CN107192170A - 空气源热泵系统及其蒸发器和控制方法 - Google Patents

空气源热泵系统及其蒸发器和控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种空气源热泵系统及其蒸发器和控制方法，蒸发器包括：工质管道；热水管道；翅片，所述翅片连接在所述工质管道和所述热水管道之间，所述热水管道选择性地供入热水以去除所述翅片上的结霜。通过设置热水管道，蒸发器在低温工况下能够对空气热源进行热量补充，可以保证空气源热泵系统较高的运行效率，并且能够进行有效除霜，从而可以实现空气源热泵系统在严寒地区的正常工作。而且，工质管道和热水管道共用翅片，能够提高两者的换热效率。

Description

空气源热泵系统及其蒸发器和控制方法
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种空气源热泵系统的蒸发器以及具有该蒸发器的空气源热泵系统，还有具有该蒸发器的空气源热泵系统的控制方法。
背景技术
空气源热泵技术是从空气中提取低品位热能,通过压缩后将能量转换为高品位的热能。相对于传统的燃煤,燃油,燃气锅炉和电锅炉,空气源热泵系统拥有巨大的经济和节能效益。
在我国电力资源短缺的前提下，采用空气源热泵机组，能以最小的电力投入获得最大的供热效益。目前空气源热泵在长江以南地区,用于热水制备方面使用非常广泛,并且取得了很好的节能效果。然而在冬季需要采暖的寒冷地区,受低温影响,空气源热泵系统存在运行效率低、易结霜的问题，当下亟需寻找一种有效的方法克服空气源热泵系统在严寒地区的种种劣势。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种空气源热泵系统的蒸发器，该蒸发器可以有效除霜，还至少一定程度上起到提高工质管道换热效果的作用。
本发明进一步地提出了一种空气源热泵系统。
本发明进一步地还提出了一种空气源热泵系统的控制方法。
根据本发明的空气源热泵系统的蒸发器，包括：工质管道；热水管道；翅片，所述翅片连接在所述工质管道和所述热水管道之间，所述热水管道选择性地供入热水以去除所述翅片上的结霜。
根据本发明的蒸发器，通过设置热水管道，蒸发器在低温工况下能够对空气热源进行热量补充，可以保证空气源热泵系统较高的运行效率，并且能够进行有效除霜，从而可以实现空气源热泵系统在严寒地区的正常工作。而且，工质管道和热水管道共用翅片，能够提高两者的换热效率。
在本发明的一些示例中，所述工质管道与所述热水管道的流向相反。
在本发明的一些示例中，所述工质管道和所述热水管道分别为对称结构。
在本发明的一些示例中，所述工质管道包括：工质进口、工质出口和偶数条工质分支管道，所述偶数条工质分支管道对称分布且共用所述工质进口和所述工质出口。
在本发明的一些示例中，每条所述工质分支管道蜿蜒延伸。
在本发明的一些示例中，所述热水管道包括：热水进口、热水出口和偶数条热水分支管道，所述偶数条热水分支管道对称分布且共用所述热水进口和所述热水出口。
在本发明的一些示例中，每条所述热水分支管道蜿蜒延伸。
在本发明的一些示例中，所述工质管道和所述热水管道间隔开且关于所述蒸发器的中心对称设置。
在本发明的一些示例中，所述蒸发器还包括：霜层检测装置，所述霜层检测装置在所述翅片上的霜层厚度达到预定厚度时传递向所述热水管道供水的信号。
在本发明的一些示例中，所述霜层检测装置为激光传感器。
在本发明的一些示例中，所述热水为废热水。
根据本发明的空气源热泵系统，包括所述的空气源热泵系统的蒸发器。
根据本发明的空气源热泵系统的控制方法，其特征在于，所述空气源热泵系统包括上述的蒸发器；所述控制方法包括：第一工作模式：在所述霜层检测装置检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：0＜d1＜d0时，所述热水管道不供热水，在霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：d1≥d0时，所述热水管道供入热水。
在本发明的一些示例中，所述空气源热泵系统还包括：环境温度传感器；所述控制方法还包括：第二工作模式：在所述霜层检测装置检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：d1＝0且所述环境温度传感器检测到的环境温度T1与预定值T0满足关系式：T1≥T0时，所述热水管道不供热水。
在本发明的一些示例中，所述控制方法还包括：第三工作模式：在所述霜层检测装置检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：0＜d1＜d0且所述环境温度传感器检测到的环境温度T1与预定值T0满足关系式：T1＜T0时，所述热水管道供入热水。
附图说明
图1是根据本发明实施例的空气源气泵系统的结构示意图；
图2是蒸发器的结构示意图；
图3是蒸发器的展开示意图。
附图标记：
空气源热泵系统100；
蒸发器10；工质管道1；工质进口1a；工质出口1b；工质分支管道1c；工质流量分配器1d；
热水管道2；热水进口2a；热水出口2b；热水分支管道2c；热水流量分配器2d；
翅片3；霜层检测装置4；
气液分离器20；压缩机30；冷凝器40；储液罐50；干燥过滤器60；膨胀阀70；环境温度传感器80；风机90。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1-图3详细描述根据本发明实施例的空气源热泵系统100的蒸发器10，该蒸发器10应用在空气源热泵系统100中。
如图2和图3所示，根据本发明实施例的蒸发器10可以包括：工质管道1、热水管道2和翅片3，翅片3连接在工质管道1和热水管道2之间，热水管道2选择性地供入热水以去除翅片3上的结霜。其中，当翅片3上的霜层达到一定值时，热水管道2内供入热水，从而热水管道2通过翅片3可以向外界传热，进而可以使得霜层融化，达到除霜效果。
需要说明的是，在热水管道2中供入热水后，热水管道2能够通过翅片3向工质管道1换热，从而至少一定程度上能够起到加热工质的作用，可以提高空气源热泵系统100的工作效果。
由此，根据本发明实施例的蒸发器10，通过设置热水管道2，在低温工况下能够对空气热源进行热量补充，可以保证空气源热泵系统100较高的运行效率，并且能够进行有效除霜，从而可以实现空气源热泵系统100在严寒地区的正常工作。而且，工质管道1和热水管道2共用翅片3，能够提高两者的换热效率。
其中，热水可以为废热水，这样可以节省能源，并且废热水能一直提供，从而可以保证空气源热泵系统100的运行稳定性。
可选地，如图2和图3所示，工质管道1与热水管道2的流向相反。可以理解的是的，流向相反设置的工质管道1与热水管道2，能够有效提高热水管道2和工质管道1之间的换热效率。
根据本发明的一个可选实施例，如图3所示，工质管道1和热水管道2分别为对称结构。对称结构可以有利于工质管道1和热水管道2在蒸发器10内的布置，而且有利于工质管道1和热水管道2在温度和压差之间的平衡。
具体地，工质管道1可以包括：工质进口1a、工质出口1b和偶数条工质分支管道1c，偶数条工质分支管道1c对称分布，而且偶数条工质分支管道1c共用工质进口1a和工质出口1b。例如，如图2所示，工质分支管道1c为两条，而且两个工质分支管道1c对称分布，由于两个工质分支管道1c共用一个工质进口1a和一个工质出口1b，这样两个工质分支管道1c的流向可以相反，从而可以进一步地有利于实现温度和压差之间的动态平衡，而且还可以对空气源热泵系统100形成保护，当其中一条工质分支管道1c出现问题时，另一条工质分支管道1c仍可继续工作。其中，在工质进口1a处可以设置有工质流量分配器1d，工质流量分配器1d用于分配和调节工质流量。
可选地，如图3所示，每条工质分支管道1c蜿蜒延伸。蜿蜒延伸的工质分支管道1c长度较大，这样可以有效增加工质管道1的换热面积和换热时间，从而可以进一步地提高工质管道1的换热效果。
具体地，热水管道2可以包括：热水进口2a、热水出口2b和偶数条热水分支管道2c，偶数条热水分支管道2c对称分布，而且偶数条热水分支管道2c共用热水进口2a和热水出口2b。例如，如图2所示，热水分支管道2c为两条，而且两个热水分支管道2c对称分布，由于两个热水分支管道2c共用一个热水进口2a和一个热水出口2b，这样两个热水分支管道2c的流向可以相反，从而可以进一步地有利于实现温度和压差之间的动态平衡，而且还可以对空气源热泵系统100形成保护，当其中一条热水分支管道2c出现问题时，另一条热水分支管道2c仍可继续工作。其中，在热水进口2a处可以设置有热水流量分配器2d，热水流量分配器2d用于分配和调节热水的流量。
可选地，如图3所示，每条热水分支管道2c蜿蜒延伸。蜿蜒延伸的热水分支管道2c长度较大，这样可以有效增加热水管道2的换热面积和换热时间，从而可以进一步地提高热水管道2的换热效果。
进一步地，工质管道1和热水管道2间隔开设置，而且工质管道1和热水管道2关于蒸发器10的中心对称设置。由此，蒸发器10整体布置较可靠，而且可以有利于工质管道1和热水管道2之间的换热。
其中，如图2所示，蒸发器10内还可以设置风机90，风机90可以位于靠近工质管道1的一侧，风机90可以形成从热水管道2向工质管道1流动的风，从而可以有利于热水管道2和工质管道1之间的换热，可以有利于提升蒸发器10的除霜能力。
根据本发明的一个具体实施例，如图1所示，蒸发器10还可以包括：霜层检测装置4，霜层检测装置4在翅片3上的霜层厚度达到预定厚度时传递向热水管道2供水的信号。由此，在外界环境温度较低且翅片3上的霜层厚度已经达到预定厚度时，霜层检测装置4传递出供水信号，这样热水管道2内供入废热水，废热水快速与翅片3进行换热，从而可以达到快速除霜效果。
其中，霜层检测装置4可以为激光传感器，激光传感器检测准确，从而可以有利于蒸发器10及时除霜，可以保证蒸发器10的工作稳定性。还有，激光传感器可以固定在蒸发器10的壳体上，工质管道1和热水管道2可以设置在壳体内。
根据本发明实施例的空气源热泵系统100，包括上述实施例的蒸发器10。如图1所示，空气源热泵系统100还可以包括：依次相连的气液分离器20、压缩机30、冷凝器40、储液罐50、干燥过滤器60和膨胀阀70，膨胀阀70与工质进口1a相连接，工质出口1b与气液分离器20相连接，从而可以形成循环回路。
下面详细描述一种根据本发明实施例的空气源热泵系统100的控制方法，该空气源热泵系统100为包括霜层检测装置4的空气源热泵系统100。
控制方法包括：第一工作模式：在霜层检测装置4检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：0＜d1＜d0时，热水管道2不供热水，在霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：d1≥d0时，热水管道2供入热水。也就是说，在翅片3已经结霜但是结霜厚度未达到预定值d0时，空气源热泵系统100仍能够继续工作，此时热水管道2不供入热水；当霜层厚度达到预定值d0时，将对空气源热泵系统100影响较大，此时，热水管道2内供入热水，热水可以快速与翅片3和工质管道1换热，从而可以快速除霜，进而可以保证空气源热泵系统100的工作稳定性。
其中，如图1所示，空气源热泵系统100还可以包括：环境温度传感器，环境温度传感器可以用于检测外界环境温度。
控制方法还包括：第二工作模式：在霜层检测装置4检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：d1＝0且环境温度传感器检测到的环境温度T1与预定值T0满足关系式：T1≥T0时，热水管道2不供热水。也就是说，在翅片3上未结霜且蒸发器10能够较好地工作时，此时无需热水管道2工作。
控制方法还可以包括：第三工作模式：在霜层检测装置4检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：0＜d1＜d0且环境温度传感器检测到的环境温度T1与预定值T0满足关系式：T1＜T0时，热水管道2供入热水。也就是说，即使在霜层厚度未达到预定值d0，但环境温度较低时，热水管道2供入废热水，这样热水管道2能够与工质管道1换热，从而可以提高工质管道1内的工质温度，进而可以提高空气源热泵系统100的工作稳定性。
需要说明的是，第一工作模式和第三工作模式可以彼此单独实施，即实施第一工作模式时不实施第三工作模式，实施第三工作模式时不实施第一工作模式。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (15)

1.一种空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，包括：
工质管道；
热水管道；
翅片，所述翅片连接在所述工质管道和所述热水管道之间，所述热水管道选择性地供入热水以去除所述翅片上的结霜。
2.根据权利要求1所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，所述工质管道与所述热水管道的流向相反。
3.根据权利要求1所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，所述工质管道和所述热水管道分别为对称结构。
4.根据权利要求3所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，所述工质管道包括：工质进口、工质出口和偶数条工质分支管道，所述偶数条工质分支管道对称分布且共用所述工质进口和所述工质出口。
5.根据权利要求4所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，每条所述工质分支管道蜿蜒延伸。
6.根据权利要求3所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，所述热水管道包括：热水进口、热水出口和偶数条热水分支管道，所述偶数条热水分支管道对称分布且共用所述热水进口和所述热水出口。
7.根据权利要求6所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，每条所述热水分支管道蜿蜒延伸。
8.根据权利要求3所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，所述工质管道和所述热水管道间隔开且关于所述蒸发器的中心对称设置。
9.根据权利要求1所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，还包括：霜层检测装置，所述霜层检测装置在所述翅片上的霜层厚度达到预定厚度时传递向所述热水管道供水的信号。
10.根据权利要求9所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，所述霜层检测装置为激光传感器。
11.根据权利要求1所述的空气源热泵系统的蒸发器，其特征在于，所述热水为废热水。
12.一种空气源热泵系统，其特征在于，包括根据权利要求1-11中任一项所述的空气源热泵系统的蒸发器。
13.一种空气源热泵系统的控制方法，其特征在于，所述空气源热泵系统包括权利要求9-10所述的蒸发器；
所述控制方法包括：
第一工作模式：在所述霜层检测装置检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：0＜d1＜d0时，所述热水管道不供热水，在霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：d1≥d0时，所述热水管道供入热水。
14.根据权利要求13所述的空气源热泵系统的控制方法，其特征在于，所述空气源热泵系统还包括：环境温度传感器；
所述控制方法还包括：
第二工作模式：在所述霜层检测装置检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：d1＝0且所述环境温度传感器检测到的环境温度T1与预定值T0满足关系式：T1≥T0时，所述热水管道不供热水。
15.根据权利要求14所述的空气源热泵系统的控制方法，其特征在于，
所述控制方法还包括：
第三工作模式：在所述霜层检测装置检测到的霜层厚度d1与预定值d0满足关系式：0＜d1＜d0且所述环境温度传感器检测到的环境温度T1与预定值T0满足关系式：T1＜T0时，所述热水管道供入热水。
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