阀913为通路状态将由除霜用压缩机960压缩后的冷媒导入第二除霜散热器906，结于第二蒸发器904的冰霜因停止制冷作业加上由第二除霜散热器906传导的热量而溶解并排离第二蒸发器904，通过第二除霜散热器906的冷媒经过第二压力调整阀922后导入第一蒸发器903；控制系统之后视结霜程度决定是否继续以第二阶段多段式除霜除霜。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜除霜，当第二段多段除霜无法尽除凝结于蒸发器叶片的冰霜，本发明可视应用环境采取第三阶段多段除霜；第三阶段多段除霜以第二段多段除霜为基础，在各别除霜散热器对其对应之蒸发器除霜时，增加一组电热除霜系统与该除霜散热器同步作业；第三阶段多段除霜作业时，主压缩机901与主散热器902持续作业；若冰霜仍无法溶解，主压缩机901与主散热器902将停止运作并以电热除霜系统溶解蒸发器叶片上的冰霜直到蒸发器恢复作业能力。
图9所示的冷媒压缩循环系统可增加一组由除霜用压缩机960出口端连接至主散热器902的旁路冷媒管线及控制该管线通路的电磁阀；当系统需要进行第二段多端除霜作业时，前述旁路冷媒管线为关闭；当系统无须进行第二段多端除霜作业时，前述旁路冷媒管线为通路，所有除霜散热器的流量控制阀均为关闭，除霜用压缩机960可将压缩后的冷媒导入主散热器902，以提升除霜用压缩机960的使用率。
图8所示为包含压缩机进气压力动态控制系统的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统及除霜系统的基本构造，此系统为图7所示之多组冷媒循环系统以图4所压缩机进气压力系统补助后，使压缩机可在不同预设的作业温度下可靠的持续运作；当系统在进行第一段多段除霜或第二段多段除霜作业中，压缩机801的进气端因部分蒸发器停止作业而造成进气压力下降，而压缩机进气增压系统可在第一段多段除霜与第二段多段除霜作业时适量导通增压流量控制阀851使压缩机801的进气压力回复并恢复正常负载；压缩机进气增压系统以冷媒蒸发温度与压缩机负载判断所需之进气增压量，压缩机进气增压系统一般设计为蒸发器温度低于0度C后开始运作，冷媒蒸发温度在0度以上应不需增压。
图10所示为包含多段串联增压进气的多组动态冷媒循环系统，各段增压用的喷射增压帮浦可个别因增压需求量动作。
图1，图2，图3，图7，图8，图9，图10所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统可增加一组以上的蒸发器及与其对应之除霜系统，但理论上需要至少总蒸发器数量一半以上保持制冷作业来维持散热器与除霜系统的作业能力；即整体系统设计若包含四组蒸发器，在除霜系统开启时至少需要两组蒸发器保持制冷作业以维持散热器与除霜系统所需能量。
于图1，图2，图3，图7，图8，图9，图10所述的除霜散热器与其对应之蒸发器可制作为一体并共享散热叶片和组装固定配件。
图5与图6均为一种图4所述的增压进气系统之变化，因此图5与图6所述的增压进气系统均可与图1，图2，图3，图7，图8，图9，图10中的多组动态冷媒流量控制合并使用。
权利要求
1.一种热泵冷媒循环系统，其特征在于，冷媒循环系统包含动态控制的压缩机进气增压系统，基本构造包括一组压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，一组以上连接至前述散热器的蒸发器，一组以上控制散热器与蒸发器之间压力差的膨胀阀，一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，于压缩机冷媒入口端配置一组喷射增压帮浦，前述蒸发器将制冷作业后的冷媒导入前述喷射增压帮浦的低压进气端，最后冷媒由前述喷射增压帮浦出口端导回前述压缩机重复循环，此喷射增压帮浦利用压缩机出口端的高压冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使压缩机的入口端冷媒进气量提升，一组电磁阀依压缩机付载需求控制于压缩机出口端导入前述喷射增压帮浦的高压冷媒流量；喷射增压帮浦亦可以为无叶片的机械帮浦代替来达到同样的以压缩机冷媒出口的高压冷媒的进气增压效果。
2.一种热泵冷媒循环系统，其特征在于，冷媒循环系统包括压缩机动态进气增压系统，冷媒循环系统可分成主要循环系统与补助循环系统；主要循环系统基本构造包括一组压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，一组以上连接至前述散热器的蒸发器，一组以上控制散热器与蒸发器之间压力差的膨胀阀，一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，于压缩机冷媒入口端配置一组喷射增压帮浦，前述蒸发器将制冷作业后的冷媒导入前述喷射增压帮浦的低压进气端，最后冷媒由前述喷射增压帮浦出口端导回前述压缩机重复循环，此喷射增压帮浦利用压缩机出口端的高压冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使压缩机的入口端冷媒进气量提升，一组电磁阀依压缩机付载需求控制于压缩机出口端导入前述喷射增压帮浦的高压冷媒流量；补助循环系统基本构造包括一组补助压缩机将冷媒压缩后导入主循环的散热器，一组第一热交换器吸收喷射增压帮浦的出口端与主循环的压缩机进气端之间的冷媒管线的热量，一组第二热交换器吸收主循环的膨胀阀与散热器之间的冷媒管线的热量；补助冷媒循环系统的完整循环流程由主循环中的散热器与第二热交换器之间分叉一条三通管线经过一组膨胀阀后进入第一热交换器，之后再连接至第二热交换器，然后由第二热交换器导回补助压缩机，冷媒经由补助压缩机压缩后再导入主循环中的散热器；经由第一热交换器与第二热交换器的主循环冷媒中的热量经补助压缩机压缩后被传导入散热器；前述喷射增压帮浦亦可以为无叶片的机械帮浦代替来达到同样的以压缩机冷媒出口的高压冷媒的进气增压效果。
3.一种热泵冷媒循环系统，其特征在于，冷媒循环系统包括多组动态冷媒流量控制的除霜系统；基本构造为一组压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，两组以上连接至前述散热器的蒸发器，一个以上控制散热器至前述蒸发器的冷媒流量的膨胀阀，前述每一组蒸发器配置一组个别对应的除霜散热器，前述除霜散热器对其对应之散热器除霜时由压缩机出口端导入高压冷媒传导热量，前述每组蒸发器包含独自的流量控制阀，前述对应每组蒸发器的除霜散热器包含独自的流量控制阀；经过除霜散热器的冷媒将导入一组压力调节器后，再导回压缩机的进气端重复循环；基本作业中的冷媒由主压缩机压缩后，导入散热器作业，再导入非除霜作业中的蒸发器制冷作业，最后导回主压缩机重复循环；此系统进行除霜作业时，前述压缩机与散热器持续作业，至少一组蒸发器仍可持续制冷作业。
4.一种热泵冷媒循环系统，其特征在于，冷媒循环系统包括多组动态冷媒流量控制的除霜系统；基本构造为一组压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，两组以上连接至前述散热器的蒸发器，一个以上控制散热器至前述蒸发器的冷媒流量的膨胀阀，前述每一组蒸发器配置一组个别对应的除霜散热器，前述除霜散热器对其对应之散热器除霜时由压缩机出口端导入高压冷媒传导热量，前述每组蒸发器包含独自的流量控制阀，前述对应每组蒸发器的除霜散热器包含独自的流量控制阀；经过除霜散热器的冷媒将导入非除霜作业中的蒸发器入口端重复循环；基本作业中的冷媒由压缩机压缩后，导入散热器作业，再导入非除霜作业中的蒸发器制冷作业，最后导回压缩机重复循环；此系统进行除霜作业时，前述压缩机与散热器持续作业，至少一组蒸发器仍可持续制冷作业。
5.一种热泵冷媒循环系统，其特征在于，冷媒循环系统包括多组动态冷媒流量控制的除霜系统，前述除霜系统为独立的冷媒循环系统并不与主要循环系统中的冷媒混合主要循环系统包括一组主压缩机，连接至前述主压缩机的散热器，两组以上连接至前述散热器的蒸发器，前述每组蒸发器包含独自的流量控制阀，散热器至前述每组蒸发器的膨胀阀，于前述散热器后端与前述膨胀阀前配置一组除霜热交换器，传导主循环系统的热能到除霜冷媒循环系统；除霜冷媒循环系统包括一组除霜用压缩机，两组以上除霜散热器个别对应前述在主要循环中的每一组蒸发器，前述除霜散热器对其对应之散热器除霜时由除霜用压缩机出口端导入高压冷媒，前述对应每组蒸发器的除霜散热器包含独自的流量控制阀，冷媒由除霜用压缩机压缩后导入除霜散热器再经过一个以上的膨胀阀后导入除霜热交换器吸收主要循环中的热量，最后冷媒将导回除霜用压缩机重复循环；前述热交换器的作用为吸收主要循环系统中的热量再传导至除霜冷媒循环系统，而上述两个循环中的冷媒并非被混合，仅只有冷媒中的热量被传导；基本作业中的冷媒由主压缩机压缩后，导入散热器作业，再导入非除霜作业中的蒸发器制冷作业，最后导回主压缩机重复循环；此系统进行除霜作业时，前述主压缩机与散热器持续作业，至少一组蒸发器仍可持续制冷作业。
6.一种热泵冷媒循环系统，其特征在于，冷媒循环系统包括多组动态冷媒流量控制的除霜系统及独立作业的除霜用压缩机；基本构造为一组主压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，两组以上连接至前述散热器的蒸发器，一个以上控制散热器至前述蒸发器的冷媒流量的膨胀阀，一组只于除霜作业中运作的除霜用压缩机，前述每一组蒸发器配置一组个别对应的除霜散热器；前述除霜散热器对其对应之散热器除霜时由前述除霜用压缩机的出口端导入高压冷媒传导热量，前述每组蒸发器包含独自的流量控制阀，前述对应每组蒸发器的除霜散热器包含独自的流量控制阀；基本作业中的冷媒由主压缩机压缩后，导入散热器作业，再导入非除霜作业中的蒸发器制冷作业，最后导回主压缩机重复循环；进行除霜作业时，部分通过作业中蒸发器的冷媒将被导入除霜用压缩机，经过除霜散热器的冷媒将导入非除霜作业中的蒸发器入口端重复循环；此系统进行除霜作业时，前述压缩机与散热器持续作业，至少一组蒸发器仍可持续制冷作业。
7.一种热泵冷媒循环系统，其特征在于，冷媒循环系统包括多组动态冷媒流量控制的除霜系统并以动态进气增压系统补助；基本构造为一组压缩机，一组连接至前述压缩机的散热器，两组以上连接至前述散热器的蒸发器，一个以上控制散热器至前述蒸发器的冷媒流量的膨胀阀，前述每一组蒸发器配置一组个别对应的除霜散热器，前述除霜散热器对其对应之散热器除霜时由压缩机出口端导入高压冷媒传导热量，前述每组蒸发器包含独自的流量控制阀，前述对应每组蒸发器的除霜散热器包含独自的流量控制阀；经过除霜散热器的冷媒将导入非除霜作业中的蒸发器入口端重复循环；进气增压系统包括一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，一组于压缩机冷媒入口端配置的喷射增压帮浦，前述作业中的蒸发器将制冷作业后的冷媒导入前述喷射增压帮浦的低压进气端，最后冷媒由前述喷射增压帮浦出口端导回前述压缩机重复循环；前述喷射增压帮浦利用压缩机出口端的高压冷媒为动力推动于增压帮浦之叶片并产生压力使压缩机的入口端冷媒进气量提升，一组电磁阀依压缩机付载需求控制于压缩机出口端导入前述喷射增压帮浦的高压冷媒流量基本作业中的冷媒由压缩机压缩后，导入散热器作业，再导入非除霜作业中的蒸发器制冷作业，最后导回压缩机重复循环；本系统进行除霜作业时，进气增压系统将开启使压缩机不因蒸发器工作量减少而空载，同时压缩机与散热器持续作业，至少一组蒸发器仍可持续制冷作业；当蒸发器的冷媒蒸发温度为0度C以上时，进气增压系统不作业.
8.根据权利要求3-7任何一项所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统，其特征在于，可增加一组以上的蒸发器及与其对应之除霜系统，当部分蒸发器进行除霜作业时，至少总蒸发器数量一半以上保持制冷作业来维持散热器与除霜系统的作业能力。
9.根据权利要求3-7任何一项所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统，其特征在于，除霜控制可增加第三阶段多段除霜；第三阶段多段除霜以第二段多段除霜为基础，在各别除霜散热器对其对应之蒸发器除霜时，增加一组电热除霜系统与该除霜散热器同步作业；第三阶段多段除霜作业时，主压缩机与主散热器持续作业；若冰霜仍无法溶解，主压缩机与主散热器将停止运作并以电热除霜系统溶解蒸发器叶片上的冰霜直到蒸发器恢复作业能力。
10.根据权利要求3-7任何一项所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压缩循环系统，其特征在于，除霜散热器与其对应之蒸发器可制作为一体并共享散热叶片和组装固定配件。
11.根据权利要求3-6任何一项所述的多组动态冷媒流量控制，其特征在于，可应适用范围的不同，而以权利要求1所述的压缩机进气增压系统补助除霜系统，同时也可降低整体系统的冷媒蒸发温度；压缩机进气增压系也可应适用范围的需要增加多段串联的喷射增压帮浦，各段增压用的喷射增压帮浦可个别因增压需求量动作。
全文摘要
本发明系一种使用多段冷媒压缩循环的热泵系统，利用多组电磁阀与膨胀阀对多段连续作业冷媒循环系统，冷媒压缩机增压系统，多段除霜系统和多组蒸发器的互相配合及控制使本发明的冷媒压缩循环热泵系统达到高冷冻作业效率以及可靠地连续作业能力。
文档编号F25B41/00GK1847753SQ20061007478
公开日2006年10月18日 申请日期2006年4月11日 优先权日2005年4月12日
发明者胡龙潭 申请人:胡龙潭