复叠式热泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及空气处理设备技术领域，特别是一种复叠式热泵系统及其控制方法。

背景技术

普通单级空气源热泵系统具有结构简单、系统可靠等优点，但其蒸发温度往往受环境温度的限制，冷凝温度则由热泵装置的用途确定。当室外环境温度降低或冷凝温度升高时,随着压缩机的压比增大，导致制冷量下降、耗功增加、制热性能系数降低、压缩机输气量及效率下降，经济性降低等问题，而且普通单级压缩热泵机组冬季制热性能衰减甚至无法正常工作，阻碍了热泵机组在北方寒冷地区的推广应用，解决此问题的方法之一是采用复叠式热泵循环系统。

目前，常规复叠式热泵循环是由两个单独的热泵循环组成,系统需要配置两个四通阀(如图1所示)，在其高、低温级分别使用中、低温制冷剂。高温级制冷剂的蒸发用来使低温级的制冷剂冷凝,高温级制冷剂冷凝输出热量,用一个蒸发冷凝器将这两部分联系起来,它既是高温部分的蒸发器,又是低温部分的冷凝器。然而一旦室外环境温度升高或用户需求中温热水(或热风)或进行化霜时，高低温级压缩机需要同时工作，能耗大，使用复叠系统并不经济。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，而提供一种降低系统能耗的复叠式热泵系统及其控制方法。

一种复叠式热泵系统，包括蒸发冷凝器、第一换热系统、第二换热系统和换热器，所述第一换热系统中的介质和所述第二换热系统的介质在所述蒸发冷凝器内进行热交换，且所述第一换热系统中的介质和所述第二换热系统中的介质均能够在所述换热器内与换热器内的换热介质进行换热。

所述换热器包括本体和两套循环管路，所述本体内形成换热空间，所述第一换热系统中的介质和所述第二换热系统中的介质能够分别通过两条所述循环管路与通入所述换热空间内的换热介质进行换热。

两套循环管路包括第一循环管路和第二循环管路，所述第一循环管路和所述第二循环管路均设置于所述本体内部，且所述第一循环管路的两端均突出所述本体形成第一入口和第一出口，所述第二循环管路的两端均突出所述本体形成第二入口和第二出口。

所述本体的内部形成所述换热空间，所述本体上设置有与所述换热空间连通的第三入口和第三出口，经过所述第三入口、所述换热空间和所述第三出口的换热介质能够与所述第一循环管路或所述第二循环管路进行换热。

所述本体内还形成有第一存储空间，所述第一存储空间内设置有第一隔板，所述第一隔板将所述第一存储空间分为第一进入空间和第一流出空间，所述第一入口与所述第一进入空间连通，所述第一出口与所述第一流出空间连通，且所述第一循环管路的两端分别与所述第一进入空间和所述第一流出空间连通。

所述本体内还形成有第二存储空间，所述第二存储空间内设置有第二隔板，所述第二隔板将所述第二存储空间分为第二进入空间和第二流出空间，所述第二入口与所述第二进入空间连通，所述第二出口与所述第二流出空间连通，且所述第二循环管路的两端分别与所述第二进入空间和所述第二流出空间连通。

所述本体内还形成有第一存储空间和第二存储空间，所述第一存储空间内设置有第一隔板，所述第一隔板将所述第一存储空间分为第一进入空间和第一流出空间，所述第一入口与所述第一进入空间连通，所述第一出口与所述第一流出空间连通，且所述第一循环管路的两端分别与所述第一进入空间和所述第一流出空间连通，所述第二存储空间内设置有第二隔板，所述第二隔板将所述第二存储空间分为第二进入空间和第二流出空间，所述第二入口与所述第二进入空间连通，所述第二出口与所述第二流出空间连通，且所述第二循环管路的两端分别与所述第二进入空间和所述第二流出空间连通。

所述第一存储空间设置于所述本体的一端，且所述第一存储空间与所述换热空间相对密封设置。

所述第二存储空间设置于所述本体的一端，且所述第二存储空间与所述换热空间相对密封设置。

所述第一存储空间和所述第二存储空间分别设置于所述换热空间的两端。

所述换热空间内设置有多个挡板，且所有所述挡板将所述换热空间由所述第三入口至所述第三出口形成连续的s形流道。

所述第一循环管路和所述第二循环管路均呈u形结构。

所述本体上开设有通孔，所有所述通孔形成所述换热空间，且所述通孔的第一端形成第三入口，所述通孔的第二端形成第三出口，经过所述第三入口、所述通孔和所述第三出口的换热介质能够与所述第一循环管路或所述第二循环管路进行换热。

所述第一换热系统中的介质和所述第二换热系统的介质在所述蒸发冷凝器内进行热交换，且所述第一换热系统中的介质和所述第二换热系统中的介质均能够在所述换热器内与换热空间内的换热介质进行换热。

所述第一换热系统包括第一压缩机、第一四通阀和第一蒸发器，所述第一压缩机的排气口与所述第一四通阀的d端连通，所述第一四通阀的c端分别与所述蒸发冷凝器和所述换热器切换连通，所述第一四通阀的s端与所述第一压缩机的吸气口连通，所述第一四通阀的e端与所述第一蒸发器的第一端连通，所述第一蒸发器的第二端与所述蒸发冷凝器连通。

所述第二换热系统包括第二压缩机，所述第二压缩机的排气依次经过所述第二循环管路和所述蒸发冷凝器后回流至所述第二压缩机中。

所述复叠式热泵系统还包括管路切换装置，所述管路切换装置的入口与所述第一四通阀的c端连通，所述管路切换装置的第一切换出口与所述蒸发冷凝器连通，所述管路切换装置的第二切换出口与所述第一循环管路连通。

所述管路切换装置为三通阀，且所述三通阀的第一端形成所述管路切换装置的入口，其余两端分别形成所述管路切换装置的第一切换出口和第二切换出口。

所述管路切换装置包括两个二通阀，两个所述二通阀的第一端均与所述第一四通阀的c端连通，且一个所述二通阀的第二端与所述蒸发冷凝器连通，另一所述二通阀的第二端与所述第一循环管路连通。

所述复叠式热泵系统还包括第一节流装置和第二节流装置，所述第一节流装置的第一端与所述第一蒸发器的第二端连通，所述第一节流装置的第二端与所述蒸发冷凝器和所述第一循环管路连通，所述第二节流装置的第一端与所述第二循环管路连通，所述第二节流装置的第二端与所述蒸发冷凝器连通。

一种上述的复叠式热泵系统的控制方法，包括：单级制热模式，所述第一压缩机和所述第一节流装置开启，所述第二压缩机和第二节流装置关闭，所述第一四通阀的d端与c端连通，所述管路切换装置的入口与所述第二切换出口连通。

所述控制方法还包括：双级制热模式，所述第一压缩机、所述第二压缩机、所述第一节流装置、所述第二节流装置开启，所述第一四通阀的d端与c端连通，所述管路切换装置的入口与所述第一切换出口连通。

所述控制方法还包括：化霜模式，所述第一压缩机和所述第一节流装置开启，所述第二压缩机和所述第二节流装置关闭，所述第一四通阀的d端与e端连通，所述管路切换装置的入口与所述第二切换出口连通。

本发明提供的复叠式热泵系统及其控制方法，能够在利用第一换热系统和第二换热系统达到现有复叠式热泵系统的基础上，利用单级的压缩机进行中温水的制取和室外蒸发器的化霜过程，有效的降低了系统的能耗，增加了系统的经济性，有效的降低了复叠式热泵系统的结构成本和运行成本。

附图说明

图1为现有技术所提供的复叠式热泵系统的结构示意图；

图2为本发明提供的复叠式热泵系统及其控制方法的实施例中的复叠式热泵系统的结构示意图；

图3为本发明提供的复叠式热泵系统及其控制方法的实施例中的换热器的结构示意图；

图4为本发明提供的复叠式热泵系统及其控制方法的实施例中的换热器的另一结构示意图；

图5为本发明提供的复叠式热泵系统及其控制方法的实施例中的复叠式热泵系统的另一结构示意图；

图中：

1、蒸发冷凝器；2、第一换热系统；3、第二换热系统；4、换热器；41、本体；43、换热空间；421、第一循环管路；422、第二循环管路；44、第一存储空间；441、第一隔板；45、第二存储空间；451、第二隔板；21、第一压缩机；22、第一四通阀；23、第一蒸发器；31、第二压缩机；24、第一节流装置；32、第二节流装置；5、管路切换装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2至图5所示的复叠式热泵系统，包括蒸发冷凝器1、第一换热系统2、第二换热系统3和换热器4，所述第一换热系统2中的介质和所述第二换热系统3的介质在所述蒸发冷凝器1内进行热交换，且所述第一换热系统2中的介质和所述第二换热系统3中的介质均能够在所述换热器4内与换热器4内的换热介质进行换热，当复叠式热泵系统在室外环境温度较低和/或用户需求较高水温(或较高出风温度)的条件下，第一换热系统2和第二换热系统3均进行制热，从而达到满足系统和用户要求的目的，而当复叠式热泵系统在室外环境温度较高和/或用户需求中低水温(或中低出风温度)时，能够将第二换热系统3关闭，单独利用第一换热系统2在换热器4内进行换热，从而有效的降低系统能耗。

上述所提及的室外环境温度较高、室外环境温度较低等根据实际使用的环境条件进行设定，同时较高水温(或较高出风温度)和中低水温(或中低出风温度)也可以根据系统所处的环境温度以及用户的要求温度进行设定，因此，本申请在此不对室外环境温度较高、室外环境温度较低、较高水温(或较高出风温度)和中低水温(或中低出风温度)的具体数值范围进行限定。

所述换热器4包括本体41和两套循环管路，所述本体41内形成换热空间43，所述第一换热系统2中的介质和所述第二换热系统3中的介质能够分别通过两条所述循环管路与通入所述换热空间43内的换热介质进行换热，利用两条循环管路，分别将第一换热系统2中的介质和第二换热系统3中的介质引入换热空间43内，根据热泵系统的工作状态的切换，选择工作的循环管路，达到对不同出水温度(或不同出风温度)的控制。

两套循环管路包括第一循环管路421和第二循环管路422，所述第一循环管路421和所述第二循环管路422均设置于所述本体41内部，且所述第一循环管路421的两端均突出所述本体41形成第一入口和第一出口，所述第二循环管路422的两端均突出所述本体41形成第二入口和第二出口。

所述本体41的内部形成所述换热空间43，所述本体41上设置有与所述换热空间43连通的第三入口和第三出口，经过所述第三入口、所述换热空间43和所述第三出口的换热介质能够与所述第一循环管路421或所述第二循环管路422进行换热，其中所述第三入口和所述第三出口之间能够通入水等介质进行换热。

所述本体41内还形成有第一存储空间44，所述第一存储空间44内设置有第一隔板441，所述第一隔板441将所述第一存储空间44分为第一进入空间和第一流出空间，所述第一入口与所述第一进入空间连通，所述第一出口与所述第一流出空间连通，且所述第一循环管路421的两端分别与所述第一进入空间和所述第一流出空间连通，使得经过第一循环管路421的介质由所述第一入口进入所述第一进入空间中，并由第一进入空间进入第一循环管路421中进行循环换热后进入第一流出空间，并由第一出口排出完成循环。

所述本体41内还形成有第二存储空间45，所述第二存储空间45内设置有第二隔板451，所述第二隔板451将所述第二存储空间45分为第二进入空间和第二流出空间，所述第二入口与所述第二进入空间连通，所述第二出口与所述第二流出空间连通，且所述第二循环管路422的两端分别与所述第二进入空间和所述第二流出空间连通，使得经过第二循环管路422的介质由所述第二入口进入所述第二进入空间中，并由第二进入空间进入第二循环管路422中进行循环换热后进入第二流出空间，并由第二出口排出完成循环。

所述本体41内还形成有第一存储空间44和第二存储空间45，所述第一存储空间44内设置有第一隔板441，所述第一隔板441将所述第一存储空间44分为第一进入空间和第一流出空间，所述第一入口与所述第一进入空间连通，所述第一出口与所述第一流出空间连通，且所述第一循环管路421的两端分别与所述第一进入空间和所述第一流出空间连通，所述第二存储空间45内设置有第二隔板451，所述第二隔板451将所述第二存储空间45分为第二进入空间和第二流出空间，所述第二入口与所述第二进入空间连通，所述第二出口与所述第二流出空间连通，且所述第二循环管路422的两端分别与所述第二进入空间和所述第二流出空间连通。

所述第一存储空间44设置于所述本体41的一端，且所述第一存储空间44与所述换热空间43相对密封设置，保证经过第一循环管路421中的介质与经过换热空间43的介质不进行混合。

所述第二存储空间45设置于所述本体41的一端，且所述第二存储空间45与所述换热空间43相对密封设置，保证经过第二循环管路422中的介质与经过换热空间43的介质不进行混合。

所述第一存储空间44和所述第二存储空间45分别设置于所述换热空间43的两端，方便对第一循环管路421和第二循环管路422结构上的安装。

所述换热空间43内设置有多个挡板，且所有所述挡板将所述换热空间43由所述第三入口至所述第三出口形成连续的s形流道。

所述第一循环管路421和所述第二循环管路422均呈u形结构。

所述本体41上开设有通孔，所有所述通孔形成所述换热空间43，且所述通孔的第一端形成第三入口，所述通孔的第二端形成第三出口，经过所述第三入口、所述通孔和所述第三出口的换热介质能够与所述第一循环管路421或所述第二循环管路422进行换热，优选的，所述换热介质为空气，经过所述通孔的空气在换热空间43内进行换热后形成较高温度的出风或中低温度的出风。

所述第一换热系统2中的介质和所述第二换热系统3的介质在所述蒸发冷凝器1内进行热交换，且所述第一换热系统2中的介质和所述第二换热系统3中的介质均能够在所述换热器4内与换热空间43内的换热介质进行换热。

所述第一换热系统2包括第一压缩机21、第一四通阀22和第一蒸发器23，所述第一压缩机21的排气口与所述第一四通阀22的d端连通，所述第一四通阀22的c端分别与所述蒸发冷凝器1和所述换热器4切换连通，所述第一四通阀22的s端与所述第一压缩机21的吸气口连通，所述第一四通阀22的e端与所述第一蒸发器23的第一端连通，所述第一蒸发器23的第二端与所述蒸发冷凝器1连通，所述第一换热系统2能够在第一四通阀22的切换下调节第一蒸发器23的工作状态，进而达到进行制热或对第一蒸发器23化霜的目的。

所述第二换热系统3包括第二压缩机31，所述第二压缩机31的排气依次经过所述第二循环管路422和所述蒸发冷凝器1后回流至所述第二压缩机31中，在室外环境温度较低和/或用户需求较高水温(或较高出风温度)的条件下，第二换热系统3进行主要制热，从而达到满足系统和用户要求的目的，而当复叠式热泵系统在室外环境温度较高和/或用户需求中低水温(或中低出风温度)时，能够将第二换热系统3关闭，单独利用第一换热系统2在换热器4内进行换热，从而有效的降低系统能耗。

所述复叠式热泵系统还包括管路切换装置5，所述管路切换装置5的入口与所述第一四通阀22的c端连通，所述管路切换装置5的第一切换出口与所述蒸发冷凝器1连通，所述管路切换装置5的第二切换出口与所述第一循环管路421连通，利用所述管路切换装置5，能够调节第一换热系统2中的介质的走向，进而达到调节复叠式热泵系统的工作模式的目的。

所述管路切换装置5为三通阀，且所述三通阀的第一端形成所述管路切换装置5的入口，其余两端分别形成所述管路切换装置5的第一切换出口和第二切换出口。

所述管路切换装置5包括两个二通阀，两个所述二通阀的第一端均与所述第一四通阀22的c端连通，且一个所述二通阀的第二端与所述蒸发冷凝器1连通，另一所述二通阀的第二端与所述第一循环管路421连通。

所述复叠式热泵系统还包括第一节流装置24和第二节流装置32，所述第一节流装置24的第一端与所述第一蒸发器23的第二端连通，所述第一节流装置24的第二端与所述蒸发冷凝器1和所述第一循环管路421连通，所述第二节流装置32的第一端与所述第二循环管路422连通，所述第二节流装置32的第二端与所述蒸发冷凝器1连通。

一种上述的复叠式热泵系统的控制方法，包括：单级制热模式，所述第一压缩机21和所述第一节流装置24开启，所述第二压缩机31和第二节流装置32关闭，所述第一四通阀22的d端与c端连通，所述管路切换装置5的入口与所述第二切换出口连通，从第一压缩机21排出的高温高压制冷剂蒸气依次经过换热器4和第一节流装置24，并在第一节流装置24节流降压后进入第一蒸发器23，在蒸发器吸收室外环境中的热量，变成制冷剂蒸气后进入第一压缩机21以完成单级制热循环过程。

所述控制方法还包括：双级制热模式，所述第一压缩机21、所述第二压缩机31、所述第一节流装置24、所述第二节流装置32开启，所述第一四通阀22的d端与c端连通，所述管路切换装置5的入口与所述第一切换出口连通，第一压缩机21和第二压缩机31均参与循环，所述管路切换装置5的入口与所述第一切换出口连通，从第一压缩机21排出的中温中压制冷剂蒸气流向蒸发冷凝器1，在蒸发冷凝器1放热后，进入第一节流阀，经第一节流阀节流后进入第一蒸发器23，并在第一蒸发器23内吸热后变成制冷剂蒸气进入第一压缩机21完成第一换热系统2的制热循环；与此同时，第二压缩机31排出的高温高压制冷剂蒸气进入换热器4内进行换热，并经第二节流阀节流降压后进入蒸发冷凝器1，在蒸发器冷凝器吸收第一换热系统2中的换热介质冷凝放出的热量气化后被第二压缩机31吸入，完成第二换热系统3的制热循环。

所述控制方法还包括：化霜模式，所述第一压缩机21和所述第一节流装置24开启，所述第二压缩机31和所述第二节流装置关闭，所述第一四通阀22的d端与e端连通，所述管路切换装置5的入口与所述第二切换出口连通，从第一压缩机21排出的高温高压制冷剂蒸气进入第一蒸发器23(此时用作冷凝器)，然后经第一节流阀降压后进入换热器4(此时用作蒸发器)，并在换热器4内吸热后变成制冷剂蒸气，最终进入第一压缩机21以完成化霜循环过程。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。