非共沸混合工质热泵系统及其控制方法与流程

本发明涉及热泵，特别是涉及一种非共沸混合工质热泵系统及其控制方法。

背景技术：

1、随着科技的发展和人们生活水平的提高，热泵技术在家庭和工业领域的应用日益广泛。由于热泵系统中热源与热汇温度变化范围较大，传统单一工质已经很难满足使用要求，如建筑领域超低环温制热及工业领域超高水温制热。非共沸混合工质可以根据应用场合灵活选取工质组元及比例，加大热源与热汇温差，从而适应特定应用场合的大温跨需求。

2、然而，由于相互混合的工质沸点相差较大，导致组分在冷凝器中不能完全冷凝或在蒸发器中不能完全蒸发；而且压缩机制热需求频率较高，其排气压力与排气温度相对偏高，致使热泵系统的制热性能较差。

技术实现思路

1、本发明所解决的技术问题是要提供一种非共沸混合工质热泵系统，其有效地解决了非共沸混合工质应用于热泵时制热性能差的技术问题。

2、上述技术问题通过以下技术方案进行解决：

3、一种非共沸混合工质热泵系统，包括：

4、压缩机和与所述压缩机连接并形成回路的冷媒循环回路，所述冷媒循环回路上沿冷媒流向依次设有冷凝器、第一节流装置、储液器、回热器、第二节流装置、蒸发器和第三节流装置；

5、所述储液器设置有冷媒进口、第一冷媒出口和第二冷媒出口，所述冷媒进口与所述第一节流装置连接，所述第一冷媒出口与所述蒸发器的进口连接，所述第二冷媒出口与所述压缩机的回气口连接，所述第三节流装置接入所述第二冷媒出口与所述压缩机的回气口之间；

6、所述回热器具有相互换热的第一换热通道和第二换热通道，所述第一换热通道接入所述第一冷媒出口与所述蒸发器的进口之间，所述第二换热通道接入所述蒸发器的出口与所述压缩机的回气口之间；

7、所述第二节流装置接入所述第一换热通道的出口与所述蒸发器的进口之间。

8、本发明所述的非共沸混合工质热泵系统与背景技术相比，具有的有益效果为：非共沸混合工质(即冷媒)在压缩机出口排出后，进入冷凝器进行冷却，冷却后非共沸混合工质经第一节流装置进行节流，节流后的非共沸混合工质从冷媒进口进入储液器内。其中，非共沸混合工质中由于低沸点工质的沸点较低，不易在冷凝器中被液化，非共沸混合工质中低沸点气体通过储液器的第一冷媒出口流出，以传输至回热器的第一换热通道内进行进一步冷却；冷却后的工质沿连接管路经过第二节流装置进行节流，随后进入蒸发器，低沸点工质在蒸发器换热后为低温低压的气态工质；低温低压的气态工质再从蒸发器出口流入回热器的第二换热通道，以对从储液器第一冷媒出口流出的中压低沸点气态工质进行冷却，随后低沸点工质经压缩机的回气口传输至压缩机内。而高沸点工质由于沸点较高，在冷凝器中充分冷却成液体，液态工质从第二冷媒出口流出，并流经第三节流装置进行节流，然后进入压缩机的压缩腔中进行喷液以降低排气温度。

9、在冷媒循环过程中，蒸发器吸收空气中的热量，加上压缩机做功，再加上喷液增焓的能量，此三部分能量共同在冷凝器中进行最终放热，使得热泵系统在进行制热升温同时，降低压缩机的排气温度，进一步提高压缩机的运行频率，从而提高热泵系统的运行效率，提升整体的制热性能，同时还可以使热泵系统的运行环境温度进一步降低，使热泵系统适用于更多的使用场景。而且非共沸混合工质从冷凝器出口传输至蒸发器进口的过程中，低沸点工质先后经过了两级节流及一次回热，使得冷凝器至蒸发器的节流温差相对传统热泵系统大大减小，最终使得节流损失大幅减小，从而提高非共沸混合工质热泵系统的制热性能。

10、在其中一个实施例中，还包括：旁通管路，所述旁通管路的一端与所述第一冷媒出口连接，另一端与所述蒸发器的进口连接，所述旁通管路上设置有电控阀。

11、在其中一个实施例中，所述第一节流装置和所述第二节流装置均为膨胀阀。

12、在其中一个实施例中，所述冷媒循环回路上还设有气液分离器，所述气液分离器设置在靠近所述压缩机的回气口处。

13、在其中一个实施例中，还包括蒸发器风机，所述蒸发器风机用于驱使空气流经所述蒸发器。

14、另一方面，本发明还提供一种非共沸混合工质热泵系统的控制方法，应用于所述的非共沸混合工质热泵系统，所述控制方法包括：

15、获取所述压缩机回气口的回气温度tc1和所述蒸发器进口温度t6；

16、计算所述回气温度tc1与所述蒸发器进口温度t6之间的差值tse，将所述差值tse与预设温度范围比较，得到第一判定结果；所述预设温度范围为[tse1，tse2]；

17、获取所述压缩机出气口的排气温度t1，将所述排气温度t1与第一目标温度ta1比较，得到第二判定结果；

18、基于所述第一判定结果和所述第二判定结果，控制所述第一节流装置、所述第二节流装置、所述第三节流装置动作。

19、本发明所述的非共沸混合工质热泵系统的控制方法与背景技术相比，具有的有益效果为：根据压缩机回气口的回气温度tc1，计算回气温度tc1和蒸发器进口温度t6之间的差值tse，确定差值tse与预设温度范围比较，得到第一判定结果；再将压缩机出气口的排气温度t1与第一目标温度ta1比较，得到第二判定结果；通过第一判定结果和第二判定结果控制各阀开闭以及各设备的启停，从而控制非共沸混合工质热泵系统的运行状态，使得热泵系统在进行制热升温同时，降低压缩机的排气温度，进一步提高压缩机的运行频率，从而提高热泵系统的运行效率，提升整体的制热性能，同时还可以使热泵系统的运行环境温度进一步降低，使热泵系统适用于更多的使用场景。

20、在其中一个实施例中，所述基于所述第一判定结果和所述第二判定结果，控制所述第一节流装置、所述第二节流装置、所述第三节流装置动作，包括：

21、响应于所述第一判定结果为tse1≤tse≤tse2，控制所述第一节流装置和所述第二节流装置处于开启状态，并控制所述第一节流装置和所述第二节流装置的开度处于第一预设开度；

22、响应于所述第二判定结果为t1≥ta1，控制所述第三节流装置处于开启状态，并控制所述第三节流装置的开度处于第二预设开度；

23、响应于所述第二判定结果为t1＜ta1，控制所述第三节流装置处于关闭状态。

24、在其中一个实施例中，所述控制所述第一节流装置和所述第二节流装置处于开启状态，并控制所述第一节流装置和所述第二节流装置的开度处于第一预设开度之后，还包括：

25、响应于所述第一判定结果为tse＜tse1，控制所述第一节流装置以第一目标步数减小开度；

26、响应于所述第一判定结果为tse＞tse2，控制所述第一节流装置以第二目标步数增加开度；所述第二目标步数大于所述第一目标步数；

27、响应于所述差值tse大于第二目标温度ta，控制所述第一节流装置以第三目标步数增大开度，所述第二目标温度ta大于tse2，所述第三目标步数大于所述第二目标步数。

28、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

29、响应于所述第一判定结果为tse＜tse1，控制所述第二节流装置以所述第一目标步数减小开度；

30、响应于所述第一判定结果为tse＞tse2，控制所述第二节流装置以所述第二目标步数增加开度；

31、响应于所述差值tse大于第三目标温度tb，控制所述第二节流装置以所述第三目标步数增大开度，所述第三目标温度tb大于tse2且tb小于ta。

32、在其中一个实施例中，所述控制所述第三节流装置处于开启状态，并控制所述第三节流装置的开度处于第二预设开度之后，还包括：

33、响应于所述排气温度t1大于第四目标温度ta2，控制所述第三节流装置以第二目标步数增大开度；

34、响应于所述排气温度t1大于或等于所述第一目标温度ta1且小于或等于所述第四目标温度ta2，所述第三节流装置维持开启状态所述第四目标温度ta2大于所述第一目标温度ta1。

35、在其中一个实施例中，所述热泵系统还包括旁通管路和用于驱使空气流经所述蒸发器的蒸发器风机，所述旁通管路的一端与所述第一冷媒出口连接，另一端与所述蒸发器的进口连接，所述旁通管路上设置有电控阀；所述方法还包括：

36、获取环境温度t5，将所述环境温度t5与第五目标温度tck比较，得到第三判定结果；

37、响应于所述第三判定结果为t5＜tck，控制所述电控阀和所述第一节流装置处于开启状态，并控制所述第一节流装置开启至最大开度，控制所述第二节流装置、所述第三节流装置和所述蒸发器风机处于关闭状态；

38、响应于所述第三判定结果为t5≥tck，控制所述电控阀处于关闭状态，所述第一节流装置、所述第二节流装置和所述蒸发器风机处于开启状态。

39、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

40、响应于所述热泵系统处于化霜模式，检测所述蒸发器出口温度t4，将所述蒸发器出口温度t4与第六目标温度tex比较，得到第四判定结果；

41、响应于所述第四判定结果为t4≥tex，控制所述蒸发器风机、第一节流装置和第二节流装置开启，并控制所述电控阀关闭，以切换至制热模式；

42、响应于所述第四判定结果为t4＜tex，控制所述蒸发器风机和所述第二节流装置处于关闭状态，控制所述电控阀和所述第一节流装置处于开启状态，以维持所述化霜模式。