技术领域
[0001] 本公开涉及制冷技术领域，特别是涉及带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统及方法。
背景技术
[0002] 当今时代，随着人们生活水平的日益提高和
能源危机的不断加剧，对能源的合理有效利用是当今世界的主题。在住宅还有工商业领域，热泵
热水器由于其节能性好、技术成熟的优点是现阶段应用和研究的热点。热泵系统可以在消耗较少的高品位能源的
基础上，将空气或者
土壤中的低品位
能量转化到水中，实现了自然资源或者余热的有效利用，是减少能源浪费提高能源利用效率的有效方法。
[0003] 目前广泛应用的热泵系统多为
空气源热泵和土壤源热泵。空气源热泵由于其结构简单、安装方便等优点，是目前应用的热点。
[0004]
发明人在实际工作中发现，当在冬季环境
温度较低时，空气源热泵很难满足例如商用热水器的大供热量需求。
地源热泵可以提供较大的热量供给，且供
热能力较为稳定。但是，地源热泵安装和维修困难，经济投入较大，对热泵系统的建设有较高的标准和限制，也为其大规模使用增加了障碍。
[0005] 综上所述，传统的热泵系统效率不高且缺点较为明显，虽然跟传统电加热设备相比具有一定的节能效果，但是还有较大的提升空间。热泵系统工作在较低的
环境温度时，由于工作压力高，节流损失大，能效较低，需要提出改进措施。所以，对热泵系统进行优化和升级是目前研究的重点。
发明内容
[0006] 本
说明书实施方式的目的之一是提供带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统，该热泵系统能够同时从空气和土壤中吸收热量，增加了系统的环境适应性，而且带辅助压缩机的两级压缩中间冷却的系统构建方法可以较大的提升系统的能效比，提高能源利用率。
[0007] 本说明书实施方式提供带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统，其中，双热源
蒸发器包括空气源
蒸发器及土壤源蒸发器；
[0008] 所述空气源蒸发器出口的制冷剂经过低压级压缩机升压后达到土壤源蒸发压力，并与土壤源蒸发器出口的制冷剂相混合，之后一起进入高压级压缩机；
[0009] 高压级压缩机压缩后的制冷剂在气体冷却器中放热，完成热水加热过程，制冷剂从气体冷却器流出经过节流后进入气液分离器；
[0010] 所述气液分离器出口的气相制冷剂直接经过辅助压缩机压缩至气体冷却器压力，液相制冷剂进入蒸发器环节，分别从空气和土壤中吸收热量，以此形成一个循环。
[0011] 本说明书实施方式还提供带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统的工作方法，包括：
[0012] 空气源蒸发器出口的制冷剂经过低压级压缩机升压后达到土壤源蒸发压力，并与土壤源蒸发器出口的制冷剂相混合，之后一起进入高压级压缩机；
[0013] 高压级压缩机压缩后的制冷剂在气体冷却器中放热，完成热水加热过程，制冷剂从气体冷却器流出经过节流后进入气液分离器；
[0014] 气液分离器出口的气相制冷剂直接经过辅助压缩机压缩至气体冷却器压力，液相制冷剂进入蒸发器环节，分别从空气和土壤中吸收热量，以此形成一个循环。
[0015] 与
现有技术相比，本公开的有益效果是：
[0016] 本公开技术方案第一次节流后进入气液分离器的气体分离后经辅助压缩机单独压缩到气冷器压力，该辅助压缩机可以有针对性的实现高效的压缩过程，提高系统效率。
[0017] 本公开技术方案双级压缩可以减小每一级的压比，从而每一级都能实现高效压缩。
[0018] 本公开技术方案双热源可以实现系统的稳定运行，比如冬天气温低的时候，可以较多的利用土壤的热量，而夏季气温高的时候，可以较多的利用空气源的热量。
附图说明
[0019] 构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性
实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
[0020] 图1为本公开实施例子的系统结构连接图；
[0022] 图中，1、空气源蒸发器；2、低压级压缩机；3、高压级压缩机；4、气体冷却器；5、第一节流
阀；7、第二
节流阀；10、第三节流阀；6、气液分离器；8、土壤源蒸发器；9、内部换热器；11、辅助压缩机。
具体实施方式
[0023] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0024] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0025] 实施例子一
[0026] 该实施例子公开了带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统，包括：土壤源蒸发器、空气源蒸发器、低压压缩机、
高压压缩机、辅助压缩机、内部换热器、气液分离器以及气体冷却器等。空气源和土壤源蒸发器可以分别从空气源和土壤源中吸收热量。空气源蒸发器出口的制冷剂经过低压级压缩机升压后达到土壤源蒸发压力，并与土壤源蒸发器出口的制冷剂相混合，之后一起进入高压级压缩机。制冷剂CO2在气体冷却器中放热，完成热水加热过程。制冷剂从气体冷却器流出经过节流后进入气液分离器。气液分离器出口的气相制冷剂直接经过辅助压缩机压缩至气体冷却器压力，液相制冷剂进入蒸发器环节，分别从空气和土壤中吸收热量，以此形成一个循环。
[0027] 双源蒸发器在家用小型热泵热水器中较少使用，多为单空气源热泵。因为双蒸发器系统更加复杂，投入成本较高。但是随着系统制热负荷的升高和环境温度的减低，双源热泵就可以发挥其低温适应性好特点。目前常用的双源蒸发器系统多为双热泵系统的复叠系统，本公开实施例子的双源系统与两级压缩系统相结合的方式既可以提高环境适应性又可以有效提升系统能效比。
[0028] 在该实施例子中，具体参见附图1所示，土壤源蒸发器8为中温蒸发器，空气源蒸发器1为低温蒸发器。低温蒸发器出口的饱和液态制冷剂经过内部换热器9吸热后变成
过热态，随后进入低压级压缩机2被压缩到土壤源蒸发温度所对应的蒸发压力，之后与中温蒸发器出口的饱和制冷剂相混合，随后进入高压级压缩机3被压缩到气冷器压力，高压压缩机出口处的制冷剂与辅助压缩机11出口的制冷剂相混合，进入气体冷却器4中放热，以产生需求的热量。气冷器出口的制冷剂经过节流阀5等焓节流到中间压力，然后进入气液分离器6。气液分离器出口的气体直接进入到辅助压缩机被升压到气冷器压力。
[0029] 在该实施例子中，土壤源蒸发器8为中温蒸发器，空气源蒸发器1为低温蒸发器，是因为在冬季环境中，土壤源温度会明显大于空气源温度。在不同的蒸发压力下，可以将双热源热泵系统与两级压缩系统相结合。
[0030] 低温蒸发器出口的饱和液态制冷剂经过内部换热器9吸热后变成过热态，随后进入低压级压缩机2被压缩到土壤源蒸发温度所对应的蒸发压力，使低压级压缩机出口的压力与土壤源温度对应的蒸发压力相同，可以满足两股
流体的等压混合。而且混合后可以实现两级压缩的中间冷却的
热力学过程。
[0031] 由于系统是跨临界运行，该气冷器压力是一个在二
氧化
碳临界压力之上的压力范围，随着该压力的上升，压缩机出口制冷剂的温度也会上升。实际运行时应根据运行工况进行最优化分析。
[0032] 因为气冷器出口制冷剂的状态为超临界，经过节流阀的节流之后变为两相态，进而经过气液分离器后一部分进入辅助压缩机，一部分流入蒸发器。
[0033] 经过节流后，制冷剂压力降低，温度降低，进而可以达到土壤源或者空气源蒸发器所对应的蒸发压力，并具有足够的冷量从外界吸收热量，以完成整个循环过程。
[0034] 在该实施例子中，参见附图2所示，气液分离器出口的液体分为两个部分，一部分经过节流阀7等焓节流到中温蒸发压力后，进入到土壤源蒸发器吸热升温到饱和气态；另一部分，经过内部换热器9放热后温度降低到
过冷态，然后经过节流阀10等焓节流到低温蒸发压力，随后进入到低温蒸发器，吸收热量至饱和气态。经过以上过程，形成一个完整的循环。外界环境温度较高时，可以有较多的制冷剂进入空气源蒸发器1吸热，而冬季温度较低时，可以有较多的制冷剂进入土壤源蒸发器8吸热，从而实现系统稳定高效的运行。
[0035] 该系统由双蒸发器系统与两级压缩系统相结合而成，另外加入了辅助压缩机。该系统中的两个蒸发器可以分别从空气源和土壤源吸热，因为空气源和土壤源的温度不同，所以系统中的两个蒸发器可以分别在不同的蒸发压力下工作，这就提供了系统可以与两级压缩系统相结合的条件。双热源系统可以很好的提升系统的环境适应性和
稳定性，而两级压缩系统可以有效提升系统能效比。另外，系统中加入的辅助压缩机可以有效分担负荷最高的高压压缩机的耗功，增加压缩机寿命，并进一步提升系统性能。
[0036] 在上述实施例子中，制冷剂可以为CO2介质，但并不局限于该介质，其他介质只要能在该系统中运行也在本公开的保护范围之内。
[0037] 实施例子二
[0038] 该实施例子公开了带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统的工作方法，包括：
[0039] 低温蒸发器开始工作，低温蒸发器出口的饱和液态制冷剂经过内部换热器9吸热后变成过热态；
[0040] 随后过热态的制冷剂进入低压级压缩机2，控制低压级压缩机工作，将过热态的制冷剂压缩到土壤源蒸发温度所对应的蒸发压力，之后将压缩至所需压力的制冷剂与土壤源蒸发器8出口的饱和制冷剂相混合；
[0041] 相混合后的制冷剂随后进入高压级压缩机，控制高压级压缩机3工作，对混合的制冷剂进行压缩，压缩到气体冷却器的工作压力；
[0042] 将高压压缩机出口处的制冷剂与辅助压缩机11出口的制冷剂相混合，进入气体冷却器4，在气体冷却器4中放热，以产生需求的热量。气体冷却器4出口的制冷剂经过节流阀5等焓节流到中间压力，然后进入气液分离器6。
[0043] 气液分离器出口的气体直接进入到辅助压缩机被升压到气冷器压力。气液分离器出口的液体分为两个部分，一部分经过节流阀7等焓节流到中温蒸发压力后，进入到土壤源蒸发器吸热升温到饱和气态；另一部分，经过内部换热器9放热后温度降低到过冷态，然后经过节流阀10等焓节流到低温蒸发压力，随后进入到低温蒸发器，吸收热量至饱和气态。经过以上过程，形成一个完整的循环。
[0044] 实施例子三
[0045] 该实施例子公开了带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统的控制系统，该控制系统包括
控制器，所述控制器分别与空气源蒸发器、低压级压缩机、高压级压缩机、气体冷却器、第一节流阀5、第二节流阀7、第三节流阀10、气液分离器、土壤源蒸发器、内部换热器9、辅助压缩机相连，用于控制所连接设备的工作状态。
[0046] 随着系统运行工况的不同，系统中的气冷器压力和中间节流压力等也会不断变化。当气冷器压力上升时，制备高温热水的能力也会随之上升，但是系统COP会有所下降，所以要根据工况找到最优压力值。
[0047] 另外，当空气温度变化时，进入土壤源和空气源蒸发器的制冷剂流量比也应随着变化。例如，当空气温度过低时，应更大限度的使用土壤源蒸发器，以满足相应的热负荷需求。而当空气温度升高，以至于大于土壤源温度，由于土壤源蒸发器的实际安装容量有限，且维护
费用较高，此时应当使所有的制冷剂都进入到空气源蒸发器中，并提升系统性能。
[0048] 在应用时，所述带辅助压缩机的双热源两级压缩热泵热水系统应用在商用热水器领域。
[0049] 可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0050] 以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
