CN109751794A - 热泵***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热泵***及其控制方法。该热泵***包括闪发器(1)和热管(2)，热管(2)包括冷凝端(3)和蒸发端(4)，冷凝端(3)伸入闪发器(1)内，并与闪发器(1)内的冷媒换热，蒸发端(4)用于与发热元件(5)进行换热。根据本发明的热泵***，能够提高闪发器的补气量，同时降低发热元件的温度，提高***能效。

Description

热泵***及其控制方法

技术领域

本发明属于空气调节技术领域，具体涉及一种热泵***及其控制方法。

背景技术

空气源热泵采暖技术的产生为用户提供了一种清洁的采暖方式，然而传统的空气源热泵在低温环境运行时，取得同样的采暖温度，冷凝温度及冷凝压力几乎不变，而***蒸发温度降低，此时压缩机压比增大，导致输气系数下降，压缩机制冷剂的循环流量减少，压缩机耗功增大，制热量降低，性能系数降低，基于以上原因，限制了空气源热泵的推广使用区域范围。带有补气增焓的双级压缩热泵机组拓宽了空气源热泵的制冷、制热工作温度域，该技术能有效提高***低温工况下的制热量，降低高压级吸气温度和比容，从而降低了压缩机的排气温度和功耗，保证机组在低温工况下的运行稳定性；通过中间压力回气喷射口补充冷媒气体，有助于增加主循环中的制冷剂流量，增加流经室外换热器的液体制冷剂焓差，同时降低高压级排气过热度，减少冷凝器的气相换热区的长度，增加两相换热面积，提高冷凝器的换热效率。带有补气增焓的双级压缩空气源热泵机组适用范围广，能够满足寒冷地区采暖需要。

低温制热时，带有补气增焓的双级压缩热泵机组的制热量随相对补气压力近似呈线性增长，有效提高低温制热的能效，压缩机排气温度随相对补气压力升高而明显降低，因此增大补气量能够改善压缩过程且有助于降低排气温度，确保压缩机运行的可靠性(低温制热时转子压缩机排气温度最高不得超过115℃，涡旋压缩机排气温度最高不得超过120℃)。

然而，在低温制热时，由于外界环境温度较低，双级压缩热泵机组易产生中间补气量不足的现象，降低了低温制热的能效。此外，双级压缩热泵机组的电控板上的电源模块、压缩机驱动模块等元件在控制箱内产生大量的热量，温度较高，如果不及时排出，电控板的稳定性和寿命会受到影响。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种热泵***及其控制方法，能够提高闪发器的补气量，同时降低发热元件的温度，提高***能效。

为了解决上述问题，本发明提供一种热泵***，包括闪发器和热管，热管包括冷凝端和蒸发端，冷凝端伸入闪发器内，并与闪发器内的冷媒换热，蒸发端用于与发热元件进行换热。

优选地，冷凝端从闪发器的底部***，并与闪发器内的液态冷媒接触。

优选地，冷凝端包括伸入闪发器内的伸入部分，伸入部分的外壁上设置有第一散热翅片。

优选地，闪发器内还设置有固定件，固定件固定在闪发器的内侧壁上，冷凝端固定在固定件上。

优选地，发热元件上还设置有风冷装置，蒸发端嵌设在风冷装置内。

优选地，风冷装置包括第二散热翅片。

优选地，发热元件与风冷装置的结合位置处涂覆有绝缘散热材料。

优选地，热管竖直设置。

优选地，热管为L形，冷凝端位于热管的竖直段，蒸发端位于热管的水平段。

优选地，闪发器内穿设有第一液管和第二液管，第一液管和第二液管的管口高度低于冷凝端的顶部高度。

优选地，当闪发器内还设置有固定件时，第一液管和第二液管均固定在固定件上。

优选地，在闪发器的顶端还设置有出气管，第一液管和/或第二液管包括斜切口，斜切口背向出气管。

优选地，第一液管和第二液管的斜切口相背设置。

优选地，第一液管的底部距离闪发器的底部高度为h，第一液管的底部距离固定件的底部高度为m，h＝5～10mm，m＝10～15mm；和/或，第二液管的底部距离闪发器的底部高度为h，第二液管的底部距离固定件的底部高度为m，h＝5～10mm，m＝10～15mm。

优选地，闪发器包括上端盖、筒体和下端盖，冷凝端穿过下端盖进入筒体内。

优选地，热管上还设置有控制阀，控制阀用于控制冷凝端和蒸发端的连通和断开。

优选地，发热元件上设置有壁温传感器，发热元件周侧设置有露点温度传感器，热泵***根据壁温传感器和露点温度传感器检测的温度控制控制阀打开或者关闭。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的热泵***的控制方法，包括：

检测发热元件的表面温度Ta；

获取发热元件所处环境下的露点温度Tb；

当Ta-Tb≤T1时，控制冷凝端和蒸发端不连通；

当Ta-Tb≥T2时，控制冷凝端和蒸发端连通。

本发明提供的热泵***，包括闪发器和热管装置，热管装置包括冷凝端和蒸发端，冷凝端伸入闪发器内，并与闪发器内的冷媒换热，蒸发端用于与发热元件进行换热。该热泵***将***中的闪发器与电控板发热元件连接起来，将电控板发热元件的发热量传输给闪发器，闪发器获得热量后闪蒸出的制冷剂气体输送到压缩机，从而有效增大了补气量，提高了***能效；同时，电控板发热元件在热管装置的蒸发端的蒸发作用下得到冷却，机组稳定性得增强，延长了使用寿命，最终达到补气量增加、能效提高，电控板发热元件冷却的双重有益效果。

附图说明

图1为本发明实施例的热泵***的结构原理图；

图2为本发明实施例的热泵***的热管装置与发热元件的装配结构图；

图3为本发明实施例的热泵***的第一种闪发器与热管配合的结构图；

图4为本发明实施例的热泵***的第二种闪发器与热管配合的结构图。

附图标记表示为：

1、闪发器；2、热管；3、冷凝端；4、蒸发端；5、发热元件；6、第一散热翅片；7、第二散热翅片；8、绝缘散热材料；9、固定件；10、第一液管；11、第二液管；12、上端盖；13、筒体；14、下端盖；15、控制阀；16、压缩机；17、油分离器；18、四通阀；19、第一换热器；20、第二换热器；21、第一膨胀阀；22、第二膨胀阀；23、气液分离器；24、热水管路；25、出气管。

具体实施方式

结合参见图1至图4所示，根据本发明的实施例，热泵***包括闪发器1和热管2，热管2包括冷凝端3和蒸发端4，冷凝端3伸入闪发器1内，并与闪发器1内的冷媒换热，蒸发端4用于与发热元件5进行换热。

该热泵***将***中的闪发器1与电控板发热元件5连接起来，将电控板发热元件5的发热量传输给闪发器1，闪发器1获得热量后闪蒸出的制冷剂气体输送到压缩机16，从而有效增大了补气量，提高了***能效；同时，电控板发热元件5在热管2的蒸发端4的蒸发作用下得到冷却，机组稳定性得增强，延长了使用寿命，最终达到补气量增加、能效提高，电控板发热元件冷却的双重有益效果。

热泵***还包括压缩机16、油分离器17、四通阀18、第一换热器19、第二换热器20、第一膨胀阀21、第二膨胀阀22、气液分离器23以及热水管路24，其中油分离器17设置在压缩机16的排气端，压缩机16为双级压缩结构，包括有补气口，四通阀18设置在压缩机16的排气端，第一换热器19、第二换热器20分别连接在四通阀18的不同接口上，并与压缩机16一通形成冷媒循环流路，闪发器1设置在第一换热器19和第二换热器20之间的冷媒管路上，在闪发器1的出气口连接有补气管路，该补气管路连接至压缩机16的补气口，补气管路上设置有控制阀。在压缩机16的回气口设置有气液分离器23。在闪发器1与第一换热器19之间设置有第一膨胀阀21，在闪发器1与第二换热器20之间设置有第二膨胀阀22，第一换热器19与热水管路24换热连接。

本发明采用热管2作为热泵***中强化中间补气且冷却电控板上发热元件的传热部件；热管是一种密封的金属管，首先将里面抽成真空状态，然后注入易于蒸发的工作介质，它由蒸发端4、绝热段和冷凝端3组成。将热管的蒸发端4与电控板上发热元件5相连，热管的冷凝端3浸泡在闪发器1内的制冷剂液体中，热管的中间段为绝热段。当热管的蒸发端4吸收电控板上发热元件5散发出的热量后，热管蒸发端4内的液态工作介质汽化，通过管路到达热管的冷凝端3，闪发器1内的液态制冷剂吸收热管冷凝端3的热量部分汽化变为气态制冷剂与压缩机16的低压缸排气混合后进入压缩机16的高压缸，降低高压级吸气温度，提高输气量，同时热管冷凝端3内的工作介质液化，在自身重力或毛细力的作用下回流到热管的蒸发端4继续蒸发吸热，为电控板上的发热元件5进行冷却降温。

以双级压缩机机组制热模式运行为例，闪发器1中的气态制冷剂与压缩机16的低压缸中的排气混合后进入压缩机16的高压缸，进行高压级压缩，变为高温高压制冷剂气体从压缩机16排出，进入第一换热器19与水进行换热，同时制冷剂气体冷凝。然后经过第一膨胀阀21进行一级节流，降压后变成中间压力的气液两相态，进入闪发器1。闪发器1中制冷剂液体通过第二膨胀阀22继续节流，变成低压的气液两相态，然后进入第二换热器20，并吸收外部环境中的热量，变为低温低压制冷剂气体，回到压缩机16的低压缸中，循环往复。

上述的双级压缩机也可以为两个压缩机串联而成，补气管路连接在两个压缩机之间的管路上。

优选地，冷凝端3从闪发器1的底部***，并与闪发器1内的液态冷媒直接接触，避免热管从上部进入时与闪发器1内的气态制冷剂接触导致补气过热。

优选地，冷凝端3包括伸入闪发器1内的伸入部分，伸入部分的外壁上设置有第一散热翅片6，可以通过第一散热翅片6增大冷凝端3与闪发器1内的冷媒的接触面积，提高热管2与冷媒之间的换热效率，有效强化换热效果。

优选地，热管2的冷凝端3从闪发器1的底部中间位置进入，且深入长度不超过压缩机组运行过程中闪发器1内的液位高度，保证热管2的冷凝端3直接与制冷剂液体接触，避免热管2从闪发器1的上部进入与气态制冷剂接触，使补气过热。

在另外的实施例中，冷凝端3上也可以不设置散热翅片，从而降低热管2与闪发器1之间的结合难度。如果需要增加换热量，可采用增加热管数量满足要求，采用此方案，安装简单方便，能够提高组装效率。

优选地，闪发器1内还设置有固定件9，固定件9固定在闪发器1的内侧壁上，冷凝端3固定在固定件9上。通过将冷凝端3固定柱在固定件9上，能够通过固定件9将热管2有效地固定在闪发器1上，从而避免热管2在压缩机工作过程中相对于闪发器1发生运动，保证热管2与闪发器1之间连接结构的稳定性和可靠性。

优选地，发热元件5上还设置有风冷装置，蒸发端4嵌设在风冷装置内。

优选地，风冷装置包括第二散热翅片7。

优选地，发热元件5与风冷装置的结合位置处涂覆有绝缘散热材料8。

热管2与电控板发热元件5的安装位置如图2所示，热管2安装在电控板的背部发热元件5所在侧，并镶嵌于风冷装置内部，风冷装置为散热翅片，具体可采用铝制铲齿散热器等各种形式。采用热管2与风冷装置相结合的方式，可保证当热管2无法提供冷量时，风冷装置能够继续有效发挥散热作用，保证电控板发热元件5的正常散热。在发热元件5与风冷装置结合处涂抹一层散热硅胶等绝缘散热材料8，能够强化热量传递，并防止风冷装置对电控板产生电磁干扰。

优选地，热管2竖直设置，能够更加有效地增强热管内的工作介质吸热放热之后的流动性，从而使得蒸发端4的热量能够更加快速地通过工作介质的气化蒸发达到冷凝端3进行散热，进一步提高热管2的换热效率，提高对发热元件5的散热效果，以及对闪发器1的加热效果。

在本实施例中，热管2为L形，冷凝端3位于热管2的竖直段，蒸发端4位于热管2的水平段，从而更加方便进行热管2的设置。

闪发器1内穿设有第一液管10和第二液管11，第一液管10和第二液管11的管口高度低于冷凝端3的顶部高度，从而能够保证第一液管10和第二液管11其中之一流入闪发器1内的冷媒能够充分与冷凝端3内的工作介质进行换热，进一步提高换热效率。在闪发器1的顶端还设置有出气管25，该出气管25与补气管路连接，对压缩机16进行补气。

优选地，当闪发器1内还设置有固定件9时，第一液管10和第二液管11均固定在固定件9上，从而能够防止在机组运行的过程中第一液管10和第二液管11震动产生异响，保证热泵***能够稳定可靠运行。此外，由于冷凝端3、第一液管10和第二液管11均固定在固定件9上，因此能够有效防止热管2的冷凝端3发生滑动而导致热管2的冷凝端3的翅片与第一液管10和第二液管11之间发生碰撞，从而对闪发器1的使用寿命产生不利影响。

优选地，第一液管10和/或第二液管11包括斜切口，斜切口与水平面之间的夹角为30°～45°。将第一液管10和第二液管11的出液口底部设置为斜切口，能够有效避免出气带液。在本实施例中，第一液管10和第二液管11的斜切口均是背向出气管25，因此能够使得斜切口的朝向远离出气管25所在侧，从而有效防止液体被携带出出气管25。

在本实施例中，第一液管10和第二液管11的斜切口相背设置。

优选地，第一液管10的底部距离闪发器1的底部高度为h，第一液管10的底部距离固定件9的底部高度为m，h＝5～10mm，m＝10～15mm；和/或，第二液管11的底部距离闪发器1的底部高度为h，第二液管11的底部距离固定件9的底部高度为m，h＝5～10mm，m＝10～15mm。

优选地，闪发器1包括上端盖12、筒体13和下端盖14，冷凝端3穿过下端盖14进入筒体13内。闪发器1采用双向闪发器，因此第一液管10和第二液管11伸入闪发器1内的长度相同，且底部高度相同。

优选地，热管上还设置有控制阀15，控制阀15用于控制冷凝端3和蒸发端4的连通和断开。

优选地，发热元件5上设置有壁温传感器，发热元件5周侧设置有露点温度传感器，热泵***根据壁温传感器和露点温度传感器检测的温度控制控制阀15打开或者关闭。

通过上述的方式，能够有效防止热管2的蒸发端4在电控板的发热元件5中吸取较大的热量，导致发热元件5表面温度降到露点温度产生结露现象。

根据本发明的实施例，一种上述的热泵***的控制方法包括：检测发热元件5的表面温度Ta；获取发热元件5所处环境下的露点温度Tb；当Ta-Tb≤T1时，控制冷凝端3和蒸发端4不连通；当Ta-Tb≥T2时，控制冷凝端3和蒸发端4连通。

为防止热管2的蒸发端4在电控板的发热元件5中吸取较大的热量，导致发热元件5的表面温度降到露点温度产生结露现象，在发热元件5的表面设置一个壁温测点，监测发热元件5的表面温度Ta，在控制箱内发热元件5周围空间处设置露点检测装置，可以获得发热元件5所处环境下的露点温度Tb，当Ta-Tb≤T1时，控制***得到反馈信号，控制热管上的控制阀15关闭，防止发热元件5表面结露现象的产生；当Ta-Tb≥T2时，控制控制阀15自动打开，为发热元件5降温(T1推荐范围为0℃-3℃；T2推荐范围为8℃-10℃)。

通过上述的方式，能够使得热管2能够有效工作，顺利地将热量由发热元件5传输至闪发器1内，增加压缩机16的补气量，同时避免发热元件5的温度过高，同时也能够避免发热元件5的温度过低导致发生结露现象，提高热管2使用时的安全性。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种热泵***，其特征在于，包括闪发器(1)和热管(2)，所述热管(2)包括冷凝端(3)和蒸发端(4)，所述冷凝端(3)伸入所述闪发器(1)内，并与所述闪发器(1)内的冷媒换热，所述蒸发端(4)用于与发热元件(5)进行换热。

2.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述冷凝端(3)从所述闪发器(1)的底部***，并与所述闪发器(1)内的液态冷媒接触。

3.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述冷凝端(3)包括伸入所述闪发器(1)内的伸入部分，所述伸入部分的外壁上设置有第一散热翅片(6)。

4.根据权利要求1所述的热泵***，其特征在于，所述闪发器(1)内还设置有固定件(9)，所述固定件(9)固定在所述闪发器(1)的内侧壁上，所述冷凝端(3)固定在所述固定件(9)上。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵***，其特征在于，所述发热元件(5)上还设置有风冷装置，所述蒸发端(4)嵌设在所述风冷装置内。

6.根据权利要求5所述的热泵***，其特征在于，所述风冷装置包括第二散热翅片(7)。

7.根据权利要求5所述的热泵***，其特征在于，所述发热元件(5)与所述风冷装置的结合位置处涂覆有绝缘散热材料(8)。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵***，其特征在于，所述热管(2)竖直设置。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵***，其特征在于，所述热管(2)为L形，所述冷凝端(3)位于所述热管(2)的竖直段，所述蒸发端(4)位于所述热管(2)的水平段。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵***，其特征在于，所述闪发器(1)内穿设有第一液管(10)和第二液管(11)，所述第一液管(10)和所述第二液管(11)的管口高度低于所述冷凝端(3)的顶部高度。

11.根据权利要求10所述的热泵***，其特征在于，当所述闪发器(1)内还设置有固定件(9)时，所述第一液管(10)和所述第二液管(11)均固定在所述固定件(9)上。

12.根据权利要求10所述的热泵***，其特征在于，在所述闪发器(1)的顶端还设置有出气管(25)，所述第一液管(10)和/或所述第二液管(11)包括斜切口，所述斜切口背向所述出气管(25)。

13.根据权利要求12所述的热泵***，其特征在于，所述第一液管(10)和所述第二液管(11)的斜切口相背设置。

14.根据权利要求11所述的热泵***，其特征在于，所述第一液管(10)的底部距离所述闪发器(1)的底部高度为h，所述第一液管(10)的底部距离所述固定件(9)的底部高度为m，h＝5～10mm，m＝10～15mm；和/或，所述第二液管(11)的底部距离所述闪发器(1)的底部高度为h，所述第二液管(11)的底部距离所述固定件(9)的底部高度为m，h＝5～10mm，m＝10～15mm。

15.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵***，其特征在于，所述闪发器(1)包括上端盖(12)、筒体(13)和下端盖(14)，所述冷凝端(3)穿过所述下端盖(14)进入所述筒体(13)内。

16.根据权利要求1至4中任一项所述的热泵***，其特征在于，所述热管上还设置有控制阀(15)，所述控制阀(15)用于控制所述冷凝端(3)和所述蒸发端(4)的连通和断开。

17.根据权利要求16所述的热泵***，其特征在于，所述发热元件(5)上设置有壁温传感器，所述发热元件(5)周侧设置有露点温度传感器，所述热泵***根据所述壁温传感器和所述露点温度传感器检测的温度控制所述控制阀(15)打开或者关闭。

18.一种如权利要求1至17中任一项所述的热泵***的控制方法，其特征在于，包括：

检测发热元件(5)的表面温度Ta；

获取发热元件(5)所处环境下的露点温度Tb；

当Ta-Tb≤T1时，控制冷凝端(3)和蒸发端(4)不连通；

当Ta-Tb≥T2时，控制冷凝端(3)和蒸发端(4)连通。