复叠式热泵系统及其除霜控制方法与流程

1.本发明涉及复叠式热泵技术领域，具体提供一种复叠式热泵系统及其除霜控制方法。


背景技术：

2.复叠式热泵系统一般包括高压冷媒循环回路和低压冷媒循环回路，高压冷媒循环回路和低压冷媒循环回路通过共用的中间换热器进行换热，以达到提供高温热水的目的。然而，现有的复叠式热泵系统在低温环境下低压冷媒循环回路侧容易结霜或者冻伤，为了防止结霜或者冻伤，低压冷媒循环回路侧则会吸收一部分高压冷媒循环回路侧的热量，这样就导致制取的热水的水温波动范围过大，还会导致复叠式热泵系统运行不稳定。
3.相应地，本领域需要一种新的复叠式热泵系统及其除霜控制方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有复叠式热泵系统中低压冷媒循环回路侧容易结霜或者冻伤的问题。
5.在第一方面，本发明提供一种复叠式热泵系统的除霜控制方法，所述复叠式热泵系统包括高压冷媒循环回路、低压冷媒循环回路和冷媒循环支路，所述高压冷媒循环回路上设置有第一压缩机、第一换热器、第一节流构件和中间换热器，所述低压冷媒循环回路上设置有第二压缩机、所述中间换热器、第二节流构件、第二换热器和第一加热器，所述高压冷媒循环回路和所述低压冷媒循环回路通过所述中间换热器进行换热，所述冷媒循环支路的第一端连接至所述第二节流构件和所述第二换热器之间，所述冷媒循环支路的第二端连接至所述第二压缩机和所述中间换热器之间，所述冷媒循环支路上设置有控制阀，所述控制阀设置成能够控制所述冷媒循环支路的通断状态，所述第二换热器附近设置有接水盘，所述接水盘中设置有第二加热器，所述除霜控制方法包括：获取所述第二换热器的第一出口温度；根据所述第二换热器的第一出口温度，控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路的运行状态。
6.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“根据所述第二换热器的第一出口温度，控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路的运行状态”的步骤具体包括：如果所述第一出口温度小于第一预设温度，则控制所述第二加热器和所述冷媒循环支路运行；获取所述冷媒循环支路的运行时长；根据所述冷媒循环支路的运行时长，控制所述第一加热器的运行状态。
7.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“根据所述冷媒循环支路的运行时长，控制所述第一加热器的运行状态”的步骤具体包括：如果所述冷媒循环支路的运行时长大于第一预设时长且小于第二预设时长，则再次获取所述第二换热器的出口温度，记为第二出口温度；根据所述第二出口温度，控制所述第一加热器的运行状态。
8.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“根据所述第二出口温度，控制所述第一加热器的运行状态”的步骤具体包括：如果所述第二出口温度大于或等于所述第一预设温度且小于第二预设温度，则控制所述第一加热器运行。
9.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，在所述第二出口温度大于或等于所述第二预设温度的情形下，所述除霜控制方法还包括：再次获取所述冷媒循环支路的运行时长；如果再次获取的所述冷媒循环支路的运行时长大于或等于第二预设时长，则控制所述第二加热器和所述冷媒循环支路停止运行。
10.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，在所述第二出口温度大于或等于所述第二预设温度的情形下，所述除霜控制方法还包括：如果所述第二出口温度大于或等于第三预设温度，则控制所述第二加热器和所述冷媒循环支路停止运行，其中，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。
11.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，在所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路均运行的情形下，所述除霜控制方法还包括：再次获取所述冷媒循环支路的运行时长；如果再次获取的所述冷媒循环支路的运行时长大于或等于所述第二预设时长，则控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路停止运行。
12.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，在所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路均运行的情形下，所述除霜控制方法还包括：再次获取所述第二换热器的出口温度，记为第三出口温度；根据所述第三出口温度，控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路的运行状态。
13.在上述除霜控制方法的优选技术方案中，“根据所述第三出口温度，控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路的运行状态”的步骤具体包括：如果所述第三出口温度大于或等于第三预设温度，则控制所述第一加热器、所述第二加热器和所述冷媒循环支路停止运行，其中，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。
14.在另一方面，本发明还提供一种复叠式热泵系统，所述复叠式热泵系统包括控制器，所述控制器能够执行上述任一项优选技术方案中所述的除霜控制方法。
15.在采用上述技术方案的情况下，第二压缩机排出的部分冷媒能够直接通过冷媒循环支路进入第二换热器中，以防止第二换热器结霜或者冻伤；设置于第二换热器附近的第二加热器能够对第二换热器中的冷媒进行加热，能够进一步防止第二换热器结霜或者冻伤；第一加热器能够对流出第二换热器的冷媒进行加热，既能够防止第二压缩机出现液击，还能够维持低压冷媒循环回路侧的稳定运行状态；此外，根据第二换热器的第一出口温度，控制第一加热器、第二加热器和冷媒循环支路的运行状态，能够更加及时有效地避免第二换热器出现结霜或者冻伤的问题，进而有效保证复叠式热泵系统能够高效稳定地运行。
附图说明
16.下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
17.图1是本发明的复叠式热泵系统的结构示意图；
18.图2是本发明的除霜控制方法的主要步骤流程图；
19.图3是本发明的除霜控制方法的优选实施例的具体步骤流程图；
20.附图标记：
21.1、高压冷媒循环回路；11、第一压缩机；12、第一换热器；13、第一节流构件；14、中间换热器；
22.2、低压冷媒循环回路；21、第二压缩机；22、第二节流构件；23、第二换热器；24、第一加热器；25、接水盘；26、第二加热器；
23.3、换热水路；
24.4、预热水路；41、电气加热装置；42、太阳能发电加热装置；43、三通阀；
25.5、连接电路；51、电网；52、转向开关；
26.6、冷媒循环支路；61、控制阀。
具体实施方式
27.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。例如，本发明中所述的复叠式热泵系统可以是家用复叠式热泵系统，也可是工业用复叠式热泵系统，这都不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际使用需求自行设定本发明的复叠式热泵系统的应用场合。这种有关应用场合的改变并不偏离本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。
28.需要说明的是，在本优选实施方式的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”应作广义理解，例如，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，还可以是两个元件内部的相连，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，尽管本技术中按照特定顺序描述了本发明的除霜控制方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。
30.具体地，参阅图1，图1是本发明的复叠式热泵系统的结构示意图。如图1所示，本发明的复叠式热泵系统包括高压冷媒循环回路1、低压冷媒循环回路2、换热水路3和预热水路4，高压冷媒循环回路1上设置有第一压缩机11、第一换热器12、第一节流构件13和中间换热器14，低压冷媒循环回路2上设置有第二压缩机21、中间换热器14、第二节流构件22和第二换热器23，高压冷媒循环回路1和低压冷媒循环回路2通过中间换热器14进行换热。
31.需要说明的是，本发明不对高压冷媒循环回路1和低压冷媒循环回路2中流动的冷媒的具体类型以及第二换热器23的换热源作任何限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。作为一种具体的实施方式，高压冷媒循环回路1中的冷媒为制冷剂r134a，低压冷媒循环回路2中的冷媒为制冷剂r410a。第二换热器23的换热源为空气源，以进一步降低所述复叠式热泵系统的能耗，提高运行能效.
32.此外，还需要说明的是，本发明不对第一压缩机11和第二压缩机21、第一换热器12和第二换热器23、第一节流构件13和第二节流构件22以及中间换热器14的具体结构作任何限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
33.作为一种优选的实施方式，第一压缩机11和第二压缩机21为变频压缩机，以便于所述复叠式热泵系统根据实际情况自行改变运行状态，有效降低运行能耗；第一节流构件
13和第二节流构件22为电子膨胀阀、毛细管、热力膨胀阀等节流构件中的一种；中间换热器14优选为板式换热器，以有效提高所述复叠式热泵系统的换热效率。
34.进一步地，换热水路3的一部分设置于第一换热器12中，以使换热水路3中的水以及高压冷媒循环回路1中的冷媒在第一换热器12中进行换热，达到制取热水的目的。预热水路4与换热水路3相连，预热水路4上设置有电气加热装置41和太阳能发电加热装置42，电气加热装置41和太阳能发电加热装置42设置成能够选择性对预热水路4中的水进行预热，如图1所示，预热水路4中预热后的水进入第一换热器12中，以充分利用太阳能，进而有效减小电耗。
35.需要说明的是，本发明不对电气加热装置41和太阳能发电加热装置42的具体结构作任何限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定，只要电气加热装置41能够对预热水路4中的水进行电加热、太阳能发电加热装置42能够将太阳能转化为电能后对预热水路4中的水进行加热即可。
36.优选地，在本实施例中，预热水路4上设置有三通阀43，三通阀43包括一个入口和两个出口，三通阀43的入口(图1中a口)与电气加热装置41相连，三通阀43的第一出口(图1中b口)与太阳能发电加热装置42相连，三通阀43的第二出口(图1中c口)与换热水路3相连，具体地，三通阀43的第二出口与换热水路3和预热水路4的连接点相连；当然，三通阀43的具体结构并不是限制性的，本领域技术人员可以自行设定。
37.当太阳光照充足时，三通阀43的入口和第一出口相连，此时，太阳能发电加热装置42通过转向开关52与电网51电连接，预热水路4通过太阳能发电加热装置42对其内部的水进行预热，以有效降低电耗；此外，当光照强度足够对预热水路4中的水进行预热且能够转化处多余的电能时，其转化的多余的电能可以通过连接电路5并入电网51中，以进一步降低所述复叠式热泵系统的电耗。
38.当太阳能光照不充足时，三通阀43的入口和第二出口相连，此时，电气加热装置41通过转向开关52与电网51电连接，预热水路4通过电气加热装置41对其内部的水进行预热，电气加热装置41所使用的电能可以是太阳能发电加热装置42存储至电网51中的电能，也可以是电网51从其他渠道获取的电能，例如，风发电渠道、煤发电渠道等。
39.进一步地，所述复叠式热泵系统还包括冷媒循环支路6，冷媒循环支路6的第一端连接至第二节流构件22和第二换热器23之间，冷媒循环支路6的第二端连接至第二压缩机21和中间换热器14之间。冷媒循环支路6上设置有控制阀61，控制阀61设置成能够控制冷媒循环支路6的通断状态。第二压缩机21排出的部分冷媒直接通过冷媒循环支路6进入第二换热器23内，以防止第二换热器23结霜或冷冻，进而能够有效保证所述复叠式热泵系统的正常运行。
40.需要说明的是，本发明不对控制阀61的具体类型和具体结构作任何限制，其可以是蝶阀，也可以是球阀，只要能够控制冷媒循环支路6的通断状态即可，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
41.进一步地，低压冷媒循环回路2上还设置有第一加热器24，第一加热器24设置于第二换热器23和第二压缩机21之间，第一加热器24能够将第二换热器23流出的冷媒进行进一步加热蒸发，以防止第二压缩机21出现液击现象，保证使用寿命。
42.进一步优选地，所述复叠式热泵系统还包括接水盘25和第二加热器26，接水盘25
设置于第二换热器23附近，第二加热器26设置于接水盘25中，第二加热器26能够进一步防止第二换热器23出现结霜或冷冻现象。
43.需要说明的是，本发明不对第一加热器24、接水盘25和第二加热器26的具体结构作任何限制，第一加热器24和第二加热器26可以是电加热器，也可以是磁力加热器，这都不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
44.此外，在本优选实施例中，高压冷媒循环回路1上还设置有第一气液分离构件(图中未示出)，所述第一气液分离构件设置于第一压缩机11的进气口处；低压冷媒循环回路2上还设置有第二气液分离构件(图中未示出)，所述第二气液分离构件设置于第二压缩机21的进气口处。所述第一气液分离构件和所述第二气液分离构件能够有效避免第一压缩机11和第二压缩机21出现液击的问题，有效保证第一压缩机11和第二压缩机21的使用寿命。当然，本发明不对所述第一气液分离构件和所述第二气液分离构件的具体结构作任何限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
45.进一步地，所述复叠式热泵系统还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器设置于第二换热器23的出口处，用于检测第二换热器23的出口温度，本领域技术人员可以理解的是，所述温度传感器的具体类型、结构及设置数量不是限制性的。所述控制器能够获取所述温度传感器的检测结果，还能够控制所述复叠式热泵系统的运行状态，例如，控制第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6的运行状态等，这都不是限制性的。本领域技术人员能够理解的是，本发明不对所述控制器的具体结构和型号作任何限制，并且所述控制器既可以是所述复叠式热泵系统原有的控制器，也可以是为执行本发明的除霜控制方法单独设置的控制器，本领域技术人员可以根据实际使用需求自行设定所述控制器的结构和型号。
46.参阅图2，图2是本发明的除霜控制方法的主要步骤流程图。如图2所示，基于上述实施例中所述的复叠式热泵系统，本发明的除霜控制方法主要包括下列步骤：
47.s1：获取第二换热器的第一出口温度；
48.s2：根据第二换热器的第一出口温度，控制第一加热器、第二加热器和冷媒循环支路的运行状态。
49.首先，在步骤s1中，所述控制器通过所述温度传感器获取第二换热器23的第一出口温度；当然，所述第一出口温度的具体获取时机及具体获取方式并不是限制性的，其可以实时获取，也可以间隔一定的时长获取，这都不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
50.接着，在步骤s2中，所述控制器根据第二换热器23的第一出口温度，控制第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6的运行状态。
51.需要说明的是，本发明不对步骤s2的具体控制逻辑作任何限制，所述控制器可以根据所述第一出口温度与预设温度的比值结果或者作差结果或者大小比较结果，控制第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6的运行状态，这都不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
52.接着参阅图3，图3是本发明的除霜控制方法的优选实施例的具体步骤流程图。如图3所示，基于上述实施例中所述的复叠式热泵系统，本发明的优选实施例的除霜控制方法的包括下列步骤：
53.s101：获取第二换热器的第一出口温度；
54.s102：如果第一出口温度小于第一预设温度，则控制第二加热器和冷媒循环支路运行；
55.s103：获取冷媒循环支路的运行时长；
56.s104：如果冷媒循环支路的运行时长大于第一预设时长且小于第二预设时长，则再次获取第二换热器的出口温度，记为第二出口温度；
57.s105：如果所述第二出口温度大于或等于所述第一预设温度且小于第二预设温度，则控制所述第一加热器运行；
58.s106：再次获取冷媒循环支路的运行时长；
59.s107：如果再次获取的冷媒循环支路的运行时长大于或等于第二预设时长，则控制第一加热器、第二加热器和冷媒循环支路停止运行；
60.s108：如果所述第二出口温度大于或等于第二预设温度，则再次获取冷媒循环支路的运行时长；
61.s109：如果再次获取的冷媒循环支路的运行时长大于或等于第二预设时长，则控制第二加热器和冷媒循环支路停止运行。
62.首先，在步骤s101中，所述控制器通过所述温度传感器获取第二换热器23的第一出口温度；当然，所述第一出口温度的具体获取时机及具体获取方式并不是限制性的，其可以实时获取，也可以间隔一定的时长获取，这都不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
63.接着，在步骤s102中，如果所述第一出口温度小于所述第一预设温度，说明此时第二换热器23流出的冷媒温度过低，存在结霜或者冻伤的风险，则所述控制器控制第二加热器26和冷媒循环支路6运行，即，控制所述复叠式热泵系统进入除霜模式，以避免第二换热器23出现结霜。
64.接着，在步骤s103中，所述控制器获取冷媒循环支路6的运行时长，并根据冷媒循环支路6的运行时长，控制第一加热器24的运行状态，以进一步有效避免第二换热器23出现结霜或者冻伤的问题。
65.具体地，在步骤s104中，如果冷媒循环支路6的运行时长大于所述第一预设时长且小于所述第二预设时长，则所述控制器再次获取第二换热器23的出口温度，记为第二出口温度。
66.接着，所述控制器根据所述第二出口温度，控制第一加热器24的运行状态。
67.优选地，在步骤s105中，如果所述第二出口温度大于或等于所述第一预设温度且小于所述第二预设温度，则说明此时第二换热器23中的冷媒温度虽然在第二加热器26和冷媒循环支路6运行的作用下有所升高，但所提高的温度范围有限，第二换热器23依然可能存在结霜或者冻伤的问题，则所述控制器控制第一加热器24运行，以进一步避免第二换热器23结霜或者冻伤。
68.进一步地，在步骤s106和s107中，在第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6全部运行的情形下，所述控制器再次获取冷媒循环支路6的运行时长；如果再次获取的冷媒循环支路6的运行时长大于或等于所述第二预设时长，则所述控制第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6停止运行，即，控制所述复叠式热泵系统退出除霜模式，以保证所
述复叠式热泵系统稳定运行。
69.作为另外一种实施方式，在第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6全部运行的情形下，所述控制器还可以再次获取第二换热器23的出口温度，记为第三出口温度，并根据所述第三出口温度，控制第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6的运行状态。具体地，如果所述第三出口温度大于或等于第三预设温度，则所述控制器控制第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6停止运行，其中，所述第三预设温度大于所述第二预设温度。
70.需要说明的是，上述执行逻辑可以与步骤s106和s107的执行逻辑择一执行，即，即，满足其中任何一个条件，均可以控制第一加热器24、第二加热器26和冷媒循环支路6停止运行。
71.基于上述设定方式，所述复叠式热泵系统既能够有效防止第二换热器23出现结霜或者冻伤的问题，还能够有效保证高压冷媒循环回路1稳定运行，进而保证换热水路3中的水温稳定，提升用户的使用体验感。
72.需要说明的是，本发明不对所述第一预设温度、所述第二预设温度、所述第三预设温度以及所述第一预设时长和所述第二预设时长的具体设定值作任何限制，本领域技术人员可以根据所述复叠式热泵系统的实际运行情况自行设定。
73.进一步优选地，在步骤s108中，如果所述第二出口温度大于或等于所述第二预设温度，则说明此时第二换热器可能不再存在结霜的风险，则所述控制器再次获取冷媒循环支路6的运行时长。接着，在步骤s109中，如果再次获取的冷媒循环支路6的运行时长大于或等于所述第二预设时长，则所述控制第二加热器26和冷媒循环支路6停止运行，以进一步确定第二换热器23在当前情况下不会再出现结霜或者冻伤的问题。
74.作为另外一种实施方式，如果所述第二出口温度大于或等于所述第二预设温度，且所述第二出口温度大于或等于所述第三预设温度，则说明此时第二换热器23在当前情况下不会再出现结霜或者冻伤的问题，则所述控制器控制第二加热器26和冷媒循环支路6停止运行，以使所述复叠式热泵系统稳定高效运行。
75.需要说明的是，上述具体执行逻辑可以与步骤s108和s109的执行逻辑择一执行，即，满足其中任何一个条件，均可以控制第二加热器26和冷媒循环支路6停止运行。
76.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。