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：

对空气源热泵产品而言，机组如何在低温甚至超低温环境下保持制热能力不衰减或少衰减的问题，是目前各厂家重点关注和需要解决的问题。

由于(超)低温环境下，室外侧换热器换热能力低，蒸发温度低，导致压缩机吸气温度低，排气温度高，整机能力能效降低。

目前，很多产品采用了补气增焓的技术以提升机组低温工况下的制热能力。

现有技术中，机组通过闪蒸器闪发出来的制冷剂气体补入压缩机中，以此方式增加压缩机排气量，同时降低压缩机的排气温度，提升机组的能力和能效，但压缩机低压腔吸入的制冷剂气体依然温度较低，低压腔做功相对较少，低温下压缩机出现吸气带液现象。

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，能够提高有效提高压缩机吸气温度，避免压缩机吸气带液，提升吸气过热度，增大机组制热量。

为了解决上述问题，本发明提供一种热泵系统，包括压缩机、第一换热器、第一补气管路和第一回热器，第一补气管路的第一端连接至压缩机的补气口，第一换热器与压缩机之间的管路为第一换热管路，第一换热管路与第一补气管路之间通过第一回热器进行换热。

优选地，热泵系统还包括第二换热器，第一补气管路的第二端连接至第一换热器和第二换热器之间的冷媒流路上。

优选地，热泵系统还包括闪蒸器，闪蒸器的第一接口连接至第一换热器，闪蒸器的第二接口连接至第二换热器，第一补气管路的第二端连接至闪蒸器的闪发出口。

优选地，闪蒸器和第二换热器之间的管路为第二换热管路，热泵系统还包括第二回热器，第一补气管路和第二换热管路之间通过第二回热器进行换热。

优选地，第一回热器和第二回热器沿着冷媒流动方向在第一补气管路上依次设置。

优选地，第一补气管路上还设置有第三节流装置，第三节流装置设置在第一回热器和第二回热器之间。

优选地，第三节流装置为可调节流装置。

优选地，热泵系统还包括第二补气管路，第二补气管路与第一补气管路并联设置，第二补气管路上设置有电磁阀。

优选地，第二回热器和闪蒸器之间的管路上设置有第一节流装置。

优选地，闪蒸器和第一换热器之间设置有第二节流装置。

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：

检测热泵系统的运行工况；

根据热泵系统的运行工况对第一补气管路进行控制。

优选地，根据热泵系统的运行工况对第一补气管路进行控制的步骤包括：

当热泵系统运行制冷工况时，控制第一回热器、第二回热器和第三节流装置关闭，控制电磁阀打开，使冷媒通过第二补气管路对压缩机进行补气。

优选地，根据热泵系统的运行工况对第一补气管路进行控制的步骤包括：

当热泵系统运行制热工况时，检测压缩机的吸气过热度；

当压缩机的吸气过热度达到预设值时，控制第一回热器、第二回热器和第三节流装置关闭，控制电磁阀打开，使冷媒通过第二补气管路对压缩机进行补气；

当压缩机的吸气过热度低于预设值时，控制第一回热器、第二回热器和第三节流装置打开，控制电磁阀关闭，使冷媒通过第一补气管路对压缩机进行补气。

本发明提供的热泵系统，包括压缩机、第一换热器、第一补气管路和第一回热器，第一补气管路的第一端连接至压缩机的补气口，第一换热器与压缩机之间的管路为第一换热管路，第一换热管路与第一补气管路之间通过第一回热器进行换热。该热泵系统可以通过第一补气管路中的冷媒与第一换热管路的冷媒进行换热，当第一换热管路连接至压缩机的吸气口时，第一补气管路中的冷媒能够对第一换热管路中的冷媒进行加热，从而提高进入压缩机的吸气口的冷媒温度，提高压缩机的吸气温度，避免压缩机吸气带液，提升吸气过热度，增大机组制热量。

附图说明

图1为本发明实施例的热泵系统的结构原理图；

图2为本发明实施例的热泵系统的控制方法流程图。

附图标记表示为：

1、压缩机；2、风机；3、第一换热器；4、四通阀；5、第二换热器；6、第一回热器；7、气液分离器；8、第一节流装置；9、第二节流装置；10、第三节流装置；11、第二回热器；12、闪蒸器；13、电磁阀。

具体实施方式

结合参见图1所示，根据本发明的实施例，热泵系统包括压缩机1、第一换热器3、第一补气管路和第一回热器6，第一补气管路的第一端连接至压缩机1的补气口，第一换热器3与压缩机1之间的管路为第一换热管路，第一换热管路与第一补气管路之间通过第一回热器6进行换热。

该热泵系统可以通过第一补气管路中的冷媒与第一换热管路的冷媒进行换热，当第一换热管路连接至压缩机1的吸气口时，第一补气管路中的冷媒能够对第一换热管路中的冷媒进行加热，从而提高进入压缩机1的吸气口的冷媒温度，提高压缩机1的吸气温度，避免压缩机1吸气带液，提升吸气过热度，提升压缩机1的做功能力，增大机组低温制热量。

上述的压缩机1为带有补气功能和双级压缩的压缩机，第一回热器6可以为套管换热器、板式换热器、高效罐等两种气体不混合换热的换热器。

热泵系统还包括第二换热器5，第一补气管路的第二端连接至第一换热器3和第二换热器5之间的冷媒流路上。冷媒在到达第一换热器3与第二换热器5之间的管路上之后，成为中温中压的冷媒，而经过第一换热器3换热之后的冷媒成为低温的气态冷媒，因此将第一换热器3与第二换热器5之间的冷媒流路上的冷媒通过第一补气管路引入到第一回热器6内与第一换热管路换热，能够实现中温中压的气态冷媒与低温低压的气态冷媒之间的换热，有效增强第一换热管路内的冷媒温度，使得第一换热管路内的液态冷媒吸热成为气态冷媒，有效避免压缩机吸气带液现象。

在本实施例中，热泵系统还包括闪蒸器12，闪蒸器12的第一接口连接至第一换热器3，闪蒸器12的第二接口连接至第二换热器5，第一补气管路的第二端连接至闪蒸器12的闪发出口。冷媒在闪蒸器12内闪蒸之后，一部分液态冷媒闪发成中温中压的气态冷媒，从闪发出口排出，进入第一回热器6，另一部分液态冷媒从闪蒸器12中流出，进入第一换热器3进行换热。通过设置闪蒸器12，能够增大补气量，提高补气强度，提高第一补气管路与第一换热管路之间的换热效率，更加有效地提高压缩机的吸气温度，提升压缩机的吸气过热度。

闪蒸器12闪发出来的气体与处于蒸发压力下的冷媒气体进行换热，提升了系统的吸气温度，从而提升压缩机1的做功能力，达到提升机组低温制热换热量的目的。同时，升高压缩机1的吸气温度，也可有效防止压缩机1吸气带液，提升压缩机1的工作性能。

闪蒸器12和第二换热器5之间的管路为第二换热管路，热泵系统还包括第二回热器11，第一补气管路和第二换热管路之间通过第二回热器11进行换热。第二回热器11可以为套管换热器、板式换热器、高效罐等两种气体不混合换热的换热器。

通过设置第二回热器11，可以利用第二换热器5换热后的高温液态冷媒，对上述经第一换热管路冷却后的闪发气体进行加热，从而提高闪发气体的温度，避免补气温度在环境温度过低时，可能出现的补气带液现象，提升压缩机的工作性能。

优选地，第一回热器6和第二回热器11沿着冷媒流动方向在第一补气管路上依次设置。通过设置回热器的方式，可以首先利用第一换热管路的冷媒降低第一补气管路上的冷媒温度，加大第一补气管路上的冷媒与第二换热管路上的冷媒之间的温度差，然后再利用第二换热管路上的冷媒对第一补气管路上的冷媒进行加热，从而提高对第二换热管路上的冷媒的过冷量，提高第一换热器3的吸热能力，提高热泵系统的工作性能。

第一补气管路上还设置有第三节流装置10，第三节流装置10设置在第一回热器6和第二回热器11之间。第三节流装置10能够对第一补气管路中与第一换热管路进行换热之后的冷媒进行节流降压，从而进一步提高第一补气管路中冷媒的吸热能力，提高第一补气管路中的冷媒与第二换热管路中的冷媒的换热量和换热效率。

优选地，第三节流装置10为可调节流装置，例如毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流短管、节流孔板或前述任意合理组合。将第三节流装置10设置为可调的节流装置，能够根据需要精确调节热泵系统的补气量和补气温度，不仅更加有效地避免了补气温度在环境温度过低时，可能出现的补气带液的现象，还能够通过补气温度的调节，调节压缩机1的排气温度，从而更加有效地提升热泵系统的工作能效。

有效地，热泵系统还包括第二补气管路，第二补气管路与第一补气管路并联设置，第二补气管路上设置有电磁阀13。通过设置第二补气管路，可以根据需要选择冷媒是与第一换热管路和第二换热管路换热，还是直接通过第二补气管路对压缩机1进行补气，可操作性更强，能够根据需要调整控制策略，提高热泵系统工作性能。

优选地，第二回热器11和闪蒸器12之间的管路上设置有第一节流装置8。

优选地，闪蒸器12和第一换热器3之间设置有第二节流装置9。

在本实施例中，在压缩机1的吸气口还连接有气液分离器7，在压缩机1的排气口还连接有四通阀4，第一换热器3还对应设置有风机2。

第一节流装置8和第二节流装置9均为可调节的节流装置，可以是毛细管、热力膨胀阀、电子膨胀阀、节流短管、节流孔板或前述任意合理组合。

第一换热器3和第二换热器5可以为水-冷媒换热器，也可以是空气-冷媒换热器。

结合参见图2所示，根据本发明的实施例，上述的热泵系统的控制方法包括：检测热泵系统的运行工况；根据热泵系统的运行工况对第一补气管路进行控制。

根据热泵系统的运行工况对第一补气管路进行控制的步骤包括：当热泵系统运行制冷工况时，控制第一回热器6、第二回热器11和第三节流装置10关闭，控制电磁阀13打开，使冷媒通过第二补气管路对压缩机1进行补气。

根据热泵系统的运行工况对第一补气管路进行控制的步骤包括：当热泵系统运行制热工况时，检测压缩机1的吸气过热度；当压缩机1的吸气过热度达到预设值时，控制第一回热器6、第二回热器11和第三节流装置10关闭，控制电磁阀13打开，使冷媒通过第二补气管路对压缩机1进行补气；当压缩机1的吸气过热度低于预设值时，控制第一回热器6、第二回热器11和第三节流装置10打开，控制电磁阀13关闭，使冷媒通过第一补气管路对压缩机1进行补气。

当热泵系统处于制热工况下，且压缩机1的吸气过热度低于预设值时，第一回热器6、第二回热器11和第三节流装置10打开，电磁阀13关闭。

压缩机1对吸入的冷媒进行压缩，压缩后的高温高压冷媒气体经过四通阀4后进入第二换热器5，在第二换热器5中，冷媒气体冷凝成高温冷媒液体，高温冷媒液体流经第二回热器11进行降温，随后进入第一节流装置8，进行一级节流，节流后的冷媒液体进入闪蒸器12。

闪蒸器12中，一部分冷媒液体闪发成中温中压冷媒气体，从闪发出口排出，进入第一回热器6；另一部分冷媒液体从闪蒸器12中流出，进入第二节流装置9进行二次节流，随后进入第一换热器3，在风机2的作用下，冷媒液体汽化为低温低压的冷媒气体，之后进入第一回热器6。

在第一回热器6中，低温低压的冷媒气体与中温中压的冷媒气体换热。换热后，原低温低压的冷媒气体温度升高，压力不变，随后经过四通阀4和气液分离器7后，进入压缩机1吸气口；原中温中压的冷媒气体温度降低，压力不变，换热后进入第二回热器11，与高温冷媒液体换热后升温，随后进入压缩机中间腔处的补气口。

压缩机1首先在低压腔对冷媒进行压缩，随后经一级压缩后的冷媒气体进入中间腔，与补气进来的中间压力下的冷媒气体混合，再进入压缩机1的高压腔，进行第二级压缩，成为高温高压冷媒气体，随后由压缩机1排气口排出。此为一次循环过程。

通过控制第三节流装置10，可以调节第一回热器6和第二回热器11中，补气支路中冷媒的流量，以达到调节第一回热器6和第二回热器11中的换热量大小，从而起到调节补气温度及补气量的作用。

通过对第三节流装置10的调节，也可调节压缩机的吸气温度及一级节流前高温液态冷媒的温度，从而使吸气过热，节流前液体过冷。

当热泵系统处于制热工况下，且压缩机1的吸气过热度达到预设值时，第一回热器6、第二回热器11和第三节流装置10关闭，电磁阀13打开。

压缩机1对吸入的冷媒进行压缩，压缩后的高温高压冷媒气体经过四通阀4后进入第二换热器5，在第二换热器5中，冷媒气体冷凝成高温冷媒液体，随后进入第一节流装置8，进行一级节流，节流后的冷媒液体进入闪蒸器12。

闪蒸器12中，一部分冷媒液体闪发成中温中压冷媒气体，从闪发出口排出，经电磁阀13后，进入压缩机补气口；另一部分冷媒液体从闪蒸器12中流出，进入第二节流装置9进行二次节流，随后进入第一换热器3，在风机2的作用下，冷媒液体汽化为低温低压的冷媒气体，随后经过四通阀4和气液分离器7后，进入压缩机1吸气口。

压缩机1首先在低压腔对冷媒进行压缩，随后经一级压缩后的冷媒气体进入中间腔，与补气进来的中间压力下的冷媒气体混合，再进入压缩机1的高压腔，进行第二级压缩，成为高温高压冷媒气体，随后由压缩机1排气口排出。此为一次循环过程。

当热泵系统运行制冷工况时，第一回热器6、第二回热器11和第三节流装置10关闭，电磁阀13打开。

压缩机1对吸入的冷媒进行压缩，压缩后的高温高压冷媒气体经四通阀4后，进入第一换热器3，在风机2的作用下降温冷凝成高温冷媒液体，随后经第二节流装置9一级节流，一级节流后，中温中压的冷媒液体进入闪蒸器12。

闪蒸器12中，一部分冷媒液体从闪蒸器中闪发成中温中压冷媒气体，从闪发出口排出，经过电磁阀13后，进入压缩机中压腔补气；另一路冷媒从闪蒸器中流出，进入第一节流装置8进行二次节流，节流后的低温低压冷媒液体进入第二换热器5换热，换热后的冷媒变为高温低压冷媒气体，随后四通阀4和气液分离器7后进入压缩机吸气口。

压缩机1首先在低压腔对冷媒进行压缩，随后经一级压缩后的冷媒气体进入压缩机中间腔，与补气进来的中间压力下的冷媒气体混合，再进入压缩机1的高压腔，进行第二级压缩，成为高温高压冷媒气体，随后由压缩机1排气口排出。此为一次循环过程。

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。