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縮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縮机增压系统， 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。现有压縮机的种类规格频繁，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，其中又以各种压縮手 段区分为活塞型，涡巻型，螺旋型等。
而目前各类热泵冷冻机系采用单一冷媒压縮循环，即冷媒经由压縮机加压 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縮机重复循环。
然而单一冷媒压縮循环因压縮机的固定压縮比造成作业温度上的限制，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縮机，因而无法提供完善的作业可靠性。
单一冷媒压縮循环又因凝结于蒸发器叶片间的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縮循环，电热除霜，或其它除 霜装置使系统恢复正常负载。
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负载下 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 縮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，其一是以动态控制的 压縮机的进气压力来避免压縮机因空载而损坏，其二是以多组动态冷媒流量控
制的冷媒压縮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 应作业范围的需求单独或合并使用。
压縮机的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 压縮机， 一组连接至前述压縮机的散热器， 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，于压縮机冷媒入口端配置一组喷射增压泵，前述蒸发器将制冷 作业后的冷媒导入前述喷射增压泵的低压进气端，最后冷媒由前述喷射增压泵 出口端导回前述压縮机重复循环，此喷射增压泵利用压縮机出口端的高压冷媒 为动力推动于增压泵的叶片并产生压力使压縮机的入口端冷媒进气量提升，一 组电磁阀依压縮机负载需求控制于压缩机出口端导入前述喷射增压泵的高压 冷媒流量；喷射增压泵亦可以为无叶片的机械泵代替来达到同样的以压縮机冷 媒出口的高压冷媒的进气增压效果。
压縮机的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縮机将冷媒压縮后导入主循环的散热 器， 一组第一热交换器吸收喷射增压泵的出口端与主循环的压縮机进气端之间 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縮机，冷媒经由补助压 縮机压縮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
6循环冷媒中的热量经补助压縮机压縮后被传导入散热器。
多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮循环系统及除霜系统的基本构造为一 组压縮机， 一组连接至前述压縮机的散热器，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的散热器除霜时由 压縮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 器再导回压縮机的进气端，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縮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 一组压縮机， 一组连接至前述压縮机的散热器，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 一组除霜用压縮机，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的散热器除霜 时由除霜用压縮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，冷媒由除霜压縮机压縮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縮机 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縮循环系统可包含两组 以上的蒸发器及与其对应的除霜系统，但理论上需要至少总蒸发器数量一半以
7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的进气压力的动态控制系统可包含多组串联的喷 射增压泵及与其对应的流量控制阀；动态控制系统依压縮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 射增压泵时，以压縮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縮机冷媒入口端以此减低 压縮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，同时也可使固定压縮比的压縮机应用于多 种温度范围，即高温型的压縮机可进一步同时应用于中温型或低温型压縮机所 适用的温度范围，则中温型与低温型压縮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縮机进气增压亦可减低压縮机的机械损耗并延长压縮 机寿命。
图1:多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮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縮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縮循环系统的除
霜作业行程时间范例。
图4:包含压縮机进气压力动态控制系统的冷媒压縮循环系统的基本构造 与冷媒流动方向。
图5:包含压縮机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系统的冷媒压縮 循环系统的基本构造与冷媒流动方向。
图6:第二种包含压縮机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系统的冷媒压縮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縮循环系统及除霜系统的基 本构造与冷媒流动方向。
图8:包含压縮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 压縮循环系统及除霜系统的基本构造与冷媒流动方向。
图9:包含除霜用压縮机的多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮循环系统及 除霜系统的基本构造与冷媒流动方向。
图10:包含多段串联压縮机进气压力动态控制系统的冷媒压縮循环系统 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縮循环的热泵系 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的控制阀门开启时的流动方 向，当其对应的控制阀门关闭时，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縮循环系统及除霜系统的基 本构造，此系统包含 一组主压縮机10 1， 一组主散热器10 2，两组蒸发
器即第一蒸发器l 0 6与第二蒸发器1 0 7，主要冷媒循环为冷媒经由主压縮
机1 Q 1压縮后导入主散热器1 0 2进行作业，再经过一组控制主散热器1 0 2与第一蒸发器1 0 6同第二蒸发器1 0 7之间的冷媒压力差的膨胀阀1 0 3，然后导入第一蒸发器l 0 6与第二蒸发器1 0 7进行制冷作业，最后导回
主压縮机l 0 1重复循环；第一蒸发器控制阀1 0 4可控制导入第一蒸发器1 0 6的冷媒流量，第二蒸发器控制阀1 0 5可控制导入第二蒸发器1 0 7的冷
媒流量；除霜系统的冷媒循环包括对应第一蒸发器1 0 6的第一除霜散热器1 0 9 ，对应第二蒸发器1 0 7的第二除霜散热器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縮机出口端导入第一除霜散热器1 0 9或第二除霜散热器，之后导入冷媒节流器l 1 2，最后回到主压縮机l 0 l重复循环；第一除霜散热器控制阀l 0 8可控制导入第一除霜散热器1 0 9的冷媒流量，第二除霜散热器控制阀l 1 0可控制导入第二除霜散热器1 1 i 的冷媒流量。
图1所示为多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮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度以上时，第一蒸发器控制阀1 0 4与 第二蒸发器控制阀l 0 5均为通路状态，第一蒸发器1 0 6与第二蒸发器1 0 7同时进行制冷作业；第一除霜散热器控制阀1 0 8与第二除霜散热控制阀1
1 o均为关闭状态。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为一 7度以上0度以下时，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1
0 4关闭，第二蒸发器控制阀l 0 5保持通路，主压縮机l 0 l持续作业，主 散热器l 0 2持续作业，结于第一蒸发器1 0 6的冰霜因第一蒸发器1 0 6停 止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器1 G 6;第一蒸发器1 0 6除霜作业完毕 后，第二蒸发器控制阀l 0 5关闭，第一蒸发器控制阀l 0 4保持通路，主压 縮机1 0 1持续作业，主散热器1 0 2持续作业，结于第二蒸发器1 Q 7的冰 霜因第二蒸发器1 0 7停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器10 7，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。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为一 4度以下时，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l 0 4关闭，第二蒸发器控制阀l Q 5保持 通路，主压縮机1 0 1持续作业，主散热器1 0 2持续作业，第二除霜散热器 控制阀l 1 0为关闭，第一除霜散热器控制阀1 0 8为通路状态将由主压縮1
0 l机压縮后的冷媒导入第一除霜散热器l 0 9，结于第一蒸发器1 0 6的冰 霜因停止制冷作业加上由第一除霜散热器l 0 9传导的热量而溶解并排离第 一蒸发器10 6;第一蒸发器1 0 6除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀1 0
5关闭，第一蒸发器控制阀l 0 4为通路，主压缩机l 0 l持续作业，主散热 器l 0 2持续作业，第一除霜散热器控制阀l 0 8为关闭，第二除霜散热器控
10制阀l10为通路状态将由主压縮10l机压縮后的冷媒导入第二除霜散热 器l 1 l，结于第二蒸发器l 0 7的冰霜因停止制冷作业加上由第二除霜散热 器l 1 l传导的热量而溶解并排离第二蒸发器l 0 7，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。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜，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的蒸 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，主压縮机l 0 l与主散热器l 0 2持续作业；若冰霜仍无法溶解， 主压縮机l0l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縮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 一组主压縮机2 0 1， 一组主散热器2 0 2，两组蒸 发器即第一蒸发器2 0 6与第二蒸发器2 0 7，于主散热器2 0 2后端与膨胀 阀2 0 3前配置一组除霜热交换器2 1 5，主要冷媒循环为冷媒经由主压縮机 2 0 1压縮后导入主散热器进行作业，再经过一组控制主散热器2 0 2与第一 蒸发器2 0 6同第二蒸发器2 0 7之间的冷媒压力差的膨胀阀2 0 3，然后导 入第一蒸发器2 0 6与第二蒸发器2 0 7进行制冷作业，最后导回主压縮机2
0 1重复循环；第一蒸发器控制阀2 0 4可控制导入第一蒸发器2 0 6的冷媒 流量，第二蒸发器控制阀2 0 5可控制导入第二蒸发器2 0 7的冷媒流量。
除霜冷媒循环系统包括 一组除霜用压縮机2 14，对应第一蒸发器2 0 6的第一除霜散热器2 0 9，对应第二蒸发器2 0 7的第二除霜散热器2 1
1 ，除霜循环膨胀阀2 16,除霜热交换器2 1 5 ;冷媒由除霜用压縮机2 1 4出口端于除霜时导入第一除霜散热器2 0 9或第二除霜散热器2 11，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 后回到除霜用压縮机2 1 4重复循环；第一除霜散热器控制阀2 0 8可控制导 入第一除霜散热器2 0 9的冷媒流量，第二除霜散热器控制阀2 1 O可控制导
ii入第二除霜散热器2 1 l的冷媒流量；除霜热交换器2 1 5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縮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度以上时，第一蒸发器控制阀2 0 4与 第二蒸发器控制阀2 0 5均为通路状态，第一蒸发器2 0 6与第二蒸发器2 0 7同时进行制冷作业；除霜用压縮机2 1 4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一 7度以上0度以下时，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2
0 4关闭，第二蒸发器控制阀2 0 5保持通路，主压縮机2 0 l持续作业，主 散热器2 0 2持续作业，除霜用压縮机2 1 4不激活，除霜冷媒循环系统为不 流动状态，结于第一蒸发器2 0 6的冰霜因第一蒸发器2 0 6停止制冷作业而 溶解并排离第一蒸发器2 0 6;第一蒸发器2 0 6除霜作业完毕后，第二蒸发 器控制阀2 0 5关闭，第一蒸发器控制阀2 0 4为通路，主压縮机2 0 l持续 作业，主散热器2 0 2持续作业，结于第二蒸发器2 0 7的冰霜因第二蒸发器 2 0 7停止制冷作业而溶解并排离第二蒸发器2 0 7，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。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为一 4度以下时，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2 0 4关闭，第二蒸发器控制阀2 0 5保持 通路，主压縮机2 0 l持续作业，主散热器2 0 2持续作业，除霜用压縮机2
1 4开始作业，第二除霜散热器控制阀2 1 0为关闭，第一除霜散热器控制阀
2 0 8为通路状态并将由除霜用压縮机2 1 4压縮后的冷媒导入第一除霜散 热器2 0 9 ，结于第一蒸发器2 0 6的冰霜因停止制冷作业加上由第一除霜散 热器2 0 9传导的热量而溶解并排离第一蒸发器2 0 6;第一蒸发器2 0 6除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀2 0 5关闭，第一蒸发器控制阀2 0 4为通 路，主压縮机2 0 l持续作业，主散热器2 0 2持续作业，第一除霜散热器控 制阀2 0 8为关闭，第二除霜散热器控制阀2 1 O为通路状态并将由除霜用压 縮机2 1 4压縮后的冷媒导入第二除霜散热器2 11，结于第二蒸发器2 0 7 的冰霜因停止制冷作业加上由第二除霜散热器21l传导的热量而溶解并排 离第二蒸发器2 0 7，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；第二阶段多段式除霜时，通过第一除霜散热器2 0 9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，最后导回除霜用压縮机重复循环。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜，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的蒸 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，主压縮机2 0 l与主散热器2 0 2持续作业;若冰霜仍无法溶解， 主压縮机2 0 l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所示冷媒压縮循环系统可增加一组由除霜用压縮机2 1 4出口端连 接至主散热器2 0 2入口端的冷媒旁路管线，以及一组由主散热器2 0 2出口 端连接至霜循环膨胀阀2 1 6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；当冷媒压縮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；当冷媒压縮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2 0 8与第二除霜散热器控 制阀2 1 0均为关闭，无冷媒被导入第一除霜散热器2 0 9与第二除霜散热器 2 1 1 ,除霜循环中的冷媒由除霜用压縮机2 1 4压縮后经由旁路冷媒管线导 入主散热器2 0 2，主散热器2 0 2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2 1 6入口端，并冷却除霜热交换器2 1 5中的冷媒，以此利 用除霜冷媒循环与除霜用压縮机214于非除霜作业时降低蒸发器中的冷媒 蒸发温度。图4所示为包含压縮机进气压力动态控制系统的冷媒压縮循环系统的基 本构造，此系统可补助上述多组冷媒循环系统并保护压縮机作业，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泵说明，此系统包括 一组主
压縮机4 0 1， 一组连接至主压縮机4 0 1的主散热器4 0 2， 一组连接至主 散热器4 G 2的蒸发器4 0 4，一组控制主散热器4 0 2与蒸发器4 0 4之间 压力差的膨胀阀4 Q 3， 一组感测系统负载的传感器及系统控制电路，于主压 縮机4 G l冷媒入口端配置一组喷射增压泵4 0 6,蒸发器4 0 4将制冷作业 后的冷媒导入喷射增压泵4 0 6的低压进气端，最后冷媒由喷射增压泵4 0 6 出口端导回压縮机4 0 l重复循环，此喷射增压泵4 0 6利用主压縮机4 0 1 出口端的高压冷媒为动力推动于增压泵的叶片并产生压力使主压縮机4 0 1 的入口端冷媒进气量提升，一组增压流量控制阔4 0 5依主压縮机4 0 l负载 需求控制于主压縮机4 0 l出口端导入喷射增压泵4 0 6的高压冷媒流量。
喷射增压泵亦可以为无叶片的机械泵代替来达到同样的以主压縮机4 0 1冷媒出口的高压冷媒的进气增压效果。
图4所示压縮机进气压力动态控制系统的基本控制方法为，当蒸发器4 0 4出口端的冷媒蒸发压力足以提供主压縮机4 0 1所需的冷媒进气量时，增压 流量控制阀4 0 5为关闭状态，无冷媒由主压縮机4 0 l的出口端导入喷射增 压泵4 0 6;当蒸发器4 0 4出口端的冷媒蒸发压力不足以提供主压縮机4 0 l所需的冷媒进气量并造成主压縮机4 0 l空载而降低压縮输出，增压流量控 制阀4 0 5开启并导入少量由主压縮机4 0 l压縮后的冷媒进入喷射增压泵 4 0 6，射增压泵4 0 6以同过增压流量控制阀4 0 5导入的冷媒为动力推动 于增压泵的叶片并产生压力使由蒸发器4 0 4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4 0 4导入的冷媒混合并进入主压缩机4 0 1 冷媒入口端使主压縮机4 0 l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所示的主压縮机4 0 l若为高温型，则增压流量控制阀4 0 5约在蒸 发温度5度以上均为关闭，当蒸发温度降低为5度以下后，增压流量控制阀4 0 5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縮机均可以类似的控制方式应用。
图5所示为包含压縮机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系统的冷 媒压縮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 一组主压縮机5 Q 1 ， 一组连接至主压縮机5 0 1
的主散热器5 0 3， 一组连接至主散热器5 0 3的蒸发器5 0 4， 一组控制主 散热器5 0 3与蒸发器5 0 4之间压力差的膨胀阀5 0 9 ，一组感测系统负载 的传感器及系统控制电路，于主压縮机5 0 l冷媒入口端配置一组喷射增压泵 5 0 7，蒸发器5 0 4将制冷作业后的冷媒导入喷射增压泵5 0 7的低压进气 端，最后冷媒由喷射增压泵5 0 7出口端导回压縮机5 0 l重复循环，此喷射 增压泵5 0 7利用主压縮机5 0 1出口端的高压冷媒为动力推动于增压泵的 叶片并产生压力使主压縮机5 0 1的入口端冷媒进气量提升，一组增压流量控 制阀5 0 8依主压縮机5 0 1负载需求控制于主压縮机5 0 l出口端导入喷 射增压泵5 0 7的高压冷媒流量。
补助冷媒循环系统为 一组副压縮机5 0 2， 一组连接至副压縮机5 0 2 的副散热器5 1 1，一组第一热交换器5 0 5吸收于喷射增压泵5 0 7出口端 连接至主压縮机5 0 l进气端冷媒管线的热量，一组第二热交换器5 Q 6吸收 于主散热器5 0 3出口端连接至膨胀阀5 Q 9之间的冷媒管线的热量；冷媒由 副压縮机5 0 2压縮后导入副散热器中，经过一组副膨胀阀5 1 0后导入第一 热交换器5 0 5与第二热交换器5 0 6吸收主要冷媒循环的热量，最后导回副 压縮机5 0 2重复循环。
图5所示的冷媒压縮循环系统的控制方法与图4的縮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泵5 0 7开始增压后作业，即主要 冷媒循环系统无须进气增压时，副压縮机5 0 2不作业；当喷射增压泵5 0 7 开始作业后，副压縮机开始作业，副散热器5 1 l和主散热器5 Q 3同时作业。
图6所示为第二种包含压縮机进气压力动态控制系统与补助冷媒循环系 统的冷媒压縮循环系统的基本构造，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 一组主压縮机6 0 1 ， 一组连接至主压縮机6 0 1
15的主散热器6 0 3， 一组连接至主散热器6 0 3的蒸发器6 0 4， 一组控制主 散热器6 0 3与蒸发器6 0 4之间压力差的主膨胀阀6 0 9 ，一组感测系统负 载的传感器及系统控制电路，于主压縮机6 Q l冷媒入口端配置一组喷射增压 泵6 0 7，蒸发器6 0 4将制冷作业后的冷媒导入喷射增压泵6 0 7的低压进 气端，最后冷媒由喷射增压泵6 0 7出口端导回主压縮机6 0 l重复循环，此 喷射增压泵6 0 7利用主压縮机6 0 1出口端的高压冷媒为动力推动于增压 泵的叶片并产生压力使主压縮机6 0 1的入口端冷媒进气量提升，一组增压流 量控制阀6 0 8依主压縮机6 0 1负载需求控制于主压縮机6 0 l出口端导 入喷射增压泵6 0 7的高压冷媒流量。
补助冷媒循环系统为 一组副压縮机6 0 2，副压縮机6 0 2的冷媒出口 端连接回主要冷媒循环系统的主散热器6 0 3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6 10; —组第一热交换器6 0 5吸收 于喷射增压泵6 0 7出口端连接至主压縮机6 0 1进气端冷媒管线的热量，一 组第二热交换器6 0 6吸收于主散热器6 Q 3出口端连接至膨胀阀6 0 9之 间的冷媒管线的热量；冷媒由副压縮机6 0 2压縮后导回主散热器6 0 3中， 经过一组副膨胀阀6 1 0后导入第一热交换器6 0 5与第二热交换器6 0 6 吸收主要冷媒循环的热量，最后导回副压縮机6 0 2重复循环。
图6所示的冷媒压縮循环系统的控制方法与图5的縮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泵6 0 7开始增压后作业，即主要 冷媒循环系统无须进气增压时，副压縮机6 0 2不作业；当喷射增压泵6 0 7 开始作业后，副压縮机开始作业，副散热器6 1 l和主散热器6 0 3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縮循环系统及除霜系 统的基本构造，此系统包含 一组主压縮机7 0 1 ， 一组主散热器7 0 2 ，两 组蒸发器即第一蒸发器7 0 3与第二蒸发器7 0 4，主要冷媒循环为冷媒经由 主压縮机7 0 l压縮后导入主散热器7 0 2中，再经过一组控制主散热器7 0 2与第一蒸发器7 0 3同第二蒸发器7 0 4之间的冷媒压力差的膨胀阀7 0 7，然后导入第一蒸发器7 0 3与第二蒸发器7 0 4进行制冷作业，最后导回 主压縮机7 0 l重复循环；第一蒸发器控制阀7 1 2可控制导入第一蒸发器70 3的冷媒流量，第二蒸发器控制阀7 1 l可控制导入第二蒸发器7 Q 4的冷 媒流量；除霜系统的冷媒循环包括对应第一蒸发器7 0 3的第一除霜散热器7 0 5 ，对应第二除霜散热器7 0 4的第二除霜散热器7 0 6 ，第一压力调整阀 7 2 1，第二压力调整阀7 2 2 ;第一除霜散热器7 0 5的出口端连接至第一 压力调整阀7 2 1 ，再连接至第二蒸发器7 G 4的入口端；第二除霜散热器7
0 6的出口端连接至第二压力调整阀7 2 2，再连接至第一蒸发器7 0 3的入 口端；第一除霜散热器控制阀7 1 4可控制导入第一除霜散热器7 0 5的冷媒 流量，第二除霜散热器控制阀7 1 3可控制导入第二除霜散热器7 0 6的冷媒 流量。
图7所示的多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮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度以上时，第一蒸发器控制阀7 1 2与 第二蒸发器控制阀7 1 l均为通路状态，第一蒸发器7 0 3与第二蒸发器7 0 4同时进行制冷作业；第一除霜散热器控制阀7 1 4与第二除霜散热控制阀7 13均为关闭状态。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度为一 7度以上0度以下时，控制系统依蒸发 器的作业环境湿度与结霜程度釆取第一阶段多段式除霜；第一蒸发器控制阀7
1 2关闭，第二蒸发器控制阀7 1 l保持通路，主压縮机7 0 l持续作业，主 散热器7 0 2持续作业，结于第一蒸发器7 0 3的冰霜因第一蒸发器7 0 3停 止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器7 0 3;第一蒸发器7 0 3除霜作业完毕 后，第二蒸发器控制阀7 1 l关闭，第一蒸发器控制阀7 1 2保持通路，主压 縮机7 0 l持续作业，主散热器7 0 2持续作业，结于第二蒸发器7 0 4的冰 霜因第二蒸发器7 0 4停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器7 0 4，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。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为一 4度以下时，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7 1 2关闭，第二蒸发器控制阀7 1 l保持
17通路，主压縮机7 0 l持续作业，主散热器7 0 2持续作业，第二除霜散热器 控制阀7 1 3为关闭，第一除霜散热器控制阀7 1 4为通路状态将由主压縮机 7 0 l压縮后的冷媒导入第一除霜散热器7 0 5 ，结于第一蒸发器7 0 3的冰 霜因停止制冷作业加上由第一除霜散热器7 0 5传导的热量而溶解并排离第 一蒸发器7 0 3，通过第一除霜散热器7 0 5的冷媒经过第一压力调整阀7 2 l后导入第二蒸发器7 0 4;第一蒸发器7 0 3除霜作业完毕后，第二蒸发器 控制阀7 1 l关闭，第一蒸发器控制阀7 1 2为通路，主压縮机7 0 l持续作 业，主散热器7 0 2持续作业，第一除霜散热器控制阀7 1 4为关闭，第二除 霜散热器控制阀7 1 3为通路状态将由主压縮机7 0 l压縮后的冷媒导入第 二除霜散热器7 0 6，结于第二蒸发器7 0 4的冰霜因停止制冷作业加上由第 二除霜散热器7 Q 6传导的热量而溶解并排离第二蒸发器7 G 4，通过第二除 霜散热器7 Q 4的冷媒经过第二压力调整阀7 2 2后导入第一蒸发器7 0 3; 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。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜，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的蒸 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，主压縮机7 0 l与主散热器7 0 2持续作业;若冰霜仍无法溶解， 主压縮机7 0 l与主散热器7 0 2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縮机的多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮循环 系统及除霜系统的基本构造，此系统包含 一组主压縮机9 0 1， 一组主散热 器9 0 2，两组蒸发器即第一蒸发器9 0 3与第二蒸发器9 0 4，主要冷媒循 环为冷媒经由主压縮机9 0 l压縮后导入主散热器9 0 2进行作业，再经过一 组控制主散热器9 0 2与第一蒸发器9 0 3同第二蒸发器9 0 4之间的冷媒 压力差的膨胀阀9 0 7 ，然后导入第一蒸发器9 0 3与第二蒸发器9 0 4进行 制冷作业，最后导回主压縮机9 0 l重复循环；第一蒸发器控制阀9 1 2可控 制导入第一蒸发器9 0 3的冷媒流量，第二蒸发器控制阀9 1 l可控制导入第二蒸发器9 0 4的冷媒流量。
除霜系统的冷媒循环包括一组除霜用压縮机9 6 0，对应第一蒸发器9 0 3的第一除霜散热器9 0 5，对应第二蒸发器9 0 4的第二除霜散热器9 0 6 ，除霜用压縮机9 6 0由第一蒸发器9 0 3与第二蒸发器9 0 4的出口端导 入冷媒；第一除霜散热器9 0 5的出口端连接至第一压力调整阀9 2 1 ，再连 接至第二蒸发器9 0 4的入口端；第二除霜散热器9 0 6的出口端连接至第二 压力调整阀9 2 2，再连接至第一蒸发器9 0 3的入口端；第一除霜散热器控 制阀9 1 4可控制导入第一除霜散热器9 Q 5的冷媒流量，第二除霜散热器控 制阀9 1 3可控制导入第二除霜散热器9 0 6的冷媒流量。
图9所示的包含除霜用压縮机的多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮循环 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度以上时，第一蒸发器控制阀9 1 2与 第二蒸发器控制阀9 1 l均为通路状态，第一蒸发器9 0 3与第二蒸发器9 0 4同时进行制冷作业；除霜用压縮机不作业，第一除霜散热器控制阀9 1 4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一 7度以上0度以下时，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；除霜用压縮机不作 业，第一蒸发器控制阀9 1 2关闭，第二蒸发器控制阀9 1 l保持通路，主压 縮机9 0 l持续作业，主散热器9 0 2持续作业，结于第一蒸发器9 0 3的冰 霜因第一蒸发器9 0 3停止制冷作业而溶解并排离第一蒸发器9 0 3;第一蒸 发器9 0 3除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀9 1 l关闭，第一蒸发器控制 阀9 1 2保持通路，主压縮机9 0 l持续作业，主散热器9 0 2持续作业，结 于第二蒸发器9 0 4的冰霜因第二蒸发器9 0 4停止制冷作业而溶解并排离 第一蒸发器9 0 4，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。
当两组蒸发器中冷媒蒸发温度约为一 4度以下时，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
19段多段式除霜除霜用压縮机9 6 0开始作业，第一蒸发器控制阀9 1 2关闭， 第二蒸发器控制阀9 1 l保持通路，主压縮机9 0 l持续作业，主散热器9 0 2持续作业，第二除霜散热器控制阀9 1 3保持关闭，第一除霜散热器控制阀 9 1 4为通路状态将由除霜用压縮机9 6 O压縮后的冷媒导入第一除霜散热 器9 0 5，结于第一蒸发器9 0 3的冰霜因停止制冷作业加上由第一除霜散热 器9 0 5传导的热量而溶解并排离第一蒸发器9 0 3，通过第一除霜散热器9
0 5的冷媒经过第一压力调整阀9 2 1后导入第二蒸发器9 0 4;第一蒸发器 9 0 3除霜作业完毕后，第二蒸发器控制阀9 1 l关闭，第一蒸发器控制阀9
1 2为通路，主压縮机9 0 l持续作业，主散热器9 0 2持续作业，除霜用压 縮机9 6 O继续作业，第一除霜散热器控制阀9 1 4为关闭，第二除霜散热器 控制阀9 1 3为通路状态将由除霜用压縮机9 6 O压縮后的冷媒导入第二除 霜散热器9 0 6，结于第二蒸发器9 Q 4的冰霜因停止制冷作业加上由第二除 霜散热器9 0 6传导的热量而溶解并排离第二蒸发器9 0 4 ，通过第二除霜散 热器9 0 6的冷媒经过第二压力调整阀9 2 2后导入第一蒸发器9 0 3 ;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。
本发明的基本构造至少包含第二阶段多段式除霜，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的蒸 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，主压縮机9 0 l与主散热器9 0 2持续作业;若冰霜仍无法溶解， 主压縮机9 0 l与主散热器9 0 2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所示的冷媒压縮循环系统可增加一组由除霜用压縮机9 6 O出口端 连接至主散热器9 0 2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，除霜用压縮机9 6 0可将压縮后的冷媒导入主散热器9 0 2，以 提升除霜用压縮机9 6 O的使用率。
20图8所示为包含压縮机进气压力动态控制系统的多组动态冷媒流量控制
的冷媒压縮循环系统及除霜系统的基本构造，此系统为图7所示的多组冷媒循 环系统以图4所压縮机进气压力系统补助后，使压縮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，压縮机8 0 1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 縮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8 5 l使压縮机8 0 1的进气压力回复并恢复正常负载；压縮机
进气增压系统以冷媒蒸发温度与压縮机负载判断所需的进气增压量，压縮机进 气增压系统一般设计为蒸发器温度低于0度后开始运作，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
用的喷射增压泵可个别因增压需求量动作。
图l，图2，图3，图7，图8，图9，图IO所述的多组动态冷媒流量控制
的冷媒压縮循环系统可增加一组以上的蒸发器及与其对应的除霜系统，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l，图2，图3，图7，图8，图9，图IO所述的除霜散热器与其对应 的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的变化，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的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。
2. —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 一组压縮机， 一组连接至前述压縮机的散热器，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 其对应的散热器除霜时由压縮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縮机压縮后，导入散热器作业，再导入非除霜作业 中的蒸发器制冷作业，最后导回压縮机重复循环；此系统进行除霜作业时，前 述压縮机与散热器持续作业，至少一组蒸发器仍可持续制冷作业。
3. —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 一组主压縮机，连接至前述主压縮机的散热器，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的散热器除霜 时由除霜用压縮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，冷媒由除霜用压縮机压縮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 霜用压縮机重复循环；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縮机压縮后，导入散热器作业，再导入非除霜作 业中的蒸发器制冷作业，最后导回主压縮机重复循环；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。
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及独立作业的除霜用压縮机；基本构造为 一组主压縮机， 一组连接至前述压縮机的散热器，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縮机，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的散热器除霜时由前述除 霜用压縮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 控制阔，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縮机压縮后，导入散热器作业，再导入非除霜作 业中的蒸发器制冷作业，最后导回主压縮机重复循环；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縮机，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，前述压縮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. 根据权利要求l一4任何一项所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮 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的除霜系统，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。
6. 根据权利要求l一4任何一项所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮 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的蒸发器除霜时，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。
7. 根据权利要求l一4任何一项所述的多组动态冷媒流量控制的冷媒压縮 循环系统，其特征在于，除霜散热器与其对应的蒸发器可制作为一体并共享散 热叶片和组装固定配件。
8. 根据权利要求1一4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l所述的压縮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；压縮机进气增压系统也可应 适用范围的需要增加多段串联的喷射增压泵，各段增压用的喷射增压泵可个别 因增压需求量动作。
全文摘要
本发明涉及一种高效热泵冷冻机，具体涉及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F25B5/02GK101493265SQ200810189758
公开日2009年7月29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