CN111765667B - 带热回收功能的压缩机、热泵***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带热回收功能的压缩机、热泵***及其控制方法。所述的压缩机包括压缩腔体、吸气管和围绕所述压缩腔体的回热腔体，所述回热腔体设有进气管和出气管，所述出气管与所述压缩机的吸气管连通。本发明将气液分离器与压缩机一体设计，回收压缩机壳体高温对从进入压缩机的低温制冷剂进行过热处理，提高***制冷制热能力，同时降低压缩机的温度，保证其元器件在良好的工作状态下工作。

Description

带热回收功能的压缩机、热泵***及其控制方法

技术领域

本发明涉及制冷技术领域，尤其涉及一种带热回收功能的压缩机、热泵***及其控制方法。

背景技术

现有空调***中，压缩机吸气侧设置有气液分离器，用于分离液态制冷剂避免出现压缩机液击现象。这种设置会出现部分液态制冷剂存留在气液分离器中，导致***循环中制冷剂流量减少。另外，压缩机工作过程中会产生大量热量，导致压缩机壳体温度较高，目前此部分热量未能得到很好的利用。

另一方面，热泵***在制热运行过程中，室外换热器的管道上会形成霜层，特别在北方地区这种情况更加严重。霜层的增加降低了热泵***的运行能力，因此需要对室外机进行化霜处理。常规的化霜处理是通过四通换向阀换向将制热模式切换为制冷模式运行。化霜期间室内机无法制热，导致室内温度下降，影响用户体验。

发明内容

本发明提出一种带热回收功能的压缩机、热泵***及其控制方法，以解决现有技术中存在的部分液态制冷剂存留在气液分离器中，导致***循环中制冷剂流量减少的技术问题。

本发明提出的带热回收功能的压缩机包括压缩腔体、吸气管和围绕所述压缩腔体的回热腔体，所述回热腔体设有进气管和出气管，所述出气管与压缩机的吸气管连通。

优选地，所述回热腔体内可以设置至少一块隔板将回热腔体分成多层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管连通，每一层回热空间的出气管汇合后与压缩机的吸气管连通。

优选地，所述回热腔体内设有一块隔板将回热腔体分成两层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管连通，每一层回热空间的出气管汇合后与压缩机的吸气管连通。

优选地，所述出气管为弯管，其底部和所述回热腔体的底部均设有回油孔。

本发明还提出一种使用上述带热回收功能的压缩机的热泵***，包括压缩机、室外换热器、室内换热器、节流装置和四通换向阀，其中，所述压缩机包括压缩腔体和围绕所述压缩腔体的回热腔体，所述回热腔体设有进气管和出气管，所述进气管与所述四通换向阀的低压出口管道连通，所述出气管与压缩机的吸气管连通。

所述室外换热器的两端管道上分别设有第一节流装置和第二节流装置，所述第一节流装置和所述室外换热器之间设有第三控制阀；所述热泵***还包括一条与所述蒸发器并联的第一支路，该第一支路的一端与第一节流装置和第一控制阀之间的管路连通，另一端与所述四通换向阀和所述第二节流装置之间的管路连通，所述第一支路上设有第一控制阀；所述热泵***还包括一条第二支路，该第二支路的一端与所述室外换热器和所述第三控制阀之间的管道连通，另一端与所述四通换向阀和所述室内换热器之间的管道连接，所述第二支路上设有第二控制阀。

优选地，所述回热腔体的进气管上设有第四控制阀，该第四控制阀的前端引出一条第三支路，该第三支路的另一端与所述压缩机的吸气管连通，第三支路上设有第五控制阀。

优选地，所述回热腔体包括两层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管连通，热泵***的低压管道与所述回热腔室的进气管连通，每一层回热空间的出气管汇合后与压缩机的吸气管连通。

本发明还提出一种热泵***的控制方法，包括以下运行模式：

制热化霜模式，热泵***执行连续制热控制，此时，第一控制阀和第二控制阀开启，第三控制阀关闭，第一节流装置和第二节流装置开启；

制热模式，热泵***执行常规制热控制，此时，第一控制阀和第二控制阀关闭、第三控制阀开启，第一节流装置和第二节流装置开启；

制冷模式下，热泵***执行常规制冷控制，此时，第一控制阀和第二控制阀关闭、第三控制阀开启，第一节流装置和第二节流装置开启。

当***判断室外换热器管温需要化霜时，控制制热模式切换为制热化霜模式运行；当***判断室外换热器管温霜层融化时，控制制热化霜模式切换为制热模式运行。

在制热化霜模式中，通过回热腔体的进气管的管温T和管压力对应的饱和温度T’控制制冷剂的流向：

若T≥T’时，判断制冷剂为气态，此时关闭第四控制阀，开启第五控制阀，低压制冷剂与压缩机的吸气管连通；

若T＜T’，判断制冷剂为气液混合态或者液态，此时开启第四控制阀，关闭第五控制阀，低压制冷剂经过回热腔体吸收压缩腔体热量气化后进入压缩腔体中。

当回热腔体采用双隔层设计时，通过回热腔体的进气管的管温T和管压力对应的饱和温度T’控制制冷剂的流向：

若回热腔体的上隔层发热较下隔层高，当T’-Δt1＜T＜T’时，开启回热腔体下层进气的控制阀，关闭回热腔体上隔层进气的控制阀；当T＜T’-Δt2时，开启回热腔体下层进气的控制阀和上隔层进气的控制阀；当T’-Δt2≤T≤T’-Δt1时，关闭回热腔体下层进气的控制阀，开启回热腔体上隔层进气的控制阀；其中0＜Δt1＜Δt2；

若回热腔体上隔层发热较下隔层低，当T’-Δt1＜T＜T’时，关闭回热腔体下层进气的控制阀，开启回热腔体上隔层进气的控制阀；当T＜T’-Δt2时，开启回热腔体下层进气的控制阀和上隔层进气的控制阀；当T’-Δt2≤T≤T’-Δt1时，开启回热腔体下层进气的控制阀，关闭回热腔体上隔层进气的控制阀；其中0＜Δt1＜Δt2。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

将气液分离器与压缩机一体设计，回收压缩机壳体高温对从进入压缩机的低温制冷剂进行过热处理，一方面解决了部分液态制冷剂存留在气液分离器中，导致***循环中制冷剂流量减少的问题，增加了压缩机吸气量，提高***循环制冷剂量，从而提高***制冷制热能力。另一方面降低了压缩机的温度，保证其元器件在良好的工作状态下工作。

此外，本发明提出的热泵***，在室外机除霜的过程中可以实现连续给室内供热，提高了用户体验。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明带热回收压缩机第一实施例的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本发明带热回收压缩机第二实施例的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5是本发明带热回收压缩机第三实施例的结构示意图；

图6是图5的俯视图；

图7是本发明热泵***制热除霜模式的***图；

图8是本发明热泵***正常制热模式的***图；

图9是本发明热泵***正常制冷模式的***图；

图10是制热除霜模式中低压制冷剂的控制***图；

图11是制热模式中低压制冷剂的控制***图；

图12是制冷模式中低压制冷剂的控制***图。

1、压缩腔体；2、回热腔体；3、进气管；4、出气管；5、吸气管；6、回油孔；7、排气管；9、室内换热器；10、控制阀；11、控制阀；12、第五控制阀；13、第四控制阀；14、四通换向阀；15、第一节流装置；16、第三控制阀；17、室外换热器；18、第二节流装置；19、第二控制阀；20、第一控制阀；21、第一支路；22、第二支路；23、第三支路。

具体实施方式

本发明将气液分离器与压缩机一体设计，压缩机采用双层壳体的结构，利用压缩机外壳作为环式气液分离器使用，通过回收压缩机壳体的高温热量，使液态制冷剂全部气化，增大***制冷剂循环量，提高制冷制热能力。

图1和图2是本发明带热回收压缩机第一实施例的结构示意图。该实施例中带热回收功能的压缩机压缩腔体1和围绕压缩腔体的回热腔体2，回热腔体设有进气管3和出气管4，进气管3与热泵***的低压吸气管道连通，出气管4采用开口向上的弯管结构，其出口与压缩机的吸气管5连通。压缩机的排气管7穿过回热腔体设置。

压缩机采用双层腔体的设计结构，有效地对制冷剂进行过热处理，使进入压缩腔体的制冷剂全部是气态，避免了液击对压缩机缸体造成的破坏。

图3和图4是本发明带热回收压缩机第二实施例的结构示意图。该实施例中，回热腔体2内设有一块隔板将回热腔体分成上下两层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管3连通，每一层回热腔体的出气管4汇合后与压缩机的吸气管5连通。

压缩机外部腔体采用双层设计，进气管3与上隔层腔体的连接管上设置控制阀10，与下层腔体的连接管上设置控制阀11。上下层腔体中设置对应腔体至压缩腔体的出气管4，出气管4均与压缩腔体的吸气管5连通。通过调节控制阀10和11，控制制冷剂进入上下层腔体的流量。

根据需要，也可以设置多块隔板，将回热腔体分成多层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管3连通，每一层回热空间的出气管4汇合后与压缩机的吸气管5连通。

本发明设计的压缩机壳体分为两层，其中里面一层为压缩机的腔体结构，即压缩机主体，外面一层为环式汽分分离器。从蒸发器出来的制冷剂通过外层汽分分离器后进入到内层压缩腔体。制冷剂在回热腔体中吸收压缩腔体的热量全部转化为低压气体，然后通过回热腔体的出气管4与压缩腔体的进气管5进入压缩腔体内，经压缩机主体压缩后的高压气态制冷剂通过压缩机排气管7排出。出气管4为弯管，其底部和回热腔体2的底部均设有回油孔6，通过回油孔将沉积下来的润滑油带入到压缩机主体结构中，实现压缩机内部润滑。

图5和图6是本发明带热回收压缩机第三实施例的结构示意图。该实施例中，压缩腔体1的进气管采用多流路设计，回热腔体2的进气管3分为两路，一路经过吸气管控制阀12与吸气管5汇合直接进入压缩腔体1中，另外一路通过回热腔体进气控制阀13进入回热腔体中，吸收压缩机壳体热量后通过出气管4与吸气管5连通，进入压缩腔体1中。

在传统的制冷***中，从蒸发器返回的制冷剂需要通过独立的气液分离器进行气态、液态的分离，液态制冷剂保存在气液分离器中，气态制冷剂通过压缩机吸气管进入到压缩机中，经压缩机压缩后的高压体态制冷通过压缩机排气管排出。压缩过程产生的热量被浪费掉。

本发明将气液分离器与压缩机一体设计，不仅减少了一个部件，实现了压缩机内部回油的功能，而且回收了压缩过程产生的热量，提高了***制冷剂循环量。同时，在另一个实施例中，双层壳体不一定需要如前述实施例中的设置，外层壳体可以将内层壳体整体包围，包括上端顶面，这样能够在外层壳体和内层壳体之间形成一层完全由空气组成的回热空腔，在回收利用压缩机做工热量的同时，也起到了一定的隔音效果，降低了压缩机做功时的噪音影响。同样的，外层壳体也可以只围绕压缩机壳体的部分进行设置，如压缩机热量最集中的部分，这样可以减少整体结构的占地面积，也降低材料使用量，同时也提高了热回收的换热效率。

本发明还提出一种使用上述带热回收功能压缩机的热泵***，如图2所示，包括压缩机、四通换向阀14、室外换热器17、设置在室外换热器两端的第一节流装置15和第二节流装置18和室内换热器9。第一节流装置15和室外换热器17之间设有第三控制阀16。室外换热器17两端并联有第一支路21，该第一支路的一端与第一节流装置和第一控制阀之间的管路连通，另一端与所述四通换向阀和所述第二节流装置之间的管路连通，第一支路上设有第一控制阀20。热泵***还包括一条第二支路22，该第二支路的一端与室外换热器17和第三控制阀16之间的管道连通，另一端与四通换向阀14和室内换热器9之间的管道连接，第二支路上设有第二控制阀19。

如图10-12所示，回热腔体2的进气管3上设有第四控制阀13，该第四控制阀的前端引出一条第三支路23，该第三支路的另一端与压缩机的吸气管5连通，第三支路上设有第五控制阀12。

上述热泵***的控制方法包括以下运行模式：

制热化霜模式，热泵***执行连续制热控制，此时，第一控制阀20开启，第二控制阀19开启，第三控制阀16关闭，第一节流装置15和第二节流装置18开启；

制热模式，热泵***执行常规制热控制，此时，第一控制阀20关闭，第二控制阀19关闭、第三控制阀16开启，第一节流装置15和第二节流装置18开启；

制冷模式下，热泵***执行常规制冷控制，此时，第一控制阀20关闭，第二控制阀19关闭、第三控制阀16开启，第一节流装置15和第二节流装置18开启。

当***判断室外换热器管温需要化霜时，控制制热模式切换为制热化霜模式运行；当***判断室外换热器管温霜层融化时，控制制热化霜模式切换为制热模式运行。

以进气单流路设计为例：

制热化霜模式下，,如图7所示，***执行连续制热控制。此时，第二控制阀19开启，第三控制阀16关闭，第一控制阀20开启，第二节流装置18开启。经过压缩机压缩后的制冷剂经四通换向阀14后分成两路，第一路经气管进入室内机。从室内机冷却返回的中压制冷剂经过第一节流装置15膨胀为低压制冷剂，通过第一控制阀20、四通换向阀14到回热腔体2中，吸收压缩机做功产生的热量气化；第二路经第二控制阀19进入室外换热器中换热，融化此时室外换热器管道上的霜层，然后经过第二节流装置18膨胀为低压制冷剂，再通过四通换向阀14到回热腔体2中。回热腔体中的制冷剂吸收热量后进入压缩腔体1中。

制热模式下，***执行常规制热控制，如图8所示。与连续制热控制不同的是，第二控制阀19关闭、第三控制阀16开启，第一控制阀20关闭，第二节流装置18开启。经过压缩机压缩后的制冷剂经四通换向阀14，由气管进入室内机中，从室内机冷却返回的中压制冷剂经过第一节流装置15膨胀为低压制冷剂，经第三控制阀16进入室外换热器17，通过四通换向阀14返回至回热腔体2中。其余与连续制热运行一致，不再赘述。

制冷模式下，***控制如图9所示。第二控制阀19关闭、第三控制阀16开启，第一控制阀20关闭，第二节流装置18开启，经过压缩机压缩后的制冷剂经四通换向阀14、第二节流装置18进入室外换热器17，再通过第三控制阀16、第一节流装置15进入室内机换热形成低压气态，然后返回压缩的回热腔体2中。

本发明提出的热泵***控制方法如下：

当***检测到***能力衰减率达到f%，或者通过影像或室外换热器管温判断霜层达到预设值需要化霜时，***由常规制热运行切换为制热化霜模式运行；当检测到***能力衰减率为0时，或者通过影像或室外换热器管温判断霜层融化时，***由制热化霜模式切换为常规制热运行模式。

进气双流路设计（图10-图12），相较单流路设计，在于低压制冷剂返回压缩机的回热腔体2时的控制是通过回热腔体的进气管3的管温T和管压力对应的饱和温度T’进行调节。若T≥T’制冷剂为气态，则回热腔体的第四控制阀13关闭，吸气管的第五控制阀12开启，制冷剂无需经过压缩机的回热腔体；若检测发现T＜T’，制冷剂为气液混合态或者液态，回热腔体的第四控制阀13开启，吸气管的第五控制阀12关闭，制冷剂经过压缩机的回热腔体吸收压缩腔体传导的热量气化后再返回压缩腔体1中。

压缩机的回热层腔体采用双隔层设计时，相较单隔层设计，在于低压制冷剂返回压缩机的回热腔体2时的控制是通过回热腔体的进气管3的管温T和管压力对应的饱和温度T’进行调节。若压缩机回热腔体上隔层发热较下隔层高，当T’-Δt1＜T＜T’制冷剂出现少量回液只需吸收少量热量即可实现气化时，回热腔体下层进气的控制阀11开启，上隔层进气的控制阀10关闭；当T＜T’-Δt2制冷剂出现了大量回液需要吸收较多热量才可实现气化时，回热腔体下层进气的控制阀11开启，上隔层进气的控制阀12开启；当T’-Δt2≤T≤T’-Δt1制冷剂回液量处于两者之间时，回热腔体下层进气的控制阀11关闭，上隔层进气的控制阀10开启。其中0＜Δt1＜Δt2。

若压缩机的回热腔体上隔层发热较下隔层低，当T’-Δt1＜T＜T’制冷剂出现少量回液只需吸收少量热量即可实现气化时，回热腔体下层进气的控制阀11关闭，上隔层进气的控制阀10开启；当T＜T’-Δt2制冷剂出现了大量回液需要吸收较多热量才可实现气化时，回热腔体下层进气的控制阀11开启，上隔层进气的控制阀10开启；当T’-Δt2≤T≤T’-Δt1制冷剂回液量处于两者之间时，回热腔体下层进气的控制阀开启，上隔层进气的控制阀10关闭；其中0＜Δt1＜Δt2。

上述控制的目的在于避免制冷剂过热影响压缩机的压缩效率。

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。

Claims (11)

1.一种带热回收功能的压缩机，包括压缩腔体（1）和吸气管（5），其特征在于，还包括围绕所述压缩腔体的回热腔体（2），所述回热腔体设有进气管（3）和出气管（4），所述出气管与所述压缩机的吸气管连通；

所述回热腔体的进气管（3）上设有第四控制阀（13），该第四控制阀的前端引出一条第三支路（23），该第三支路的另一端与所述压缩机的吸气管（5）连通，所述第三支路上设有第五控制阀（12）。

2.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述回热腔体（2）内设有至少一块隔板将回热腔体分成多层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管(3)连通，每一层回热空间的出气管（4）汇合后与所述压缩机的吸气管（5）连通。

3.根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述回热腔体（2）内设有一块隔板将回热腔体分成两层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管(3)连通，每一层回热空间的出气管（4）汇合后与压缩机的吸气管（5）连通。

4.根据权利要求1或2或3所述的压缩机，其特征在于，所述出气管（4）为弯管，其底部和所述回热腔体（2）的底部均设有回油孔（6）。

5.一种热泵***，包括压缩机、室外换热器（17）、室内换热器（9）、节流装置和四通换向阀（14），其特征在于，所述压缩机包括压缩腔体（1）和围绕所述压缩腔体的回热腔体（2），所述回热腔体设有进气管（3）和出气管（4），所述进气管与所述四通换向阀（14）的低压出口管道连通，所述出气管与压缩机的吸气管（5）连通，所述回热腔体（2）内设有至少一块隔板将回热腔体分成多层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管(3)连通，每一层回热空间的出气管（4）汇合后与所述压缩机的吸气管（5）连通；

所述回热腔体的进气管（3）上设有第四控制阀（13），该第四控制阀的前端引出一条第三支路（23），该第三支路的另一端与所述压缩机的吸气管（5）连通，所述第三支路上设有第五控制阀（12）。

6.根据权利要求5所述的热泵***，其特征在于，所述室外换热器（17）的两端管道上分别设有第一节流装置（15）和第二节流装置（18），所述第一节流装置和所述室外换热器之间设有第三控制阀（16），还包括一条与蒸发器并联的第一支路（21），该第一支路的一端与第一节流装置和第三控制阀之间的管路连通，另一端与所述四通换向阀和所述第二节流装置之间的管路连通，所述第一支路上设有第一控制阀（20），还包括一条第二支路（22），该第二支路的一端与所述室外换热器（17）和所述第三控制阀（16）之间的管道连通，另一端与所述四通换向阀和所述室内换热器之间的管道连接，所述第二支路上设有第二控制阀（19）。

7.根据权利要求6所述的热泵***，其特征在于，所述回热腔体（2）包括两层独立的回热空间，每一层回热空间通过并联的管道和控制阀与所述进气管(3)连通，热泵***的低压管道与所述回热腔室的进气管（3）连通，每一层回热空间的出气管（4）汇合后与所述压缩机的吸气管（5）连通。

8.一种热泵***的控制方法，其特征在于，包括以下运行模式：

制热化霜模式，热泵***执行连续制热控制，此时，第一控制阀（20）开启，第二控制阀（19）开启，第三控制阀（16）关闭，第一节流装置（15）和第二节流装置（18）开启；

制热模式，热泵***执行常规制热控制，此时，第一控制阀（20）和第二控制阀（19）关闭、第三控制阀（16）开启，第一节流装置（15）和第二节流装置（18）开启；

制冷模式下，热泵***执行常规制冷控制，此时，第一控制阀（20）和第二控制阀（19）关闭、第三控制阀（16）开启，第一节流装置（15）和第二节流装置（18）开启；

当回热腔体采用双隔层设计时，通过回热腔体的进气管（3）的管温T和管压力对应的饱和温度T’控制制冷剂的流向。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，当***判断室外换热器需要化霜时，控制制热模式切换为制热化霜模式运行；当***判断室外换热器霜层融化时，控制制热化霜模式切换为制热模式运行。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在制热化霜模式中，通过回热腔体的进气管（3）的管温T和管压力对应的饱和温度T’控制制冷剂的流向：

若T≥T’时，判断制冷剂为气态，此时关闭第四控制阀（13），开启第五控制阀（12），低压制冷剂与压缩机的吸气管（5）连通；

若T＜T’，判断制冷剂为气液混合态或者液态，此时开启第四控制阀（13），关闭第五控制阀（12），低压制冷剂经过回热腔体吸收压缩腔体热量气化后进入压缩腔体（1）中。

11.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，

若回热腔体的上隔层发热较下隔层高，当T’-Δt1＜T＜T’时，开启回热腔体下隔层的控制阀（11），关闭回热腔体上隔层进气的控制阀（10）；当T＜T’-Δt2时，开启回热腔体下隔层进气的控制阀（11）和上隔层进气的控制阀（10）；当T’-Δt2≤T≤T’-Δt1时，关闭回热腔体下隔层进气的控制阀（11），开启回热腔体上隔层进气的控制阀（10）；其中0＜Δt1＜Δt2；

若回热腔体上隔层发热较下隔层低，当T’-Δt1＜T＜T’时，关闭回热腔体下隔层进气的控制阀（11），开启回热腔体上隔层进气的控制阀（10）；当T＜T’-Δt2时，开启回热腔体下隔层进气的控制阀（11）和上隔层进气的控制阀（10）；当T’-Δt2≤T≤T’-Δt1时，开启回热腔体下隔层进气的控制阀（11），关闭回热腔体上隔层进气的控制阀（10）；其中0＜Δt1＜Δt2。

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