一种热泵系统及控制方法与流程

1.本发明涉及热泵应用的技术领域，尤其涉及一种热泵系统及控制方法。


背景技术：

2.目前市场上常见的类似机组主要是空气源热泵和常规复叠热泵机组，然而，空气源热泵在采暖时，受环境温度的影响较大，当环境温度高时，系统压缩比与压缩机内压比接近，等熵效率高，制热量大，经济性较好，当环境温度低时，压缩机运行工况逐渐恶劣，系统高低压比远超压缩机内压比，排气温度高，压缩机等熵效率和容积系数下降，制热量小，供热的效率和系统的能效比较小，导致空气源热泵系统不能满足用户的需求，出风温度和性能无法充分发挥热泵技术的优势，系统的可靠性、经济性较差，压缩机寿命短，另外，常规复叠热泵机组在采暖时为双级运行，制热效率低，在制冷运行时，双级均逆运行，制冷效率低，且只能满足简单的除霜，而无法满足高效制冷的需求。
3.因此，亟需要一种能够适用于高温、低温环境温度的热泵系统，且具有较高的制冷、制热效率。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种热泵系统，以解决现有技术中热泵系统受环境温度影响较大，以及制冷或制热效率低的问题。
5.本发明的另一个目的在于提出一种热泵系统控制方法，该方法解决了现有热泵系统只能在较小的温度范围内保持较高的等熵效率，压缩机的寿命短，经济性和可靠性不高的问题。
6.为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
7.一方面，本发明提供一种热泵系统，该热泵系统包括：压缩机、三通阀、四通阀、单向阀、换热器和节流装置，压缩机包括第一压缩机和第二压缩机，所述单向阀的进口端与所述四通阀的s口连通，所述单向阀的出口端与所述第二压缩机吸气口及所述三通阀的第一端口连通，所述第二压缩机的排气口与所述三通阀的第二端口及所述四通阀的s口连通，所述第一压缩机的吸气口与所述四通阀的s口连通，所述第一压缩机的排气口与所述三通阀的第三端口连通，所述换热器包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器和所述第二换热器之间连接有所述节流装置，所述第一换热器的一端与所述四通阀的e口连通，所述第二换热器的一端与所述四通阀的c口连通，所述第二压缩机和所述第一压缩机能够在所述三通阀和所述四通阀的不同工作位置情况实现并联运行或串联运行。
8.可选的，所述热泵系统包括测温单元和控制单元，所述控制单元分别与所述三通阀、所述四通阀，以及所述测温单元连接，所述测温单元能够检测环境温度，并将检测到的温度信息传送给所述控制单元，所述控制单元被配置为能够根据所述测温单元传送的所述温度信息控制所述三通阀和所述四通阀处于不同工作位置。
9.可选的，所述压缩机包括多个所述第二压缩机和多个所述第一压缩机，多个所述
第二压缩机并联，多个所述第一压缩机并联。
10.可选的，所述第二压缩机和所述第一压缩机均包括多缸压缩机，所述多缸压缩机包括多个汽缸，所述多个汽缸并联压缩。
11.另一方面，本发明提供一种热泵系统控制方法，应用于如上所述的热泵系统，所述控制方法的步骤包括：
12.s100、判定所述热泵系统的运行模式；
13.s101、当判定所述热泵系统为制热运行时，控制单元接收由测温单元检测的环境温度的温度信息；
14.s102、所述控制单元将所述环境温度与第一预设温度对比，在所述环境温度高于所述第一预设温度时，所述控制单元控制第二压缩机和第一压缩机并联运行；在所述环境温度低于所述第一预设温度时，所述控制单元控制所述第二压缩机和所述第一压缩机串联运行。
15.可选的，所述步骤s102具体包括：当所述环境温度高于所述第一预设温度时，所述控制单元控制四通阀的e口与s口连通，s口与c口连通，三通阀的第三端口与第二端口连通，所述第二压缩机与所述四通阀、所述三通阀、单向阀、换热器和节流装置组成第一循环回路，所述第一压缩机与所述四通阀、所述三通阀、所述换热器和所述节流装置组成第二循环回路，所述第二压缩机和所述第一压缩机并联运行。
16.可选的，所述步骤s102具体包括：当所述环境温度低于所述第一预设温度时，所述控制单元控制所述四通阀的e口与s口连通，s口与c口连通，所述三通阀的第三端口与第一端口连通，所述第二压缩机、所述第一压缩机、所述四通阀、所述三通阀、所述换热器和所述节流装置组成第三循环回路，在所述第三循环回路中，所述第二压缩机和所述第一压缩机串联运行。
17.可选的，所述控制方法的步骤还包括：
18.s111、当判定所述热泵系统为制冷运行时，控制单元接收由测温单元检测的环境温度的温度信息；
19.s112、所述控制单元将所述环境温度与第二预设温度对比，在所述环境温度低于所述第二预设温度时，所述控制单元控制第二压缩机和第一压缩机并联运行；在所述环境温度高于所述第二预设温度时，所述控制单元控制所述第二压缩机和所述第一压缩机串联运行。
20.可选的，所述步骤s112具体包括：当所述环境温度低于所述第二预设温度时，所述控制单元控制四通阀的e口与s口连通，c口与s口连通，三通阀的第三端口与第二端口连通，所述第二压缩机与所述四通阀、所述三通阀、单向阀、换热器和节流装置组成第四循环回路，所述第一压缩机与所述四通阀、所述三通阀、所述换热器和所述节流装置组成第五循环回路，所述第二压缩机和所述第一压缩机并联运行。
21.可选的，所述步骤s112具体包括：当所述环境温度高于所述第二预设温度时，所述控制单元控制所述四通阀的e口与s口连通，c口与s口连通，所述三通阀的第三端口与第一端口连通，所述第二压缩机、所述第一压缩机、所述四通阀、所述三通阀、所述换热器和所述节流装置组成第六循环回路，在所述第六循环回路中，所述第二压缩机和所述第一压缩机串联运行。
22.本发明的有益效果为：本发明提供一种热泵系统，该热泵系统包括：压缩机、三通阀、四通阀、单向阀、换热器和节流装置，其中，压缩机包括第二压缩机和第一压缩机压缩机，热泵系统根据外界环境温度，在三通阀和四通阀处于不同工作位置时，能够实现第二压缩机和第一压缩机的并联运行，或串联运行，通过此种设置，使得本热泵系统能够在较宽的运行范围内保持较高的等熵效率，及较大的制热量，并且结构简单、压缩机寿命长、经济性好、可靠性高。
23.本发明的热泵系统控制方法，改变热泵系统中三通阀和四通阀的不同工作位置，使第二压缩机和第一压缩机能够根据外界环境温度，选择第二压缩机和第一压缩机并联运行，或串联运行，该方法使热泵系统能够在一个较宽的温度范围内保持较高的等熵效率，延长了单个压缩机的寿命，保证了热泵系统的经济性和可靠性。
附图说明
24.图1为本发明实施例中热泵系统处于制热状态且第二压缩机和第一压缩机并联运行的结构示意图；
25.图2为本发明实施例中热泵系统处于制热状态且第二压缩机和第一压缩机串联运行的结构示意图；
26.图3为本发明实施例中热泵系统处于制冷状态且第二压缩机和第一压缩机并联运行的结构示意图；
27.图4为本发明实施例中热泵系统处于制冷状态且第二压缩机和第一压缩机串联运行的结构示意图；
28.图中：
29.1、第一压缩机；2、第二压缩机；3、三通阀；4、四通阀；5、单向阀；6、第一换热器；7、第二换热器；8、节流装置。
具体实施方式
30.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可
以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
34.目前，常见的热泵系统中，大多采用单级压缩系统，通过将制冷剂在在蒸发器中吸收空气热能而成为低压蒸汽，然后被压缩机吸入压缩成高温高压的蒸汽，排入冷凝器放出热量后冷凝为制冷剂液体，再经过节流装置减压，再次流入蒸发器，从而进入新一轮循环，如此循环往复，不断将低温区的热能泵入高温区。然而，在如此运行的单级压缩式热泵系统中，其制热效率(能效比)受冷凝压力和蒸发压力的影响较大。当环境温度较高时，蒸发温度也较高，此时，热泵系统内压缩比与压缩机内的压缩比较为接近，压缩机等熵效率高，热泵系统制热量大，经济性好；而当环境温度较低，被加热介质温度较高时，压缩机的运行工况便逐渐恶劣，热泵系统内的高、低压比远超压缩机内的压缩比，排气温度较高，此时，压缩机等熵效率降低，容积系数下降，热泵系统的制热量小、可靠性低、经济性不好。
35.为了解决上述问题，本发明提供一种热泵系统，如图1所示，在本实施例的热泵系统中，包括通过管路连接的压缩机、三通阀3、四通阀4、单向阀5、换热器和节流装置8，其中，四通阀包括e口、d口、c口和s口，一般来说，四通阀的e口与换热器(蒸发器/冷凝器)的出气口连通，d口与压缩机的排气口连通，s口与压缩机的吸气口连通，c口与换热器(冷凝器/蒸发器)的进气口连通。
36.在本实施例中，此热泵系统中的压缩机包括第二压缩机2和第一压缩机1，单向阀5的进口端与四通阀4的s口连通，单向阀5的出口端与第二压缩机2吸气口及三通阀3的第一端口连通，第二压缩机2的排气口与三通阀3的第二端口及四通阀4的s口连通，第一压缩机1的吸气口与四通阀4的s口连通，第一压缩机1的排气口与三通阀3的第三端口连通，换热器包括第一换热器6和第二换热器7，第一换热器6和第二换热器7之间连接有节流装置8，第一换热器6的一端与四通阀4的e口连通，第二换热器7的一端与四通阀4的c口连通，当环境温度出现变化时，第二压缩机2和第一压缩机1能够在三通阀3和四通阀4的不同工作位置并联运行或串联运行，从而有效的降低了单个压缩机内的压缩比，使热泵系统的单个压缩机一直保持较高的等熵效率，有利于延长单个压缩机的使用寿命，确保了热泵系统在一个较宽的温度范围内的可靠性和经济性。
37.优选的，在本发明的一个实施例中，热泵系统包括测温单元和控制单元，控制单元分别与三通阀3、四通阀4，以及测温单元连接，测温单元能够检测环境温度，并将检测到的温度信息传送给控制单元，控制单元根据测温单元传送的温度信息控制三通阀3和所述四通阀4处于不同工作位置，从而实现第二压缩机2和第一压缩机1的并联运行或串联运行。
38.示例性的，以热泵系统的制热运行状态为例，当测温单元检测到环境温度高于第一预设温度时，控制单元控制四通阀4的e口和s口连通，s口和c口连通，三通阀3的第三端口和第二端口连通。
39.此时，如图1所示，第一换热器6、四通阀4、单向阀5、第二压缩机2、四通阀4、第二换热器7、节流装置8、第一换热器6依次连通，形成第一循环回路，从第一换热器6中出来的冷
媒依次流经四通阀4的e口、四通阀4的s口、单向阀5的进口、单向阀5的出口，经第二压缩机2压缩后，进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，然后进入到第二换热器7进行换热，经过节流装置8减压后，再次流入第一换热器6中，完成一轮循环；与此同时，第一换热器6、四通阀4、第一压缩机1、三通阀3、四通阀4、第二换热器7、节流装置8、第一换热器6依次连通，形成第二循环回路，从第一换热器6中出来的冷媒依次流经四通阀4的e口、四通阀4的s口，经第一压缩机1压缩后，依次经过三通阀3的第三端口和第二端口，然后进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，进入到第二换热器7进行换热，经过节流装置8减压后，再次流入第一换热器6中，完成一轮循环，此种运行状态下，第二压缩机2和第一压缩机1实现并联运行。
40.当测温单元检测到环境温度低于第一预设温度时，控制单元控制四通阀4的e口和s口连通，s口和c口连通，三通阀3的第三端口和第一端口连通，此时，由于单向阀5出口一侧的压力高于单向阀5进口一侧的压力，因此，冷媒不会经过单向阀5，而是回到第二压缩机2的吸气口端。
41.于是，如图2所示，第一换热器6、四通阀4、第一压缩机1、三通阀3、第二压缩机2、四通阀4、第二换热器7、节流装置8、第一换热器6依次连通，形成第三循环回路，从第一换热器6中出来的冷媒依次流经四通阀4的e口、四通阀4的s口、经第一压缩机1压缩后，经过的三通阀3的第三端口、三通阀3的第一端口，进入到第二压缩机2进一步压缩，然后进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，最后进入到第二换热器7进行换热，经过节流装置8减压，再次流入第一换热器6中，完成一轮循环，此种运行状态下，第二压缩机2和第一压缩机1实现串联运行。
42.由此可见，通过上述设置，本实施例中的热泵系统能够适应较宽温度范围的运行工况，能够根据环境温度和运行状态的调节，有利于改善单个压缩机的运行工况，使热泵系统的单个压缩机一直保持较高的等熵效率，以获得较大的制热量，提高了整个热泵系统的制热效率，同时延长了单个压缩机的使用寿命，确保了系统运行的可靠性和经济性。
43.优选的，压缩机可以包括多个第二压缩机2和多个第一压缩机1，其中，多个第二压缩机2并联，多个第一压缩机1并联，例如，可设置5～9台第二压缩机2并联，4～8台第一压缩机1并联，然后，按照上述热泵系统的连通方式，进行连接，其中，第二压缩机2的总气体吸入量应与第一压缩机1的总排气量相匹配，第二压缩机2的压差小于第一压缩机1的压差即可，通过此种设置，能够增加整个热泵系统的制热量，制热效率更高。
44.在其他实施例中，第二压缩机2和第一压缩机1还可以包括多缸压缩机，多缸压缩机包括多个汽缸，多个汽缸通过控制单元进行并联压缩，通过此种设置，能够增加整个热泵系统的制热量，制热效率更高。
45.进一步的，本实施例中热泵系统的节流装置8为膨胀阀。优选的，三通阀3、四通阀4和膨胀阀均为电动调节阀，且三通阀3、四通阀4和膨胀阀均与控制单元连接，以此实现热泵系统的自动调节，方便用户使用。
46.进一步的，本实施例中的换热器可采用风冷换热器或水冷换热器中的一种。
47.当然，本实施例中的热泵系统也可以进行制冷，如图3和图4所示，当控制单元控制四通阀4的e口与s口连接，c口与s口连接时，热泵系统即可实现制冷功能，此时，第一换热器6与第二换热器7的功能互换，控制单元依旧可以控制四通阀4、三通阀3处于不同工作位置，使第二压缩机2和第一压缩机1并联运行，或串联运行。本热泵系统的结构简单、管路连接情
况简洁，大大减小了热泵系统装配的难度，容易拆装，且单个压缩机的等熵效率较高，制冷效率更高，使用寿命较长，具备较高可靠性和经济性。
48.本实施例还提供一种热泵系统的控制方法，包括上述方案中的热泵系统，示例性的，所述控制方法的步骤包括：
49.s100、判定所述热泵系统的运行模式；
50.s101、当判定所述热泵系统为制热运行时，控制单元接收由测温单元检测的环境温度的温度信息；
51.s102、控制单元将环境温度与第一预设温度对比，在环境温度高于第一预设温度时，控制单元控制第二压缩机2和第一压缩机1并联运行；在环境温度低于第一预设温度时，控制单元控制第二压缩机2和第一压缩机1串联运行。
52.在步骤s102中，如图1所示，当环境温度高于第一预设温度时，控制单元控制四通阀4的e口与s口连通，s口与c口连通，三通阀3的第三端口与第二端口连通，第二压缩机2与所述四通阀4、三通阀3、单向阀5、换热器和节流装置8组成第一循环回路，从第一换热器6中出来的冷媒依次流经四通阀4的e口、四通阀4的s口、单向阀5的进口、单向阀5的出口，经第二压缩机2压缩后，进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，然后进入到第二换热器7进行换热，经过节流装置8减压后，再次流入第一换热器6中，完成一轮循环；第一压缩机1与四通阀4、三通阀3、换热器和节流装置8组成第二循环回路，从第一换热器6中出来的冷媒依次流经四通阀4的e口、四通阀4的s口，经第一压缩机1压缩后，依次经过三通阀3的第三端口和第二端口，然后进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，进入到第二换热器7进行换热，经过节流装置8减压后，再次流入第一换热器6中，完成一轮循环，此种运行状态下，第二压缩机2和第一压缩机1并联运行。
53.在步骤s102中，如图2所示，当测温单元检测到环境温度低于第一预设温度时，控制单元控制四通阀4的e口和s口连通，s口和c口连通，三通阀3的第三端口和第一端口连通，此时，由于单向阀5出口一侧的压力高于单向阀5进口一侧的压力，因此，冷媒不会经过单向阀5，而是回到第二压缩机2的吸气口端，于是，如图2所示，第一换热器6、四通阀4、第一压缩机1、三通阀3、第二压缩机2、四通阀4、第二换热器7、节流装置8、第一换热器6依次连通，形成第三循环回路，从第一换热器6中出来的冷媒依次流经四通阀4的e口、四通阀4的s口、经第一压缩机1压缩后，经过的三通阀3的第三端口、三通阀3的第一端口，进入到第二压缩机2进一步压缩，然后进入到四通阀4的s口、四通阀4的c口，最后进入到第二换热器7进行换热，经过节流装置8减压，再次流入第一换热器6中，完成一轮循环，此种运行状态下，第二压缩机2和第一压缩机1实现串联运行。
54.根据本实施例中提供的热泵系统的控制方法，所述控制方法的步骤还包括：
55.s111、当判定所述热泵系统为制冷运行时，控制单元接收由测温单元检测的环境温度的温度信息；
56.s112、控制单元将环境温度与第二预设温度对比，在环境温度低于第二预设温度时，控制单元控制第二压缩机2和第一压缩机1并联运行；在环境温度高于第二预设温度时，控制单元控制第二压缩机2和第一压缩机1串联运行。
57.在步骤s112中，如图3所示，当环境温度低于第二预设温度时，控制单元控制四通阀4的e口与s口连通，c口与s口连通，三通阀3的第三端口与第二端口连通，第二压缩机2与
四通阀4、三通阀3、单向阀5、换热器和节流装置8组成第四循环回路，从第二换热器7中出来的冷媒依次流经四通阀4的c口、四通阀4的s口、单向阀5的进口、单向阀5的出口，经第二压缩机2压缩后，进入到四通阀4的s口、四通阀4的e口，然后进入到第一换热器6进行换热，经过节流装置8减压后，再次流入第二换热器7中，完成一轮循环；第一压缩机1与四通阀4、三通阀3、换热器和节流装置8组成第五循环回路，从第二换热器7中出来的冷媒依次流经四通阀4的c口、四通阀4的s口，经第一压缩机1压缩后，依次经过三通阀3的第三端口和第二端口，然后进入到四通阀4的s口、四通阀4的e口，在第一换热器6进行换热，经过节流装置8减压后，再次流入第二换热器7中，完成一轮循环，此种运行状态下，第二压缩机2和第一压缩机1并联运行。
58.在步骤s112中，如图4所示，当测温单元检测到环境温度高于第二预设温度时，控制单元控制四通阀4的e口和s口连通，c口和s口连通，三通阀3的第三端口和第一端口连通，此时，由于单向阀5出口一侧的压力高于单向阀5进口一侧的压力，因此，冷媒不会经过单向阀5，而是回到第二压缩机2的吸气口端，于是，如图4所示，第二换热器7、四通阀4、第一压缩机1、三通阀3、第二压缩机2、四通阀4、第一换热器6、节流装置8、第二换热器7依次连通，形成第六循环回路，从换热器中出来的冷媒依次流经四通阀4的c口、四通阀4的s口、经第一压缩机1压缩后，经过的三通阀3的第三端口、三通阀3的第一端口，再进入到第二压缩机2进一步压缩，然后进入到四通阀4的s口、四通阀4的e口，最后进入到第一换热器6进行换热，经过节流装置8减压，再次流入第二换热器7中，完成一轮循环，此种运行状态下，第二压缩机2和第一压缩机1实现串联运行。
59.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，其变种包括但不限于为改善和优化机组工作状态的附加零件：气液分离器、油分离器、储液器、经济器系统、喷液系统，换热器形式亦不限于风冷换热器，水冷换热器亦在本发明涵盖范围之内。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。