CN108019808A - 热泵系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵系统及其控制方法，包括室外机和室内机，所述室外机与所述室内机连通形成室内制冷管路，还包括换热器、生活热水换热管路和采暖换热管路，所述换热器并联与所述室内机的两端形成冷媒换热管路，且所述生活热水换热管路和所述采暖换热管路均与所述冷媒换热管路在所述换热器内热交换。本发明提供的热泵系统及其控制方法，通过将生活热水换热管路和采暖换热管路集中在一个换热器中换热，减小了热泵系统的体积，同时通过一个四通阀、一个节流装置和一个电磁阀开闭能够同时实现室内制冷、生活热水和采暖的单独工作或协同工作，解决了现有技术中的控制复杂的问题。

Description

热泵系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及换热设备技术领域，特别是一种热泵系统及其控制方法。

背景技术

当前热泵技术被越来越多地用于制取生活热水和用于采暖采暖中。制取生活热水一般使用一拖一的系统方案，即一台室外机连接一个水箱，该套系统的组成为：一个压缩机，作为热泵系统的驱动并为冷媒流动提供动力；一个空气侧换热器，又为蒸发器，用于吸收环境中的热量；一个冷凝器，用于将在环境中吸收到的热量释放到水箱中，给水箱中的水加热。同样的热泵原理，被用于采暖采暖中，但现有的将生活热水和采暖二合一系统中，均存在控制复杂、占用家庭空间等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，而提供一种将控制简单、占用空间小的热泵系统及其控制方法。

一种热泵系统，包括室外机和室内机，所述室外机与所述室内机连通形成室内制冷管路，还包括换热器、生活热水换热管路和采暖换热管路，所述换热器并联于所述室内机的两端以形成冷媒换热管路，且所述生活热水换热管路与所述冷媒换热管路在所述换热器内热交换，且所述采暖换热管路与所述冷媒换热管路在所述换热器内热交换。

所述热泵系统还包括水箱和采暖设备，所述水箱和所述换热器连通形成所述生活热水换热管路，所述采暖设备和所述换热器连通形成所述采暖换热管路。

所述室外机包括压缩机、四通阀、蒸发器和节流装置，所述四通阀的入口与所述压缩机的排气口连通，所述四通阀的第一出口与所述压缩机的回气口连通，所述蒸发器、所述节流装置和所述换热器依次连通的设置所述四通阀的第二出口和第三出口之间，所述室内机的一端与所述节流装置和所述蒸发器的中间位置连通，另一端与所述压缩机的入口连通。

所述水箱上设置有换热水出口和换热水进口，且所述换热水进口处于所述换热水出口上方，且所述换热水出口和所述换热水进口均与所述换热器连通形成所述生活热水换热管路。

所述水箱上还设置有冷水进口和热水出口，且所述热水出口处于所述冷水进口的上方。

所述换热水进口包括第一换热水进口和第二换热水进口，且所述第一换热水进口处于所述第二换热水进口上方，且所述第一换热水进口和所述第二换热水进口均与所述换热器连通。

所述采暖设备的数量为至少一个，所有所述采暖设备均并联设置与所述换热器上形成采暖换热管路。

所述采暖换热管路上还设置有短接支路，所述短接支路并联设置于所述采暖的两端。

所述室内机的数量为至少一个，且所有所述室内机并联设置于所述室外机上。

所述室内机包括室内换热器和室内节流装置，且所述室内节流装置通过所述室内换热器与所述压缩机连通。

所述室外机还包括电磁阀，所述电磁阀设置于所述节流装置和所述蒸发器之间，且所述室内机的一端与所述节流装置和所述电磁阀的中间位置连通。

所述热泵系统还包括第一水泵和第二水泵，所述第一水泵设置于所述生活热水换热管路中，所述第二水泵设置于采暖换热管路中。

所述室外机还包括单向阀，所述单向阀并联于所述电磁阀的两端，且所述单向阀的流向由所述蒸发器指向所述节流装置。

所述换热器为三重管换热器或串联式套管换热器或串联式板式换热器或高效罐。

一种上述的热泵系统的控制方法，包括：

空调制冷模式，压缩机通过四通阀与蒸发器连通，节流装置关闭，第一水泵、第二水泵关闭，室内节流装置打开，冷媒依次经过蒸发器和室内机换热后回流至压缩机中。

还包括：

空调制冷热回收模式，压缩机通过四通阀与换热器连通，节流装置、室内节流装置和第一水泵打开，第二水泵和电磁阀关闭，冷媒依次经过换热器和室内机后回流至压缩机中。

还包括：

制取生活热水模式，压缩机通过四通阀与换热器连通，节流装置、第一水泵和电磁阀打开，第二水泵和室内节流装置关闭，冷媒依次经过换热器和蒸发器后回流至压缩机中；

还包括：

采暖供暖模式，压缩机通过四通阀与换热器连通，节流装置、第二水泵和电磁阀打开，第一水泵和室内节流装置关闭，冷媒依次经过换热器和蒸发器后回流至压缩机中；

还包括：

制取生活热水和采暖供暖模式，压缩机通过四通阀与换热器连通，节流装置、第一水泵、第二水泵和电磁阀打开，室内节流装置关闭，冷媒依次经过换热器和蒸发器后回流至压缩机中。

在第一水泵打开时：

1)获得用户设定的水箱设定温度，检测水箱内的水温，并比较水温和水箱设定温度；

2)若水温低于水箱设定温度，则第二换热水进口打开，第一换热水进口关闭。

在制取生活热水和采暖供暖模式中，若生活热水的负载量大于室外机的输出量，则打开短接支路。

本发明提供的热泵系统及其控制方法，通过将生活热水换热管路和采暖换热管路集中在一个换热器中换热，减小了热泵系统的体积，同时通过一个四通阀、一个节流装置和一个电磁阀开闭能够同时实现室内制冷、生活热水和采暖的单独工作或协同工作，解决了现有技术中的控制复杂的问题。

附图说明

图1为本发明提供的热泵系统及其控制方法的热泵系统的结构示意图；

图中：

1、室外机；2、室内机；3、换热器；4、生活热水换热管路；5、采暖换热管路；6、冷媒换热管路；41、水箱；51、采暖设备；11、压缩机；12、四通阀；13、蒸发器；14、节流装置；411、换热水出口；412、换热水进口；413、冷水进口；414、热水出口；4121、第一换热水进口；4122、第二换热水进口；52、短接支路；21、室内换热器；22、室内节流装置；15、电磁阀；16、单向阀；42、第一水泵；53、第二水泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的热泵系统，包括室外机1和室内机2，所述室外机1与所述室内机2连通形成室内制冷管路，还包括换热器3、生活热水换热管路4和采暖换热管路5，所述换热器3并联于所述室内机2的两端以形成冷媒换热管路6，且所述生活热水换热管路4与所述冷媒换热管路6在所述换热器3内热交换，且所述采暖换热管路5与所述冷媒换热管路6在所述换热器3内热交换，通过一个换热器3能够同时为所述生活热水换热管路4和所述采暖换热管路5进行换热，也即实现利用一个换热器3同时达到制取生活热水和采暖供暖的目的。

所述热泵系统还包括水箱41和采暖设备51，所述水箱41和所述换热器3连通形成所述生活热水换热管路4，所述采暖设备51和所述换热器3连通形成所述采暖换热管路5，所述水箱41储存生活热水，所述采暖设备51为室内进行制热。

所述室外机1包括压缩机11、四通阀12、蒸发器13和节流装置14，所述四通阀12的入口与所述压缩机11的排气口连通，所述四通阀12的第一出口与所述压缩机11的回气口连通，所述蒸发器13、所述节流装置14和所述换热器3依次连通的设置所述四通阀12的第二出口和第三出口之间，所述室内机2的一端与所述节流装置14和所述蒸发器13的中间位置连通，另一端与所述压缩机11的入口连通，通过对四通阀12的入口与第二出口和第三出口的连通变化，实现热泵系统的多种工作模式。

所述水箱41上设置有换热水出口411和换热水进口412，且所述换热水进口412处于所述换热水出口411上方，且所述换热水出口411和所述换热水进口412均与所述换热器3连通形成所述生活热水换热管路4，由于水的自然分层原理，冷水均集中在水箱41底部，热水集中在水箱41上部，换热水出口411能够直接将换热后的生活热水送至所述水箱41的上部，保证水箱41的出水温度为一定温度的生活热水。

所述水箱41上还设置有冷水进口413和热水出口414，且所述热水出口414处于所述冷水进口413的上方，所述水箱41通过冷水进口413为水箱41补水，并且将热水出口414设置在冷水进口413的上方，能够充分利用水自然分层原理，保证由所述热水出口414流出的水温为具有一定温度的生活热水。

所述换热水进口412包括第一换热水进口4121和第二换热水进口4122，且所述第一换热水进口4121处于所述第二换热水进口4122上方，且所述第一换热水进口4121和所述第二换热水进口4122均与所述换热器3连通，在热泵系统启动过程中或启动一定时间内，换热器3的换热能力低，不足以制取一定温度的生活热水，此时将第二换热水进口4122打开，使经过换热器3换热后的中温热水流至水箱41的中部，进而不影响用户用水，当换热器3的换热能力稳定后，能够根据用户需求选择第一换热水进口4121打开或第二换热水进口4122打开或第一换热水进口4121和第二换热水进口4122同时打开。

所述采暖设备51的数量为至少一个，所有所述采暖设备均并联设置与所述换热器3上形成采暖换热管路5，所述采暖设备51为采暖管，且根据用户需求能够分别设置在同一房间或不同房间内。

所述采暖换热管路5上还设置有短接支路52，所述短接支路52并联设置于所述采暖的两端，在生活热水的负载量大于或等于热泵系统的输出量时，短接支路52打开，优选保证用户的生活热水使用需求，并且根据短接支路52的开启程度，达到对采暖设备的暂停换热或低功率换热，当生活用水的负载量小于热泵系统的输出量时，短接支路52的开启程度调小，逐步恢复采暖设备的换热。

所述室内机2的数量为至少一个，且所有所述室内机2并联设置于所述室外机1上。

所述室内机2包括室内换热器21和室内节流装置22，且所述室内节流装置22通过所述室内换热器21与所述压缩机11连通，冷媒在流入室内机2时，先经过室内节流装置22的节流作用后在流至室内换热器21内进行制冷。

所述室外机1还包括电磁阀15，所述电磁阀15设置于所述节流装置14和所述蒸发器13之间，且所述室内机2的一端与所述节流装置14和所述电磁阀15的中间位置连通，通过电磁阀15，能够控制冷媒是否经过蒸发器13，若电磁阀15处于关闭状态时，冷媒在经过换热器3后流至室内机2中进行制冷。

所述热泵系统还包括第一水泵42和第二水泵53，所述第一水泵42设置于所述生活热水换热管路4中使水箱41中的冷水流至换热器3内进行换热，所述第二水泵53设置于采暖换热管路5中使采暖设备中的冷媒进入换热器3中进行循环换热。

所述室外机1还包括单向阀16，所述单向阀16并联于所述电磁阀15的两端，且所述单向阀16的流向由所述蒸发器13指向所述节流装置14，其中单向阀16也可以为电磁阀15，通过设置单向阀16，能够减少电磁阀15的开启次数，增加热泵系统的使用寿命。

所述换热器3为三重管换热器或串联式套管换热器或串联式板式换热器或高效罐，也即通过换热器3能够同时对两个换热管路进行加热。

优选的，所述压缩机11为变频压缩机，通过获取用户设定水温或采暖温度，实时调节压缩机11频率，确保压缩机11功率的输出量可以满足用户生活热水的负载量和采暖热量供应量，及时补充热量保证用户用水量和采暖需求，增加换热效率。

优选的，所述节流装置14和室内节流装置22均为电子膨胀阀。

一种上述的热泵系统的控制方法，包括：

空调制冷模式，压缩机11通过四通阀12与蒸发器13连通，节流装置14关闭，第一水泵42、第二水泵53关闭，室内节流装置22打开，冷媒依次经过蒸发器13和室内机2换热后回流至压缩机11中，其中室内节流装置22处于PI控制模式。

还包括：

空调制冷热回收模式，压缩机11通过四通阀12与换热器3连通，节流装置14、室内节流装置22和第一水泵42打开，第二水泵53和电磁阀15关闭，冷媒依次经过换热器3和室内机2后回流至压缩机11中，其中室内节流装置22处于PI控制模式。

还包括：

制取生活热水模式，压缩机11通过四通阀12与换热器3连通，节流装置14、第一水泵42和电磁阀15打开，第二水泵53和室内节流装置22关闭，冷媒依次经过换热器3和蒸发器13后回流至压缩机11中；

还包括：

采暖供暖模式，压缩机11通过四通阀12与换热器3连通，节流装置14、第二水泵53和电磁阀15打开，第一水泵42和室内节流装置22关闭，冷媒依次经过换热器3和蒸发器13后回流至压缩机11中；

还包括：

制取生活热水和采暖供暖模式，压缩机11通过四通阀12与换热器3连通，节流装置14、第一水泵42、第二水泵53和电磁阀15打开，室内节流装置22关闭，冷媒依次经过换热器3和蒸发器13后回流至压缩机11中。

在第一水泵42打开时，也即在具有制取生活热水过程的所有模式中

1)获得用户设定的水箱41设定温度，检测水箱41内的水温，并比较水温和水箱41设定温度；

2)若水温低于水箱41设定温度，则第二换热水进口4122打开，第一换热水进口4121关闭。

为了不影响用户生活热水的使用，通过第二换热水进口4122将这些中温水输送至水箱41中部，并在系统稳定运行时，将第一换热水进口4121打开，使用户直接使用换热后的生活热水。

在制取生活热水和采暖供暖模式中，若生活热水的负载量大于室外机1的输出量，则打开短接支路52，优先满足用户的生活热水的使用需求。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (19)

1.一种热泵系统，包括室外机(1)和室内机(2)，所述室外机(1)与所述室内机(2)连通形成室内制冷管路，其特征在于：还包括换热器(3)、生活热水换热管路(4)和采暖换热管路(5)，所述换热器(3)与所述室外机(1)连通形成冷媒换热管路(6)，且所述生活热水换热管路(4)与所述冷媒换热管路(6)在所述换热器(3)内热交换，且所述采暖换热管路(5)与所述冷媒换热管路(6)在所述换热器(3)内热交换。

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水箱(41)和采暖设备(51)，所述水箱(41)和所述换热器(3)连通形成所述生活热水换热管路(4)，所述采暖设备(51)和所述换热器(3)连通形成所述采暖换热管路(5)。

3.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：所述室外机(1)包括压缩机(11)、四通阀(12)、蒸发器(13)、节流装置(14)、电磁阀(15)和单向阀(16)，所述四通阀(12)的入口与所述压缩机(11)的排气口连通，所述四通阀(12)的第一出口与所述压缩机(11)的回气口连通，所述蒸发器(13)、所述节流装置(14)和所述换热器(3)依次连通的设置所述四通阀(12)的第二出口和第三出口之间，所述室内机(2)的一端与所述节流装置(14)和所述蒸发器(13)的中间位置连通，另一端与所述压缩机(11)的入口连通，所述电磁阀(15)设置于所述节流装置(14)和所述蒸发器(13)之间，且所述室内机(2)的一端与所述节流装置(14)和所述电磁阀(15)的中间位置连通，所述单向阀(16)并联于所述电磁阀(15)的两端，且所述单向阀(16)的流向由所述蒸发器(13)指向所述节流装置(14)。

4.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：所述水箱(41)上设置有换热水出口(411)和换热水进口(412)，且所述换热水进口(412)处于所述换热水出口(411)上方，且所述换热水出口(411)和所述换热水进口(412)均与所述换热器(3)连通形成所述生活热水换热管路(4)。

5.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：所述水箱(41)上还设置有冷水进口(413)和热水出口(414)，且所述热水出口(414)处于所述冷水进口(413)的上方。

6.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：所述换热水进口(412)包括第一换热水进口(4121)和第二换热水进口(4122)，且所述第一换热水进口(4121)处于所述第二换热水进口(4122)上方，且所述第一换热水进口(4121)和所述第二换热水进口(4122)均与所述换热器(3)连通。

7.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：所述采暖设备(51)的数量为至少一个，所有所述采暖设备(51)设备均并联设置与所述换热器(3)上形成采暖换热管路(5)。

8.根据权利要求7所述的热泵系统，其特征在于：所述采暖换热管路(5)上还设置有短接支路(52)，所述短接支路(52)并联设置于所述采暖设备(51)的两端。

9.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：所述室内机(2)的数量为至少一个，且所有所述室内机(2)并联设置于所述室外机(1)上。

10.根据权利要求1、2或9所述的热泵系统，其特征在于：所述室内机(2)包括室内换热器(21)和室内节流装置(22)，且所述室内节流装置(22)通过所述室内换热器(21)与所述压缩机(11)连通。

11.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一水泵(42)和第二水泵(53)，所述第一水泵(42)设置于所述生活热水换热管路(4)中，所述第二水泵(53)设置于采暖换热管路(5)中。

12.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：所述换热器(3)为三重管换热器或串联式套管换热器或串联式板式换热器或高效罐。

13.一种权利要求1-12中任一项所述的热泵系统的控制方法，其特征在于：包括：

空调制冷模式，压缩机(11)通过四通阀(12)与蒸发器(13)连通，节流装置(14)关闭，第一水泵(42)、第二水泵(53)关闭，室内节流装置(22)打开，冷媒依次经过蒸发器(13)和室内机(2)换热后回流至压缩机(11)中。

14.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：还包括：

空调制冷热回收模式，压缩机(11)通过四通阀(12)与换热器(3)连通，节流装置(14)、室内节流装置(22)和第一水泵(42)打开，第二水泵(53)和电磁阀(15)关闭，冷媒依次经过换热器(3)和室内机(2)后回流至压缩机(11)中。

15.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：还包括：

制取生活热水模式，压缩机(11)通过四通阀(12)与换热器(3)连通，节流装置(14)、第一水泵(42)和电磁阀(15)打开，第二水泵(53)和室内节流装置(22)关闭，冷媒依次经过换热器(3)和蒸发器(13)后回流至压缩机(11)中。

16.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：还包括：

采暖供暖模式，压缩机(11)通过四通阀(12)与换热器(3)连通，节流装置(14)、第二水泵(53)和电磁阀(15)打开，第一水泵(42)和室内节流装置(22)关闭，冷媒依次经过换热器(3)和蒸发器(13)后回流至压缩机(11)中。

17.根据权利要求13所述的控制方法，其特征在于：还包括：

制取生活热水和采暖供暖模式，压缩机(11)通过四通阀(12)与换热器(3)连通，节流装置(14)、第一水泵(42)、第二水泵(53)和电磁阀(15)打开，室内节流装置(22)关闭，冷媒依次经过换热器(3)和蒸发器(13)后回流至压缩机(11)中。

18.根据权利要求14、15或17中任一项所述的控制方法，其特征在于：在第一水泵(42)打开时：

1)获得用户设定的水箱(41)设定温度，检测水箱(41)内的水温，并比较水温和水箱(41)设定温度；

2)若水温低于水箱(41)设定温度，则第二换热水进口(4122)打开，第一换热水进口(4121)关闭。

19.根据权利要求15或16所述的控制方法，其特征在于：在制取生活热水或采暖供暖模式中，若生活热水的负载量大于室外机(1)的输出量，则打开短接支路(52)。