Hvacr system having a storage tank

Abstract

A heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system includes a compressor, a discharge pipe connecting to an outlet of the compressor, a lubricant separator disposed on the discharge pipe, a storage tank disposed downstream of the lubricant separator, a flow control device, and a controller. The storage tank is configured to receive lubricant from an outlet of the lubricant separator. The controller is configured to control the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor.

Description

HVACR SYSTEM HAVING A STORAGE TANKFIELD

[0001] The embodiments described herein pertain generally to systems and methods for lubricant control of a heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system. More specifically, the embodiments described herein pertain to lubricant control with a lubricant separating structure on the discharge pipe in an HVACR system having a lubricant storage tank.BACKGROUND

[0002] An HVACR system typically includes a compressor, a condenser, an expander, and an evaporator, forming a refrigeration circuit. In a cooling cycle or cooling mode, refrigerant vapor is generally compressed by the compressor, and then condensed to liquid refrigerant in the condenser. The liquid refrigerant can then be directed through the expander to reduce the temperature and become a liquid / vapor refrigerant mixture (two-phase refrigerant mixture) . The two-phase refrigerant mixture can be directed into the evaporator to exchange heat with, for example, air or water moving across the evaporator. The two-phase refrigerant mixture can be vaporized to refrigerant vapor in the evaporator.

[0003] Some HVACR systems may be able to operate in a heating cycle. These HVACR systems are typically called heat pumps. During a heating cycle or heating mode, the process is generally reversed from the process in the cooling cycle. In the heating cycle, the evaporator in the cooling cycle functions as a condenser, and the condenser functions as an evaporator. After being compressed by the compressor, the compressed refrigerant vapor is typically directed to the evaporator first to release heat to, for example, the indoor air, which also condenses the refrigerant vapor to liquid refrigerant. The liquid refrigerant is then typically directed to the condenser through the expander to become a two-phase refrigerant mixture.SUMMARY

[0004] In some example embodiments, when an HVACR system is operating, lubricant (e.g., oil or the like) may be accumulated in components of the system, for example in the evaporator. It is to be understood that the lower the evaporating temperature, the lower the density of the refrigerant vapor, which has a lower ability to carry lubricant. As a result, the evaporator may accumulate a large amount of lubricant. To ensure that the system has a large operating map (e.g., being able to operate to provide low (e.g., at or about zero-degree Fahrenheit) leaving-water temperature in a cooling mode, or in a heating mode with a low ambient temperature e.g., lower than at or about -10-degree Fahrenheit) , there may be a need to charge more lubricant. However, when operated under a rated operating condition, the system with more lubricant charge may cause higher lubricant level in the compressor, which may lead to higher lubricant circulation rate, causing inadequate heat transfer, lower evaporating temperature and higher condensing temperature, and low performance.

[0005] Features in the embodiments disclosed herein may provide a lubricant storage tank having a volume the same or similar as the volume of lubricant charge added to the system under the extreme operating condition (compared with the rated operating condition) , and a lubricant separator on the discharge pipe. The outlet of the lubricant separator can be connected to the storage tank. There can be two capillaries or capillary pipes connecting to the outlet of the storage tank. The first capillary can be directly connected to the suction pipe and the second capillary can be controlled by a flow control device such as a solenoid valve or an expander or the like. The lubricant separator can have a pipe-in-pipe design: an inner pipe can have multiple small through-holes to let lubricant flow out of the inner pipe into the outer pipe. The outer pipe can have an outlet for lubricant to flow out of the outer pipe. The diameter of the outer pipe can be e.g., at or about one-eighth to at or about one-third larger than the diameter of the inner pipe. In another embodiment, the lubricant separator can be a three-way connector or pipe (e.g., a T-shape connector) , where the vertical downward end of the three-way connector can be the outlet of the lubricant separator.

[0006] It is to be understood that the storage tank can have a full status, where the flow control device is closed, and the amount and / or rate of lubricant separated at the lubricant separator is more than the amount and / or rate of lubricant flowing out of the storage tank. The storage tank can also have an empty status, where the flow control device is open, and the amount and / or rate of lubricant separated at the lubricant separator is less than the amount and / or rate of lubricant flowing out of the storage tank. The storage tank can further have a partially-empty (or partially-full) status, where the flow control device can be intermittently open (or closed) e.g., when the pressure difference (e.g., a difference between the discharge pressure and the suction pressure) is lower than a threshold. For example, repeatedly, after the flow control device is open for a first period of time, the flow control device can be closed for a second period of time, to prevent vapor from passing the capillaries.

[0007] Features in the embodiments disclosed herein may provide a solution to balance the amount of lubricant in the compressor to ensure compressor lubricant quantities and to not damage the compressor. For example, in the rated operating condition, extra lubricant can be stored in the storage tank, compressor lubricant level can be normal, and the lubricant circulation rate can be low, which may ensure a high suction superheat (or a high evaporating temperature) and a high performance. In an extreme operating condition, the lubricant in the storage tank can flow back to the system for circulation, the storage tank can be partially-empty or empty to ensure the compressor lubricant level and the reliability of the system.

[0008] In an example embodiment, a heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system is provided. The HVACR system includes a compressor, a discharge pipe connecting to an outlet of the compressor, a lubricant separator disposed on the discharge pipe, a storage tank disposed downstream of the lubricant separator, a flow control device, and a controller. The storage tank is configured to receive lubricant from an outlet of the lubricant separator. The controller is configured to control the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor.

[0009] In another example embodiment, a method of operating a heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system is provided. The HVACR system includes a compressor, a discharge pipe connecting to an outlet of the compressor, a lubricant separator disposed on the discharge pipe, a storage tank disposed downstream of the lubricant separator, a flow control device, and a controller. The storage tank is configured to receive lubricant from an outlet of the lubricant separator. The controller is configured to control the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor. The method includes the controller controlling the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0010] The accompanying drawings illustrate various embodiments of systems, methods, and embodiments of various other aspects of the disclosure. Any person with ordinary skills in the art will appreciate that the illustrated element boundaries (e.g. boxes, groups of boxes, or other shapes) in the figures represent one example of the boundaries. It may be that in some examples one element may be designed as multiple elements or that multiple elements may be designed as one element. In some examples, an element shown as an internal component of one element may be implemented as an external component in another, and vice versa. Non-limiting and non-exhaustive descriptions are described with reference to the following drawings. The components in the figures are not necessarily to scale, emphasis instead being placed upon illustrating principles. In the detailed description that follows, embodiments are described as illustrations only since various changes and modifications may become apparent to those skilled in the art from the following detailed description.

[0011] FIG. 1 illustrates a schematic diagram of an HVACR system including a refrigerant circuit, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0012] FIG. 2 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the heating mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0013] FIG. 3 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the cooling mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0014] FIG. 4 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the heating mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0015] FIG. 5 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the cooling mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0016] FIG. 6 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the heating mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0017] FIG. 7 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the cooling mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0018] FIG. 8 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the heating mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0019] FIG. 9 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the cooling mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0020] FIG. 10 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the heating mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0021] FIG. 11 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the cooling mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0022] FIG. 12 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the heating mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0023] FIG. 13 illustrates a schematic diagram of an HVACR system in the cooling mode, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0024] FIG. 14 illustrates a schematic diagram of a portion of an HVACR system, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0025] FIG. 15 illustrates a schematic diagram of a portion of an HVACR system, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0026] FIG. 16 is an enlarged view of a portion of an HVACR system, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0027] FIG. 17 is an enlarged view of a portion of an HVACR system, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.DETAILED DESCRIPTION

[0028] In the following detailed description, particular embodiments of the present disclosure are described herein with reference to the accompanying drawings, which form a part of the description. In this description, as well as in the drawings, like-referenced numbers represent elements that may perform the same, similar, or equivalent functions, unless context dictates otherwise. Furthermore, unless otherwise noted, the description of each successive drawing may reference features from one or more of the previous drawings to provide clearer context and a more substantive explanation of the current example embodiment. Still, the example embodiments described in the detailed description, drawings, and claims are not intended to be limiting. Other embodiments may be utilized, and other changes may be made, without departing from the spirit or scope of the subject matter presented herein. It will be readily understood that the aspects of the present disclosure, as generally described herein and illustrated in the drawings, may be arranged, substituted, combined, separated, and designed in a wide variety of different configurations, all of which are explicitly contemplated herein.

[0029] It is to be understood that the disclosed embodiments are merely examples of the disclosure, which may be embodied in various forms. Well-known functions or constructions are not described in detail to avoid obscuring the present disclosure in unnecessary detail. Therefore, specific structural and functional details disclosed herein are not to be interpreted as limiting, but merely as a basis for the claims and as a representative basis for teaching one skilled in the art to variously employ the present disclosure in virtually any appropriately detailed structure.

[0030] Additionally, the present disclosure may be described herein in terms of functional block components and various processing steps. It is to be understood that such functional blocks may be realized by any number of hardware and / or software components configured to perform the specified functions.

[0031] The scope of the disclosure should be determined by the appended claims and their legal equivalents, rather than by the examples given herein. For example, the steps recited in any method claims may be executed in any order and are not limited to the order presented in the claims. Moreover, no element is essential to the practice of the disclosure unless specifically described herein as “critical” or “essential” .

[0032] As referenced herein, “directly” upstream or “directly” downstream may refer to that no other components of a fluid circuit, other than fluid lines / connections / pipes for conveying the fluid are provided between such directly related elements. As referenced herein, “upstream” and “downstream” may refer to the direction of flow of the fluid or a component thereof through the fluid circuit.

[0033] As referenced herein, a “saturated temperature” is a term of art that may refer to a temperature at which a working fluid (e.g., a refrigerant) changes from a liquid to a vapor. It is to be understood that saturated temperature may be referred to as the boiling point. It is also to be understood that the saturation temperature of a liquid may vary depending on the pressure. For example, the saturation temperature of a liquid may increase as pressure increases.

[0034] As referenced herein, a degree of “superheat” is a term of art that may refer to a difference between the refrigerant’s temperature and refrigerant’s saturated temperature at a given pressure. It is to be understood that the degree of superheat can be the refrigerant’s temperature minus the refrigerant’s saturated temperature at the given pressure. It is also to be understood that the degree of superheat typically is a positive value and is for a vapor.

[0035] As referenced herein, a degree of “sub-cooling” is a term of art that may refer to a difference between the refrigerant’s saturated temperature at a given pressure and the refrigerant’s temperature. It is to be understood that the degree of sub-cooling can be the refrigerant’s saturated temperature at the given pressure minus the refrigerant’s temperature. It is also to be understood that the degree of sub-cooling typically is a positive value and is for a liquid.

[0036] It is to be understood that a device such as a flow control device and / or an expander or the like can be configured to control a fluid (e.g., working fluid, etc. ) flow through e.g., a passage (e.g., a pipe, etc. ) . The device can have a fully-closed position or state at which the fluid can be prevented from flowing through the passage via the device. The device can also have a fully-open position or state at which the fluid can be flowing through the passage via the without being blocked by the device. The device can further have a partially-open (or partially-closed) position or state at which the fluid can be flowing through the passage via the device with the fluid being partially blocked by the device. A position or state of the device can be controlled from a fully-open position or state, to a partially-open or partially-closed position or state, and / or to a fully-closed position or state; or from a fully-closed position or state, to a partially-closed or partially-open position or state, and / or to a fully-open position or state. A partially-open (or partially-closed) position or state can be e.g., at or about 10%open or closed, at or about 15%open or closed, at or about 25%open or closed, at or about 50%open or closed (half-open or half-closed) , …at or about 95%open or closed, etc.

[0037] FIG. 1 illustrates a schematic diagram of an HVACR system including a refrigerant circuit 100, arranged in accordance with at least some embodiments described herein.

[0038] In an example embodiment, the refrigerant circuit 100 can include a compressor 120, a condenser 140, an expander 160, and an evaporator 180. The refrigerant circuit 100 may also include a controller 110 configured to communicate with and / or control the operations of the compressor 120, the condenser 140, the expander 160, the evaporator 180, and / or other components (e.g., flow control device, sensor (s) , or the like) of the HVACR system.

[0039] In an example embodiment, the controller 110 may include (or be connected to) a memory such as RAM and ROM and execute software (including, e.g., algorithms) that can be stored in the RAM (particularly during execution) , the ROM (on a generally permanent basis) , or another non-transitory computer readable medium such as other memory or disc. If necessary, the controller 110 can be connected to such memory or a disc drive to read such software. A microprocessor or other programmable device with suitable memory and I / O devices could also be used as the controller 110. It is to be understood that the processes and / or steps described in any of the figures can be conducted, implemented, and / or performed by one or more controllers including e.g., the controller 110 and / or any other suitable controller, unless otherwise specified.

[0040] In an example embodiment, the refrigerant circuit 100 can generally be applied in a variety of systems used to control an environmental condition (e.g., temperature, humidity, air quality, or the like) in a conditioned space. The conditioned space can be a space within an office building, a commercial building, a factory, a laboratory, a data center, a residential building, or the like. In an embodiment, the refrigerant circuit 100 can be configured to be a cooling system (e.g., an air conditioning system) capable of operating in a cooling mode. In an embodiment, the refrigerant circuit 100 can be configured to be a heat pump that can operate in a heating / defrost mode. It is appreciated that the refrigerant circuit 100 can be configured to operate in a cooling mode and / or a heating / defrosting mode. In an example embodiment, an HVACR system can include a refrigerant circuit 100 to heat or cool a process fluid (e.g., air, water and / or glycol, solution, or the like) . A working fluid (e.g., one or more refrigerants) can flow through the refrigerant circuit 100 and be utilized to heat or cool the process fluid.

[0041] In an example embodiment, the compressor 120, the condenser 140, the expander 160, and the evaporator 180 can be fluidly connected. An “expander” as described herein may also be referred to as an expansion device. In an embodiment, the expander 160 can be an expansion valve, expansion plate, expansion vessel, orifice, or the like, or other such types of expansion mechanisms. It is to be understood that the expander 160 may be any suitable type of expander used in the field for expanding a working fluid to cause the working fluid to decrease in pressure and temperature.

[0042] It is to be understood that the refrigerant circuit 100 is an example and can be configured to include more or less components. For example, in an embodiment, the refrigerant circuit 100 can include other components such as, but not limited to, an economizer heat exchanger, one or more flow control devices (e.g., a valve such as a solenoid valve, a check valve, a butterfly valve, a ball valve, and the like; a damper, a pump, or the like. ) , a lubricant separator, a receiver tank, a dryer, a suction-liquid heat exchanger, one or more sensors (e.g., a temperature sensor, a pressure sensor, etc. ) , or the like.

[0043] In an example embodiment, the refrigerant circuit 100 can operate according to generally known principles. The refrigerant circuit 100 can be configured to heat and / or cool a liquid process fluid. The liquid process fluid can be a heat transfer fluid or medium (e.g., a liquid such as, but not limited to, water, glycol, mixtures thereof, or the like) . The refrigerant circuit 100 may be generally representative of a liquid chiller system. The refrigerant circuit 100 can alternatively be configured to heat and / or cool a gaseous process fluid (e.g., a heat transfer medium or fluid (e.g., a gas such as, but not limited to, air or the like) , in which case the refrigerant circuit 100 may be generally representative of an air conditioner and / or heat pump.

[0044] In an example embodiment, the refrigerant circuit 100 can operate as a vapor-compression circuit such that the compressor 120 compresses a working fluid (e.g., a heat transfer fluid such as, but not limited to, refrigerant, fluorine, or the like) from a relatively lower pressure gas to a relatively higher-pressure gas. The relatively higher-pressure gas is at a relatively higher temperature, being discharged from the compressor 120 and flowing through the condenser 140. In accordance with generally known principles, the working fluid flows through the condenser 140 and rejects heat to the process fluid (e.g., water, solution, air, or the like) , thereby cooling the working fluid. The cooled working fluid, which is now in a liquid form, flows to the expander 160 that can reduce the pressure of the working fluid. As a result, a portion of the working fluid is converted to a gaseous form. The working fluid, which is now in a mixed liquid and gaseous form flows to the evaporator 180. The working fluid flows through the evaporator 180 and absorbs heat from the process fluid (e.g., a heat transfer medium such as, but not limited to, water, a solution, air, fluorine, or the like, etc. ) , heating the working fluid, and converting it to a gaseous form. The gaseous working fluid then returns to the compressor 120. The above-described process continues while the heat transfer circuit is operating, for example, in a cooling mode (e.g., while the compressor 120 is enabled) .

[0045] In an example embodiment, the compressor 120 can compress the working fluid. Lubricant can be supplied to the compressor to provide lubrication for its moving parts. A lubricant may include one or more types of lubricants. For example, a lubricant can be, but is not limited to for example, polyolester oils, oil blends, or the like. The lubricant can be discharged from the compressor with the working fluid. Thus, the working fluid discharged from the compressor may contain lubricant. In some refrigerant circuits, the lubricant can also be separated from the working fluid and the separated lubricant can be circulated back to the compressor. In other refrigerant circuits, the lubricant can be circulated with the working fluid and can then be supplied through a suction inlet of the compressor as part of the working fluid. In an example embodiment, the working fluid may also include one or more additional components other than lubricant (s) and / or refrigerant (s) , such as for example additives.

[0046] FIGS. 2-13 illustrate schematic diagrams of HVACR systems (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, and 212) in the heating mode (FIGS. 2, 4, 6, 8, 10, and 12) or in the cooling mode (FIGS. 3, 5, 7, 9, 11, and 13) , arranged in accordance with at least some embodiments described herein. It is to be understood that the systems (201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208, 209, 210, 211, and 212) can include the refrigerant circuit 100 of FIG. 1.

[0047] It is to be understood that the direction of the arrows in FIG. 2 indicates the direction of the working fluid flow in a heating mode. The direction of the arrows in FIG. 3 indicates the direction of the working fluid flow in a cooling mode.

[0048] It is also to be understood that hereinafter, a “heat pump” unit or system may refer to an HVACR unit or system, a “coil” may refer to a heat exchanger, and “refrigerant” may refer to a working fluid, a “four-way valve” or a “switching valve” or a “check valve” may refer to a flow control device, an “expansion valve” may refer to an expander, a “vapor”  / ” gas” or “liquid” may refer to a working fluid in a vapor / gas or liquid state, respectively, unless particularly specified.

[0049] It is further to be understood that in order to keep the system structure compact while keeping energy efficiency and capacity unchanged, some HVACR systems (such as heat pump units or systems) may avoid using lubricant separators such as gas-liquid separators. In an example embodiment, when the heat pump unit is shut down, the refrigerant may accumulate in some branches at the bottom of the coil by way of gravity. When switching directly to the start stage of the heating mode, the refrigerant in the bottom branch of the coil may not have time to completely evaporate and may directly flow into the compressor, which may cause the compressor to suction liquid, which may damage the compressor and affect system performance. Features in the embodiments disclosed herein can improve the stability and operating efficiency of the system when switching modes (e.g., from the heating mode to the cooling mode or vice versa) .

[0050] In an example embodiment, a heat pump system is provided with a liquid storage tank connected to the reflux end of the coil, and a first switching valve is provided on the first pipeline between the reflux end and the liquid storage tank to control the on-off of the first pipeline. When the heat pump system is shut down, the first pipeline can be connected by controlling the first switching valve, so that the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the coil can enter the storage tank for storage, avoiding the compressor from suctioning liquid when the heat pump system switches to the start stage of the heating mode, which can help to improve the stability of the heat pump system during mode switching, protect the compressor from damage, and improve the overall safety and operating efficiency of the heat pump system.

[0051] It is to be understood that in FIGS. 2-13, the following reference numerals are used: 10. Compressor; 11. Inlet end; 12. Outlet end; 20. Heat exchanger; 21. Liquid phase end; 22. Gas phase end; 30. Coil; 31. Distribution end; 32. Reflux (return) end; 40. Expansion valve; 41. First expansion valve; 42. Second expansion valve; 50. Four-way valve; 60. Liquid storage tank; 71. First pipeline; 72. Second pipeline; 73. Third pipeline; 81. First switching valve; 82. Second switching valve; 83. Third switching valve; 91. First check valve; 92. Second check valve; 93. Filter dryer; 94. Receiver; 95. Third check valve; 96. Fourth check valve; 97. Dryer.

[0052] It is also to be understood that if there are terms related to directional indications or positional relationships in the embodiments (such as up, down, left, right, front, rear, inner, outer, top, bottom, center, vertical, horizontal, longitudinal, transverse, length, width, counterclockwise, clockwise, axial, radial, circumferential, etc. ) , such terms are only used to explain the relative positional relationship and motion between components in a specific posture (as shown in the figures) ; if the specific posture changes, the directional indications or positional relationships may also change accordingly. In addition, terms such as “first” and “second” in the embodiments are only used for convenience purposes and cannot be understood as indicating or implying relative importance.

[0053] Embodiment 1

[0054] As shown in FIGS. 2 and 3, a heat pump system (201, 202) includes a circulation circuit and a liquid storage tank 60. Refrigerant flows in the circulation circuit and heat may be transferred through the refrigerant.

[0055] The circulation circuit includes a compressor 10, a heat exchanger 20, a coil 30, an expansion valve 40, and a four-way valve 50. The compressor 10 can compress low-pressure and low-temperature refrigerant gas into high-pressure and high-temperature refrigerant gas. The heat exchanger 20 and coil 30 can serve as an evaporator or condenser. The evaporator can absorb heat and evaporate the refrigerant liquid into refrigerant gas, and the condenser can dissipate heat and condense the refrigerant gas into refrigerant liquid. The expansion valve 40 throttles the high-pressure refrigerant liquid to a low-pressure state. The four-way valve 50 is used to switch the circulation circuit in different modes.

[0056] The compressor 10, the heat exchanger 20, and the coil 30 are all connected to the four-way valve 50. The compressor 10 has an inlet end 11 and an outlet end 12. The four-way valve 50 is used to selectively communicate the coil 30 or the heat exchanger 20 with the outlet end 12 or the inlet end 11. The communication between the heat exchanger 20 and the coil 30 is through the expansion valve 40.

[0057] The heat exchanger 20 has a liquid phase end 21 and a gas phase end 22. The liquid phase end 21 can be connected to the expansion valve 40, and the gas phase end 22 can be connected to the compressor 10 through the four-way valve 50. The coil 30 has a distribution end 31 and a reflux end 32. The distribution end 31 can be connected to the expansion valve 40, and the reflux end 32 can be connected to the compressor 10 through the four-way valve 50.

[0058] The heat pump system has a heating mode and a cooling mode. As shown in FIG. 2, in the heating mode, the four-way valve 50 communicates the outlet end 12 with the heat exchanger 20 and communicates the inlet end 11 with the coil 30. The heat exchanger 20 is in the condenser mode, and the coil 30 is in the evaporator mode. The refrigerant in the circulation circuit enters the heat exchanger 20 from the outlet end 12 of the compressor 10 through the four-way valve 50, condenses into refrigerant liquid in the heat exchanger 20, enters the expansion valve 40, and then enters the coil 30 from the expansion valve 40. After evaporating into refrigerant gas in the coil 30, it returns to the inlet end 11 of the compressor 10 through the four-way valve 50.

[0059] As shown in FIG. 3, in the cooling mode, the four-way valve 50 communicates the outlet end 12 with the coil 30 and communicates the inlet end 11 with the heat exchanger 20. The heat exchanger 20 is in the evaporator mode, and the coil 30 is in the condenser mode. The refrigerant in the circulation circuit enters the coil 30 from the air outlet 12 of the compressor 10 through the four-way valve 50, condenses into refrigerant liquid in the coil 30, enters the expansion valve 40, and then enters the heat exchanger 20 from the expansion valve 40. After evaporating into refrigerant gas in the heat exchanger 20, it returns to the air inlet 11 of the compressor 10 through the four-way valve 50.

[0060] In this embodiment, the expansion valve 40 includes a first expansion valve 41 and a second expansion valve 42. The refrigerant in the heat pump system flows through the first expansion valve 41 in the heating mode and through the second expansion valve 42 in the cooling mode. This can ensure that the refrigerant has a suitable expansion process and pressure control in different modes, thereby improving the efficiency and heat exchange capacity of the heat pump system.

[0061] Furthermore, in this embodiment, the circulation circuit optionally includes a first check valve 91 and a second check valve 92 to prevent refrigerant backflow in different modes and ensure the correctness of refrigerant flow direction. The first check valve 91 is provided between the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20 and the first expansion valve 41, and the second check valve 92 is provided between the distribution end 31 of the coil 30 and the second expansion valve 42.

[0062] Furthermore, in this embodiment, the heat pump system optionally includes a filter dryer 93 disposed between the heat exchanger 20 and the coil 30, which can effectively filter impurities in the refrigerant, prevent moisture accumulation, improve refrigerant flow efficiency, protect key components in the heat pump system, and extend the service life of the heat pump system. Specifically, the filter dryer 93 is connected between the first check valve 91 and the first expansion valve 41 in the heating mode, and is connected between the second check valve 92 and the second expansion valve 42 in the cooling mode.

[0063] In this embodiment, in the heating mode, the flow path of the refrigerant in the circulation circuit is “compressor 10-heat exchanger 20-first check valve 91-filter dryer 93-first expansion valve 41-coil 30-compressor 10” . In the cooling mode, the flow path of the refrigerant in the circulation circuit is “compressor 10-coil 30-second check valve 92-filter dryer 93-second expansion valve 42-heat exchanger 20-compressor 10” .

[0064] The liquid storage tank 60 is connected to the reflux end 32 of the coil 30 through a first pipeline 71, and a first switching valve 81 is provided on the first pipeline 71 to control the on-off of the first pipeline 71. The heat pump system also includes a control device (e.g., the controller 110 of FIG. 1) for controlling the opening or closing of the first switching valve 81. When the first switching valve 81 is opened, the first pipeline 71 is connected. That is, refrigerant flow can pass through the first pipeline 71 via the first switching valve 81. When the first switching valve 81 is closed, the first pipeline 71 is disconnected. That is, refrigerant flow is blocked by the first switching valve 81and is prevented from passing through the first pipeline 71 via the first switching valve 81.

[0065] The first pipeline 71 is connected to the bottom of the coil 30. When the system is shut down in the heating mode, the first switching valve 81 is opened, the first pipeline 71 is connected, and the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the coil 30 can flow into the storage tank 60 through the first pipeline 71 for storage. When the heat pump system needs to switch to the heating mode, the reflux end 32 of the coil 30 no longer has liquid refrigerant, which can avoid the compressor 10 from suctioning liquid. Therefore, the heat pump system can directly turn on the heating mode.

[0066] The heat pump system of this embodiment controls the on-off of the first pipeline 71 by setting a liquid storage tank 60 connected to the reflux end 32 of the coil 30, and setting a first switching valve 81 on the first pipeline 71 between the reflux end 32 and the liquid storage tank 60. When the heat pump system is shut down, the first pipeline 71 can be connected by controlling the first switching valve 81, so that the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the coil 30 enters the liquid storage tank 60 for storage, avoiding the compressor 10 from suctioning liquid when the heat pump system switches to the start stage of the heating mode, which can help to improve the stability of the heat pump system during mode switching, protect the compressor 10 from damage, and improve the overall safety and operating efficiency of the heat pump system.

[0067] Embodiment 2

[0068] As shown in FIGS. 4 and 5, in the second embodiment, the circulation circuit connection method of the heat pump system and the flow path of the refrigerant in the cooling and heating modes are almost the same as in the first embodiment.

[0069] On top of the structure in the first embodiment, the heat pump system is also provided with a second pipeline 72. One end of the second pipeline 72 is connected to the storage tank 60, and the other end of the second pipeline 72 is connected to the circulation circuit. The refrigerant in the storage tank 60 can flow into the circulation circuit through the second pipeline 72. A second switching valve 82 is provided on the second pipeline 72 to control the on-off of the second pipeline 72. When the second switching valve 82 is opened, the second pipeline 72 is connected. When the second switching valve 82 is closed, the second pipeline 72 is disconnected.

[0070] In this embodiment, the volume of the liquid storage tank 60 is at or about 20%to at or about 50%of the total refrigerant amount in the heat pump system. One end of the second pipeline 72 is connected to the bottom of the liquid storage tank 60, and the other end is connected to the inlet end 11 of the compressor 10. When the second switching valve 82 is opened, the refrigerant stored in the liquid storage tank 60 can enter the compressor 10 through the second pipeline 72.

[0071] The first switching valve 81 can be intermittently opened to allow the refrigerant in the circulation circuit to intermittently enter the storage tank 60. The second switching valve 82 can also be intermittently opened to allow the refrigerant in the storage tank 60 to intermittently return to the circulation circuit.

[0072] When the heat pump system is in the shutdown stage of the cooling mode, the first switching valve 81 is closed, the second switching valve 82 is opened, and the liquid storage tank 60 has no substantial effect. When the heat pump system is in the cooling mode, under low load and low water temperature, the first switching valve 81 is intermittently opened, the second switching valve 82 is opened, and the liquid storage tank 60 can serve as an intermediate channel, receiving refrigerant from the coil 30 while returning the refrigerant to the compressor 10.

[0073] When the heat pump system is in the shutdown stage of the heating mode, both the first switching valve 81 and the second switching valve 82 are opened, and the liquid storage tank 60 receives the refrigerant at the bottom of the coil 30 to avoid the compressor 10 starting with liquid when switching to the heating mode. When the heat pump system is in the heating mode, the first switching valve 81 is intermittently opened, and the second switching valve 82 is opened. The liquid storage tank 60 can serve as an intermediate channel, receiving refrigerant from the coil 30 while returning it to the compressor 10.

[0074] In order to vaporize the refrigerant in the second pipeline 72, the second pipeline 72 can be attached to a high-temperature pipeline, such as an exhaust pipe, a liquid tank, and the like etc. A regenerator (e.g., a suction-liquid heat exchanger) can also be set up in the heat pump system to connect the second pipeline 72 to the regenerator to achieve vaporization of the refrigerant.

[0075] Furthermore, the heat pump system optionally includes a receiver 94 disposed between the heat exchanger 20 and the coil 30. Specifically, the receiver 94 is disposed between the heat exchanger 20 and the first check valve 91, and can receive or release refrigerant to regulate the refrigerant flow rate / amount in the circulation circuit.

[0076] By setting the second pipeline 72 connecting the storage tank 60 and the compressor 10, the refrigerant can be smoothly refluxed, effectively regulating the flow of the refrigerant, avoiding load fluctuations of the compressor 10 due to unbalanced refrigerant amount, and making the effect of the heat pump system more stable and reliable.

[0077] Embodiment 3

[0078] As shown in FIGS. 6 and 7, in the third embodiment, the circulation circuit connection method of the heat pump system and the flow path of the refrigerant in the cooling and heating modes are almost the same as in the second embodiment.

[0079] On top of the structure in the second implementation example, the heat pump system is also optionally provided with a third pipeline 73, which cooperates with the first pipeline 71 and the second pipeline 72 to achieve the dynamic liquid storage function of the storage tank 60. One end of the third pipeline 73 is connected to the storage tank 60, and the other end is connected to the circulation circuit. The refrigerant in the circulation circuit can flow into the storage tank 60 through the third pipeline 73. A third switching valve 83 is provided on the third pipeline 73 to control the on-off of the third pipeline 73. When the third switching valve 83 is opened, the third pipeline 73 is connected. When the third switching valve 83 is closed, the third pipeline 73 is disconnected.

[0080] The first switching valve 81, the second switching valve 82, and the third switching valve 83 can be set as direct-acting valves, respectively, to achieve bidirectional flow of refrigerant in the first pipeline 71, the second pipeline 72, and the third pipeline 73. The control device controls the opening or closing of the first switching valve 81, the second switching valve 82, and the third switching valve 83 according to the degree / level of sub-cooling of the circulation circuit to regulate the flow rate / amount of refrigerant in the circulation circuit.

[0081] In this embodiment, the volume of the liquid storage tank 60 is at or about 50%to at or about 70%of the total refrigerant amount in the heat pump system. The two ends of the second pipeline 72 are respectively connected to the inlet end 11 of the compressor 10 and the liquid storage tank 60, and the two ends of the third pipeline 73 are respectively connected to the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20 and the liquid storage tank 60.

[0082] When the heat pump system is in the shutdown stage of the cooling mode, the third switching valve 83 is opened, and the refrigerant at the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20 can flow into the storage tank 60 through the third pipeline 73 to avoid the compressor 10 starting to carry liquid when switching to the cooling mode. When the heat pump system is in the cooling mode, the third switching valve 83 is closed, the second switching valve 82 is opened, and the refrigerant in the storage tank 60 can return to the refrigeration system through the second pipeline 72.

[0083] At this time, the refrigerant flow rate / amount in the circulation circuit can be dynamically adjusted by controlling the opening and closing of the first switching valve 81, the second switching valve 82, and the third switching valve 83, thereby adjusting the degree / level of sub-cooling. For example, the refrigerant can be added to the liquid storage tank 60 by opening the first switching valve 81 (at this time, the refrigerant is gas, but it can be condensed into liquid and stored in the liquid storage tank 60 during the flowing process) , or the refrigerant in the liquid storage tank 60 can be discharged back into the circulation circuit by opening the third switching valve 83.

[0084] When the heat pump system is in the shutdown stage of the heating mode, the first switching valve 81 is opened, and the liquid storage tank 60 receives the refrigerant at the bottom of the coil 30 to avoid the compressor 10 starting to carry liquid when switching to the heating mode. When the heat pump system is in the heating mode, the second switching valve 82 is closed, and the third switching valve 83 is opened. The refrigerant at the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20 can flow into the liquid storage tank 60 through the third pipeline 73.

[0085] At this time, when it is necessary to adjust the degree / level of sub-cooling of the condenser (e.g., the heat exchanger 20 in this mode) , the refrigerant flow rate / amount in the circulation circuit can be dynamically adjusted by controlling the opening and closing of the first switching valve 81, the second switching valve 82, and the third switching valve 83, thereby adjusting the degree / level of sub-cooling. For example, the refrigerant in the storage tank 60 can be replenished by opening the third switching valve 83, or the refrigerant in the storage tank 60 can be discharged back into the circulation circuit by opening the second switching valve 82.

[0086] In this embodiment, by setting a third pipeline 73 connecting the liquid storage tank 60 and the heat exchanger 20, the refrigerant at the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20 can be stored in the liquid storage tank 60 in the heating mode. By cooperating with the first pipeline 71 and the second pipeline 72, the dynamic adjustment of the refrigerant flow rate in the circulation circuit can be realized, and the working efficiency of the heat pump system can be improved.

[0087] Embodiment 4

[0088] As shown in FIGS. 8 and 9, in the fourth embodiment, the circulation circuit connection of the heat pump system and the flow path of the refrigerant in the cooling and heating modes are almost the same as in the third embodiment.

[0089] Unlike the third embodiment, in this embodiment, the two ends of the second pipeline 72 are respectively connected to the distribution end 31 of the coil 30 and the liquid storage tank 60. When the second switching valve 82 is opened, the refrigerant in the liquid storage tank 60 can return to the distribution end 31 of the coil 30 through the second pipeline 72.

[0090] When the heat pump system is in the shutdown stage of the cooling mode, the first switching valve 81 is closed, the second switching valve 82 is opened, and the liquid storage tank 60 has no substantial effect. When the heat pump system is in the cooling mode, under low load and low water temperature, the first switching valve 81 is intermittently opened, the third switching valve 83 is opened, and the liquid storage tank 60 can serve as an intermediate channel, receiving refrigerant from the coil 30 while returning the refrigerant to the circulation circuit.

[0091] When the heat pump system is in the start phase of the heating mode, the first switching valve 81 is closed, the second switching valve 82 is closed, the third switching valve 83 is opened, the storage tank 60 receives excess refrigerant from the heat exchanger 20 to reduce the circulation circuit refrigerant flow rate, to avoid high pressure alarm.

[0092] When the heat pump system is in the heating mode, the opening and closing of the first switching valve 81, the second switching valve 82, and the third switching valve 83 can be controlled according to the degree / level of sub-cooling of the condenser (e.g., the heat exchanger 20 in this mode) and the opening degree of the first expansion valve 41, and the refrigerant flow rate in the circulation circuit can be dynamically adjusted. When the degree / level of sub-cooling of the condenser is high (compared with a threshold) or the opening degree of the first expansion valve 41 is small (compared with a threshold) , it is necessary to reduce the amount of refrigerant in the circulation circuit. The excess refrigerant in the circulation circuit can enter the storage tank 60 by opening the third switching valve 83. When the degree / level of sub-cooling of the condenser is low (compared with a threshold) or the opening degree of the first expansion valve 41 is large (compared with a threshold) , it is necessary to increase the amount of refrigerant in the circulation circuit. The refrigerant can be replenished from the liquid storage tank 60 to the circulation circuit by opening the second switching valve 82.

[0093] By connecting the second pipeline 72 to the distribution end 31 of the coil 30 and the liquid storage tank 60, the liquid refrigerant discharged from the second pipeline 72 can be quickly evaporated in the coil 30 in the heating mode, so that the refrigerant in the liquid storage tank 60 can be quickly discharged, which improves the working efficiency of the heat pump system.

[0094] Embodiment 5

[0095] As shown in FIGS. 10 and 11, unlike the fourth embodiment, in this embodiment, the number of expansion valves 40 is one. The second pipeline 72 and the third pipeline 73 are respectively connected to the inlet and outlet ends of the expansion valve 40. The two ends of the second pipeline 72 are respectively connected to one end of the expansion valve 40 and the storage tank 60, and the two ends of the third pipeline 73 are respectively connected to the other end of the expansion valve 40 and the storage tank 60.

[0096] The heat pump system of this embodiment further optionally includes a third check valve 95 and a fourth check valve 96 disposed between the heat exchanger 20 and the coil 30. The third check valve 95 is located between the expansion valve 40 and the distribution end 31 of the coil 30, and the fourth check valve 96 is located between the expansion valve 40 and the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20.

[0097] In this embodiment, in the heating mode, the flow path of the refrigerant in the circulation circuit is “compressor 10-heat exchanger 20-first check valve 91-filter dryer 93-expansion valve 40-third check valve 95-coil 30-compressor 10” . In the cooling mode, the flow path of the refrigerant in the circulation circuit is “compressor 10-coil 30-second check valve 92-filter dryer 93-expansion valve 40-fourth check valve 96-heat exchanger 20-compressor 10” .

[0098] This embodiment can reduce the cost by simplifying the number of check valves 40, and the overall structure of the heat pump system is more compact and occupies less space.

[0099] Embodiment 6

[0100] As shown in FIGS. 12 and 13, unlike the fifth embodiment, in this embodiment, the check valves are removed. An optional dryer 97 is provided between the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20 and the expansion valve 40, and an optional filter dryer 93 is provided between the distribution end 31 of the coil 30 and the expansion valve 40.

[0101] In heating mode, the flow path of refrigerant in the circulation circuit is “compressor 10-heat exchanger 20-dryer 97-expansion valve 40-filter dryer 93-coil 30-compressor 10” . In cooling mode, the flow path of refrigerant in the circulation circuit is “compressor 10-coil 30-filter dryer 93-expansion valve 40-dryer 97-heat exchanger 20-compressor 10” .

[0102] The ends of the second pipeline 72 are respectively connected to the distribution end 31 of the coil 30 and the liquid storage tank 60, and the ends of the third pipeline 73 are respectively connected to the liquid phase end 21 of the heat exchanger 20 and the liquid storage tank 60. When the system is shut down in the cooling mode, the third switching valve 83 can be opened to allow the refrigerant of the heat exchanger 20 to flow into the liquid storage tank 60 through the third pipeline 73, reducing the risk of liquid carrying during refrigeration startup.

[0103] The heat pump system of the present application is provided with a liquid storage tank 60 connected to the reflux end 32 of the coil 30, and a first switching valve 81 is provided on the first pipeline 71 between the reflux end 32 and the liquid storage tank 60 to control the on-off of the first pipeline 71. When the heat pump system is shut down, the first pipeline 71 can be connected by controlling the first switching valve 81, so that the liquid refrigerant accumulated at the bottom of the coil 30 enters the liquid storage tank 60 for storage, avoiding the compressor 10 from suctioning liquid when the heat pump system switches to the start stage of the heating mode, which can help to improve the stability of the heat pump system during mode switching, protect the compressor 10 from damage, and improve the overall safety and operating efficiency of the heat pump system.

[0104] FIGS. 14 and 15 illustrate schematic diagrams of a portion of HVACR systems (301, 302) , arranged in accordance with at least some embodiments described herein. FIGS. 16 and 17 are enlarged views (303, 304) of a portion of the HVACR systems (301, 302) , arranged in accordance with at least some embodiments described herein. It is to be understood that the systems (301, 302, 303, 304) can include the refrigerant circuit 100 of FIG. 1 and / or any components of FIGS. 2-13. It is to be understood that in the figures disclosed herein, the flow control device (s) , the expander (s) , the sensor (s) , and / or other components of the systems can be controlled by a controller (e.g., the controller 110 of FIG. 1) based on operating status such as operating conditions, mode (s) , and / or parameter (s) , and / or based on sensed measurement (s) from the sensor (s) of the systems.

[0105] As shown in FIG. 14, the system 301 includes two compressors 10. It is to be understood that one, two, three, or more compressors can be included in the system 301. The compressor 10 can be the compressor 120 of FIG. 1 and / or the compressor 10 of FIGS. 2-13. The compressor 10 can have an outlet end 12 (e.g., a discharge pipe or end connecting to the discharge port of the compressor 10) and an inlet end 11 (e.g., a suction and / or lubricant pipe or end connecting to the suction and / or lubricant port of the compressor 10) . The compressor (s) 10 can be arranged in parallel (e.g., the discharge pipes 12 can be merged into a common discharge pipe 310 and the suction and / or lubricant pipes 11 can be separated from a common suction and / or lubricant pipe 380) .

[0106] In an example embodiment, a lubricant separating structure or device 320 can optionally be disposed on the common discharge pipe 310. The lubricant separating structure 320 (referred to as “lubricant separator” hereinafter) can be a simplified lubricant separator (e.g., oil separator) configured to separate lubricant from the working fluid (e.g., refrigerant, refrigerant vapor, etc. ) in the common discharge pipe 310. The working fluid in the common discharge pipe 310 can pass through the lubricant separator 320 with some lubricant being separated from the working fluid and flowing into the pipe 370.

[0107] In an example embodiment, the pipe 370 connects the outlet 326 (see FIGS. 16 and 17) of the lubricant separator 320 to an inlet of the lubricant storage 330. A first capillary pipe (apipe with relatively small diameter) 350 and a second capillary pipe 360 can be arranged in parallel (e.g., the inlets of the capillary pipes can be merged into a common inlet pipe connecting to an outlet of the lubricant storage 330, and the outlets of the capillary pipes can be separated from a common outlet pipe connecting to the common pipe 380) .

[0108] In an example embodiment, a flow control device 340 (e.g., a solenoid valve, an expander, etc. ) can be disposed on the second capillary pipe 360. The flow control device 340 can be controlled (e.g., by the controller 110 of FIG. 1) to be open to allow lubricant to pass through the second capillary pipe 360 via the flow control device 340 or to be closed to prevent lubricant from passing through the second capillary pipe 360 via the flow control device 340. Lubricant can flow back to the inlet end 11 via the common pipe 380. A temperature sensor 390 can be disposed at the outlet or at the end of the second capillary 360 (or the first capillary 350) .

[0109] It is to be understood that the system 302 of FIG. 15 can be the same as the system 301 of FIG. 14, except that (1) the flow control device 340 can be placed at a different location; for example, in FIG. 15, the flow control device 340 can be disposed on the pipe 370 and can be disposed between the lubricant separator 320 and the lubricant storage 330, and / or (2) a single pipe can replace the first capillary pipe 350 and the second capillary pipe 360. It is also to be understood that there can be one flow control device disposed upstream of the lubricant storage 330 and another flow control device disposed downstream of the lubricant storage 330.

[0110] As shown in FIG. 16, the lubricant separator 320 can include an inner pipe 322 and an outer pipe 324. Left portion of FIG. 16 shows a side (cross-sectional) view of the lubricant separator 320, and right portion of FIG. 16 shows an end (cross-sectional) view of the lubricant separator 320. In an example embodiment, the inner pipe 322 and the pipe 310 can have the same diameter. In an example embodiment, the inner pipe 322 can be an integral portion of the pipe 310. In another example embodiment, the inner pipe 322 can be independent from the pipe 310. The inner pipe 322 can have multiple through-holes for lubricant flowing outside of the inner pipe 322. The through-holes can be disposed e.g., along the peripheral edge / area of the inner pipe 322.

[0111] In an example embodiment, the outer pipe 324 can have a diameter at or about one eighth to at or about one-third larger than the diameter of the inner pipe 322. The outer pipe 324 can be separated from the inner pipe 322 and hanging on the inner pipe by its gravity. In another example embodiment, the outer pipe 324 can be integrated with or fixed to the inner pipe 322. The outlet 326 of the lubricant separator 320 can be disposed on the outer pipe 324 and be connecting to the pipe 370. In an example embodiment, the lubricant separator 320 can include a portion or structure 328 at the outlet 326 to form liquid sealing (so that vapor refrigerant from the pipe 310 may not pass into the pipe 370) .

[0112] As shown in FIG. 17, the lubricant separator 320 can be a three-way connector or pipe (e.g., a T-shape connector or pipe) . Left portion of FIG. 17 shows a side (cross-sectional) view of the lubricant separator 320, and right portion of FIG. 17 shows an end (cross-sectional) view of the lubricant separator 320. The lubricant separator 320 can have a first end (or port) 321, a second end (or port) 323, and a third end (or port) 325. The first end 321 and the second end 323 extend in the same direction, and the third end 325 extends in a direction different from directions in which the first end 321 and the second end 323 extend. That is, working fluid flows between the first end 321 and the second end 323 in a straight or substantially straight direction. In an example embodiment, fluid (e.g., lubricant in the working fluid) can flow between the first (or second) end (321 or 323) and the third end 325 first in a straight or substantially straight direction and then turns at or about 90 degrees into the third end 325, which can serve as or connect to the outlet 326 of the lubricant separator 320.

[0113] In an example embodiment, the first end 321 and the second end 323 can have a diameter the same as that of the pipe 310. The first end 321 and the second end 323 can be an integral portion of the pipe 310. In another example embodiment, the first end 321 and the second end 323 can be independent to the pipe 310. The lubricant separator 320 can include a portion 328 at the outlet 326 to form liquid sealing (so that vapor refrigerant from the pipe 310 may not pass into the pipe 370) .

[0114] It is to be understood that a volume of the lubricant storage 330 can be the volume of lubricant added for the extreme operating conditions (e.g., in the operating map where the evaporating temperature is lower than a threshold, the outside air temperature or ambient temperature is lower than a threshold, the suction superheat is less than a threshold, or the like) compared to the lubricant needed for a regular or rated operating condition. Testing results show that when the oil circulation rate (OCR, lubricant circulation rate) is at or about 1.5%, at or about 0.05%lubricant may be separated by the lubricant separator 320; and when the OCR is at or about 3%, at or about 0.15%lubricant may be separated by the lubricant separator 320. When a three-way connector or pipe is used as the lubricant separator 320, at or about 0.01%lubricant may be separated by the lubricant separator 320. With the configuration and arrangement of the lubricant separator 320, the flow control device 340 does not need to continuously open. The frequency of intermittently opening the flow control device 340 can be determined based on a pressure difference (e.g., difference between a suction pressure and a discharge pressure, etc. ) .

[0115] In an example embodiment, the lubricant storage 330 has a full status (full of lubricant) , an empty status (no lubricant) , and / or a partially-full or partially-empty status. For example, as shown in FIG. 14, when the flow control device 340 is controlled to be closed (that is, lubricant cannot pass through the second capillary pipe 360) , since the amount or flow rate of lubricant separated from the lubricant separator 320 (and out of its outlet 326) is greater than the amount or flow rate of lubricant passing through the first capillary pipe 350 (due to the design of the diameter of the capillary pipe 350 based on the structure of the lubricant separator 320 and / or the operating conditions such as pressure difference) , the lubricant storage 330 may be full after a period of time.

[0116] In an example embodiment, when the flow control device 340 is controlled to be open (that is, lubricant may pass through the second capillary pipe 360) , since the amount or flow rate of lubricant separated from the lubricant separator 320 (and out of its outlet 326) is less than than the amount or flow rate of lubricant passing through the first capillary pipe 350 and the second capillary pipe (due to the design of the diameters of the capillary pipes 350 and / or 360 based on the structure of the lubricant separator 320 and / or the operating conditions) , the lubricant storage 330 may be empty after a period of time.

[0117] In an example embodiment, when the flow control device 340 is controlled to be intermittently open (e.g., based on the pressure difference) , the lubricant storage 330 may be partially-full or partially-empty. When the flow control device 340 is an expander, the openness of the expander can be controlled e.g., based on the pressure difference. Intermittently opening the flow control device 340 can include e.g., repeatedly opening the flow control device 340 for a first period of time, and then closing the flow control device 340 for a second period of time (e.g., which may be greater than the first period of time) .

[0118] In an example embodiment, a temperature sensor 390 (see FIG. 14) can be disposed at the outlet or at the end of the second capillary 360 (or the first capillary 350) . The measurement from the temperature sensor (e.g., compared with the discharge temperature or the like) can be used to determine or monitor whether the fluid flowing out of the second capillary 360 (or the first capillary 350) is vapor (refrigerant) or lubricant. If the temperature difference (e.g., between the discharge temperature and the measurement from the temperature sensor) is less than a first threshold, the fluid may be mostly lubricant, the lubricant storage 330 may not be empty, and the flow control device 340 can be controlled to open or to intermittently open. If the temperature difference is greater than a second threshold (which is greater than the first threshold) , the fluid may be mostly vapor, the lubricant storage 330 may be empty or almost empty, and the flow control device 340 can be controlled to be closed.

[0119] In an example embodiment, under a first operating condition such as when the evaporating temperature is less than a first threshold, and / or the condensing temperature is less than a third threshold, the controller can be configured to open the flow control device 340 (so that lubricant can flow out of the lubricant storage 330 back to the system) . Under a second operating condition such as when the evaporating temperature is greater than a second threshold (which is higher than the first threshold) , the controller can be configured to close the flow control device 340. Under a third operating condition such as when the evaporating temperature is not less than the first threshold and not greater than the second threshold, or when the evaporating temperature is less than the first threshold, and / or the condensing temperature is higher than fourth threshold (which is higher than the third threshold) , the controller can be configured to intermittently open the flow control device 340. A frequency of intermittently opening the flow control device 340 can be determined based on a pressure difference (e.g., between a suction pressure and a discharge pressure) , to determine e.g., the first period of time when the flow control device 340 is open and the second period of time when the flow control device 340 is closed in each iteration.

[0120] Features in the embodiments disclosed herein may help to ensure compressor lubricant quantities for the safety of the compressor. Under the rated operating conditions, compressor lubricant level can be normal because the extra lubricant can be stored in the lubricant storage 330, and the OCR can be low, which may ensure a high suction superheat and a high performance. Under the extreme operating conditions, lubricant can flow out of the lubricant storage 330 (e.g., by controlling the flow control device 340) and the compressor lubricant can be ensured to maintain the reliability of the system. Features in the embodiments disclosed herein may have minimum impact on the design of the system, have a small pressure drop, have a simplified design and a less efficient lubricant separation rate (compared with regular lubricant separator) but a lower cost and a high performance.

[0121] ASPECTS:

[0122] It is to be understood that any one of aspects can be combined with each other.

[0123] Aspect 1 A heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system, comprising: a compressor; a discharge pipe connecting to an outlet of the compressor; a lubricant separator disposed on the discharge pipe; a storage tank disposed downstream of the lubricant separator, the storage tank being configured to receive lubricant from an outlet of the lubricant separator; a flow control device; and a controller, wherein the controller is configured to control the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor.

[0124] Aspect 2. The HVACR system of aspect 1, wherein the lubricant separator includes an inner pipe and an outer pipe, the inner pipe includes through-holes, and the outlet of the lubricant separator is disposed on the outer pipe.

[0125] Aspect 3. The HVACR system of aspect 2, wherein a diameter of the inner pipe equals a diameter of the discharge pipe.

[0126] Aspect 4. The HVACR system of any one of aspects 1-3, further comprising: a first capillary and a second capillary disposed in parallel to each other, wherein an inlet of the first capillary and an inlet of the second capillary connect to an outlet of the storage tank.

[0127] Aspect 5. The HVACR system of aspect 4, wherein a diameter of the first capillary is determined such that in in a given period of time, an amount of lubricant passing through the first capillary is less than an amount of lubricant flowing out of the outlet of the lubricant separator into the storage tank.

[0128] Aspect 6. The HVACR system of aspect 4 or aspect 5, wherein an outlet of the first capillary and an outlet of the second capillary connect to the inlet of the compressor.

[0129] Aspect 7. The HVACR system of aspect 6, further comprising: a temperature sensor disposed at the outlet of the second capillary.

[0130] Aspect 8. The HVACR system of aspect 7, wherein the controller is configured to control the flow control device based on a measurement from the temperature sensor.

[0131] Aspect 9. The HVACR system of any one of aspects 4-8, wherein the flow control device is disposed on the second capillary.

[0132] Aspect 10. The HVACR system of any one of aspects 1-9, wherein the lubricant separator includes a portion at the outlet of the lubricant separator to form liquid sealing.

[0133] Aspect 11. The HVACR system of any one of aspects 1-10, wherein the flow control device is a solenoid valve.

[0134] Aspect 12. The HVACR system of any one of aspects 1-11, wherein the flow control device is an expander.

[0135] Aspect 13. The HVACR system of any one of aspects 1-12, wherein when a first operating condition is satisfied, the controller is configured to open the flow control device.

[0136] Aspect 14. The HVACR system of aspect 13, wherein when a second operating condition is satisfied, the controller is configured to close the flow control device.

[0137] Aspect 15. The HVACR system of aspect 14, wherein when a third operating condition is satisfied, the controller is configured to intermittently open the flow control device.

[0138] Aspect 16. The HVACR system of aspect 15, wherein a frequency of intermittently opening the flow control device is determined based on a difference between a suction pressure and a discharge pressure.

[0139] Aspect 17. The HVACR system of any one of aspects 1-16, wherein the lubricant separator is a three-way connector having a first end, a second end, and a third end, the first end and the second end extend in a first direction, and the third end extends in a second direction different from the first direction.

[0140] Aspect 18. The HVACR system of aspect 17, wherein the third end is the outlet of the lubricant separator.

[0141] Aspect 19. The HVACR system of any one of aspects 1-18, wherein the flow control device is disposed between the lubricant separator and the storage tank.

[0142] Aspect 20. A method of operating a heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system, the HVACR system including a compressor; a discharge pipe connecting to an outlet of the compressor; a lubricant separator disposed on the discharge pipe; a storage tank disposed downstream of the lubricant separator, the storage tank being configured to receive lubricant from an outlet of the lubricant separator; a flow control device; and a controller, the method comprising: the controller controlling the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor.

[0143] Aspect 21. A heat pump system (an HVACR system) includes a circulation circuit and a storage tank, the circulation circuit includes a compressor, a heat exchanger, a coil (asecond heat exchanger) , an expansion valve (an expander) , and a four-way valve (aflow control device) . The coil is connected to the heat exchanger through the expansion valve, and the compressor has an inlet end and an outlet end. The four-way valve is used to selectively connect the coil or the heat exchanger with the outlet end or the inlet end. The coil has a distribution end that can be connected to the expansion valve and a reflux end that can be connected to the compressor. The storage tank and the reflux end are connected through a first pipeline, and a first switching valve is provided on the first pipeline.

[0144] Aspect 22. The heat pump system according to aspect 21, wherein the heat pump system has a heating mode and a cooling mode. In the heating mode, the four-way valve communicates the outlet end with the heat exchanger and communicates the inlet end with the coil; in the cooling mode, the four-way valve communicates the outlet end with the coil and communicates the inlet end with the heat exchanger.

[0145] Aspect 23. The heat pump system according to aspect 22, wherein the heat pump system is further provided with a second pipeline, one end of the second pipeline is connected to the storage tank, and the other end of the second pipeline is connected to the circulation circuit, and a second switching valve is provided on the second pipeline; the refrigerant in the storage tank can flow into the circulation circuit through the second pipeline.

[0146] Aspect 24. The heat pump system according to aspect 23, wherein the other end of the second pipeline is connected to the inlet end.

[0147] Aspect 25. The heat pump system according to aspect 23, wherein the heat pump system is further provided with a third pipeline, one end of the third pipeline is connected to the storage tank, and the other end of the third pipeline is connected to the circulation circuit, and the third pipeline is provided with a third switching valve; the refrigerant in the circulation circuit can flow into the storage tank through the third pipeline.

[0148] Aspect 26. The heat pump system according to aspect 25, wherein the heat exchanger has a liquid phase end that can be connected to the expansion valve and has a gas phase end that can be connected to the compressor, and the two ends of the second pipeline are respectively connected to the storage tank and the inlet end, and the two ends of the third pipeline are respectively connected to the liquid phase end of the heat exchanger and the storage tank.

[0149] Aspect 27. The heat pump system according to aspect 25, wherein the heat exchanger has a liquid phase end that can be connected to the expansion valve and has a gas phase end that can be connected to the compressor, and the two ends of the second pipeline are respectively connected to the storage tank and the distribution end, and the two ends of the third pipeline are respectively connected to the liquid phase end of the heat exchanger and the storage tank.

[0150] Aspect 28. The heat pump system according to any one of aspects 23-27, wherein the heat pump system further comprises a first check valve and a second check valve, the expansion valve includes a first expansion valve and a second expansion valve, the first check valve is provided between the heat exchanger and the first expansion valve, the refrigerant in the heat pump system flows through the first expansion valve in the heating mode; the second check valve is provided between the distribution end and the second expansion valve, and the refrigerant in the heat pump system flows through the second expansion valve in the cooling mode.

[0151] Aspect 29. The heat pump system according to aspect 25, wherein the number of expansion valves is one, and the two ends of the second pipeline are respectively connected to one end of the expansion valve and the storage tank, and the two ends of the third pipeline are respectively connected to the other end of the expansion valve and the storage tank.

[0152] Aspect 30. The heat pump system according to aspect 25, wherein the first switching valve, the second switching valve, and the third switching valve are all direct-acting valves for realizing the bidirectional flow of refrigerant in the first pipeline, the second pipeline, and the third pipeline, respectively.

[0153] Aspect 31. The heat pump system according to aspect 25, wherein the heat pump system further comprises a control device (acontroller) , the control device is used to control the opening or closing of the first switching valve, the second switching valve, and the third switching valve according to the degree / level of subcooling of the circulation circuit to adjust the flow rate of the refrigerant in the circulation circuit.

[0154] Aspect 32. The heat pump system according to aspect 21, wherein the heat pump system further comprises a receiver, the receiver being disposed between the heat exchanger and the coil; the first pipeline is connected to the bottom of the coil.

[0155] The terminology used in this specification is intended to describe particular embodiments and is not intended to be limiting. The terms “a, ” “an, ” and “the” include the plural forms as well, unless clearly indicated otherwise. The terms “comprises” and / or “comprising, ” when used in this specification, specify the presence of the stated features, integers, steps, operations, elements, and / or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, and / or components.

[0156] With regard to the preceding description, it is to be understood that changes may be made in detail, especially in matters of the construction materials employed and the shape, size, and arrangement of parts without departing from the scope of the present disclosure. This specification and the embodiments described are exemplary only, with the true scope and spirit of the disclosure being indicated by the claims that follow.

Claims

1.A heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system, comprising:a compressor;a discharge pipe connecting to an outlet of the compressor;a lubricant separator disposed on the discharge pipe;a storage tank disposed downstream of the lubricant separator, the storage tank being configured to receive lubricant from an outlet of the lubricant separator;a flow control device; anda controller,wherein the controller is configured to control the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor.2.The HVACR system of claim 1, wherein the lubricant separator includes an inner pipe and an outer pipe,the inner pipe includes through-holes, andthe outlet of the lubricant separator is disposed on the outer pipe.3.The HVACR system of claim 2, wherein a diameter of the inner pipe equals a diameter of the discharge pipe.4.The HVACR system of claim 1, further comprising:a first capillary and a second capillary disposed in parallel to each other,wherein an inlet of the first capillary and an inlet of the second capillary connect to an outlet of the storage tank.5.The HVACR system of claim 4, wherein a diameter of the first capillary is determined such that in in a given period of time, an amount of lubricant passing through the first capillary is less than an amount of lubricant flowing out of the outlet of the lubricant separator into the storage tank.6.The HVACR system of claim 4, wherein an outlet of the first capillary and an outlet of the second capillary connect to the inlet of the compressor.7.The HVACR system of claim 6, further comprising:a temperature sensor disposed at the outlet of the second capillary.8.The HVACR system of claim 7, wherein the controller is configured to control the flow control device based on a measurement from the temperature sensor.9.The HVACR system of claim 4, wherein the flow control device is disposed on the second capillary.10.The HVACR system of claim 1, wherein the lubricant separator includes a portion at the outlet of the lubricant separator to form liquid sealing.11.The HVACR system of claim 1, wherein the flow control device is a solenoid valve.12.The HVACR system of claim 1, wherein the flow control device is an expander.13.The HVACR system of claim 1, wherein when a first operating condition is satisfied, the controller is configured to open the flow control device.14.The HVACR system of claim 13, wherein when a second operating condition is satisfied, the controller is configured to close the flow control device.15.The HVACR system of claim 14, wherein when a third operating condition is satisfied, the controller is configured to intermittently open the flow control device.16.The HVACR system of claim 15, wherein a frequency of intermittently opening the flow control device is determined based on a difference between a suction pressure and a discharge pressure.17.The HVACR system of claim 1, wherein the lubricant separator is a three-way connector having a first end, a second end, and a third end,the first end and the second end extend in a first direction, and the third end extends in a second direction different from the first direction.18.The HVACR system of claim 17, wherein the third end is the outlet of the lubricant separator.19.The HVACR system of claim 1, wherein the flow control device is disposed between the lubricant separator and the storage tank.20.A method of operating a heating, ventilation, air conditioning, and refrigeration (HVACR) system, the HVACR system including a compressor; a discharge pipe connecting to an outlet of the compressor; a lubricant separator disposed on the discharge pipe; a storage tank disposed downstream of the lubricant separator, the storage tank being configured to receive lubricant from an outlet of the lubricant separator; a flow control device; and a controller, the method comprising:the controller controlling the flow control device to direct lubricant out of the lubricant separator to an inlet of the compressor.

Images