热泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及热泵，具体提供一种热泵系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着环境问题的日益严重，提高能源利用率，减少能源利用过程中的环境问题是当今世界关注的主要问题之一。热泵作为一种充分利用低品位热能的高效节能装置，是现阶段备受关注的新能源技术之一。近年来，随着我国清洁能源改革的推进，热泵技术发展迅速，尤其在寒冷地区得到了广泛使用。但是热泵系统在严寒地区或超低温工况下难以产生较好的制热效果。

2、现有的热泵系统采用双压缩机工作来保障低温工况下的制热效果，但存在成本高能耗大的问题。

3、相应地，本领域需要一种新的热泵系统及其控制方法来解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有技术中热泵系统在低温工况下制热时成本高能耗大的问题。

2、本发明提供一种热泵系统，所述热泵系统包括：压缩机，所述压缩机包括进气口、排气口和补气口；第一换热器；第二换热器；第三换热器，所述第三换热器包括能够相互换热的第一换热通路结构和第二换热通路结构；第四换热器，所述第四换热器包括能够相互换热的第三换热通路结构和第四换热通路结构；第一节流元件；主回路，所述主回路的第一端与所述排气口连接，所述主回路的第二端与所述进气口连接，所述第一换热器、所述第三换热通路结构、所述第一节流元件、所述第二换热器、所述第一换热通路结构由所述主回路的第一端向所述主回路的第二端依次设于所述主回路上；第一支路，所述第一支路的第一端连接于所述第一换热器和所述第三换热通路结构之间的所述主回路上，所述第一支路的第二端连接于所述第三换热通路结构和所述第二换热器之间的所述主回路上，所述第二换热通路结构设于所述第一支路上；第二支路，所述第二支路的第一端连接于所述第三换热通路结构和所述第一节流元件之间的所述主回路上，所述第二支路的第二端与所述补气口连接，所述第四换热通路结构设于所述第二支路上；第二节流元件，所述第二节流元件设于所述第一支路的第一端和所述第二换热通路结构之间的所述第一支路上；第三节流元件，所述第三节流元件设于所述第二支路的第一端和所述第四换热通路结构之间的所述第二支路上。

3、在采用上述技术方案的情况下，压缩机压缩得到高温高压的冷媒，冷媒从排气口排出经过第一换热器对待加热的水或空气等进行加热后，分成三部分，一部分经过第三换热通路结构过冷再经过第一节流元件节流降压后进入第二换热器吸热气化，然后经过第一换热通路结构进一步升温气化后从进气口回到压缩机，提高了在低温环境下进气口冷媒的干度；一部分经过第三换热通路结构过冷后，再经过第三节流元件节流降压进入第四换热通路结构升温气化从补气口回到压缩机，通过补气口回到压缩机的冷媒和通过进气口回到压缩机的冷媒相互换热，降低了压缩机的排气温度以使容积效率增大，同时增大了排气量，进而提升了热泵系统在低温环境下的制热能力；一部分经过第二节流元件节流降压后进入第二换热通路结构，第二换热通路结构内的冷媒和第一换热通路结构内的冷媒相互换热，使第二换热通路结构内的冷媒过冷的同时对第一换热通路结构内的冷媒进行加热，从第二换热通路结构流出的冷媒最后汇入主回路；通过第三换热器、第四换热器和相应管路的设置，将经过第一换热器冷凝后的冷媒分成三部分在热泵系统内相互作用，增加了冷媒和外部环境在单位时间的热交换量，增大了压缩机的总回气量的同时提高了回气冷媒的干度，提高了压缩机的快速压缩能力，进而提高了热泵系统在低温环境下的制热效率，降低了能耗。

4、在上述热泵系统的具体实施方式中，所述热泵系统还包括：第五换热器，所述第五换热器包括能够相互换热的第五换热通路结构和第六换热通路结构；第三支路，所述第三支路的第一端连接于所述第一换热器和所述第三换热通路结构之间的所述主回路上，所述第三支路的第二端连接于所述第二支路的第一端和所述第一支路的第二端之间的所述主回路上，所述第五换热通路结构设于所述第三支路上；第四支路，所述第四支路的第一端连接于所述第五换热通路结构和所述第三支路的第二端之间的所述第三支路上，所述第四支路的第二端连接于所述第二换热器和所述第一换热通路结构之间的所述主回路上，所述第六换热通路结构设于所述第四支路上；第四节流元件，所述第四节流元件设于所述第四支路的第一端和所述第六换热通路结构之间的所述第四支路上。

5、在采用上述技术方案的情况下，第三换热通路结构和第五换热通路结构并联设置，共同对第一换热器流出的冷媒进行过冷，提高了过冷效率，从第五换热通路结构流出的冷媒一部分汇入主回路，一部分进入第四支路，经过第四节流元件的节流降压后进入第六换热通路结构，第六换热通路结构中的冷媒和第五换热通路结构中的冷媒相互换热，提高了换热效率，冷媒从第六换热通路结构流出后，进入第一换热通路结构升温气化后，从进气口进入压缩机，增大了冷媒在单位时间内的热交换量，提高了冷媒的换热效率，进一步提高了回气冷媒的干度，提高了热泵系统在低温环境下的制热效率。

6、在上述热泵系统的具体实施方式中，所述热泵系统还包括：引射器，所述引射器设有高压进口、低压进口和混合出口，所述高压进口和所述混合出口连接于所述第二支路的第一端和所述第一支路的第二端之间的所述主回路上；第一气液分离装置，所述第一气液分离装置设有第一进口、第二进口、第一液体出口和第一气体出口，所述第一进口和所述第一液体出口连接于所述混合出口和所述第一节流元件之间的所述主回路上，所述第二进口与所述第一支路的第二端连接；第五支路，所述第五支路的第一端连接于所述第二换热器和所述第四支路的第二端之间的所述主回路上，所述第五支路的第二端与所述低压进口连接；第六支路，所述第六支路的第一端与所述第一气体出口连接，所述第六支路的第二端连接于所述第五支路的第一端和所述第一换热通路结构之间的所述主回路上；第一通断阀，所述第一通断阀设于所述第五支路的第一端和所述第六支路的第二端之间的所述主回路上；第二通断阀，所述第二通断阀设于所述第六支路上。

7、在采用上述技术方案的情况下，从第三换热通路结构和第五换热通路结构流出的高压冷媒从高压进口进入引射器，从第二换热器流出的低压气态冷媒从低压进口进入引射器，引射器喷射出高速气液混合冷媒至第一气液分离装置，使从第二换热器流出的冷媒吸收更多热量的同时提高冷媒压力，冷媒进入第一气液分离装置后分离出的气态冷媒从第一气体出口经过第六支路进入第一换热通路结构继续升温气化，最终从进气口回到压缩机内，第一气液分离装置内分离出的液态冷媒从第一液体出口经过第一节流元件节流降压后进入第二换热器吸热气化，再由于引射器的低压进口进入引射器；引射器对第二换热器流出的冷媒的增压作用提高了从进气口回到压缩机的冷媒压力，降低了压缩机的能耗；引射器的喷嘴处由于喷嘴缩窄产生负压吸引第二换热器处的冷媒，实现对冷媒的循环。

8、在上述热泵系统的具体实施方式中，所述热泵系统还包括：第二气液分离装置，所述第二气液分离装置设有混合进口、第二液体出口和第二气体出口，所述混合进口和所述第二液体出口连接于所述第三换热通路结构和所述高压进口之间的所述主回路上，所述第二气体出口与所述混合出口和所述第一进口之间的所述主回路连接；流体泵，所述流体泵设于所述第二液体出口和所述高压进口之间的所述主回路上，所述流体泵的泵送方向为由所述第二液体出口至所述高压进口方向。

9、在采用上述技术方案的情况下，第二气液分离装置将第三换热通路结构和第五换热通路结构流出的冷媒进行气液分离，液体冷媒从第二液体出口流出再经过流体泵增压后从高压进口进入引射器，流体泵的设置提高了引射器对冷媒的增压效果，第二气液分离装置将液体冷媒分离出来进行增压，提高了流体泵的增压效果。

10、在上述热泵系统的具体实施方式中，所述第一气液分离装置为闪蒸器。

11、在采用上述技术方案的情况下，闪蒸器能够快速高效地对液态冷媒进行气化，在超低温环境下，为热泵系统增加产热条件，实现稳定制热。

12、在上述热泵系统的具体实施方式中，所述热泵系统还包括：第一毛细管，所述第一毛细管设于所述第二通断阀和所述第六支路的第二端之间的所述第六支路上；第二毛细管，所述第二毛细管设于所述第二换热通路结构和所述第一支路的第二端之间的所述第一支路上。

13、在采用上述技术方案的情况下，第一毛细管用于对第六支路内的冷媒节流，以使冷媒充分地吸热后再回到压缩机内，降低压缩机能耗，第二毛细管用于对第二换热通路结构流出的冷媒节流降压，以充分地过冷。

14、在上述热泵系统的具体实施方式中，所述第一节流元件为第一节流阀，所述第二节流元件为热力膨胀阀，所述第三节流元件为第三节流阀，所述第四节流元件为第四节流阀。

15、在采用上述技术方案的情况下，热力膨胀阀可以根据需要控制其开闭，并根据制冷剂的温度自动调整开度，进而更精准地控制冷媒的流量，第一节流阀、第三节流阀、第四节流阀也可以根据需要控制开闭及开度，进而控制冷媒的流量。

16、在上述热泵系统的具体实施方式中，所述热泵系统还包括：第七支路，所述第七支路的第一端连接于所述第二节流阀和所述第二换热器之间的所述主回路上，所述第七支路的第二端连接于所述第一换热器和所述第三支路的第一端之间的所述主回路上；第五节流元件，所述第五节流元件设于所述第七支路上；第三通断阀，所述第三通断阀设于所述第五节流元件和所述第七支路的第一端之间的所述第七支路上；第四通断阀，所述第四通断阀设于所述第七支路的第二端和所述第三支路的第一端之间的所述主回路上；四通阀，所述四通阀设有第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第一端口和所述第二端口连接于所述主回路的第一端和所述第一换热器之间的所述主回路上，所述第三端口和所述第四端口连接于所述第一通断阀和所述第六支路的第二端之间的所述主回路上。

17、在采用上述技术方案的情况下，通过四通阀控制冷媒的流向来实现热泵系统制冷和制热的切换，在制冷模式时，第一端口和第四端口连通，第二端口和第三端口连通，控制第一通断阀和第三通断阀打开，第二通断阀和第四通断阀关闭，冷媒从压缩机排出后进入第二换热器，再经过第七支路流过第五节流元件对其进行节流，然后进入第一换热器对需要制冷的水或空气进行降温以实现制冷效果。

18、在第二方面，本发明还提供一种热泵系统的控制方法，所述控制方法用于控制所述热泵系统；所述热泵系统还包括：第一温度传感器，所述第一温度传感器用于检测环境温度；所述控制方法包括：获取环境温度值；根据所述环境温度值和设定的制热目标温度值，控制各通断阀、各节流阀和所述热力膨胀阀的开闭，控制所述流体泵和所述闪蒸器的启闭。

19、在采用上述技术方案的情况下，通过控制各通断阀、各节流阀和热力膨胀阀的开闭，控制流体泵和闪蒸器的启闭，使热泵系统能够在不同环境温度的工况尤其是超低温工况，以及不同制热目标温度的需求的情况下，均能实现低成本低能耗地稳定供热。

20、在上述热泵系统的控制方法的具体实施方式中，“根据所述环境温度值和设定的制热目标温度值，控制各通断阀、各节流阀和所述热力膨胀阀的开闭，控制所述流体泵和所述闪蒸器的启闭”的步骤进一步包括：如果所述环境温度值大于等于第一设定环温值且小于第二设定环温值，所述出水目标温度值大于等于第一设定目标温度值且小于等于第二设定目标温度值，则控制所述第二通断阀打开，控制所述第一通断阀关闭，控制所述第一节流阀、所述第三节流阀、所述第四节流阀和所述热力膨胀阀打开，控制所述流体泵和所述闪蒸器启动；其中，所述第二设定环温值大于所述第一设定环温值且小于0℃，所述第二设定目标温度值大于所述第一设定目标温度值。

21、在采用上述技术方案的情况下，在环境温度值较低且制热目标温度值较高的情况下，控制第二通断阀打开，控制第一通断阀关闭，控制第一节流阀、第三节流阀、第四节流阀和热力膨胀阀打开，控制流体泵和闪蒸器启动，使热泵系统能够在超低温工况下保障制热效果。

22、相比于现有技术而言，本发明提供的热泵系统的有益效果是：通过第三换热器、第四换热器和相应管路的设置，将经过第一换热器冷凝后的冷媒分成三部分在热泵系统内相互作用，增加了冷媒和外部环境在单位时间的热交换量，增大了压缩机的总回气量的同时提高了回气冷媒的干度，提高了压缩机的快速压缩能力，进而提高了热泵系统在低温环境下的制热效率，降低了能耗。本发明提供的热泵系统的控制方法的有益效果是：通过控制各通断阀、各节流阀和热力膨胀阀的开闭，控制流体泵和闪蒸器的启闭，使热泵系统能够在不同环境温度的工况尤其是超低温工况，以及不同制热目标温度的需求的情况下，均能实现低成本低能耗地稳定供热。