一种空气源热泵系统及其控制方法

文档序号:376008 发布日期:2021-12-10 浏览:9次 >En<

阅读说明:本技术 一种空气源热泵系统及其控制方法 (Air source heat pump system and control method thereof ) 是由 刘乾坤 朱龙华 王鹏 李鹏飞 张超 于 2021-10-20 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种空气源热泵系统,其包括:压缩机、第一换热器、节流装置以及第二换热器,所述第二换热器用于制取冷/热水,通过输送管路将第二换热器制取的冷/热水输送至室内换热组件内,对室内进行制冷/制热,所述第一换热器下侧设置接水盘,所述接水盘内设置第一电加热装置,所述第一电加热装置通过第一切换开关与太阳能供电装置及热泵系统供电装置电连接;还包括热泵控制器,所述热泵控制器用于控制所述第一切换开关使所述太阳能供电装置或所述热泵系统供电装置向所述第一电加热装置供电。本发明解决了现有热泵系统在环温较低的情况下,接水盘容易堆冰的问题。(The invention discloses an air source heat pump system, which comprises: the system comprises a compressor, a first heat exchanger, a throttling device and a second heat exchanger, wherein the second heat exchanger is used for preparing cold/hot water, the cold/hot water prepared by the second heat exchanger is conveyed into an indoor heat exchange assembly through a conveying pipeline to refrigerate/heat the indoor space, a water receiving tray is arranged at the lower side of the first heat exchanger, a first electric heating device is arranged in the water receiving tray, and the first electric heating device is electrically connected with a solar power supply device and a heat pump system power supply device through a first change-over switch; the solar heating system further comprises a heat pump controller, and the heat pump controller is used for controlling the first switch to enable the solar power supply device or the heat pump system power supply device to supply power to the first electric heating device. The invention solves the problem that the water pan is easy to accumulate ice under the condition of lower environmental temperature of the existing heat pump system.)

一种空气源热泵系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及热泵系统领域,特别涉及一种空气源热泵系统及其控制方法。

背景技术

目前市面上空气源热泵机组在冬季使用时,翅片都会出现结霜现象,除霜时会产生大量的冷凝水沿翅片流下,传统接水盘组件由接水盘及排水管组成,因融霜水流速较慢、接水盘不平等情况,导致融霜水在进入排水管前凝固结冰,接水盘内结冰逐渐增多,导致接水盘完全失去作用,冰会逐渐堆积加厚,最终沿翅片向上蔓延,导致第一换热器铜管冻裂,超低温环境下此问题尤为严重。

为避免接水盘堆冰问题,现有技术中,一种解决方式是从压缩机排气管引一路旁通管,直接旁通到接水盘底部,利用旁通热气加热底盘,从而解决接水盘结冰问题。但是这种热气旁通的方法中,热气旁通量过少时,由于热量不足不能达到除冰效果;热气旁通量过多的话,会直接影响热泵机组制热能力和效率。另一种解决方式是采用直接在接水盘底部铺设加热带的方法,通过加热接水盘的方式解决接水盘堆冰的问题,但是这种方法一般是采用机组进行供电,开机后电加热带一直通电,没有合理的控制方法,增加了机组耗电量。

另外,热泵机组在低环温长时间停机之后,压缩机和油分离器内部的润滑油粘度较大,流动性差,此时开机的话,会导致压缩机因缺油,出现异常磨损的现象。针对上述问题,目前一般是采用直接在压缩机底部和油分上缠绕电加热带的方式进行解决。但是由于电加热的电均来自机组供电,增加了机组耗电量。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是现有空气源热泵系统在环温较低的情况下,接水盘容易堆冰的问题。

本发明要解决的第二个技术问题是现有空气源热泵系统在环温较低且长时间停机之后,压缩机和油分离器内部的润滑油流动性较差的问题。

针对上述技术问题,本发明提供如下技术方案:

一种空气源热泵系统,其包括:压缩机、第一换热器、节流装置以及第二换热器,所述第二换热器用于制取冷/热水,通过输送管路将第二换热器制取的冷/热水输送至室内换热组件内,对室内进行制冷/制热,所述第一换热器下侧设置接水盘,所述接水盘内设置第一电加热装置,所述第一电加热装置通过第一切换开关与太阳能供电装置及热泵系统供电装置电连接;还包括热泵控制器,所述热泵控制器用于控制所述第一切换开关使所述太阳能供电装置或所述热泵系统供电装置向所述第一电加热装置供电。

本发明的部分实施方式中,所述压缩机上设置第二电加热装置,所述第二电加热装置通过第二切换开关与太阳能供电装置及热泵系统供电装置电连接;

所述热泵控制器用于控制所述第二切换开关使所述太阳能供电装置或所述热泵系统供电装置向所述第二电加热装置供电。

本发明的部分实施方式中,还包括油分离器,所述油分离器与所述压缩机的输出口连通,所述油分离器设置第三电加热装置,所述第三电加热装置通过第三切换开关与太阳能供电装置及热泵系统供电装置电连接;

所述热泵控制器用于控制所述第三切换开关使所述太阳能供电装置或所述热泵系统供电装置向所述第三电加热装置供电。

本发明的部分实施方式中,还包括四通阀,所述四通阀的第一接口通过所述油分离器与所述压缩机的输出口连通,所述四通阀的第二接口与所述第一换热器连通,所述四通阀的第三接口与所述第二换热器连通,所述四通阀的第四接口通过所述气液分离器与所述压缩机的输入口连通。

本发明的部分实施方式中,还包括储液器,所述储液器位于节流装置与所述第二换热器之间。

本发明的部分实施方式中,所述储液器与所述节流装置之间设置干燥过滤器。

本发明的部分实施方式中,所述第一换热器为翅片换热器,所述第二换热器为壳管式换热器。

本发明的部分实施方式中,所述太阳能供电装置包括:太阳能电池板,用于将太阳的辐射能转换为电能;蓄电池,用于存储电能;逆变器,用于将直流电能转换为交流电能;太阳能控制器,分别与太阳能电池板、蓄电池以及逆变器连接。

本发明同时提供上述空气源热泵系统的控制方法,包括:

获取热泵系统以及太阳能供电装置的工作状态,响应于热泵系统由制热状态转换为除霜状态,且太阳能供电装置的输出电压≥第一阈值时,控制太阳能供电装置向所述第一电加热装置供电;

响应于热泵系统由制热状态转换为除霜状态,且太阳能供电装置的输出电压<第一阈值时,控制热泵系统供电装置向所述第一电加热装置供电;

响应于热泵系统由除霜状态转换为制热状态,且制热时间大于第二阈值后,控制所述热泵系统供电装置或太阳能供电装置停止向第一电加热装置供电。

本发明的部分实施方式中,获取环境温度、热泵系统以及太阳能供电装置的工作状态,响应于环境温度小于第三阈值、所述热泵系统断电时间大于第四阈值,且太阳能供电装置的输出电压≥第一阈值时,控制太阳能供电装置向所述第二电加热装置及第三电加热装置供电;

响应于环境温度小于第三阈值、所述热泵系统断电时间大于第四阈值,且太阳能供电装置的输出电压<第一阈值时,控制热泵系统供电装置向所述第二电加热装置及第三电加热装置供电;

响应于环境温度小于第三阈值、所述热泵系统断电时间小于第五阈值,控制太阳能供电装置或热泵系统供电装置停止向所述第二电加热装置及第三电加热装置供电。

本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果:

本发明提供的空气源热泵系统中,通过设置太阳能供电装置,可以在冬季低温制热工况下利用太阳能供电装置向接水盘上的第一电加热装置供电,避免机组融霜过程结冰,达到集中排水的目的,同时避免了第一换热器的换热管冻裂的风险;同时,热泵控制器通过控制第一切换开关可以切换第一电加热装置的供电方式,在正常天气状况下通过太阳能供电装置进行供电,不需要消耗机组电量,可有效提高机组能效;在阴雨天气或夜间时,优先采用太阳能供电装置中的蓄电池存储的电能进行供电,当蓄电池电量不足时,切换为热泵系统供电装置供电,可保证在极端天气状况下机组的稳定性。

进一步地,本发明提供的空气源热泵系统能够在压缩机停机较长的情况下,先将压缩机以及油分离器加热,使油温升高,降低油液的粘稠度,保证了润滑油的流动性,有效提升压缩机启动的稳定性。同时,通过控制第二切换开关及第三切换开关可以切换第二电加热装置及第三电加热装置的供电方式,在正常天气状况下通过太阳能供电装置进行供电,不需要消耗机组电量,可有效提高机组能效;阴雨天气或夜间时,优先采用太阳能供电装置中的蓄电池存储的电能进行供电,当蓄电池电量不足时,切换为热泵系统供电装置供电,可保证在极端天气状况下机组的稳定性。

附图说明

下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例,将有助于理解本发明的目的和优点,其中:

图1为本发明提供的空气源热泵系统在制冷工况下的系统框图;

图2为本发明提供的空气源热泵系统在制热工况下的系统框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1、图2所示为本发明的空气源热泵系统的一种具体实施方式,其包括:压缩机1、第一换热器2、节流装置3以及第二换热器4,所述第二换热器4用于制取冷/热水,通过输送管路将第二换热器2制取的冷/热水输送至室内换热组件内,对室内进行制冷/制热;所述第一换热器2下侧设置接水盘5,所述接水盘5内设置第一电加热装置21,所述第一电加热装置21通过第一切换开关51与太阳能供电装置30及热泵系统供电装置40电连接,还包括热泵控制器60,所述热泵控制器60用于控制所述第一切换开关51使太阳能供电装置30或所述热泵系统供电装置40向所述第一电加热装置21供电或停止供电。具体地,所述第一换热器2为翅片换热器,所述第二换热器4为壳管换热器,所述第二换热器4包括换热壳体及换热管,通过第二换热器4制备冷/热水,并通过输送管道将冷/热水送至室内换热组件内;该热泵系统进行制冷时,所述第一换热器2作为冷凝器,所述第二换热器4作为蒸发器;该热泵系统进行制热时,所述第一换热器2作为蒸发器,所述第二换热器4作为冷凝器。

所述第一切换开关51具有第一位置、第二位置和第三位置,所述第一位置时,所述太阳能供电装置30与所述第一电加热装置21电连接,第二位置时,所述热泵系统供电装置40与所述第一电加热装置21电连接,第三位置时,所述第一电热装置与所述热泵系统供电装置40及所述太阳能供电装置30断开。上述空气源热泵系统通过设置太阳能供电装置30,可以在冬季低温制热工况下利用太阳能供电装置30向接水盘5上的第一电加热装置21供电,避免机组融霜过程结冰,达到集中排水的目的,同时避免了第一换热器2的换热管冻裂的风险;通过第一切换开关51的设置可以切换第一电加热装置21的供电方式,在正常天气状况下通过太阳能供电装置30进行供电,不需要消耗机组电量,可有效提高机组能效;在阴雨天气或夜间时,优先采用太阳能供电装置30中的蓄电池存储的电能进行供电,当蓄电池电量不足时,切换为热泵系统供电装置40供电,可保证在极端天气状况下机组的稳定性。

具体地,所述压缩机1上设置第二电加热装置22,第二电加热装置22用于加热压缩机1,使其在环温较低的情况下温度提高,以提高压缩机1的开机稳定性。所述第二电加热装置22通过第二切换开关52与太阳能供电装置30及热泵系统供电装置40电连接;所述热泵控制器60用于控制所述第二切换开关52使所述太阳能供电装置30或所述热泵系统供电装置40向所述第二电加热装置22供电。

具体地,该热泵系统还包括油分离器6,所述油分离器6与所述压缩机1的输出口连通,所述油分离器6设置第三电加热装置23,所述第三电加热装置23用于加热油分离器6,使其在环温较低的情况下温度提高,以提高压缩机1的开机稳定性。所述第三电加热装置23通过第三切换开关53与太阳能供电装置30及热泵系统供电装置40电连接;所述热泵控制器60用于控制所述第三切换开关53使所述太阳能供电装置30或所述热泵系统供电装置40向所述第三电加热装置23供电。更具体地,油分离器6与压缩机1的回油口之间还设置油过滤器7及回油毛细管8。

通过设置第二电加热装置22及第三电加热装置23可以在冬季环温较低的情况下控制其工作,在压缩机1停机较长的情况下,先将压缩机1以及油分离器6加热,使油温升高,降低油液的粘稠度,保证了润滑油的流动性,有效提升压缩机1的稳定性。同时,通过第二切换开关52及第三切换开关53的设置可以切换第二电加热装置22及第三电加热装置23的供电方式,在正常天气状况下通过太阳能供电装置30进行供电,不需要消耗机组电量,可有效提高机组能效;阴雨天气或夜间时,优先采用太阳能供电装置30中的蓄电池存储的电能进行供电,当蓄电池电量不足时,切换为热泵系统供电装置40供电,可保证在极端天气状况下机组的稳定性。

所述太阳能供电装置30包括:用于将太阳的辐射能转换为电能的太阳能电池板31;用于存储电能的蓄电池32;用于将直流电能转换为交流电能的逆变器33;以及分别与太阳能电池板31、蓄电池32以及逆变器33连接的太阳能控制器34,所述太阳能控制器34用于控制整个该太阳能供电装置30的工作状态,控制蓄电池32进行充放电,并对蓄电池32起到过充电保护、过放电保护的作用。所述逆变器33分别与所述第一电加热装置21、所述第二电加热装置22及所述第三电加热装置23连接。

上述热泵系统还包括用于切换制冷与制热状态的四通阀9,所述四通阀9的第一接口a与所述压缩机1的输出口连通,所述四通阀9的第二接口b与所述第一换热器2连通,所述四通阀9的第三接口c与所述第二换热器4连通,所述四通阀9的第四接口d与所述压缩机1的输入口连通。当该热泵系统进行制冷时,所述四通阀9的第一接口a与所述第二接口b连通,所述第三接口c与所述第四接口d连通;当该热泵系统进行制热时,所述四通阀9的第一接口a与所述第三接口c连通,所述第二接口b与所述第四接口d连通。

更具体地,所述四通阀9通过所述油分离器6与所述压缩机1的输出口连通,所述四通阀9通过气液分离器10与所述压缩机1的输入口连通。

具体地,由于热泵系统在制热与制冷时需要的制冷剂的流量不同,为此,该热泵系统还包括储液器11,用于在制热时存储部分过剩的制冷剂;具体地,所述第一换热器2与所述第二换热器4之间设置储液器11,所述储液器11位于节流装置3与所述第二换热器4之间。所述储液器11与所述节流装置3之间设置干燥过滤器12。

更具体地,所述第一换热器2与所述第二换热器4之间设置第一单向阀13、第二单向阀14、第三单向阀15及第四单向阀16,在该热泵系统进行制冷循环时,经过所述第一换热器2的制冷剂经过所述第一单向阀13后依次经过储液器11、干燥过滤器12及节流装置3,再经过第二单向阀14后进入所述第二换热器4;在该热泵系统进行制热循环时,经过所述第二换热器4的制冷剂经过所述第三单向阀15后依次经过储液器11、干燥过滤器12及节流装置3,再经过第四单向阀16后进入所述第一换热器2。

上述热泵系统对室内进行制冷时,制冷剂经压缩机1的输出口进入油分离器6后经过四通阀9,制冷剂经过四通阀9的第一接口a流向第二接口b,流至第一换热器2进行冷凝后,经过所述第一单向阀13后依次经过储液器11、干燥过滤器12及节流装置3,再经过第二单向阀14后进入所述第二换热器4,经过第二换热器4与换热管的换热后,经过四通阀9的第三接口c流向第四接口d,再经过气液分离器10后流回压缩机1内,完成一次制冷循环。其中,第二换热器4作为蒸发器制取室内换热组件所需的冷水,并通过输送管道将冷水送至室内换热组件内,对室内进行制冷。

上述热泵系统对室内进行制热时,制冷剂经压缩机1的输出口进入油分离器6后经过四通阀9,制冷剂经过四通阀9的第一接口a流向第三接口c,流至第二换热器4进行冷凝后,经过所述第三单向阀15后依次经过储液器11、干燥过滤器12及节流装置3,再经过第四单向阀16后进入所述第一换热器2,再经过四通阀9的第二接口b流向第四接口d,再经过气液分离器10后流回压缩机1内,完成一次制热循环。其中,第二换热器4作为冷凝器制取室内换热组件所需的热水,并通过输送管道将热水送至室内换热组件内,对室内进行制热。

本发明同时提供上述空气源热泵系统的控制方法的一种具体实施方式,其包括:获取热泵系统以及太阳能供电装置30的工作状态,响应于热泵系统由制热状态转换为除霜状态,且太阳能供电装置30的输出电压≥第一阈值时,控制太阳能供电装置30向所述第一电加热装置21供电;

响应于热泵系统由制热状态转换为除霜状态,且太阳能供电装置30的输出电压<第一阈值时,控制热泵系统供电装置40向所述第一电加热装置21供电;

响应于热泵系统由除霜状态转换为制热状态,且所述制热时间大于第二阈值后,控制所述热泵系统供电装置40或太阳能供电装置30停止向第一电加热装置21供电。

上述热泵系统的控制方法中,在系统由制热状态转换除霜状态时,对接水盘5的第一电加热装置21通电,使接水盘5加热,避免冬季时由于室外温度较低时,接水盘5容易冰冻影响第一换热器2换热的问题。同时,根据太阳能供电装置30的输出电压情况确定第一电加热装置21的供电方式,可以在天气情况良好的情况下,利用太阳能供电装置30进行供电,极端天气情况下,利用热泵系统供电装置40供电,降低了系统能耗且保证了系统运行稳定性。

具体地,热泵系统由制热状态转换为除霜状态可以通过四通阀9的两个不同状态获取。所述四通阀9在第一状态时,第一接口与第三接口连通,所述第二接口与第四接口连通,此时热泵系统处于制热状态;所述四通阀9在第二状态时,第一接口与第二接口连通,所述第三接口与第四接口连通,此时热泵系统处于除霜状态。

上述热泵系统的控制方法还包括:获取环境温度、热泵系统以及太阳能供电装置30的工作状态,响应于环境温度小于第三阈值、所述热泵系统断电时间大于第四阈值,且太阳能供电装置30的输出电压≥第一阈值时,控制太阳能供电装置30向所述第二电加热装置22及第三电加热装置23供电;

响应于环境温度小于第三阈值、所述热泵系统断电时间大于第四阈值,且太阳能供电装置30的输出电压<第一阈值时,控制热泵系统供电装置40向所述第二电加热装置22及第三电加热装置23供电;

响应于环境温度小于第三阈值、所述热泵系统断电时间小于第五阈值,控制太阳能供电装置30或热泵系统供电装置40停止向所述第二电加热装置22及第三电加热装置23供电。

上述热泵系统的控制方法中,通过检测环境温度初步判断压缩机1的润滑油的状态,当环境温度低于第三阈值时,例如环境温度小于-10℃,此环境温度下若压缩机1长时间停机或断电时间过长后油液的粘稠度较高,此时,需要对压缩机1以及油分离器6进行加热处理,使润滑油的粘稠度降低,以提高压缩机1启动稳定性。同时,根据太阳能供电装置30的输出电压情况确定电加热装置的供电方式,可以在天气情况良好的情况下,利用太阳能供电装置30进行供电,极端天气情况下,利用热泵系统供电装置40供电,降低了系统能耗且保证了系统运行稳定性。

具体地,环境温度小于第三阈值、所述热泵系统断电时间大于第四阈值,控制太阳能供电装置30或热泵系统供电装置40向所述第二电加热装置22及第三电加热装置23供电时长不超过T1。并在所述第二电加热装置22及第三电加热装置23断电后,控制所述压缩机1启动。

上述热泵系统的断电时间是从距离本次开机最近的一次满足润滑油加热时间的断电开始计算,即上次断电之前,热泵控制器60计算第二电加热装置22和第三电加热装置23加热时间为T1,但并没有加热到T1时间机组就断电了,这种断电都不能用来计算本次开机所需润滑油加热时间的断电时间。

具体地,环境温度大于第三阈值时,控制太阳能供电装置30或热泵系统供电装置40停止向所述第二电加热装置22及第三电加热装置23供电,直接控制所述压缩机1启动。

显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

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