CN102538298B - 热泵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵及热泵的控制方法。所述热泵可以通过形成在压缩机(如涡卷压缩机)中的多个冷却剂注入回路来执行气体注入以增加相应的流速。热泵可以基于一个或多个操作条件，通过从高低压力差、压力比和压缩机的压缩比中选择适当的中间压力来提高冷却/加热性能。

Description

热泵及其控制方法

相关申请的交叉引用

本申请要求享有在2010年11月23日在韩国递交的韩国申请第10-2010-0117020号的优先权，该申请的全部内容通过参考合并于此。

技术领域

实施例涉及一种热泵及热泵的控制方法，尤其涉及一种可以通过适当地形成在涡卷压缩机中的多个冷却剂注入回路来进行气体注入以增加流速(flow rate)的热泵以及热泵的控制方法，其中热泵可以根据操作条件通过从高低压力差、压力比和涡卷压缩机的压缩比中选择优选中间压力来控制多个冷却剂注入回路。

背景技术

一般来说，热泵压缩、冷凝、膨胀和蒸发冷却剂(coolant)来加热或冷却房间。热泵可以包括压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器。从压缩机排出的冷却剂通过冷凝器被冷凝，接着通过膨胀阀被膨胀。膨胀后的冷却剂通过蒸发器被蒸发，接着被吸入到压缩机中。

热泵分为常规空调和复式空调，每个常规空调均具有室外单元和连接至该室外单元的室内单元，每个复式空调均具有室外单元和连接至该室外单元的多个室内单元。热泵还可以包括用于供应热水的热水供给单元以及用于使用所供应的热水来加热地板的地板加热单元。

发明内容

鉴于上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能够增强可靠性及性能的热泵及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种热泵，该热泵包括：冷却剂主回路，包括压缩机、冷凝由所述压缩机压缩的冷却剂的冷凝器、膨胀由所述冷凝器冷凝的冷却剂的膨胀器和蒸发由所述膨胀器膨胀的冷却剂的蒸发器；第一冷却剂注入回路，从位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的所述冷却剂主回路上的第一点延伸至位于所述压缩机的冷却剂入口与冷却剂出口之间的所述压缩机上的第一点；第二冷却剂注入回路，从位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的所述冷却剂主回路上的第二点延伸至位于所述压缩机的冷却剂入口与冷却剂出口之间的所述压缩机上的第二点，其中位于所述压缩机上的第一点和第二点不相同，以对应于基于所述冷却剂的蒸发温度的各自的预置中间压力；以及控制器，被配置为选择性地打开和关闭所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路，所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路被打开和关闭以生成所述各自的预置中间压力，其中所述控制器被配置为当各自的过冷度超过对应于所述冷却剂的冷凝温度的预置过冷度时，去激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路。

本发明还提供一种热泵的控制方法，所述方法包括以下步骤：激活压缩机；确定穿过所述压缩机的冷却剂主回路的冷却剂的状态；以及选择性地激活和去激活第一冷却剂注入回路和第二冷却剂注入回路，所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路中的每个均从所述冷却剂主回路中分出并分别连接至所述压缩机的冷却剂入口与冷却剂出口之间的不同点，其中选择性地激活和去激活第一冷却剂注入回路和第二冷却剂注入回路的步骤包括：控制分别设置在所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路中的第一膨胀器和第二膨胀器，以选择性地激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的至少一个，使得通过所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的至少一个注入到所述压缩机中的冷却剂具有预置中间压力；以及控制所述第一膨胀器和所述第二膨胀器以选择性地去激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的至少一个，其中所述第一膨胀器和所述第二膨胀器选择性地分别开启和关闭所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路中的冷却剂流。

根据本发明的热泵及其控制方法可以根据操作条件通过从高低压力差、压力比和涡卷压缩机的压缩比中选择优选中间压力来控制多个冷却剂注入回路，从而增强热泵的可靠性及性能。

附图说明

将参照以下附图详细描述实施例，在附图中，类似的附图标记表示类似的部件，其中：

图1是根据在此广泛地描述的一实施例的涡卷压缩机的概念图，其中多个冷却剂注入回路连接至涡卷压缩机；

图2是根据在此广泛地描述的一实施例的热泵中冷却剂流动的气动回路图(pneumatic circuit diagram)，其中该热泵包括内部热交换器；

图3是根据在此广泛地描述的一实施例的热泵中冷却剂流动的气动回路图，其中该热泵包括气液分离器；

图4A和图4B是描述在图2中进行气体注入控制的P-H图；

图5A和图5B是描述在图3中进行气体注入控制的P-H图；

图6A和图6B是如图1所示的涡卷压缩机的冷却剂注入回路的优选控制的P-H图；以及

图7是根据在此广泛地描述的一实施例的热泵的控制方法的流程图。

具体实施方式

在某些情况下，当冷却/加热负载(如室外温度)改变时，热泵可能无法提供足够的冷却/加热性能。例如，在低温区，热泵的加热性能会降低。为了解决这个问题，可以使用高容量热泵或者可以将新的热泵添加到现有的***。然而，这可能会增加成本且减少可用的安装空间。在此具体实施并广泛描述的热泵的部件如图1至图3所示。仅仅是为了便于讨论，以下说明将集中在室内热交换器20用作房间加热的冷凝器20的实例。然而，实施例不限于此，也可以应用于热交换器20用作房间冷却的蒸发器的实例。

如图2和图3所示，根据在此广泛地描述的一实施例的热泵可包括冷却剂主回路，该冷却剂主回路包含：用于压缩冷却剂的压缩机10、用于冷凝穿过压缩机10的冷却剂的室内热交换器20、用于膨胀穿过室内热交换器20的冷却剂的室外膨胀器35、用于蒸发穿过室外膨胀器35的冷却剂的室外热交换器40以及用于切换冷却剂的流动以选择房间冷却或房间加热的切换阀15。在该示例性实施例中，压缩机10可以是涡卷压缩机10。然而，基于特定的应用，其它类型的压缩机也可以适用。

在房间加热模式运行期间，可以激活室外膨胀器35和/或室内膨胀器30中的一个或两个。可以通过调节开度(degree of opening)来执行激活。

热泵还可以包括从用作冷凝器的室内热交换器20和用作蒸发器的室外热交换器40之间分出(branch)的第一冷却剂注入回路101a，以允许冷却剂流经压缩机10的冷却剂入口或冷却剂出口中的一个。

热泵还可以包括从室内热交换器20和室外热交换器40之间分出的第二冷却剂注入回路101b，以允许冷却剂流经压缩机10的冷却剂入口或冷却剂出口中的一个。

为了便于描述，在下文中可以将压缩机10的连接第一冷却剂注入回路101a的部分称为“第一冷却剂端口”101，以及在下文中可以将压缩机10的连接第二冷却剂注入回路101b的部分称为“第二冷却剂端口”102。

可以在第一冷却剂注入回路101a之上设置第一膨胀器32，该第一膨胀器32从冷却剂主回路分出以将流动的冷却剂膨胀至预定压力，并且可以在第二冷却剂注入回路101b之上设置第二膨胀器34，该第二膨胀器34从冷却剂主回路分出以将流动的冷却剂膨胀至预定压力。

为了便于描述，在下文中，可以将冷却剂独立地流经第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b且通过一个端口被注入到压缩机中的处理称为“气体注入处理”。

气体可以通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b被注入到涡卷压缩机10中是这样一种状况：当冷却/加热负载(如外部空气的温度)改变时无法达到足够的冷却/加热能力。例如，当热泵不能基于流入涡卷压缩机10中的冷却剂量或者涡卷压缩机10的入口端与出口端之间的固定压缩容量而有效地运行时，可以使用这种气体注入处理来有效地确保改善的/最佳的运行性能。

如上所述，可以确定涡卷压缩机10的第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102的位置以获得每个运行模式下涡卷压缩机10的最大运行性能。

在图1所示的实例中，第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102设置在涡卷压缩机10的冷却剂入口和冷却剂出口之间的不同位置处。

例如，第一冷却剂端口101或第二冷却剂端口102中的一个设置为接近涡卷压缩机10的冷却剂入口并成为低压侧冷却剂端口，而另一个设置为接近涡卷压缩机10的冷却剂出口并成为高压侧冷却剂端口。这是因为越接近冷却剂入口，涡卷压缩机10的压力比(pressure ratio)减小，且越接近冷却剂出口，涡卷压缩机10的压力比增加。如果涡卷压缩机10的内部状态用压缩比表示，那么压缩比朝向冷却剂入口减小且朝向冷却剂出口增加。如果涡卷压缩机10的内部状态用体积比(volume ratio)表示，应用反向关系，体积比朝向冷却剂入口增加且朝向冷却剂出口减小。

可以通过循环体积比(cycle volume ratio)(R)＝(V1/V2)来确定涡卷压缩机10的体积比。例如，假设与涡卷压缩机10的冷却剂入口的压力对应的冷却剂的特定体积为V1，且与第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b的每个注入压力对应的冷却剂的特定体积为V2，则V1/V2＝R，因此，可以通过先获得V2紧接着获得对应于V2的压力来计算第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b的每个注入压力。对应于V2的压力是指第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b的优选中间压力。由于可根据莫里尔图来固定蒸发温度，因此对应于V2的压力可以被设定为理想中间压力。

通过第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂的优选中间压力可以用作主要变量，以选择第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102的相应的适当位置。

然而，即使在确立了涡卷压缩机10的第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102的各自的位置(其中第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b分别连接)后，第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b也不一定被激活。

为了保持涡卷压缩机10的可靠性，基于冷却剂的过冷度(super coolingdegree)，注入到涡卷压缩机10中的冷却剂不应该是液态冷却剂。

冷却剂的过冷度是指在冷凝器的冷凝饱和温度中的变化，例如，在冷却剂的冷凝饱和温度与通过膨胀器膨胀冷却剂之前冷却剂的温度之间的温度差。

具有过冷度的冷却剂可表示，在均基于优选中间压力设定的第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b之中，需要激活第一冷却剂注入回路101a，该第一冷却剂注入回路101a首先从冷却剂主回路分出且连接至涡卷压缩机10的高压侧的冷却剂出口。

然而，即使当响应于冷却剂的过冷度很高的指示激活第一冷却剂注入回路101a时，即，即使在执行气体注入以实现与第一冷却剂注入回路101a相关联的优选中间压力的情况下，考虑到涡卷压缩机10的可靠性，通过第一冷却剂注入回路101a注入的冷却剂不应该是液态冷却剂。后者可能导致第一冷却剂注入回路101被去激活(de-activate)。

为了使流入到涡卷压缩机10中的冷却剂转化为气体状态，而不是过冷的液体状态，第一膨胀器32和第二膨胀器34将从冷却剂主回路分出的冷却剂膨胀至低压，从而在一定程度上减少了过冷度。然而，通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂的优选中间压力被预置为理想中间压力，且通过第一膨胀器32和第二膨胀器34膨胀的压力(即，通过第一冷却剂注入回路101a注入的冷却剂的蒸发压力以及通过第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂的蒸发压力)可能存在一定的限制。

为了预先防止这个问题，冷却流结构(cooling flow a structure)可包括单独配置用于气体注入的第一冷却剂注入回路101a以及防止过冷的液态冷却剂被注入的第二冷却剂注入回路。

然而，即使在需要气体注入时防止这种气体注入的结构不能典型地回应消费者的需求。因此，如图2和图3所示，对于通过第一膨胀器32和第二膨胀器34膨胀为低压而转化成过冷的液态冷却剂的冷却剂，可以设置内部热交换器31a和33a以蒸发过冷的液态冷却剂，或者可以提供气液分离器31b和33b以使液态冷却剂和气态冷却剂彼此分离，从而只有气态冷却剂被气体注入。

致使冷却剂通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b被气体注入的冷却剂的过冷度以及依赖于涡卷压缩机10中各种变量的冷却剂的状态，对位于涡卷压缩机10上的第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102的位置有实质性影响。

如上所述，第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102位于压缩机10的冷却剂入口和冷却剂出口之间的两个不同的位置处。

虽然第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102在物理上设置在两个不同的位置处，但压缩机10的压缩比、压力比以及过冷度可以依赖于外部空气的温度或热泵的每个运行模式所需的负载值而改变。在这种情况下，冷却剂的过冷度可能仍然存在问题。

图4A和图5A是示出在此处具体实施和广泛描述的热泵中，在冷却剂被引入到压缩机10中之前，当冷却剂处于过冷的液体状态中时气体注入是不恰当的实例的P-H图。

参见图4A和图5A，在点a处没有气体注入的情况下，通过室外热交换器40蒸发的冷却剂通过涡卷压缩机10压缩且过度加热达到点f’。

然而，在具有通过第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102进行气体注入的两个阶段的情况下，通过涡卷压缩机10将冷却剂首次压缩达到点b，且首次压缩的冷却剂混合有通过第一冷却剂端口101或第二冷却剂端口102气体注入的冷却剂，以使其热含量(enthalpy)降低，从而被转换为如点c的状态。接着，冷却剂被继续压缩达到点d，且混合有通过第一冷却剂端口101或第二冷却剂端口102气体注入的冷却剂以转变为如点e的状态。然后，继续压缩使得冷却剂在如点f的状态。

如图4A所示，在没有气体注入的情况下，通过室内热交换器20被冷凝从而过冷达到点g的冷却剂通过室外膨胀器35膨胀达到点h，接着被引入至涡卷压缩机10的入口部分中。在这种情况下，冷却剂不处于过冷的液体状态下，因此不会产生问题。

然而，如图4A所示，为了通过第一冷却剂端口101或第二冷却剂端口102进行气体注入，在点g’或点g”过冷的液态冷却剂需要通过第一膨胀器32或第二膨胀器34来膨胀以达到优选中间压力。由于冷却剂不是处于过冷的液体状态，因此从点g”膨胀至点h”是没有问题的。然而，当冷却剂从点g’膨胀到点h’时，因为在点h’处并存有过冷的液态冷却剂，所以气体注入变得不恰当。

在为涡卷压缩机10的第一冷却剂端口101或第二冷却剂端口102选择最恰当的位置时重要的是涡卷压缩机10实现气体注入的点1和点n。在选择点时，可以首先选择与所有变量(如对应于所需的负载值的热泵的操作比或容量)相关联的优选中间压力。

在选择分别作为第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b的连接端口的第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102时，优选中间压力是预先确定的。因此，在图4A所示的情况下，从点g”至点h”膨胀冷却剂而不是激活增加冷却剂的过冷度的第二冷却剂注入回路101b，这实质上去除了过冷的液态制冷剂。因此，第一冷却剂注入回路101a可以被激活。

例如，如果第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102被定位，使得如图4B所示选择通过第一冷却剂端口101进行气体注入的中间压力以及如图4B所示选择通过第二冷却剂端口102进行气体注入的中间压力，则没有冷却剂处于过冷的液体状态，从而可以获得由气体注入技术原本实现的优选运行性能。

如图5A和图5B所示，尽管事实上穿过气液分离器的冷却剂之中只有气态冷却剂应为通过第一冷却剂端口101或第二冷却剂端口102注入的气体，但在如图5A所示选择中间压力的情况下，穿过气液分离器的气态冷却剂混合有状态位于点g处的过冷的液态冷却剂。因此，这可能导致由于混合有过冷的液态冷却剂而选择不恰当的中间压力。

因此，如图5B所示，中间压力被选择的点可以设定为高于如图5A所示的点。然而，如前所述，尽管如图5B所示进行气体注入，但在选择冷却剂端口102和103时预置通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂的优选中间压力。因此，过冷度可能仍然存在问题。

在此处具体实施和广泛描述的热泵中，第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b分别连接至第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102的所选择的位置处，使得在对应于预置中间压力的位置处能够获得最佳运行性能，并且基于涡卷压缩机中冷却剂的高低差(highness-and-lownessdifference)选择性地激活第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b，该高低差为用于选择每个冷却剂的过冷度和优选中间压力的变量。然而，实施例不限于此。

此处广泛描述的实施例的一技术特征在于：选择第一冷却剂端口101和第二冷却剂端口102的位置以设置预置优选中间压力；以及确定是否激活第一冷却剂注入回路101a和/或第二冷却剂注入回路101b。此处广泛描述的实施例的另一技术特征在于：利用穿过冷凝器的冷却剂的过冷度作为判断流经第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b的冷却剂的状态的变量，以确定是否激活第一冷却剂注入回路101a和/或第二冷却剂注入回路101b。

根据此处广泛描述的实施例，首先从室内热单元交换器20和室外热单元交换器40之间的冷却剂主回路中分出的第一冷却剂注入回路101a可以连接至作为涡卷压缩机10的高压侧端口的第一冷却剂端口101，并且在室内热单元交换器20和室外热单元交换器40之间的冷却剂主回路中在第一冷却剂注入回路101a之后或下游分出的第二冷却剂注入回路101b可以被连接至作为涡卷压缩机10的低压侧端口的第二冷却剂端口102。

此外，根据此处广泛描述的实施例，设置优选中间压力，为冷却剂端口102和103中的每一个选择位置，接着设置优选压力使得通过第一膨胀器32和第二膨胀器34来实现气体注入以对应于根据热泵的操作比的各种所需的负载值(包括外部空气的温度)。

热泵还可包括用于控制第一膨胀器32和第二膨胀器34的运行的控制器200。

如果热泵被供给有用于房间加热的电力并被打开，那么控制器200完全打开室外膨胀器35。

此外，控制器200关闭或控制第一膨胀器32和第二膨胀器34两者以防止液态冷却剂在激活热泵的初期通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b流入到涡卷压缩机10中。因此，在激活热泵的初期，可以通过关闭第一膨胀器32和第二膨胀器34来确保可靠性。

当涡卷压缩机10开始被激活时，控制器200首先判断是否注入冷却剂以从基于全部所需的热泵的负载值的多个变量中设置第一冷却剂注入回路101a和/或第二冷却剂注入回路101b中的一个的优选中间压力，接着判断引入至对应的冷却剂注入回路101a和/或101b的冷却剂的过冷度，从而控制是否激活第一冷却剂注入回路101a和/或第二冷却剂注入回路101b。

例如，如果请求气体注入，则控制器200可以根据加热负载(例如，外部空气的温度)选择性地打开第一膨胀器32和/或第二膨胀器34中的一个或两者，或者可以顺序地打开第一膨胀器32和第二膨胀器34两者，或者为了快速响应，可以同时打开第一膨胀器32和第二膨胀器34。

换言之，控制器200可以进行控制，使得热泵的冷却剂可以达到预置中间压力。

如果有气体注入的请求，则控制器200可以打开第一膨胀器32或第二膨胀器34中的至少一个。根据加热负载(例如，外部空气的温度)，控制器200可以选择性地打开第一膨胀器32和第二膨胀器34。

如果加热负载小于预定负载条件，则控制器200可以仅打开第一膨胀器32而关闭第二膨胀器34。

如果仅打开第一膨胀器32，则流经第一冷却剂注入回路101a的冷却剂为通过第一冷却剂端口101注入到涡卷压缩机10中的气体。

在压力处于涡卷压缩机10的冷却剂入口与冷却剂出口的压力之间的气体状态下，气体注入的冷却剂通过涡卷压缩机10的冷却剂入口被引导且在预置优选中间压力下与涡卷压缩机10中的冷却剂混合，接着继续被压缩。因此，由于优选中间压力下的气体冷却剂被引导同时通过涡卷压缩机10从最初的压力压缩到最终的压力，由于冷却剂量的增加，因而可以通过增加加热性能来提高涡卷压缩机10的可靠性。

如果加热负载继续增加，则控制器200也可以打开并控制第二膨胀器34。优选中间压力最初可以仅通过调节第一膨胀器32的开度来获得，但是如果加热负载超过特定的阈值，则打开第二膨胀器34可能是有效的。

在存在内部热交换器31a和33a的情况下，如果第二膨胀器34被打开，则通过第一内部热交换器31a进行热交换从而被冷凝的冷却剂流经第二冷却剂注入回路101b，接着通过第二膨胀器34被膨胀，然后通过涡卷压缩机10的第二冷却剂端口102注入气体。

注入到涡卷压缩机10中的冷却剂的优选中间压力很可能低于通过第一冷却剂注入回路101a注入的冷却剂的优选中间压力。冷却剂可以通过作为低压侧端口的第二冷却剂端口102(而不是作为高压侧端口的第一冷却剂端口101)被注入。

因此，在通过涡卷压缩机10将冷却剂(以最初压力通过第一冷却剂注入回路101a被注入)压缩至达到优选中间压力之前，第二冷却剂注入回路101b的冷却剂为被注入以提供对应于最初压力与第一冷却剂注入回路101a的优选中间压力之间的压力的优选中间压力的气体，因此提高了涡卷压缩机10的可靠性及加热性能。

至此已经通过如上所述被设定以提供优选中间压力的每个过冷度来确定是否激活第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b。然而，实施例不限于此。也就是说，是否激活第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b不必通过预定过冷度来确定。

如上所述，通过第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂的优选中间压力可以确定第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b中的每个的体积比VR或冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂的高低压力差。因此，是否激活第一冷却剂注入回路101a和/或第二冷却剂注入回路101b中的一个或两者可以通过冷却剂的体积比VR或高低压力差来确定。

换言之，假设对应于第一中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂的高低压力差为第一预定高低压力差，且对应于第二中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂的高低压力差为第二预定高低压力差，当第一冷却剂注入回路101a的高低压力差小于第一预定高低压力差或者第二冷却剂注入回路101b的高低压力差大于第二预定高低压力差时，可以去激活相应的冷却剂注入回路。

以类似的方式假设对应于第一中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂的体积比为第一预定体积比VR1，且对应于第二中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂的体积比为第二预定体积比VR2，当第一冷却剂注入回路101a的体积比小于第一预定体积比VR1或者第二冷却剂注入回路101b的体积比大于第二预定体积比VR2时，同样可以去激活相应的冷却剂注入回路。

因此，热泵确定是否激活第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b以对应于房间冷却/加热操作所需的负载值。热泵需要考虑各种变量，如预定过冷度、预定体积比以及第一冷却剂注入回路101a或第二冷却剂注入回路101b的预定高低差，且在不适合激活第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b的情况下，去激活第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b，因此提高了热泵的可靠性。

将参照图7描述如上所述配置的热泵的控制方法。

参见图7，提供电力至热泵并打开涡卷压缩机10(S10)。

接着通过涡卷压缩机10确定流经冷却剂主路径的冷却剂的状态(S20)。

在确定冷却剂的状态时考虑到的变量例如可包括压缩比、压力比以及在流到涡卷压缩机10中之前冷却剂的过冷度。

根据在步骤S20中确定的冷却剂的状态，激活或去激活连接至涡卷压缩机10的冷却剂入口和冷却剂出口之间不同位置的第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b(S30)。

在步骤S30中，激活或去激活通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b将冷却剂注入到涡卷压缩机10中以实现预定的优选中间压力，其中可以通过判断通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂是否超过各自的预定过冷度来确定是否激活或去激活第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b。

在步骤S30中，在执行气体注入使得通过第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂为注入以实现预置优选中间压力的气体时，判断通过第一冷却剂注入回路101a注入的冷却剂的冷凝压力和蒸发压力之间的差是否比较大，或者通过冷凝器冷凝的冷却剂的过冷度是否超过预定过冷度，以及通过第二冷却剂注入回路101b注入的冷却剂的冷凝压力和蒸发压力之间的差是否小于通过第一冷却剂注入回路101a注入的冷却剂的冷凝压力和蒸发压力之间的差，或者通过冷凝器冷凝的冷却剂的过冷度是否超过预定过冷度，由此确定是否激活第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b。

可以通过控制第一膨胀器32和第二膨胀器34开启/关闭各自的第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b中的冷却剂的流动来执行是否激活第一冷却剂注入回路101a和第二冷却剂注入回路101b。

示例性实施例提供一种可以提高冷却/加热性能的热泵以及热泵的控制方法。

根据此处广泛描述的一实施例，热泵可包括：冷却剂主回路，所述冷却剂主回路包括涡卷压缩机、冷凝穿过涡卷压缩机的冷却剂的冷凝器、膨胀穿过冷凝器的冷却剂的膨胀器、以及蒸发由膨胀器膨胀的冷却剂的蒸发器；第一冷却剂注入回路，在冷凝器和蒸发器之间分出且连接在涡卷压缩机的冷却剂入口部分和冷却剂出口部分之间；以及第二冷却剂注入回路，在冷凝器和蒸发器之间分出且连接在涡卷压缩机的冷却剂入口部分和冷却剂出口部分之间；其中第一和第二冷却剂注入回路分别连接至涡卷压缩机的冷却剂入口部分和冷却剂出口部分之间的不同部分以具有各自的冷却剂的蒸发温度的(respective of an evaporation temperature of the coolant)理想的预置中间压力，且其中当第一和第二冷却剂注入回路被打开和关闭时提供各自的预置中间压力，使得过冷度超过各自的冷却剂的冷凝温度的预置过冷度的冷却剂注入回路取消激活(inactivate)。

第一冷却剂注入回路可以早于第二冷却剂注入回路从冷却剂主回路中分出，使得第一冷却剂注入回路连接至涡卷压缩机以接近冷却剂出口部分。

涡卷压缩机可包括连接至第一冷却剂注入回路且与涡卷压缩机的内部和外部连通的第一冷却剂端口；以及连接至第二冷却剂注入回路且与涡卷压缩机的内部和外部连通的第二冷却剂端口。

第一冷却剂注入回路可包括第一膨胀单元，该第一膨胀单元膨胀冷却剂并控制开度以调节冷却剂的量和流速(flow)，并且第二冷却剂注入回路包括第二膨胀单元，该第二膨胀单元膨胀冷却剂并控制开度以调节冷却剂的量和流速。

热泵还可包括控制第一膨胀单元和第二膨胀单元的开度的控制器200。

可以根据冷凝的冷却剂是否超过预置过冷度来改变是否激活第一和第二冷却剂注入回路。

假设通过第一膨胀单元膨胀的冷却剂的中间压力为第一中间压力，并且通过第二膨胀单元膨胀的冷却剂的中间压力为第二中间压力，则第一中间压力大于第二中间压力。

当冷却剂被注入到压缩机使得流经第一和第二冷却剂注入回路中的一个的冷却剂具有预置中间压力时，如果流经第一冷却剂注入回路或第二冷却剂注入回路的冷却剂超过预置过冷度，则控制第一膨胀单元和第二膨胀单元以取消激活相应的冷却剂注入回路。

假设对应于第一中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂之间的高低压力差为第一预置高低压力差，并且对应于第二中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂之间的高低压力差为第二预置高低压力差，当第一冷却剂注入回路的高低压力差小于第一预置高低压力差，或者第二冷却剂注入回路的高低压力差大于第二预置高低压力差时，取消激活相应的冷却剂注入回路。

假设对应于第一中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂之间的体积比为第一预置体积比，并且对应于第二中间压力的冷凝的冷却剂和蒸发的冷却剂之间的体积比为第二预置体积比，当第一冷却剂注入回路的体积比小于第一预置体积比，或者第二冷却剂注入回路的体积比大于第二预置体积比时，取消激活相应的冷却剂注入回路。

计算具有流经第一冷却剂注入回路或第二冷却剂注入回路的每个冷却剂的预置中间压力的压缩机的体积比(VR)，并激活对应于所计算的体积比的第一和第二冷却剂注入回路中的一个。

从流经第一冷却剂注入回路或第二冷却剂注入回路的每个冷却剂的冷凝压力和蒸发压力的高低差计算压缩机的体积比(VR)，其中仅当冷凝的冷却剂具有在被注入第一冷却剂注入回路或第二冷却剂注入回路之前的每个预置过冷度时，激活第一冷却剂注入回路或第二冷却剂注入回路。

如此处具体实施和广泛描述的热泵的控制方法可包括：打开涡卷压缩机；确定穿过压缩机的冷却剂主回路的冷却剂的状态；以及激活或取消激活连接至涡卷压缩机的冷却剂入口部分和冷却剂出口部分之间的不同部分的第一和第二冷却剂注入回路，第一和第二冷却剂注入回路根据所确定的状态从冷却剂主回路中分出，其中，激活或取消激活第一和第二冷却剂注入回路包括控制分别设置在第一和第二冷却剂注入回路中的第一和第二膨胀单元，使得第一和第二冷却剂注入回路被激活，从而通过第一和第二冷却剂注入回路注入压缩机的冷却剂具有预置中间压力，或者使得第一和第二冷却剂注入回路被取消激活，其中第一和第二膨胀单元开启/关闭冷却剂注入回路中的冷却剂的流动。

激活或取消激活第一和第二冷却剂注入回路可包括在控制第一和第二膨胀单元时，确定通过第一和第二却剂注入回路注入的冷却剂是否超过每个预置过冷度。

如此处具体实施和广泛描述的热泵可将冷却剂注入至涡卷压缩机中以适合通过第一或第二冷却剂注入回路的优选中间压力，因此增强了热泵的可靠性及性能。

如此处具体实施和广泛描述的热泵可事先计算优选中间压力并确定计算的中间压力是否在预置过冷度和预置体积比内，从而激活第一和第二冷却剂注入回路。因此，可以通过响应每个所需的负载值来满足消费者的需求。

说明书中所涉及的“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”等，其含义是结合实施例描述的特定特征、结构、或特性均包括在本发明的至少一个实施例中。说明书中出现于各处的这些短语并不一定都涉及同一个实施例。此外，当结合任何实施例描述特定特征、结构或特性时，都认为其落在本领域技术人员结合其它实施例就可以实现这些特征、结构或特性的范围内。

虽然已经参照多个示例性实施例描述了本发明的实施例，但可以理解的是，本领域技术人员可以推导出落入本公开原理的精神和范围之内的许多其它变型和实施例。特别是，可以在本公开、附图和所附权利要求的范围内对组件和/或主要组合排列的设置进行各种变化和修改。除组件和/或设置的变化和修改之外，其它可替换的应用对于本领域技术人员而言也是显而易见的。

Claims (14)

1.一种热泵，包括：

冷却剂主回路，包括压缩机、冷凝由所述压缩机压缩的冷却剂的冷凝器、膨胀由所述冷凝器冷凝的冷却剂的膨胀器和蒸发由所述膨胀器膨胀的冷却剂的蒸发器；

第一冷却剂注入回路，从位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的所述冷却剂主回路上的第一点延伸至位于所述压缩机的冷却剂入口与冷却剂出口之间的所述压缩机上的第一点；

第二冷却剂注入回路，从位于所述冷凝器与所述蒸发器之间的所述冷却剂主回路上的第二点延伸至位于所述压缩机的冷却剂入口与冷却剂出口之间的所述压缩机上的第二点，其中位于所述压缩机上的第一点和第二点不相同，以对应于基于所述冷却剂的蒸发温度的各自的预置中间压力；以及

控制器，被配置为选择性地打开和关闭所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路，所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路被打开和关闭以生成所述各自的预置中间压力，其中所述控制器被配置为当流经所述第一冷却剂注入回路的冷却剂的过冷度超过对应于所述冷却剂的冷凝温度的预置过冷度时，去激活所述第一冷却剂注入回路，以及当流经所述第二冷却剂注入回路的冷却剂的过冷度超过对应于所述冷却剂的冷凝温度的预置过冷度时，去激活所述第二冷却剂注入回路。

2.根据权利要求1所述的热泵，其中所述冷却剂主回路的、分出所述第一冷却剂注入回路的第一点位于所述冷却剂主回路的、分出所述第二冷却剂注入回路的第二点的上游，以使所述第一冷却剂注入回路连接至所述压缩机的、接近所述冷却剂出口的部分。

3.根据权利要求2所述的热泵，其中所述第一冷却剂注入回路包括膨胀所述冷却剂的第一膨胀器，且其中所述控制器控制所述第一膨胀器的开度以调节经过所述第一膨胀器的冷却剂的量和流速；以及所述第二冷却剂注入回路包括膨胀所述冷却剂的第二膨胀器，且其中所述控制器控制所述第二膨胀器的开度以调节经过所述第二膨胀器的冷却剂的量和流速。

4.根据权利要求3所述的热泵，其中所述控制器被配置为通过基于冷凝的冷却剂是否超过各自的预置过冷度来调节所述第一膨胀器和所述第二膨胀器的各自的开度，由此选择性地激活所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路。

5.根据权利要求3所述的热泵，其中通过所述第一膨胀器膨胀的冷却剂的第一中间压力大于通过所述第二膨胀器膨胀的冷却剂的第二中间压力。

6.根据权利要求5所述的热泵，其中对应于所述第一中间压力的冷凝的冷却剂与蒸发的冷却剂之间的高低压力差为第一预置高低压力差，且对应于所述第二中间压力的冷凝的冷却剂与蒸发的冷却剂之间的高低压力差为第二预置高低压力差，且其中所述控制器被配置为当所述第一冷却剂注入回路的高低压力差小于所述第一预置高低压力差或者所述第二冷却剂注入回路的高低压力差大于所述第二预置高低压力差时，去激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的相应的一个。

7.根据权利要求5所述的热泵，其中对应于所述第一中间压力的冷凝的冷却剂与蒸发的冷却剂的体积比为第一预置体积比，且对应于所述第二中间压力的冷凝的冷却剂与蒸发的冷却剂之间的体积比为第二预置体积比，且其中所述控制器被配置为当所述第一冷却剂注入回路的体积比小于所述第一预置体积比或者所述第二冷却剂注入回路的体积比大于所述第二预置体积比时，去激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的相应的一个。

8.根据权利要求3所述的热泵，其中所述控制器被配置为控制所述第一膨胀器和所述第二膨胀器，使得当流经所述第一冷却剂注入回路的冷却剂超过所述预置过冷度时，去激活所述第一冷却剂注入回路；以及当流经所述第二冷却剂注入回路的冷却剂超过所述预置过冷度时，去激活所述第二冷却剂注入回路。

9.根据权利要求1所述的热泵，其中所述压缩机包括：第一冷却剂端口，连接至所述第一冷却剂注入回路并与所述压缩机的内部和外部连通；以及第二冷却剂端口，连接至所述第二冷却剂注入回路并与所述压缩机的内部和外部连通。

10.根据权利要求9所述的热泵，其中所述第一冷却剂注入回路包括膨胀所述冷却剂的第一膨胀器，且其中所述控制器控制所述第一膨胀器的开度以调节经过所述第一膨胀器的冷却剂的量和流速；以及所述第二冷却剂注入回路包括膨胀所述冷却剂的第二膨胀器，且其中所述控制器控制所述第二膨胀器的开度以调节经过所述第二膨胀器的冷却剂的量和流速。

11.根据权利要求1所述的热泵，其中所述控制器被配置为计算在所述第一冷却剂注入回路和第二冷却剂注入回路的每个中具有所述预置中间压力的所述压缩机的体积比，并激活对应于所计算的体积比的所述第一冷却剂注入回路或第二冷却剂注入回路中的一个。

12.根据权利要求11所述的热泵，其中所述控制器被配置为基于流经所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路的冷却剂的冷凝压力和蒸发压力的高低差，计算所述压缩机的体积比，并且仅当冷凝的冷却剂对应于被注入到所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路之前的所述预置过冷度时，激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路。

13.一种热泵的控制方法，所述方法包括以下步骤：

激活压缩机；

确定穿过所述压缩机的冷却剂主回路的冷却剂的状态；以及

选择性地激活和去激活第一冷却剂注入回路和第二冷却剂注入回路，所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路中的每个均从所述冷却剂主回路中分出并分别连接至所述压缩机的冷却剂入口与冷却剂出口之间的不同点，其中选择性地激活和去激活第一冷却剂注入回路和第二冷却剂注入回路的步骤包括：

控制分别设置在所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路中的第一膨胀器和第二膨胀器，以选择性地激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的至少一个，使得通过所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的至少一个注入到所述压缩机中的冷却剂具有预置中间压力；以及

控制所述第一膨胀器和所述第二膨胀器以选择性地去激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的至少一个，其中所述第一膨胀器和所述第二膨胀器选择性地分别开启和关闭所述第一冷却剂注入回路和所述第二冷却剂注入回路中的冷却剂流。

14.根据权利要求13所述的方法，其中控制所述第一膨胀器和所述第二膨胀器以选择性地去激活所述第一冷却剂注入回路或所述第二冷却剂注入回路中的至少一个的步骤包括：

确定通过所述第一冷却剂注入回路和第二冷却剂注入回路注入的冷却剂的各自的过冷度；

当所确定的通过所述第一冷却剂注入回路注入的冷却剂的过冷度超过预置过冷度时，去激活所述第一冷却剂注入回路；以及

当所确定的通过所述第二冷却剂注入回路注入的冷却剂的过冷度超过预置过冷度时，去激活所述第二冷却剂注入回路。