空气源热泵采暖系统及其控制方法与流程

本发明涉及热泵领域，具体涉及一种空气源热泵采暖系统以及基于该空气源热泵采暖系统的控制方法。

背景技术：

近年来，热泵技术作为一种新能源技术备受关注，其应用领域也十分广泛。空气源热泵采暖系统主要包括压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器。

现有一种二氧化碳热泵系统，该系统除了包括压缩机、冷凝器、节流元件以及蒸发器以外还包括回热器，通过回热器控制冷媒进入节流元件的温度和压缩机吸气温度；还有一种制热空调系统，该系统中设置有双流路蒸发器，即蒸发器底部部分管路连接冷凝器出口，冷凝器流入蒸发器的较高温度冷媒可以防止蒸发器底部结冰。

上述两种系统均存在一定的弊端，二氧化碳热泵系统在采暖回水温度过高时流出冷凝器的冷媒温度较高，仅经过回热器降温时仍然会导致压缩机吸气温度过高而无法正常工作；制热空调系统仅靠双流路蒸发器也无法保证合适压缩机吸气温度和节流前冷媒温度。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提出一种能够降低节流前冷媒温度、提高循环系统效率的空气源热泵采暖系统。

本发明的另一个目的是提出一种能够提高整机的制热能力、提高系统可靠性的的空气源热泵采暖系统。

本发明的再一个目的是提出一种控制更精确、压缩机工作效率更高的空气源热泵采暖系统的控制方法。

为达此目的，一方面，本发明采用以下技术方案：

一种空气源热泵采暖系统，包括依次串接形成循环回路的压缩机、冷凝器、节流元件和第一蒸发器，在所述冷凝器的冷媒出口和所述节流元件的冷媒进口之间连通有回热器第一支路；在所述压缩机的进口和所述第一蒸发器的冷媒出口之间连通有回热器第二支路；在所述冷凝器的冷媒出口和所述回热器第一支路的冷媒入口之间连通有第二蒸发器，所述第二蒸发器用于为从所述冷凝器流出的冷媒换热。

作为本发明的一个优选方案，所述第一蒸发器和所述第二蒸发器集成为一体式换热器。

作为本发明的一个优选方案，所述一体式换热器包括两条支路，其中一条支路为所述第一蒸发器，另一条支路为所述第二蒸发器。

作为本发明的一个优选方案，所述回热器第一支路和所述回热器第二支路集成为一体式回热器，所述一体式回热器为管式回热器。

作为本发明的一个优选方案，所述第一蒸发器和所述第二蒸发器均为管式换热器。

另一方面，本发明采用以下技术方案：

一种基于上述空气源热泵采暖系统的控制方法，所述控制方法是在制热过程中流出冷凝器的冷媒在依次流经第二蒸发器和回热器第一支路换热后再流入节流元件。

进一步的，所述空气源热泵采暖系统处于制热过程中时，冷媒从所述冷凝器流出后依次流经所述第二蒸发器和所述回热器第一支路换热后再流入所述节 流元件，从所述节流元件流出的冷媒经第一蒸发器汽化后流经回热器第二支路换热再进入压缩机。

本发明的有益效果为：

(1)、本发明的空气源热泵采暖系统在冷凝器和节流元件之间具有一支换热回路，尚未节流的冷媒先经过该换热回路和热源发生交换后再进入节流元件，在第一蒸发器和压缩机进口之间具有另一支换热回路，节流后的冷媒经过该换热回路换热后再进入压缩机，这种双换热回路的设计能够保证合适的节流前冷媒温度和压缩机吸气温度，尤其是针对将CO₂作为冷媒的情况时，通过换热回路能够降低节流前温度，减少节流元件节流过程中的损失，提高循环系统的效率。

(2)、本发明的空气源热泵采暖系统冷媒在节流元件之前依次经过冷凝器、第二蒸发器、回热器第一支路进行三次换热降温，再经过第一蒸发器后回热进入压缩机，三次冷媒的降温相比现有的一次或两次冷媒的降温而言，整机的制热能力得到显著提高，系统可靠性更强。

(3)、本发明的空气源热泵采暖系统可以通过第二蒸发器回收从冷凝器流出的温度较高的冷媒的热量，同时能够提高低温环境蒸发温度和吸热量，提高蒸发器压力，提高压缩机吸气效率和吸气过热度，降低压缩机液击风险。

(4)、本发明的空气源热泵采暖系统的控制方法是节流前先在换热回路中进行换热，节流后在第一蒸发器汽化的冷媒再经换热回路换热后进入压缩机，该控制方法流程简单、控制更精确、压缩机工作效率更高。

附图说明

图1是本发明优选实施例一提供的空气源热泵采暖系统的结构示意图。

图2是本发明优选实施例一提供的一体式换热器的结构示意图。

图3是本发明优选实施例一提供的一体式换热器的侧视图。

图中标记为：

1、压缩机；2、冷凝器；3、节流元件；41、第一蒸发器；411、第一蒸发器进口；412、第一蒸发器出口；42、第二蒸发器；421、第二蒸发器进口；422、第二蒸发器出口；51、回热器第一支路；52、回热器第二支路。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

优选实施例一：

本优选实施例公开一种空气源热泵采暖系统。如图1所示，空气源热泵采暖系统包括依次串接形成循环回路的压缩机1、冷凝器2、节流元件3和第一蒸发器41，其中，节流元件3优选为膨胀阀。

在冷凝器2的冷媒出口和节流元件3的冷媒进口之间连通有回热器第一支路51；在压缩机1的进口和第一蒸发器41的冷媒出口之间连通有回热器第二支路52；在冷凝器2的冷媒出口和回热器第一支路51的冷媒入口之间连通有第二蒸发器42，第二蒸发器42用于为从冷凝器2流出的冷媒换热。

空气源热泵采暖系统的具体连接关系为：压缩机1出口连通冷凝器2的一端，冷凝器2的另一端连通第二蒸发器进口421，第二蒸发器出口422连通回热器第一支路51一端，另一端连接膨胀阀，膨胀阀再与第一蒸发器进口411连通，第一蒸发器出口412经回热器第二支路52后连接至压缩机1入口。

本实施例中，如图2和图3所示，优选将第一蒸发器41和第二蒸发器42集成为一体式换热器，即该一体式换热器包括两条支路，其中一条支路为第一蒸发器41，另一条支路为第二蒸发器42，流经第二蒸发器42的冷媒会流经第 一蒸发器41，该一体式换热器优选为管式换热器，也可以是翅片式换热器或管板式换热器，其中，图3中箭头方向为空气流向。工作时，冷媒在节流元件之前依次经过冷凝器2、第二蒸发器42、回热器第一支路51进行三次换热降温，再经过第一蒸发器41后回热进入压缩机1，三次冷媒的降温相比现有的一次或两次冷媒的降温而言，蒸发器的制热能力、整机的制热能力均得到显著提高，系统可靠性也更强

本实施例中，系统冷媒优选采用CO₂，，即，提供一种CO₂空气源热泵采暖系统。该系统在节流前设置的一支换热回路能够降低进入膨胀阀前的CO₂温度，减少膨胀阀的节流损失，提高循环系统的效率；能够增加低温环境时第一蒸发器41的吸热量并减缓其结霜速度，提高第一蒸发器41的压力和压缩机1的吸气效率，降低压缩机液击风险；此外，压缩机1运行更加可靠、使用寿命更长。

回热器第一支路51和回热器第二支路52集成为一体式回热器，一体式回热器优选为管式回热器。

本实施例中的空气源热泵采暖系统是将回热器和蒸发器的双流路组合在一起形成节流前的一支换热回路和节流后的一支换热回路，解决了现有的系统仅设置回热器时压缩机由于吸气温度过高经常会出现无法正常工作的问题，或仅设置双流路蒸发器时无法保证合适的压缩机吸气温度和节流前冷媒温度的问题。

上述系统主要用于采暖系统中，该系统可以实现节流前的三次换热，因而整机制热能力得到了显著提高，系统的COP(制热能效比)极大地提高，工作可靠稳定，与现有的节流前只进行一次或两次换热的系统相比，制热能力具有明显的优势，适于大范围推广应用。

基于本实施例中的空气源热泵采暖系统的控制方法具体为：

空气源热泵采暖系统处于制热过程中时，冷媒从冷凝器2流出后依次流经第二蒸发器42和回热器第一支路51换热后再流入节流元件3，从节流元件3流出的冷媒经第一蒸发器41汽化后流经回热器第二支路52换热再进入压缩机1。

上述控制方法控制更精确，既能够保证合适的节流前冷媒温度和压缩机吸气温度，又可以通过第二蒸发器回收从冷凝器流出的温度较高的冷媒的热量，同时能够提高低温环境蒸发温度和吸热量，提高压缩机吸气效率和系统性能。

优选实施例二：

本优选实施例公开一种空气源热泵采暖系统，该空气源热泵采暖系统中，冷媒可以是但不限于是将CO₂，其结构与优选实施例一基本相同。该空气源热泵采暖系统包括依次串接形成循环回路的压缩机、冷凝器、节流元件和第一蒸发器，在冷凝器的冷媒出口和节流元件的冷媒进口之间连通有回热器第一支路；在压缩机的进口和第一蒸发器的冷媒出口之间连通有回热器第二支路；在冷凝器的冷媒出口和回热器第一支路的冷媒入口之间连通有第二蒸发器，第二蒸发器用于为从冷凝器流出的冷媒换热。

不同之处在于：第一蒸发器和第二蒸发器可以集成为一体结构，也可以是分别设置的两个换热器，第一蒸发器能够实现将冷媒汽化，第二蒸发器能够实现将从冷凝器流出的冷媒冷却即可；两个蒸发器均既可以是管式结构，也可以是板式或其他结构，能够实现换热即可。

本实施例中提供的空气源热泵采暖系统应用于采暖系统中，由于空气源热泵采暖系统的制热能力极大地提高进而采暖系统的制热能力也相应的提高，相比于现有采暖系统的制热能力，采用该空气源热泵采暖系统制热具有明显的效果。

本实施例提供的空气源热泵采暖系统还可以应用于其他制热系统中，如空调、热烘干机等领域，制热效果均优于现有的水平，适于大范围推广。

基于本实施例中所述的空气源热泵采暖系统的控制方法与优选实施例一基本相同，在此不再赘述。

在上述实施例的描述中，需要说明的是，述及术语“第一”、“第二”、“第三”等，仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上是结合附图给出的实施例，仅是实现本发明的优选方案而非对其限制，任何对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。本发明的保护范围还包括本领域技术人员不付出创造性劳动所能想到的任何替代技术方案。