热泵系统及其运行方法
【专利摘要】本发明提供了一种热泵系统及其运行方法。本热泵系统包括冷媒供管和冷媒出管，热泵系统还包括：换热部，换热部与冷媒出管连接，并通过冷媒换热；压缩机部，压缩机部包括第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机的进入口与冷媒供管连接，第二压缩机的排出口与冷媒出管连接；切换控制部，切换控制部包括第一四通阀和第一控制阀，第一四通阀的A口与第一压缩机的排出口连接，第一四通阀的B口与第二压缩机的进入口连接，第一四通阀的C口与冷媒供管连接，第一四通阀的D口与冷媒出管连接，第一控制阀设置在第一四通阀的D口与冷媒出管之间，并控制通断。本热泵系统具有较高适用性。
【专利说明】热泵系统及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空气调节设备领域，具体而言，涉及一种热泵系统及其运行方法。
【背景技术】
[0002]热泵系统由于使用的范围广泛，环境复杂，使得对热泵系统的适用性要求更高。要求热泵系统可以在恶劣工况下(压缩比较大时)满足用户需求的同时具有最佳的经济性；也需要在常规工况和轻工况下(压缩比较小时)，提供较为宽泛的能力调节空间同时保证较高的能效。
【发明内容】
[0003]本发明的主要目的在于提供一种热泵系统及其运行方法，以解决现有技术中的热泵系统适用范围小的问题。
[0004]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种热泵系统，包括冷媒供管和冷媒出管，热泵系统还包括:换热部，换热部与冷媒出管连接，并通过冷媒换热；压缩机部，压缩机部包括第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机的进入口与冷媒供管连接，第二压缩机的排出口与冷媒出管连接；切换控制部，切换控制部包括第一四通阀和第一控制阀，第一四通阀的A 口与第一压缩机的排出口连接，第一四通阀的B 口与第二压缩机的进入口连接，第一四通阀的C 口与冷媒供管连接，第一四通阀的D 口与冷媒出管连接，第一控制阀设置在第一四通阀的D 口与冷媒出管之间，并控制通断。
[0005]进一步地，热泵系统还包括油分离器，油分离器与冷媒出管连接。
[0006]进一步地，热泵系统还包括气液分离器，气液分离器与冷媒供管连接。
[0007]进一步地，热泵系统还包括将油分离器内的润滑油引回的回收支路，回收支路连接在油分离器与气液分离器之间，回收支路上设置有控制通断的回油阀。
[0008]进一步地，换热部包括第一换热器和与第一换热器连接的第二换热器，热泵系统还包括第二四通阀，第二四通阀的A 口与冷媒出管连接，第二四通阀的B 口与第一换热器连接，第二四通阀的C 口与冷媒供管连接，第二四通阀D 口与第二换热器连接。
[0009]进一步地，热泵系统还包括气液分离器，气液分离器与冷媒供管连接，第二四通阀的C 口通过气液分离器与冷媒供管连接。
[0010]进一步地，热泵系统还包括储液罐，储液罐连接在第一换热器与第二换热器之间。
[0011]进一步地，储液罐上还设置有气体排出支路，气体排出支路连接在储液罐与第二压缩机的进入口之间，气体排出支路上设置有第二控制阀。
[0012]进一步地，第一换热器与储液罐之间设置有第一节流结构，第二换热器与储液罐之间设置有第二节流结构。
[0013]根据本发明的另一方面，提供了一种热泵系统运行方法，用于控制上述的热泵系统，热泵系统运行方法包括如下步骤:选择步骤，根据使用工况选择工作模式；若选择单级压缩模式，则第一压缩机关闭，第二压缩机打开，第一四通阀的A 口与第一四通阀的D 口连通，第一四通阀的B 口与第一四通阀的C 口连通，第一控制阀关闭，冷媒供管内的冷媒通过第一四通阀进入第二压缩机；若选择双级并联压缩模式，则第一压缩机和第二压缩机均打开，第一四通阀的A 口与第一四通阀的D 口连通，第一四通阀的B 口与第一四通阀的C 口连通，第一控制阀打开，冷媒供管内的冷媒分别进入第一压缩机和第二压缩机；若选择双级串联压缩模式，则第一压缩机和第二压缩机均打开，第一四通阀的A 口与第一四通阀的B 口连通，第一四通阀的C 口与第一四通阀的D 口连通，第一控制阀关闭。
[0014]应用本发明的技术方案，热泵系统包括冷媒供管、冷媒出管、换热部、压缩机部和切换控制部，换热部与冷媒出管连接，并通过冷媒换热；压缩机部包括第一压缩机和第二压缩机，第一压缩机的进入口与冷媒供管连接，第二压缩机的排出口与冷媒出管连接；切换控制部包括第一四通阀和第一控制阀，第一四通阀的A 口与第一压缩机的排出口连接，第一四通阀的B 口与第二压缩机的进入口连接，第一四通阀的C 口与冷媒供管连接，第一四通阀的D 口与冷媒出管连接，第一控制阀设置在第一四通阀的D 口与冷媒出管之间，并控制通断。该热泵系统能够根据不同的使用工况切换不同的第一四通阀的阀位，以实现第一压缩机和第二压缩机之间串联工作、并联工作或单个工作。由此能够实现热泵系统的适用性更尚ο
【专利附图】
【附图说明】
[0015]构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0016]图1示出了根据本发明的实施例的热泵系统的示意图；以及
[0017]图2示出了根据本发明的实施例的热泵系统的双级串联压缩模式的结构示意图；
[0018]图3示出了根据本发明的实施例的热泵系统的双级并联压缩模式或单级压缩模式的结构示意图。
[0019]其中，上述附图包括以下附图标记:
[0020]11、第一压缩机；12、第二压缩机；21、第一四通阀；22、第一控制阀；23、单向阀；30、油分离器；31、回收支路；311、回油阀；312、毛细管；313、过滤器；40、气液分离器；51、第一换热器；52、第二换热器；60、第二四通阀；70、储液罐；71、气体排出支路；711、第二控制阀；81、第一节流结构；82、第二节流结构；91、冷媒供管；92、冷媒出管。
【具体实施方式】
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0022]如图1至3所示，根据本发明的实施例，热泵系统包括冷媒供管91、冷媒出管92、换热部、压缩机部和切换控制部，换热部与冷媒出管92连接，并通过冷媒换热；压缩机部包括第一压缩机11和第二压缩机12，第一压缩机11的进入口与冷媒供管91连接，第二压缩机12的排出口与冷媒出管92连接；切换控制部包括第一四通阀21和第一控制阀22，第一四通阀21的Α 口与第一压缩机11的排出口连接，第一四通阀21的B 口与第二压缩机12的进入口连接，第一四通阀21的C 口与冷媒供管91连接，第一四通阀21的D 口与冷媒出管92连接，第一控制阀22设置在第一四通阀21的D 口与冷媒出管92之间，并控制通断。该热泵系统能够根据不同的使用工况切换不同的第一四通阀21的阀位，以实现第一压缩机11和第二压缩机12之间串联工作、并联工作或单个工作。由此能够实现热泵系统的适用性更尚。
[0023]在本实施例中，热泵系统还包括油分离器30，油分离器30与冷媒出管92连接，以分离冷媒中的润滑油。
[0024]在本实施例中，热泵系统还包括气液分离器40，气液分离器40与冷媒供管91连接，以分离气态冷媒和液态冷媒。
[0025]在本实施例中，热泵系统还包括将油分离器30内的润滑油引回的回收支路31，回收支路31连接在油分离器30与气液分离器40之间，回收支路31上设置有控制通断的回油阀311，通过回收支路31能够将分离出的润滑油引回气液分离器40，使其能够回到第一压缩机11和第二压缩机12，防止第一压缩机11和第二压缩机12供油不足。
[0026]换热部包括第一换热器51和与第一换热器51连接的第二换热器52，热泵系统还包括第二四通阀60，第二四通阀60的A 口与冷媒出管92连接，第二四通阀60的B 口与第一换热器51连接，第二四通阀60的C 口与冷媒供管91连接，第二四通阀60D 口与第二换热器52连接。以实现在制冷和制热工况下切换冷媒流向。
[0027]优选地，热泵系统还包括气液分离器40，气液分离器40与冷媒供管91连接，第二四通阀60的C 口通过气液分离器40与冷媒供管91连接，以实现完整的冷媒流路。
[0028]优选地，热泵系统还包括储液罐70，储液罐70连接在第一换热器51与第二换热器52之间。
[0029]储液罐70上还设置有气体排出支路71，气体排出支路71连接在储液罐70与第二压缩机12的进入口之间，气体排出支路71上设置有第二控制阀711，将分离出的气体引入第二压缩机12内，实现再次利用。
[0030]在本实施例中，第一换热器51与储液罐70之间设置有第一节流结构81，第二换热器52与储液罐70之间设置有第二节流结构82，以对冷媒进行节流，提高换热效率。
[0031]根据本发明的另一方面，提供一种热泵系统运行方法，用于控制上述的热泵系统，热泵系统运行方法包括如下步骤:
[0032]选择步骤，根据使用工况选择工作模式；
[0033]若选择单级压缩模式，则第一压缩机11关闭，第二压缩机12打开，第一四通阀21的A 口与第一四通阀21的D 口连通，第一四通阀21的B 口与第一四通阀21的C 口连通，第一控制阀22关闭，冷媒供管91内的冷媒通过第一四通阀21进入第二压缩机12 ;
[0034]若选择双级并联压缩模式，则第一压缩机11和第二压缩机12均打开，第一四通阀21的A 口与第一四通阀21的D 口连通，第一四通阀21的B 口与第一四通阀21的C 口连通，第一控制阀22打开，冷媒供管91内的冷媒分别进入第一压缩机11和第二压缩机12 ;
[0035]若选择双级串联压缩模式，则第一压缩机11和第二压缩机12均打开，第一四通阀21的A 口与第一四通阀21的B 口连通，第一四通阀21的C 口与第一四通阀21的D 口连通，第一控制阀22关闭。
[0036]如图2所示，在热泵系统处于双级串联压缩模式时，第一四通阀21的连通方向如图2中箭头所示，其中第一四通阀21的A、B、C、D 口为图2中逆时针方向分布，第二四通阀60的A、B、C、D 口也为图2中逆时针方向分布。第一控制阀22为电磁阀，且处于关闭状态，第二控制阀711也为电磁阀，其状态可根据需要选择开或关。
[0037]第一控制阀22与第一四通阀21的D 口之间还设置有单向阀23，以防止冷媒回流。
[0038]第一压缩机11和第二压缩机12均开启，第一控制阀22关闭，冷媒经气液分离器40进入第一压缩机11后完成一级压缩，然后进入第二压缩机12，此时第二控制阀711的关闭控制依据环境温度及压缩机频率，当第二控制阀711开启时，第一压缩机11排出的气体与储液罐70的气态冷媒混合进入第二压缩机12，实现喷气增焓二级压缩；经第二压缩机12压缩后的高压冷媒进入油分离器进行冷媒与润滑油的分离，当回油阀311打开时，润滑油则可以通过过滤器313、毛细管312和回油阀311进入气液分离器40，从而进入压缩机，确保压缩机不会因缺油而造成磨损等。而与润滑油分离后的高温高压气态冷媒则经过第二四通阀60进入第一换热器51或第二换热器52。
[0039]当双压缩机串联制冷运行时，高温高压气态冷媒首先进入第一换热器51 (室外换热器)冷凝为高压液态，然后通过第一节流结构81(第一节流结构81为电子膨胀阀)进行一级节流后形成中压气液混合态的冷媒，接着冷媒进入储液罐70，并在储液罐70中进行气液两相的分尚，分尚后的气态冷媒与第一压缩机11排出的冷媒进入第二压缩机12，分尚后的液态冷媒经过第二节流结构82 (第二节流结构82为电子膨胀阀)进行二级节流后成为低压低温冷媒，然后进入第二换热器52 (室内换热器)进行吸热蒸发，蒸发完成后进入气液分离器40然后进入第一压缩机11，从而完成整个喷气增焓二级压缩制冷循环。
[0040]当双压缩机串联制热运行时，高温高压气态冷媒首先进入第二换热器52 (室内换热器)冷凝为高压液态，然后通过第二节流结构82进行一级节流后形成气液混合态的中压冷媒，接着冷媒进入储液罐70，并在储液罐70中进行气液两相的分离，分离后的气态冷媒与第一压缩机11的排气进入第二压缩机12，分离后的液态冷媒经过第二节流结构82进行二级节流后成为低压低温冷媒，然后进入第二换热器52 (室外换热器)进行吸热蒸发，蒸发完成后进入气液分离器然后进入第一压缩机11，从而完成整个喷气增焓二级压缩制冷循环。
[0041]串联运行时，第二控制阀711关闭，则第一压缩机11的排气直接进入第二压缩机12，中间不会与储液罐中的冷媒混合，从而不能实现增焓效果。
[0042]如图3所示，双压缩机并联运行系统，第一四通阀21如图3中箭头方向导通，第一控制阀22打开，第二控制阀711关闭。
[0043]双压缩机并联运行时，第一压缩机11和第二压缩机12均开启，第一控制阀22开启，第二控制阀711关闭。冷媒流经气液分离器40后同时进入第一压缩机11和第二压缩机12，经过压缩后进入油分离器30进行冷媒与润滑油的分离，当回油阀311打开时，润滑油则可以通过过滤器313、毛细管312和回油阀311进入气液分离器40，从而进入压缩机，确保压缩机不会因缺油而造成磨损等。而与润滑油分离后的高温高压气态冷媒则经过第二四通阀60进入第一换热器51或第二换热器52进行制热或者制冷运行。
[0044]单压缩机运行时，第一控制阀22和第二控制阀711都关闭。
[0045]本实施例中采用两个普通压缩机，当外界能力需求低、系统负载小时，可以单独开启第一压缩机11或第二压缩机12实现单压缩机单级压缩。本实施例中，第二压缩机12实现单级压缩，此时第一控制阀22和第二控制阀711均关闭，第一四通阀21如图3中箭头所示方向导通。此时第一压缩机11停止，冷媒流经气液分离器40后进入第二压缩机12，压缩完成后经过油分离器30和第二四通阀60，然后进入室内换热器或室外换热器进行制热或者制冷运行。
[0046]采用这种双压缩机的串联和并联可切换热泵系统，一方面可以实现压缩机的串联和并联，另一方面可以实现制冷和制热切换，可以实现更宽的制冷运行和制热运行范围和运彳丁效率，同时提尚超低温下的制热量及制热效率和超尚温时制冷时的制冷量和运彳丁效率。
[0047]从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果:双压缩机热泵系统可以通过串联和并联组成不同的系统，双压缩机串联可以实现双级压缩，而双级压缩的优势在于可以在恶劣工况下(压缩比较大时)满足用户需求的同时具有最佳的经济性；而在常规工况和轻工况下(压缩比较小时)，需要系统提供较为宽泛的能力调节空间同时保证较高的能效，此时若采用压缩机并联，则可以很好达到预期目标。双压缩机并联时，全开可以提供很高的能力，同时两个压缩机都具有较高的能效，系统整体经济性高；当外界制热量或制冷量需求低时，可以选择单开一台压缩机，既满足用户需求，又保证较高的能效。
[0048]热泵系统采用双压缩机，并根据需要切换为并联或串联，该热泵系统一方面可以实现压缩机的串联和并联，另一方面可以实现制冷和制热切换，可以在较宽的温度范围内，满足较宽能力需求变化幅度的场合，可以在工业、商业和家用空调等领域广泛应用。
[0049]两个压缩机串联运行时为二级压缩系统，通过设计闪发器可以实现二级压缩喷射增焓，提高二级压缩的能力和能效；并联运行时，排量比串联运行增大约1倍，可以满足常规工况下的较大范围内能力需求。在负载较轻时，还能实现单压缩机运行。该双压缩机的串联和并联可切换热泵系统既可以满足压缩比大的恶劣工况，也能满足制冷、制热量需求大的用户体验。
[0050]两个压缩机的串联和并联的可切换控制，可以在最大范围内满足不同温度下的制冷和制热需求，结构简单，控制稳定，成本低廉，可靠性高。本发明可以在较宽的温度范围内，满足较宽能力需求变化幅度的场合，可以在工业、商业和家用空调等领域广泛应用，尤其适用于高温、高寒、能力需求变化幅度大的场合。
[0051]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种热泵系统，包括冷媒供管(91)和冷媒出管(92)，其特征在于，所述热泵系统还包括: 换热部，所述换热部与所述冷媒出管(92)连接，并通过冷媒换热； 压缩机部，所述压缩机部包括第一压缩机(11)和第二压缩机(12)，所述第一压缩机(11)的进入口与所述冷媒供管(91)连接，所述第二压缩机(12)的排出口与所述冷媒出管(92)连接； 切换控制部，所述切换控制部包括第一四通阀(21)和第一控制阀(22)，所述第一四通阀(21)的A 口与所述第一压缩机(11)的排出口连接，所述第一四通阀(21)的B 口与所述第二压缩机(12)的进入口连接，所述第一四通阀(21)的C 口与所述冷媒供管(91)连接，所述第一四通阀(21)的D 口与所述冷媒出管(92)连接，所述第一控制阀(22)设置在所述第一四通阀(21)的D 口与所述冷媒出管(92)之间，并控制通断。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括油分离器(30)，所述油分离器(30)与所述冷媒出管(92)连接。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括气液分离器(40)，所述气液分离器(40)与所述冷媒供管(91)连接。
4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括将所述油分离器(30)内的润滑油引回的回收支路(31)，所述回收支路(31)连接在所述油分离器(30)与所述气液分离器(40)之间，所述回收支路(31)上设置有控制通断的回油阀(311)。
5.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述换热部包括第一换热器(51)和与所述第一换热器(51)连接的第二换热器(52)，所述热泵系统还包括第二四通阀(60)，所述第二四通阀(60)的A 口与所述冷媒出管(92)连接，所述第二四通阀(60)的B 口与所述第一换热器(51)连接，所述第二四通阀(60)的C 口与所述冷媒供管(91)连接，所述第二四通阀(60) D 口与所述第二换热器(52)连接。
6.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括气液分离器(40)，所述气液分离器(40)与所述冷媒供管(91)连接，所述第二四通阀￠0)的C 口通过所述气液分离器(40)与所述冷媒供管(91)连接。
7.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括储液罐(70)，所述储液罐(70)连接在所述第一换热器(51)与所述第二换热器(52)之间。
8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于，所述储液罐(70)上还设置有气体排出支路(71)，所述气体排出支路(71)连接在所述储液罐(70)与所述第二压缩机(12)的进入口之间，所述气体排出支路(71)上设置有第二控制阀(711)。
9.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于，所述第一换热器(51)与所述储液罐(70)之间设置有第一节流结构(81)，所述第二换热器(52)与所述储液罐(70)之间设置有第二节流结构(82)。
10.一种热泵系统运行方法，其特征在于，用于控制权利要求1至9中任一项所述的热泵系统，所述热泵系统运行方法包括如下步骤: 选择步骤，根据使用工况选择工作模式； 若选择单级压缩模式，则所述第一压缩机(11)关闭，所述第二压缩机(12)打开，所述第一四通阀(21)的A 口与所述第一四通阀(21)的D 口连通，所述第一四通阀(21)的B 口与所述第一四通阀(21)的C 口连通，所述第一控制阀(22)关闭，所述冷媒供管(91)内的冷媒通过所述第一四通阀(21)进入所述第二压缩机(12); 若选择双级并联压缩模式，则所述第一压缩机(11)和所述第二压缩机(12)均打开，所述第一四通阀(21)的A 口与所述第一四通阀(21)的D 口连通，所述第一四通阀(21)的B口与所述第一四通阀(21)的C 口连通，所述第一控制阀(22)打开，所述冷媒供管(91)内的冷媒分别进入所述第一压缩机(11)和所述第二压缩机(12); 若选择双级串联压缩模式，则所述第一压缩机(11)和所述第二压缩机(12)均打开，所述第一四通阀(21)的A 口与所述第一四通阀(21)的B 口连通，所述第一四通阀(21)的C口与所述第一四通阀(21)的D 口连通，所述第一控制阀(22)关闭。
【文档编号】F25B41/04GK104501437SQ201410693638
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】赵桓, 谭锋, 沈军 申请人:珠海格力电器股份有限公司