CN109751723B - 一种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，所述热泵系统包括：压缩机(1)，室外换热器(6)，气液分离器(5)；且在所述室外换热器(6)和所述气液分离器(5)之间还连接设置有旁通支路(11)，且在所述旁通支路(11)上还设置有氟泵(8)和加热部件(9)和控制阀(7)，能够将室外换热器(6)中的制冷剂通过所述旁通支路(11)并被加热后而引入至所述压缩机(1)的吸气口。通过本发明能够在热泵开机时、压缩机启动时通过氟泵和控制阀、以及加热部件从室外换热器中将制冷剂泵出并进行加热作用送至压缩机的吸气口，使得进入压缩机吸气口的冷媒为气态冷媒，解决低温制热工况时压缩机启动运行冷媒流量较小，压缩机吸气压力低的技术问题。

Description

一种热泵系统及其控制方法

技术领域

本发明属于空调技术领域，具体涉及一种热泵系统及其控制方法。

背景技术

当前从小到大各类热泵空调装置的安装使用随处可见，在北方地区对机组的制热需求也越来越重要，但在低温制热运行时，几乎全部热泵机组都会出现很多其他工况下运行时不会出现的问题，例如：制热启动运行初期由于冷媒流量小和吸气压力低导致最常见的启动带液、四通阀换向异常、升温速度慢等，甚至还会出现压缩机无法启动等问题，这些问题轻则影响制热效果及人们的舒适性，重则会导致机组的寿命极大的缩短。现在厂家基本都在压缩机处增加电加热带，此举虽然可以增加压缩机内部的温度，但这种方式无法增加系统刚刚启动时冷媒流量小、系统内压力较低等现象，上述的问题依然无法很好地解决。

由于现有技术中的热泵机组在低温制热工况，压缩机刚启动运行时冷媒流量较小，压缩机吸气压力较低，制热量提升速度慢，甚至还会出现启动困难，启动带液，四通阀换向异常等恶劣情况等技术问题，因此本发明研究设计出一种热泵系统及其控制方法。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的热泵机组存在在低温制热工况时压缩机启动运行冷媒流量较小，压缩机吸气压力较低的缺陷，从而提供一种热泵系统及其控制方法。

本发明提供一种热泵系统，其包括：

压缩机，室外换热器，气液分离器；

且在所述室外换热器和所述气液分离器之间还连接设置有旁通支路，且在所述旁通支路上还设置有氟泵、加热部件和控制阀，能够将室外换热器中的制冷剂通过所述旁通支路并被加热后而引入至所述压缩机的吸气口。

优选地，

还包括四通阀，所述四通阀包括第一端、第二端、第三端和第四端，且所述第一端与所述压缩机的排气口连通、所述第二端与所述室外换热器连通，所述第三端与所述气液分离器连通。

优选地，

还包括室内换热器，且所述四通阀的所述第四端与所述室内换热器连通。

优选地，

所述四通阀的所述第三端与所述气液分离器之间通过管路连通，且所述旁通支路与所述管路相连通。

优选地，

所述管路与所述旁通支路相交于交点，且所述管路包括所述交点与所述第三端之间的第一管段和所述交点与所述气液分离器之间的第二管段，且在所述第一管段上设置有仅允许流体从所述第三端朝所述交点的方向流动的单向阀。

本发明还提供一种热泵系统的控制方法，其使用前任一项所述的热泵系统，在所述压缩机启动之前和启动后一段时间内对所述旁通支路进行控制、以对所述压缩机吸气口补入气态冷媒。

优选地，

检测步骤，用于检测热泵系统是否开机、环境温度T以及所述控制阀的开启时间、所述氟泵的开启时间、压缩机的开启时间以及四通阀的上电换向时间；

判断步骤，用于判断环境温度T是否小于预设温度T0，以及控制阀的开启时间是否达到第一预设时间n1，所述氟泵的开启时间是否达到第二预设时间n2、压缩机的开启时间是否达到第三预设时间n3以及四通阀的上电换向时间是否达到第四预设时间n4；

控制步骤，控制所述控制阀和/或所述氟泵和/或所述加热部件和/或压缩机进行开启或关闭的动作，和/或控制所述四通阀进行上电换向的动作。

优选地，

当所述检测步骤检测到热泵系统开机、且环境温度T大于预设温度T0，则所述控制步骤控制所述热泵系统正常制热运行；

当所述检测步骤检测到热泵系统开机、且环境温度T小于预设温度T0时，则所述控制步骤控制所述控制阀和所述加热部件打开、并且控制所述氟泵进行关闭的动作。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述控制阀打开第一预设时间n1后，所述控制步骤控制所述氟泵开启，并保持所述控制阀和所述加热部件打开。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述氟泵打开第二预设时间n2后，所述控制步骤控制所述压缩机打开、控制所述控制阀和所述氟泵关闭，并保持所述加热部件打开。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述压缩机启动第三预设时间n3后，所述控制步骤控制所述四通阀上电换向、并控制所述控制阀和所述氟泵打开，并保持所述加热部件打开。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述四通阀上电换向第四预设时间n4后，所述控制步骤控制所述控制阀、所述氟泵和所述加热部件均关闭，进入正常制热模式。

本发明提供的一种热泵系统及其控制方法具有如下有益效果：

1.本发明通过在热泵系统中的室外换热器和气液分离器之间增设一个旁通支路、以及在旁通支路上还设置有氟泵、加热部件和控制阀，能够在热泵开机时、压缩机启动时通过氟泵和控制阀从室外换热器中将制冷剂泵出至压缩机的吸气口、并在旁通支路上通过加热部件进行加热作用，使得泵送至压缩机吸气口的冷媒为气态冷媒，从而有效解决低温制热工况时压缩机启动运行冷媒流量较小，压缩机吸气压力较低的技术问题，使得冬季低温情况下，在压缩机制热启动前及运行达到稳定前开启氟泵和氟泵后的管路电加热，使沉积在换热器里的液态冷媒向压缩机方向流动，增大了冷媒流量和吸气压力；通过设置在氟泵后的管路电加热，使液态冷媒蒸发成过热气态，受氟泵的驱使流向气液分离器和压缩机，使气液分离器里沉积的液态冷媒受热蒸发，进一步增大了冷媒流量和吸气压力，并避免压缩机启动时吸气带液；可使热泵机组在低温制热时制热速度快，压机启动顺利，较大的冷媒流量和压力使四通阀顺利换向；

2.本发明在热泵机组低温制热时，在压缩机启动前打开电磁阀，开启氟泵，电加热工作，可使冷凝器及管路里的液态冷媒在氟泵的作用下流向压缩机吸气口，并在电加热的作用下蒸发为过热气态，使冷媒流量增大、吸气压力升高、制热速度快，并避免压机启动时吸气带液、四通阀换向异常、压机启动异常。

附图说明

图1是本发明的热泵系统的结构示意图；

图2是本发明的热泵系统的控制流程示意图。

图中附图标记表示为：

1、压缩机；2、四通阀；21、第一端；22、第二端；23、第三端；24、第四端；3、室内换热器；4、节流装置；5、气液分离器；6、室外换热器；7、控制阀；8、氟泵；9、加热部件；10、单向阀；11、旁通支路；12、管路；121、第一管段；122、第二管段；13、交点。

具体实施方式

如图1-2所示，本发明提供一种热泵系统，其包括：

压缩机1，室外换热器6，气液分离器5；

且在所述室外换热器6和所述气液分离器5之间还连接设置有旁通支路11，且在所述旁通支路11上还设置有氟泵8和加热部件9和控制阀7，能够将室外换热器6中的制冷剂通过所述旁通支路11并被加热后而引入至所述压缩机1的吸气口。

本发明通过在热泵系统中的室外换热器和气液分离器之间增设一个旁通支路、以及在旁通支路上还设置有氟泵、加热部件和控制阀，能够在热泵开机时、压缩机启动时通过氟泵和控制阀从室外换热器中将制冷剂泵出至压缩机的吸气口、并在旁通支路上通过加热部件进行加热作用，使得泵送至压缩机吸气口的冷媒为气态冷媒，从而有效解决低温制热工况时压缩机启动运行冷媒流量较小，压缩机吸气压力较低的技术问题，使得冬季低温情况下，在压缩机制热启动前及运行达到稳定前开启氟泵和氟泵后的管路电加热，使沉积在换热器里的液态冷媒向压缩机方向流动，增大了冷媒流量和吸气压力；通过设置在氟泵后的管路电加热，使液态冷媒蒸发成过热气态，受氟泵的驱使流向气液分离器和压缩机，使气液分离器里沉积的液态冷媒受热蒸发，进一步增大了冷媒流量和吸气压力，并避免压缩机启动时吸气带液；可使热泵机组在低温制热时制热速度快，压机启动顺利，较大的冷媒流量和压力使四通阀顺利换向，避免四通阀换向异常、压机启动异常。

优选地，

还包括四通阀2，所述四通阀2包括第一端21、第二端22、第三端23和第四端24，且所述第一端21与所述压缩机1的排气口连通、所述第二端22与所述室外换热器6连通，所述第三端23与所述气液分离器5连通。这是本发明的热泵系统的优选结构形式，通过四通阀的结构能够有效地实现制冷模式和制热模式之间的有效切换作用。

优选地，

还包括室内换热器3，且所述四通阀2的所述第四端24与所述室内换热器3连通。这是本发明的热泵系统的优选结构形式，通过室内换热器的结构并将其与四通阀连接能够有效地实现对室内进行制冷或制热的作用。

优选地，

所述四通阀2的所述第三端23与所述气液分离器5之间通过管路12连通，且所述旁通支路11与所述管路12相连通。这是本发明的旁通支路的优选连接形式，即旁通支路连通到四通阀和气液分离器之间的管路上、能够将旁通支路上的支路通过所述管路引入到压缩机的吸气口处，实现压缩机吸气口气态冷媒的提供，并且提高了吸气压力，保证了正常的冷媒吸入，防止吸气带液。

优选地，

所述管路12与所述旁通支路11相交于交点13，且所述管路12包括所述交点13与所述第三端23之间的第一管段121和所述交点13与所述气液分离器5之间的第二管段122，且在所述第一管段121上设置有仅允许流体从所述第三端23朝所述交点13的方向流动的单向阀10。通过在管路上位于四通阀和交点之间的第一管段上设置的单向阀，使得该处的冷媒只能从四通阀向交点的方向流过，即有效地防止从旁通支路的冷媒沿着管路、四通阀而返流至室外换热器中，而防止制冷剂无法正常地回到压缩机的吸气口处，保证了制冷剂回流补气的正常性和可靠性。

本发明还提供一种热泵系统的控制方法，其特征在于：

使用前任一项所述的热泵系统，在所述压缩机1启动之前和启动后一段时间内对所述旁通支路11进行控制、以对所述压缩机吸气口补入气态冷媒。

本发明的热泵控制方法，能够在热泵开机时、压缩机启动时通过氟泵和控制阀从室外换热器中将制冷剂泵出至压缩机的吸气口、并在旁通支路上通过加热部件进行加热作用，使得泵送至压缩机吸气口的冷媒为气态冷媒，从而有效解决低温制热工况时压缩机启动运行冷媒流量较小，压缩机吸气压力较低的技术问题，使得冬季低温情况下，在压缩机制热启动前及运行达到稳定前开启氟泵和氟泵后的管路电加热，使沉积在换热器里的液态冷媒向压缩机方向流动，增大了冷媒流量和吸气压力；通过设置在氟泵后的管路电加热，使液态冷媒蒸发成过热气态，受氟泵的驱使流向气液分离器和压缩机，使气液分离器里沉积的液态冷媒受热蒸发，进一步增大了冷媒流量和吸气压力，并避免压缩机启动时吸气带液；可使热泵机组在低温制热时制热速度快，压机启动顺利，较大的冷媒流量和压力使四通阀顺利换向，避免四通阀换向异常、压机启动异常。

优选地，

检测步骤，用于检测热泵系统是否开机、环境温度T以及所述控制阀的开启时间、所述氟泵的开启时间、压缩机的开启时间以及四通阀的上电换向时间；

判断步骤，用于判断环境温度T是否小于预设温度T0，以及控制阀的开启时间是否达到第一预设时间n1，所述氟泵的开启时间是否达到第二预设时间n2、压缩机的开启时间是否达到第三预设时间n3以及四通阀的上电换向时间是否达到第四预设时间n4；

控制步骤，控制所述控制阀和/或所述氟泵和/或所述加热部件和/或压缩机进行开启或关闭的动作，和/或控制所述四通阀进行上电换向的动作。

这是本发明的热泵系统控制方法的优选步骤，即通过检测热泵系统是否开机、环境温度T，以及所述控制阀的开启时间、所述氟泵的开启时间、压缩机的开启时间以及四通阀的上电换向时间，能够获得压缩机、控制阀、氟泵以及加热部件的具体操作步骤的前提条件，判断环境温度T是否小于预设温度T0，以及控制阀的开启时间是否达到第一预设时间n1，所述氟泵的开启时间是否达到第二预设时间n2、压缩机的开启时间是否达到第三预设时间n3以及四通阀的上电换向时间是否达到第四预设时间n4，能够对压缩机启动前对旁通支路进行预热、将制冷剂预热以保证进入压缩机中的冷媒为气态，并且在四通阀上电之前还需要一定的压缩机压力保证才能够正常的上电换向，此时则需要先将一部分气体补入压缩机吸气口中，为驱动四通阀上电换向提供条件，由于空调系统关闭时四通阀是失电状态、即压缩机出口通过四通阀是连接到室外换热器的(制冷模式)，因此要将其切换为制热模式、便需要先对四通阀进行上电换向，因此上述控制步骤能够有效实现压缩机在启动前和启动后压缩机吸气口气体冷媒的充分补入，实现正常的制热热泵的运行启动。

常规的热泵空调包含压缩机1、四通阀2、室内换热器3、节流装置4、气液分离器5、室外换热器6

常规的热泵空调制冷流程为：压缩机1→四通阀2→室外换热器6→节流装置4→室内换热器3→四通阀2→气液分离器5→压缩机。

常规的热泵空调制热流程分为两个步骤：先运行的第一个步骤同制冷流程，数秒后四通阀开启进行换向，转换成第二个步骤，即压缩机1→四通阀2→室内换热器3→节流装置4→室外换热器6→四通阀2→气液分离器5→压缩机。

常规的热泵空调在低温情况下未开机时，冷媒会迁移至室外换热器6和气液分离器5，并以液态的形式存在，所以刚开机制热四通阀换向前，压缩机从气液分离器5和第一换热器3处抽到的气态冷媒量比较少，可能会造成压缩机启动困难，四通阀换向异常；在四通阀换向后的一段时间里，冷媒还是以液态大量存在于室外换热器6和气液分离器5，导致压缩机抽到的气态冷媒量仍然较少，吸气压力较低，制热量提升速度很慢。

本发明的热泵系统增加了一条旁通支路11及在该管路上的电磁阀7、氟泵8和管路电加热9，并在连接四通阀和气液分离器的管路上如图所示位置增加单向阀10。

本发明的控制方法依据上述新增加的装置，针对易出现问题的低温制热工况进行全新的控制，对制冷工况和高温制热工况则不做改变。依据新增加的这些装置采用新的控制方法以解决低温制热刚运行时遇到的上述难题，控制流程图见图2所示，各步骤的说明及作用如下：

优选地，

当所述检测步骤检测到热泵系统开机、且环境温度T大于预设温度T0，则所述控制步骤控制所述热泵系统正常制热运行；

当所述检测步骤检测到热泵系统开机、且环境温度T小于预设温度T0时，则所述控制步骤控制所述控制阀和所述加热部件打开、并且控制所述氟泵进行关闭的动作。

制热开机时，若环境温度较高，则没有开启氟泵的必要，所以先检测环境条件是否为低温，即环境温度T是否小于T0，若不是低温环境，则热泵运行流程同常规的制热流程，若是低温环境、再进行本发明的旁通支路补给冷媒的控制流程。

并且若判断为低温环境，则开启控制阀7(优选电磁阀)和加热部件9(优选电加热)，对管路进行预热，以对冷媒进入压缩机吸气口之前起到加热的作用，提高了压缩机启动吸入气态冷媒的可能性。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述控制阀打开第一预设时间n1后，所述控制步骤控制所述氟泵开启，并保持所述控制阀和所述加热部件打开。预热经过时间n1后，氟泵8开启，将过热的气态冷媒送往气液分离器5和压缩机1，并使气液分离器5里的部分液态冷媒蒸发为气态冷媒，此步骤增大了压缩机开机时的冷媒流量和吸气压力，避免压缩机启动困难和启动带液，并因为较大的冷媒流量而使之后的四通阀2可以正常换向。而单向阀10则保证了氟泵输送的冷媒不会跑向室外换热器6。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述氟泵打开第二预设时间n2后，所述控制步骤控制所述压缩机打开、控制所述控制阀和所述氟泵关闭，并保持所述加热部件打开。

氟泵开启时间n2后，压缩机1开启，同时控制阀7和氟泵8关闭以避免压缩机1高低压串通、防止高低压串气，管路电加热(即加热部件9)保持开启、使得能够继续对旁通支路进行加热作用。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述压缩机启动第三预设时间n3后，所述控制步骤控制所述四通阀上电换向、并控制所述控制阀和所述氟泵打开，并保持所述加热部件打开。压缩机1开启时间n3后，四通阀2通电换向，同时电磁阀和氟泵再次开启，以增大压缩机的吸气压力和冷媒流量，提升压缩机的制热升温速度，此阶段针对压缩机制热初期不稳定的阶段、能够解决压缩机制热初期因低压过低，冷媒流量太小而造成的制热量偏低问题。

优选地，

当所述检测步骤检测到所述四通阀上电换向第四预设时间n4后，所述控制步骤控制所述控制阀、所述氟泵和所述加热部件均关闭，进入正常制热模式。四通阀2通电换向时间n4后，机组制热运行达到稳态，此时将电磁阀、氟泵和管路电加热三者同时关闭，使得热泵系统进入正常的制热状态中。

本发明在热泵空调里制热时为冷凝器的换热器出口和气液分离器之间增加一条冷媒管路(即旁通支路)，该冷媒管路上依次设置电磁阀、氟泵、管路电加热，并在四通阀和气液分离器之间如图所示的管路上设置一个单向阀来保证氟泵后的冷媒只能流向压缩机入口。

本发明还提供一种控制方法，在热泵机组低温制热时，在压缩机启动前打开电磁阀，开启氟泵，电加热工作，可使冷凝器及管路里的液态冷媒在氟泵的作用下流向压缩机吸气口，并在电加热的作用下蒸发为过热气态，使冷媒流量增大、吸气压力升高、制热速度快，并避免压机启动时吸气带液、四通阀换向异常、压机启动异常。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种热泵系统，其特征在于：包括：

压缩机(1)，室外换热器(6)，气液分离器(5)；

且在所述室外换热器(6)和所述气液分离器(5)之间还连接设置有旁通支路(11)，且在所述旁通支路(11)上还设置有氟泵(8)和加热部件(9)和控制阀(7)，能够将室外换热器(6)中的制冷剂通过所述旁通支路(11)并被加热后而引入至所述压缩机(1)的吸气口；通过设置在氟泵后的管路电加热，使液态冷媒蒸发成过热气态，受氟泵的驱使流向气液分离器和压缩机，使气液分离器里沉积的液态冷媒受热蒸发，进一步增大了冷媒流量和吸气压力。

2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于：

还包括四通阀(2)，所述四通阀(2)包括第一端(21)、第二端(22)、第三端(23)和第四端(24)，且所述第一端(21)与所述压缩机(1)的排气口连通、所述第二端(22)与所述室外换热器(6)连通，所述第三端(23)与所述气液分离器(5)连通。

3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：

还包括室内换热器(3)，且所述四通阀(2)的所述第四端(24)与所述室内换热器(3)连通。

4.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于：

所述四通阀(2)的所述第三端(23)与所述气液分离器(5)之间通过管路(12)连通，且所述旁通支路(11)与所述管路(12)相连通。

5.根据权利要求4所述的热泵系统，其特征在于：

所述管路(12)与所述旁通支路(11)相交于交点(13)，且所述管路(12)包括所述交点(13)与所述第三端(23)之间的第一管段(121)和所述交点(13)与所述气液分离器(5)之间的第二管段(122)，且在所述第一管段(121)上设置有仅允许流体从所述第三端(23)朝所述交点(13)的方向流动的单向阀(10)。

6.一种热泵系统的控制方法，其特征在于：

使用权利要求1-5中任一项所述的热泵系统，在所述压缩机(1)启动之前和启动后一段时间内对所述旁通支路(11)进行控制、以对所述压缩机吸气口补入气态冷媒。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：包括：

检测步骤，用于检测热泵系统是否开机、环境温度T以及所述控制阀的开启时间、所述氟泵的开启时间、压缩机的开启时间以及四通阀的上电换向时间；

判断步骤，用于判断环境温度T是否小于预设温度T0，以及控制阀的开启时间是否达到第一预设时间n1，所述氟泵的开启时间是否达到第二预设时间n2、压缩机的开启时间是否达到第三预设时间n3以及四通阀的上电换向时间是否达到第四预设时间n4；

控制步骤，控制所述控制阀和/或所述氟泵和/或所述加热部件和/或压缩机进行开启或关闭的动作，和/或控制所述四通阀进行上电换向的动作。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：

当所述检测步骤检测到热泵系统开机、且环境温度T大于预设温度T0，则所述控制步骤控制所述热泵系统正常制热运行；

当所述检测步骤检测到热泵系统开机、且环境温度T小于预设温度T0时，则所述控制步骤控制所述控制阀和所述加热部件打开、并且控制所述氟泵进行关闭的动作。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于：

当所述检测步骤检测到所述控制阀打开第一预设时间n1后，所述控制步骤控制所述氟泵开启，并保持所述控制阀和所述加热部件打开。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：

当所述检测步骤检测到所述氟泵打开第二预设时间n2后，所述控制步骤控制所述压缩机打开、控制所述控制阀和所述氟泵关闭，并保持所述加热部件打开。

11.根据权利要求10所述的控制方法，其特征在于：

当所述检测步骤检测到所述压缩机启动第三预设时间n3后，所述控制步骤控制所述四通阀上电换向、并控制所述控制阀和所述氟泵打开，并保持所述加热部件打开。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于：

当所述检测步骤检测到所述四通阀上电换向第四预设时间n4后，所述控制步骤控制所述控制阀、所述氟泵和所述加热部件均关闭，进入正常制热模式。

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