CN104764264A - 热泵系统及其抑制结霜控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种热泵系统及其结霜抑制控制方法。该热泵系统包括：压缩机(1)；蓄热装置(2)，设置在压缩机(1)外，并吸收压缩机(1)的热量；室外换热器(3)，通过四通阀(4)与压缩机(1)连接；蓄热装置(2)通过第一连接管(5)连接至室外换热器(3)的入口端，并向室外换热器(3)的入口端提供热量。根据本发明的热泵系统，能够实现有效抑制室外换热器结霜，延长室外换热器的除霜周期甚至做到制热无霜运行。
Description
技术领域
本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种热泵系统及其抑制结霜控制方法。
背景技术
空气源热泵空调(热水器等)在冬季制热运行时，室外侧容易出现结霜的问题，结霜一方面会导致空调换热性能的衰减，另外一方面频繁的除霜会对用户的舒适性体验带来不利的影响。行业内也提出了很多除霜方法，比如四通阀换向除霜、蓄热除霜、热旁通除霜等。但是结霜的情况依然存在，性能衰减和舒适性差的情况仍然得不到很好的解决。
中国发明专利CN200610041213.4中公开了一种热泵热水器的热泵系统，该专利是利用压缩机的废热来提升机组的制热性能，提升室外蒸发温度，以达到抑制结霜的目的，但是该专利方案缺乏对压缩机外围废热的有效控制，不论系统是否需要这个热量，它都供给了室外换热器。另外该专利中压缩机的热量是导入室外换热器中部，而空气源热泵机组的结霜多发生在刚进入室外换热器的地方，导致压缩机的热量无法得到有效利用，无法更加彻底地解决室外换热器的结霜问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热泵系统及其抑制结霜控制方法，能够实现有效抑制室外换热器结霜，延长室外换热器的除霜周期甚至做到制热无霜运行。
为达此目的，本发明实施例提供一种热泵系统，作为优选，包括：压缩机；蓄热装置，设置在压缩机外，并吸收压缩机的热量；室外换热器，通过四通阀与压缩机连接；蓄热装置通过第一连接管连接至室外换热器的入口端，并向室外换热器的入口端提供热量。
作为优选，热泵系统还包括节流装置，节流装置通过第二连接管连接至蓄热装置，并通过第一连接管连接至室外换热器的入口。
作为优选，热泵系统还包括第三连接管，第三连接管与蓄热装置并联，第三连接管的第一端连接至节流装置的出口端，第三连接管的第二端连接至第一连接管的出口端，第三连接管上设置有控制第三连接管通断的第三控制阀。
作为优选，第二连接管上设置有控制第二连接管通断的第二控制阀。
作为优选，第一连接管上设置有控制第一连接管通断的第一控制阀。
作为优选，第一控制阀为单向阀。
作为优选，节流装置的出口端设置有过滤器。
作为优选，热泵系统还包括：检测单元，用于检测室外换热器的工作状态；控制单元，用于根据检测单元检测到的室外换热器的工作状态控制蓄热装置与室外换热器的入口端之间的连接管的通断。
作为优选，检测单元包括设置在室外换热器的入口端的室外换热器入口温度检测单元和设置在室外换热器的翅片上的室外换热器温湿度检测单元。
根据本发明的另一方面，提供了一种热泵系统的抑制结霜控制方法，包括：步骤S1：检测室外换热器的入口温度是否达到结霜温度；步骤S2：当室外换热器入口温度达到结霜温度时，进入抑制结霜运行模式，控制蓄热装置向室外换热器入口输出热量；步骤S3：当室外换热器入口温度未达到结霜温度时，进入正常制热运行模式，切断蓄热装置与室外换热器入口之间的连接管道。
作为优选，步骤S1包括：热泵系统处于制热运行状态时，如果检测到室外换热器的入口处温度大于室外换热器的凝露温度与0度之间的较大值并持续t1时间时，则室外换热器的入口温度未达到结霜温度。
作为优选，步骤S1包括：热泵系统处于制热运行状态时，如果检测到室外换热器的入口处温度小于或等于室外换热器的凝露温度与0度之间的较大值并持续t2时间时，则室外换热器的入口温度达到结霜温度。
作为优选，步骤S2包括：控制节流装置内的制冷剂流经蓄热装置之后流入室外换热器内。
作为优选，步骤S3包括：控制节流装置内的制冷剂不经蓄热装置直接流入室外换热器内。
应用本发明的技术方案，热泵系统包括：压缩机；蓄热装置，设置在压缩机外，并吸收压缩机的热量；室外换热器，通过四通阀与压缩机连接；蓄热装置通过第一连接管连接至室外换热器的入口端，并向室外换热器的入口端提供热量。由于蓄热装置的热量是通入室外换热器的入口端，因此可以从室外换热器的最容易结霜位置处进行加热，从而可以有效抑制结霜，延长化霜周期甚至做到制热无霜运行，更加有效地消除室外换热器在热泵系统制热运行过程中的结霜现象，提高热泵系统的工作性能。
附图说明
图1是本发明实施例的热泵系统的结构示意图；
图2是本发明实施例的热泵系统的抑制结霜控制方法流程图。
附图标记说明：
1、压缩机；2、蓄热装置；3、室外换热器；4、四通阀；5、第一连接管；6、第一控制阀；7、节流装置；8、第二连接管；9、第二控制阀；10、第三连接管；11、第三控制阀；12、过滤器；13、室外换热器入口温度检测单元；14、室外换热器温湿度检测单元。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
参见图1和图2所示，根据本发明的实施例，热泵系统包括压缩机1、蓄热装置2和室外换热器3，蓄热装置2设置在压缩机1外，并吸收压缩机1外围的热量；室外换热器3通过四通阀4与压缩机1连接；蓄热装置2通过第一连接管5连接至室外换热器3的入口端，并向室外换热器3的入口端提供热量。
发明人在工作过程中发现，热泵系统(热水器等)结霜的必要条件是：①空气中的水分能在翅片上凝露出来；②翅片温度在0℃以下。针对以上分析，只要解决其中一项，就可以抑制结霜。而进入室外换热器的制冷剂，随着换热的进行，温度会逐渐升高。所以室外换热器上的结霜多发生在室外换热器入口的几根U管，只要能够防止室外换热器3的入口处发生结霜，也就可以避免整个室外换热器3发生结霜。
因此发明人将蓄热装置2的热量通入室外换热器3的入口端，而非是通入到室外换热器3的中部，可以从室外换热器3的最容易结霜位置处进行加热，从而可以有效抑制结霜，延长化霜周期甚至做到制热无霜运行，更加有效地消除室外换热器3在热泵系统制热运行过程中的结霜现象，提高热泵系统的工作性能。
蓄热装置2也可以通过管路旁通至室外换热器3的入口，并参与室外换热器3的换热循环，此时蓄热装置2内装有制冷剂，可以向室外换热器3通入加热后的制冷剂，从而防止室外换热器3发生结霜现象。
第一连接管5上设置有控制第一连接管5通断的第一控制阀6，可以控制蓄热装置2是否向室外换热器3的入口处进行热量输送。如此一来，就可以在需要对室外换热器3的入口进行热量供给时进行加热，在不需要热量供给时就进行热量储备，能够在需要对室外换热器3的入口进行热量供给时更快地提高室外换热器3入口处的制冷剂温度，更加有效地防止结霜现象。
热泵系统还包括节流装置7，节流装置7通过第二连接管8连接至蓄热装置2，并通过第一连接管5连接至室外换热器3的入口。节流装置7节流之后的制冷剂温度较低，如果达到结霜温度，就容易导致室外换热器3的入口发生结霜现象，因此将节流装置7通过第二连接管8连接至蓄热装置2，然后通过蓄热装置2加热之后，再经过第一连接管5通入至室外换热器3的入口，就可以对进入室外换热器3内的制冷剂进行预加热，抑制霜的形成，延长化霜周期甚至做到制热无霜运行。
热泵系统还包括第三连接管10，第三连接管10与蓄热装置2并联，第三连接管10的第一端连接至节流装置7的出口端，第三连接管10的第二端连接至第一连接管5的第一控制阀6的出口端，第三连接管10上设置有控制第三连接管10通断的第三控制阀11，节流装置7可以在需要进行化霜处理时通过第二连接管8、蓄热装置2和第一连接管5进入室外换热器3内，也可以在无需进行化霜处理时直接通过第三连接管10进入到室外换热器3内，控制方式更加灵活。
优选地，第一控制阀6为单向阀，第二连接管8上设置有控制第二连接管8通断的第二控制阀9。在制冷剂无需进行预加热时，可以关闭第二控制阀9，同时打开第三控制阀11，此时制冷剂可以直接从第三连接管10流入室外换热器3内。在制冷剂需要加热时，可以打开第二控制阀9，同时关闭第三控制阀11，第三连接管10被断开，制冷剂经蓄热装置2预加热后流入室外换热器3内。上述的第二控制阀9和第三控制阀11均可以为电磁控制阀。单向阀可以有效防止室外换热器3的入口端的制冷剂流动至蓄热装置2内，提高热泵系统工作时的稳定性。第二控制阀9可以更加有效地对节流装置7与蓄热装置2之间的连接通道进行控制，第二控制阀9与单向阀相结合，能够进一步提高蓄热装置2工作时的可靠性。当然，也可以不设置第二控制阀9，而是直接将第一控制阀6设计为控制第二连接管8通断的电磁阀，这种方案也是可行的。
节流装置7的出口端设置有过滤器12，可以对从节流装置7流出的制冷剂进行过滤，防止制冷剂中的杂质影响各个控制阀的工作性能。
在节流装置7的入口端也可以设置过滤器，从而保证进入节流装置7的制冷剂的洁净度，提高节流装置7的使用寿命。节流装置7例如为电子膨胀阀。
热泵系统还包括：检测单元，用于检测室外换热器3的工作状态；控制单元，用于根据检测单元检测到的室外换热器3的工作状态控制蓄热装置2与室外换热器3的入口端之间的输热通道的通断。热泵系统可以通过控制单元来控制各个控制阀的工作状态，从而实现对制冷剂流动路径的调节。
检测单元包括设置在室外换热器的入口端的室外换热器入口温度检测单元13和设置在室外换热器的翅片上的室外换热器温湿度检测单元14。室外换热器入口温度检测单元13为化霜感温包，用于检测室外换热器3入口的温度，也即化霜温度T化霜，并以此估算翅片温度。室外换热器温湿度检测单元14为环境温湿度传感器，用于检测室外换热器3的当前环境工况和对应的露点温度T露点。
根据本发明的实施例，热泵系统的抑制结霜控制方法包括：步骤S1：检测室外换热器3的入口温度是否达到结霜温度；步骤S2：当室外换热器3入口温度达到结霜温度时，进入抑制结霜运行模式，控制蓄热装置2向室外换热器3入口输出热量；步骤S3：当室外换热器3入口温度未达到结霜温度时，进入正常制热运行模式，切断蓄热装置2与室外换热器3入口之间的输热通道。
步骤S1包括：热泵系统处于制热运行状态时，如果检测到室外换热器3的入口处温度大于室外换热器3的凝露温度与0度之间的较大值并持续t1时间时，则室外换热器3的入口温度未达到结霜温度，此时无需进行化霜处理，热泵系统保持正常制热运行状态。
步骤S1包括：热泵系统处于制热运行状态时，如果检测到室外换热器3的入口处温度小于或等于室外换热器3的凝露温度与0度之间的较大值并持续t2时间时，则室外换热器3的入口温度达到结霜温度，此时需进行化霜处理，热泵系统进入抑制结霜状态。
步骤S2包括：控制节流装置7内的制冷剂流经蓄热装置2之后流入室外换热器3内。具体而言，控制单元控制第二控制阀9打开，第三控制阀11关闭，此时节流装置7内的制冷剂无法从第三连接管10内流过，只能从第二连接管8经蓄热装置2和第一连接管5后流入室外换热器3。
步骤S3包括：控制节流装置7内的制冷剂不经蓄热装置2直接流动至室外换热器3的入口，切断蓄热装置2与室外换热器3的入口之间的输热通道。具体而言，控制单元控制第二控制阀9关闭，第三控制阀11打开，此时节流装置7内的制冷剂无法从第二连接管8进入蓄热装置2内，只能从第三连接管10直接流入室外换热器3。
下面结合图1和图2对热泵系统的结霜抑制过程进行说明。
在热泵系统制冷运行时，第二控制阀9关闭，第三控制阀11打开，制冷剂从室外换热器3经第三连接管10流动至节流装置7，在单向阀的阻挡作用下，制冷剂无法进入蓄热装置2内，热泵系统正常工作。
在热泵系统制热运行时，当检测到T化霜大于max(T露点，0℃)时，即正常运行,没有结霜迹象，机组处于正常制热运行模式，此时第二控制阀9关闭，第三控制阀11开启，蓄热装置2收集压缩机1散发的废热。
在热泵系统制热运行时，当检测T化霜≤max(T露点，0℃)持续一定时间(如1分钟)后，有结霜迹象时，进入抑制结霜运行模式，此时第二控制阀9开启，第三控制阀11关闭，热泵系统处于抑制结霜运行模式下，节流装置7节流后的制冷剂会与蓄热装置2进行热量交换，提升制冷剂的温度，然后输送至室外换热器3中，进而达到抑制结霜的效果。蓄热装置2中的热量除了正常运行时蓄积的热量外，抑制结霜运行模式下，压缩机1同时在源源不断的提供热量给蓄热装置2，可以保证蓄热装置2对制冷剂持续加热。
热泵系统处于抑制结霜运行模式下，当检测到T化霜大于max(T露点，0℃)持续一定时间(如30分钟)后，退出抑制结霜模式，第二控制阀9关闭，第三控制阀11开启，否则一直保持抑制结霜模式。
当退出抑制结霜模式后，返回至检测步骤，继续判断结霜情况。
当然，以上是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (14)
1.一种热泵系统，其特征在于，包括：
压缩机(1)；
蓄热装置(2)，设置在所述压缩机(1)外，并吸收所述压缩机(1)的热量；
室外换热器(3)，与所述压缩机(1)连通；
所述蓄热装置(2)通过第一连接管(5)连接至所述室外换热器(3)的入口端，并向所述室外换热器(3)的入口端提供热量。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括节流装置(7)，所述节流装置(7)通过第二连接管(8)连接至所述蓄热装置(2)，所述蓄热装置(2)通过所述第一连接管(5)连接至所述室外换热器(3)的入口。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括第三连接管(10)，所述第三连接管(10)与所述蓄热装置(2)并联，所述第三连接管(10)的第一端连接至所述节流装置(7)的出口端，所述第三连接管(10)的第二端连接至所述第一连接管(5)的出口端，所述第三连接管(10)上设置有控制所述第三连接管(10)通断的第三控制阀(11)。
4.根据权利要求3所述的热泵系统，其特征在于，所述第二连接管(8)上设置有控制所述第二连接管(8)通断的第二控制阀(9)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述第一连接管(5)上设置有控制所述第一连接管(5)通断的第一控制阀(6)。
6.根据权利要求5所述的热泵系统，其特征在于，所述第一控制阀(6)为单向阀。
7.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述节流装置(7)的出口端设置有过滤器(12)。
8.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述热泵系统还包括：
检测单元，用于检测室外换热器(3)的工作状态；
控制单元，用于根据所述检测单元检测到的所述室外换热器(3)的工作状态控制蓄热装置(2)与所述室外换热器(3)的入口端之间的连接管道的通断。
9.根据权利要求8所述的热泵系统，其特征在于，所述检测单元包括设置在所述室外换热器的入口端的室外换热器入口温度检测单元(13)和设置在所述室外换热器的翅片上的室外换热器温湿度检测单元(14)。
10.一种热泵系统的抑制结霜控制方法，其特征在于，包括：
步骤S1：检测室外换热器(3)的入口温度是否达到结霜温度；
步骤S2：当室外换热器(3)入口温度达到结霜温度时，进入抑制结霜运行模式，控制蓄热装置(2)向室外换热器(3)入口输出热量；
步骤S3：当室外换热器(3)入口温度未达到结霜温度时，进入正常制热运行模式，切断蓄热装置(2)向室外换热器(3)入口输出热量。
11.根据权利要求10所述的抑制结霜控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：所述热泵系统处于制热运行状态时，如果检测到室外换热器(3)的入口处温度大于室外换热器(3)的凝露温度与0度之间的较大值并持续t1时间时，则室外换热器(3)的入口温度未达到结霜温度。
12.根据权利要求10所述的抑制结霜控制方法，其特征在于，所述步骤S1包括：所述热泵系统处于制热运行状态时，如果检测到室外换热器(3)的入口处温度小于或等于室外换热器(3)的凝露温度与0度之间的较大值并持续t2时间时，则室外换热器(3)的入口温度达到结霜温度。
13.根据权利要求10所述的抑制结霜控制方法，其特征在于，所述步骤S2包括：控制节流装置(7)内的制冷剂流经蓄热装置(2)之后流入室外换热器(3)内。
14.根据权利要求10所述的抑制结霜控制方法，其特征在于，所述步骤S3包括：控制节流装置(7)内的制冷剂不经蓄热装置(2)直接流入室外换热器(3)内。
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