CN208536465U - 热泵的除霜控制系统及变频热泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热泵的除霜控制系统及变频热泵。其中，该系统包括：电磁阀，电磁阀的第一端连接于压缩机的出气口；毛细管，毛细管的第一端与电磁阀的第二端连接，毛细管的第二端连接于蒸发器的进气口，其中，蒸发器的出气口通过气液分离器与压缩机的进气口连接；温度传感器，用于采集蒸发器的入口温度和翅片温度，以及蒸发器所处环境的环境温度；处理器，与温度传感器和电磁阀的控制端连接，用于当基于环境温度、入口温度和翅片温度确定执行除霜操作时，控制电磁阀打开。本实用新型解决了现有技术中热泵除霜不及时的技术问题。

Description

热泵的除霜控制系统及变频热泵

技术领域

本实用新型涉及热泵技术领域，具体而言，涉及一种热泵的除霜控制系统及变频热泵。

背景技术

热泵技术作为一种较为新型的供热方式，相比于电加热式和燃气式供热，从经济性和环保性来说都更为优越，尤其是跨临界CO₂热泵热水器，其采用的制冷剂为二氧化碳，还具有高效节能，应用范围广，出水温度高的优点，进一步提升了该系统的应用潜力。

针对在寒冷气候下的应用，空气源跨临界CO₂热泵热水器面临着结霜的问题。当热泵的蒸发器结霜严重时，将堵塞风道，增大风阻，严重削弱蒸发器的换热效率，使热水器的制热效果大大衰减。因此，在寒冷气候下的除霜对热泵的高效可靠运行来说是不可或缺的。在空气源跨临界CO₂热泵系统中目前采用的除霜方法包括：自然除霜，电加热除霜，热水蓄热除霜，超声波除霜等等。在除霜中存在的问题有：开始除霜不及时，除霜时间过长，影响用户用热水；退出除霜不及时，浪费能源等。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种热泵的除霜控制系统及变频热泵，以至少解决现有技术中热泵除霜不及时的技术问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种热泵的除霜控制系统，包括：电磁阀，电磁阀的第一端连接于压缩机的出气口；毛细管，毛细管的第一端与电磁阀的第二端连接，毛细管的第二端连接于蒸发器的进气口，其中，蒸发器的出气口通过气液分离器与压缩机的进气口连接；温度传感器，用于采集蒸发器的入口温度和翅片温度，以及蒸发器所处环境的环境温度；处理器，与温度传感器和电磁阀的控制端连接，用于当基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定执行除霜操作时，控制电磁阀打开。

进一步地，温度传感器包括：第一温度传感器，连接于蒸发器的进气口，与处理器连接，用于采集入口温度；第二温度传感器，设置在蒸发器的翅片上，与处理器连接，用于采集翅片温度；第三温度传感器，设置在蒸发器上，与处理器连接，用于采集环境温度。

进一步地，上述系统还包括：电子膨胀阀，电子膨胀阀的第一端与冷却器的出气口连接，电子膨胀阀的第二端连接于蒸发器的进气口，其中，冷却器的进气口与压缩机的出气口连接；处理器，与电子膨胀阀的控制端连接，用于当控制电磁阀打开时，控制电子膨胀阀向全关调节。

进一步地，蒸发器安装有风机；冷却器的水侧连接有水泵；处理器，与风机和水泵连接，用于当控制电磁阀打开预设时间时，控制风机和水泵关闭。

进一步地，上述系统还包括：压缩机变频器，连接在处理器和压缩机之间；处理器，与第三温度传感器连接，用于基于环境温度确定压缩机变频器的输出频率。

进一步地，上述系统还包括：第一压力传感器，连接于压缩机的出气口，用于采集压缩机的排气压力；第二压力传感器，连接于压缩机的进气口，用于采集压缩机的吸气压力；处理器，与第一压力传感器和第二压力传感器连接，用于当基于排气压力和吸气压力确定结束执行除霜操作时，控制电磁阀关闭。

进一步地，上述系统还包括：电子膨胀阀；处理器，与电子膨胀阀的控制端连接，用于当确定结束执行除霜操作时控制电子膨胀阀向全开调节，并当电子膨胀阀打开时控制电磁阀关闭。

进一步地，蒸发器安装有风机；冷却器的水侧连接有水泵；处理器，与风机和水泵连接，用于当控制电子膨胀阀向全开调节时，控制风机和水泵打开。

进一步地，上述系统还包括：压缩机变频器；处理器，与压缩机变频器连接，用于当确定结束执行除霜操作时确定压缩机变频器的输出频率为预设频率。

进一步地，上述系统还包括：电子膨胀阀；处理器，与电子膨胀阀的控制端连接，用于当基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定不执行除霜操作时，控制电子膨胀阀处于打开状态，且电磁阀处于关闭状态。

根据本实用新型实施例的另一方面，还提供了一种变频热泵，包括：上述的热泵的除霜控制系统。

在本实用新型实施例中，热泵的除霜控制系统可以包括：压缩机、蒸发器、气液分离器、电磁阀、毛细管、风机、水泵、温度传感器和处理器，其中，电磁阀的第一端连接于压缩机的出气口，毛细管的第一端与电磁阀的第二端连接，毛细管的第二端连接于蒸发器的进气口，蒸发器的出气口通过气液分离器与压缩机的进气口连接，处理器与温度传感器和电磁阀的控制端连接。通过温度传感器采集蒸发器的入口温度和翅片温度，以及蒸发器所处环境的环境温度，并当通过处理器基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定执行除霜操作时，通过处理器控制电磁阀打开，风机关闭，水泵关闭，从而实现热泵的除霜控制，达到了减少结霜对热泵性能的影响的效果，进而解决了现有技术中热泵除霜不及时的技术问题。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的一种热泵的除霜控制系统的结构示意图；以及

图2是根据本实用新型实施例的一种可选的热泵的除霜控制系统的示意图。

其中，上述附图中包括如下附图标记：

10、压缩机；20、蒸发器；30、气液分离器；40、电磁阀；50、毛细管；60、温度传感器；61、第一温度传感器；62、第二温度传感器；63、第三温度传感器；70、处理器；80、电子膨胀阀；90、冷却器；201、风机；901、水泵；100、压缩机变频器；111、第一压力传感器；112、第二压力传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都应当属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它单元。

根据本实用新型实施例，提供了一种热泵的除霜控制系统的实施例。

图1是根据本实用新型实施例的一种热泵的除霜控制系统的示意图，如图1所示，该系统包括：压缩机10、蒸发器20、气液分离器30、电磁阀40、毛细管50、温度传感器60和处理器70。

其中，电磁阀40的第一端连接于压缩机10的出气口；毛细管50的第一端与电磁阀40的第二端连接，毛细管50的第二端连接于蒸发器20的进气口，其中，蒸发器20的出气口通过气液分离器30与压缩机10的进气口连接；温度传感器60用于采集蒸发器20的入口温度和翅片温度，以及蒸发器20所处环境的环境温度；处理器70与温度传感器60和电磁阀40的控制端连接，用于当基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定执行除霜操作时，控制电磁阀40打开。

具体地，上述的热泵可以是空气源跨临界CO₂热泵热水器，如图2所示，主要部件包括：压缩机10、蒸发器20、气液分离器30、电磁阀40、毛细管50，其中，蒸发器20为翅片管式换热器，用于与空气进行换热。控制及传感部件包括：温度传感器60和处理器70。蒸发器20的入口温度和翅片温度、以及环境温度由温度传感器60采集，上述信号均由处理器70进行处理和输出，控制电磁阀40的开启和关闭。

在一种可选的方案中，为了确定控制热泵执行除霜操作，可以基于实验数据，预先得到关于翅片管式蒸发器20结霜程度的计算关联式，并将计算关联式存储在处理器70中，计算关联式如下：

θ＝0.1316T_air-0.0772T_ein-0.0838T_fin-0.3626，T_fin＜0℃，

其中，θ为结霜严重度；T_air为环境空气温度，T_ein为蒸发器20的入口温度，T_fin为翅片温度，单位均为℃。

在实际应用过程中，可以由温度传感器60实时采集蒸发器20的入口温度、翅片温度和环境温度，由处理器70将温度传感器60采集到的温度参数输入结霜程度的计算关联式中，并判断计算得到的结霜程度，当计算得到的结霜程度大于0.7时，确定执行除霜操作，可以由处理器70控制电磁阀40，此时，压缩机10排出的高温高压CO₂气体经电磁阀40，进入毛细管50节流降压为过热气体，直接进入蒸发器20向环境空气放热，用于除霜，然后蒸发器20出口的过热或两相制冷剂进入气液分离器30，最后饱和气回到压缩机10吸气管路，完成除霜操作。

采用本实用新型上述实施例，热泵的除霜控制系统可以包括：压缩机10、蒸发器20、气液分离器30、电磁阀40、毛细管50、温度传感器60和处理器70，其中，电磁阀40的第一端连接于压缩机10的出气口，毛细管50的第一端与电磁阀40的第二端连接，毛细管50的第二端连接于蒸发器20的进气口，蒸发器20的出气口通过气液分离器30与压缩机10的进气口连接，处理器70与温度传感器60和电磁阀40的控制端连接。通过温度传感器60采集蒸发器20的入口温度和翅片温度，以及蒸发器20所处环境的环境温度，并当通过处理器70基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定执行除霜操作时，通过处理器70控制电磁阀40打开，从而实现热泵的除霜控制，达到了减少结霜对热泵性能的影响的效果，进而解决了现有技术中热泵除霜不及时的技术问题。

可选地，如图1所示，温度传感器60包括：第一温度传感器61、第二温度传感器62和第三温度传感器63。

其中，第一温度传感器61连接于蒸发器20的进气口，与处理器70连接，用于采集入口温度；第二温度传感器62设置在蒸发器20的翅片上，与处理器70连接，用于采集翅片温度；第三温度传感器63设置在蒸发器20上，与处理器70连接，用于采集环境温度。

具体地，如图2所示，为了采集蒸发器20的入口温度和翅片温度，以及蒸发器20所处环境的环境温度，可以在蒸发器20的进气口设置第一温度传感器61，由第一温度传感器61采集蒸发器20的入口温度，在蒸发器20的翅片上设置第二温度传感器62，由第二温度传感器62采集翅片温度，并在蒸发器20上设置第三温度传感器63，由第三温度传感器63采集环境温度，将处理器70与第一温度传感器61、第二温度传感器62和第三温度传感器63进行连接，从而处理器70可以基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定是否执行除霜操作。

可选地，如图1所示，该系统还包括：电子膨胀阀80和冷却器90。

其中，电子膨胀阀80的第一端与冷却器90的出气口连接，电子膨胀阀80的第二端连接于蒸发器20的进气口，其中，冷却器90的进气口与压缩机10的出气口连接；处理器70与电子膨胀阀80的控制端连接，用于当控制电磁阀40打开时，控制电子膨胀阀80向全关调节。

具体地，上述的冷却器90可以是套管式换热器。如图2所示，在热泵正常产生热水时，压缩机10排出的高温高压的超临界CO₂经排气管路进入气体冷却器90中向水放热，被水冷却后从气体冷却器90出来的超临界CO₂经电子膨胀阀80节流降压后，成为低压的气液两相，气液两相的CO₂接着进入蒸发器20中向环境吸热，以过热气体或气液两相的状态进入气液分离器30，最后饱和或过热的气体吸入压缩机10，完成循环。因此，在处理器70基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度，确定执行除霜操作之后，在控制电磁阀40打开的同时，控制电子膨胀阀80向全关调节。

可选地，蒸发器20安装有风机201，冷却器90的水侧连接有水泵901。

其中，处理器70与风机201和水泵901连接，用于当控制电磁阀40打开预设时间时，控制风机201和水泵901关闭。

具体地，如图2所示，为了尽量保证热量从蒸发器20放出，在处理器70控制电磁阀40打开，同时控制电子膨胀阀80向全关调节之后延时，延时后控制风机201和水泵901关闭。

可选地，如图1所示，该系统还包括：压缩机变频器100。

其中，压缩机变频器100连接在处理器70和压缩机10之间；处理器70与第三温度传感器63连接，用于基于环境温度确定压缩机变频器100的输出频率。

具体地，当环境温度为0～5℃，由于空气中的含水量较大，结霜相对比较严重；而在环境温度低于0℃，尤其是-10℃以下时，空气中的含水量很小，结霜不严重。在这种情况下，可以预先针对不同的环境，给出压缩机变频器100的输出频率计算公式，如下：

其中，η为压缩机变频器100输出频率设定值，单位为Hz；T_air为环境空气温度，单位为℃。

在实际应用过程中，可以由处理器70基于环境温度，确定压缩机变频器100的输出频率，由处理器70输出该频率值给压缩机变频器100，并通过压缩机变频器100将压缩机10频率提升到更高频率，增大压缩机10功率，即增大除霜放热量。

通过上述方案，在执行除霜操作的过程中，可以基于环境温度确定除霜时压缩机10的工作频率，从而保证不同结霜情况下的除霜效果，达到减少除霜时间，降低对正常制热的影响的效果，解决了现有技术中热泵除霜时间长的温度。

可选地，如图1所示，该系统还包括：第一压力传感器111和第二压力传感器112。

其中，第一压力传感器111连接于压缩机10的出气口，用于采集压缩机10的排气压力；第二压力传感器112连接于压缩机10的进气口，用于采集压缩机10的吸气压力；处理器70与第一压力传感器111和第二压力传感器112连接，用于当基于排气压力和吸气压力确定结束执行除霜操作时，控制电磁阀40关闭。

具体地，如图2所示，控制及传感部件还包括：第一压力传感器111和第二压力传感器112。第一压力传感器111设置在压缩机10的出气口，第二压力传感器112设置在压缩机10的进气口，由第一压力传感器111采集压缩机10的排气压力，由第二压力传感器112采集压缩机10的吸气压力。在除霜完成后，为了判断出退出除霜操作，可以预先给出除霜完成度的计算式，如下：

σ＝0.268P_dis+0.3095P_suc-2.64，

其中，σ为除霜完成度；P_dis和P_suc分别为压缩机10的排气压力和吸气压力，单位MPa。

在实际应用过程中，可以由两个压力传感器实时采集压缩机10的排气压力和吸气压力，由处理器70将两个压力传感器传感器采集到的排气压力和吸气压力输入除霜完成度的计算式中，并判断计算得到的除霜完成度，当计算得到的除霜完成度大于0.9时，确定除霜完成，可以由处理器70控制电磁阀40关闭，此时，热泵进入正常运行状态。

通过上述方案，在执行除霜操作的过程中，可以基于压缩机10的排气压力和吸气压力判断是否退出除霜操作，从而达到降低结霜对热泵性能的影响的效果，解决了现有技术中热泵退出除霜不及时的温度。

可选地，如图1所示，该系统还包括：电子膨胀阀80。

其中，处理器70与电子膨胀阀80的控制端连接，用于当确定结束执行除霜操作时控制电子膨胀阀80向全开调节，并当电子膨胀阀80打开时控制电磁阀40关闭。

具体地，如图2所示，在处理器70确定除霜完成，退出除霜操作之后，可以首先控制电子膨胀阀80向全开进行调节，在电子膨胀阀80全开完毕之后，再将电磁阀40关闭。

可选地，蒸发器20安装有风机201，冷却器90的水侧连接有水泵901。

其中，处理器70与风机201和水泵901连接，用于当控制电子膨胀阀80向全开调节时，控制风机201和水泵901打开。

具体地，如图2所示，在处理器70确定退出除霜操作之后，处理器70控制电子膨胀阀80向全开进行调节，同时打开风机201和水泵901。

可选地，如图1所示，该系统还包括：压缩机变频器100。

其中，处理器70与压缩机变频器100连接，用于当确定结束执行除霜操作时确定压缩机变频器100的输出频率为预设频率。

具体地，上述的预设频率可以是热泵正常工作时，压缩机10的频率。

在一种可选的方案中，在处理器70确定退出除霜操作，且将电磁阀40关闭之后，可以由处理器70输出预设频率至压缩机变频器100，由压缩机变频器100控制压缩机10正常运行，从而实现了控制热泵进行正常运行状态的目的。

可选地，如图1所示，该系统还包括：电子膨胀阀80。

其中，处理器70与电子膨胀阀80的控制端连接，用于当基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定不执行除霜操作时，控制电子膨胀阀80处于打开状态，且电磁阀40处于关闭状态。

具体地，如图2所示，在热泵正常工作过程中，电子膨胀阀80处于打开状态，而电磁阀40处于关闭状态。当处理器70基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定执行除霜操作时，控制电磁阀40打开，同时控制电子膨胀阀80向全关调节，否则，也即，当基于环境温度、入口温度和翅片温度环境温度确定不执行除霜操作时，不对电磁阀40和电子膨胀阀80进行控制，继续保持电子膨胀阀80处于打开状态，而电磁阀40处于关闭状态。

根据本实用新型实施例，还提供了一种变频热泵的实施例，包括：上述的热泵的除霜控制系统。

在本实用新型的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (11)

1.一种热泵的除霜控制系统，其特征在于，包括：

电磁阀，所述电磁阀的第一端连接于压缩机的出气口；

毛细管，所述毛细管的第一端与所述电磁阀的第二端连接，所述毛细管的第二端连接于蒸发器的进气口，其中，所述蒸发器的出气口通过气液分离器与所述压缩机的进气口连接；

温度传感器，用于采集所述蒸发器的入口温度和翅片温度，以及所述蒸发器所处环境的环境温度；

处理器，与所述温度传感器和所述电磁阀的控制端连接，用于当基于所述环境温度、所述入口温度和所述翅片温度确定执行除霜操作时，控制所述电磁阀打开。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述温度传感器包括：

第一温度传感器，连接于所述蒸发器的进气口，与所述处理器连接，用于采集所述入口温度；

第二温度传感器，设置在所述蒸发器的翅片上，与所述处理器连接，用于采集所述翅片温度；

第三温度传感器，设置在所述蒸发器上，与所述处理器连接，用于采集所述环境温度。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

电子膨胀阀，所述电子膨胀阀的第一端与冷却器的出气口连接，所述电子膨胀阀的第二端连接于所述蒸发器的进气口，其中，所述冷却器的进气口与所述压缩机的出气口连接；

所述处理器，与所述电子膨胀阀的控制端连接，用于当控制所述电磁阀打开时，控制所述电子膨胀阀向全关调节。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述蒸发器安装有风机；

所述冷却器的水侧连接有水泵；

所述处理器，与所述风机和所述水泵连接，用于当控制所述电磁阀打开预设时间时，控制所述风机和所述水泵关闭。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

压缩机变频器，连接在所述处理器和所述压缩机之间；

所述处理器，与所述第三温度传感器连接，用于基于所述环境温度确定所述压缩机变频器的输出频率。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

第一压力传感器，连接于所述压缩机的出气口，用于采集所述压缩机的排气压力；

第二压力传感器，连接于所述压缩机的进气口，用于采集所述压缩机的吸气压力；

所述处理器，与所述第一压力传感器和所述第二压力传感器连接，用于当基于所述排气压力和所述吸气压力确定结束执行所述除霜操作时，控制所述电磁阀关闭。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

电子膨胀阀；

所述处理器，与所述电子膨胀阀的控制端连接，用于当确定结束执行所述除霜操作时控制所述电子膨胀阀向全开调节，并当所述电子膨胀阀打开时控制所述电磁阀关闭。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述蒸发器安装有风机；

冷却器的水侧连接有水泵；

所述处理器，与所述风机和所述水泵连接，用于当控制所述电子膨胀阀向全开调节时，控制所述风机和所述水泵打开。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

压缩机变频器；

所述处理器，与所述压缩机变频器连接，用于当确定结束执行所述除霜操作时确定所述压缩机变频器的输出频率为预设频率。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

电子膨胀阀；

所述处理器，与所述电子膨胀阀的控制端连接，用于当基于所述环境温度、所述入口温度和所述翅片温度所述环境温度确定不执行所述除霜操作时，控制所述电子膨胀阀处于打开状态，且所述电磁阀处于关闭状态。

11.一种变频热泵，其特征在于，包括：权利要求1至10中任意一项所述的热泵的除霜控制系统。