CN112781232A - 一种低温太阳能热泵热水系统及控制方法 - Google Patents

一种低温太阳能热泵热水系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于热泵技术领域，公开了一种低温太阳能热泵热水系统及控制方法，热水系统包括依次连接的压缩机、冷凝器、第一节流元件以及集热蒸发器，还包括回热器和三通阀，所述回热器包括第一流道和第二流道，所述第一流道连通于所述冷凝器和所述第一节流元件之间，所述三通阀的A口连通于所述集热蒸发器的出口，B口连通于所述第二流道的一端，C口连通于所述压缩机的进口，且所述A口选择性的连通所述B口和所述C口中的一个，所述第二流道的另一端连通于所述C口和所述压缩机的进口之间。本发明提高了压缩机的回气温度，进而能够有效提高整个系统的COP值和制热能力。且能够防止压缩机液击现象发生。

Description

一种低温太阳能热泵热水系统及控制方法
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，尤其涉及一种低温太阳能热泵热水系统及控制方法。
背景技术
目前的太阳能热泵热水系统，在低温低辐照条件下COP值(在某一工况下，制冷压缩机的制冷量与同一工况下制冷压缩机轴功率Pe的比值)及制热能力明显降低，其主要原因是为防止压缩机吸气带液，降低了冷媒循环流量。也就是说现有通过降低冷媒循环流量的方式来防止液击现象，造成了COP值及整机制热能力降低。
此外，现有的太阳能热泵热水系统，在低温低辐照情况下，会出现集热蒸发器结霜情况，常用的化霜方法是热气旁通方式，这种方式在化霜时很容易造成压缩机液击。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低温太阳能热泵热水系统及控制方法，能够在防止压缩机液击的同时，提高整个系统的COP值及制热能力。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种低温太阳能热泵热水系统，包括依次连接的压缩机、冷凝器、第一节流元件以及集热蒸发器，其特征在于，还包括回热器和三通阀，所述回热器包括第一流道和第二流道，所述第一流道连通于所述冷凝器和所述第一节流元件之间，所述三通阀的A口连通于所述集热蒸发器的出口，B口连通于所述第二流道的一端，C口连通于所述压缩机的进口，且所述A口选择性的连通所述B口和所述C口中的一个，所述第二流道的另一端连通于所述C口和所述压缩机的进口之间。
作为优选，还包括第二节流元件，所述第二节流元件的两端分别连通所述压缩机的出口和所述集热蒸发器的进口。
作为优选，所述集热蒸发器的进口处设置有截止阀。
作为优选，所述集热蒸发器的出口与所述A口之间设有截止阀。
作为优选，所述第一流道与所述第一节流元件之间设有干燥过滤器。
作为优选，还包括若干温度传感器，所述温度传感器用于检测所述压缩机的进口、所述压缩机的出口、所述冷凝器的出口以及所述集热蒸发器的进口的温度。
本发明还提供一种上述的低温太阳能热泵热水系统的控制方法，在所述集热蒸发器的进口的温度T1小于第一预设温度且所述冷凝器的出口的温度T2大于第二预设温度时，控制所述A口和所述B口连通，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。
作为优选，在所述压缩机的进口的温度T3大于第三预设温度且所述压缩机的出口的温度T4大于第四预设温度时，控制所述A口和所述C口连通。
作为优选，在所述集热蒸发器的进口的温度T1小于第四预设温度时开启化霜模式，所述化霜模式中，控制第二节流元件的开度至第一预设开度m，第一节流元件的开度至最小，控制所述A口和所述C口连通。
作为优选，根据所述第二节流元件的开度与所述集热蒸发器的进口的温度T1、化霜时间t之间的函数关系，实时调整所述第二节流元件的开度；
根据所述第一节流元件的开度与过热度之间的函数关系，调整所述第一节流元件的开度，所述过热度为所述压缩机的进口的温度T3与所述集热蒸发器的进口的温度T1之间的差值。
本发明的有益效果：通过上述结构，当集热蒸发器的进口的温度T1小于第一预设温度且冷凝器的出口的温度T2大于第二预设温度时，控制三通阀的A口和B口连通，此时集热蒸发器流出的低温冷媒会被回热器加热，也就提高了压缩机的回气温度，进而能够有效提高整个系统的COP值和制热能力。且能够防止压缩机液击现象发生。
在压缩机的进口的温度T3大于第三预设温度且压缩机的出口的温度T4大于第四预设温度时，控制A口和C口连通，也就是经集热蒸发器流出的低温冷媒不通过回热器加热，以避免压缩机回气温度及排气温度过高，在可制较高温度的热水的基础上，能够避免能源浪费。
在化霜模式中，控制第二节流元件的开度至第一预设开度m，第一节流元件的开度至最小，控制A口和C口连通。此时压缩机出口流出的部分高温冷媒流入集热蒸发器，对其表面的结霜进行化霜，有效避免了压缩机液击现象的发生。
附图说明
图1是本发明实施例一所述的低温太阳能热泵热水系统的原理示意图；
图2是本发明实施例二所述的低温太阳能热泵热水系统的原理示意图。
图中：
1、压缩机；2、冷凝器；3、第一节流元件；4、集热蒸发器；5、回热器；51、第一流道；52、第二流道；6、三通阀；7、第二节流元件；8、截止阀；9、干燥过滤器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
实施例一
本实施例一提供一种低温太阳能热泵热水系统，该低温太阳能热泵热水系统能够实现低温低辐照条件下对COP值以及整机制热能力的提高。可参照图1，该低温太阳能热泵热水系统包括依次连接的压缩机1、冷凝器2、第一节流元件3以及集热蒸发器4，压缩机1排出的高温高压冷媒进入冷凝器2放热后形成低温高压冷媒，随后经第一节流元件3节流形成低温低压冷媒，再通过集热蒸发器4吸热后形成高温低压冷媒，最终回流至压缩机1。
现有技术中，为了避免压缩机1出现液击现象，会将冷媒循环流量降低，进而导致了整个太阳能热泵热水系统在低温低辐照条件下的COP值以及整机制热能力较低。针对该问题，本实施例的低温太阳能热泵热水系统设置有回热器5以及三通阀6，具体的，如图1所示，该回热器5包括有第一流道51和第二流道52，其中第一流道51连通在冷凝器2的出口和第一节流元件3之间。上述三通阀6可以是电动三通阀，其包括A口、B口和C口，其中A口可选择性的连通B口和C口中的一个，且A口还连通于上述集热蒸发器4的出口，上述B口连通于第二流道52的一端，第二流道52的另一端连通于C口和压缩机1的进口之间。本实施例中，上述第一节流元件3可以是电子膨胀阀。
于本实施例中，可以在上述集热蒸发器4的出口与A口之间以及集热蒸发器4的进口处均设置有截止阀8，通过该截止阀8的设置，能够中断冷媒在集热蒸发器4的出口与A口之间以及集热蒸发器4的进口处的流通，进而可以实现对集热蒸发器4的检修维护。
优选地，本实施例在上述第一流道51与第一节流元件3之间还设有干燥过滤器9，在冷凝器2流出的低温高压冷媒经第一流道51流入干燥过滤器9时，干燥过滤器9能够对该冷媒进行干燥过滤。
进一步地，本实施例还设有多个温度传感器，具体的可以在压缩机1的进口、压缩机1的出口、冷凝器2的出口以及集热蒸发器4的进口处均设置一个温度传感器，通过检测上述压缩机1的进口、压缩机1的出口、冷凝器2的出口以及集热蒸发器4的进口的温度，来实现对上述三通阀6的流通控制。
本实施例中，还提供了一种上述低温太阳能热泵热水系统的控制方法，其通过对三通阀6的的流通控制，能够实现对冷媒的回热，进而使得整个低温太阳能热泵热水系统的COP值和制热能力得到提高。
具体的，在集热蒸发器4的进口的温度T1小于第一预设温度且冷凝器2的出口的温度T2大于第二预设温度时，此时需要通过回热器5对集热蒸发器4流出的冷媒进行加热，因此，将三通阀6的A口和B口连通，冷凝器2内的冷媒经第一流道51流入第一节流元件3以及集热蒸发器4后，经集热蒸发器4的出口流入回热器5的第二流道52内，并且在第二流道52内被回热器5加热，提高了进入压缩机1的进口处的回气温度，进而也就防止了压缩机1液击现象的发生。而且因为回热器5对集热蒸发器4流出的冷媒再次加热，也使得整个低温太阳能热泵热水系统的COP值和制热性能得到了大幅提高。需要指出的是，本实施例中，上述第二预设温度大于第一预设温度。
在上述压缩机1的进口的温度T3大于第三预设温度且压缩机1的出口的温度T4大于第四预设温度时，此时说明经集热蒸发器4流出的冷媒温度足够高，此时为了避免压缩机1的回气温度以及排气温度过高，经集热蒸发器4流出的冷媒不再通过回热器5再次加热，而是直接进入压缩机1的进口。也就是说，在该情况下，本实施例控制三通阀6的A口和C口连通，使得集热蒸发器4的出口直接连通压缩机1的进口。上述方法的设置，能够在提高制热水的温度基础上，避免能源浪费。
实施例二
本实施例在实施例一的基础上，在热水系统上增设了第二节流元件7，该第二节流元件7可以是大通径电子阀膨胀阀。具体的，可参照图2，本实施例的低温太阳能热泵热水系统除了包括压缩机1、冷凝器2、第一节流元件3、集热蒸发器4、回热器5、三通阀6以及干燥过滤器9外，还在压缩机1的出口和集热蒸发器4的进口之间设置了第二节流元件7，该第二节流元件7用于对集热蒸发器4进行化霜。
于本实施例中，当集热蒸发器4的进口的温度T1小于第五预设温度(如零下2摄氏度)时，整个低温太阳能热泵热水系统开启化霜模式，在化霜模式中，上述第二节流元件7的开度被调至第一预设开度m(多次试验获得的开度)，第一节流元件3的开度至最小，并同时控制三通阀6的A口和C口连通。通过该结构的设置，压缩机1的出口排出的高温高压冷媒一路流入冷凝器2，另一路流入第二节流元件7，由于第二节流元件7的开度调整至第一预设开度，此时流入第二节流元件7的高温冷媒会进入集热蒸发器4，并对集热蒸发器4表面进行化霜。
优选地，本实施例中，随着化霜的持续进行，上述第二节流元件7的开度可以实时调整，具体的，是可以根据第二节流元件7的开度与集热蒸发器4的进口的温度T1、化霜时间t之间的函数关系，来控制第二节流元件7的开度，以达到不同时刻的最佳的化霜操作。
同时可以根据第一节流元件3的开度与过热度之间的函数关系，调整第一节流元件3的开度，该过热度为压缩机1的进口的温度T3与集热蒸发器4的进口的温度T1之间的差值。通过即时调整第一节流元件3以及上述第二节流元件7的开度，使得整个化霜过程更加合理，能源利用率更高。
本实施例中，当集热蒸发器4的进口的温度T1大于第六预设温度且上述化霜时间t大于第一预设时间时，该条件下集热蒸发器4的表面结霜已完全被化开，因此此时直接将第二节流元件7关闭，同时根据上述第一节流元件3的开度与过热度之间的函数关系，调整第一节流元件3的开度，使得整个低温太阳能热泵热水系统进入正常制热状态。
本实施例通过上述结构，其能够减小在化霜过程中出现的压缩机1的液击现象，进而保护了压缩机1及整个低温太阳能热泵热水系统的使用寿命。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温太阳能热泵热水系统，包括依次连接的压缩机(1)、冷凝器(2)、第一节流元件(3)以及集热蒸发器(4)，其特征在于，还包括回热器(5)和三通阀(6)，所述回热器(5)包括第一流道(51)和第二流道(52)，所述第一流道(51)连通于所述冷凝器(2)和所述第一节流元件(3)之间，所述三通阀(6)的A口连通于所述集热蒸发器(4)的出口，B口连通于所述第二流道(52)的一端，C口连通于所述压缩机(1)的进口，且所述A口选择性的连通所述B口和所述C口中的一个，所述第二流道(52)的另一端连通于所述C口和所述压缩机(1)的进口之间。
2.根据权利要求1所述的低温太阳能热泵热水系统，其特征在于，还包括第二节流元件(7)，所述第二节流元件(7)的两端分别连通所述压缩机(1)的出口和所述集热蒸发器(4)的进口。
3.根据权利要求2所述的低温太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述集热蒸发器(4)的进口处设置有截止阀(8)。
4.根据权利要求1所述的低温太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述集热蒸发器(4)的出口与所述A口之间设有截止阀(8)。
5.根据权利要求1所述的低温太阳能热泵热水系统，其特征在于，所述第一流道(51)与所述第一节流元件(3)之间设有干燥过滤器(9)。
6.根据权利要求1所述的低温太阳能热泵热水系统，其特征在于，还包括若干温度传感器，所述温度传感器用于检测所述压缩机(1)的进口、所述压缩机(1)的出口、所述冷凝器(2)的出口以及所述集热蒸发器(4)的进口的温度。
7.一种权利要求1-6任一所述的低温太阳能热泵热水系统的控制方法，其特征在于，在所述集热蒸发器(4)的进口的温度T1小于第一预设温度且所述冷凝器(2)的出口的温度T2大于第二预设温度时，控制所述A口和所述B口连通，所述第二预设温度大于所述第一预设温度。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述压缩机(1)的进口的温度T3大于第三预设温度且所述压缩机(1)的出口的温度T4大于第四预设温度时，控制所述A口和所述C口连通。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，在所述集热蒸发器(4)的进口的温度T1小于第五预设温度时开启化霜模式，所述化霜模式中，控制第二节流元件(7)的开度至第一预设开度m，第一节流元件(3)的开度至最小，控制所述A口和所述C口连通。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，根据所述第二节流元件(7)的开度与所述集热蒸发器(4)的进口的温度T1、化霜时间t之间的函数关系，实时调整所述第二节流元件(7)的开度；
根据所述第一节流元件(3)的开度与过热度之间的函数关系，调整所述第一节流元件(3)的开度，所述过热度为所述压缩机(1)的进口的温度T3与所述集热蒸发器(4)的进口的温度T1之间的差值。
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