一种高温高效双级热泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及热泵供热领域，特别涉及一种高温高效双级热泵系统及其控制方法。

背景技术：

1、目前市场上的两级压缩的空气源热泵产品主要存在以下问题：一是简单复叠的两级热泵匹配困难，无法满足不同环境条件下一级供热量与二级热泵所需热量之间的稳定供给，从而造成设备运行不稳定，而且简单复叠的两级热泵无法实现制冷功能；二是采用水耦合的机组又因为需要进行两次换热造成机组的运行效率降低。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种运行稳定、高效的高温高效双级热泵系统。

2、为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：

3、一种高温高效双级热泵系统，包括：一级热泵、二级热泵和缓冲水箱储放能系统；

4、所述一级热泵包括一级压缩机，所述一级压缩机的出口通过一级四通阀连接第一管道，所述第一管道连接多通道换热器的第一通道进口，所述多通道换热器的第一通道出口依次连接第二管道、一级节流装置和一级蒸发器，所述一级蒸发器通过一级四通阀连接一级压缩机的进口，形成第一循环回路；

5、所述缓冲水箱储放能系统包括缓冲水箱，所述缓冲水箱的进口通过第三管道连接所述多通道换热器的第二通道出口，所述缓冲水箱的出口依次连接第四管道、内部循环泵、第一单向阀、第五管道和多通道换热器的第二通道进口，形成第二循环回路；

6、所述二级热泵包括二级冷凝器，所述二级冷凝器的第一流道出口依次连接二级节流装置、第六管道、多通道换热器的第三通道、第七管道、二级压缩机和二级冷凝器的第一流道进口，形成第三循环回路；

7、所述二级冷凝器的第二流道的出口连接供能出水管，所述二级冷凝器的第二流道的进口依次通过第一阀门、第八管道和供能循环泵连接供能回水管，形成第四循环回路；

8、所述缓冲水箱的出口通过第二单向阀连接所述供能出水管，所述第八管道依次连接第二阀门、第九管道、所述多通道换热器的第二通道和缓冲水箱的进口，形成第五循环回路。

9、所述第九管道连接所述第五管道，所述供能出水管通过所述第二单向阀连接所述第四管道。

10、所述多通道换热器有三个通道，分别为第一通道、第二通道和第三通道，三个通道组成一组通道，所述第一通道位于所述第二通道和第三通道之间，所述第一通道为一级热泵冷媒热量交换通道，所述第二通道为水路热量交换通道，所述第三通道为二级热泵冷媒热量交换通道。

11、所述一组通道为两个以上，每个一组通道相邻设置，依次按照第三通道、第一通道及第二通道的顺序设置。

12、每个第一通道的进口通过对应的进口管连接第一管道，所述每个第一通道的出口通过对应的出口管连接第二管道；

13、每个第二通道的进口通过对应的进口管连接第五管道，所述每个第二通道的出口通过对应的出口管连接第三管道；

14、每个第三通道的进口通过对应的进口管连接第六管道，所述每个第三通道的出口通过对应的出口管连接第七管道。

15、所述一组通道中，相邻的通道内介质流动方向相反。

16、所述的缓冲水箱内设有电加热器。

17、所述第一阀门和第二阀门均为电动阀。

18、本发明还提供一种所述的高温高效双级热泵系统的控制方法，包括以下步骤：

19、单级制热模式：开启第二阀门，关闭第一阀门；启动供能循环泵和一级热泵，停止内部循环泵和二级热泵的运行，第一循环回路和第五循环回路工作；此时一级热泵启动制热工作并通过多通道换热器对外供热；

20、双级制热模式：开启第二阀门，关闭第一阀门；启动供能循环泵、一级热泵和二级热泵；二级热泵通过多通道换热器的第三通道吸收一级热泵提供的热量经二级热泵的二级冷凝器对外供热；

21、在双级制热模式运行下，缓冲水箱储放能系统根据一级热泵供热能力和二级热泵所需热量的情况自动运行：

22、当一级热泵供热能力大于二级热泵所需热量的时候，启动内部循环泵，经多通道换热器的第二通道吸收部分热量储存到缓冲水箱内，避免一级热泵提供热量过大冲击二级热泵以及一级热泵的频繁启停；

23、当一级热泵供热能力与二级热泵所需热量相当时，停止内部循环泵，缓冲水箱不再吸收热量，一级热泵供热能力全部供给二级热泵；

24、当一级热泵供热能力不能满足二级热泵所需热量的时候，启动内部循环泵，缓冲水箱放出储存热量与一级热泵共同为二级热泵供热，以保证二级热泵获得充足的热量正常工作；

25、当一级热泵供热能力不足的时候，启动缓冲水箱内的电加热器，补充部分热量，以保证二级热泵正常运行所需的热量；

26、制冷模式：开启第二阀门，关闭第一阀门；启动供能循环泵和一级热泵，停止内部循环泵和二级热泵；第一循环回路和第五循环回路工作；此时一级热泵启动制冷工作并通过多通道换热器对外供冷；

27、化霜模式：启动内部循环泵和一级热泵，缓冲水箱储存热量通过第二循环回路中的多通道换热器的第二通道提供给一级热泵作为化霜热源；当缓冲水箱热量不足时，启动缓冲水箱内的电加热器，补充部分热量，以保证一级热泵化霜所需的热量，此模式下停止供能循环泵、和二级热泵，停止对外供热。

28、进一步地，在所述多通道换热器上设置温度传感器，用于检测多通道换热器内的温度；将检测到的多通道换热器内的温度与第一设定值、第二设定值和第三设定值进行比较，比较结果如下：

29、当检测到多通道换热器的温度超过第一设定值时，判定为一级热泵供热能力大于二级热泵所需热量；

30、当检测到多通道换热器的温度位于第一设定值和第二设定值之间时，判定为一级热泵供热能力与二级热泵所需热量相当；

31、当检测到多通道换热器的温度小于第二设定值时，判定为一级热泵供热能力不能满足二级热泵所需热量；

32、当检测到多通道换热器的温度小于第三设定值时，判定为一级热泵供热能力不足。

33、所述第一设定值为43-47℃，所述第二设定值为39-42℃，所述第三设定值为33-38℃。

34、本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

35、本发明的系统采用双级压缩技术，配套缓冲水箱储放能系统，可以实现严寒环境条件下，系统高效运行，高温供热。且系统化霜采用缓冲水箱热量，不抽取末端热量，提高供热舒适度。

技术特征：

1.一种高温高效双级热泵系统，其特征在于，包括：一级热泵、二级热泵和缓冲水箱储放能系统；

2.根据权利要求1所述的高温高效双级热泵系统，其特征在于，所述第九管道连接所述第五管道，所述供能出水管通过所述第二单向阀连接所述第四管道。

3.根据权利要求2所述的高温高效双级热泵系统，其特征在于，所述多通道换热器有三个通道，分别为第一通道、第二通道和第三通道，三个通道组成一组通道，所述第一通道位于所述第二通道和第三通道之间，所述第一通道为一级热泵冷媒热量交换通道，所述第二通道为水路热量交换通道，所述第三通道为二级热泵冷媒热量交换通道。

4.根据权利要求3所述的高温高效双级热泵系统，其特征在于，所述一组通道为两个以上，每个一组通道相邻设置，依次按照第三通道、第一通道及第二通道的顺序设置。

5.根据权利要求4所述的高温高效双级热泵系统，其特征在于，每个第一通道的进口通过对应的进口管连接第一管道，所述每个第一通道的出口通过对应的出口管连接第二管道；

6.根据权利要求5所述的高温高效双级热泵系统，其特征在于，所述一组通道中，相邻的通道内介质流动方向相反。

7.根据权利要求1-6任一项所述的高温高效双级热泵系统，其特征在于，所述的缓冲水箱内设有电加热器；所述第一阀门和第二阀门均为电动阀。

8.一种权利要求1-7任一项所述的高温高效双级热泵系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述多通道换热器上设置温度传感器，用于检测多通道换热器内的温度；将检测到的多通道换热器内的温度与第一设定值、第二设定值和第三设定值进行比较，比较结果如下：

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第一设定值为43-47℃，所述第二设定值为39-42℃，所述第三设定值为33-38℃。

技术总结本发明公开了一种高温高效双级热泵系统及其控制方法，该高温高效双级热泵系统包括：一级热泵、二级热泵和缓冲水箱储放能系统；一级热泵包括一级压缩机、多通道换热器的第一通道和一级蒸发器，形成第一循环回路；缓冲水箱储放能系统包括缓冲水箱、内部循环泵、多通道换热器的第二通道，形成第二循环回路；二级热泵包括二级冷凝器、多通道换热器的第三通道和二级冷凝器，形成第三循环回路；二级冷凝器连接供能出水管和供能回水管，形成第四循环回路；缓冲水箱依次连接第二单向阀、供能出水管，第八管道依次连接第二阀门、所述多通道换热器的第二通道和缓冲水箱的进口，形成第五循环回路。本发明具有在严寒环境中高温高效、节能运行的优势。技术研发人员：李继民,武赏磊受保护的技术使用者：北京四季通能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/23