CN115235144A - 热泵系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热泵系统，包括第一压缩机(1)、第二压缩机(2)、第一冷凝器(3)、第二冷凝器(4)、第一节流元件(5)、第一蒸发器(6)、引射器(7)、第二蒸发器(8)和第一控制阀(9)，第一冷凝器(3)与第一压缩机(1)的排气口连通，第二冷凝器(4)与第二压缩机(2)的排气口连通，第一节流元件(5)与第二冷凝器(4)的出口连通，第一蒸发器(6)与第一节流元件(5)的出口连通，引射器(7)与第一冷凝器(3)的出口和第一蒸发器(6)的出口连通，第二蒸发器(8)连接于引射器(7)的出口和第二压缩机(2)的进气口之间，第一控制阀(9)设置于第一压缩机(1)的排气口和进气口之间的连接管路上。

Description

热泵系统

技术领域

本发明涉及制热技术领域，尤其涉及一种热泵系统。

背景技术

当前，各行各业都倡导低碳和低能耗，节约能源是当今世界关注的问题之一。热泵作为一种充分利用低品位能的节能装置，备受人们关注。在寒冷地区，对高供热温度和大温跨的供热有着很大的需求，因此发展适用于大温跨的低温热泵技术是目前热泵行业的主要发展方向之一。

但是，目前的大温跨低温热泵循环系统通常具有双压缩机，当制热需求较小时，双压缩机运行会消耗大量电能，使机组能效降低，不符合低能耗的要求。

需要说明的是，公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明实施例提供一种热泵系统，可以实现双压缩机工作模式和单压缩机工作模式之间的切换，有效控制能耗。

根据本发明的一个方面，提供一种热泵系统，包括：

第一压缩机；

第二压缩机；

第一冷凝器，与第一压缩机的排气口连通；

第二冷凝器，与第二压缩机的排气口连通；

第一节流元件，与第二冷凝器的出口连通；

第一蒸发器，与第一节流元件的出口连通；

引射器，与第一冷凝器的出口和第一蒸发器的出口连通；

第二蒸发器，连接于引射器的出口和第二压缩机的进气口之间；和

第一控制阀，设置于第一压缩机的排气口和进气口之间的连接管路上。

在一些实施例中，第一控制阀为单向阀，单向阀的进口与第一压缩机的进气口连通，单向阀的出口与第一压缩机的排气口连通。

在一些实施例中，热泵系统还包括第一换热器，第一换热器的第一进口与第一冷凝器的出口连通，第一换热器的第一出口与引射器的进口连通，第一换热器的第一进口与第一换热器的第一出口连通。

在一些实施例中，热泵系统还包括第二节流元件，第二节流元件设置于第一换热器的第一出口和第一换热器的第二进口之间，第一换热器的第二出口与第二压缩机的补气口连通，第一换热器的第二进口与第一换热器的第二出口连通。

在一些实施例中，第一换热器为板式换热器。

在一些实施例中，热泵系统还包括第二换热器，第二换热器的第一进口与第二冷凝器的出口连通，第二换热器的第一出口与第一蒸发器的进口连通，第二换热器的第一进口与第二换热器的第一出口连通。

在一些实施例中，热泵系统还包括第三节流元件，第三节流元件设置于第二换热器的第一出口和第二换热器的第二进口之间，第二换热器的第二出口与第一压缩机的进气口连通，第二换热器的第二进口与第二换热器的第二出口连通。

在一些实施例中，第二换热器为板式换热器。

在一些实施例中，热泵系统还包括第一油分离器，第一油分离器的进口与第一压缩机的排气口连通，第一油分离器的第一出口与第一冷凝器的进口连通，第一油分离器的第二出口与第一压缩机连通。

在一些实施例中，热泵系统还包括连通第一压缩机的排气口与第一冷凝器的出口的第一连接管路，第一连接管路上设有第二控制阀，第一压缩机的排气口与第一油分离器的进口之间的第二连通管路上设有第三控制阀。

在一些实施例中，热泵系统还包括第二油分离器，第二油分离器的进口与第二压缩机的排气口连通，第二油分离器的第一出口与第二冷凝器的进口连通，第二油分离器的第二出口与第二压缩机连通。

在一些实施例中，热泵系统还包括控制器，控制器被配置为在环境温度与目标温度之间的差值小于T时，控制第一压缩机关闭，以使热泵系统进入单压缩机工作模式；而在环境温度与目标温度之间的差值大于或等于T时，控制第一压缩机打开，以使热泵系统进入双压缩机工作模式，其中，20℃≤T≤30℃。

基于上述技术方案，本发明实施例中在第一压缩机的排气口和进气口之间的连接管路上设置有第一控制阀，通过控制第一控制阀的开闭，可以调节第一压缩机的工作状态，从而实现整个热泵系统在双压缩机工作模式和单压缩机工作模式之间的切换，在不需要两个压缩机均工作的工况下，可以通过关闭第一压缩机而节约能耗，满足节约能源的需求。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明热泵系统一个实施例的原理图。

图中：

1、第一压缩机；2、第二压缩机；3、第一冷凝器；4、第二冷凝器；5、第一节流元件；6、第一蒸发器；7、引射器；8、第二蒸发器；9、第一控制阀；10、第一换热器；11、第二节流元件；12、第二换热器；13、第三节流元件；14、第一油分离器；15、第二控制阀；16、第三控制阀；17、第二油分离器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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保护范围的限制。

如图1所示，在本发明提供的热泵系统的一些实施例中，该热泵系统包括第一压缩机1、第二压缩机2、第一冷凝器3、第二冷凝器4、第一节流元件5、第一蒸发器6、引射器7、第二蒸发器8和第一控制阀9，第一冷凝器3与第一压缩机1的排气口连通，第二冷凝器4与第二压缩机2的排气口连通，第一节流元件5与第二冷凝器4的出口连通，第一蒸发器6与第一节流元件5的出口连通，引射器7与第一冷凝器3的出口和第一蒸发器6的出口连通，第二蒸发器8连接于引射器7的出口和第二压缩机2的进气口之间，第一控制阀9设置于第一压缩机1的排气口和进气口之间的连接管路上。

在上述实施例中，在第一压缩机1的排气口和进气口之间的连接管路上设置有第一控制阀9，通过控制第一控制阀9的开闭，可以调节第一压缩机1的工作状态，从而实现整个热泵系统在双压缩机工作模式和单压缩机工作模式之间的切换，在不需要两个压缩机均工作的工况下，可以通过关闭第一压缩机而节约能耗，满足节约能源的需求。

比如，在关闭第一压缩机1，即第一压缩机1处于非工作状态时，可以打开第一控制阀9，从而保证第一压缩机1所在管路的正常流通，避免由于关闭第一压缩机1而对整个热泵系统的运行造成影响；而在打开第一压缩机1，即第一压缩机1处于工作状态时，可以关闭第一控制阀9，避免第一控制阀9所在管路对第一压缩机1的运行造成影响。

在打开第一压缩机1时，热泵系统中的第一压缩机1和第二压缩机2均处于工作状态，热泵系统处于双压缩机工作模式，通过两个压缩机可以同时对气体进行压缩，有利于提高系统制冷或制热的能力，同时还可以避免仅采用一个压缩机达到相同制冷或制热量而使压缩机压比很大所带来的系统损耗大或可靠性差的问题，双压缩机工作模式尤其适合大温跨工况。

在关闭第一压缩机1时，第一压缩机1处于非工作状态，第二压缩机2处于工作状态，热泵系统处于单压缩机工作模式，这种工作模式适合制冷量或制热量需求较小的工况，通过关闭第一压缩机1，相比于双压缩机工作模式来说，可以有效降低系统能耗，节约能源。

在一些实施例中，第一控制阀9可以为被动控制阀，通过人工主动操作来实现第一控制阀9的打开或关闭。

在另一些实施例中，第一控制阀9可以为主动控制阀，第一控制阀9自动控制其开闭，实现自动开闭的效果。

比如，在一些实施例中，第一控制阀9为单向阀，单向阀的进口与第一压缩机1的进气口连通，单向阀的出口与第一压缩机1的排气口连通。单向阀可以在管路上前后压差的作用下自动开启，同时限制流体反方向流动。

在一些实施例中，热泵系统还包括第一换热器10，第一换热器10的第一进口与第一冷凝器3的出口连通，第一换热器10的第一出口与引射器7的进口连通，第一换热器10的第一进口与第一换热器10的第一出口连通。

在一些实施例中，热泵系统还包括第二节流元件11，第二节流元件11设置于第一换热器10的第一出口和第一换热器10的第二进口之间，第一换热器10的第二出口与第二压缩机2的补气口连通，第一换热器10的第二进口与第一换热器10的第二出口连通。

第一换热器10可以作为过冷器，对来自第一冷凝器3的冷媒进一步冷却。

通过将第一换热器10的第二出口与第二压缩机2的补气口连通，可以对第二压缩机2进行补气，可以提高第二压缩机2的制冷剂吸气量，从而提高低压压力。

通过调节第二节流元件11的开口大小，可以控制向第二压缩机2的补气量的大小。

在一些实施例中，第一换热器10为板式换热器。板式换热器的换热效果好，同时便于在管路中布置，达到过冷效果。

在其他实施例中，第一换热器10也可以采用管式换热器等其他类型。

在一些实施例中，热泵系统还包括第二换热器12，第二换热器12的第一进口与第二冷凝器4的出口连通，第二换热器12的第一出口与第一蒸发器6的进口连通，第二换热器12的第一进口与第二换热器12的第一出口连通。

在一些实施例中，热泵系统还包括第三节流元件13，第三节流元件13设置于第二换热器12的第一出口和第二换热器12的第二进口之间，第二换热器12的第二出口与第一压缩机1的进气口连通，第二换热器12的第二进口与第二换热器12的第二出口连通。

第二换热器12可以作为过冷器，对来自第二冷凝器4的冷媒进一步冷却。

通过将第二换热器12的第二出口与第一压缩机1的进气口连通，可以将来自第二冷凝器4的冷媒中的一部分分配至第一压缩机1内，对第一压缩机1进行补气，实现利用第一压缩机1对气体进行压缩的目的。

通过调节第三节流元件13的开口大小，可以控制向第一压缩机1分配制冷剂量的大小。

在一些实施例中，第二换热器12为板式换热器。板式换热器的换热效果好，同时便于在管路中布置，达到过冷效果。

在其他实施例中，第二换热器12也可以采用管式换热器等其他类型。

在一些实施例中，热泵系统还包括第一油分离器14，第一油分离器14的进口与第一压缩机1的排气口连通，第一油分离器14的第一出口与第一冷凝器3的进口连通，第一油分离器14的第二出口与第一压缩机1连通。

通过设置第一油分离器14，可以提高第一压缩机1的回油效率，保证系统内换热器的高换热效率。

在一些实施例中，热泵系统还包括连通第一压缩机1的排气口与第一冷凝器3的出口的第一连接管路，第一连接管路上设有第二控制阀15，第一压缩机1的排气口与第一油分离器14的进口之间的第二连通管路上设有第三控制阀16。

通过设置第二控制阀15和第三控制阀16，可以配合第一压缩机1的工作状态调整对应连接管路的连通状态。

比如，在第一压缩机1处于工作状态时，可以关闭第二控制阀15，打开第三控制阀16；而在第一压缩机1处于非工作状态时，可以打开第二控制阀15，关闭第三控制阀16。

在一些实施例中，热泵系统还包括第二油分离器17，第二油分离器17的进口与第二压缩机2的排气口连通，第二油分离器17的第一出口与第二冷凝器4的进口连通，第二油分离器17的第二出口与第二压缩机2连通。

通过设置第二油分离器17，可以提高第二压缩机2的回油效率，保证系统内换热器的高换热效率。

在一些实施例中，热泵系统还包括控制器，控制器被配置为在环境温度与目标温度之间的差值小于T时，控制第一压缩机1关闭，以使热泵系统进入单压缩机工作模式；而在环境温度与目标温度之间的差值大于或等于T时，控制第一压缩机1打开，以使热泵系统进入双压缩机工作模式，其中，20℃≤T≤30℃。

通过设置控制器，可以实现热泵系统在两个工作模式之间的自动切换。

下面结合附图1对本发明热泵系统一个实施例的结构和工作原理进行说明：

如图1所示，热泵系统包括第一压缩机1、第二压缩机2、第一冷凝器3、第二冷凝器4、第一节流元件5、第一蒸发器6、引射器7、第二蒸发器8、第一控制阀9、第一换热器10、第二节流元件11、第二换热器12、第三节流元件13、第一油分离器14、第二控制阀15、第三控制阀16和第二油分离器17。

第一压缩机1的排气口分别连接第一控制阀9的出口、第一油分离器14的进口和第一冷凝器3的进口，第一压缩机1的排气口和第一冷凝器3的进口的连接管路上设有第二控制阀15，第一油分离器14的第一出口连接于第二控制阀15和第一冷凝器3的进口的连接管路上。第一油分离器14的第二出口与第一压缩机1的进油口连通，实现第一压缩机1的回油。第一控制阀9的进口与第一压缩机1的进气口连通。

第二压缩机2的排气口与第二油分离器17的进口连通，第二油分离器17的第一出口与第二冷凝器4的进口连通，第二油分离器17的第二出口与第二压缩机2的进油口连通，实现第二压缩机2的回油。

第一冷凝器3的出口与第一换热器10的第一进口连通，第一换热器10的第一出口与引射器7的进口连通，第二节流元件11的一端连接在第一换热器10的第一出口与引射器7的进口之间的连接管路上，第二节流元件11的另一端与第一换热器10的第二进口连通，第一换热器10的第二出口与第二压缩机2的补气口连通。

第二冷凝器4的出口与第二换热器12的第一进口连通，第二换热器12的第一出口与第一节流元件5的进口连通，第三节流元件13的一端连接在第二换热器12的第一出口与第一节流元件5的进口之间的连接管路上，第三节流元件13的另一端与第二换热器12的第二进口连通，第二换热器12的第二出口与第一压缩机1的进气口连通。

第一节流元件5的出口与第一蒸发器6的进口连通，第一蒸发器6的出口与引射器7的进口连通。引射器7的出口与第二蒸发器8的进口连通，第二蒸发器8的出口与第二压缩机2的进气口连通。

在具有大温跨制冷或制热需求时，热泵系统为双压缩机工作模式，第一压缩机1排出的高温高压冷媒，进入第一油分离器14实现回油，此时第二控制阀15关闭，第三控制阀16开启，然后冷媒在第一冷凝器3中冷凝，此时由于高压侧作用，第一控制阀9处于关闭状态，因此第一控制阀9不起作用；从第一冷凝器3流出的冷媒进入第一换热器10的第一进口，从第一换热器10的第一出口流出的冷媒的一部分经过第二节流元件11后对第二压缩机2进行补气，提高其压力，增加系统稳定性；还可以提高主路冷媒过冷度，增大换热量；然后，从第一换热器10的第一出口流出的另一部分冷媒进入引射器7节流，并且引射器7还可以吸取来自第一蒸发器6的冷媒，回收膨胀工；来自第一换热器10的冷媒和来自第一蒸发器6的冷媒在引射器7中混合后进入第二蒸发器8，第一蒸发器6和第二蒸发器8的蒸发温度不同，可以实现梯级换热，减少能量损失；然后，冷媒从第二蒸发器8流出后由第二压缩机2吸收进行压缩，第二压缩机2流出的冷媒进入第二油分离器17实现回油，之后进入第二冷凝器4，再进入第二换热器12的第一进口，经第二换热器12的第一出口流出的冷媒的一部分经过过冷，然后由第一节流元件5节流为低温低压的液态冷媒，进入第一蒸发器6；而由第二换热器12的第一出口流出的另一部分冷媒经过第三节流元件13节流为低温低压的冷媒，该部分冷媒在第二换热器12内换热后进入第一压缩机1进行循环，第二换热器12可以提高第一蒸发器6的过冷度，提高制冷量和制热量。第三节流元件13可以控制进入第一压缩机1的流量，第二节流元件11控制对第二压缩机2的补气量，两者同时偶合控制进入引射器7的喷射量，使高压的第二蒸发器8的压力更加稳定，提高热泵系统的稳定性和可靠性。

在没有大温跨制冷或制热需求时，如果继续运行双压缩机工作模式，会消耗大量电能，不利于热泵系统的低碳节能，因此可以将热泵系统切换为单压缩机工作模式。

具体的切换方法可以为：热泵系统还包括控制器，控制器在环境温度与制冷或制热的目标温度之间的差值小于T(20℃≤T≤30℃)时，控制第一压缩机1关闭，使热泵系统进入单压缩机工作模式；而在环境温度与制冷或制热的目标温度之间的差值大于或等于T时，控制第一压缩机1打开，使热泵系统进入双压缩机工作模式。

在单压缩机工作模式时，第一压缩机1关闭，冷媒可以从第一控制阀9流过，不再经过第一压缩机1，从而减小压缩机的耗能，此时第二控制阀15开启，第三控制阀16关闭，冷媒不再经过第一油分离器14，尽可能减小系统压降，其余部分的冷媒流动与双压缩机工作模式类似。在单压缩机工作模式下，第一蒸发器6和第二蒸发器8也可以实现梯级换热；但由于第一压缩机1的关闭，第一冷凝器3和第二冷凝器4的冷凝压力比较接近。第一控制阀9采用单向阀时，不需要系统为单向阀供电，因此系统的工作模式可以随时切换，并且切换迅速、安全，大大提高系统的稳定性。

本发明提供的热泵系统实施例可以应对大温跨与非大温跨环境，系统工作模式可自由切换，并且快速、安全、可靠，可以充分利用电能，高效制热；通过调节第二节流元件11和第三节流元件13，可以控制高压的第二蒸发器8的冷媒喷射量，控制对第二压缩机2的补气量大小，提高系统能效；通过第一油分离器14和第二油分离器17，可以提高压缩机回油，保证换热器高换热效率，

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：在不脱离本发明原理的前提下，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，这些修改和等同替换均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (12)

1.一种热泵系统，其特征在于，包括：

第一压缩机(1)；

第二压缩机(2)；

第一冷凝器(3)，与所述第一压缩机(1)的排气口连通；

第二冷凝器(4)，与所述第二压缩机(2)的排气口连通；

第一节流元件(5)，与所述第二冷凝器(4)的出口连通；

第一蒸发器(6)，与所述第一节流元件(5)的出口连通；

引射器(7)，与所述第一冷凝器(3)的出口和所述第一蒸发器(6)的出口连通；

第二蒸发器(8)，连接于所述引射器(7)的出口和所述第二压缩机(2)的进气口之间；和

第一控制阀(9)，设置于所述第一压缩机(1)的排气口和进气口之间的连接管路上。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述第一控制阀(9)为单向阀，所述单向阀的进口与所述第一压缩机(1)的进气口连通，所述单向阀的出口与所述第一压缩机(1)的排气口连通。

3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，还包括第一换热器(10)，所述第一换热器(10)的第一进口与所述第一冷凝器(3)的出口连通，所述第一换热器(10)的第一出口与所述引射器(7)的进口连通，所述第一换热器(10)的第一进口与所述第一换热器(10)的第一出口连通。

4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，还包括第二节流元件(11)，所述第二节流元件(11)设置于所述第一换热器(10)的第一出口和所述第一换热器(10)的第二进口之间，所述第一换热器(10)的第二出口与所述第二压缩机(2)的补气口连通，所述第一换热器(10)的第二进口与所述第一换热器(10)的第二出口连通。

5.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，所述第一换热器(10)为板式换热器。

6.根据权利要求1至5任一项所述的热泵系统，其特征在于，还包括第二换热器(12)，所述第二换热器(12)的第一进口与所述第二冷凝器(4)的出口连通，所述第二换热器(12)的第一出口与所述第一蒸发器(6)的进口连通，所述第二换热器(12)的第一进口与所述第二换热器(12)的第一出口连通。

7.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于，还包括第三节流元件(13)，所述第三节流元件(13)设置于所述第二换热器(12)的第一出口和所述第二换热器(12)的第二进口之间，所述第二换热器(12)的第二出口与所述第一压缩机(1)的进气口连通，所述第二换热器(12)的第二进口与所述第二换热器(12)的第二出口连通。

8.根据权利要求6所述的热泵系统，其特征在于，所述第二换热器(12)为板式换热器。

9.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，还包括第一油分离器(14)，所述第一油分离器(14)的进口与所述第一压缩机(1)的排气口连通，所述第一油分离器(14)的第一出口与所述第一冷凝器(3)的进口连通，所述第一油分离器(14)的第二出口与所述第一压缩机(1)连通。

10.根据权利要求9所述的热泵系统，其特征在于，还包括连通所述第一压缩机(1)的排气口与所述第一冷凝器(3)的出口的第一连接管路，所述第一连接管路上设有第二控制阀(15)，所述第一压缩机(1)的排气口与所述第一油分离器(14)的进口之间的第二连通管路上设有第三控制阀(16)。

11.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，还包括第二油分离器(17)，所述第二油分离器(17)的进口与所述第二压缩机(2)的排气口连通，所述第二油分离器(17)的第一出口与所述第二冷凝器(4)的进口连通，所述第二油分离器(17)的第二出口与所述第二压缩机(2)连通。

12.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，还包括控制器，所述控制器被配置为在环境温度与目标温度之间的差值小于T时，控制所述第一压缩机(1)关闭，以使所述热泵系统进入单压缩机工作模式；而在环境温度与目标温度之间的差值大于或等于T时，控制所述第一压缩机(1)打开，以使所述热泵系统进入双压缩机工作模式，其中，20℃≤T≤30℃。

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