一种带中间冷却器的可变压比热泵机组及其运行控制方法
技术领域
本发明属于夏天制冷冬天制热的热泵机组
技术领域
,特别涉及一种带中间冷却器的可变压比热泵机组及其运行控制方法。背景技术
热泵是我国清洁供暖与制冷的重要设备,是电转化为热(冷)最高效的设备,在碳达峰、碳中和及建筑电气化的大背景下,热泵市场前景巨大。
传统热泵技术,在冬季制热工况运行时,由于室外环境温度很低(-25℃左右),因此为了满足制热效果和机组正常运行,常需要采用大压比工况运行(压比在10.0左右);在夏季工况时,由于室外环境温度在35℃左右,所需要的压比较小(通常压比在4.0左右)。而传统技术常通过单个压缩机变容积等技术,调节制冷系统的压比,来适应热泵机组不同工况需求,满足建筑动态负荷波动,实现设备高季节能效比。但是,由于常需要同时兼顾制冷、制热的能效问题,导致压比调节范围有限,降低了设备的能效。
发明内容
本发明的目的在于:针对上述存在的问题,提供一种通过系统循环工艺原理变革,有效扩大热泵循环系统的压比变化范围,从而同时兼顾制冷、制热能效提升的带中间冷却器的可变压比热泵机组及其运行控制方法。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种带中间冷却器的可变压比热泵机组,其特征在于:包括室内换热器、室外换热器、中间冷却器以及至少两个压缩机,所述室内换热器、室外换热器、中间冷却器以及至少两个压缩机通过管路相互连接形成循环回路,在连接至少两个压缩机的管路上设置有控制阀组,通过控制阀组使至少两个压缩机在不同工况下串联运行或并联运行或单独切换运行,所述室内换热器分两路与中间冷却器相连,其中一路与中间冷却器的盘管内侧相连,另一路与中间冷却器的盘管外侧相连,所述中间冷却器的盘管外侧通过管路与串联运行状态下的多个压缩机中的首台压缩机出口端相连,所述中间冷却器的盘管内侧通过管道与室外换热器相连。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其在所述室内换热器与中间冷却器的盘管外侧相连的管道上设置有第一电子膨胀阀和第一电磁阀,在所述中间冷却器的盘管内侧与室外换热器相连的管道上设置有第二电子膨胀阀。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其所述第一电子膨胀阀和第一电磁阀之间的管路通过设置有单向阀的管道与室外换热器相连。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其所述设置有第二电子膨胀阀的管道与设置有单向阀的管道通过第一三通阀与室外换热器相连。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其所述室内换热器和室外换热器分别通过四通阀与压缩机相连。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组的运行控制方法,其所述热泵机组包括第一压缩机和第二压缩机,所述控制阀组包括设置在与第一压缩机和第二压缩机连接管道上的第二电磁阀和第三电磁阀,在室外温度极低工况供热时,打开第二电磁阀且关闭第三电磁阀,此时第一压缩机和第二压缩机串联运行,室外换热器内产生的低压低温制冷剂蒸汽由第一压缩机吸入,经绝热压缩后与中间冷却器盘管外侧的制冷剂混合,再经第二压缩机压缩成高温高压制冷剂,进入室内换热器,制冷剂在室内换热器中冷却,此时室内换热器为冷凝器,向室内放热,放热后的制冷剂分成两路,一路进入中间冷却器的盘管内侧,另一路经第一电子膨胀阀节流降压后,流经打开的第一电磁阀,进入中间冷却器盘管外侧,用于冷却经过盘管内侧的制冷剂,被冷却后的主路制冷剂进入第二电子膨胀阀节流降压后,低温低压的制冷剂进入室外换热器从室外空气中吸热后,再进入第一压缩机,如此不断循环。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组的运行控制方法,其所述热泵机组包括第一压缩机和第二压缩机,所述控制阀组包括设置在与第一压缩机和第二压缩机连接管道上的第二电磁阀和第三电磁阀,在冬季室外温度逐渐升高时,打开第二电磁阀和第三电磁阀,此时第一压缩机和第二压缩机并联运行,室外换热器内产生的低压低温制冷剂分别流向第一压缩机和第二压缩机,制冷剂经绝热压缩后,制冷剂温度和压力都升高,第一压缩机和第二压缩机压缩后的高温高压制冷剂汇合,流向室内换热器向室内放热,此时第一电子膨胀阀和第一电磁阀均关闭,放热后的制冷剂经主路进入中间冷却器盘管内侧,经第二电子膨胀阀节流后,低温低压的制冷剂进入室外换热器从室外空气中吸热后,再进入第一压缩机和第二压缩机,如此不断循环。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组的运行控制方法,其所述热泵机组包括第一压缩机和第二压缩机,所述控制阀组包括设置在与第一压缩机和第二压缩机连接管道上的第二电磁阀和第三电磁阀,在夏季室外温度炎热,制冷量需求大时,打开第二电磁阀和第三电磁阀,此时第一压缩机和第二压缩机并联运行,通过四通阀变向控制,室内换热器产生的低压低温制冷剂蒸汽分别流向第一压缩机和第二压缩机,制冷剂经绝热压缩后,制冷剂温度和压力都升高,制冷剂汇合后,流向室外换热器向室外放热冷却,制冷剂完成放热冷凝后温度降低,切换第一三通阀,制冷剂进一步经单向阀流入第一电子膨胀阀节流后,低温低压的制冷剂进入室内换热器从室内空气中吸热后,再分别进入第一压缩机和第二压缩机,如此不断循环。
本发明所述的带中间冷却器的可变压比热泵机组的运行控制方法,其所述热泵机组包括第一压缩机和第二压缩机,所述控制阀组包括设置在与第一压缩机和第二压缩机连接管道上的第二电磁阀和第三电磁阀,在夏季室外温度较热,制冷量需求一般时,分别控制第二电磁阀和第三电磁阀打开或关闭,使第一压缩机和第二压缩机单台运行,通过四通阀变向控制,室内换热器产生的低压低温制冷剂蒸汽流向第一压缩机或第二压缩机,制冷剂经绝热压缩后,制冷剂温度和压力都升高,并流向室外换热器向室外放热冷却,制冷剂完成放热冷凝后温度降低,切换第一三通阀,制冷剂经单向阀后,进入第一电子膨胀阀节流降压,低温低压的制冷剂进入室内换热器从室内空气中吸热后,再进入第一压缩机或第二压缩机,如此不断循环。
本发明通过多个压缩机的设置,能够根据不同季节、不同需求,通过改变控制思路,使冬夏季以及夏季不同制冷量需求工况下,通过切换压缩机台数及多台压缩机的不同运行方式,保持压缩机的压比一直处于合理工况下,从而提高机组的运行效率,减小压缩机功耗。
附图说明
图1是本发明在冬季的一种低温制热工况的示意图。
图2是本发明在冬季的另一种低温制热工况的示意图。
图3是本发明在夏季的一种制冷工况示意图。
图4是本发明在夏季的第二种制冷工况示意图。
图5是本发明在夏季的第三种制冷工况示意图。
附图标记:1为室内换热器,2为室外换热器,3为中间冷却器,4为第一电子膨胀阀,5为第一电磁阀,6为第二电子膨胀阀,7为单向阀,8为第一三通阀,9为四通阀,10为第一压缩机,11为第二压缩机,12为第二电磁阀,13为第三电磁阀,14为第二三通阀。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
实施例1
如图1所示,一种带中间冷却器的可变压比热泵机组,包括室内换热器1、室外换热器2、中间冷却器3以及至少两个压缩机,所述室内换热器1、室外换热器2、中间冷却器3以及至少两个压缩机通过管路相互连接形成循环回路,在连接至少两个压缩机的管路上设置有控制阀组,通过控制阀组使至少两个压缩机在不同工况下串联运行或并联运行或单独切换运行。
在本实施例中,所述热泵机组包括第一压缩机10和第二压缩机11,所述控制阀组包括设置在与第一压缩机10和第二压缩机11连接管道上的第二电磁阀12和第三电磁阀13,所述室内换热器1分两路与中间冷却器3相连,其中一路与中间冷却器3的盘管内侧相连,该路为主路,另一路与中间冷却器3的盘管外侧相连,该路为支路,所述中间冷却器3的盘管外侧通过管路与串联运行状态下的第一压缩机10出口端相连,所述中间冷却器3的盘管内侧通过管道与室外换热器2相连。
具体地,在所述室内换热器1与中间冷却器3的盘管外侧相连的管道上设置有第一电子膨胀阀4和第一电磁阀5,在所述中间冷却器3的盘管内侧与室外换热器2相连的管道上设置有第二电子膨胀阀6,所述第一电子膨胀阀4和第一电磁阀5之间的管路通过设置有单向阀7的管道与室外换热器2相连,所述设置有第二电子膨胀阀6的管道与设置有单向阀7的管道通过第一三通阀8与室外换热器2相连,所述室内换热器1和室外换热器2分别通过四通阀9与压缩机相连。
基于实施例1结构设计的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其在冬季的低温制热运行工况具体为:
如图1所示,在室外温度极低工况供热时,如西藏、北京等地,冬季最冷时刻达到了零下十几度甚至更低,其运行控制方法是:打开第二电磁阀12且关闭第三电磁阀13,此时第一压缩机10和第二压缩机11串联运行,以满足大压比需求,室外换热器2内产生的低压低温制冷剂蒸汽由第一压缩机10吸入,经绝热压缩后与中间冷却器3盘管外侧的制冷剂混合,再经第二压缩机11压缩成高温高压制冷剂,进入室内换热器1,制冷剂在室内换热器1中冷却,此时室内换热器1为冷凝器,向室内放热,放热后的制冷剂分成两路,一路进入中间冷却器3的盘管内侧,另一路经第一电子膨胀阀4节流降压后,流经打开的第一电磁阀5,进入中间冷却器3盘管外侧,用于冷却经过盘管内侧的制冷剂,被冷却后的主路制冷剂进入第二电子膨胀阀6节流降压后,低温低压的制冷剂进入室外换热器2从室外空气中吸热后,再进入第一压缩机10,如此不断循环。
在冬季室外温度极低时供热,随着蒸发温度的蒸发压力的降低,压缩机的吸气压力也相应降低,而压力比和吸气比容增大,压缩机压力比变大将会导致压缩机容积效率下降,热泵制热量降低,压缩机排气温度升高,造成润滑油失效,压缩机功耗增大等问题。本发明通过将第一压缩机和第二压缩机串联运行、分级压缩,可以使得每台压缩机的压力比排气温度均不超限,获得较好的运行效果。
实施例2
基于实施例1结构设计的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其在冬季的另一种低温制热运行工况具体为:
如图2所示,在冬季室外温度逐渐升高时,如供暖未期,室外气温逐渐上升到0度以上,机组压比需求变小,或者冬季虽然有供暖需求,但室外温度并不太低,小压比运行即可满足要求时,打开第二电磁阀12和第三电磁阀13,此时第一压缩机10和第二压缩机11并联运行,室外换热器2内产生的低压低温制冷剂分别流向第一压缩机10和第二压缩机11,制冷剂经绝热压缩后,制冷剂温度和压力都升高,第一压缩机10和第二压缩机11压缩后的高温高压制冷剂汇合,流向室内换热器1向室内放热,此时第一电子膨胀阀4和第一电磁阀5均关闭,放热后的制冷剂经主路进入中间冷却器3盘管内侧,经第二电子膨胀阀6节流后,低温低压的制冷剂进入室外换热器2从室外空气中吸热后,再进入第一压缩机10和第二压缩机11,如此不断循环。
在冬季室外温度逐渐升高或者冬季虽然有供暖需求,但室外温度并不太低时,机组压比需求变小,压缩机压力比需求也变小,第一压缩机和第二压缩机并联运行,可以使得压缩机的压力比在合理工况下运行,加大供热量获得较好的运行效果。
实施例3
基于实施例1结构设计的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其在夏季的一种制冷运行工况具体为:
如图3所示,在夏季室外温度炎热,制冷量需求大时,打开第二电磁阀12和第三电磁阀13,此时第一压缩机10和第二压缩机11并联运行,以满足小压比需求,通过四通阀9变向控制,室内换热器1产生的低压低温制冷剂蒸汽分别流向第一压缩机10和第二压缩机11,制冷剂经绝热压缩后,制冷剂温度和压力都升高,制冷剂汇合后,流向室外换热器2向室外放热冷却,制冷剂完成放热冷凝后温度降低,切换第一三通阀8,制冷剂进一步经单向阀7流入第一电子膨胀阀4节流后,低温低压的制冷剂进入室内换热器1从室内空气中吸热后,再分别进入第一压缩机10和第二压缩机11,如此不断循环。
在炎热的夏季,制冷量需求大,但此时对蒸发温度的需求并不太低,对压缩机的压力比要求没有冬季高,通过第一压缩机和第二压缩机的并联运行,制冷剂流量加大,一方面提高了制冷量,另一方面压缩机各自在合适的压力比下运行,经济性可得到显著提高。
实施例4
基于实施例1结构设计的带中间冷却器的可变压比热泵机组,其在夏季的第二种和第三种制冷运行工况具体为:
在夏季室外温度较热,制冷量需求一般时,分别控制第二电磁阀12和第三电磁阀13打开或关闭,使第一压缩机10和第二压缩机11单台运行。
如图4所示,在制冷量需求一般时,但此时对蒸发温度的需求并不太低,对压缩机的压力比要求没有冬季高,通过只运行第一压缩机可使得压缩机在合适的压力比下运行,经济性可得到显著提高。具体地,打开第二电磁阀12,并关闭第三电磁阀13,此时仅第一压缩机10运行,通过四通阀9变向控制,室内换热器1产生的低压低温制冷剂蒸汽流向第一压缩机10,制冷剂经绝热压缩后,制冷剂温度和压力都升高,并流向室外换热器2向室外放热冷却,制冷剂完成放热冷凝后温度降低,切换第一三通阀8,制冷剂经单向阀7后,进入第一电子膨胀阀4节流降压,低温低压的制冷剂进入室内换热器1从室内空气中吸热后,再进入第一压缩机10,如此不断循环。
如图5所示,当然地,也可切换至第二压缩机11,使其单独运行。具体地,关闭第二电磁阀12,并打开第三电磁阀13,此时仅第二压缩机11运行,通过四通阀9变向控制,室内换热器1产生的低压低温制冷剂蒸汽流向第二压缩机11,制冷剂经绝热压缩后,制冷剂温度和压力都升高,并流向室外换热器2向室外放热冷却,制冷剂完成放热冷凝后温度降低,切换第一三通阀8,制冷剂经单向阀7后,进入第一电子膨胀阀4节流降压,低温低压的制冷剂进入室内换热器1从室内空气中吸热后,再进入第二压缩机11,如此不断循环。
其中,第一压缩机和第二压缩机的切换运行,可以大大提高机组运行寿命。
本发明通过改变控制思路,能够使冬夏季以及夏季不同制冷量需求工况下,通过切换压缩机台数及多台压缩机的不同运行方式,保持压缩机的压比一直处于合理工况下,从而提高机组的运行效率,减小压缩机功耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。