CN117803984A - 热泵系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热泵系统及其控制方法。热泵系统包括通过冷媒管路连通的室内单元和室外单元，其中，所述室外单元包括压缩机、第一换热器、第一节流装置和换向阀，并且室内单元包括第二换热器，在所述室内单元和室外单元之间的冷媒气相管路上设置有储热单元，所述储热单元包括并联设置的第一支路和第二支路，所述第一支路设置有储热换热器和第二节流装置，所述第二支路设置有控制阀装置，所述控制阀装置能受控地对流过所述第二支路的冷媒进行截止，其中，所述热泵系统能够在制冷模式、制热模式、储热制热模式和化霜模式下运行。本发明的热泵系统能在除霜期间连续制热，通过采用可选配的储热单元不仅能够节省室外单元的内部空间而且有效降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及热泵领域，更具体地，本发明涉及一种热泵系统及其控制方法。
背景技术
为了改善空调系统的舒适性，常见的空调系统具有制冷模式，具有制冷模式和制热模式的空调系统也称为热泵系统。然而，在制热模式下，室外换热器由于处于低温高湿环境中容易发生结霜，一般热泵系统具有除霜模式，其中，将压缩机出口的高温过热冷媒直接输送至室外换热器以快速使结霜融化。在除霜模式下，由于高温冷媒被输送至室外换热器，这将导致室内换热器不仅停止制热，还会从室内吸收热量。
一些现有技术中采用储热换热器在制热模式下储存热量并在化霜模式下采用储热换热器中的热量来化霜。这类设备通常包括两组换向阀和若干止回阀，这类装置一般无法在化霜模式期间为室内提供制热，或者能够实现连续制热但增加系统成本过高而难于市场化。此外，储热换热器通常安装在空调系统的室外单元内侧，这增加了室外单元的设计难度。
发明内容
本发明的目的在于解决或至少缓解现有技术中所存在的问题。
根据本发明的第一方面，提供了一种热泵系统，其包括通过冷媒管路连通的室内单元和室外单元，其中，所述室外单元包括压缩机、第一换热器、第一节流装置和换向阀，并且所述室内单元包括第二换热器，所述冷媒管路具有冷媒气相管路和冷媒液相管路，在所述室内单元和室外单元之间的冷媒气相管路上设置有储热单元，所述储热单元包括并联设置的第一支路和第二支路，所述第一支路设置有储热换热器和第二节流装置，所述第二支路设置有控制阀装置，所述控制阀装置能够受控地对流过所述第二支路的冷媒进行截止，
其中，所述热泵系统能够在制冷模式、制热模式、储热制热模式和化霜模式下运行，
在所述制冷模式中，所述第二节流装置关闭，使得没有冷媒经过所述储热换热器，并且所述控制阀装置开启，以使冷媒从所述室内单元的第二换热器通过所述第二支路流向所述室外单元的换向阀，再进入压缩机吸入口；
在所述制热模式中，所述第二节流装置开启微小开度，所述微小开度是少量冷媒流经所述储热换热器而使其保持流动状态的开度，并且所述控制阀装置开启，以使冷媒从所述室外单元的换向阀通过所述第二支路流向所述室内单元的第二换热器；
在所述储热制热模式中，所述第二节流装置全开而所述第一节流装置起到节流作用，以使所述储热换热器储存热量，所述控制阀装置关闭，使得没有冷媒经过所述第二支路；或者所述第二节流装置部分开启，以使至少部分冷媒流经所述储热换热器，而所述控制阀装置开启，使得大部分冷媒经过所述第二支路；以及
在所述化霜模式中，所述第一节流装置全开而所述第二节流装置起到节流作用，以使冷媒流经所述储热换热器吸收热量进行蒸发，所述控制阀装置关闭，使得没有冷媒经过所述第二支路。
可选地，在所述的热泵系统的实施例中，所述储热单元可移除地安装在所述室内单元和所述室外单元之间的冷媒气相管路上。
可选地，在所述的热泵系统的实施例中，所述储热单元设置在所述第二换热器和所述换向阀之间的冷媒气相管路上。
可选地，在所述的热泵系统的实施例中，所述控制阀装置包括串联连接的第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀从相反的方向对经过所述第二支路的冷媒进行截止。
可选地，在所述的热泵系统的实施例中，所述控制阀装置为一个双向截止的电磁阀或电动球阀。
可选地，在所述的热泵系统的实施例中，所述储热换热器为相变换热器。
可选地，在所述的热泵系统的实施例中，所述第一节流装置和所述第二节流装置为电子膨胀阀。
根据本发明的第二方面，还提供了一种热泵系统的控制方法，所述热泵系统包括通过冷媒管路连通的室内单元和室外单元，其中，所述室外单元包括压缩机、第一换热器、第一节流装置和换向阀，并且所述室内单元包括第二换热器，所述冷媒管路具有冷媒气相管路和冷媒液相管路，所述室内单元和室外单元之间的冷媒气相管路上设置有储热单元，所述储热单元包括并联设置的第一支路和第二支路，所述第一支路设置有储热换热器和第二节流装置，所述第二支路设置有控制阀装置，所述控制阀装置能够受控地对流过所述第二支路的冷媒进行截止，
在制冷模式中关闭所述第二节流装置，使得没有冷媒经过所述储热换热器，并且开启所述控制阀装置，以使冷媒从所述室内单元的第二换热器通过所述第二支路流向所述室外单元的换向阀，再进入压缩机吸入口；
在制热模式中，使所述第二节流装置开启微小开度，所述微小开度是少量冷媒流经所述储热换热器而使其保持流动状态的开度，并且开启所述控制阀装置，以使冷媒从所述室外单元的换向阀通过所述第二支路流向所述室内单元的第二换热器；
在储热制热模式中使所述第二节流装置全开，由所述第一节流装置节流，以使所述储热换热器储存热量，并且关闭所述控制阀装置，使得没有冷媒经过所述第二支路；或者使第二节流装置部分开启，以使至少部分冷媒流经所述储热换热器，并且开启所述控制阀装置，使得大部分冷媒经过所述第二支路；
在化霜模式中使所述第一节流装置全开，由所述第二节流装置节流，以使冷媒流经所述储热换热器吸收热量进行蒸发，并且关闭所述控制阀装置，使得没有冷媒经过所述第二支路。
可选地，在所述的控制方法的实施例中，所述储热单元可移除地安装在所述室内单元和所述室外单元之间的冷媒气相管路上。
可选地，在所述的控制方法的实施例中，所述方法还包括将第一支路和第二支路并联在所述换向阀和所述第二换热器之间的冷媒气相管路上。
根据本发明的实施例的系统和方法能够实现在除霜期间连续制热，通过采用可选配的储热单元不仅能够节省热泵系统的室外单元的内部空间，有效降低制造和安装成本，而且能够降低室外单元的设计难度。
附图说明
参照附图，本申请的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本申请的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：
图1示出了根据本发明的热泵系统的实施例的结构示意图。
具体实施方式
参考图1 来介绍根据本发明的实施例的热泵系统。根据实施例的热泵系统包括通过冷媒管路连通的室内单元和室外单元，其中，所述室外单元包括压缩机1、第一换热器2、第一节流装置3和换向阀4，并且所述室内单元包括第二换热器5，所述冷媒管路具有冷媒气相管路和冷媒液相管路。所述室外单元和所述室内单元中各个部件的布置与常规热泵系统相同且功能相同，在此不再赘述。在所述室内单元和室外单元之间的冷媒气相管路上设置有储热单元P（参见图1中的矩形虚线框），所述储热单元P包括并联设置的第一支路L1和第二支路L2，所述第一支路L1设置有储热换热器6和第二节流装置7，所述第二支路L2设置有控制阀装置8，所述控制阀装置8能够受控地对流过所述第二支路L2的冷媒进行截止。
根据本发明的实施例的热泵系统能够在制冷模式、制热模式、储热制热模式和化霜模式下运行。
在所述制冷模式中，所述第二节流装置7关闭，使得没有冷媒经过所述储热换热器6，并且所述控制阀装置8开启，以使冷媒从所述室内单元的第二换热器5通过第二支路L2流向所述室外单元的换向阀4，再进入压缩机1吸入口。具体而言，在制冷模式中，换向阀4设置成使得c端口与a端口连通，d端口与b端口连通。从压缩机1出口流出的高压冷媒从换向阀4的c端口进入换向阀4并从a端口离开换向阀4后，经过作为冷凝器的室外单元的第一换热器2，并由第一节流装置3节流后变成低压冷媒。低压冷媒经过作为蒸发器的室内单元的第二换热器5后，随后通过储热单元P的第二支路L2，从换向阀4的d端口进入换向阀4并从b端口离开换向阀4并返回压缩机1的入口。
在所述制热模式中，所述第二节流装置7开启微小开度，以使所述储热换热器6有少量冷媒流过而处于流动状态，从而避免所述储热换热器6中积液积油。因此，在本文中，术语“微小开度”指的是少量冷媒流经所述储热换热器6而使其保持流动状态的开度。此时，所述控制阀装置8开启，以使冷媒从所述室外单元的换向阀4通过第二支路L2流向所述室内单元的第二换热器5。具体而言，在制热模式中，换向阀4设置成使得a端口与b端口连通，c端口与d端口连通。从压缩机1出口流出的高压冷媒从换向阀4的c端口进入换向阀4并从d端口离开换向阀4后，经过储热单元P的第二支路L2，进入作为冷凝器的室内单元的第二换热器5，并由第一节流装置3节流后变成低压冷媒。低压冷媒经过作为蒸发器的室外单元的第一换热器2，从换向阀4的a端口进入换向阀4并从b端口离开换向阀4并返回压缩机1的入口。
在所述储热制热模式中，所述第二节流装置7全开而所述第一节流装置3起到节流作用，以使所述储热换热器6储存部分热量，使得所述冷媒从所述室外单元的换向阀4通过所述第一支路L1流向所述室内单元的第二换热器5，所述控制阀装置8关闭，使得没有冷媒经过所述第二支路L2。具体而言，在储热制热模式中，换向阀4设置成使得a端口与b端口连通，c端口与d端口连通。从压缩机1出口流出的高压冷媒从换向阀4的c端口进入换向阀4并从d端口离开换向阀4后，经过储热单元P的第一支路L1上的储热换热器6和第二节流装置7，从而进行储热。随后，高压冷媒进入作为冷凝器的室内单元的第二换热器5，并由第一节流装置3节流后变成低压冷媒。低压冷媒经过作为蒸发器的室外单元的第一换热器2，从换向阀4的a端口进入换向阀4并从b端口离开换向阀4并返回压缩机1的入口。当然，为了避免蓄热对室内舒适影响，并且出于延长蓄热时间的考虑，也可以将所述第二节流装置7打开适当开度以进行蓄热。具体而言，在所述储热制热模式中，所述第二节流装置7部分开启，以使至少部分冷媒流经所述储热换热器6，用以缓慢储存热量，而所述控制阀装置8开启，使得大部分冷媒经过所述第二支路L2。因此，根据本发明的热泵系统能够在制热期间储存热量。
在所述化霜模式中，所述第一节流装置3全开而所述第二节流装置7起到节流作用，以使冷媒流经所述储热换热器6吸收热量进行蒸发，使得所述冷媒从所述室内单元的第二换热器5通过所述第一支路L1流向所述室外单元的压缩机1吸入口，所述控制阀装置8关闭，使得没有冷媒经过所述第二支路L2。具体而言，在化霜模式中，换向阀4设置成使得c端口与a端口连通，d端口与b端口连通。从压缩机1出口流出的高压冷媒从换向阀4的c端口进入换向阀4并从a端口离开换向阀4后，进入作为冷凝器的室外单元的第一换热器2，从而给冷凝器除霜。随后高压冷媒从第一换热器2经过全开的第一节流装置3，进入作为室内单元的第二换热器5继续给室内提供热量。随后冷媒依次经过储热单元P的第二支路L2上的第二节流装置7和储热换热器6，并由第二节流装置7节流后变成低压冷媒，此时低压冷媒在储热换热器6中吸收热量蒸发变成气态冷媒。随后，低压冷媒从换向阀4的d端口进入换向阀4并从b端口离开换向阀4并返回压缩机1的入口。因此，根据本发明的热泵系统能够在除霜期间连续制热。
从上文可知，根据本发明的热泵系统采用可选配的储热单元，能够在不破坏现有热泵系统的主要部件的基础上根据需求可移除地安装在室外单元和室内单元之间的冷媒气相管路上，如此不仅能够节省热泵系统的室外单元的内部空间，有效降低制造和安装成本，而且能够降低室外单元的设计难度。
在一些实施例中，所述储热单元P可移除地安装在所述室内单元和所述室外单元之间的冷媒气相管路上。例如，操作人员可以将在所述室内单元和所述室外单元之间的冷媒气相管路切开以便接入并安装储热单元P，而未对室外单元和室内单元的零部件造成任何影响。进一步地，所述储热单元P设置在所述第二换热器5和所述换向阀4之间的冷媒气相管路上，如图1所示。
在一些实施例中，所述控制阀装置8包括串联连接的第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀从相反的方向对经过所述第二支路的冷媒进行截止，其中，所述第一电磁阀和第二电磁阀在所述制冷模式和所述制热模式中开启，在化霜模式中关闭，并且在所述储热制热模式中可以根据需求打开以或者关闭。
在一些实施例中，所述控制阀装置也可以采用一个双向截止的电磁阀或电动球阀的形式，在所述制冷模式和所述制热模式中开启，在化霜模式中关闭，并且在所述储热制热模式中可以根据需求打开或者关闭。
在一些实施例中，所述储热换热器6可为相变换热器，其中包含相变材料以储存热能。
在一些实施例中，所述第一节流装置3和所述第二节流装置7为电子膨胀阀。
另一方面，本发明的实施例还提供了一种热泵系统的控制方法，所述热泵系统包括通过冷媒管路连通的室内单元和室外单元，其中，所述室外单元包括压缩机1、第一换热器2、第一节流装置3和换向阀4，并且所述室内单元包括第二换热器5，所述冷媒管路具有冷媒气相管路和冷媒液相管路。所述室内单元和室外单元之间的冷媒气相管路上设置有储热单元P，所述储热单元P包括并联设置的第一支路L1和第二支路L2，所述第一支路L1设置有储热换热器6和第二节流装置7，所述第二支路L2设置有控制阀装置8，所述控制阀装置8能够受控地对流过所述第二支路L2的冷媒进行截止，
在制冷模式中关闭所述第二节流装置7，使得没有冷媒经过所述储热换热器6，并且开启所述控制阀装置8，以使冷媒从所述室内单元的第二换热器5通过所述第二支路L2流向所述室外单元的换向阀4，再进入压缩机1吸入口；
在制热模式中使所述第二节流装置7开启微小开度，以使少量冷媒流经所述储热换热器6而使其保持流动状态，从而避免积液积油，并且开启所述控制阀装置8，以使冷媒从所述室外单元的换向阀4通过所述第二支路L2流向所述室内单元的第二换热器5；
在储热制热模式中使所述第二节流装置7全开，由所述第一节流装置3节流，以使所述储热换热器6储存热量，并且关闭所述控制阀装置8，使得没有冷媒经过所述第二支路L2；或者使第二节流装置7部分开启，以使至少部分冷媒流经所述储热换热器6，并且开启所述控制阀装置8，使得大部分冷媒经过所述第二支路L2；以及
在化霜模式中使所述第一节流装置3全开，由所述第二节流装置7节流，以使冷媒流经所述储热换热器6吸收热量进行蒸发，并且关闭所述控制阀装置8，使得没有冷媒经过所述第二支路L2。
在一些实施例中，所述储热单元6可移除地安装在所述室内单元和所述室外单元之间的冷媒气相管路上。
在一些实施例中，所述方法还包括将第一支路L1和第二支路L2并联在所述换向阀4和所述第二换热器5之间的冷媒气相管路上。
本发明以上所描述的具体实施例仅为了更清楚地描述本发明的原理，其中清楚地示出或描述了各个部件而使本发明的原理更容易理解。在不脱离本申请的范围的情况下，本领域的技术人员可容易地对本申请进行各种修改或变化。故应当理解的是，这些修改或者变化均应包含在本申请的专利保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热泵系统，其包括通过冷媒管路连通的室内单元和室外单元，其中，所述室外单元包括压缩机、第一换热器、第一节流装置和换向阀，并且所述室内单元包括第二换热器，所述冷媒管路具有冷媒气相管路和冷媒液相管路，其特征在于，在所述室内单元和室外单元之间的冷媒气相管路上设置有储热单元，所述储热单元包括并联设置的第一支路和第二支路，所述第一支路设置有储热换热器和第二节流装置，所述第二支路设置有控制阀装置，所述控制阀装置能够受控地对流过所述第二支路的冷媒进行截止，
其中，所述热泵系统能够在制冷模式、制热模式、储热制热模式和化霜模式下运行，
在所述制冷模式中，所述第二节流装置关闭，使得没有冷媒经过所述储热换热器，并且所述控制阀装置开启，以使冷媒从所述室内单元的第二换热器通过所述第二支路流向所述室外单元的换向阀，再进入压缩机吸入口；
在所述制热模式中，所述第二节流装置开启微小开度，并且所述控制阀装置开启，以使冷媒从所述室外单元的换向阀通过所述第二支路流向所述室内单元的第二换热器；
在所述储热制热模式中，所述第二节流装置全开而所述第一节流装置起到节流作用，以使所述储热换热器储存热量，所述控制阀装置关闭，使得没有冷媒经过所述第二支路；或者所述第二节流装置部分开启，以使至少部分冷媒流经所述储热换热器，而所述控制阀装置开启，使得大部分冷媒经过所述第二支路；以及
在所述化霜模式中，所述第一节流装置全开而所述第二节流装置起到节流作用，以使冷媒流经所述储热换热器吸收热量进行蒸发，所述控制阀装置关闭，使得没有冷媒经过所述第二支路。
2.根据权利要求1所述的热泵系统，其特征在于，所述储热单元可移除地安装在所述室内单元和所述室外单元之间的冷媒气相管路上。
3.根据权利要求2所述的热泵系统，其特征在于，所述储热单元设置在所述第二换热器和所述换向阀之间的冷媒气相管路上。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述控制阀装置包括串联连接的第一电磁阀和第二电磁阀，所述第一电磁阀和第二电磁阀从相反的方向对经过所述第二支路的冷媒进行截止。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述控制阀装置为一个双向截止的电磁阀或电动球阀。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述储热换热器为相变换热器。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的热泵系统，其特征在于，所述第一节流装置和所述第二节流装置为电子膨胀阀。
8.一种热泵系统的控制方法，所述热泵系统包括通过冷媒管路连通的室内单元和室外单元，其中，所述室外单元包括压缩机、第一换热器、第一节流装置和换向阀，并且所述室内单元包括第二换热器，所述冷媒管路具有冷媒气相管路和冷媒液相管路，其特征在于，所述室内单元和室外单元之间的冷媒气相管路上设置有储热单元，所述储热单元包括并联设置的第一支路和第二支路，所述第一支路设置有储热换热器和第二节流装置，所述第二支路设置有控制阀装置，所述控制阀装置能够受控地对流过所述第二支路的冷媒进行截止，
在制冷模式中,关闭所述第二节流装置，使得没有冷媒经过所述储热换热器，并且开启所述控制阀装置，以使冷媒从所述室内单元的第二换热器通过所述第二支路流向所述室外单元的换向阀，再进入压缩机吸入口；
在制热模式中，使所述第二节流装置开启微小开度，并且开启所述控制阀装置，以使冷媒从所述室外单元的换向阀通过所述第二支路流向所述室内单元的第二换热器；
在储热制热模式中,使所述第二节流装置全开，由所述第一节流装置节流，以使所述储热换热器储存热量，并且关闭所述控制阀装置，使得没有冷媒经过所述第二支路；或者使第二节流装置部分开启，以使至少部分冷媒流经所述储热换热器，并且开启所述控制阀装置，使得大部分冷媒经过所述第二支路；以及
在化霜模式中使所述第一节流装置全开，由所述第二节流装置节流，以使冷媒流经所述储热换热器吸收热量进行蒸发，并且关闭所述控制阀装置，使得没有冷媒经过所述第二支路。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述储热单元可移除地安装在所述室内单元和所述室外单元之间的冷媒气相管路上。
10.根据权利要求8或9所述的控制方法，其特征在于，所述方法还包括将第一支路和第二支路并联在所述换向阀和所述第二换热器之间的冷媒气相管路上。
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