[发明专利]太阳能蓄热型双级压缩空气源热泵系统及其运行方法

说明书

本发明涉及热泵领域，是一种太阳能蓄热型双级压缩空气源热泵系统，包括两台变容量压缩机、两台室外换热器、闪蒸器、电子膨胀阀、蓄热水箱，其特点是，系统具有制冷和制热运行模式，在两种运行模式下具有单独、并联和两级三种压缩运行方式，系统中两个室外换热器并联配置，并设置级间热气体旁通回路和太阳能蓄热装置，与电磁阀、单向阀配合，构成不间断制热的除霜循环。本发明的效果和益处是该系统在制冷、制热和除霜过程中，压缩机容量可调节，太阳能蓄热装置使制冷剂过热，室外换热器并联配置交替除霜，实现了系统在低温气候下平稳地向室内提供热量。该系统在寒冷地区居室内使用，具有广泛的推广应用空间和节能意义。

技术领域

本发明属于热泵领域，具体地说，是一种太阳能蓄热型双级压缩空气源热泵系统及其运行方法。

背景技术

现有空气源热泵在低温环境下运行时，存在着制热能力急剧降低以及压缩机排气温度过高等问题；同时，当环境温度低于0℃时，室外换热器表面将会出现大面积结霜现象，导致室外换热设备的换热性能下降，并对热泵装置的综合制热性能产生较大影响。目前，在空气源热泵在低温环境下制热能力下降方面，多采用变容量和(准)双级压缩技术进行改善。其中变容量技术，可有效地提升热泵装置的低温环境的制热量，但系统的排气温度过高问题以及供暖季全工况条件下压缩机容量的确定尚待解决；对于(准)双级压缩技术，与空气源热泵相结合，可很好地解决热泵系统低温适应性问题，经检索发现：“一种设经济器及采用热气旁通法除霜的双级压缩热泵系统”（申请号CN201320180824.2）公开了一种冬季空气源热泵的空调装置。该装置只是提出利用双级压缩循环减小压缩比，改善低温热泵系统效率，该装置利用中间冷却器实现一级节流、中间不完全冷却，虽然抑制了节流过程中无效蒸汽量的产生，却增加了不可逆损失。该装置采用高压级热气旁通解决室外气温在0℃以下室外换热装置除霜问题，无法在除霜时进行容量调节，制冷系统不是在最佳工况下运行，除霜后大量过冷气液混合制冷剂易进入压缩机，不仅造成压缩机输气量较小且对压缩机的运行安全性产生威胁。为了保证系统稳定运行，需要提出有效地除霜方法及控制策略。对于空气源热泵的除霜，目前主要逆向除霜和热气旁通除霜两种热气体除霜方法。对于双级热泵压缩系统而言，采用逆向除霜，系统除霜前后的高压级、中间级和低压级压力变化较大，导致系统重新恢复平稳的运行周期较长，同时因系统结构特性，除霜过程的系统稳定性较差，故逆向除霜难以应用于双级压缩系统；对于热气旁通除霜，双级热泵压缩热泵系统通常采用高压级压缩机排气旁通除霜，此方法除霜过程不仅对室内温度及人体热舒适性产生影响，且系统制热性能系数较低；同时除霜过程中，系统高、低压压缩机难以进行合理的容量调节。此外，当系统除霜结束时，除霜循环旁通回路中的制冷剂从室外换热器直接流入低压压缩机吸气口，因制冷剂温度较低，且处于两相或过冷的状态，导致大量液态制冷剂进入压缩机，对压缩机的产生较大的损害；另外，目前太阳能热水器作为提供生活热水的设备在家庭中已被广泛应用，但用途单一，尚未能充分发挥其功用。迄今为止，未见有关太阳能蓄热型双级压缩空气源热泵系统及其运行方法的文献报道和实际应用。

发明内容

本发明目的在于提供一种太阳能蓄热型双级压缩空气源热泵系统，它采用级间热气旁通除霜加太阳能蓄热，其除霜速度快，除霜时间短，可以不间断供热除霜，保证了用户使用的舒适性，且能够避免蒸发不完的制冷剂进入压缩机对压缩机造成的不利影响。并提供科学合理，效果佳的运行方法，以实现在不同环境条件下，所述系统多种模式的高效运行。