CN114838537B - 一种延缓空气源热泵机组结霜的装置及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种延缓空气源热泵机组结霜的装置及控制方法，涉及空气源热泵技术及冷藏领域，包括压缩机、冷凝器、节流装置以及低压蒸发器，压缩机经冷凝器与节流装置入口相连，节流装置出口分两路，一路经低压蒸发器与压缩机入口相连，另一路经延缓结霜控制支路与压缩机入口相连，延缓结霜控制支路包括由PID控制的电动调节阀。根据表面温度是否小于露点温度且小于0℃，若是，判断室外换热器存在结霜风险，通过电动调节阀调节阀门开度来控制蒸发压力，保证蒸发温度高于盘管临界结霜温度，从而起到延缓室外换热器结霜的目的，来分担原来室外换热器的吸热量，从而起到延缓室外换热器结霜的目的，否则电动调节阀以最大开度运行。

Description

一种延缓空气源热泵机组结霜的装置及控制方法
技术领域
本发明属于空气源热泵技术及冷藏领域，具体涉及一种延缓空气源热泵机组结霜的装置及控制方法。
背景技术
空气源热泵在制热工况下运行时，当室外换热盘管表面温度低于入口处空气的露点温度，且低于0℃时，空气就会析出并在蒸发器表面形成霜层，一方面增大了蒸发器的导热热阻，增大了空气的流通阻力，使得压强增大，空气流量降低，从而增大了空气对流换热热阻，降低了蒸发器的平均换热系数；另一方面造成蒸发温度过低，系统功耗增大，热泵系数降低从而影响机组正常的供热性能。目前应用最广泛的除霜方法是逆向循环法、热气旁通法和电加热法，但是这些方法都会不可避免地造成热泵机组功耗的损失，从而造成室内环境的恶化和影响室内用户热舒适性。因此如何延缓室外换热器的结霜成为目前亟待解决的技术难题。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明的目的是提出一种延缓空气源热泵机组结霜的装置及控制方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种延缓空气源热泵机组结霜的装置，包括压缩机、冷凝器、节流装置以及低压蒸发器，压缩机经冷凝器与节流装置入口相连，节流装置出口分两路，一路经低压蒸发器与压缩机入口相连，另一路经延缓结霜控制支路与压缩机入口相连。
本发明进一步的改进在于，低压蒸发器与压缩机入口之间设置有单向阀。
本发明进一步的改进在于，延缓结霜控制支路包括高压蒸发器和电动调节阀，高压蒸发器与节流装置出口相连，高压蒸发器与电动调节阀相连，电动调节阀与压缩机入口相连。
本发明进一步的改进在于，还包括PID以及与PID相连的露点温度传感器；低压蒸发器表面布置有与PID相连的温度传感器，高压蒸发器表面布置有与PID相连的温度传感器，电动调节阀与PID相连。
一种如上所述的延缓空气源热泵机组结霜的装置的控制方法，包括以下步骤：
获取低压蒸发器的表面温度和当地露点温度；
通过低压蒸发器的表面温度和当地露点温度的大小，判定室外换热器是否存在结霜风险，若低压蒸发器表面温度小于当地露点温度且小于0℃时，则判定室外换热器存在结霜风险，否则，判定室外换热器不存在结霜风险。
本发明进一步的改进在于，若判定室外换热器存在结霜风险，则通过调节电动调节阀的开度控制蒸发压力，否则电动调节阀以最大开度运行。
本发明进一步的改进在于，若判定室外换热器存在结霜风险，则判断当地露点温度是否小于0℃，若是，则电动调节阀以最大开度运行，否则减小电动调节阀开度，使得蒸发压力高于制冷剂工况下对应的结霜临界蒸发压力。
本发明进一步的改进在于，减小电动调节阀开度直到高压蒸发器的盘管的表面温度大于0℃。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：
与传统的空气源热泵相比，本发明通过设置延缓结霜控制支路，分担室外低压蒸发器的吸热量，并提高机组的平均蒸发温度和平均蒸发压力，从而提高机组整体的制热性能，并且起到延缓结霜的作用。相比于传统的除霜和延缓结霜方式，该装置不用改变原有的循环方式，不会对室内用户的热舒适性造成影响。
进一步的，在延缓结霜工作模式下，通过设置单向阀，能够防止高压蒸发器内制冷剂继续蒸发后进入低压段蒸发器。
本发明通过新并联的蒸发器支路，与原来装置相比，提高了机组的平均蒸发压力，从而提高了机组的平均蒸发温度。同时增大了换热器换热面积，分担原来室外换热器的吸热量，大大提升了系统的传热效率。与以往通过蒸发压力或者蒸发温度判断换热器是否具有结霜风险的方式不同，本发明装置通过低压蒸发器表面盘管温度来直接判断换热器是否具有结霜的风险，这种方式较于其它方式来说判断更为精确，大大提高了机组的稳定性。当室外换热器存在结霜的风险时，通过控制高压蒸发压力来调节蒸发温度，保证蒸发温度始终高于高压蒸发器盘管临界结霜温度，低压蒸发器不进行控制，以此来保证室外的蒸发器换热量，从源头上消除了盘管表面霜层形成的可能性，减小了室外换热器结霜的风险。本发明在不改变原有循环方式的基础上，大大延缓了结霜的发生，提高了室内用户的热舒适性，同时不额外增加系统的能耗，运行简单方便。
附图说明
图1是本发明一种延缓空气源热泵机组结霜的装置系统图；
图2是本发明一种延缓空气源热泵机组结霜的装置控制流程图；
图3是本发明判断室外换热器是否存在结霜风险控制流程图；
图4是本发明通过电动调节阀流程图；
图5是本发明通过电动调节阀调节蒸发压力的具体流程图；
图6是本发明一种延缓空气源热泵机组结霜的装置的减霜示意图。
图中，1为压缩机，2为冷凝器，3为节流装置，4为低压蒸发器，5为单向阀，6为高压蒸发器，7为电动调节阀。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更清楚全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以多种不同的形式来实现，比如冷藏装置等，所以本发明并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例都属于本发明的保护范围。
另外，本发明中的元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
本发明提供了一种延缓空气源热泵机组结霜的装置，如图1所示，该装置包括PID、压缩机1、冷凝器2、节流装置3、低压蒸发器4、单向阀5、高压蒸发器6以及电动调节阀7。湿空气由高压蒸发器6侧进入，低压蒸发器4侧出；电动调节阀7与PID相连。
其中，压缩机1、冷凝器2与节流装置3依次连接，节流装置3出口分两路，节流装置3出口的一路制冷剂依次连接原来回路低压蒸发段的低压蒸发器4入口，低压蒸发器4出口与单向阀5相连。另一路制冷剂经延缓结霜控制支路与压缩机1相连，具体的，另一路制冷剂依次连接高压蒸发段入口的高压蒸发器6与电动调节阀7，然后制冷剂在低压蒸发段单向阀5出口与高压蒸发段的电动调节阀7出口汇合，再进入压缩机1的入口，完成循环。
该装置通过增加了延缓结霜控制支路即高压循环支路的高压蒸发器6，来分担低压蒸发器4的吸热量，同时当装置有结霜的风险时，通过调节电动调节阀7来提高平均蒸发压力和平均蒸发温度，从而提高机组整体的制热性能，并且起到延缓结霜的作用。
当空气源热泵获取系统开启且当空气源制热模式开启指令时，电动调节阀7开启，当判定室外换热器存在结霜风险时，若露点温度高于0℃，则通过电动调节阀7调节控制该支路的蒸发压力，使蒸发压力高于该制冷剂工况下对应的结霜临界蒸发压力，通过蒸发压力控制蒸发温度，保证蒸发温度高于盘管临界结霜温度，从而起到延缓室外换热器结霜的目的；若露点温度低于0℃，则电动调节阀7以最大开度运行，此时系统高压支路的作用是通过增大换热器面积的方式来延缓结霜，此时低压蒸发段的蒸发压力由机组自行调节控制。
另一支路来自节流装置3的低压制冷剂经过低压蒸发器4进行蒸发，单向阀5的作用是防止高压蒸发器6内制冷剂继续蒸发后进入低压段蒸发器4。最终单向阀5出口的低压制冷剂气体和电动调节阀7出口的高压制冷剂气体混合一起进入压缩机1，完成循环。
当判定室外换热器不存在结霜的风险时，由电动调节阀7以最大开度运行。
参见图2，本发明还提供一种延缓空气源热泵机组结霜的装置的控制方法，包括以下步骤：
S1：获取空气源热泵系统开启指令；
S2：获取空气源热泵制热模式的开启指令；
S3：判断室外换热器是否存在结霜风险；若判定室外换热器存在结霜风险，则进入步骤S4，否则进入步骤S5；
S4：通过电动调节阀来调节阀门开度来控制蒸发压力；
S5：电动调节阀以最大开度运行；
本发明提供的延缓空气源热泵机组结霜的控制方法通过根据低压蒸发器盘管的表面温度t1来判断室外换热器是否存在结霜风险，判断t1是否小于当地空气露点温度t2并且小于0℃，若是，则判定室外换热器存在结霜风险，否则，则判断室外换热器不存在结霜风险。参见图3，具体过程为：
S301：获取低压蒸发器4的盘管表面温度t1；
S302：获取当地空气露点温度t2；
S303：判断t1是否小于当地空气露点温度t2并且小于0℃，若是，则执行步骤S304，否则执行步骤S305；
S304：判定室外换热器存在结霜风险；
S305：判定室外换热器不存在结霜风险；
本发明通过在低压蒸发器4表面布置有与PID相连的温度传感器，获取低压蒸发器4盘管表面温度t1；通过与PID相连的露点温度传感器，获取室外空气露点温度t2，高压蒸发器6表面布置有与PID相连的温度传感器，获取高压蒸发器6盘管表面温度t3。本发明提供的延缓空气源热泵机组结霜的控制方法为：通过判断当地空气露点温度t2是否低于0℃来控制电动调节阀7的运行模式，若满足露点温度t2小于0℃，则电动调节阀7以最大开度运行，否则，电动调节阀自动调节蒸发压力，使得蒸发压力高于制冷剂工况下对应的结霜临界蒸发压力。
参见图4，控制电动调节阀7开度的具体过程为：
S401：判断室外空气露点温度t2是否满足小于0℃，若是，则执行步骤S402，否则执行步骤S403。
S402：电动调节阀7以最大开度运行；
S403：PID控制的电动调节阀自动调节蒸发压力。
本发明提供的延缓空气源热泵机组结霜的控制方法在于通过控制高压支路的蒸发压力，使蒸发压力高于该制冷剂工况下对应的结霜临界蒸发压力，通过蒸发压力控制蒸发温度，保证蒸发温度高于盘管临界结霜温度，从而起到延缓室外换热器结霜的目的。当露点温度t2＞0℃，即t1＜0℃＜t2时，电动调节阀7自动调节蒸发压力，具体操作为：减小电动调节阀7开度来提高蒸发压力，直到高压蒸发器6的盘管的表面温度t3＞0℃，电动调节阀7以此开度继续运行，否则继续减小电动调节阀7开度，提高蒸发压力。
参见图5，电动调节阀7调节自动蒸发压力的具体过程为：
S4031：减小电动调节阀7开度；
S4032：获取高压蒸发器的盘管的表面温度t3；
S4033：判断是否满足t3＞0℃，若是，则进行步骤S4034，若否，继续减小电动调节阀7开度；
S4034：电动调节阀7以此开度运行；
本发明中低压蒸发器4表面布置的温度传感器、蒸发器6表面布置的温度传感器以及当地露点温度传感器均与电动调节阀7相连，根据蒸发器盘管表面温度t1、当地空气环境露点温度t2以及高压蒸发器盘管表面温度t3来控制电动调节阀7。
参见图6，传统的空气源热泵系统的室外换热器的换热过程为A-B-C-D所示。点A为环境空气的温湿度状态，点C为状态A对应的露点状态，点D为结霜工况下换热后空气的温湿度状态，此时D点的温度低于空气所对应的露点温度，空气会在蒸发器盘管表面析出水分，当D点的温度低于0℃时，空气析出的水分便会在盘管表面结霜。当延缓结霜模式开始工作时，由PID控制的电动调节阀7根据低温蒸发段的实时压力调节阀门来提高蒸发压力，从而提高蒸发温度，使系统蒸发器出风状态点D移动到E，消除了盘管表面霜层形成的可能性，减小了室外换热器结霜的风险。
本发明通过并联一新蒸发器支路，与原来装置相比，增大了换热器换热面积，分担原来室外换热器的吸热量，大大提升了系统的传热效率；当室外换热器存在结霜的风险时，通过控制蒸发压力来调节蒸发温度，保证蒸发温度始终高于盘管临界结霜温度，从源头上解除了盘管表面霜层形成的可能性，降低了室外换热器结霜的风险，该装置反应速度快，运行稳定，提高了室内用户的热舒适性。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅限于以上实施例，其具体结构允许有变化。但凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明的保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

Claims (3)

1.一种延缓空气源热泵机组结霜的装置，其特征在于，包括压缩机（1）、冷凝器（2）、节流装置（3）以及低压蒸发器（4），压缩机（1）经冷凝器（2）与节流装置（3）入口相连，节流装置（3）出口分两路，一路经低压蒸发器（4）与压缩机（1）入口相连，另一路经延缓结霜控制支路与压缩机（1）入口相连；
低压蒸发器（4）与压缩机（1）入口之间设置有单向阀（5）；
延缓结霜控制支路包括高压蒸发器（6）和电动调节阀（7），高压蒸发器（6）与节流装置（3）出口相连，高压蒸发器（6）与电动调节阀（7）相连，电动调节阀（7）与压缩机（1）入口相连；
还包括PID以及与PID相连的露点温度传感器；低压蒸发器（4）表面布置有与PID相连的温度传感器，高压蒸发器（6）表面布置有与PID相连的温度传感器，电动调节阀（7）与PID相连。
2.一种如权利要求1所述的延缓空气源热泵机组结霜的装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取低压蒸发器（4）的表面温度和当地露点温度；
通过低压蒸发器（4）的表面温度和当地露点温度的大小，判定室外换热器是否存在结霜风险，若低压蒸发器（4）表面温度小于当地露点温度且小于0℃时，则判定室外换热器存在结霜风险，否则，判定室外换热器不存在结霜风险；
若判定室外换热器存在结霜风险，则通过调节电动调节阀（7）的开度控制蒸发压力，否则电动调节阀（7）以最大开度运行；若判定室外换热器存在结霜风险，则判断当地露点温度是否小于0℃，若是，则电动调节阀（7）以最大开度运行，否则减小电动调节阀（7）开度，使得蒸发压力高于制冷剂工况下对应的结霜临界蒸发压力。
3.一种根据权利要求2所述的延缓空气源热泵机组结霜的装置的控制方法，其特征在于，减小电动调节阀（7）开度直到高压蒸发器（6）的盘管的表面温度大于0℃。
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