CN106871485B - 一种热泵系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种热泵系统及其控制方法，涉及热泵技术领域，能够在不提升压缩机的排气压力的前提下提高热泵系统的出水温度。所述热泵系统包括位于室内侧的室内换热器，以及位于室外侧的第一室外换热器、压缩机和第一节流件；室内换热器、第一节流件、第一室外换热器和压缩机依次连通形成闭合流路，还包括：位于室外侧、且设置在室内换热器和第一节流件的连通管路上的第二室外换热器。本发明用于热泵系统。

Description

一种热泵系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种热泵系统及其控制方法。
背景技术
现有的空气源热泵系统一般如图1所示，包括位于室内侧的室内换热器01，以及位于室外侧的压缩机02、室外换热器03和节流元件04；冷媒通过在室内换热器01、节流元件04、室外换热器03和压缩机02连接形成的闭合流路中循环流动，将室外空气中的热能转移到室内，以此提供生活热水或实现供暖。
实际应用中，在低室外温度时室内热负荷往往会增加，此时需要热泵系统提供更高的出水温度。参考图1所示，由于热泵系统的出水温度较高时压缩机02的排气压力也较高，因而在低室外温度、高出水温度工况下，系统的蒸发压力(即压缩机02的吸气压力)较低、冷凝压力(即压缩机02的排气压力)较高，此时容易出现超压缩机运行范围的情况而造成的压缩机02损坏。因此在低室外温度时，现有技术中由于压缩机02的排气压力和压力比的限制，热泵系统的出水温度往往较低而无法达到要求。
发明内容
本发明的实施例提供一种热泵系统及其控制方法，能够在不提升压缩机的排气压力的前提下提高热泵系统的出水温度。
为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：
一方面，本发明实施例提供一种热泵系统，包括位于室内侧的室内换热器，以及位于室外侧的第一室外换热器、压缩机和第一节流件；所述室内换热器、所述第一节流件、所述第一室外换热器和所述压缩机依次连通形成闭合流路，还包括：位于室外侧、且设置在所述室内换热器和所述第一节流件的连通管路上的第二室外换热器，所述第二室外换热器用于对连通管路内的冷媒进行散热。
另一方面，本发明实施例提供一种用于上述热泵系统的控制方法，所述控制方法包括：
检测所述压缩机的吸气压力和排气压力；
当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制所述第一节流件处于全开状态，且控制所述第二节流件处于节流状态；当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制所述第一节流件处于节流状态，且控制所述第二节流件处于全开状态。
再一方面，本发明实施例提供另一种用于上述热泵系统的控制方法，所述控制方法包括：
检测所述压缩机的吸气压力和排气压力；
当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制所述第一阀门、第二阀门和第三阀门关闭，且控制所述第四阀门、第五阀门和第六阀门开启；当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制所述第一阀门、第二阀门和第三阀门开启，且控制所述第四阀门、第五阀门和第六阀门关闭。
本发明实施例提供的热泵系统及其控制方法，所述热泵系统包括位于室内侧的室内换热器，以及位于室外侧的第一室外换热器、压缩机和第一节流件；室内换热器、第一节流件、第一室外换热器和压缩机依次连通形成闭合流路，还包括：位于室外侧、且设置在室内换热器和第一节流件的连通管路上的第二室外换热器。相较于现有技术，本发明实施例提供的热泵系统通过设置位于室外侧、且在室内换热器和第一节流件的连通管路上的第二室外换热器，由于所述第二室外换热器可将经过室内换热器换热后的冷媒中的一部分热量散发出去，从而降低经过室内换热器换热后的冷媒的温度，这样使得在经过第二室外换热器之前冷媒的温度可以较高，进而使得冷媒在与室内换热器中的水进行换热时，水可以被加热到较高温度，即热泵系统可以达到较高的出水温度，因而本发明实施例在不提升压缩机的排气压力的前提下提高了热泵系统的出水温度，减少压缩机出现超运行范围的情况而造成压缩机的损坏。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术提供的一种热泵系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种热泵系统的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的一种热泵系统的结构示意图；
图4为本发明再一实施例提供的一种热泵系统的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种热泵系统的压焓图；
图6为本发明实施例提供的一种热泵系统的控制方法；
图7为本发明另一实施例提供的一种热泵系统的控制方法。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例提供一种热泵系统，如图2至图4所示，包括位于室内侧10的室内换热器11，以及位于室外侧20的第一室外换热器21、压缩机22和第一节流件23；室内换热器11、第一节流件23、第一室外换热器21和压缩机22依次连通形成闭合流路，还包括：位于室外侧20、且设置在室内换热器11和第一节流件23的连通管路上的第二室外换热器24。
其中，第一节流件23可以为电子膨胀阀、热力阀或毛细管中的任意一种，或者也可以是其它起节流作用的器件，本发明实施例对此不做限定。室内换热器11和/或第一室外换热器21可以为管翅式换热器、微通道平行流换热器或其他采用冷媒介质进行换热的换热器，本发明实施例对此亦不做限定。
参考图2所示，利用第一节流件23节流，第二室外换热器24即为一个冷凝器，可对流经其中的冷媒进行冷凝散热，本发明实施例对于第二室外换热器24的结构、形状或尺寸等均不作限定。在实际应用中，第二室外换热器24可以是第一室外换热器21的过冷段。
图5为所述热泵系统的压焓图，其横坐标表示比焓值，纵坐标为绝对压力的对数值，如图5所示，A-B段表示压缩机22压缩过程，B-C’段表示室内换热器11换热过程，C’-C段表示第二室外换热器24散热过程，C-D段表示第一节流件23节流过程，D-A段表示第一室外换热器21蒸发吸热过程。参考图5所示，现有技术中没有增设第二室外换热器24时，经过室内换热器11换热之后的冷媒的温度为40℃，那么与冷媒进行换热的水的温度就可近似达到40℃，即热泵系统的出水温度可近似达到40℃；当本发明实施例中增设了第二室外换热器24时，经过室内换热器11换热之后的冷媒的温度可以为60℃，那么与冷媒进行换热的水的温度可以近似达到60℃，即热泵系统的出水温度可近似达到60℃，再利用第二室外换热器24将60℃的冷媒降温到40℃。
这样一来，相较于现有技术，本发明实施例提供的热泵系统通过设置位于室外侧、且在室内换热器和第一节流件的连通管路上的第二室外换热器，由于所述第二室外换热器可将经过室内换热器换热后的冷媒中的一部分热量散发出去，从而降低经过室内换热器换热后的冷媒的温度，这样使得在经过第二室外换热器之前冷媒的温度可以较高，进而使得冷媒在与室内换热器中的水进行换热时，水可以被加热到较高温度，即热泵系统可以达到较高的出水温度，因而本发明实施例在不提升压缩机的排气压力的前提下提高了热泵系统的出水温度，减少压缩机出现超运行范围的情况而造成压缩机的损坏。
进一步的，参考图3所示，室内换热器11和第二室外换热器24的连通管路上设置有第二节流件25。
参考图2所示，利用第一节流件23进行节流时，第二室外换热器24会对经过室内换热器11后的较高温度的冷媒进行降温，即将较高温度的冷媒中的一部分热量散发到较低温度的室外环境中，从而利于热泵系统获得较高的出水温度。但是由于第二室外换热器24将冷媒中的一部分热量散发到室外环境中，此部分热量没有得到利用，从而造成了热泵系统的热量损失。因而参考图3所示，在室内换热器11和第二室外换热器24的连通管路上设置第二节流件25，当不需要获得较高的出水温度时，通过控制第一节流件23和第二节流件25的工作状态，以使第二室外换热器24从冷凝器变为蒸发器，和第一室外换热器21一起吸收室外空气中的热量，从而避免了热泵系统的热量损失。其中，所述工作状态可以是全开状态、节流状态或关闭状态。
具体的，所述热泵系统还包括压力传感器和第一控制单元；所述压力传感器用于检测压缩机22的吸气压力和排气压力；所述第一控制单元用于当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制第一节流件23处于全开状态，且控制第二节流件25处于节流状态；当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制第一节流件23处于节流状态，且控制第二节流件25处于全开状态。其中，所述第一预设阈值为预先设置的数值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。
在实际应用中，第一节流件23和第二节流件25可以均为电子膨胀阀。
由于室外温度较低，出水温度较高时，压缩机22的吸气压力较低，压缩机22的排气压力较高，压缩机22的排气压力与吸气压力的比值就较大，因而当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能处于低室外温度、高出水温度的工况下，因而控制第一节流件23处于节流状态，且控制第二节流件25处于全开状态，使得所述热泵系统可以在较低室外温度时获得较高的出水温度。当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能不需要高出水温度，因而控制第一节流件23处于全开状态，且控制第二节流件25处于节流状态，可以避免由于第二室外换热器24散热所造成的热泵系统的热量损失。
可选的，参考图4所示，室内换热器11和第二室外换热器24的连接管路上串联有第一阀门31，第二室外换热器24与第一节流件23的连接管路上串联有第二阀门32，第一节流件23与第一室外换热器21的连接管路上串联有第三阀门33；还包括第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36；第四阀门34的一端连接在室内换热器11与第一阀门31的连接管路上，另一端连接在第二阀门32与第一节流件23的连接管路上；第五阀门35的一端连接在第一阀门31与第二室外换热器24的连接管路上，另一端连接在第一节流件23与第三阀门33的连接管路上；第六阀门36的一端连接在第二室外换热器24与第二阀门32的连接管路上，另一端连接在第三阀门33与第一室外换热器21的连接管路上；第一阀门31、第二阀门32、第三阀门33、第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36分别用于控制各自所在支路的开通和关闭。
在实际应用中，第一阀门31、第二阀门32、第三阀门33、第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36一般选用电磁截止阀。
通过控制第一阀门31、第二阀门32、第三阀门33、第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36的打开或关闭，同样可以实现第二室外换热器24在冷凝器和蒸发器之间的转换。具体的，所述热泵系统还包括压力传感器和第二控制单元；所述压力传感器用于检测压缩机22的吸气压力和排气压力；所述第二控制单元用于当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33关闭，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36开启；当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33开启，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36关闭。
由于室外温度较低，出水温度较高时，压缩机22的吸气压力较低，压缩机22的排气压力较高，压缩机22的排气压力与吸气压力的比值就较大，因而当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能处于低室外温度、高出水温度的工况下，因而控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33开启，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36关闭，使得所述热泵系统可以在较低室外温度时获得较高的出水温度。当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能不需要高出水温度，因而控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33关闭，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36开启，可以避免由于第二室外换热器24散热所造成的热泵系统的热量损失。
进一步的，参考图2至图4所示，第一室外换热器21与压缩机22之间的连接管路上串联有气液分离器26；还包括四通阀27，压缩机22、室内换热器11、第一室外换热器21、气液分离器26均与四通阀27连接。气液分离器26用于对即将进入压缩机22的冷媒进行气液分离，以使进入压缩机22的冷媒中的气液比例适于压缩机22的正常工作。四通阀27用于对所述热泵系统进行制冷或制热的切换。
本发明实施例提供的热泵系统，包括位于室内侧的室内换热器，以及位于室外侧的第一室外换热器、压缩机和第一节流件；室内换热器、第一节流件、第一室外换热器和压缩机依次连通形成闭合流路，还包括：位于室外侧、且设置在室内换热器和第一节流件的连通管路上的第二室外换热器。相较于现有技术，本发明实施例提供的热泵系统通过设置位于室外侧、且在室内换热器和第一节流件的连通管路上的第二室外换热器，由于所述第二室外换热器可将经过室内换热器换热后的冷媒中的一部分热量散发出去，从而降低经过室内换热器换热后的冷媒的温度，这样使得在经过第二室外换热器之前冷媒的温度可以较高，进而使得冷媒在与室内换热器中的水进行换热时，水可以被加热到较高温度，即热泵系统可以达到较高的出水温度，因而本发明实施例在不提升压缩机的排气压力的前提下提高了热泵系统的出水温度，减少压缩机出现超运行范围的情况而造成压缩机的损坏。
本发明另一实施例提供一种热泵系统的控制方法，参考图3和图6所示，所述控制方法包括：
步骤601、检测压缩机22的吸气压力和排气压力；
步骤602、当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制第一节流件23处于全开状态，且控制第二节流件25处于节流状态；当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制第一节流件23处于节流状态，且控制第二节流件25处于全开状态。
其中，所述第一预设阈值为预先设置的数值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。
由于室外温度较低，出水温度较高时，压缩机22的吸气压力较低，压缩机22的排气压力较高，压缩机22的排气压力与吸气压力的比值就较大，因而当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能处于低室外温度、高出水温度的工况下，因而控制第一节流件23处于节流状态，且控制第二节流件25处于全开状态，使得所述热泵系统可以在较低室外温度时获得较高的出水温度。当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能不需要高出水温度，因而控制第一节流件23处于全开状态，且控制第二节流件25处于节流状态，可以避免由于第二室外换热器24散热所造成的热泵系统的热量损失。
本发明再一实施例提供一种热泵系统的控制方法，参考图4和图7所示，所述控制方法包括：
步骤701、检测压缩机22的吸气压力和排气压力；
步骤702、当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33关闭，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36开启；当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33开启，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36关闭。
其中，所述第一预设阈值为预先设置的数值，本领域技术人员可以根据实际情况进行设定，本发明实施例对此不做限定。
由于室外温度较低，出水温度较高时，压缩机22的吸气压力较低，压缩机22的排气压力较高，压缩机22的排气压力与吸气压力的比值就较大，因而当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能处于低室外温度、高出水温度的工况下，因而控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33开启，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36关闭，使得所述热泵系统可以在较低室外温度时获得较高的出水温度。当压缩机22的排气压力与吸气压力的比值小于所述第一预设阈值时，表示此时热泵系统可能不需要高出水温度，因而控制第一阀门31、第二阀门32和第三阀门33关闭，且控制第四阀门34、第五阀门35和第六阀门36开启，可以避免由于第二室外换热器24散热所造成的热泵系统的热量损失。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种热泵系统，包括位于室内侧的室内换热器，以及位于室外侧的第一室外换热器、压缩机和第一节流件；所述室内换热器、所述第一节流件、所述第一室外换热器和所述压缩机依次连通形成闭合流路，其特征在于，还包括：位于室外侧、且设置在所述室内换热器和所述第一节流件的连通管路上的第二室外换热器；
所述室内换热器和所述第二室外换热器的连通管路上设置有第二节流件；
还包括压力传感器和第一控制单元；
所述压力传感器用于检测所述压缩机的吸气压力和排气压力；
所述第一控制单元用于当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制所述第一节流件处于全开状态，且控制所述第二节流件处于节流状态；当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制所述第一节流件处于节流状态，且控制所述第二节流件处于全开状态。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述室内换热器和所述第二室外换热器的连接管路上串联有第一阀门，所述第二室外换热器与所述第一节流件的连接管路上串联有第二阀门，所述第一节流件与所述第一室外换热器的连接管路上串联有第三阀门；
还包括第四阀门、第五阀门和第六阀门；所述第四阀门的一端连接在所述室内换热器与所述第一阀门的连接管路上，另一端连接在所述第二阀门与所述第一节流件的连接管路上；所述第五阀门的一端连接在所述第一阀门与所述第二室外换热器的连接管路上，另一端连接在所述第一节流件与所述第三阀门的连接管路上；所述第六阀门的一端连接在所述第二室外换热器与所述第二阀门的连接管路上，另一端连接在所述第三阀门与所述第一室外换热器的连接管路上；
所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门分别用于控制各自所在支路的开通和关闭。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，还包括压力传感器和第二控制单元；
所述压力传感器用于检测所述压缩机的吸气压力和排气压力；
所述第二控制单元用于当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门关闭，且控制所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门开启；当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门开启，且控制所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门关闭。
4.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，
所述第一节流件和所述第二节流件均为电子膨胀阀。
5.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，
所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门、所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门均为电磁截止阀。
6.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述第一室外换热器与所述压缩机之间的连接管路上串联有气液分离器；
还包括四通阀，所述压缩机、所述室内换热器、所述第一室外换热器、所述气液分离器均与所述四通阀连接。
7.一种用于权利要求1的所述热泵系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
检测所述压缩机的吸气压力和排气压力；
当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制所述第一节流件处于全开状态，且控制所述第二节流件处于节流状态；当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制所述第一节流件处于节流状态，且控制所述第二节流件处于全开状态。
8.一种用于权利要求3的所述热泵系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
检测所述压缩机的吸气压力和排气压力；
当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值小于第一预设阈值时，控制所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门关闭，且控制所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门开启；当所述压缩机的排气压力与吸气压力的比值大于或者等于所述第一预设阈值时，控制所述第一阀门、所述第二阀门和所述第三阀门开启，且控制所述第四阀门、所述第五阀门和所述第六阀门关闭。
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