CN106594925A - 热泵***、控制方法及空调 - Google Patents

热泵***、控制方法及空调 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热泵***、控制方法及空调。该热泵***包括压缩机和蓄能模块，该控制方法包括：当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率小于第一预设值时，增大所述压缩机的目标频率，并控制所述蓄能模块存储所述热泵***的部分制热量或制冷量；和/或，当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率大于第二预设值时，减小所述压缩机的目标频率，并控制所述蓄能模块向所述热泵***的冷媒释放其存储的热量或冷量。本发明提供的热泵***的控制方法能够使得压缩机的目标频率比较接近其最佳能效点频率，且由于蓄能模块的设置不会造成能量的浪费以及能量不足的问题，提高机组的能效，节约能源且延长使用寿命。

Description

热泵***、控制方法及空调
技术领域
本发明涉及热泵领域，更具体地涉及一种热泵***、控制方法及空调。
背景技术
现有的热泵***的工作过程为，开机后机组检测其能力需求Qx，并根据Qx计算出压缩机的目标频率fx，然后控制压缩机启动并运行到目标频率。但是当热泵***处于低负荷或者高负荷运行时均会出现能效降低的问题，大大影响了机组的工作效率及使用寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种能够有效保证机组能效的热泵***的控制方法、热泵***及空调。
第一方面，提供一种热泵***的控制方法。
一种热泵***的控制方法，所述热泵***包括压缩机和蓄能模块，所述方法包括：
当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率小于第一预设值时，增大所述压缩机的目标频率，并控制所述蓄能模块存储所述热泵***的部分制热量或制冷量；和/或，
当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率大于第二预设值时，减小所述压缩机的目标频率，并控制所述蓄能模块向所述热泵***的冷媒释放其存储的热量或冷量。
优选地，当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率小于第一预设值时，将所述压缩机的目标频率增大至所述第一预设值；和/或，
当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率大于第二预设值时，将所述压缩机的目标频率减小至所述第二预设值。
优选地，所述压缩机的最佳能效点频率为fs；
所述第一预设值为fs-A，A为第一容差值；和/或，
所述第二预设值为fs+B，B为第二容差值。
优选地，当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率在所述第一预设值和所述第二预设值之间时，不改变所述压缩机的目标频率，所述蓄能模块不工作。
第二方面，提供一种热泵***。
一种热泵***，采用如上所述的控制方法进行控制，所述热泵***包括压缩机以及用于储热的蓄能模块，所述蓄能模块用于当增大所述压缩机的目标频率时存储所述热泵***的部分制热量或制冷量；和/或，
所述蓄能模块用于当减小所述压缩机的目标频率时向所述热泵***的冷媒释放其存储的热量或冷量。
优选地，所述热泵***还包括室外换热器、室内换热器和切换组件，所述切换组件配置为将所述蓄能模块在第一位置和第二位置之间切换；
所述第一位置为与所述室外换热器并联或者与所述压缩机和所述室外换热器之间的连接管路并联；和/或，
所述第二位置为与所述室内换热器并联或者与所述室外换热器和所述室内换热器之间的连接管路并联。
优选地，所述切换组件包括三通阀以及分别与所述三通阀的三个口连接的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路与所述压缩机和所述室外换热器之间的连接管路连接，所述第二支路与所述室外换热器和所述室内换热器之间的连接管路连接，所述第三支路与所述室内换热器的制冷入口连接，所述蓄能模块设置于所述第二支路上。
优选地，所述切换组件还配置为能够将所述蓄能模块切换至与所述热泵***的冷媒循环回路断开。
优选地，还包括流量调节装置，用于调节流入所述蓄能模块内的冷媒量。
优选地，所述流量调节装置包括电子膨胀阀。
优选地，所述蓄能模块由相变储热材料制成。
优选地，所述热泵***包括并联设置的多个室外换热器和/或并联设置的多个室内换热器。
第三方面，提供一种空调。
一种空调，采用如上所述的热泵***。
本发明提供的热泵***的控制方法当压缩机根据实际负载获得的目标频率小于第一预设值时，增大压缩机的目标频率，并控制蓄能模块存储热泵***的部分制热量或制冷量，而当压缩机根据实际负载获得的目标频率大于第二预设值时，减小压缩机的目标频率，并控制蓄能模块向热泵***的冷媒释放其存储的热量或冷量，从而，使得压缩机的目标频率能够比较接近其最佳能效点频率，且由于蓄能模块的设置不会造成能量的浪费以及能量不足的问题，提高机组的能效，节约能源且延长使用寿命。
本发明提供的热泵***采用上述的控制方法能够提高机组能效，节约能源且延长使用寿命。
本发明提供的空调采用上述热泵***，能够提高机组能效，节约能源且延长使用寿命。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出本发明具体实施方式提供的热泵***在制冷模式下正常运行的结构示意图；
图2示出本发明具体实施方式提供的热泵***在制冷模式下低负荷运行的结构示意图；
图3示出本发明具体实施方式提供的热泵***在制冷模式下高负荷运行的结构示意图。
图中，1、压缩机；2、室内换热器；3、室外换热器；4、蓄能模块；5、电子膨胀阀；61、第一支路；62、第二支路；63、第三支路；64、三通阀。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
现有的热泵***的工作过程为，开机后机组检测其能力需求Qx，并根据Qx计算出压缩机的目标频率fx，然后控制压缩机启动并运行到目标频率fx。在一个具体的实施例中，压缩机运行频率范围为10至80Hz，额定功率为60Hz，当压缩机工作在额定频率下时制冷量为16kW，其目标频率fx由公式fx＝3.75Qx获得。但是当热泵***处于低负荷或者高负荷运行时均会出现能效降低的问题，大大影响了机组的工作效率及使用寿命。本申请发现，当***容量、冷媒量以及压缩机排量一定时，压缩机频率存在一个最佳能效点频率，当压缩机工作在最佳能效点频率附近时，应用其的机组能够获得较高的能效，而当压缩机的实际工作频率偏离最佳能效点频率过多时，机组能效就会大大降低，影响机组的工作效率及使用寿命。
因此，本发明提供了一种热泵***的控制方法及热泵***。其中，热泵***包括压缩机1和蓄能模块4，其方法为，当压缩机1根据实际负载获得的目标频率fx小于第一预设值f1时，增大压缩机1的目标频率fx，并控制蓄能模块4存储热泵***的部分制热量或制冷量；和/或，当压缩机1根据实际负载获得的目标频率fx大于第二预设值f2时，减小压缩机1的目标频率fx，并控制蓄能模块4向热泵***的冷媒释放其存储的热量或冷量。从而，使得压缩机1的实际工作频率能够比较接近其最佳能效点频率，且由于蓄能模块4的设置不会造成能量的浪费以及能量不足的问题，提高机组的能效，节约能源且延长使用寿命。
具体地，当热泵***运行制冷模式时，若压缩机1根据实际负载获得的目标频率fx小于第一预设值f1，说明压缩机1为低负荷运行，则将压缩机1的目标频率fx增大，并控制蓄能模块4存储热泵***的部分制冷量，若压缩机1根据实际负载获得的目标频率fx大于第二预设值f2，说明压缩机1为高负荷运行，则将压缩机1的目标频率fx减小，并控制蓄能模块4向热泵***的冷媒释放其存储的冷量。
当热泵***运行制热模式时，若压缩机1根据实际负载获得的目标频率fx小于第一预设值f1，说明压缩机1为低负荷运行，则将压缩机1的目标频率fx增大，并控制蓄能模块4存储热泵***的部分制热量，若压缩机1根据实际负载获得的目标频率fx大于第二预设值f2，说明压缩机1为高负荷运行，则将压缩机1的目标频率fx减小，并控制蓄能模块4向热泵***的冷媒释放其存储的热量。
而当压缩机根据实际负载获得的目标频率fx在第一预设值f1和第二预设值f2之间时，则不改变压缩机1的目标频率fx，蓄能模块4不工作，即蓄能模块4不参与换热。
其中，第一预设值f1和第二预设值f2的具体数据不限，可根据具体的压缩机1以及应用环境进行设置，优选地，当***容量、冷媒量以及压缩机排量一定时，压缩机频率存在一个最佳能效点频率，第一预设值f1和第二预设值f2基于压缩机1的最佳能效点频率进行设置。例如，压缩机1的最佳能效点频率为fs，第一预设值f1为fs-A，A为第一容差值，第二预设值f2为fs+B，B为第二容差值，第一容差值A和第二容差值B的具体数值也不限，也可根据具体的压缩机及其应用环境进行设置，两者的数值可以相等也可以不等，例如，第一容差值A的范围为5至20Hz，第二容差值B的范围为5至20Hz。压缩机最佳能效点频率fs根据其结构、型号的不同略有区别，在一个具体的实施例中，压缩机最佳能效点频率fs为35Hz。
在进一步优选地实施例中，当压缩机根据实际负载获得的目标频率fx小于第一预设值f1时，将压缩机1的目标频率fx设置为第一预设值f1，当压缩机根据实际负载获得的目标频率fx大于第二预设值f2时，将压缩机1的目标频率fx设置为第二预设值f2，进一步保证压缩机工作在最佳能效点频率附近，从而提高机组能效。
蓄能模块4存储和释放热量或冷量的具体方式不限，优选地，蓄能模块4由相变储热材料制成，将***中的冷媒通入蓄能模块4，相变储热材料与冷媒发生热量交换，从而吸收冷媒的热量或者向冷媒放热。
进一步地，还设置有用于调节流入蓄能模块4内的冷媒量的流量调节装置，从而对蓄能模块4吸收和放出的热量及冷量进行控制，以保证当热泵低负荷运行时多余的热量或冷量均存储于蓄能模块4中，以及当热泵高负荷运行时蓄能模块4能够补充热泵***所需的热量或冷量。流量调节装置可以但不局限于是电子膨胀阀5。
进一步地，热泵***还包括有切换组件，用于对蓄能模块4的位置进行切换以达到前述方法中提到的效果。具体地，当热泵***为单制冷或单制热***时，其包括压缩机1、室外换热器3和室内换热器2等常规的部件，形成冷媒的循环回路，而当热泵***为制冷制热***时其还包括用于换向的四通阀。进一步的，热泵***还包括有蓄能模块4和切换组件，切换组件配置为将蓄能模块4在第一位置与第二位置之间切换。
其中，第一位置例如可以为如图3中所示的与室外换热器3并联，还可以为与压缩机1和室外换热器3之间的连接管路并联，第二位置例如可以为与室内换热器2并联，还可以为如图2中所示与室外换热器3和室内换热器2之间的连接管路并联。
如此，当热泵***运行制冷模式时，若压缩机1为低负荷运行，则通过切换组件将蓄能模块4设置在第二位置，若压缩机1为高负荷运行，则通过切换组件将蓄能模块4设置在第一位置。相反的，当热泵***运行制热模式时，若压缩机1为低负荷运行，则通过切换组件将蓄能模块4设置在第一位置，若压缩机1为高负荷运行，则通过切换组件将蓄能模块4设置在第二位置。
进一步地，切换组件还配置为能够将蓄能模块4切换至与热泵***的冷媒循环回路断开，当压缩机1根据实际负载获得的目标频率fx在第一预设值f1和第二预设值f2之间时，说明热泵***的负荷正常，可进行常规运行，则切换组件将蓄能模块4与热泵***的冷媒循环回路断开，使得蓄能模块4不参与换热。
切换组件的具体结构不限，可通过管路及各种开关阀来实现。在一个具体的实施例中，如图1所示，切换组件包括三通阀64以及分别与三通阀64的三个口连接的第一支路61、第二支路62和第三支路63，第一支路61与压缩机1和室外换热器3之间的连接管路连接，第二支路62与室外换热器3和室内换热器2之间的连接管路连接，第三支路63与室内换热器2的制冷入口连接，蓄能模块4设置于第二支路62上，进一步地，用于调节流入蓄能模块4冷媒量的电子膨胀阀5也设置在第二支路62上。
另外，热泵***中的室外换热器3数量以及室内换热器2数量均不限，可以为一个，也可以为并联设置的多个，例如，如图1中所示的热泵***包括一个室外换热器3以及并联设置的四个室内换热器2。
以热泵***运行制冷模式为例具体说明图1所示热泵***的工作过程：
***启动并完成初始化后，检测实际负载并根据实际负载获得能力需求Qx，进而计算得到目标频率fx，将fx分别与f1和f2进行比较，判断***处于低负荷运行(例如如图2中所示只有一个室内换热器2开启)、高负荷运行(例如如图3中所示四个室内换热器2均开启)还是正常运行(例如如图1中所示有两个室内换热器2开启)状态并分别按如下方法进行控制：
低负荷运行：当fx小于f1时，判断为***处于低负荷运行状态，则将压缩机1的目标频率fx设置为f1，并如图2所示，三通阀64将第二支路62和第三支路63在其内部连通，即将蓄能模块4与室外换热器3和室内换热器2之间的连接管路并联，电子膨胀阀5按设定的逻辑打开呈设定开度，此设定开度可根据压缩机1初始计算得到的目标频率与改变后的目标频率计算得到。从而，冷媒在室外换热器3冷凝过冷后，一部分直接流向室内换热器2，一部分节流后在蓄能模块4中蒸发蓄冷，之后两部分冷媒在室内换热器2前混合后进入室内换热器2蒸发制冷。
高负荷运行：当fx大于f2时，判断为***处于高负荷运行状态，则将压缩机1的目标频率fx设置为f2，并如图3所示，三通阀64将第一支路61和第二支路62在其内部连通，即将蓄能模块4与室外换热器3并联，电子膨胀阀5按设定的逻辑打开呈设定开度，此设定开度可根据压缩机1初始计算得到的目标频率与改变后的目标频率计算得到。从而，冷媒由压缩机1压缩为高温过热气态冷媒后，一部分直接流入室外换热器3冷凝，一部分节流后进入蓄能模块4中吸收蓄能模块4存储的冷量，之后两部分冷媒在室内换热器2前混合后进入室内换热器2蒸发制冷。
正常运行状态：当f1≤fx≤f2时，判断为***处于正常运行状态，不改变压缩机1的目标频率fx，并且如图1所示，三通阀64将第一支路61、第二支路62和第三支路63设置为在其内部均不连通，使得冷媒不会流经蓄能模块4，热泵***进行常规的冷媒循环。
当热泵***运行制热状态时，其具体的控制与制冷状态相类似，在此不再赘述。
进一步地，本发明还提供了一种空调，其采用如上所述的热泵***，能够提高机组能效，节约能源且延长使用寿命。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各优选方案可以自由地组合、叠加。
应当理解，上述的实施方式仅是示例性的，而非限制性的，在不偏离本发明的基本原理的情况下，本领域的技术人员可以针对上述细节做出的各种明显的或等同的修改或替换，都将包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种热泵***的控制方法，其特征在于，所述热泵***包括压缩机(1)和蓄能模块(4)，所述方法包括：
当所述压缩机(1)根据实际负载获得的目标频率小于第一预设值时，增大所述压缩机(1)的目标频率，并控制所述蓄能模块(4)存储所述热泵***的部分制热量或制冷量；和/或，
当所述压缩机(1)根据实际负载获得的目标频率大于第二预设值时，减小所述压缩机(1)的目标频率，并控制所述蓄能模块(4)向所述热泵***的冷媒释放其存储的热量或冷量。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率小于第一预设值时，将所述压缩机(1)的目标频率增大至所述第一预设值；和/或，
当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率大于第二预设值时，将所述压缩机(1)的目标频率减小至所述第二预设值。
3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述压缩机(1)的最佳能效点频率为fs；
所述第一预设值为fs-A，A为第一容差值；和/或，
所述第二预设值为fs+B，B为第二容差值。
4.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，当所述压缩机根据实际负载获得的目标频率在所述第一预设值和所述第二预设值之间时，不改变所述压缩机(1)的目标频率，所述蓄能模块(4)不工作。
5.一种热泵***，其特征在于，采用如权利要求1至4任一项所述的控制方法进行控制，所述热泵***包括压缩机(1)以及用于储热的蓄能模块(4)，所述蓄能模块(4)用于当增大所述压缩机(1)的目标频率时存储所述热泵***的部分制热量或制冷量；和/或，
所述蓄能模块(4)用于当减小所述压缩机(1)的目标频率时向所述热泵***的冷媒释放其存储的热量或冷量。
6.根据权利要求5所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***还包括室外换热器(3)、室内换热器(2)和切换组件，所述切换组件配置为将所述蓄能模块(4)在第一位置和第二位置之间切换；
所述第一位置为与所述室外换热器(3)并联或者与所述压缩机(1)和所述室外换热器(3)之间的连接管路并联；和/或，
所述第二位置为与所述室内换热器(2)并联或者与所述室外换热器(3)和所述室内换热器(2)之间的连接管路并联。
7.根据权利要求6所述的热泵***，其特征在于，所述切换组件包括三通阀(64)以及分别与所述三通阀(64)的三个口连接的第一支路(61)、第二支路(62)和第三支路(63)，所述第一支路(61)与所述压缩机(1)和所述室外换热器(3)之间的连接管路连接，所述第二支路(62)与所述室外换热器(3)和所述室内换热器(2)之间的连接管路连接，所述第三支路(63)与所述室内换热器(2)的制冷入口连接，所述蓄能模块(4)设置于所述第二支路(62)上。
8.根据权利要求6所述的热泵***，其特征在于，所述切换组件还配置为能够将所述蓄能模块(4)切换至与所述热泵***的冷媒循环回路断开。
9.根据权利要求5所述的热泵***，其特征在于，还包括流量调节装置，用于调节流入所述蓄能模块(4)内的冷媒量。
10.根据权利要求9所述的热泵***，其特征在于，所述流量调节装置包括电子膨胀阀(5)。
11.根据权利要求5至10任一项所述的热泵***，其特征在于，所述蓄能模块(4)由相变储热材料制成。
12.根据权利要求5至10任一项所述的热泵***，其特征在于，所述热泵***包括并联设置的多个室外换热器(3)和/或并联设置的多个室内换热器(2)。
13.一种空调，其特征在于，采用如权利要求5至12任一项所述的热泵***。
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