CN107514830A - 一种单多级压缩自动转换多功能热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单多级压缩自由转换的多功能热泵系统，至少有两个压缩机，分别为高、低压级压缩机；至少有两个膨胀阀，分别为高压到中压节流、高压到低压节流；至少有两个四通换向阀，一个负责单双级压缩切换，一个负责制冷和制热切换。系统根据采集制冷系统压力和温度来判断，通过各阀门的自动控制，能够实现单、多级制冷、制热、制热水、制冷+热水、冷却、热水+冷却等。在制冷+热水、冷却+热水、制热+冷却时，实现全热回收。恶劣工况下，能够实现多级压缩高效运行，正常工况时，转换成单级压缩运行。在多级压缩运行时，能够自动改变各级压缩机的运行容量和数量，系统经济运行。通过多级压缩运行，还可高效制取超低温和超高温。
Description
技术领域
本发明属制冷热能技术领域，特别是涉及一种单多级压缩自动转换多功能热泵系统。
背景技术
热泵机组的化霜和低温制热问题一直困扰着许多制造厂家，制约着热泵空调、热泵热水器及多功能热泵的推广及应用范围。目前有的厂家采用补气系统，但补气压缩机只有在压缩机厂家定制才有，应用范围较小，补气系统的制热量仅增加约10~20%。补气压缩机由于增加了压缩行程，在常规工况下运行并不节能。采暖散热器需要产生50度以上的热水，烘干温度一般在60度以上，在极端低温环境下，补气系统相对于双级压缩来说在也存在制热效果不良，效率不高的现象。
目前空气源热泵也有双级压缩，但夏季室外温度不是很高，原有的双级压缩并不能很好满足所有工况需要，运行效率不高，另外，双级压缩的容量无法改变，无法保证系统处在最佳经济运行状态。
现有三联供机组在运行制冷+热水时，也能回收冷凝热量，但空调和热水所需要的冷热量严重不匹配，且夏季热水需求量较小；由于空气源三联供没有冷冻冷藏功能，而常年需要冷冻冷藏产生的热量则不能回收。另外，三联供机组供热水的温度一般比供暖温度要高，单级压缩虽然能满足供暖高效运行，但并不能完全满足热水高效运行。
发明内容
本发明一种单多级压缩能够自动转换的多功能热泵系统，能够提供制冷、制热、热水、冷却及其组合功能，根据功能实际运行温度、环境温度、排气温度、高中低压力等参数，自动判定调节运行压缩级数，自动调节压缩机运行台数，自动调节压缩机运行容量或运行频率，使整个系统运行保持高效状态。多功能热泵系统在运行部分组合功能时，如：制冷+热水，制热+冷却，热水+冷却组合功能时，自身能够回收冷热量，运行效率相当高。
本发明所采用的技术方案为：一种单多级压缩自动转换多功能热泵系统，至少包括两个压缩机：高压级压缩机（1）和低压级压缩机（2）；至少有两个膨胀阀：主膨胀阀（17）和中压膨胀阀（18），主膨胀阀（17）负责从高压到低压节流，中压膨胀阀（18）负责从高压到中压节流；至少有两个四通换向阀：四通换向阀（7）和四通换向阀（9），其中四通换向阀（7）负责制冷（化霜）和制热切换，四通换向阀（9）负责切换单双级压缩；至少有两个换热器，其中一个为源侧换热器（10），其它为使用侧换热器，如：空调换热器（11）、热水换热器（12）、冷却换热器（26）。
所述的各级压缩机的吸气管都连接到一根吸气总管上，各级相邻压缩机之间设置单向阀（3（1））；四通换向阀（9）的c管上通过单向阀（3(2)）和高一级压缩机（1）的排气管相连，压缩机（1）排气管上也设置单向阀（3（3））；四通换向阀（9）的e管和中冷器（19）进口相连，或直接和高一级压缩机（1）的吸气管相连；四通换向阀（9）的s管和低压级压缩机（2）回气管相连；四通换向阀（9）的d管和低压级压缩机（2）排气管相连。
所述的中压膨胀阀(18)节流出口设置中冷器（19），中冷器（19）有三个进口，一个和中压膨胀阀（18）相连，一个和冷凝液管相连，一个四通换向阀（9）的e管相连；中冷器（19）气管出口和高一级压缩机回气管相连，设置在单向阀(3（1）)的出口处，液管出口连接主膨胀阀（17）入口；中压膨胀阀（18）节流后的制冷剂在中冷器（19）内蒸发，对冷凝液管内的制冷剂进行过冷后供给主膨胀阀（17），并对低一级压缩的制冷剂排气进行混合冷却，而后作为高一级的压缩机吸气。
所述的中冷器（19）也可设置两个进口，一个和中压膨胀阀（18）节流出口相连，一个和四通换向阀（9）的e管相连，中冷器（19）内蒸发的制冷剂和低一级压缩的制冷剂排气进行混合冷却。各级压缩机回气管上设置回热器（29）和回热器（30），对各级压缩机回气进行过热，同时对相应各级膨胀阀前制冷剂进行过冷。中冷器（19）的液态制冷剂出口通过单向阀（3（7））和回热器（29）相连，液态制冷剂在回热器（29）内过冷后供给主膨胀阀（17）；气态制冷剂出口和回热器（30）相连，进入回热器（30）过热后，作为高一级的压缩机吸气；在回热器（29）和回热器（30）的进液管之间设置旁通电磁阀（31）。
所述的各换热器通过主膨胀阀（17）可形成星形并联结构：空调换热器（11）、源侧换热器（10）、热水换热器（12）、冷却换热器（26）四个换热器的液管通过多个电磁阀(13、14、15、25)相连。热水换热器（12）的气管直接和高压级排气管相连、冷却换热器（26）直接和低压级回气管相连；空调换热器（11）和源侧换热器（10）分别和四通换向阀（7）的e管和c管相连；通过各电磁阀和四通换向阀（7）开关控制，每两个换热器通过主膨胀阀（17）和压缩机形成制冷循环，而无需经过其它换热器。
所述的换热器液管电磁阀也可设置于各换热器的气管处，如电磁阀（13）、电磁阀（14）、电磁阀（15）分别置于源侧换热器（10）、空调换热器（11）、热水换热器（12）的气管上，各换热器液管通过多个单向阀（3）相连。
所述的热水换热器（12）和高压级排气管之间设置四通换向阀（8），其特征为：四通换向阀（8）的c管和热水换热器（12）气管相连，d管和高压级排气管相连，s管和低压级的回气管相连，e管封堵；主膨胀阀（17）的出口通过单向阀（3（4））和热水换热器（12）的液管相连。
所述的冷却换热器（26）和高压级排气管之间设置四通换向阀（27），便于逆向化霜，其特征为：四通换向阀（27）的e管和冷却换热器（26）气管相连，d管和高压级排气管相连，s管和低压级的回气管相连，c管封堵；主膨胀阀（17）的出口通过单向阀（3（5））、电磁阀（25）与冷却换热器（26）的液管相连。
所述的热水换热器（12）可设置于四通换向阀（7）和高压级排气管之间，热水换热器（12）的进口和高压级排气管相连，出口和四通换向阀（7）的d管相连。
所述的冷却换热器（26）和膨胀阀（28）串联后，和电磁阀（25）并联，装于低压级回气管上；在冷却换热器（26）无需工作时，电磁阀（25）对其进行旁通。
所述的低压级可设置多个压缩机，包括压缩机（2）和压缩机(20)，并在每个压缩机排气管设置单向阀（3）。
所述的三级压缩系统增加中压压缩机（21）、相应节流膨胀阀（23）、相应中冷器（24）、相应四通换向阀（22），其特征为：压缩机（21）的排气管通过单向阀（3（6）），和四通换向阀（9）c管的单向阀出口管进行汇合，连接到四通换向阀（22）d管；中冷器（24）三个进口分别和膨胀阀（23）节流出口、四通换向阀（22）的e管和冷凝器的液管相连；中冷器（24）气管出口和高一级压缩机（1）回气管相连，液管出口连接低一级中压膨胀阀(18)和中冷器（19）的入口；相邻两级压缩机的吸气之间设置单向阀（3（3））。
所述的压缩机排气管可增加油分离器（5）和回油毛细管（6），压缩机的吸气管可增加气液分离器（4），膨胀阀前可增加储液器（16）。
有益效果
能够提供制冷、制热、热水、冷却及其组合功能，扩展热泵的应用功能，能够产生高温，可以应用在烘干、采暖等需要高温的场所；能够产生低温，可以应用在冷冻冷藏场所。
拓展热泵的应用范围，使热泵能够各种工况下均能高效运行，在极端低温能够高效的制热，在极端高温下能够高效的制冷。
提高节能效果，根据功能实际运行温度、环境温度、排气温度、高中低压力等参数，自动判定调节运行压缩级数，自动调节压缩机运行台数，自动调节压缩机运行容量或运行频率，使整个系统运行保持高效状态。多功能热泵系统在运行部分组合功能时，如：制冷+热水，制热+冷却，热水+冷却组合功能时，自身能够回收冷热量，运行效率相当高。
附图说明
图1 单双级压缩自动转换多功能热泵系统示意图1；
图2 单双级压缩自动转换多功能热泵系统示意图2；
图3 单双级压缩自动转换多功能热泵系统示意图3；
图4 单双级压缩自动转换多功能热泵系统示意图4；
图5 单双级压缩自动转换多功能热泵系统示意图5；
图6 单双级压缩自动转换多功能热泵系统示意图6；
图7 单双级压缩自动转换多功能热泵系统示意图7；
图8 单多级压缩自动转换多功能热泵系统示意图8。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，多功能热泵系统包括：高压级压缩机（1）、低压级压缩机（2）、主电子膨胀阀（17）、中压电子膨胀阀（18）、四通换向阀（7）、四通换向阀（9）、中冷器（19）、源侧换热器（10）、空调换热器（11）、热水换热器（12）、冷却换热器（26）、多个单向阀（3）、多个电磁阀（13、14、15、25）、储液器（16）。
压缩机（1）和压缩机（2）的回气管通过单向阀（3（1））连接到一根回气总管上；四通换向阀（9）的c管上通过单向阀（3(2)）和高一级压缩机（1）的排气管相连，压缩机（1）排气管上也设置单向阀（3（3））；四通换向阀（9）的e管和中冷器（19）进口相连，四通换向阀（9）的s管和低压级压缩机（2）回气管相连；四通换向阀（9）的d管和低压级压缩机（2）排气管相连；中冷器（19）有三个进口，一个和中压膨胀阀（18）相连，一个和冷凝液管相连，一个四通换向阀（9）的e管相连；中冷器（19）气管出口和高一级压缩机回气管相连，设置在单向阀(3（1）)的出口处，液管出口连接主膨胀阀（17）入口；空调换热器（11）、源侧换热器（10）、热水换热器（12）、冷却换热器（26）四个换热器的液管通过多个电磁阀(13、14、15、25)相连，各换热器通过膨胀阀（17）形成星形并联结构；热水换热器（12）的气管直接和高压级排气管相连、冷却换热器（26）直接和低压级回气管相连；空调换热器（11）和源侧换热器（10）分别和四通换向阀（7）的e管和c管相连。
中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。四通换向阀（7）负责制冷（化霜）和制热切换，四通换向阀（9）负责切换单双级压缩。中冷器（19）内制冷剂蒸发对冷凝液管内的制冷剂进行过冷，并对低压级压缩机（2）排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。源侧换热器（10）负责从外界环境中吸收或放出低品位热量，空调换热器负责向空调房间提供冷热量，热水换热器负责加热所需热水，冷却换热器用来冷冻冷藏。各换热器通过主膨胀阀(17)形成星形并联结构；通过各电磁阀和四通换向阀（7）开关控制，每两个换热器通过主膨胀阀(17)和压缩机形成制冷循环，而无需经过其它换热器。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
电磁阀（13）、电磁阀（14）开启，电磁阀（15）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）及四通换向阀（9）的 d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
电磁阀（13）、电磁阀（14）开启，电磁阀（15）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热水循环：
电磁阀（13）、电磁阀（15）开启，电磁阀（14）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩冷却循环：
电磁阀（13）、电磁阀（25）开启，电磁阀（15）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与c相连，e与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制冷+制热水循环：
电磁阀（14）、电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与c相连，e与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热水+冷却循环：
电磁阀（25）、电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩循环还有制热+冷却，制冷+冷却，制热+热水，制热+热水+冷却，制冷+热水+冷却等组合循环，这里不再赘述。
双级压缩循环：
双级压缩各循环与单级压缩循环不同在于：双级压缩循环四通换向阀（9）的d与e相连，c与s相连，中压电子膨胀阀(18)开启并负责高压到中压节流，主电子膨胀阀(17)负责高压到低压节流；中压膨胀阀（18）节流后的制冷剂在中冷器（19）内蒸发，对冷凝液管内的制冷剂进行过冷后供给主膨胀阀（17），并对低压级压缩机（2）的排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。其它阀门控制和单级压缩控制相同，不再赘述。
实施例2
如图2所示，多功能热泵系统包括：高压级压缩机（1）、低压级压缩机（2）、主电子膨胀阀(17)、中压电子膨胀阀(18)、四通换向阀（7）、四通换向阀（9）、中冷器（19）、源侧换热器（10）、空调换热器（11）、多个单向阀（3）、电磁阀（29）、两个油分离器（5）及回油毛细管（6）。
压缩机（1）和压缩机（2）的回气管通过单向阀（3）连接到一根回气总管上；四通换向阀（9）的c管上通过另一单向阀（3）和高一级压缩机（1）的排气管相连，压缩机（1）排气管上也设置单向阀（3）；四通换向阀（9）的e管和中冷器（19）进口相连，四通换向阀（9）的s管和低压级压缩机（2）回气管相连；四通换向阀（9）的d管和低压级压缩机（2）排气管相连；中冷器（19）设置两个进口，一个和中压膨胀阀（18）节流出口相连，一个四通换向阀（9）的e管相连，中冷器（19）内蒸发的制冷剂和低压级压缩机（2）排气进行混合冷却。高压级压缩机（1）和低压级压缩机（2）各回气管上分别设置回热器（29）和回热器（30），对相应压缩机的回气进行过热，同时对相应膨胀阀前制冷剂进行过冷。中冷器（19）的液态制冷剂出口通过单向阀（3）和回热器（29）相连，液态制冷剂在回热器（29）内过冷后供给低压级主膨胀阀(17)；气态制冷剂出口和回热器（30）相连，进入回热器（30）过热后，作为高压级的压缩机（1）吸气；在回热器（29）和回热器（30）的进液管之间设置旁通电磁阀（31）。
中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。四通换向阀（7）负责制冷（化霜）和制热切换，四通换向阀（9）负责切换单双级压缩。中冷器（19）内制冷剂蒸发对低压级压缩的制冷剂排气进行混合冷却，而后作为高一级的压缩机吸气。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
电磁阀（31）开启，中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）及四通换向阀（9）的 d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
电磁阀（31）开启，中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
双级压缩制冷循环：
电磁阀（31）关闭，中压电子膨胀阀(18)开启；四通换向阀（7）的 d与c相连，e与s相连，四通换向阀（9）的 d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。
双级压缩制热循环：
电磁阀（31）关闭，中压电子膨胀阀(18)开启；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的 d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。
实施例3
如图3所示，多功能热泵系统包括：高压级压缩机（1）、低压级压缩机（2）、主电子膨胀阀(17)、中压电子膨胀阀(18)、四通换向阀（7）、四通换向阀（9）、中冷器（19）、源侧换热器（10）、空调换热器（11）、热水换热器（12）、多个单向阀（3）、多个电磁阀（13、14、15）、储液器（16）、气液分离器（4）、油分离器（5）、回油毛细管（6）。
压缩机（1）和压缩机（2）的回气管通过单向阀（3）连接到一根回气总管上；四通换向阀（9）的c管上通过另一单向阀（3）和高一级压缩机（1）的排气管相连，压缩机（1）排气管上也设置单向阀（3）；四通换向阀（9）的e管和中冷器（19）进口相连，四通换向阀（9）的s管和低压级压缩机（2）回气管相连；四通换向阀（9）的d管和低压级压缩机（2）排气管相连；中冷器（19）有三个进口，一个和中压膨胀阀（18）相连，一个和冷凝液管相连，一个四通换向阀（9）的e管相连；中冷器（19）气管出口和高一级压缩机回气管相连，设置在单向阀(3（1）)的出口处，液管出口连接低压级主膨胀阀(17)入口；电磁阀（13）、电磁阀（14）、电磁阀（15）分别置于源侧换热器（10）、空调换热器（11）、热水换热器（12）的气管上；热水换热器（12）的气管通过电磁阀（15）和高压级排气管相连，空调换热器（11）和源侧换热器（10）通过电磁阀（14、13）分别和四通换向阀（7）的e管和c管相连；各换热器液管通过多个单向阀（3）相连，形成星形并联结构。
中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。四通换向阀（7）负责制冷（化霜）和制热切换，四通换向阀（9）负责切换单双级压缩。中冷器（19）内制冷剂蒸发对低压级压缩机（2）的排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。源侧换热器（10）负责从外界环境中吸收或放出低品位热量，空调换热器负责向空调房间提供冷热量，热水换热器负责加热所需热水。在运行单级压缩时，各循环均为主膨胀阀(17)节流；通过各电磁阀和四通换向阀（7）开关控制，每两个换热器通过主膨胀阀(17)和压缩机形成制冷循环，而无需经过其它换热器。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
电磁阀（13）、电磁阀（14）开启，电磁阀（15）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）及四通换向阀（9）的 d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
电磁阀（13）、电磁阀（14）开启，电磁阀（15）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热水循环：
电磁阀（13）、电磁阀（15）开启，电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制冷+制热水循环：
电磁阀（14）、电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与c相连，e与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
双级压缩循环：
双级压缩各循环与单级压缩循环不同在于：双级压缩循环四通换向阀（9）的d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)开启负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。中冷器（19）内制冷剂蒸发对冷凝液管内的制冷剂进行过冷，并对低压级压缩机（2）的排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。其它阀门控制和单级压缩控制相同，不再赘述。
实施例4
如图4所示，在图1的基础上，在热水换热器（12）和高压级排气管之间增设四通换向阀（8）。四通换向阀（8）的c管和热水换热器（12）气管相连，d管和高压级排气管相连，s管和低压级的回气管相连，e管封堵；在冷却换热器（26）和高压级排气管之间增设四通换向阀（27），便于逆向化霜。四通换向阀（27）的e管和冷却换热器（26）气管相连，d管和高压级排气管相连，s管和低压级的回气管相连，c管封堵；主膨胀阀(17)的出口通过相应单向阀（3）和热水换热器（12）的液管相连；主膨胀阀(17)的出口通过相应单向阀（3）、电磁阀（25）与冷却换热器（26）的液管相连。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
电磁阀（13）、电磁阀（14）开启，电磁阀（15）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）、四通换向阀（8）、四通换向阀（9）及四通换向阀（27）的 d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
电磁阀（13）、电磁阀（14）开启，电磁阀（15）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（8）、四通换向阀（9）及四通换向阀（27）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热水循环：
电磁阀（13）、电磁阀（15）开启，电磁阀（14）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（8）、四通换向阀（9）及四通换向阀（27）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩冷却循环：
电磁阀（13）、电磁阀（25）开启，电磁阀（15）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）、四通换向阀（8）、四通换向阀（9）及四通换向阀（27）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制冷+制热水循环：
电磁阀（14）、电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（25）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）、四通换向阀（8）、四通换向阀（9）及四通换向阀（27）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热水+冷却循环：
电磁阀（25）、电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）、四通换向阀（8）、四通换向阀（9）及四通换向阀（27）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩循环还有制热+冷却，制冷+冷却，制热+热水，制热+热水+冷却，制冷+热水+冷却等组合循环，这里不再赘述。
双级压缩循环：
双级压缩各循环与单级压缩循环不同在于：双级压缩循环四通换向阀（9）的d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)开启负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流；中压膨胀阀（18）节流后的制冷剂在中冷器（19）内蒸发，对冷凝液管内的制冷剂进行过冷后供给主膨胀阀（17），并对低压级压缩机（2）的排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。其它阀门控制和单级压缩控制相同，不再赘述。
实施例5
如图5所示，在图1的基础上，热水换热器（12）改为串接在高压级排气管上，热水换热器（12）的进口和高压级排气管相连，出口和四通换向阀（7）的d管相连；冷却换热器（26）和膨胀阀（28）串联接在低压级回气管上，电磁阀（25）改为旁通，在冷却换热器（26）无需工作时，对其进行旁通；由于热水换热器（12）、冷却换热器（26）改为串联式，因此取消电磁阀（13、14、15）；膨胀阀（28）只在冷却换热器（26）工作时起节流作用。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
电磁阀（25）开启，中压电子膨胀阀(18)、电子膨胀阀（28）关闭；四通换向阀（7）及四通换向阀（9）的 d与c相连，e与s相连；热水换热器（12）的循环泵停止运行；主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
在单级压缩制冷循环的控制基础上，四通换向阀（7）进行切换，四通换向阀（7）的d与e相连，c与s相连。
单级压缩制热水循环：
在单级压缩制热循环的控制基础上：热水换热器（12）的循环泵开启；空调使用换热器（11）的循环风扇或水泵停止运行。
单级压缩冷却循环：
电子膨胀阀（28）开启，主电子膨胀阀(17)全开，中压电子膨胀阀(18)、电磁阀（25）关闭；四通换向阀（7）及四通换向阀（9）的 d与c相连，e与s相连；热水换热器（12）的循环泵停止运行，空调使用换热器（11）的循环风扇或水泵停止运行；电子膨胀阀（28）起节流作用。
单级压缩制冷+制热水循环：
在单级压缩制冷循环的控制基础上，热水换热器（12）的循环泵开启，源侧换热器（10）的循环风扇或水泵停止运行。
单级压缩制热水+冷却循环：
在单级压缩冷却循环的控制基础上，热水换热器（12）的循环泵开启，源侧换热器（10）的循环风扇或水泵停止运行。
单级压缩循环还有制热+冷却，制冷+冷却，制热+热水，制热+热水+冷却，制冷+热水+冷却等组合循环，这里不再赘述。
双级压缩循环：
双级压缩各循环与单级压缩循环不同在于：双级压缩循环四通换向阀（9）的d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)开启负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）或电子膨胀阀（28）负责高压到低压节流，中冷器（19）内制冷剂蒸发对低压级压缩机（2）的排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。其它阀门控制和单级压缩控制相同，不再赘述。
实施例6
如图6所示，多功能热泵系统包括：高压级压缩机（1）、低压级压缩机（2）、主电子膨胀阀(17)、中压电子膨胀阀(18)、四通换向阀（7）、四通换向阀（9）、中冷器（19）、源侧换热器（10）、空调换热器（11）、多个单向阀（3）、两个油分离器（5）及回油毛细管（6）、储液器（16）。
压缩机（1）和压缩机（2）的回气管通过单向阀（3）连接到一根回气总管上；四通换向阀（9）的c管上通过另一单向阀（3）和高一级压缩机（1）的排气管相连，压缩机（1）排气管上也设置单向阀（3）；四通换向阀（9）的e管和中冷器（19）进口相连，四通换向阀（9）的s管和低压级压缩机（2）回气管相连；四通换向阀（9）的d管和低压级压缩机（2）排气管相连；中冷器（19）有三个进口，一个和中压膨胀阀(18)相连，一个和储液器（16）出口相连，一个四通换向阀（9）的e管相连；中冷器（19）气管出口和高压级压缩机（1）回气管相连，液管出口连接主膨胀阀(17)入口；空调换热器（11）和源侧换热器（10）的气管分别和四通换向阀（7）的e管和c管相连，空调换热器（11）、源侧换热器（10）的液管通过各自的单向阀（3）与储液器（16）入口相连；主膨胀阀(17)出口通过两个单向阀（3）分别和空调换热器（11）及源侧换热器（10）的液管相连，保证制冷剂在不同循环通过主膨胀阀(17)的流向始终为a至b，且保证储液器（16）始终在膨胀阀入口处。
中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。四通换向阀（7）负责制冷（化霜）和制热切换，四通换向阀（9）负责切换单双级压缩。中压膨胀阀（18）节流后的制冷剂在中冷器（19）内蒸发，对冷凝液管内的制冷剂进行过冷后供给主膨胀阀（17），而后作为高压级压缩机（1）的吸气。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）及四通换向阀（9）的 d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
双级压缩制冷循环：
中压电子膨胀阀(18)开启；四通换向阀（7）的 d与c相连，e与s相连，四通换向阀（9）的d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。
双级压缩制热循环：
中压电子膨胀阀(18)开启；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流。
实施例7
如图7所示，这是在图3的基础上，增加一台低压级压缩机(20)，增加配套的油分离器（5）和回油毛细管（6），并在每个低压级压缩机排气管上设置单向阀（3）；电磁阀（13、14、15）改装于各换热器的液管上，相应液管上的单向阀取消。低压级各压缩机容量之和与高压级容量比值为2~3:1，使双级压缩处在经济运行范围内。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
电磁阀（13）开启，电磁阀（14）、电磁阀（15）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）及四通换向阀（9）的 d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
电磁阀（14）开启，电磁阀（13）、电磁阀（15）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热水循环：
电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制冷+制热水循环：
电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)关闭；四通换向阀（7）的 d与c相连，e与s相连，四通换向阀（9）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
双级压缩循环：
双级压缩各循环与单级压缩循环不同在于：双级压缩循环四通换向阀（9）的d与e相连，c与s相连，中压膨胀阀(18)开启负责高压到中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流；中压膨胀阀（18）节流后的制冷剂在中冷器（19）内蒸发，对冷凝液管内的制冷剂进行过冷后供给主膨胀阀（17），并对低压级压缩机（2）的排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。其它阀门控制和单级压缩控制相同，不再赘述。
实施例8
如图8所示，这是一个三级压缩系统，该图是在图3的基础上，增加中压压缩机（21）、相应节流膨胀阀（23）、相应中冷器（24）、相应四通换向阀（22）、配套的油分离器（5）和回油毛细管（6），电磁阀（13、14、15）改装于各换热器的液管上，相应液管上的单向阀取消。压缩机（21）的排气管通过单向阀（3），和四通换向阀（9）c管的单向阀出口管进行汇合，连接到四通换向阀（22）d管；中冷器（24）三个进口分别和膨胀阀（23）节流出口、四通换向阀（22）的e管和冷凝器的液管相连；中冷器（24）气管出口和高一级压缩机（1）回气管相连，液管出口连接低一级中压膨胀阀(18)和中冷器（19）的入口；相邻两级压缩机的吸气之间设置单向阀（3）。
中压膨胀阀(18)负责高压到一级中压节流，主膨胀阀（17）负责高压到低压节流，膨胀阀（23）负责高压到二级中压节流；四通换向阀（7）负责制冷（化霜）和制热切换，四通换向阀（9）负责低压级压缩机（2）和中压级压缩机（21）的单双级压缩切换；四通换向阀（22）负责中压级压缩机（21）和高压级压缩机（1）的单双级压缩切换；中冷器（19）内制冷剂蒸发对低压级节流主膨胀阀(17)入口前的液态制冷剂进行过冷，并对低压级压缩机（2）排气进行混合冷却，而后作为中压级压缩机（21）的吸气。中冷器（24）内制冷剂蒸发对中压膨胀阀(18)和中冷器（19）共同入口前的液态制冷剂进行过冷，并对中压级压缩机（21）排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。下面以各循环的阀门控制及流程来说明。
单级压缩制冷循环：
电磁阀（13）开启，电磁阀（14）、电磁阀（15）、中压电子膨胀阀(18)、电子膨胀阀（25）关闭；四通换向阀（7）、四通换向阀（9）及四通换向阀（23）的 d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热循环：
电磁阀（14）开启，电磁阀（13）、电磁阀（15）、中压电子膨胀阀(18)、电子膨胀阀（25）关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）及四通换向阀（23）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制热水循环：
电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)、电子膨胀阀（25）关闭；四通换向阀（7）的 d与e相连，c与s相连，四通换向阀（9）及四通换向阀（23）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
单级压缩制冷+制热水循环：
电磁阀（15）开启，电磁阀（13）、电磁阀（14）、中压电子膨胀阀(18)、电子膨胀阀（25）关闭；四通换向阀（7）的 d与c相连，e与s相连，四通换向阀（9）及四通换向阀（23）的d与c相连，e与s相连，主电子膨胀阀(17)起节流作用。
双级压缩循环：
双级压缩各循环与单级压缩循环不同在于：四通换向阀（22）切换，d与e相连，c与s相连，电子膨胀阀（23）开启并负责高压到中压节流，其它阀门控制和单级压缩控制相同；主电子膨胀阀(17)负责高压到低压节流，压缩机（2）和压缩机（21）并联作为低压级压缩机，中冷器（24）内制冷剂蒸发对膨胀阀入口前的制冷剂进行过冷，并对低压级压缩机的排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。
三级压缩循环：
三级压缩各循环是在双级压缩循环的控制基础上，四通换向阀（22）切换， d与e相连，c与s相连，中压电子膨胀阀(18)开启负责高压到一级中压节流，其它阀门控制和双级压缩控制相同；主电子膨胀阀(17)负责高压到低压节流，电子膨胀阀（23）负责高压到二级中压节流，中冷器（19）内制冷剂蒸发对低压级节流主膨胀阀(17)入口前的液态制冷剂进行过冷，并对低压级压缩机（2）排气进行混合冷却，而后作为中压级压缩机（21）的吸气。中冷器（24）内制冷剂蒸发对中压膨胀阀(18)和中冷器（19）共同入口前的液态制冷剂进行过冷，并对中压级压缩机（21）排气进行混合冷却，而后作为高压级压缩机（1）的吸气。
上述各实施例中的压缩机可为变频压缩机或变容量压缩机，在多级压缩运行时，根据中间压力和环境温度自动进行调节转速和容量，使高、低压级容量比为2~3:1，运行经济。
上述实施例1、3、4、5、6、7、8中的中压节流膨胀阀（18）在单级压缩循环时，也可开启进行节流，对低压节流主膨胀阀(17)入口前的制冷剂进行过冷。
Claims (14)
1.一种单多级压缩自动转换多功能热泵装置，其特征为：至少有两个压缩机：高压级压缩机（1）和低压级压缩机（2）；至少有两个膨胀阀：主膨胀阀（17）和中压膨胀阀（18），主膨胀阀（17）负责从高压到低压节流，中压膨胀阀（18）负责从高压到中压节流；至少有两个四通换向阀：四通换向阀（7）和四通换向阀（9），其中四通换向阀（7）负责制冷（化霜）和制热切换，四通换向阀（9）负责切换单双级压缩；至少有两个换热器，其中一个为源侧换热器（10），其它为使用侧换热器，如：空调换热器（11）、热水换热器（12）、冷却换热器（26）。
2.根据权利要求1所述，其特征为：在相邻两级压缩机的吸气之间设置单向阀（3（1））；四通换向阀（9）的c管上通过单向阀（3(2)）和高一级压缩机（1）的排气管相连，压缩机（1）排气管上也设置单向阀（3（3））；四通换向阀（9）的e管和中冷器（19）进口相连，或直接和高一级压缩机（1）的吸气管相连；四通换向阀（9）的s管和低压级压缩机（2）回气管相连；四通换向阀（9）的d管和低压级压缩机（2）排气管相连。
3.根据权利要求1、2所述，在中压膨胀阀（18）节流出口设置中冷器（19），其特征为：中冷器（19）有三个进口，一个和中压膨胀阀（18）相连，一个和冷凝液管相连，一个四通换向阀（9）的e管相连；中冷器（19）气管出口和高一级压缩机回气管相连，设置在单向阀(3（1）)的出口处，液管出口连接主膨胀阀（17）入口；中压膨胀阀（18）节流后的制冷剂在中冷器（19）内蒸发，对冷凝液管内的制冷剂进行过冷后供给主膨胀阀（17），并对低一级压缩的制冷剂排气进行混合冷却，而后作为高一级的压缩机吸气。
4.根据权利要求1、2所述，在中压膨胀阀（18）节流出口设置中冷器（19），在各级压缩机回气管上设置回热器（29）和回热器（30），对各级压缩机回气进行过热，同时对相应各级膨胀阀前制冷剂进行过冷，其特征为：中冷器（19）有两个进口，一个和中压膨胀阀（18）节流出口相连，一个四通换向阀（9）的e管相连，中冷器（19）内蒸发的制冷剂和低一级压缩的制冷剂排气进行混合冷却；中冷器（19）的液态制冷剂出口通过单向阀（3）和回热器（29）相连，液态制冷剂在回热器（29）内过冷后供给主膨胀阀（17）；气态制冷剂出口和回热器（30）相连，进入回热器（30）过热后，作为高一级的压缩机吸气；在回热器（29）和回热器（30）的进液管之间设置旁通电磁阀（31）。
5.根据权利要求1、2、3、4所述，各换热器通过主膨胀阀（17）可形成星形并联结构，其特征为：空调换热器（11）、源侧换热器（10）、热水换热器（12）、冷却换热器（26）四个换热器的液管通过多个电磁阀(13、14、15、25)相连；热水换热器（12）的气管直接和高压级排气管相连、冷却换热器（26）直接和低压级回气管相连；空调换热器（11）和源侧换热器（10）分别和四通换向阀（7）的e管和c管相连；通过各电磁阀和四通换向阀（7）开关控制，每两个换热器通过主膨胀阀（17）和压缩机形成制冷循环，而无需经过其它换热器。
6.根据权利要求1、2、3、4、5所述，电磁阀设置于各换热器的气管处，如电磁阀（13）、电磁阀（14）、电磁阀（15）分别置于源侧换热器（10）、空调换热器（11）、热水换热器（12）的气管上，各换热器液管通过多个单向阀（3）相连。
7.根据权利要求1、2、3、4、5、6所述，在热水换热器（12）和高压级排气管之间设置四通换向阀（8），其特征为：四通换向阀（8）的c管和热水换热器（12）气管相连，d管和高压级排气管相连，s管和低压级的回气管相连，e管封堵；主膨胀阀（17）的出口通过单向阀（3（4））和热水换热器（12）的液管相连。
8.根据权利要求1、2、3、4、5、6、7所述，在冷却换热器（26）和高压级排气管之间设置四通换向阀（27），便于逆向化霜，其特征为：四通换向阀（27）的e管和冷却换热器（26）气管相连，d管和高压级排气管相连，s管和低压级的回气管相连，c管封堵；主膨胀阀（17）的出口通过单向阀（3（5））、电磁阀（25）与冷却换热器（26）的液管相连。
9.根据权利要求1、2、3、4所述，热水换热器（12）设置于四通换向阀（7）和高压级排气管之间，热水换热器（12）的进口和高压级排气管相连，出口和四通换向阀（7）的d管相连。
10.根据权利要求1、2、3、4、9所述，冷却换热器（26）和膨胀阀（28）串联后，和电磁阀（25）并联，装于低压级回气管上；在冷却换热器（26）无需工作时，电磁阀（25）对其进行旁通。
11.根据权利要求1至10所述，低压级可设置多个压缩机，包括压缩机（2）和压缩机(20)，并在每个压缩机排气管设置单向阀（3）。
12.根据权利要求1至11所述，三级压缩系统增加中压压缩机（21）、相应节流膨胀阀（23）、相应中冷器（24）、相应四通换向阀（22），其特征为：压缩机（21）的排气管通过单向阀（3（6）），和四通换向阀（9）c管的单向阀出口管进行汇合，连接到四通换向阀（22）d管；中冷器（24）三个进口分别和膨胀阀（23）节流出口、四通换向阀（22）的e管和冷凝器的液管相连；中冷器（24）气管出口和高一级压缩机（1）回气管相连，液管出口连接低一级膨胀阀（18）和中冷器（19）的入口；相邻两级压缩机的吸气之间设置单向阀（3（3））。
13.根据权利要求1至12所述，在压缩机的排气管增加油分离器（5）和回油毛细管（6），在压缩机的吸气管上增加气液分离器（4），在膨胀阀前增加储液器（16）。
14.根据权利要求1至13所述，各级压缩机可为变频压缩机，变容量压缩机，根据中间压力和环境温度自动进行调节转速和容量；膨胀阀（17、18、23、28）可为热力膨胀阀、电子膨胀阀或毛细管；膨胀阀（18、23、28）为热力膨胀阀或毛细管，需在膨胀阀入口或者出口串联电磁阀；双流向电磁阀(13、14)可用单流向电磁阀和单向阀并联替代。
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