热泵系统及其控制方法与流程

本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种热泵系统及其控制方法。

背景技术：

公开号为cn106766367a的专利公开了一种空调系统，其利用辅助压缩缸将中间压力气液分离器中的制冷剂气体直接压缩后与主缸排气一起送至冷凝器，而气液分离器中的制冷剂液体经过二级节流后进入蒸发器中蒸发。相对于常规系统，该系统能够降低进入蒸发器的制冷剂的节流干度，显著提高制冷系统的能力能效值。该系统中提供了两个截止阀，通过两个截止阀的开闭组合，实现气液分离器出气口与补气缸吸气口相连或与主压缩缸的吸气口相连实现补气模式的转换，以避免辅助压缩缸因补气带液过多导致缸体液击损坏。

然而该系统中的补气模式转换结构较为复杂，导致控制系统较为复杂，控制成本较高，实现成本较高。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种热泵系统及其控制方法，能够方便地实现压缩机的中压补气和低压补气的切换，结构和控制系统简单，实现成本较低。

为了解决上述问题，本发明提供一种热泵系统，包括压缩机、室内换热器、室外换热器、闪发器和压力调节装置，压缩机包括主缸和辅助缸，闪发器设置在室内换热器和室外换热器之间，压力调节装置设置在闪发器的液态冷媒出口和室内换热器之间，闪发器的气态冷媒出口连接至辅助缸的吸气口，压力调节装置用于在制冷工况下调节压力调节装置两端的冷媒压力差，以使压力调节装置两端的冷媒压力差在第一预设范围内，或者使得压力调节装置两端的冷媒压力差在第二预设范围内，其中第二预设范围的最小值大于第一预设范围的最大值。

优选地，室外换热器和闪发器之间设置有第一节流阀。

优选地，闪发器的气态冷媒出口与辅助缸的吸气口之间的管路上设置有第一控制阀。

优选地，压力调节装置包括并联的第二控制阀和第二节流阀。

优选地，压力调节装置包括第二节流阀，第二节流阀的开度在第一范围内时，第二节流阀两端的压力差位于第一预设范围内，第二节流阀的开度在第二范围时，第二节流阀两端的压力差位于第二预设范围内。

优选地，热泵系统还包括四通阀，四通阀设置在压缩机的排气端。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的热泵系统的控制方法，包括：

获取热泵系统的运行工况；

当热泵系统处于制冷模式时，获取压缩机的主缸的工作参数；

根据压缩机的主缸的工作参数确定辅助缸的补气模式；

对压力调节装置进行调节，使得辅助缸运行在所确定的补气模式。

优选地，在获取压缩机的主缸的工作参数之前，控制方法还包括：

在开机启动阶段控制辅助缸按照低压补气模式运行；

调节第一节流阀开度，使得主缸的吸气过热度δtsuc在预设的范围内。

优选地，主缸的吸气过热度δtsuc的预设范围为3～5℃。

优选地，根据热泵系统的运行工况和压缩机的主缸的工作参数确定辅助缸的补气模式的步骤包括：

确定主缸的吸排气压比pc/pe；

若pc/pe＜n，控制热泵系统以低压补气模式运行；

若pc/pe≥n，控制热泵系统以中压补气模式运行。

优选地，对压力调节装置进行调节，使得辅助缸运行在所确定的补气模式的步骤包括：

若pc/pe＜n，控制第二控制阀打开，使得压力调节装置两端的冷媒压力差在第一预设范围内；

若pc/pe≥n，控制第二控制阀关闭，调节第二节流阀，使得压力调节装置两端的冷媒压力差在第二预设范围内。

优选地，根据热泵系统的运行工况和压缩机的主缸的工作参数确定辅助缸的补气模式的步骤包括：

确定室内换热器的冷凝温度和蒸发温度的比值tc/te；

根据tc/te来确定热泵系统的补气模式。

优选地，当热泵系统处于制热模式时，控制第二控制阀处于关闭状态，使热泵系统运行以中压补气模式运行；

根据主缸吸气口制冷剂的吸气过热度和辅助缸吸气口的制冷剂带液率来调节第一节流阀和第二节流阀的开度组合。

本发明提供的热泵系统，包括压缩机、室内换热器、室外换热器、闪发器和压力调节装置，压缩机包括主缸和辅助缸，闪发器设置在室内换热器和室外换热器之间，压力调节装置设置在闪发器的液态冷媒出口和室内换热器之间，闪发器的气态冷媒出口连接至辅助缸的吸气口，压力调节装置用于在制冷工况下调节压力调节装置两端的冷媒压力差，以使压力调节装置两端的冷媒压力差在第一预设范围内，或者使得压力调节装置两端的冷媒压力差在第二预设范围内，其中第二预设范围的最小值大于第一预设范围的最大值。在热泵系统处于制冷工况时，能够通过压力调节装置来调节压力调节装置两端的压力差，从而调节闪发器内的冷媒压力，使得热泵系统在低压比工况下运行时，闪发器内的冷媒压力处于与室内换热器内的冷媒压力相同的低压状态，实现低压补气；热泵系统在高压比工况下运行时，闪发器内的冷媒压力处于高压压力与室内换热器内的低压冷媒压力之间的中间压力状态，实现中压补气，从而能够通过压力调节装置实现在不同工况条件下系统补气模式的转换，使得热泵系统在不同工况条件下都能够实现高效运行，能够方便地实现压缩机的中压补气和低压补气的切换，结构和控制系统简单，实现成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例的热泵系统的结构示意图；

图2为本发明实施例的热泵系统在制冷工况下低压补气模式的冷媒流动图；

图3为本发明实施例的热泵系统在制冷工况下启动阶段的冷媒流动图；

图4为本发明实施例的热泵系统在制冷工况下中压补气模式的冷媒流动图；

图5为本发明实施例的热泵系统在制热工况下的冷媒流动图；

图6为本发明实施例的热泵系统的整体冷媒流动示意图；

图7为本发明实施例的热泵系统的控制原理图；

图8为本发明实施例的热泵系统的控制流程图。

附图标记表示为：

1、主缸；2、辅助缸；3、室内换热器；4、室外换热器；5、闪发器；6、第一节流阀；7、第一控制阀；8、第二节流阀；9、第二控制阀；10、四通阀。

具体实施方式

结合参见图1至图6所示，根据本发明的实施例，热泵系统包括压缩机、室内换热器3、室外换热器4、闪发器5和压力调节装置，压缩机包括主缸1和辅助缸2，闪发器5设置在室内换热器3和室外换热器4之间，压力调节装置设置在闪发器5的液态冷媒出口和室内换热器3之间，闪发器5的气态冷媒出口连接至辅助缸2的吸气口，压力调节装置用于在制冷工况下调节压力调节装置两端的冷媒压力差，以使压力调节装置两端的冷媒压力差在第一预设范围内，或者使得压力调节装置两端的冷媒压力差在第二预设范围内，其中第二预设范围的最小值大于第一预设范围的最大值。

其中室内换热器3和室外换热器4均连接至压缩机的主缸1，闪发器5连接在室内换热器3和室外换热器4之间，闪发器5的气态冷媒出口连接至压缩机的辅助缸2。

在热泵系统处于制冷工况时，能够通过压力调节装置来调节压力调节装置两端的压力差，从而调节闪发器5内的冷媒压力，使得热泵系统在低压比工况下运行时，闪发器5内的冷媒压力处于与室内换热器3内的冷媒压力相同的低压状态，实现低压补气；热泵系统在高压比工况下运行时，闪发器5内的冷媒压力处于高压压力与室内换热器3内的低压冷媒压力之间的中间压力状态，实现中压补气，从而能够通过压力调节装置实现在不同工况条件下系统补气模式的转换，使得热泵系统在不同工况条件下都能够实现高效运行，能够方便地实现压缩机的中压补气和低压补气的切换，结构和控制系统简单，实现成本较低。

在本实施例中，压力调节装置两端的冷媒压力差在第一预设范围内时，闪发器5的气态冷媒出口的冷媒压力为低压，压力调节装置两端的冷媒压力差在第二预设范围内时，闪发器5的气态冷媒出口的冷媒压力为中压，当冷媒压力为低压时，闪发器5的气态冷媒出口的冷媒压力与室内换热器3内的冷媒压力相等或者压力差在一个较小范围内；当冷媒压力为中压时，闪发器5的气态冷媒出口的冷媒压力与室内换热器3内的冷媒压力之间的压力差在一个较大范围内，使得闪发器5的气态冷媒出口的冷媒压力介于室内换热器3内的低压冷媒和压缩机排气口的高压冷媒的压力之间。

室外换热器4和闪发器5之间设置有第一节流阀6。该第一节流阀6用于对经室外换热器4放热冷凝之后的冷媒进行第一次节流降压，降低冷媒压力，使得液态冷媒能够部分气化，从而在闪发器5内产生足够的气态冷媒，满足热泵系统的补气要求。

优选地，闪发器5的气态冷媒出口与辅助缸2的吸气口之间的管路上设置有第一控制阀7。该第一控制阀7设置在补气管路上，能够控制补气管路的通断，从而控制热泵系统是否进行补气。补气管路上也可以不设置第一控制阀7，从而使得补气管路始终连通闪发器5的气态冷媒出口与辅助缸2的吸气口，实现压缩缸的补气运行。第一控制阀7例如为截止阀，也可以为具有启闭功能的其它类型的电磁阀等。

在本实施例中，压力调节装置包括并联的第二控制阀9和第二节流阀8。

通过第二控制阀9和第二节流阀8的阀开闭组合调节，可以将辅助缸2的吸气口分别与中压补气口或低压补气口相连接，实现在不同工况条件下系统模式的转换，使得热泵系统在不同工况条件下系统都能实现高效运行。在高压比工况条件下，通过阀开闭组合调节，使辅助缸2的吸气口与中压补气相连接，此时，室内换热器3与闪发器5通过第二节流阀8连接，实现中压补气；在低压比工况下运行时，通过阀开闭组合调节，使辅助缸2的吸气口与低压补气口连接，此时室内换热器3与闪发器5通过连接管路直接连接，闪发器5内的压力与室内换热器3内制冷剂压力相同，实现低压补气。

具体而言，当第二控制阀9关闭，第一控制阀7打开时，室外换热器4与室内换热器3之间通过第一节流阀6、闪发器5和第二节流阀8相连，此时闪发器5中的制冷剂压力为介于高低压之间的中间压力，此时辅助缸2的吸气压力为中间压力，即中压补气，该运行模式下，辅助缸2通过吸入中压气体来降低进入室内换热器3的制冷剂干度，以提高主缸1的单位质量制冷量和系统运行能效，该模式适用于室内换热器3节流干度较大的场合，即压缩机吸排气压比较大的场合，在吸排气压比较大时，通过提供补气压力来提高辅助缸2的补气质量流量，更有利于热泵系统能力能效的提升。

当第一控制阀7打开、第二控制阀9也打开时，闪发器5内制冷剂的压力与室内换热器3处的制冷剂压力相同，此时，辅助缸2的吸气压力为低压吸气，实现低压补气，通过压缩闪发器5中分离出的制冷剂气体实现室内换热器3入口干度的降低，提高室内换热器3的使用效率，增加主缸1的单位质量制冷量和系统能效，适用于负荷较低的场合，及吸排气压比低的场合，避免在低负荷运行条件下由于补气量小导致的补气带液率过大带来的不利影响，保证热泵系统运行的可靠性。

在本实施例中，仅仅通过第二节流阀8和第二控制阀9两个阀的简单组合和控制，就能够方便地实现辅助缸的低压补气和中压补气的切换，使得热泵系统可以在不同负荷条件下进行模式的转换，保证热泵系统在不同工况下运行高效性，结构简单，控制成本大幅降低。

在另一个未示出的实施例中，压力调节装置包括第二节流阀8，第二节流阀8的开度在第一范围内时，第二节流阀8两端的压力差位于第一预设范围内，第二节流阀8的开度在第二范围时，第二节流阀8两端的压力差位于第二预设范围内。第二节流阀8可以具有较大的开度调节范围，使得第二节流阀8在进行调节过程中，能够使得第二节流阀8两端的冷媒压力差保持在第一预设范围内，实现热泵系统的低压补气；也能够使得第二节流阀8两端的冷媒压力差保持在第二预设范围内，实现热泵系统的中压补气。由于第二节流阀8的调节范围可以满足热泵系统的低压补气要求和高压补气要求，因此无需设置第二控制阀9。

热泵系统还包括四通阀10，四通阀10设置在压缩机的排气端。通过设置四通阀10，可以方便地实现热泵系统的制冷和制热工况的切换。

结合参见图7和图8所示，根据本发明的实施例，一种上述的热泵系统的控制方法，包括：获取热泵系统的运行工况；当热泵系统处于制冷模式时，获取压缩机的主缸1的工作参数；根据压缩机的主缸1的工作参数确定辅助缸2的补气模式；对压力调节装置进行调节，使得辅助缸2运行在所确定的补气模式。

在获取压缩机的主缸1的工作参数之前，控制方法还包括：在开机启动阶段控制辅助缸2按照低压补气模式运行；调节第一节流阀6开度，使得主缸1的吸气过热度δtsuc在预设的范围内。在开机启动阶段时，由于闪发器5中积存有制冷剂，因此容易发生闪发器5中积存的制冷剂进入辅助缸2而引起辅助缸2发生液击的危险，通过控制辅助缸2按照低压补气模式运行，能够使得进入辅助缸2内的冷媒均为气态冷媒，有效避免液态冷媒进入辅助缸2而发生液击现象，对压缩机运行形成有效保护。

通过控制第一节流阀6的开度，可以使得主缸1的吸气过热度在预设的范围内，能够避免压缩机主缸1的吸气过热度过高而导致运行能效降低的问题。

优选地，主缸1的吸气过热度δtsuc的预设范围为3～5℃。

根据热泵系统的运行工况和压缩机的主缸1的工作参数确定辅助缸2的补气模式的步骤包括：

确定主缸1的吸排气压比pc/pe；

若pc/pe＜n，控制热泵系统以低压补气模式运行；

若pc/pe≥n，控制热泵系统以中压补气模式运行。

对压力调节装置进行调节，使得辅助缸2运行在所确定的补气模式的步骤包括：

若pc/pe＜n，控制第二控制阀9打开，使得压力调节装置两端的冷媒压力差在第一预设范围内；

若pc/pe≥n，控制第二控制阀9关闭，调节第二节流阀8，使得压力调节装置两端的冷媒压力差在第二预设范围内。其中n的值为1.5～2.0。

根据热泵系统的运行工况和压缩机的主缸1的工作参数确定辅助缸2的补气模式的步骤包括：

确定室内换热器3的冷凝温度和蒸发温度的比值tc/te；

根据tc/te来确定热泵系统的补气模式。其中室内换热器3的冷凝温度和蒸发温度时通过设置在室内换热器3中部的感温包进行检测获得的。tc/te的取值范围可以根据热泵系统实际的工作状况进行设定。

当热泵系统处于制热模式时，控制第二控制阀9处于关闭状态，使热泵系统运行以中压补气模式运行；根据主缸1吸气口制冷剂的吸气过热度和辅助缸2吸气口的制冷剂带液率来调节第一节流阀6和第二节流阀8的开度组合。

下面对本实施例的热泵系统的运行过程加以说明：

当热泵系统制冷模式启动时，为了保证启动阶段闪发器5中的制冷剂液体过多的进入辅助缸2，启动初始阶段按低压补气模式运行，通过调节第一节流阀6的开度，控制主缸1的吸气过热度δtsuc在合理的范围内，δtsuc一般取值在3—5℃。稳定运行一段时间后，通过检测主缸1的吸排气压比pc/pe值的大小，判断系统以中压补气模式运行还是低压补气模式运行，当pc/pe＜n时，系统以低压补气模式运行，此时需要打开第二控制阀9；当pc/pe≥n时，关闭第二控制阀9，冷媒从闪发器5的液态冷媒出口经第二节流阀8进入室内换热器3，实现中压补气运行，通过调节第一节流阀6和第二节流阀8的开度，可以使得主缸吸气口制冷剂的吸气过热度和辅助缸吸气口的制冷剂带液率满足设计目标。其中n值的大小取值范围在1.5～2.0之间。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。