CN111637787A - 一种自清洗热泵系统及其自清洗控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自清洗热泵系统及其自清洗控制方法，其中，自清洗热泵系统包括压缩机、压力传感器、四通阀、风机、翅片换热器、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、储液器、干燥过滤器、第四单向阀、壳管换热器、气液分离器以及喷淋装置。本发明所提供的自清洗热泵系统及其自清洗控制方法，实现了大型空气源热泵翅片换热器自动清洗，且可以根据系统运行参数，自动判断是否需要清洗，保证系统能够始终高效的运行。在环温较高，高压异常偏高时，通过打开自清洗回路，将低温水喷淋在翅片上，实现冷凝压力的降低，使系统可以在异常高温天气正常运行。

Description

一种自清洗热泵系统及其自清洗控制方法

技术领域

本发明涉及空气源热泵技术领域，尤其涉及一种自清洗热泵系统及其自清洗控制方法。

背景技术

空气源热泵系统一般安置在楼顶或开阔的露天地带，长期运行期间，翅片换热器容易被尘土、毛屑、漂浮物等污染物堵塞。堆积在翅片上的脏污，阻碍了翅片与空气的接触，从而造成翅片换热器换热能力下降，使热泵系统的整体性能下降。且脏堵还容易造成热泵系统冷凝压力升高，导致压缩机频繁高压保护，严重缩短压缩机使用寿命。

对于大型空气源热泵系统，现有技术中，针对翅片换热器脏堵问题，暂未有具体的解决方案，一般还是需要通过人工定期对热泵系统翅片进行清洗来避免换热器冷凝效果下降，从而保障系统的性能，但是这种方式非常耗费人力物力。

对于家用空调，现有室外机冷凝器自清洗技术中，通常在换热器上方设置喷淋管道以及与喷淋管道连接的水箱，在对换热器进行清洗时，通过水泵将水箱中的水送入喷淋管道，并通过喷淋管道将水喷洒在换热器。由于需要单独设置蓄水箱，并且需要专用的清洗循环泵，系统复杂，且系统主要根据水箱水位来判断是否进行清洗，并不是依据系统本身运行参数来判断系统是否需要清洗，可能会造成频繁清洗的现象，浪费能源。

发明内容

本发明的目的是提供一种自清洗热泵系统及其自清洗控制方法，可实现大型空气源热泵翅片换热器自清洗功能，解决了人工清洗费时费力的问题。

同时自清洗热泵系统可以根据系统运行参数，自动判断是否需要清洗，从而避免了人工清洗不及时给系统带来的损害，保证了系统能够始终高效的运行。

在环温较高，高压异常偏高时，通过打开自清洗回路，将低温水喷淋在翅片上，实现冷凝压力的降低，使系统可以在异常高温天气正常运行。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自清洗热泵系统，其包括：

四通阀，其通过管路分别与压缩机、翅片换热器、壳管换热器、气液分离器相连；

喷淋装置，其设置在所述翅片换热器附近并通过管路与壳管换热器的进水管相连通，用于向翅片换热器喷水；

风机，其设置在所述翅片换热器的上方，用于对翅片换热器进行风冷散热；

第一单向阀、第三单向阀，二者通过管路相连；

第二单向阀、第四单向阀，二者通过管路相连；

储液器、干燥过滤器，二者通过管路相连；所述储液器与所述第一单向阀和第三单向阀之间的管路相连，所述干燥过滤器与所述第二单向阀和第四单向阀之间的管路相连；

所述压缩机通过管路与所述气液分离器相连，该压缩机与四通阀之间的管路上连接有压力传感器，所述第一单向阀和第二单向阀均通过管路与所述翅片换热器相连，所述第三单向阀和第四单向阀均通过管路与所述壳管换热器相连。

进一步的，所述的自清洗热泵系统还包括：

电子膨胀阀，其一端通过管路与所述干燥过滤器相连，另一端通过管路与所述第二单向阀和第四单向阀之间的管路相连。

进一步的，所述喷淋装置包括至少一根设置在所述翅片换热器附近并通过管路与壳管换热器的进水管相连通的喷淋管，该喷淋管上装有至少一个朝向所述翅片换热器喷水的喷头。

进一步的，所述喷淋管为多根，每根喷淋管上装有多个喷头。

进一步的，各个喷淋管通过一总管与壳管换热器的进水管相连通。

进一步的，所述总管上装有电磁阀。

进一步的，所述总管上连接有一支管。

进一步的，所述支管上装有排水角阀。

进一步的，各个喷淋管通过固定卡与翅片换热器上钣金固定。

上述自清洗热泵系统，其自清洗控制方法如下：

通过环境温度传感器采集环境温度T_a，通过压力传感器采集换算的绝对压力P，通过控制器对采集的参数判断；

根据公式，T_c＝a₂/(lnP-a₁)-a₃，计算绝对压力P对应的冷凝温度T_c；a₁、a₂、a₃为上述计算公式参数，不同制冷剂，参数不同；

根据环温T_a和冷凝温度T_c之间的差值，来确定系统是否需要清洗：

a、当T_a≥40℃时

当T_c-T_a≥ΔT₁，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s1时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

b、当35℃≤T_a＜40℃时

当T_c-T_a≥ΔT₂，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s2时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

c、当25℃≤T_a＜30℃时

当T_c-T_a≥ΔT₃，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s3时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

d、当T_a＜25℃时

当T_c-T_a≥ΔT₄，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s4时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

计时器计时过程中，若T_c-T_a之差不满足计时条件时，计时器清零，待满足条件后重新开始计时；

当机组满足上述条件，进入清洗功能后，计时器先清零然后重新开始计时，记录自清洗时间；自清洗结束后，计时器再次清零，重新根据上述条件判断，满足条件后开始计时；

当满足以下条件时，通过控制器关闭电磁阀，系统退出自清洗功能：

Ⅰ、自清洗最长设定时间t_s5到；

Ⅱ、机组冷凝温度T_c-T_a＜ΔT₅时，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s6时，机组退出清洗功能；

上述ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄、ΔT₅分别为不同的预设温差值，t_s1、t_s2、t_s3、t_s4、t_s5、t_s6分别为不同的预设时间；

在夏季某些时间段，可开启自清洗热泵系统，具体控制方法：

当T_a≥T_max时，通过如下方法控制自清洗装置：

当P≥P₁，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s7时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行降温，使系统冷凝压力降下来；

当P＜P₂，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s8时，通过控制模块，控制电磁阀关闭；

P₂≤P＜P₁时，控制模块判断前一时刻电磁阀状态，并维持该状态；

上述T_max为预设最高环境温度，P为通过压力传感器采集换算的绝对压力，P₁为预设压力上限，P₂为预设压力下限，t_s7、t_s8分别为不同的预设时间；

当系统开启制热模式时，关闭自清洗功能，默认系统靠自身除霜即可完成翅片清洗；

当系统开启制热模式，手动打开自清洗管道上的排水角阀，放空自清洗管道中的水。

本发明所提供的自清洗热泵系统及其自清洗控制方法，其有益效果如下：

1、实现大型空气源热泵翅片换热器自动清洗，且可以根据系统运行参数，自动判断是否需要清洗，保证系统能够始终高效的运行。

2、在环温较高，高压异常偏高时，通过打开自清洗回路，将低温水喷淋在翅片上，实现冷凝压力的降低，使系统可以在异常高温天气正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的自清洗热泵系统的原理图；

图2为本发明实施例提供的自清洗热泵系统的局部图；

图3为本发明实施例提供的自清洗热泵系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、压缩机；2、压力传感器；3、四通阀；4、风机；5、翅片换热器；6、喷头；7、固定卡；8、第一单向阀；9、第二单向阀；10、第三单向阀；11、储液器；12、干燥过滤器；13、电子膨胀阀；14、第四单向阀；15、壳管换热器；16、电磁阀；17、排水角阀；18、气液分离器。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1～图3所示，一种自清洗热泵系统，其包括：

四通阀3，其通过管路分别与压缩机1、翅片换热器5、壳管换热器15、气液分离器18相连；

喷淋装置，其设置在所述翅片换热器5附近并通过管路与壳管换热器15的进水管相连通，用于向翅片换热器5喷水；

风机4，其设置在所述翅片换热器5的上方，用于对翅片换热器5进行风冷散热；

第一单向阀8、第三单向阀10，二者通过管路相连；

第二单向阀9、第四单向阀14，二者通过管路相连；

储液器11、干燥过滤器12，二者通过管路相连；所述储液器11与所述第一单向阀8和第三单向阀10之间的管路相连，所述干燥过滤器12与所述第二单向阀9和第四单向阀14之间的管路相连；

电子膨胀阀13，其一端通过管路与所述干燥过滤器12相连，另一端通过管路与所述第二单向阀9和第四单向阀14之间的管路相连。

所述压缩机1通过管路与所述气液分离器18相连，该压缩机1与四通阀3之间的管路上连接有压力传感器2，所述第一单向阀8和第二单向阀9均通过管路与所述翅片换热器5相连，所述第三单向阀10和第四单向阀14均通过管路与所述壳管换热器15相连。

所述喷淋装置包括至少一根设置在所述翅片换热器5附近并通过管路与壳管换热器15的进水管相连通的喷淋管，该喷淋管上装有至少一个朝向所述翅片换热器5喷水的喷头6。

在本实施例中，所述喷淋管为多根，每根喷淋管上装有多个喷头6。如图1至图3所示，各个喷淋管通过一总管与壳管换热器15的进水管相连通。所述总管上装有电磁阀16，该总管上还连接有一用于排水的支管，该支管上装有排水角阀17。各个喷淋管通过固定卡7与翅片换热器5上钣金固定。

具体的，上述自清洗热泵系统，其包括压缩机1、压力传感器2、四通阀3、风机4、翅片换热器5、喷头6、固定卡7、第一单向阀8、第二单向阀9、第三单向阀10、储液器11、干燥过滤器12、电子膨胀阀13、第四单向阀14、壳管换热器15、电磁阀16、排水角阀17、气液分离器18。

其中，四通阀3通过管路分别与压缩机1、翅片换热器5、壳管换热器15、气液分离器18相连。喷淋装置设置在所述翅片换热器5附近并通过管路与连通，用于向翅片换热器5喷水。风机4优选为轴流风机，其设置在所述翅片换热器5的上方，用于对翅片换热器5进行风冷散热。

第一单向阀8、第三单向阀10通过管路相连。第二单向阀9、第四单向阀14通过管路相连。储液器11、干燥过滤器12通过管路相连。所述储液器11与所述第一单向阀8和第三单向阀10之间的管路相连，所述干燥过滤器12与所述第二单向阀9和第四单向阀14之间的管路相连。电子膨胀阀13的一端通过管路与所述干燥过滤器12相连，另一端通过管路与所述第二单向阀9和第四单向阀14之间的管路相连。

所述压缩机1通过管路与所述气液分离器18相连，该压缩机1与四通阀3之间的管路上连接有压力传感器2，所述第一单向阀8和第二单向阀9均通过管路与所述翅片换热器5相连，所述第三单向阀10和第四单向阀14均通过管路与所述壳管换热器15相连。

在本实施例中，所述喷淋装置包括多根设置在所述翅片换热器5附近并通过管路与壳管换热器15的进水管相连通的喷淋管，各个喷淋管可与翅片换热器5上的钣金固定。每根喷淋管上装有多个朝向所述翅片换热器5喷水的喷头6。

如图1至图3所示，各个喷淋管通过一总管与壳管换热器15的进水管(图1中的进水端)相连通。所述总管上装有电磁阀16，该总管上还连接有一用于排水的支管，该支管上装有排水角阀17。各个喷淋管通过固定卡7与翅片换热器5上钣金固定。

所述压缩机1、压力传感器2、四通阀3、翅片换热器5、第一单向阀8、第二单向阀9、第三单向阀10、储液器11、干燥过滤器12、电子膨胀阀13、第四单向阀14、壳管换热器15、气液分离器18构成了空气源热泵系统。

所述喷淋管、喷头6、总管、电磁阀16、排水角阀17构成了向翅片换热器5喷水的喷淋装置。

本实施例中的自清洗热泵系统，其自清洗控制方法如下：

通过环境温度传感器采集环境温度T_a，通过压力传感器采集换算的绝对压力P，通过控制器对采集的参数判断，依据下述控制方法对自清洗系统进行控制，实现自清洗功能。

根据公式，T_c＝a₂/(lnP-a₁)-a₃，计算绝对压力P对应的冷凝温度T_c；a₁、a₂、a₃为上述计算公式参数，不同制冷剂，参数不同。

根据环温T_a和冷凝温度T_c之间的差值，来确定系统是否需要清洗：

a、当T_a≥40℃时

当T_c-T_a≥ΔT₁(预设温差)，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s1(预设时间)时，通过控制模块，控制电磁阀16打开，水通过喷头6喷到翅片换热器5的翅片上，对翅片进行清洗。

b、当35℃≤T_a＜40℃时

当T_c-T_a≥ΔT₂(预设温差)，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s2(预设时间)时，通过控制模块，控制电磁阀16打开，水通过喷头6喷到翅片换热器5的翅片上，对翅片进行清洗。

c、当25℃≤T_a＜30℃时

当T_c-T_a≥ΔT₃(预设温差)，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s3(预设时间)时，通过控制模块，控制电磁阀16打开，水通过喷头6喷到翅片换热器5的翅片上，对翅片进行清洗。

d、当T_a＜25℃时

当T_c-T_a≥ΔT₄(预设温差)，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s4(预设时间)时，通过控制模块，控制电磁阀16打开，水通过喷头6喷到翅片换热器5的翅片上，对翅片进行清洗。

注：计时器计时过程中，若T_c-T_a之差不满足计时条件时，计时器清零，待满足条件后重新开始计时。

当机组满足上述条件，进入清洗功能后，计时器先清零然后重新开始计时，记录自清洗时间；自清洗结束后，计时器再次清零，重新根据上述条件判断，满足条件后开始计时。

当满足以下条件时，通过控制器关闭电磁阀16，系统退出自清洗功能：

Ⅰ、自清洗最长设定时间t_s5到；

Ⅱ、机组冷凝温度T_c-T_a＜ΔT₅时，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s6时，机组退出清洗功能；

上述ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄、ΔT₅分别为不同的预设温差值，t_s1、t_s2、t_s3、t_s4、t_s5、t_s6分别为不同的预设时间；

该清洗系统还可有一项辅助作用，即在夏季某些超高环温时间段，系统运行存在报高压的风险，在此高温时间段，可开启自清洗系统，将温度较低的水喷淋在翅片换热器5表面上，降低系统高压，使系统在高环温下能够安全运行。

当T_a≥T_max时，通过如下方法控制自清洗装置：

当P≥P₁，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s7时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行降温，使系统冷凝压力降下来；

当P＜P₂，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s8时，通过控制模块，控制电磁阀关闭；

P₂≤P＜P₁时，控制模块判断前一时刻电磁阀状态，并维持该状态；

上述T_max为预设最高环境温度，P为通过压力传感器采集换算的绝对压力，P₁为预设压力上限，P₂为预设压力下限，t_s7、t_s8分别为不同的预设时间；

当系统开启制热模式时，关闭自清洗功能，默认系统靠自身除霜即可完成翅片清洗；

当系统开启制热模式，手动打开自清洗管道上的排水角阀17，放空自清洗管道中的水，防止管道冻裂。

本实施例所提供的自清洗热泵系统及其自清洗控制方法，其有益效果如下：

1、实现大型空气源热泵翅片换热器自动清洗，且可以根据系统运行参数，自动判断是否需要清洗，保证系统能够始终高效的运行。

2、在环温较高，高压异常偏高时，通过打开自清洗回路，将低温水喷淋在翅片上，实现冷凝压力的降低，使系统可以在异常高温天气正常运行。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种自清洗热泵系统，其特征在于，包括：

四通阀，其通过管路分别与压缩机、翅片换热器、壳管换热器、气液分离器相连；

喷淋装置，其设置在所述翅片换热器附近并通过管路与壳管换热器的进水管相连通，用于向翅片换热器喷水；

风机，其设置在所述翅片换热器的上方，用于对翅片换热器进行风冷散热；

第一单向阀、第三单向阀，二者通过管路相连；

第二单向阀、第四单向阀，二者通过管路相连；

储液器、干燥过滤器，二者通过管路相连；所述储液器与所述第一单向阀和第三单向阀之间的管路相连，所述干燥过滤器与所述第二单向阀和第四单向阀之间的管路相连；

所述压缩机通过管路与所述气液分离器相连，该压缩机与四通阀之间的管路上连接有压力传感器，所述第一单向阀和第二单向阀均通过管路与所述翅片换热器相连，所述第三单向阀和第四单向阀均通过管路与所述壳管换热器相连。

2.根据权利要求1所述的自清洗热泵系统，其特征在于，还包括：

电子膨胀阀，其一端通过管路与所述干燥过滤器相连，另一端通过管路与所述第二单向阀和第四单向阀之间的管路相连。

3.根据权利要求1或2所述的自清洗热泵系统，其特征在于，所述喷淋装置包括至少一根设置在所述翅片换热器附近并通过管路与壳管换热器的进水管相连通的喷淋管，该喷淋管上装有至少一个朝向所述翅片换热器喷水的喷头。

4.根据权利要求3所述的自清洗热泵系统，其特征在于，所述喷淋管为多根，每根喷淋管上装有多个喷头。

5.根据权利要求4所述的自清洗热泵系统，其特征在于，各个喷淋管通过一总管与壳管换热器的进水管相连通。

6.根据权利要求5所述的自清洗热泵系统，其特征在于，所述总管上装有电磁阀。

7.根据权利要求6所述的自清洗热泵系统，其特征在于，所述总管上连接有一支管。

8.根据权利要求7所述的自清洗热泵系统，其特征在于，所述支管上装有排水角阀。

9.根据权利要求4所述的自清洗热泵系统，其特征在于，各个喷淋管通过固定卡与翅片换热器上钣金固定。

10.根据权利要求8所述的自清洗热泵系统，其自清洗控制方法如下：

通过环境温度传感器采集环境温度T_a，通过压力传感器采集换算的绝对压力P，通过控制器对采集的参数判断；

根据公式，T_c＝a₂/(lnP-a₁)-a₃，计算绝对压力P对应的冷凝温度T_c；a₁、a₂、a₃为上述计算公式参数，不同制冷剂，参数不同；

根据环温T_a和冷凝温度T_c之间的差值，来确定系统是否需要清洗：

a、当T_a≥40℃时

当T_c-T_a≥ΔT₁，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s1时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

b、当35℃≤T_a＜40℃时

当T_c-T_a≥ΔT₂，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s2时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

c、当25℃≤T_a＜30℃时

当T_c-T_a≥ΔT₃，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s3时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

d、当T_a＜25℃时

当T_c-T_a≥ΔT₄，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s4时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行清洗；

计时器计时过程中，若T_c-T_a之差不满足计时条件时，计时器清零，待满足条件后重新开始计时；

当机组满足上述条件，进入清洗功能后，计时器先清零然后重新开始计时，记录自清洗时间；自清洗结束后，计时器再次清零，重新根据上述条件判断，满足条件后开始计时；

当满足以下条件时，通过控制器关闭电磁阀，系统退出自清洗功能：

Ⅰ、自清洗最长设定时间t_s5到；

Ⅱ、机组冷凝温度T_c-T_a＜ΔT₅时，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s6时，机组退出清洗功能；

上述ΔT₁、ΔT₂、ΔT₃、ΔT₄、ΔT₅分别为不同的预设温差值，t_s1、t_s2、t_s3、t_s4、t_s5、t_s6分别为不同的预设时间；

在夏季某些时间段，可开启自清洗热泵系统，具体控制方法：

当T_a≥T_max时，通过如下方法控制自清洗装置：

当P≥P₁，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s7时，通过控制模块，控制电磁阀打开，水通过喷头喷到翅片换热器的翅片上，对翅片进行降温，使系统冷凝压力降下来；

当P＜P₂，计时器开始计时，当持续时间t＞t_s8时，通过控制模块，控制电磁阀关闭；

P₂≤P＜P₁时，控制模块判断前一时刻电磁阀状态，并维持该状态；

上述T_max为预设最高环境温度，P为通过压力传感器采集换算的绝对压力，P₁为预设压力上限，P₂为预设压力下限，t_s7、t_s8分别为不同的预设时间；

当系统开启制热模式时，关闭自清洗功能，默认系统靠自身除霜即可完成翅片清洗；

当系统开启制热模式，手动打开自清洗管道上的排水角阀，放空自清洗管道中的水。

Images