CN113758048A - 一种空气能热泵低温保护*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气能热泵低温保护***，涉及空气能热泵技术领域，属于节能型热交换装置，包括中央控制器，所述中央控制器的输入端与室内换热器水泵控制模块的输出端电性连接，所述室内换热器水泵控制模块的输入端与制冷剂流量控制模块的输出端电性连接。本发明中，防止压缩机出现液击，且所选择的制冷剂还具有较大的过冷度，使得制冷剂在节流后能够从空气中吸收更多的热量，进而能够有效的提高空气热源泵的性能，且通过提高回气方法，能够应用于现有产品的改善提升，空气源热泵***改动小，方便系行，同时作为影响室内舒适性重要指标的室内出风温度亦有所提高，对冬季严寒区域室内环境状况起到明显的改善作用，用户感知舒适性明显增加。
Description
技术领域
本发明涉及空气能热泵技术领域，属于节能型热交换装置，尤其涉及一种空气能热泵低温保护***。
背景技术
空气源热泵是一种通过消耗一定的高品位能源，利用热力循环过程，将空气中的低位热能转化为高位热能的装置，属于节能型热交换装置。
如中国专利公开的“一种超低温空气能热泵机组及其使用方法”(专利号：CN102374702A)，该专利所解决的技术问题是现有除霜技术一般是通过四通换向阀用介质的热量来除霜，有的是在冷凝器旁加装电热棒，但上述除霜方法能耗大，效果差，尤其是在零下5度以下的冬天往往无法正常除霜，严重时甚至导致空气能热泵热水器或制热空调无法正常工作，且该专利通过设计的，能根据冷凝器的工作状况自动启动或关闭发热翅片及发热带除霜，使用方便，节能效果明显，发热翅片和发热带的热量可通过铜管内的冷介质传至压缩机，再经压缩机做功，二次热利用，显著提高热效率，节约能源。
但仍存有一些不足之处，随着环境温度的降低，空气源热泵会出现压缩机排气温度过高、压比过大、制热性能下降等问题，随着室外环境温度的降低，机组cop急剧下降，压缩机的压比会越来越大，导致排气温度不断升高，长时间运作会严重损坏或烧毁压缩机，且导致压缩机能耗较大，因此，现阶段亟需一种空气能热泵低温保护***来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决空气源热泵是一种通过消耗一定的高品位能源，利用热力循环过程，将空气中的低位热能转化为高位热能的装置，随着环境温度的降低，空气源热泵会出现压缩机排气温度过高、压比过大、制热性能下降等问题，随着室外环境温度的降低，机组cop急剧下降，压缩机的压比会越来越大，导致排气温度不断升高，长时间运作会严重损坏或烧毁压缩机的问题，而提出的一种空气能热泵低温保护***。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种空气能热泵低温保护***，包括中央控制器，所述中央控制器的输入端与室内换热器水泵控制模块的输出端电性连接，所述室内换热器水泵控制模块的输入端与制冷剂流量控制模块的输出端电性连接，所述制冷剂流量控制模块的输入端与制冷剂选择模块的输出端电性连接，所述制冷剂选择模块的输入端与启动预热时间计算模块的输出端电性连接，所述启动预热时间计算模块的输入端与压缩机功率计算模块的输出端电性连接，所述中央控制器的输入端还与冷风防止控制模块的输出端电性连接，所述冷风防止控制模块的输入端与电加热圈控制模块的输出端电性连接，所述电加热圈控制模块的输入端与回气循环控制模块的输出端电性连接。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述压缩机功率计算模块在蒸汽压缩式制冷循环中，用于计算***运行稳定时压缩机的功率，所述启动预热时间计算模块在空气源热泵***中从压缩机开启到***参数稳定时的时间为空气源热泵机***的启动预热时间；
蒸汽压缩式制冷循环中，***运行稳定时压缩机的功率P通过比焓和比体积进行表示：
式中，q为压缩机的额定输气量，单位为m3/s，γ为压缩机输气系数，h1，h2分别为压缩机的吸气和排气比焓，单位为KJ/kg，v1为压缩机吸气比体积，单位为m3/kg，n为压缩机的等熵效率；
空气源热泵机控制***在启动阶段，压缩机的吸气压力、排气压力、吸气温度等均处于不断变化的过程，因此，便可通过积分计算的方式计算其耗电量；
热泵***质量流量为：
m＝ρ1.Vn*
热泵系数制热量为：
Q＝m(h2-h3)
热泵系数制冷cop为：
式中，ρ1为压缩机吸气口处制冷剂蒸汽度，单位为kg.m-3，V为压缩机排气量，单位为m3.h-1，n*为压缩机容积效率，h3为冷凝器出口的焓值，单位为KJ.kg-1；
所选择的制冷剂能够提高蒸发器出口的低环温制冷剂工质的过热度，防止压缩机出现液击，且所选择的制冷剂还具有较大的过冷度，使得制冷剂在节流后能够从空气中吸收更多的热量，进而能够有效的提高空气热源泵的性能。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述制冷剂选择模块用于空气源热泵在启动阶段，进入压缩机的为气液两相状态的制冷剂，经压缩后仍有部分制冷剂为液态，预热时***需先将该部分液态制冷剂蒸发，所述制冷剂的制冷系数、压力比以及压缩机排气温度℃作为选择依据。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述制冷剂流量控制模块用于空气源热泵在启动阶段，控制室内热交换器中的电子膨胀阀、室外机制热电子膨胀阀以及室外侧过冷电子膨胀阀开启到最大程度，所述室内换热器水泵控制模块用于延迟室内换热器水泵开启时间，避免持续对制冷剂进行加热，当压缩机排气压力对应的饱和温度高于室内换热器水温0.5-1.5℃时再开启，避免室内换热器中的制冷剂蒸发并过热而降低制冷剂流量。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述回气循环控制模块用于空气源热泵调制热循环，自压缩机流出的气态高温高压制冷剂，流经四通阀进入蒸发器放出热量后冷凝为高温高压液体，液态制冷剂经过毛细管节流后编程低温低压的制冷剂液体，进入冷凝器与室外侧循环空气进行热交换，吸热蒸发成为低温低压气体。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述气态制冷剂通过四通阀回到压缩机吸气端，在室外机四通阀连接压缩机的回气管铜管段安装电加热圈，并将电加热圈套接在铜管管路的表面上，与铜管紧密连接，以增加传热比面积，电加热圈的材质可选择筒、铝、铁等热导性材质。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述回气循环控制模块用于空气源热泵在运行过程中，电加热圈通电工作并对管路进行加热，电热圈产生热量后将热量直接传递给与其紧密套接在一起的铜管管路，铜管管路吸收热量后再将热量传递给铜管管路里面的冷媒，提高了进入压缩机前冷媒的温度，及提高了回气温度。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述蒸发器盘管的安装位置需根据不同机型和蒸发器流路设置在蒸发器进口管、出口管或者弯头上。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述电加热圈控制模块用于电加热圈的运行状态主要根据室内蒸发器盘管温度Tp控制，在制热阶段，当室内盘管温度Tp≤T1℃时，电加热圈工作，当室内盘管温度Tp≥T2℃时，电加热圈停止工作，其中T1和T2的的温度范围分比为：9℃≤T1≤60℃，9℃≤T2≤63℃，T1＜T2，其中电加热圈是以管状电热元件为发热体，元件弯曲成型，进入模具浇筑成型。
作为上述技术方案的进一步描述：
所述冷风防止控制模块用于根据空气源热泵室内机蒸发器中部温度来控制并调整室内风机转速，若是低于某个给定值，则降低内风机转速，若是升高且高于某个给定值，则再恢复所设定的转速。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中，空气源热泵机控制***在启动阶段，压缩机的吸气压力、排气压力、吸气温度等均处于不断变化的过程，因此，便可通过积分计算的方式计算其耗电量，并以此为基础，选择适合的制冷剂，所选择的制冷剂能够提高蒸发器出口的低环温制冷剂工质的过热度，防止压缩机出现液击，且所选择的制冷剂还具有较大的过冷度，使得制冷剂在节流后能够从空气中吸收更多的热量，进而能够有效的提高空气热源泵的性能，达到压缩机的节能效果，且通过提高回气方法，能够应用于现有产品的改善提升，空气源热泵***改动小，方便系行，同时作为影响室内舒适性重要指标的室内出风温度亦有所提高，对冬季严寒区域室内环境状况起到明显的改善作用，用户感知舒适性明显增加。
附图说明
图1为本发明提出的一种空气能热泵低温保护***的模块框图。
图例说明：
101、中央控制器；102、室内换热器水泵控制模块；103、制冷剂流量控制模块；104、制冷剂选择模块；105、启动预热时间计算模块；106、压缩机功率计算模块；107、回气循环控制模块；108、电加热圈控制模块；109、冷风防止控制模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请主要针对空气能热泵中的压缩机实施保护，使得压缩机的工作性能得到提升，进而实现压缩机的节能效果。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：
实施例一
一种空气能热泵低温保护***，包括中央控制器101，中央控制器101的输入端与室内换热器水泵控制模块102的输出端电性连接，室内换热器水泵控制模块102的输入端与制冷剂流量控制模块103的输出端电性连接，制冷剂流量控制模块103的输入端与制冷剂选择模块104的输出端电性连接，制冷剂选择模块104的输入端与启动预热时间计算模块105的输出端电性连接，启动预热时间计算模块105的输入端与压缩机功率计算模块106的输出端电性连接，中央控制器101的输入端还与冷风防止控制模块109的输出端电性连接，冷风防止控制模块109的输入端与电加热圈控制模块108的输出端电性连接，电加热圈控制模块108的输入端与回气循环控制模块107的输出端电性连接。
具体的，如图1所示，压缩机功率计算模块106在蒸汽压缩式制冷循环中，用于计算***运行稳定时压缩机的功率，启动预热时间计算模块在空气源热泵***中从压缩机开启到***参数稳定时的时间为空气源热泵机***的启动预热时间；
蒸汽压缩式制冷循环中，***运行稳定时压缩机的功率P通过比焓和比体积进行表示：
式中，q为压缩机的额定输气量，单位为m3/s，γ为压缩机输气系数，h1，h2分别为压缩机的吸气和排气比焓，单位为KJ/kg，v1为压缩机吸气比体积，单位为m3/kg，n为压缩机的等熵效率；
空气源热泵机控制***在启动阶段，压缩机的吸气压力、排气压力、吸气温度等均处于不断变化的过程，因此，便可通过积分计算的方式计算其耗电量；
热泵***质量流量为：
m＝ρ1.Vn*
热泵系数制热量为：
Q＝m(h2-h3)
热泵系数制冷cop为：
式中，ρ1为压缩机吸气口处制冷剂蒸汽度，单位为kg.m-3，V为压缩机排气量，单位为m3.h-1，n*为压缩机容积效率，h3为冷凝器出口的焓值，单位为KJ.kg-1；
所选择的制冷剂能够提高蒸发器出口的低环温制冷剂工质的过热度，防止压缩机出现液击，且所选择的制冷剂还具有较大的过冷度，使得制冷剂在节流后能够从空气中吸收更多的热量，进而能够有效的提高空气热源泵的性能。
具体的，如图1所示，制冷剂选择模块104用于空气源热泵在启动阶段，进入压缩机的为气液两相状态的制冷剂，经压缩后仍有部分制冷剂为液态，预热时***需先将该部分液态制冷剂蒸发，制冷剂的制冷系数、压力比以及压缩机排气温度℃作为选择依据。
具体的，如图1所示，制冷剂流量控制模块103用于空气源热泵在启动阶段，控制室内热交换器中的电子膨胀阀、室外机制热电子膨胀阀以及室外侧过冷电子膨胀阀开启到最大程度，室内换热器水泵控制模块102用于延迟室内换热器水泵开启时间，避免持续对制冷剂进行加热，当压缩机排气压力对应的饱和温度高于室内换热器水温0.5-1.5℃时再开启，避免室内换热器中的制冷剂蒸发并过热而降低制冷剂流量。
实施例二
一种空气能热泵低温保护***，包括中央控制器101，中央控制器101的输入端与室内换热器水泵控制模块102的输出端电性连接，室内换热器水泵控制模块102的输入端与制冷剂流量控制模块103的输出端电性连接，制冷剂流量控制模块103的输入端与制冷剂选择模块104的输出端电性连接，制冷剂选择模块104的输入端与启动预热时间计算模块105的输出端电性连接，启动预热时间计算模块105的输入端与压缩机功率计算模块106的输出端电性连接，中央控制器101的输入端还与冷风防止控制模块109的输出端电性连接，冷风防止控制模块109的输入端与电加热圈控制模块108的输出端电性连接，电加热圈控制模块108的输入端与回气循环控制模块107的输出端电性连接。
具体的，如图1所示，回气循环控制模块107用于空气源热泵调制热循环，自压缩机流出的气态高温高压制冷剂，流经四通阀进入蒸发器放出热量后冷凝为高温高压液体，液态制冷剂经过毛细管节流后编程低温低压的制冷剂液体，进入冷凝器与室外侧循环空气进行热交换，吸热蒸发成为低温低压气体。
具体的，如图1所示，气态制冷剂通过四通阀回到压缩机吸气端，在室外机四通阀连接压缩机的回气管铜管段安装电加热圈，并将电加热圈套接在铜管管路的表面上，与铜管紧密连接，以增加传热比面积，电加热圈的材质可选择筒、铝、铁等热导性材质。
具体的，如图1所示，回气循环控制模块107用于空气源热泵在运行过程中，电加热圈通电工作并对管路进行加热，电热圈产生热量后将热量直接传递给与其紧密套接在一起的铜管管路，铜管管路吸收热量后再将热量传递给铜管管路里面的冷媒，提高了进入压缩机前冷媒的温度，及提高了回气温度。
具体的，如图1所示，蒸发器盘管的安装位置需根据不同机型和蒸发器流路设置在蒸发器进口管、出口管或者弯头上。
具体的，如图1所示，电加热圈控制模块108用于电加热圈的运行状态主要根据室内蒸发器盘管温度Tp控制，在制热阶段，当室内盘管温度Tp≤T1℃时，电加热圈工作，当室内盘管温度Tp≥T2℃时，电加热圈停止工作，其中T1和T2的的温度范围分比为：9℃≤T1≤60℃，9℃≤T2≤63℃，T1＜T2，其中电加热圈是以管状电热元件为发热体，元件弯曲成型，进入模具浇筑成型。
具体的，如图1所示，冷风防止控制模块109用于根据空气源热泵室内机蒸发器中部温度来控制并调整室内风机转速，若是低于某个给定值，则降低内风机转速，若是升高且高于某个给定值，则再恢复所设定的转速。
本实施例具体为：通过提高回气方法，能够应用于现有产品的改善提升，空气源热泵***改动小，方便系行，同时作为影响室内舒适性重要指标的室内出风温度亦有所提高，对冬季严寒区域室内环境状况起到明显的改善作用，用户感知舒适性明显增加。
工作原理：使用时，压缩机功率计算模块106在蒸汽压缩式制冷循环中，用于计算***运行稳定时压缩机的功率，启动预热时间计算模块105在空气源热泵***中从压缩机开启到***参数稳定时的时间为空气源热泵机***的启动预热时间，制冷剂选择模块104用于空气源热泵在启动阶段，进入压缩机的为气液两相状态的制冷剂，经压缩后仍有部分制冷剂为液态，预热时***需先将该部分液态制冷剂蒸发，制冷剂的制冷系数、压力比以及压缩机排气温度℃作为选择依据，制冷剂流量控制模块103用于空气源热泵在启动阶段，控制室内热交换器中的电子膨胀阀、室外机制热电子膨胀阀以及室外侧过冷电子膨胀阀开启到最大程度，室内换热器水泵控制模块102用于延迟室内换热器水泵开启时间，避免持续对制冷剂进行加热，当压缩机排气压力对应的饱和温度高于室内换热器水温0.5-1.5℃时再开启，避免室内换热器中的制冷剂蒸发并过热而降低制冷剂流量，回气循环控制模块107用于空气源热泵调制热循环，自压缩机流出的气态高温高压制冷剂，流经四通阀进入蒸发器放出热量后冷凝为高温高压液体，液态制冷剂经过毛细管节流后编程低温低压的制冷剂液体，进入冷凝器与室外侧循环空气进行热交换，吸热蒸发成为低温低压气体，气态制冷剂通过四通阀回到压缩机吸气端，在室外机四通阀连接压缩机的回气管铜管段安装电加热圈，并将电加热圈套接在铜管管路的表面上，与铜管紧密连接，以增加传热比面积，电加热圈的材质可选择筒、铝、铁等热导性材质，回气循环控制模块107用于空气源热泵在运行过程中，电加热圈通电工作并对管路进行加热，电热圈产生热量后将热量直接传递给与其紧密套接在一起的铜管管路，铜管管路吸收热量后再将热量传递给铜管管路里面的冷媒，提高了进入压缩机前冷媒的温度，及提高了回气温度，蒸发器盘管的安装位置需根据不同机型和蒸发器流路设置在蒸发器进口管、出口管或者弯头上，电加热圈控制模块108用于电加热圈的运行状态主要根据室内蒸发器盘管温度Tp控制，在制热阶段，当室内盘管温度Tp≤T1℃时，电加热圈工作，当室内盘管温度Tp≥T2℃时，电加热圈停止工作，其中T1和T2的的温度范围分比为：9℃≤T1≤60℃，9℃≤T2≤63℃，T1＜T2，其中电加热圈是以管状电热元件为发热体，元件弯曲成型，进入模具浇筑成型，冷风防止控制模块109用于根据空气源热泵室内机蒸发器中部温度来控制并调整室内风机转速，若是低于某个给定值，则降低内风机转速，若是升高且高于某个给定值，则再恢复所设定的转速。
以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，包括中央控制器(101)，所述中央控制器(101)的输入端与室内换热器水泵控制模块(102)的输出端电性连接，所述室内换热器水泵控制模块(102)的输入端与制冷剂流量控制模块(103)的输出端电性连接，所述制冷剂流量控制模块(103)的输入端与制冷剂选择模块(104)的输出端电性连接，所述制冷剂选择模块(104)的输入端与启动预热时间计算模块(105)的输出端电性连接，所述启动预热时间计算模块(105)的输入端与压缩机功率计算模块(106)的输出端电性连接，所述中央控制器(101)的输入端还与冷风防止控制模块(109)的输出端电性连接，所述冷风防止控制模块(109)的输入端与电加热圈控制模块(108)的输出端电性连接，所述电加热圈控制模块(108)的输入端与回气循环控制模块(107)的输出端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述压缩机功率计算模块(106)在蒸汽压缩式制冷循环中，用于计算***运行稳定时压缩机的功率，所述启动预热时间计算模块(105)在空气源热泵***中从压缩机开启到***参数稳定时的时间为空气源热泵机***的启动预热时间。
3.根据权利要求2所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述制冷剂选择模块(104)用于空气源热泵在启动阶段，进入压缩机的为气液两相状态的制冷剂，经压缩后仍有部分制冷剂为液态，预热时***需先将该部分液态制冷剂蒸发，所述制冷剂的制冷系数、压力比以及压缩机排气温度℃作为选择依据。
4.根据权利要求3所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述制冷剂流量控制模块(103)用于空气源热泵在启动阶段，控制室内热交换器中的电子膨胀阀、室外机制热电子膨胀阀以及室外侧过冷电子膨胀阀开启到最大程度，所述室内换热器水泵控制模块(102)用于延迟室内换热器水泵开启时间，避免持续对制冷剂进行加热，当压缩机排气压力对应的饱和温度高于室内换热器水温0.5-1.5℃时再开启，避免室内换热器中的制冷剂蒸发并过热而降低制冷剂流量。
5.根据权利要求4所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述回气循环控制模块(107)用于空气源热泵调制热循环，自压缩机流出的气态高温高压制冷剂，流经四通阀进入蒸发器放出热量后冷凝为高温高压液体，液态制冷剂经过毛细管节流后编程低温低压的制冷剂液体，进入冷凝器与室外侧循环空气进行热交换，吸热蒸发成为低温低压气体。
6.根据权利要求5所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述气态制冷剂通过四通阀回到压缩机吸气端，在室外机四通阀连接压缩机的回气管铜管段安装电加热圈，并将电加热圈套接在铜管管路的表面上，与铜管紧密连接，以增加传热比面积，电加热圈的材质可选择筒、铝、铁等热导性材质。
7.根据权利要求6所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述回气循环控制模块(107)用于空气源热泵在运行过程中，电加热圈通电工作并对管路进行加热，电热圈产生热量后将热量直接传递给与其紧密套接在一起的铜管管路，铜管管路吸收热量后再将热量传递给铜管管路里面的冷媒，提高了进入压缩机前冷媒的温度，及提高了回气温度。
8.根据权利要求7所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述蒸发器盘管的安装位置需根据不同机型和蒸发器流路设置在蒸发器进口管、出口管或者弯头上。
9.根据权利要求8所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述电加热圈控制模块(108)用于电加热圈的运行状态主要根据室内蒸发器盘管温度Tp控制，在制热阶段，当室内盘管温度Tp≤T1℃时，电加热圈工作，当室内盘管温度Tp≥T2℃时，电加热圈停止工作，其中T1和T2的的温度范围分比为：9℃≤T1≤60℃，9℃≤T2≤63℃，T1＜T2，其中电加热圈是以管状电热元件为发热体，元件弯曲成型，进入模具浇筑成型。
10.根据权利要求9所述的一种空气能热泵低温保护***，其特征在于，所述冷风防止控制模块(109)用于根据空气源热泵室内机蒸发器中部温度来控制并调整室内风机转速，若是低于某个给定值，则降低内风机转速，若是升高且高于某个给定值，则再恢复所设定的转速。
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