CN110398086A - 一种双热源的空调热泵系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双热源的空调热泵系统及其控制方法，所述系统至少包括压缩机、四通阀、第一换热器、室外换热器、第一电子膨胀阀、第二换热器、第二电子膨胀阀、太阳能集热器、蓄热箱。本发明的有益效果在于，通过改变系统的流程和控制策略实现热泵系统双热源的利用模式，合理利用太阳能和空气源的资源，最大限度的减少热泵功耗。增加蓄热体解决换热器结霜和化霜问题，保证冬季供暖的稳定性和舒适性。设计制冷模式热回收功能，对生活用水进行预热，提供热泵系统综合运行能效。
Description
技术领域
本发明涉及空调热泵领域，尤其涉及一种双热源的空调热泵系统。
背景技术
随着传统化石能源的不断消耗与环境保护的意识愈加强烈，空气能和太阳能作为一种可再生能源已逐步得到各界人士的重视。空气源热泵具有普适性的特点，能够在不同的气候条件下使用，但是对于寒冷地区空气源热泵的制热能力会出现大幅度的衰减，同时结霜和化霜问题也是限值空气源热泵在寒冷地区推广的一大难题。太阳能是最为经济的可再生能源之一，但是太阳能具有间歇性的特征，无法保证热量的稳定提供。本发明提出了一种双源热泵系统结合两种热源的优势，通过独有的控制策略实现系统的最佳节能运行模式，同时提出了一种蓄热化霜模式，解决了传统空气源热泵化霜时室内温度下降，导致用户不舒适的问题。
发明内容
鉴于现有技术的不足，可以总结得出：
1、如何在一套系统中实现双热源温度的功能设计和控制策略
2、如何利用太阳能和蓄热水箱解决室外换热器的结霜和化霜问题
3、如何实现制冷模式下，对排气进行热回收并转换为生活热水
针对上述现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种双热源的空调热泵系统，通过改变系统的流程和控制策略实现热泵系统双热源的利用模式，合理利用太阳能和空气源的资源，最大限度的减少热泵功耗。增加蓄热体解决换热器结霜和化霜问题，保证冬季供暖的稳定性和舒适性。设计制冷模式热回收功能，对生活用水进行预热，提供热泵系统综合运行能效。
具体的说：
本发明采用双蒸发器串联的形式，通过阀门的控制实现多种运行模式。
本发明采用双蒸发器串联的形式，通过将调节室外风机的转速调为0和阀门的控制，来实现化霜功能。
本发明采用双蒸发器串联的形式，通过控制蓄热箱的温度以及阀门的控制实现热回收的功能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双热源的空调热泵系统，所述系统包括压缩机、四通阀、第一换热器、室外换热器、第一电子膨胀阀、第二换热器、第二电子膨胀阀、太阳能集热器、蓄热箱；其中，所述压缩机的一路与所述四通阀的第一路连接，所述压缩机的另一路与所述四通阀的第三路连接，所述室外换热器的一路与所述四通阀的第四路连接，所述室外换热器的另一路与所述第一换热器连接，所述第一换热器第另一路与所述蓄热箱、所述太阳能集热器串联连接，所述第一换热器的再一路与所述第二换热器的一路接连，所述第二换热器的另一路与所述四通阀的第二路连接；所述第一电子膨胀阀的一路连接于所述室外换热器与所述第一换热器之间，所述第一电子膨胀阀另一路连接于所述第一换热器与所述第二换热器之间；所述第二电子膨胀阀设置于所述第一换热器与所述第二换热器之间。
需要说明的是，还包括末端，所述末端与所述第二换热器连接。
需要说明的是，还包括第一水泵与第二水泵，其中，所述第一水泵设置于第一换热器与所述蓄热箱之间，所述第二水泵设置于所述蓄热水箱与太阳能集热器之间。
需要说明的是，还包括第三水泵，所述第三水泵设置于所述末端与所述第二换热器之间。
需要说明的是，还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀与第四电磁阀，其中，所述第一电磁阀设置于所述第一换热器与所述第二电子膨胀阀之间，所述第二电磁阀设置于所述第一电子膨胀阀与所述室外换热器、所述第一换热器的连接通路上；所述第三电磁阀设置于所述所述室外换热器与所述第一换热器之间；所述第四电磁阀的一路连接于所述室外换热器与所述四通阀的连接通路上，所述第四电磁阀的另一路连接于所述所述室外换热器与所述第一换热器之间。
进一步的，作为对本发明的双热源的空调热泵系统的控制方法，本发明的系统还具有制热工况与制冷工况可选；其中，当在所述制热工况中包括采用空气源进行供热模式、采用太阳能进行供热模式以及蓄热化霜模式；当在制冷工况包括单独制冷模式、制冷热回收模式。
需要说明的是，所述采用空气源进行供热模式包括以下方式：调节第二电子膨胀阀的步数为0，关闭第一电磁阀、第四电磁阀，打开第二电磁阀、第三电磁阀；当高温高压的排气经过压缩机进入第二换热器进行放热冷凝为高温液体进过第一电子膨胀阀进行节流降压进入室外换热器中吸收室外环境的热量蒸发为低压气体进入压缩机吸气。
需要说明的是，所述采用太阳能进行供热模式包括以下方式：调节第一电子膨胀阀的步数为0，关闭第二电磁阀、第三电磁阀，打开第一电磁阀、第四电磁阀；太阳能集热器中的冷却水吸收太阳能，温度升高，将这部分提升的热量储存在蓄热箱中作为第一换热器的热源。当热泵启动时，高温高压的排气经过压缩机进入第二换热器进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀进行节流降压进入第一换热器中蓄热箱的热量蒸发为低压气体进入压缩机吸气。
需要说明的是，所述蓄热化霜模式包括以下方式：调节第一电子膨胀阀的步数为0，关闭第二电磁阀、第四电磁阀，打开第一电磁阀、第三电磁阀，调节室外风机转速为0；当时室外换热器结满霜时，运行蓄热化霜模式，高温高压的排气经过压缩机进入第二换热器进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀进行节流降压进入第一换热器中蓄热箱的热量蒸发为低压气体，然后进入室外换热器放热化霜，再进入压缩机吸气。
需要说明的是，所述单独制冷模式包括以下方式：调节第二电子膨胀阀的步数为0，关闭第一电磁阀、第四电磁阀，打开第二电磁阀、第三电磁阀；高温高压的排气经过压缩机进入室外换热器进行放热冷凝为高温液体进过第一电子膨胀阀进行节流降压进入第二换热器中吸收室外环境的热量蒸发为低压气体进入压缩机吸气。
需要说明的是，所述制冷热回收模式包括以下方式：调节第一电子膨胀阀的步数为0，关闭第二电磁阀、第三电磁阀，打开第一电磁阀、第四电磁阀；当检测蓄热箱的温度低于30℃时，启动制冷热回收模式，高温高压的排气经过压缩机进入第一换热器进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀进行节流降压进入第二换热器中蒸发为低压气体进入压缩机吸气；当检测蓄热箱的温度高于40℃时，关闭制冷热回收模式
本发明的有益效果在于，通过改变系统的流程和控制策略实现热泵系统双热源的利用模式，合理利用太阳能和空气源的资源，最大限度的减少热泵功耗。增加蓄热体解决换热器结霜和化霜问题，保证冬季供暖的稳定性和舒适性。设计制冷模式热回收功能，对生活用水进行预热，提供热泵系统综合运行能效。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
如图1所示，本发明为一种双热源的空调热泵系统，所述系统包括压缩机1、四通阀2、第一换热器3、室外换热器4、第一电子膨胀阀5、第二换热器6、第二电子膨胀阀7、太阳能集热器8、蓄热箱9；其中，所述压缩机1的一路与所述四通阀2的第一路连接，所述压缩机1的另一路与所述四通阀2的第三路连接，所述室外换热器4的一路与所述四通阀2的第四路连接，所述室外换热器4的另一路与所述第一换热器3连接，所述第一换热器3第另一路与所述蓄热箱9、所述太阳能集热器8串联连接，所述第一换热器3的再一路与所述第二换热器6的一路接连，所述第二换热器6的另一路与所述四通阀2的第二路连接；所述第一电子膨胀阀5的一路连接于所述室外换热器4与所述第一换热器3之间，所述第一电子膨胀阀5另一路连接于所述第一换热器3与所述第二换热器6之间；所述第二电子膨胀阀7设置于所述第一换热器3与所述第二换热器6之间。
进一步的，如图1所示，还包括末端10，所述末端10与所述第二换热器6连接。
进一步的，如图1所示，还包括第一水泵12与第二水泵13，其中，所述第一水泵12设置于第一换热器3与所述蓄热箱9之间，所述第二水泵13设置于所述蓄热水箱9与太阳能集热器8之间。
进一步的，如图1所示，还包括第三水泵11，所述第三水泵11设置于所述末端10与所述第二换热器6之间。
进一步的，如图1所示，还包括第一电磁阀V1、第二电磁阀V2、第三电磁阀V3与第四电磁阀V4，其中，所述第一电磁阀V1设置于所述第一换热器3与所述第二电子膨胀阀7之间，所述第二电磁阀V2设置于所述第一电子膨胀阀5与所述室外换热器4、所述第一换热器3的连接通路上；所述第三电磁阀V3设置于所述所述室外换热器4与所述第一换热器3之间；所述第四电磁阀V4的一路连接于所述室外换热器4与所述四通阀2的连接通路上，所述第四电磁阀V4的另一路连接于所述室外换热器4与所述第一换热器3之间。
实施例
需要说明的是，本发明为一种双热源的空调热泵系统，因此，本实施例中将结合附图对下列优选工况加以说明本发明的优点，但并不代表对本发明的限制。
结合图1说明：
1、制热工况:
如图1所示，模式一：只采用空气源进行供热
控制方法：调节第二电子膨胀阀7的步数为0，关闭第一电磁阀V1、第四电磁阀V4，打开第二电磁阀V2、第三电磁阀V3。
工作流程：高温高压的排气经过压缩机1进入第二换热器6进行放热冷凝为高温液体进过第一电子膨胀阀5进行节流降压进入室外换热器4中吸收室外环境的热量蒸发为低压气体进入压缩机1吸气。
如图1所示，模式二：只采用太阳能进行供热
控制方法：调节第一电子膨胀阀5的步数为0，关闭第二电磁阀V2、第三电磁阀V3，打开第一电磁阀V1、第四电磁阀V4。
工作流程：太阳能集热器8中的冷却水吸收太阳能，温度升高，将这部分提升的热量储存在蓄热箱9中作为第一换热器3的热源。当热泵启动时，高温高压的排气经过压缩机1进入第二换热器6进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀7进行节流降压进入第一换热器3中蓄热箱9的热量蒸发为低压气体进入压缩机1吸气。
如图1所示，模式三：蓄热化霜
控制方法：调节第一电子膨胀阀5的步数为0，关闭第二电磁阀V2、第四电磁阀V4，打开第一电磁阀V1、第三电磁阀V3，调节室外风机转速为0。
工作流程：当时室外换热器4结满霜时，运行蓄热化霜模式，高温高压的排气经过压缩机1进入第二换热器6进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀7进行节流降压进入第一换热器3中蓄热箱9的热量蒸发为低压气体，然后进入室外换热器4放热化霜，再进入压缩机1吸气。(由于蓄热箱的温度高于30℃，所以可以保证低压侧的饱和温度在10℃以上，因此能够实现化霜的作用)。
二、制冷工况
如图1所示，模式四：单独制冷
控制方法：调节第二电子膨胀阀7的步数为0，关闭第一电磁阀V1、第四电磁阀V4，打开第二电磁阀V2、第三电磁阀V3。
工作流程：高温高压的排气经过压缩机1进入室外换热器4进行放热冷凝为高温液体进过第一电子膨胀阀5进行节流降压进入第二换热器6中吸收室外环境的热量蒸发为低压气体进入压缩机1吸气。
如图1所示，模式五：制冷热回收
控制方法：调节第一电子膨胀阀5的步数为0，关闭第二电磁阀V2、第三电磁阀V3，打开第一电磁阀V1、第四电磁阀V4。
当检测蓄热箱9的温度低于30℃时，启动制冷热回收模式，高温高压的排气经过压缩机1进入第一换热器3进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀7进行节流降压进入第二换热器6中蒸发为低压气体进入压缩机1吸气。当检测蓄热箱9的温度高于40℃时，关闭制冷热回收模式。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种双热源的空调热泵系统，其特征在于，所述系统包括压缩机、四通阀、第一换热器、室外换热器、第一电子膨胀阀、第二换热器、第二电子膨胀阀、太阳能集热器、蓄热箱；其中，所述压缩机的一路与所述四通阀的第一路连接，所述压缩机的另一路与所述四通阀的第三路连接，所述室外换热器的一路与所述四通阀的第四路连接，所述室外换热器的另一路与所述第一换热器连接，所述第一换热器第另一路与所述蓄热箱、所述太阳能集热器串联连接，所述第一换热器的再一路与所述第二换热器的一路接连，所述第二换热器的另一路与所述四通阀的第二路连接；所述第一电子膨胀阀的一路连接于所述室外换热器与所述第一换热器之间，所述第一电子膨胀阀另一路连接于所述第一换热器与所述第二换热器之间；所述第二电子膨胀阀设置于所述第一换热器与所述第二换热器之间。
2.根据权利要求1所述的双热源的空调热泵系统，其特征在于，还包括末端，所述末端与所述第二换热器连接。
3.根据权利要求1所述的双热源的空调热泵系统，其特征在于，还包括第一水泵与第二水泵，其中，所述第一水泵设置于第一换热器与所述蓄热箱之间，所述第二水泵设置于所述蓄热水箱与太阳能集热器之间。
4.根据权利要求2所述的双热源的空调热泵系统，其特征在于，还包括第三水泵，所述第三水泵设置于所述末端与所述第二换热器之间。
5.根据权利要求1所述的双热源的空调热泵系统，其特征在于，还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀与第四电磁阀，其中，所述第一电磁阀设置于所述第一换热器与所述第二电子膨胀阀之间，所述第二电磁阀设置于所述第一电子膨胀阀与所述室外换热器、所述第一换热器的连接通路上；所述第三电磁阀设置于所述所述室外换热器与所述第一换热器之间；所述第四电磁阀的一路连接于所述室外换热器与所述四通阀的连接通路上，所述第四电磁阀的另一路连接于所述所述室外换热器与所述第一换热器之间。
6.一种如权利要求1所述的双热源的空调热泵系统的控制方法，其特征在于，所述系统具有制热工况与制冷工况可选；其中，当在所述制热工况中包括采用空气源进行供热模式、采用太阳能进行供热模式以及蓄热化霜模式；当在制冷工况包括单独制冷模式、制冷热回收模式。
7.根据权利要求6所述的双热源的空调热泵系统的控制方法，其特征在于，所述采用空气源进行供热模式包括以下方式：调节第二电子膨胀阀的步数为0，关闭第一电磁阀、第四电磁阀，打开第二电磁阀、第三电磁阀；当高温高压的排气经过压缩机进入第二换热器进行放热冷凝为高温液体进过第一电子膨胀阀进行节流降压进入室外换热器中吸收室外环境的热量蒸发为低压气体进入压缩机吸气。
8.根据权利要求6所述的双热源的空调热泵系统的控制方法，其特征在于，所述采用太阳能进行供热模式包括以下方式：调节第一电子膨胀阀的步数为0，关闭第二电磁阀、第三电磁阀，打开第一电磁阀、第四电磁阀；太阳能集热器中的冷却水吸收太阳能，温度升高，将这部分提升的热量储存在蓄热箱中作为第一换热器的热源；当热泵启动时，高温高压的排气经过压缩机进入第二换热器进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀进行节流降压进入第一换热器中蓄热箱的热量蒸发为低压气体进入压缩机吸气。
9.根据权利要求6所述的双热源的空调热泵系统的控制方法，其特征在于，所述蓄热化霜模式包括以下方式：调节第一电子膨胀阀的步数为0，关闭第二电磁阀、第四电磁阀，打开第一电磁阀、第三电磁阀，调节室外风机转速为0；当时室外换热器结满霜时，运行蓄热化霜模式，高温高压的排气经过压缩机进入第二换热器进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀进行节流降压进入第一换热器中蓄热箱的热量蒸发为低压气体，然后进入室外换热器放热化霜，再进入压缩机吸气。
10.根据权利要求6所述的双热源的空调热泵系统的控制方法，其特征在于，所述单独制冷模式包括以下方式：调节第二电子膨胀阀的步数为0，关闭第一电磁阀、第四电磁阀，打开第二电磁阀、第三电磁阀；高温高压的排气经过压缩机进入室外换热器进行放热冷凝为高温液体进过第一电子膨胀阀进行节流降压进入第二换热器中吸收室外环境的热量蒸发为低压气体进入压缩机吸气。
11.根据权利要求6所述的双热源的空调热泵系统的控制方法，其特征在于，所述制冷热回收模式包括以下方式：调节第一电子膨胀阀的步数为0，关闭第二电磁阀、第三电磁阀，打开第一电磁阀、第四电磁阀；当检测蓄热箱的温度低于30℃时，启动制冷热回收模式，高温高压的排气经过压缩机进入第一换热器进行放热冷凝为高温液体进过第二电子膨胀阀进行节流降压进入第二换热器中蒸发为低压气体进入压缩机吸气；当检测蓄热箱的温度高于40℃时，关闭制冷热回收模式。
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2019
- 2019-08-23 CN CN201910782526.2A patent/CN110398086A/zh active Pending
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