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。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。

2、而且传统的热泵系统中，当使用单级压缩即一个压缩机运行时，在环境温度较低(-35℃以下)时，可能导致热泵系统的制热效果不能满足用户使用需求，导致用户体验感较差；当使用双级压缩即两个压缩机运行时，相较于单级压缩可以在更低的环温温度下稳定制热，提升热泵系统的制热效果，然而双级压缩在环温温度相对高时又会增加热泵系统的整体能耗，不利于节能减排。

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且能源消耗过高的技术问题。

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、第一压缩机和与所述第一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第二压缩机、冷凝器、储液器、第二节流装置和蒸发器；

5、所述第一压缩机的排气口与所述第二压缩机的回气口连通，所述第二压缩机的排气口与所述冷凝器进口连通；所述控制阀与所述第一压缩机并联设置；

6、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冷凝器出口连接，所述第一冷媒出口与所述蒸发器的进口连接，所述第二冷媒出口分别与所述第一压缩机的回气口和所述第二压缩机的回气口连接，所述第二冷媒出口与所述第一压缩机的回气口之间设置有第一喷液装置，所述第二冷媒出口与所述第二压缩机的回气口之间设置有第二喷液装置。

7、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)在第一压缩机的排气口排出后，可以根据环境温度的不同选择是否进入第二压缩机的回气口，从而使得热泵系统可以根据环境温度的不同在单级压缩系统和双级压缩系统之间进行切换，从而使得本技术的热泵系统既能在低环温下切换至双级压缩以稳定制热并提高制热效率，又能在环境温度相对高时切换至单级压缩以在保证制热效果的同时，减少能耗。非共沸混合工质从第一压缩机或第二压缩机的排气口排出，并进入冷凝器进行换热冷却，冷却后非共沸混合工质从冷媒进口进入储液器内。其中，非共沸混合工质中低沸点工质通过储液器的第一冷媒出口流出，并经第二节流装置节流后传输至蒸发器，混合工质在蒸发器内换热后经第一压缩机的回气口传输至第一压缩机内。而高沸点工质由于沸点较高，在冷凝器中充分冷却成液体，气液混合工质从第二冷媒出口流出，基于第二压缩机的开、闭情况，可选择第一喷液装置或第二喷液装置进行节流以降低压缩机的回气压力，从而使得热泵系统无论在单机压缩还是双级压缩下均能稳定工作，从而提高可靠性。

8、在冷媒循环过程中，蒸发器吸收空气中的热量，加上第一压缩机和/或第二压缩机做功，再加上喷液增焓的能量，使多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，有效降低压缩机的排气温度，从而提高热泵系统的运行效率，提升整体的制热性能。

9、在其中一个实施例中，还包括：

10、回热器，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第一压缩机的回气口之间；

11、第一节流装置，所述第一节流装置接入所述冷媒进口与所述冷凝器出口之间。

12、在其中一个实施例中，所述第一节流装置、所述第二节流装置、所述第一喷液装置和所述第二喷液装置均为膨胀阀。

13、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。

14、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第一压缩机的回气口处。

15、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。

16、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：

17、获取环境温度t1，将所述环境温度t1与第一目标温度t1比较，得到第一判定结果；

18、响应于所述第一判定结果为t1≥t1，控制所述第二压缩机处于关闭状态，控制所述控制阀处于开启状态；

19、响应于所述第一判定结果为t1＜t1，控制所述第二压缩机处于开启状态，控制所述控制阀处于关闭状态。

20、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：根据环境温度t1和第一目标温度t1的比较结果，控制第二压缩机的运行状态，以使非共沸混合工质热泵系统可以根据实际的使用环境温度控制第二压缩机的启停以及各阀的开闭，从而改变冷媒的流通路径。使得非共沸混合工质热泵系统在满足制热需求的同时，降低非共沸混合工质热泵系统的使用能耗，使热泵系统达到节能的目的。而且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。

21、在其中一个实施例中，所述控制所述第二压缩机处于关闭状态，控制所述控制阀处于开启状态之后，还包括：

22、获取所述第一压缩机排气口的排气温度t2，将所述第一压缩机排气口的排气温度t2与第二目标温度t2比较，得到第二判定结果；

23、响应于所述第二判定结果为t2≥t2，控制所述第一喷液装置处于开启状态，控制所述第二喷液装置处于关闭状态；

24、响应于所述第二判定结果为t2＜t2，控制所述第一喷液装置和所述第二喷液装置处于关闭状态。

25、在其中一个实施例中，所述控制所述第二压缩机处于开启状态，控制所述控制阀处于关闭状态，还包括：

26、获取所述第二压缩机排气口的排气温度t3，将所述第二压缩机排气口的排气温度t3与第三目标温度t3比较，得到第三判定结果；

27、响应于所述第三判定结果为t3≥t3，控制所述第二喷液装置处于开启状态，控制所述第一喷液装置处于关闭状态；

28、响应于所述第三判定结果为t3＜t3，控制所述第一喷液装置和所述第二喷液装置处于关闭状态。

29、在其中一个实施例中，所述热泵系统还包括回热器、第一节流装置、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第一压缩机的回气口之间；所述第一节流装置接入所述冷媒进口与所述冷凝器出口之间；

30、所述方法还包括：

31、在所述第二压缩机处于关闭状态且所述控制阀处于开启状态的情况下，将所述环境温度t1与第四目标温度t4比较，得到第四判定结果；

32、响应于所述第四判定结果为t1＜t4，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、所述第一喷液装置、所述第二喷液装置和所述蒸发器风机处于关闭状态；

33、响应于所述第四判定结果为t1≥t4，控制所述电控阀、所述第一喷液装置和所述第二喷液装置处于关闭状态，控制所述第一节流装置、所述第二节流装置和所述蒸发器风机处于开启状态。

34、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

35、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与第五目标温度t5比较，得到第五判定结果；

36、响应于所述第五判定结果为t4≥t5，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、所述第一喷液装置和所述第二喷液装置关闭，以切换至制热模式；

37、响应于所述第五判定结果为t4＜t5，控制所述蒸发器风机、所述第二节流装置、所述第一喷液装置和所述第二喷液装置处于关闭状态，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。

38、在其中一个实施例中，所述热泵系统还包括回热器、第一节流装置、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第一压缩机的回气口之间；所述第一节流装置接入所述冷媒进口与所述冷凝器出口之间；

39、所述方法还包括：

40、在所述第二压缩机处于开启状态且所述控制阀处于关闭状态的情况下，将所述环境温度t1与第六目标温度t6比较，得到第六判定结果；

41、响应于所述第六判定结果为t1＜t6，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、所述第一喷液装置、所述第二喷液装置和所述蒸发器风机处于关闭状态；

42、响应于所述第六判定结果为t1≥t6，控制所述电控阀、所述第一喷液装置和所述第二喷液装置处于关闭状态，控制所述第一节流装置、所述第二节流装置和所述蒸发器风机处于开启状态。

43、在其中一个实施例中，所述方法还包括：

44、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与第七目标温度t7比较，得到第七判定结果；

45、响应于所述第七判定结果为t4≥t7，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、所述第一喷液装置和所述第二喷液装置关闭，以切换至制热模式；

46、响应于所述第七判定结果为t4＜t7，控制所述蒸发器风机、所述第二节流装置、所述第一喷液装置和所述第二喷液装置处于关闭状态，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。