专利名称：一种寒冷地区用多联机热泵系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及多联机热泵技术领域，尤其涉及一种寒冷地区使用的采用补气增焓技术的多联机热泵系统及其控制方法。
背景技术：
目前我国北方寒冷地区主要依靠燃煤或燃气进行冬季供热，但长期依靠燃煤、燃气供热会造成严重的空气污染。空气源热泵系统作为一种洁净、节能的取暖方式已被广泛关注。但是，若空气源热泵系统如果不作任何改进就加以推广到北方寒冷地区，因冬季采暖季节随着环境温度的降低，其制热系数受蒸汽压缩循环特性的限制，会迅速衰减，系统的制热量随着外温的下降而迅速下降，而需热量却随着外温的下降而迅速上升，当外界温度很低时，系统的制热量将小到无法满足这些地区的冬季采暖需求。为了克服室外环境温度降低时热泵系统制热性能快速衰减的问题，现有空气源热泵系统采用补气增焓技术来进行改进。图1示出了现有空气源热泵系统补气增焓技术的工作原理图。如图1所示，在热泵系统中增加经济器，同时在压缩机上加设一个吸气口，作为补气口。热泵系统中的制冷剂通过经济器分为主回路循环和补气回路循环。热泵系统在制热工况时，冷凝器流出的制冷剂一路制冷剂进入主回路进行循环，另一路制冷剂通过节流降压后以液态或气态制冷剂的形式通过补气回路喷入到压缩机的中间腔，以降低压缩机的排气温度并提高冷凝侧的制冷剂循环量。公告号为CN201837136U和公告号为CN202382480U的中国专利中的热泵系统均采用的是此工作原理。采用上述工作原理的热泵系统在制热工况时，能够显著提高制热量及制热效率。但在制冷工况时，由于补气回路的膨胀阀常闭，压缩机排出的制冷剂进入室外侧的冷凝器冷凝为高压液态制冷剂后，由制冷剂主回路回流至压缩机。因此室外侧制冷剂的过冷度与现有未采用经济器的热泵系统相同。对于一般的家用热泵系统，上述热泵系统尚且能够满足其制冷需求。但对于现有多联机热泵系统来讲，由于多联机热泵系统中一台室外机需和多台室内机通过长配管连接，而高压液态制冷剂在长配管中流动压损大，因此要求热泵系统室外机液管出口流出的制冷剂必须具备较大过冷度。而上述热泵系统并不能满足该要求。因此有必要提供一种制热工况下能够补气增焓、制冷时能够提高较大过冷度的多联机热泵系统。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种适于寒冷地区使用的多联机热泵系统，其能够在制热工况下补气增焓、制冷工况下提高较大过冷度。根据本发明的实施例的一个方面，提供了一种寒冷地区用多联机热泵系统，包括:控制单元、制冷剂主回路、第一冷媒支路、第二冷媒支路；其中，第一冷媒支路跨接于所述制冷剂主回路的第一换热器与压缩机之间；所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制冷工况时，第一换热器具有冷凝器功能，所述制冷剂主回路中的第二换热器具有蒸发器功能；第一冷媒支路对流出第一换热器的制冷剂进行分流；所述分流的制冷剂在第一冷媒支路中节流降压后与流入第二换热器前的制冷剂进行换热，降低流入第二换热器中的制冷剂的温度，之后回流至所述制冷剂主回路进入所述压缩机；第二冷媒支路跨接于所述第二换热器与压缩机之间；所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制热工况时，第一换热器具有蒸发器功能，第二换热器具有冷凝器功能；第二冷媒支路对流出第二换热器的制冷剂进行分流，所述分流的制冷剂在第二冷媒支路中节流降压后与所述制冷剂主回路中的制冷剂换热成为气态制冷剂后喷入所述压缩机，降低所述压缩机中制冷剂蒸汽的温度。所述制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；在所述制冷剂主回路中，所述压缩机、第一换热器、第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀和第二换热器依次通过冷媒管路首尾相连构成的封闭的冷媒循环通道；以及所述第一冷媒支路中包括:第二电子膨胀阀以及第四换热器；其中，第二电子膨胀阀设置于制冷剂流入端口、用于对流入第一冷媒支路的制冷剂进行节流降压；第四换热器与第三换热器相邻，第一冷媒支路中流经第四换热器的制冷剂与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热；所述第二冷媒支路中包括:第三电子膨胀阀以及第五换热器；其中，第三电子膨胀阀设置于制冷剂流入端口、用于对流入第二冷媒支路的制冷剂进行节流降压；第五换热器与第三换热器相邻，第二冷媒支路中流经第五换热器的制冷剂与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热。其中，制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；以及第一冷媒支路中包括:设置于制冷剂流入端口的第二电子膨胀阀，以及设置于制冷剂流出端口的第一电磁阀；第二冷媒支路中包括:设置于制冷剂流入端口的第三电子膨胀阀，以及设置于制冷剂流出端口的第二电磁阀；所述系统中还包括与第三换热器相邻的第四换热器，其四个端口分别与第一冷媒支路的制冷剂流入端口、制冷剂流出端口，以及第二冷媒支路的制冷剂流入端口、制冷剂流出端口相通；所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制冷工况时，具体为控制第一电子膨胀阀全开、第二电子膨胀阀节流、第三电子膨胀阀全闭和第四电子膨胀阀节流，第一冷媒支路中的制冷剂流经第四换热器与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热；所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制热工况时，具体为控制第一电子膨胀阀节流、第二电子膨胀阀全闭、第三电子膨胀阀节流和第四电子膨胀阀节流，第二冷媒支路中的制冷剂流经第四换热器与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热。其中，所述压缩机、第一换热器、第一电子膨胀阀、第三换热器、第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀和第四换热器设置于所述多联机热泵系统的室外机中；所述制冷剂主回路中的第四电子膨胀阀和第二换热器设置于所述多联机热泵系统的室内机中，所述室外机与所述室内机通过制冷剂管路和分歧管相连。优选地，所述制冷剂主回路还包括:气液分离器，设置于所述压缩机的制冷剂入口侧，用于对流入所述压缩机中的制冷剂进行气液分离；所述气液分离器的制冷剂出口与所述压缩机的制冷剂入口相连，其制冷剂入口的连接部件具体为:在所述制冷剂主回路处于制冷工况时与第二换热器相连；在所述制冷剂主回路处于制热工况时与第一换热器相连；第一冷媒支路的制冷剂流出端口与所述气液分离器的制冷剂入口连通。进一步地，所述制冷剂主回路还包括:四通换向阀，用于所述制冷剂主回路中制冷剂流动方向的切换；所述四通换向阀包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中，第一端口与所述压缩机的制冷剂出口通过冷媒管路相连；第二端口与第一换热器的一端通过冷媒管路相连；第三端口与所述气液分离器的制冷剂入口通过冷媒管路相连；第四端口与第二换热器通过冷媒管路相连。更进一步地，所述制冷剂主回路还包括:用于分离所述制冷剂中润滑油的油分离器，所述油分离器包括进口、顶部端口和底部端口，所述油分离器的进口与所述压缩机的制冷剂出口通过冷媒管路连通，其顶部端口与所述四通换向阀的第一端口通过冷媒管路连通，其底部端口与所述气液分离器的制冷剂入口通过冷媒管路相连；以及所述油分离器底部端口与所述气液分离器的制冷剂入口之间的冷媒管路上依次设置有:第三电磁阀，用于控制所述油分离器底部的润滑油进入所述气液分离器；毛细管，用于对流出所述油分离器底部端口的润滑油进行节流降压。优选地，所述油分离器的进口与所述压缩机的制冷剂出口之间的冷媒管道上设置单向阀，用于防止压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽回流。根据本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种多联机热泵系统的控制方法，包括，所述多联机热泵系统的控制单元接收到制冷指令后，控制所述制冷剂主回路处于制冷工况，在所述制冷剂主回路处于制冷工况时，所述制冷剂主回路中的第一换热器具有冷凝器功能，所述制冷剂主回路中的第二换热器具有蒸发器功能；以及控制第一冷媒支路导通，第一冷媒支路导通跨接于所述制冷剂主回路的第一换热器与压缩机之间；第一冷媒支路对流出第一换热器的制冷剂进行分流；所述分流的制冷剂在第一冷媒支路中节流降压后与流入第二换热器前的制冷剂进行换热，降低流入第二换热器中的制冷剂的温度，之后回流至所述制冷剂主回路进入所述压缩机；所述多联机热泵系统的控制单元接收到制热指令后，控制所述制冷剂主回路处于制热工况，在所述制冷剂主回路处于制热工况时，所述制冷剂主回路中的第一换热器具有蒸发器功能，所述制冷剂主回路中的第二换热器具有冷凝器功能；以及控制第二冷媒支路导通，第二冷媒支路导通跨接于所述制冷剂主回路的第二换热器与压缩机之间；第二冷媒支路对流出第二换热器的制冷剂进行分流；所述分流的制冷剂在第二冷媒支路中节流降压后与所述制冷剂主回路中的制冷剂换热成为气态制冷剂后喷入所述压缩机，降低所述压缩机中制冷剂蒸汽的温度。其中，所述多联机热泵系统的控制单元接收到制冷指令后，控制所述制冷剂主回路处于制冷工况具体为:控制第一电子膨胀阀全开、第四电子膨胀阀节流；以及所述多联机热泵系统的控制单元接收到制冷指令后，控制第一冷媒支路导通具体为:控制第二电子膨胀阀节流、第三电子膨胀阀全闭；其中，所述制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；在所述制冷剂主回路中，所述压缩机、第一换热器、第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀和第二换热器依次通过冷媒管路首尾相连构成的封闭的冷媒循环通道；第二电子膨胀阀设置于第一冷媒支路的制冷剂流入端口 ；第三电子膨胀阀设置于第二冷媒支路的制冷剂流入端口。其中，所述多联机热泵系统的控制单元接收到制热指令后，控制所述制冷剂主回路处于制热工况具体为:控制第一电子膨胀阀节流、第四电子膨胀阀节流；以及所述多联机热泵系统的控制单元接收到制热指令后，控制第二冷媒支路导通具体为:控制第三电子膨胀阀节流、第二电子膨胀阀全闭；所述制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；在所述制冷剂主回路中，所述压缩机、第二换热器、第四电子膨胀阀、第三换热器、第一电子膨胀阀和第一换热器依次通过冷媒管路首尾相连构成的封闭的冷媒循环通道；第二电子膨胀阀设置于第一冷媒支路的制冷剂流入端口 ；第三电子膨胀阀设置于第二冷媒支路的制冷剂流入端口。进一步地，第一冷媒支路的制冷剂在流入所述压缩机之前还包括:先流经气液分离器进行气液分离；其中，所述气液分离器设置于所述压缩机的制冷剂入口侧，其制冷剂出口与所述压缩机的制冷剂入口相连，其制冷剂入口的连接部件具体为:在所述制冷剂主回路处于制冷工况时与第二换热器相连；在所述制冷剂主回路处于制热工况时与第一换热器相连。更近一步地，所述控制单元接收到制冷指令后，还包括:控制四通换向阀的第一端口和第二端口导通，第三端口和第四端口导通；所述控制单元接收到制热指令后，还包括:控制四通换向阀的第一端口和第四端口导通，第二端口和第三端口导通；其中，所述四通换向阀的第一端口与所述压缩机的制冷剂出口通过冷媒管路相连；所述四通换向阀的第二端口与第一换热器的一端通过冷媒管路相连；所述四通换向阀的第三端口与所述气液分离器的制冷剂入口通过冷媒管路相连；所述四通换向阀的第四端口与第二换热器通过冷媒管路相连。由上述技术方案可知，本发明中的多联机热泵系统处于制冷工况时，将制冷剂主回路上的制冷剂分流为两部分，一部分继续制冷剂主回路的循环，另一部分制冷剂经节流降压后与制冷剂主回路中的制冷剂进行换热，降低制冷剂主回路中制冷剂的温度后回流至制冷剂主回路中并进入压缩机；在多联机热泵系统处于制热工况时，将制冷剂主回路上的制冷剂分流为两部分，一部分继续制冷剂主回路的循环，另一部分制冷剂经节流降压后与制冷剂主回路中的制冷剂换热成为气态制冷剂后喷入所述压缩机，降低压缩机中制冷剂蒸汽的温度，并提高室内侧制冷剂的循环量。同时还降低了制冷剂主回路中制冷剂的温度。因此本发明中的多联机热泵系统可实现夏季制冷工况下室外机液管出口制冷剂具备较大过冷度，能够克服长配管场合下制冷剂流动压损较大的不足，同时，在冬季制热工况下室外温度较低时通过补气增焓实现压缩机排气温度较低、制热量及制热效率较高的目的。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。图1示出了现有空气源热泵系统补气增焓技术的工作原理图；图2示出了本发明中多联机热泵系统的结构简图；图3示出了实施例1中多联机热泵系统的结构示意图；图4示出了实施例1中制冷工况下多联机热泵系统中制冷剂的流动示意图；图5示出了实施例1中制热工况下多联机热泵系统中制冷剂的流动示意图；图6示出了实施例1中结构进一步优化后的多联机热泵系统的结构示意图；图7示出了实施例2中多联机热泵系统的结构示意图；图8示出了实施例3中多联机热泵系统的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。本发明在多联机热泵系统处于制冷工况时，将制冷剂主回路上的制冷剂分流为两部分，一部分继续制冷剂主回路的循环，另一部分制冷剂经节流降压后与制冷剂主回路中的制冷剂进行换热，降低制冷剂主回路中制冷剂的温度后回流至制冷剂主回路中并进入压缩机；在多联机热泵系统处于制热工况时，将制冷剂主回路上的制冷剂分流为两部分，一部分继续制冷剂主回路的循环，另一部分制冷剂经节流降压后与制冷剂主回路中的制冷剂换热成为气态制冷剂后喷入所述压缩机，降低压缩机中制冷剂蒸汽的温度，并提高室内侧制冷剂的循环量。同时还降低了制冷剂主回路中制冷剂的温度。因此本发明中的多联机热泵系统可实现夏季制冷工况下室外机液管出口制冷剂具备较大过冷度，能够克服长配管场合下制冷剂流动压损较大的不足，同时，在冬季制热工况下室外温度较低时通过补气增焓实现压缩机排气温度较低、制热量及制热效率较高的目的。下面通过具体实施例对本发明中多联机热泵系统的工作原理进行详细阐述。实施例1:图2示出了本发明中多联机热泵系统的结构简图。如图2所示，包括一台或多台室外机01、一台或多台室内机02、制冷剂管路03、分歧管04、控制单元05和通信线06。多台室外机Ol组成室外机组，控制单元05通过通信线06对室外机组进行控制。室外机01与室内机02通过制冷剂管路03及分歧管04相连。本实施例中，多联机热泵系统包括一台室外机01，2台室内机02。当然，本实施例中多联机热泵系统的室外机01与室内机02的台数只是示例性的，室外机01与室内机02的具体个数根据用户的实际需求来确定。下面通过多联机热泵系统中的一台室外机和一台室内机的具体结构来说明本发明的工作原理。图3示出了实施例1中多联机热泵系统的结构示意图。如图3所示，多联机热泵系统的室外机中设置有压缩机1、第一换热器2、第一电子膨胀阀3、第三换热器4、第二电子膨胀阀5、第三电子膨胀阀6、第四换热器7、第五换热器8。室内机包括:第四电子膨胀阀10和第二换热器11。压缩机I为具有中间压力腔(补气功能)的定速压缩机I或变速压缩机1，也可为多台具有中间压力腔的定速压缩机I和/或变速压缩机I并联组成。压缩机I包括制冷剂入口 A、制冷剂出口 B和补气口 C。压缩机的制冷剂出口 B、第一换热器2、第一电子膨胀阀3、第三换热器4、第四电子膨胀阀10、第二换热器11和压缩机的制冷剂入口 A依次通过冷媒管路首尾相连构成封闭的制冷剂循环通道。此循环通道为多联机热泵系统的制冷剂主回路。制冷剂主回路的第一换热器2与压缩机I之间跨接有第一冷媒支路。本实施例中，第一冷媒支路在第一电子膨胀阀3与第三换热器4之间的冷媒管路上对制冷剂主回路中的制冷剂进行分流。第一冷媒支路包括第二电子膨胀阀5与第四换热器7，其中，第二电子膨胀阀5设置于第一冷媒支路的制冷剂流入端口，用于制冷剂主回路处于制冷工况时对流入第一冷媒支路的制冷剂进行节流降压；第四换热器7与第三换热器4相邻，用于将流经第一冷媒支路中的制冷剂与制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热。第一冷媒支路中流出第四换热器7的制冷剂回流至制冷剂主回路中经压缩机制冷剂入口 A流入压缩机。制冷剂主回路的第二换热器11与压缩机的补气口 C之间跨接有第二冷媒支路。本实施例中，第二冷媒支路在第四电子膨胀阀10与第三换热器4之间的冷媒管路上对制冷剂主回路中的制冷剂进行分流。第二冷媒支路包括第三电子膨胀阀6与第五换热器8。其中，第三电子膨胀阀6设置于第二冷媒支路的制冷剂流入端口，用于制冷剂主回路处于制热工况时对流入第二冷媒支路的制冷剂进行节流降压；第五换热器8与第三换热器4相邻，用于将流经第二冷媒支路中的制冷剂与制冷剂主回路中流经第三换热器4的制冷剂进行换热。进一步地，室外机中还设置有气液分离器9和四通换向阀12。其中，气液分离器9设置于所述压缩机的制冷剂入口侧。气液分离器9的制冷剂出口与压缩机的制冷剂入口 A相连，其制冷剂入口的连接部件具体为:在制冷剂主回路处于制冷工况时与第二换热器相连；在制冷剂主回路处于制热工况时与第一换热器相连。气液分离器9用于对流入压缩机中的制冷剂进行气液分离。优选地，第一冷媒支路的制冷剂流出端口与气液分离器的制冷剂入口连通，由第一冷媒支路流出的制冷剂经气液分离器9进行气液分离后再流入压缩机I中。四通换向阀12包括第一端口 A、第二端口 B、第三端口 C和第四端口 D。第一端口A与压缩机I的制冷剂出口通过冷媒管路相连，第二端口 B与第一换热器2通过冷媒管路相连，第三端口 C与气液分离器9的制冷剂入口通过冷媒管路相连，第四端口 D与第二换热器11通过冷媒管路相连。四通换向阀12有两种导通状态:第一导通状态:第一端口和第二端口导通、第三端口和第四端口导通；第二导通状态:第一端口和第四端口导通、第二端口和第三端口导通。四通换向阀12处于第一导通状态时，压缩机I制冷剂出口、四通换向阀12的A、B端、第一换热器2、第一电子膨胀阀3、第三换热器4、第四电子膨胀阀10和第二换热器11、四通换向阀12的D、C端、气液分离器9和压缩机I制冷剂入口依次连通，构成多联机热泵系统的制冷工况冷媒循环通道。四通换向阀12处于第二导通状态时，压缩机I制冷剂出口、四通换向阀12的A、D端、第二换热器11、第四电子膨胀阀10、第三换热器4、第一电子膨胀阀3、第一换热器2、四通换向阀12的B、C端、气液分离器9和压缩机I制冷剂入口依次连通构成多联机热泵系统的制热工况冷媒循环通道。下面对本实施例中的多联机热泵系统在制冷时提高过冷度、制热时实现补气增焓的工作原理分别进行详细阐述。(一)制冷多联机热泵系统的控制单元接收到制冷指令时，多联机热泵系统中的控制单元05控制四通换向阀12处于第一导通状态。同时控制第一电子膨胀阀3全开，第二电子膨胀阀5节流，第三电子膨胀阀6全闭，第四电子膨胀阀10节流。图4示出了制冷工况下多联机热泵系统中制冷剂的流动示意图。如图4所示，压缩机I中的高温高压制冷剂蒸气由压缩机I的制冷剂出口排出后，经四通换向阀12的A、B端进入第一换热器2。在第一换热器2中，高温高压制冷剂蒸气被冷凝成高压液态制冷剂并放热。由第一换热器2流出的高压液体制冷剂经第一电子膨胀阀3后分流:一部分高压液态制冷剂在制冷剂主回路中继续循环，另一部分高压液态制冷剂进入第一冷媒支路。制冷剂主回路中的制冷剂由第三换热器4流出，之后经分歧管进入室内机。在室内机中，高压液态制冷剂经第四电子膨胀阀10节流降压为低温低压的气液两相制冷剂后进入第二换热器11。在第二换热器11中，低温低压的气液两相制冷剂蒸发为低压气态制冷齐U，吸收室内空气热量，实现室内制冷。第二换热器11中的低压气态制冷剂吸收室内空气热量后依次流经分歧管、四通换向阀12的D端及C端后进入气液分离器9，经气液分离器9进行气液分离后的低压气态制冷剂由压缩机的制冷剂入口 A流入压缩机11，至此完成制冷工况下主回路中制冷剂的一次循环流动。从第一电子膨胀阀3流出并进入第一冷媒支路的高压液态制冷剂先流经第二电子膨胀阀5，经第二电子膨胀阀5节流降压为低温低压的气液两相制冷剂，经第四换热器7后流入气液分离器9进行气液分离后由压缩机的制冷剂入口 A进入压缩机I，完成制冷剂在第一冷媒支路的流动。由于制冷剂主回路中的第三换热器4与第一冷媒支路中的第四换热器7相邻，且制冷剂主回路中流经第三换热器4的制冷剂的温度与第一冷媒支路中流经第四换热器7的制冷剂的温度不同，因此第三换热器4中的制冷剂与第四换热器7中的制冷剂进行热量交换。具体为:第一冷媒支路中第四换热器7内的低温低压气液两相制冷剂吸收制冷剂主回路中第三换热器内的高压液态制冷剂的热量，则制冷剂主回路中由第三换热器流入到第二换热器的制冷剂的温度降低，从而使制冷剂主回路流入室内机的制冷剂的过冷度大大增加。经试验验证，本发明中多联机热泵系统在制冷工况下，其制冷剂主回路的过冷度能够提高10 25°C，即制冷剂主回路里的制冷剂温度下降10 25°C。(二)制热多联机热泵系统的控制单元接收到制热指令时，多联机热泵系统中的控制单元05控制四通换向阀12处于第二导通状态。同时控制第一电子膨胀阀3节流，第二电子膨胀阀5全闭，第三电子膨胀阀6节流，第四电子膨胀阀10节流。图5示出了制热工况下多联机热泵系统中制冷剂的流动示意图。如图5所示，压缩机I中的高温高压制冷剂蒸气由压缩机I的制冷剂出口排出后，由四通换向阀12的A、D端经分歧管进入室内机中的第二换热器11。在第二换热器11中，高温高压制冷剂蒸气被冷凝为高压液态制冷剂并放热，实现对室内进行制热。由第二换热器11流出的高压液态制冷剂进入第四电子膨胀阀10，第四电子膨胀阀10根据室内的冷负荷调节其阀开度进行流量控制。由第四电子膨胀阀10流出的高压液态制冷剂分流:一部分高压液态制冷剂在制冷剂主回路中继续循环，另一部分高压液态制冷剂进入第二冷媒支路。由于制冷剂主回路中的第三换热器4与第二冷媒支路中的第五换热器8相邻，且流经制冷剂主回路的制冷剂的温度与流经第一冷媒支路的制冷剂的温度不同，制冷剂主回路中的高压液态制冷剂由第三换热器4流出，经第一电子膨胀阀3节流降压后转变为低温低压的气液两相制冷剂后流入第一换热器2。在第一换热器2中，低温低压的气液两相制冷剂蒸发，并吸收室外空气中的热量。之后制冷剂依次流经四通换向阀12的B、C端和气液分离器9，最后由压缩机I制冷剂入口回流到压缩机I中，至此完成制热工况下主回路中制冷剂的一次循环流动。从第四电子膨胀阀10流出并进入第二冷媒支路的高压液态制冷剂先流经第三电子膨胀阀6，经第三电子膨胀阀6节流降压为中温中压的气液两相制冷剂后进入第五换热器8，在第五换热器8中换热为中压气态制冷剂后由压缩机I的补气口 C流入压缩机1，完成制冷剂在第二冷媒支路的流动。由于制冷剂主回路中的第三换热器4与第二冷媒支路中的第五换热器8相邻，且制冷剂主回路中流经第三换热器4的制冷剂的温度与第二冷媒支路中流经第五换热器8的制冷剂的温度不同，因此第三换热器4中的制冷剂与第五换热器8中的制冷剂进行热量交换。具体为:第五换热器8中的中温中压气液两相制冷剂吸收第三换热器4中高压液态制冷剂的热量后成为中压气态制冷剂。制冷剂主回路中由第三换热器流入到第一换热器的制冷剂的温度降低。第二冷媒支路中中温中压的气态制冷剂由压缩机I补气口进入压缩机I后，一方面该中温中压的气态制冷剂能降低压缩机I的排气温度，保证热泵系统在室外极寒工况下的安全运行；另一方面由于中温中压气液两相制冷剂吸收制冷剂主回路中制冷剂的热量，因此制冷剂主回路中的制冷剂过冷度增加，则制冷剂主回路中的制冷剂流经第一换热器2时从室外空气提取的热量增加。相应地，冷凝侧(室内侧)的制冷剂循环量增加，制热效果明显。由此可知，在室外温度极低条件下，本发明中的多联机热泵系统仍能保证高效的制热效果O进一步地，如图6所示，多联机热泵系统还包括:油分离器13、第三电磁阀14和毛细管15。其中，油分离器13包括进口、顶部端口和底部端口。油分离器13的进口与压缩机I制冷剂出口连通，其顶部端口与四通换向阀12的A端连通，其底部端口与第三电磁阀14的一端相连，第三电磁阀14的另一端与毛细管15的一端相连，毛细管15的另一端与气液分离器9的入口端相连。油分离器13用于将由压缩机制冷剂出口流出的制冷剂蒸汽中的润滑油分离出来。具体地，高温高压的制冷剂蒸气由压缩机I的B端排出后通过油分离器13进口进入油分离器13，经油分离器13分离处理后，制冷剂中携带的润滑油沉入油分离器13底部。当控制单元检测到压缩机I中润滑油不足时，控制第三电磁阀14打开，油分离器13底部的润滑油由底部端口流出至第三电磁阀14，并经毛细管15节流降压后进入气液分离器9，最后流回至压缩机I。处理后的高温高压的制冷剂蒸气由油分离器13的顶部端口进入四通换向阀12的A端。优选地，在压缩机I与油分离器13之间的冷媒管道上设置单向阀16，用于防止压缩机I排出的高温高压制冷剂蒸汽回流。在室外机01与室内机02连通的冷媒管道上设置气侧截止阀17和液侧截止阀18。室外机中还设有室外侧风扇19。其中，室外侧风扇19为轴流风扇，其旋转使得室外空气流经第一换热器2。室内机中还设有室内侧风扇20。其中，室内侧风扇20为离心风扇或灌流风扇，其旋转使得使室内回风流经第二换热器11。更近一步地，多联机热泵系统还包括:第一温度传感器21，设置于第一换热器2气管侧的冷媒管路上，用于测量第一换热器2气管侧制冷剂的温度并将测得的温度发送至控制单元；第二温度传感器22，设置于第一换热器2液管侧的冷媒管路上，用于测量第一换热器2液管侧制冷剂的温度并将测得的温度发送至控制单元；第三温度传感器23，设置于压缩机I制冷剂出口位置，用于测量压缩机I制冷剂出口处制冷剂的温度并将测得的温度发送至控制单元；第四温度传感器24，设置于第二换热器11液管侧的冷媒管路上，用于测量第二换热器11液管侧制冷剂的温度并将测得的温度发送至控制单元；第五温度传感器25，设置于第二换热器11气管侧的冷媒管路上，用于测量第二换热器11气管侧制冷剂的温度并将测得的温度发送至控制单元。第一压力传感器26，为高压压力传感器，布置于油分离器13的顶部端口处，用于测量油分离器13顶部端口处的压力并将测得的压力发送至控制单元。控制单元根据测得的油分离器13顶部端口处的压力计算该压力下制冷剂的饱和温度。第二压力传感器27，为低压压力传感器，布置于气液分离器9的入口处，用于测量气液分离器9入口处的压力并将测得的压力发送至控制单元。控制单元根据测得的气液分离器9入口处的压力计算该压力下制冷剂的饱和温度。多联机热泵系统处于制冷工况时，第一电子膨胀阀3全开，第三电子膨胀阀6全闭。第二电子膨胀阀5与第四电子膨胀阀10节流。其中，第二电子膨胀阀5的阀开度由控制单元根据计算得到的排气过热度进行控制。其中，排气过热度为第三温度传感器23的测得的压缩机I制冷剂出口处制冷剂的温度与第一压力传感器26测得的油分离器13顶部端口处的压力对应的制冷剂饱和温度之差。当排气过热度增加时，控制单元控制第二电子膨胀阀5的阀开度增加；当排气过热度减小时，控制单元控制第二电子膨胀阀5的阀开度减小。第四电子膨胀阀10的阀开度由控制单元根据计算得到的第一蒸发过热度进行控制。其中，第一蒸发过热度为第五温度传感器25测得的第二换热器11气管侧制冷剂的温度与第四温度传感器24测得的第二换热器11液管侧制冷剂的温度之差。当第一蒸发过热度增加时，控制单元控制第四电子膨胀阀10的阀开度增加；当第一蒸发过热度减小时，控制单元控制第四电子膨胀阀10的阀开度减小。多联机热泵系统处于制热工况时，第二电子膨胀阀5全闭，第一电子膨胀阀3、第三电子膨胀阀6和第四电子膨胀阀10均节流。其中，第一电子膨胀阀3的阀开度由控制单元根据计算得到的第二蒸发过热度来进行控制。其中，第二蒸发过热度为第一温度传感器21测得的第一换热器2气管侧制冷剂的温度与第二压力传感器27测得的气液分离器9入口压力所对应的制冷剂饱和温度之差。当第二蒸发过热度增加时，控制单元控制第一电子膨胀阀3的阀开度增加；当第二蒸发过热度减小时，控制单元控制第一电子膨胀阀3的阀开度减小。第三电子膨胀阀6的阀开度由控制单元根据计算得到的排气过热度来进行控制。其中，排气过热度为第三温度传感器23测得的压缩机I制冷剂出口处制冷剂的温度与第一压力传感器26测得的油分离器13顶部端口处的压力对应的制冷剂饱和温度之差。当排气过热度增加时，控制单元控制第三电子膨胀阀6的阀开度增加；当排气过热度减小时，控制单元控制第三电子膨胀阀6的阀开度减小。第四电子膨胀阀10的阀开度由控制单元根据计算得到的冷凝过冷度来进行控制，其中冷凝过冷度为第一压力传感器26测得的油分离器13顶部端口处的压力对应的制冷剂饱和温度与第四温度传感器24测得的第二换热器11液管侧制冷剂的温度之差。当冷凝过冷度增加时，控制单元控制第四电子膨胀阀10的阀开度增加；当冷凝过冷度减小时，控制单元控制第四电子膨胀阀10的阀开度减小。实施例2:实施例2中多联机热泵系统与实施例1中多联机热泵系统的结构相似，其不同之处在于室外机中，第一冷媒支路与第二冷媒支路共用一个换热器，即第四换热器7。为说明方便，仍采用一台室外机和一台室内机的具体结构来说明本实施例中的多联机热泵系统的工作原理。图7示出了实施例2中多联机热泵系统的结构示意图。如图7所示，多联机热泵系统的室外机中设置有压缩机1、第一换热器2、第一电子膨胀阀3、第三换热器4、第二电子膨胀阀5、第三电子膨胀阀6、第四换热器7、第一电磁阀30和第二电磁阀31。多联机热泵系统的制冷剂主回路仍为压缩机的制冷剂出口 B、第一换热器2、第一电子膨胀阀3、第三换热器4、第四电子膨胀阀10、第二换热器11和压缩机的制冷剂入口 A依次通过冷媒管路首尾相连构成的封闭制冷剂循环通道。第一冷媒支路包括第二电子膨胀阀5、第四换热器7和第一电磁阀30 ；第二冷媒支路包括第三电子膨胀阀6、第四换热器7和第二电磁阀31。本实施例中的第四换热器7包括四个端口。其中，四个端口分别与第一冷媒支路的制冷剂流入端口、制冷剂流出端口，以及第二冷媒支路的制冷剂流入端口、制冷剂流出端口相通。第四换热器7与第三换热器4相邻设置。控制单元通过控制第一电磁阀30开启，第二电磁阀31关闭实现第四换热器7中的制冷剂进入第一冷媒支路；通过控制第二电磁阀31开启，第一电磁阀30关闭实现第四换热器7中的制冷剂进入第二冷媒支路。本实施例中，制冷剂主回路处于制冷工况时，控制单元控制第一电子膨胀阀3全开、第二电子膨胀阀5节流、第三电子膨胀阀6全闭、第四电子膨胀阀10节流、第一电磁阀30开启、第二电磁阀31关闭。由于本实施例中制冷剂主回路和第一冷媒支路中制冷剂的流动方向及工作原理在制冷工况时与实施例1中制冷剂主回路和第一冷媒支路中制冷剂的流动方向及工作原理均相同，因此此处不再赘述。本实施例中，制冷剂主回路处于制热工况时，控制单元控制第一电子膨胀阀3节流、第二电子膨胀阀5全闭、第三电子膨胀阀6节流和第四电子膨胀阀10节流、第一电磁阀30关闭、第二电磁阀31开启。由于本实施例中制冷剂主回路和第二冷媒支路中制冷剂的流动方向及工作原理在制热工况时与实施例1中制冷剂主回路和第二冷媒支路中制冷剂的流动方向及工作原理均相同，因此此处不再赘述。实施例3:实施例3中多联机热泵系统与实施例2中多联机热泵系统的结构相似，其不同之处在于将制冷剂主回路中的换热器与第一冷媒支路与第二冷媒支路共用的换热器整合为第六换热器32。制冷剂主回路中的第三换热器4和第一冷媒支路与第二冷媒支路共用的第四换热器7为第六换热器32的两个部分。图8示出了实施例3中多联机热泵系统的结构示意图。如图8所示，制冷剂主回路贯穿第六换热器32中的一个换热通道，第一冷媒支路与第二冷媒支路贯穿第六换热器32中的另一个换热通道。本实施例中，第六换热器32采用板式换热器、套管式换热器或者壳管式换热器。由于本实施例中制冷剂主回路、第一冷媒支路和第二冷媒支路中制冷剂的流动方向及工作原理与实施例1中制冷剂主回路、第一冷媒支路和第二冷媒支路中制冷剂的流动方向及工作原理均相同，因此此处不再赘述。本发明的上述实施例中，第一换热器2和第二换热器11可选用铝箔翅片铜管换热器或铝制翅片式微通道换热器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种寒冷地区用多联机热泵系统，其特征在于，包括:控制单元、制冷剂主回路、第一冷媒支路、第二冷媒支路； 其中，第一冷媒支路跨接于所述制冷剂主回路的第一换热器与压缩机之间；所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制冷工况时，第一换热器具有冷凝器功能，所述制冷剂主回路中的第二换热器具有蒸发器功能；第一冷媒支路对流出第一换热器的制冷剂进行分流；所述分流的制冷剂在第一冷媒支路中节流降压后与流入第二换热器前的制冷剂进行换热，降低流入第二换热器中的制冷剂的温度，之后回流至所述制冷剂主回路进入所述压缩机； 第二冷媒支路跨接于所述第二换热器与压缩机之间；所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制热工况时，第一换热器具有蒸发器功能，第二换热器具有冷凝器功能；第二冷媒支路对流出第二换热器的制冷剂进行分流，所述分流的制冷剂在第二冷媒支路中节流降压后与所述制冷剂主回路中的制冷剂换热成为气态制冷剂后喷入所述压缩机，降低所述压缩机中制冷剂蒸汽的温度。
2.根据权利要求1所述的多联机热泵系统，其特征在于，所述制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；在所述制冷剂主回路中，所述压缩机、第一换热器、第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀和第二换热器依次通过冷媒管路首尾相连构成的封闭的冷媒循环通道；以及 所述第一冷媒支路中包括:第二电子膨胀阀以及第四换热器；其中，第二电子膨胀阀设置于制冷剂流入端口、用于对流入第一冷媒支路的制冷剂进行节流降压；第四换热器与第三换热器相邻，第一冷媒支路中流经第四换热器的制冷剂与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热； 所述第二冷媒支路中包括:第三电子膨胀阀以及第五换热器；其中，第三电子膨胀阀设置于制冷剂流入端口、用于对流入第二冷媒支路的制冷剂进行节流降压；第五换热器与第三换热器相邻，第二冷媒支路中流经第五换热器的制冷剂与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热 。
3.根据权利要求1所述的多联机热泵系统，其特征在于，制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；以及 第一冷媒支路中包括:设置于制冷剂流入端口的第二电子膨胀阀，以及设置于制冷剂流出端口的第一电磁阀； 第二冷媒支路中包括:设置于制冷剂流入端口的第三电子膨胀阀，以及设置于制冷剂流出端口的第二电磁阀； 所述系统中还包括与第三换热器相邻的第四换热器，其四个端口分别与第一冷媒支路的制冷剂流入端口、制冷剂流出端口，以及第二冷媒支路的制冷剂流入端口、制冷剂流出端口相通； 所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制冷工况时，具体为控制第一电子膨胀阀全开、第二电子膨胀阀节流、第三电子膨胀阀全闭和第四电子膨胀阀节流，第一冷媒支路中的制冷剂流经第四换热器与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热； 所述控制单元控制所述制冷剂主回路处于制热工况时，具体为控制第一电子膨胀阀节流、第二电子膨胀阀全闭、第三电子膨胀阀节流和第四电子膨胀阀节流，第二冷媒支路中的制冷剂流经第四换热器与所述制冷剂主回路中流经第三换热器的制冷剂进行换热。
4.根据权利要求2或3所述的多联机热泵系统，其特征在于，所述压缩机、第一换热器、第一电子膨胀阀、第三换热器、第二电子膨胀阀、第三电子膨胀阀和第四换热器设置于所述多联机热泵系统的室外机中；所述制冷剂主回路中的第四电子膨胀阀和第二换热器设置于所述多联机热泵系统的室内机中，所述室外机与所述室内机通过制冷剂管路和分歧管相连。
5.根据权利要求2或3所述的多联机热泵系统，其特征在于，所述制冷剂主回路还包括: 气液分离器，设置于所述压缩机的制冷剂入口侧，用于对流入所述压缩机中的制冷剂进行气液分离；所述气液分离器的制冷剂出口与所述压缩机的制冷剂入口相连，其制冷剂入口的连接部件具体为:在所述制冷剂主回路处于制冷工况时与第二换热器相连；在所述制冷剂主回路处于制热工况时与第一换热器相连； 第一冷媒支路的制冷剂流出端口与所述气液分离器的制冷剂入口连通。
6.根据权利要求5所述的多联机热泵系统，其特征在于，所述制冷剂主回路还包括: 四通换向阀，用于所述制冷剂主回路中制冷剂流动方向的切换； 所述四通换向阀包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，其中， 第一端口与所述压缩机的制冷剂出口通过冷媒管路相连； 第二端口与第一换热器的一端通过冷媒管路相连； 第三端口与所述气液分离器的制冷剂入口通过冷媒管路相连； 第四端口与第二换热器通过冷媒管路相连。
7.一种寒冷地区用多联机热泵系统的控制方法，包括， 所述多联机热泵系统的控制单元接收到制冷指令后，控制所述制冷剂主回路处于制冷工况，在所述制冷剂主回路处于制冷工况时，所述制冷剂主回路中的第一换热器具有冷凝器功能，所述制冷剂主回路中的第二换热器具有蒸发器功能；以及控制第一冷媒支路导通，第一冷媒支路导通跨接于所述制冷剂主回路的第一换热器与压缩机之间；第一冷媒支路对流出第一换热器的制冷剂进行分流；所述分流的制冷剂在第一冷媒支路中节流降压后与流入第二换热器前的制冷剂进行换热，降低流入第二换热器中的制冷剂的温度，之后回流至所述制冷剂主回路进入所述压缩机； 所述多联机热泵系统的控制单元接收到制热指令后，控制所述制冷剂主回路处于制热工况，在所述制冷剂主回路处于制热工况时，所述制冷剂主回路中的第一换热器具有蒸发器功能，所述制冷剂主回路中的第二换热器具有冷凝器功能；以及控制第二冷媒支路导通，第二冷媒支路导通跨接于所述制冷剂主回路的第二换热器与压缩机之间；第二冷媒支路对流出第二换热器的制冷剂进行分流；所述分流的制冷剂在第二冷媒支路中节流降压后与所述制冷剂主回路中的制冷剂换热成为气态制冷剂后喷入所述压缩机，降低所述压缩机中制冷剂蒸汽的温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述多联机热泵系统的控制单元接收到制冷指令后，控制所述制冷剂主回路处于制冷工况具体为:控制第一电子膨胀阀全开、第四电子膨胀阀节流；以及 所述多联机热泵系统的控制单元接收到制冷指令后，控制第一冷媒支路导通具体为:控制第二电子膨胀阀节流、第三电子膨胀阀全闭；其中， 所述制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；在所述制冷剂主回路中，所述压缩机、第一换热器、第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀和第二换热器依次通过冷媒管路首尾相连构成的封闭的冷媒循环通道； 第二电子膨胀阀设置于第一冷媒支路的制冷剂流入端口 ；第三电子膨胀阀设置于第二冷媒支路的制冷剂流入端口。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述多联机热泵系统的控制单元接收到制热指令后，控制所述制冷剂主回路处于制热工况具体为:控制第一电子膨胀阀节流、第四电子膨胀阀节流；以及 所述多联机热泵系统的控制单元接收到制热指令后，控制第二冷媒支路导通具体为:控制第三电子膨胀阀节流、第二电子膨胀阀全闭； 所述制冷剂主回路还包括:第一电子膨胀阀、第三换热器、第四电子膨胀阀；在所述制冷剂主回路中，所述压缩机、第二换热器、第四电子膨胀阀、第三换热器、第一电子膨胀阀和第一换热器依次通过冷媒管路首尾相连构成的封闭的冷媒循环通道； 第二电子膨胀阀设置于第一冷媒支路的制冷剂流入端口 ；第三电子膨胀阀设置于第二冷媒支路的制冷剂流入端口。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，第一冷媒支路的制冷剂在流入所述压缩机之前还包括: 先流经气液分离器进行气液分离；其中， 所述气液分离器设置于所述压缩机的制冷剂入口侧，其制冷剂出口与所述压缩机的制冷剂入口相连，其制冷剂入口的连接部件具体为:在所述制冷剂主回路处于制冷工况时与第二换热器相连；在所述制冷剂主回路处于制热工况时与第一换热器相连。
全文摘要
本发明公开了一种寒冷地区用多联机热泵系统及控制方法。多联机热泵系统包括第一冷媒支路、第二冷媒支路。第一冷媒支路跨接于制冷剂主回路的第一换热器与压缩机之间；控制单元控制制冷剂主回路处于制冷工况时，第一冷媒支路对流出第一换热器的制冷剂进行分流；分流的制冷剂在第一冷媒支路中节流降压后与流入第二换热器前的制冷剂进行换热，降低流入第二换热器中的制冷剂的温度，之后回流至制冷剂主回路进入压缩机。第二冷媒支路跨接于第二换热器与压缩机之间；第二冷媒支路对流出第二换热器的制冷剂进行分流，分流的制冷剂在第二冷媒支路中节流降压后与制冷剂主回路中的制冷剂换热成为气态制冷剂后喷入压缩机，降低压缩机中制冷剂蒸汽的温度。
文档编号F25B49/02GK103175344SQ20131007997
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者刘敏, 李亚军, 丛辉 申请人:青岛海信日立空调系统有限公司