CN111795523A - 一种空气源热泵除霜系统及其除霜方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空气源热泵除霜系统及其除霜方法，包括换热器、热泵装置、热水装置和控制装置，换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，热泵装置通过第一进质管与所述第一进口连通并通过第一出质管与第一出口连通以形成热泵循环回路，热水装置通过第二进质管与第二进口连通并通过第二出质管与第二出口连通以形成热水循环回路，热泵循环回路中的循环介质在换热器内与热水循环回路中的循环介质进行热交换；第一进质管和/或第一出质管上安装有压力传感器，第二进质管上安装有循环泵与温度传感器，压力传感器、温度传感器、循环泵分别与控制装置相连；有效防止高温热泵在逆循环除霜时由于水温过高而导致压缩机内保停机甚至报废。

Description

一种空气源热泵除霜系统及其除霜方法

技术领域

本发明涉及热泵领域，具体涉及一种空气源热泵除霜系统及其除霜方法。

背景技术

空气源热泵是一种利用高位能使热量从低位热源空气流向高位热源的节能装置，是热泵的一种形式，具有高效节能、使用方便的特点而被广泛应用。

现阶段空气源热泵在实际运行中，与空气换热的风侧换热器表面容易结霜影响空气源热泵的制热效率和正常运行，传统的空气源热泵最高出水温度一般为60℃，而随着空气源热泵的不断发展，现在已经提升到了80℃甚至更高。这对空气源热泵的应用拓展了更大的空间，但同时也带来了除霜的难题：

除霜时四通换向阀切换，设置在水侧的换热器作为蒸发器从高温水中吸收热量，通过热泵循环回路传递到风侧换热器除掉风侧换热器上的霜层。过去，水温达到最高时，压缩机在除霜时热泵循环回路中制冷剂在水侧换热器中蒸发温度下勉强还能运行，但在高温热泵中，过高的水温导致热泵循环回路中制冷剂的蒸发压力超出压缩机负荷极限，此时压缩机容易出现内保停机甚至报废的问题。因此高温热泵的除霜问题成为一直困扰着整个热泵行业的技术难题。

发明内容

本发明目的是：提供一种空气源热泵除霜系统及其除霜方法。

本发明的技术方案是：第一方面，提供一种空气源热泵除霜系统，包括换热器、热泵装置、热水装置和控制装置，所述换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，所述热泵装置通过第一进质管与所述第一进口连通并通过第一出质管与所述第一出口连通以形成热泵循环回路，所述热水装置通过第二进质管与所述第二进口连通并通过第二出质管与所述第二出口连通以形成热水循环回路，所述热泵循环回路中的循环介质在所述换热器内与所述热水循环回路中的循环介质进行热交换；

所述第一进质管和/或所述第一出质管上安装有压力传感器，所述第二进质管上安装有循环泵与温度传感器，所述压力传感器、温度传感器、循环泵分别与所述控制装置相连。

进一步的，所述热水装置包括水箱，所述温度传感器设置于所述循环泵与第二进口之间。

进一步的，所述热水装置还包括水流开关与第二膨胀罐，所述水流开关与第二膨胀罐均安装在所述第二出质管上。

进一步的，所述水箱分别连通有进水管、出水管以及排污阀。

进一步的，所述进水管上分别安装有第二过滤器、止回阀和球阀，所述出水管上安装有球阀。

进一步的，所述热泵装置包括串联连通的风侧换热器和四通阀，所述风侧换热器与所述第一进质管相连，所述四通阀的C口与所述第一出质管相连，所述四通阀的D口与S口之间连接有压缩机。

进一步的，所述四通阀的D口通过第一出气管与所述压缩机的出口相连，且所述第一出气管上安装有高压开关，所述四通阀的S口通过第一进气管与所述压缩机的进口相连，所述第一进气管上安装有低压开关。

进一步的，所述第一进质管上分别安装有膨胀阀和第一过滤器。

进一步的，所述控制装置包括控制器。

第二方面，提供基于上述任一所述的一种空气源热泵除霜系统的除霜方法，至少包括：

接收温度传感器反馈的信号以获取热水循环回路中的热水温度；

在预设的转速匹配关系中查找所述热水温度对应的循环泵转速并控制循环泵按该转速运行；

接收压力传感器反馈的信号以获取热泵循环回路中循环介质在换热器中的蒸发压力；

判断所述蒸发压力是否大于压缩机的运行阈值，若是，则控制所述循环泵降低转速。

与现有技术相比，本发明的优点是：有效防止高温热泵系统在逆循环除霜时由于水温过高而导致制冷剂的蒸发压力超出压缩机的负载，从而有效避免压缩机内保停机甚至报废，延长高温热泵系统的使用寿命，降低生产成本。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例中提供的一种空气源热泵除霜系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的一种空气源热泵除霜系统的制热模式运行示意图；

图3为本发明实施例中提供的一种空气源热泵除霜系统的除霜方法的流程图；

其中：1、换热器；1a、第一进口；1b、第一出口；1c、第二进口；1d、第二出口；2、第一进质管；3、第一出质管；4、第二进质管；5、第二出质管；6、压力传感器；7、循环泵；8、温度传感器；9、水箱；10、水流开关；11、第二膨胀罐；12、进水管；13、出水管；14、排污阀；15、第二过滤器；16、止回阀；17、球阀；18、风侧换热器；19、四通阀,20、风机；21、压缩机；22、第一出气管；23、高压开关；24、第一进气管；25、低压开关；26、膨胀阀；27、第一过滤器。

具体实施方式

实施例1：本实施例提供一种空气源热泵除霜系统，参照图1所示，包括换热器1、热泵装置、热水装置和控制装置，换热器1包括第一进口1a、第一出口1b、第二进口1c和第二出口1d，热泵装置通过第一进质管2与第一进口连通1a并通过第一出质管3与所述第一出口1b连通以形成热泵循环回路，热水装置通过第二进质管4与所述第二进口1c连通并通过第二出质管5与所述第二出口1d连通以形成热水循环回路，所述热泵循环回路中的循环介质在所述换热器1内吸收所述热水循环回路中循环介质的热量。

第一进质管2和/或第一出质管3上安装有压力传感器6，具体的：第一进质管2上安装有压力传感6，或者第一出质管3上安装有压力传感器6，或者第一进质管2与第一出质管3上均安装有压力传感器6，本实施例对此不作具体限定。第二进质管5上安装有循环泵7与温度传感器8，所述压力传感器6、温度传感器8、循环泵7分别与所述控制装置相连。控制装置根据所接收的压力传感器6和温度传感器8的信号控制循环泵7的转速从而控制热水循环回路中的循环频率。

具体的，于本实施例中，热水装置包括水箱9，所述温度传感器8设置于循环泵7与第二进口1d之间，更准确地检测进入换热器1内的热水的温度。热水装置还包括水流开关10与第二膨胀罐11，水流开关10与第二膨胀罐11均安装在第二出质管5上。第二膨胀罐11用于吸收热水循环回路因温度上升产生的热水膨胀量，以防热水循环回路中超压，保证热水循环回路的安全使用，同时节能节水。热水在换热器1内被热泵循环回路中的循环介质吸收热量后温度下降流入第二出质管5内，相对与第二进质管4内的热水温度较低，从而使第二膨胀罐11内的胶囊处于较低温度的工作状态，利于延长使用寿命。水箱9还分别连通有进水管12、出水管13以及排污阀14，进水管12向水箱9内补充水量，出水管13排出水箱9内的热水。更具体的，进水管12上分别安装有第二过滤器15、止回阀16和球阀17，止回阀16防止水倒流，第二过滤器15对水进行过滤，所述出水管13上安装有球阀17，用于切断、分配和改变水的流动方向。

具体的，于本实施例中，热泵装置包括串联连通的风侧换热器18和四通阀19，风侧换热器18处设置有风机20，风侧换热器18与第一进质管2相连，四通阀19的C口与第一出质管3相连，四通阀19的D口与S口之间连接有压缩机21。四通阀19的D口通过第一出气管22与压缩机21的出口相连，且第一出气管22上安装有高压开关23，四通阀19的S口通过第一进气管24与压缩机21的进口相连，第一进气管24上安装有低压开关25。高压开关23与低压开关25保护压缩机21在限定范围内运行。

更具体的，于本实施例中，第一进质管2上分别安装有膨胀阀26和第一过滤器27。

控制装置包括控制器(图未示)，本实施例对控制器的具体设置位置不做限定。

除霜之前，本实施例提供的一种空气源热泵除霜系统以制热模式运行，其运行流向如图2所示，热泵循环回路中的循环介质为制冷剂，本实施例中制冷剂优选氟，热泵循环回路通过风侧换热器18把空气中的低温热量吸收进来，经过热泵循环回路中氟气化，然后通过压缩机21压缩后增压升温，再通过换热器1转化给热水循环回路中的循环介质水加热，产生热水。进入除霜前，控制器通过温度传感器8采集当前热水循环回路中实际循环水温度。当水温≤50℃时，控制器接收到温度传感器8反馈的信号判定此时处在压缩机21的安全运行范围内，循环泵7维持额定转速运行，四通阀19得电换向，系统进入除霜模式运行，除霜过程中，通过压力传感器6持续检测热泵循环回路中的制冷剂在换热器1内的蒸发压力，当前制冷剂的蒸发压力大于压缩机21最大允许运行范围时，控制器控制循环泵7降低转速，减少注入换热器1内的热水源来达到降低制冷剂蒸发压力的目的，直到当前蒸发压力稳定且符合压缩机21允许运行范围时维持当前转速，直至除霜结束；当水温＞50℃时，控制器接收到温度传感器8反馈的信号判定此时压缩机21将处在一个危险状态，控制器根据接收的温度传感器8反馈的信号控制循环泵7根据实际水温按50～60℃、60～70℃、70～80℃分3档分别以75％、50％、25％的转速运行，四通阀19得电换向，系统进入除霜模式运行，除霜过程中，通过压力传感器持续检测换热器1内制冷剂的当前蒸发压力，当前蒸发压力大于压缩机21最大允许运行范围时，控制器控制循环泵7降低转速，减少注入换热器1内的热水源来达到降低制冷剂蒸发压力的目的，直到当前制冷剂的蒸发压力稳定且符合压缩机21允许运行范围时维持当前转速，直至除霜结束。

实施例2：本实施例提供基于实施例1所提供的一种空气源热泵除霜系统的除霜方法，参照图3所示，至少包括：

S1、接收温度传感器反馈的信号以获取热水循环回路中的热水温度；

S2、在预设的转速匹配关系中查找所述热水温度对应的循环泵转速并控制循环泵按该转速运行；

S3、接收压力传感器反馈的信号以获取热泵循环回路中循环介质在换热器中的蒸发压力；

S4、判断所述蒸发压力是否大于压缩机的运行阈值，若是，则控制所述循环泵降低转速。

本方法通过温度传感器检测进入换热器的热水温度，通过预设的转速匹配关系控制循环泵7的转速来达到控制进入换热器1的高温热水的流量，再通过压力传感器检测热泵循环回路中的制冷剂在换热器中的蒸发压力，更进一步的精准检测压缩机21的负载是否超载，进而确保在高水温状态下除霜时，压缩机21在最大允许运行范围内运转，这样不仅可以确保稳定可靠地除霜，同时能够控制制冷剂在换热器1中的蒸发压力接近压缩机21负载运行范围的最大值，此时系统从高温热水中吸收的热量最高，除霜效果最好，除霜时间最快，热泵综合能效最高。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上方”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，包括换热器、热泵装置、热水装置和控制装置，所述换热器包括第一进口、第一出口、第二进口和第二出口，所述热泵装置通过第一进质管与所述第一进口连通并通过第一出质管与所述第一出口连通以形成热泵循环回路，所述热水装置通过第二进质管与所述第二进口连通并通过第二出质管与所述第二出口连通以形成热水循环回路，所述热泵循环回路中的循环介质在所述换热器内与所述热水循环回路中的循环介质进行热交换；

所述第一进质管和/或所述第一出质管上安装有压力传感器，所述第二进质管上安装有循环泵与温度传感器，所述压力传感器、温度传感器、循环泵分别与所述控制装置相连。

2.根据权利要求1所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述热水装置包括水箱，所述温度传感器设置于所述循环泵与第二进口之间。

3.根据权利要求2所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述热水装置还包括水流开关与第二膨胀罐，所述水流开关与第二膨胀罐均安装在所述第二出质管上。

4.根据权利要求2所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述水箱分别连通有进水管、出水管以及排污阀。

5.根据权利要求4所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述进水管上分别安装有第二过滤器、止回阀和球阀，所述出水管上安装有球阀。

6.根据权利要求1所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述热泵装置包括串联连通的风侧换热器和四通阀，所述风侧换热器与所述第一进质管相连，所述四通阀的C口与所述第一出质管相连，所述四通阀的D口与S口之间连接有压缩机。

7.根据权利要求6所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述四通阀的D口通过第一出气管与所述压缩机的出口相连，且所述第一出气管上安装有高压开关，所述四通阀的S口通过第一进气管与所述压缩机的进口相连，所述第一进气管上安装有低压开关。

8.根据权利要求6所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述第一进质管上分别安装有膨胀阀和第一过滤器。

9.根据权利要求1所述的一种空气源热泵除霜系统，其特征在于，所述控制装置包括控制器。

10.基于权利要求1-9任一所述的一种空气源热泵除霜系统的除霜方法，其特征在于，至少包括：

接收温度传感器反馈的信号以获取热水循环回路中的热水温度；

在预设的转速匹配关系中查找所述热水温度对应的循环泵转速并控制循环泵按该转速运行；

接收压力传感器反馈的信号以获取热泵循环回路中循环介质在换热器中的蒸发压力；

判断所述蒸发压力是否大于压缩机的运行阈值，若是，则控制所述循环泵降低转速。

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