热泵系统及其控制方法
阅读说明：本技术 热泵系统及其控制方法 (Heat pump system and control method thereof ) 是由 周建武 李艳敏 张恩太 于 2020-06-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种热泵系统及其控制方法,所述系统包括：压缩机,第一单向阀,其入口与所述压缩机的出口连接；四通阀,四通阀的第一端与第一单向阀的出口连接；冷凝器,其第一端与四通阀的第二端连接；第二单向阀,其入口与所述冷凝器的第二端连接；第一膨胀阀,其第一端与所述第二单向阀的出口连接；蒸发器,其第一端与所述第一膨胀阀的第二端连接,所述蒸发器的第二端与所述四通阀的第四端连接；第二膨胀阀,其第一端与所述第二单向阀的出口连接；捕水器,其第一端与所述第二膨胀阀的第二端连接,所述补水器的第二端与所述四通阀的第三端和压缩机入口连接。本发明可以实现多模式切换,充分利用冷量。本发明可以应用于热泵技术领域。(The invention discloses a heat pump system and a control method thereof, wherein the system comprises: the inlet of the first check valve is connected with the outlet of the compressor; the first end of the four-way valve is connected with the outlet of the first one-way valve; a first end of the condenser is connected with a second end of the four-way valve; a second one-way valve, an inlet of which is connected with the second end of the condenser; a first expansion valve, a first end of which is connected with an outlet of the second one-way valve; a first end of the evaporator is connected with a second end of the first expansion valve, and a second end of the evaporator is connected with a fourth end of the four-way valve; a second expansion valve, a first end of which is connected with an outlet of the second one-way valve; and the first end of the water catcher is connected with the second end of the second expansion valve, and the second end of the water replenishing device is connected with the third end of the four-way valve and the inlet of the compressor. The invention can realize multi-mode switching and fully utilize the cold quantity. The invention can be applied to the technical field of heat pumps.)
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，尤其是一种热泵系统及其控制方法。
背景技术
在传统烘房中，随着热泵技术的逐步发展与成熟，空气源热泵由于其具有节能、环保等一系列优点，越来越受到人们的青睐。目前空气源热泵普遍应用于民用建筑采暖、木材烘干、烟草烘干、农作物烘干、油漆烘干、工业热水制备、工业产品烘干等各个领域。
在目前众多的热泵产品中，其能源的利用方式往往比较单一，一般都是只用于产生热水、或者只产生热风。
然而，根据热泵工作的逆卡诺循环原理，我们知道热泵在制取热量的同时，往往伴随着很大一部分冷量的产生，这一部分冷量没有被充分利用起来，实际上导致资源的浪费。
发明内容
为解决上述技术问题的至少之一，本发明的目的在于：提供一种热泵系统及其控制方法，以利用冷量实现热泵的多功能化。
第一方面，本发明实施例提供了：
一种热泵系统，包括：
压缩机，用于压缩制冷剂气体；
第一单向阀，其入口与所述压缩机的出口连接；
四通阀，其包括第一端、第二端、第三端和第四端；其中，所述四通阀的第一端与所述四通阀的第二端连接时，所述四通阀的第三端与所述四通阀的第四端连接；所述四通阀的第一端与所述四通阀的第四端连接时，所述四通阀的第三端与所述四通阀的第二端连接；所述四通阀的第一端与所述第一单向阀的出口连接；
冷凝器，其第一端与所述四通阀的第二端连接；
第二单向阀，其入口与所述冷凝器的第二端连接；
第一膨胀阀，其第一端与所述第二单向阀的出口连接；
蒸发器，其第一端与所述第一膨胀阀的第二端连接，所述蒸发器的第二端与所述四通阀的第四端连接；
第二膨胀阀，其第一端与所述第二单向阀的出口连接；
捕水器，其第一端与所述第二膨胀阀的第二端连接，所述补水器的第二端与所述四通阀的第三端连接；
气分装置，其第一端与所述四通阀的第三端连接，所述气分装置的第二端与所述压缩机的入口连接。
进一步，所述系统还包括：
第三膨胀阀，其第一端与所述第二单向阀的出口连接；
换热器，其第一端与所述第三膨胀阀的第二端连接，所述换热器的第二端与所述四通阀的第三端连接；
水泵，其连接在换热器的换热水路中。
进一步，所述系统还包括：
储液罐和过滤器，所述储热罐和过滤器串联在所述冷凝器和第二单向阀之间。
进一步，所述第一膨胀阀、第二膨胀阀和第三膨胀阀均为电子膨胀阀。
进一步，所述系统还包括：
设置在所述第一单向阀出口的第一温度传感器；
设置在所述压缩机入口的第二温度传感器；
设置在所述蒸发器上的第三温度传感器；
设置在所述系统部署环境的第四温度传感器；
设置在所述捕水器上的第五温度传感器；
设置在所述换热器的第二端的第六温度传感器；
控制器，所述控制器根据所述第一至第六温度传感器的输出信号控制所述四通阀以及第一至第三膨胀阀。
进一步，所述冷凝器、所述蒸发器和所述捕水器均配置有风机。
第二方面，本发明实施例提供了：
一种热泵系统的控制方法，包括以下步骤：
确定工作模式；
根据所述工作模式控制所述第一至第三膨胀阀和所述四通阀的状态。
进一步，所述工作模式包括烘干模式、烘干除湿模式、烘干空调模式、空调模式、除湿模式和待机模式；
所述根据所述工作模式控制所述第一至第三膨胀阀和所述四通阀的状态，具体为：
当确定所述工作模式为烘干模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第二端连接，控制所述第一膨胀阀打开且控制所述第二膨胀阀和所述第三膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为烘干除湿模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第二端连接，控制所述第二膨胀阀打开且控制所述第一膨胀阀和所述第三膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为烘干空调模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第二端连接，控制所述第三膨胀阀打开且控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为除湿模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第四端连接，控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀打开且控制所述第三膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为空调模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第四端连接，控制所述第一膨胀阀和所述第三膨胀阀打开且控制所述第二膨胀阀关闭。
进一步，所述方法还包括以下步骤：
获取空调水温；
获取烘房环境温度；
获取烘房湿度；
根据所述空调水温、烘房环境温度和烘房湿度确定工作模式。
进一步，所述根据所述空调水温、烘房环境温度和烘房湿度确定工作模式，包括：
当所述烘房温度低于第一烘房温度阈值且所述烘房湿度高于第一烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则确定工作模式为烘干除湿模式；
当所述烘房温度低于第一烘房温度阈值且所述空调水温高于第二空调水温阈值，且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，则确定工作模式为烘干空调模式；
当所述烘房温度高于第二烘房温度阈值且所述空调水温高于第一空调水温阈值，且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，则确定工作模式为空调模式；
当所述烘房温度高于第二烘房温度阈值且所述烘房湿度高于第一烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则确定工作模式为除湿模式；
当所述烘房温度低于第一烘房温度阈值且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则确定工作模式为烘干模式；
当所述烘房温度高于第二烘房温度阈值且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则进入待机模式。
本发明实施例的有益效果是：本发明设置了第一单向阀、第二单向阀、四通阀、捕水器、蒸发器、冷凝器、第一膨胀阀和第二膨胀阀，通过改变四通阀、第一膨胀阀和第二膨胀阀的状态，可以配合捕水器、冷凝器和蒸发器实现烘干模式、除湿模式和烘干除湿模式。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种热泵系统的原理图；
图2为本发明实施例提供的一种热泵系统在烘干模式下的等效原理图；
图3为本发明实施例提供的一种热泵系统在烘干除湿模式下的等效原理图；
图4为本发明实施例提供的一种热泵系统在烘干空调模式下的等效原理图；
图5为本发明实施例提供的一种热泵系统在除湿模式下的等效原理图；
图6为本发明实施例提供的一种热泵系统在空调模式下的等效原理图；
图7为本发明实施例提供的一种热泵系统的控制方法的流程图；
图8为本发明实施例提供的另一种热泵系统的控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体的实施例对本发明进行进一步的说明。
参照图1，本实施例公开了一种热泵系统，主要应用在烘房中，包括：
压缩机，用于压缩制冷剂气体；其中，压缩机包括入口和出口，制冷剂气体从入口被吸入压缩机，然后被压缩成高温高压的制冷剂气体，从出口喷出。
第一单向阀，即单向阀A，其入口与所述压缩机的出口连接；第一单向阀限制制冷剂气体的流向。
四通阀，其包括第一端、第二端、第三端和第四端；其中，所述四通阀的第一端与所述四通阀的第二端连接时，所述四通阀的第三端与所述四通阀的第四端连接；所述四通阀的第一端与所述四通阀的第四端连接时，所述四通阀的第三端与所述四通阀的第二端连接；所述四通阀的第一端与所述第一单向阀的出口连接；其中，四通阀是电动的四通阀。
冷凝器，其第一端与所述四通阀的第二端连接；
第二单向阀，即单向阀B，其入口与所述冷凝器的第二端连接；第二单向阀限制液体的流向。
第一膨胀阀，即电子膨胀阀A，其第一端与所述第二单向阀的出口连接；
蒸发器，其第一端与所述第一膨胀阀的第二端连接，所述蒸发器的第二端与所述四通阀的第四端连接；
第二膨胀阀，即电子膨胀阀B，其第一端与所述第二单向阀的出口连接；
捕水器，其第一端与所述第二膨胀阀的第二端连接，所述补水器的第二端与所述四通阀的第三端连接；
气分装置，其第一端与所述四通阀的第三端连接，所述气分装置的第二端与所述压缩机的入口连接。
第三膨胀阀，即电子膨胀阀C，其第一端与所述第二单向阀的出口连接；
换热器，即换板，其第一端与所述第三膨胀阀的第二端连接，所述换热器的第二端与所述四通阀的第三端连接；
水泵，其连接在换热器的换热水路中。
所述冷凝器配置有高温风机，所述蒸发器配置有外风机，所述捕水器均配置有捕水风机。
其中，所述冷凝器和第二单向阀之间设置有储液罐和过滤器。
在一些实施例中，所述系统还包括：
设置在所述第一单向阀出口的第一温度传感器；
设置在所述压缩机入口的第二温度传感器；
设置在所述蒸发器上的第三温度传感器；
设置在所述系统部署环境的第四温度传感器；
设置在所述捕水器上的第五温度传感器；
设置在所述换热器的第二端的第六温度传感器；
控制器，所述控制器根据所述第一至第六温度传感器的输出信号控制所述四通阀以及第一至第三膨胀阀。
下面针对如图1所示的实施例的原理进行说明。
参照图2，图2为实现烘干模式时图1的热泵系统的等效原理图。
当四通阀断电时，四通阀的第一端和第二端连接，四通阀的第三端和第四端连接，此时，打开电子膨胀阀A，关闭电子膨胀阀B和电子膨胀阀C。
此时，压缩机输出的高温高压制冷剂气体经过单向阀A和四通阀流到冷凝器，被冷凝成液体，热量作为烘干房的热源。液体经过储液罐、过滤器和单向阀B流到蒸发器，蒸发器吸热，让液体变成制冷剂气体，经过气分装置回流到压缩机。因此可以实现烘干模式。
参照图3，图3为实现烘干除湿模式时图1的热泵系统的等效原理图。
当四通阀断电时，四通阀的第一端和第二端连接，四通阀的第三端和第四端连接，此时，打开电子膨胀阀B，关闭电子膨胀阀A和电子膨胀阀C。
此时，压缩机输出的高温高压制冷剂气体经过单向阀A和四通阀流到冷凝器，被冷凝成液体，热量作为烘干房的热源。液体经过储液罐、过滤器和单向阀B流到捕水器，捕水器从外接吸收热量，让捕水器中的液体变成制冷剂气体，经过气分装置回流到压缩机。而补水器通过向外接吸热，将空气中的水分液化，实现除湿。因此可以实现烘干除湿模式。
参照图4，图4为实现烘干空调模式时图1的热泵系统的等效原理图。
当四通阀断电时，四通阀的第一端和第二端连接，四通阀的第三端和第四端连接，此时，打开电子膨胀阀C，关闭电子膨胀阀A和电子膨胀阀B。
此时，压缩机输出的高温高压制冷剂气体经过单向阀A和四通阀流到冷凝器，被冷凝成液体，热量作为烘干房的热源。液体经过储液罐、过滤器和单向阀B流到换板，换板设有冷冻水泵和制冷水路，换板中的液体从水中吸收热量，使得制冷水路中的水温度降低，同时，换板中的液体变成制冷剂气体，经过气分装置回流到压缩机。流经水泵的水由于热量被吸收从而被冷却，可以用于空调制冷。因此可以实现烘干除湿模式。
参照图5，图5为实现除湿模式时图1的热泵系统的等效原理图。
当四通阀通电时，四通阀的第一端和第四端连接，四通阀的第二端和第三端连接，此时，打开电子膨胀阀A和电子膨胀阀B，关闭电子膨胀阀C。
压缩机输出的高温高压制冷剂气体通过单向阀A和四通阀流向蒸发器，制冷剂气体变成液体，接着进入捕水器，然后经过气分装置回流到压缩机，实现除湿模式。
参照图6，图6为实现空调模式时图1的热泵系统的等效原理图。
当四通阀通电时，四通阀的第一端和第四端连接，四通阀的第二端和第三端连接，此时，打开电子膨胀阀A和电子膨胀阀C，关闭电子膨胀阀B。
压缩机输出的高温高压制冷剂气体通过单向阀A和四通阀流向蒸发器，制冷剂气体变成液体，接着进入换板和流经水泵的水进行热交换，然后经过气分装置回流到压缩机，流经水泵的水被冷却后用于空调制冷，从而实现空调模式。
可见，通过图1所示的实施例可以实现多种功能的组合，并且可以充分利用热泵产生的冷量。
参照图7、一种热泵系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤710、确定工作模式。在本实施例中，确定工作模式的方式有两种，一种是人工设定的，即手动设置工作模式，热泵系统根据工作模式进行工作。另一种是基于人工设定的运行参数，根据传感器采集的温度数据来自动切换不同的工作模式。
步骤720、根据所述工作模式控制所述第一至第三膨胀阀和所述四通阀的状态。本步骤根据下述的多种工作模式，控制膨胀阀和四通阀的状态。
在一些实施例中，所述工作模式包括烘干模式、烘干除湿模式、烘干空调模式、空调模式、除湿模式和待机模式；
所述根据所述工作模式控制所述第一至第三膨胀阀和所述四通阀的状态，具体为：
当确定所述工作模式为烘干模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第二端连接，控制所述第一膨胀阀打开且控制所述第二膨胀阀和所述第三膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为烘干除湿模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第二端连接，控制所述第二膨胀阀打开且控制所述第一膨胀阀和所述第三膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为烘干空调模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第二端连接，控制所述第三膨胀阀打开且控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为除湿模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第四端连接，控制所述第一膨胀阀和所述第二膨胀阀打开且控制所述第三膨胀阀关闭；
当确定所述工作模式为空调模式，则控制所述四通阀以使所述四通阀的第一端和所述四通阀的第四端连接，控制所述第一膨胀阀和所述第三膨胀阀打开且控制所述第二膨胀阀关闭。
在一些实施例中，所述方法还包括以下步骤：
获取空调水温；
获取烘房环境温度；
获取烘房湿度；
根据所述空调水温、烘房环境温度和烘房湿度确定工作模式。
在本实施例中，可在设置每一项温度阈值之后，可以根据各项实际温度和阈值之间的关系进行切换。在充分利用冷量的同时实现了自动控制。
在一些实施例中，所述根据所述空调水温、烘房环境温度和烘房湿度确定工作模式，包括：
当所述烘房温度低于第一烘房温度阈值且所述烘房湿度高于第一烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则确定工作模式为烘干除湿模式；
当所述烘房温度低于第一烘房温度阈值且所述空调水温高于第二空调水温阈值，且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，则确定工作模式为烘干空调模式；
当所述烘房温度高于第二烘房温度阈值且所述空调水温高于第一空调水温阈值，且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，则确定工作模式为空调模式；
当所述烘房温度高于第二烘房温度阈值且所述烘房湿度高于第一烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则确定工作模式为除湿模式；
当所述烘房温度低于第一烘房温度阈值且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则确定工作模式为烘干模式；
当所述烘房温度高于第二烘房温度阈值且所述烘房湿度低于第二烘房湿度阈值，且所述空调水温低于第一空调水温阈值，则进入待机模式。
当所述烘房温度低于第一烘房温度阈值且所述烘房湿度高于第一烘房湿度阈值，且所述空调水温高于第二空调水温阈值，则根据当前的用户设置确定空调和除湿的优先级，当空调优先级高于除湿优先级时，启动烘干空调模式，当空调优先级低于除湿优先级时，启动烘干除湿模式。
参照图8，在本实施例中，以烘干、除湿和空调等功能表示热泵系统的工作模式，图中T1表示检测到的烘房温度，T2表示检测到的空调水温，M1表示检测到的烘房温度。图中K1、K2和K3分别表示加热、除湿和空调的功能状态，1表示功能启动，0表示功能关闭。其中通过设置阈值T12和T11来控制加热启动的范围，设置阈值M11和M12来控制除湿启动的范围。通过设置阈值T21和T22控制空调启动的范围。
对于上述方法实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。