CN114739063B - 热泵机组及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热泵技术领域，具体提供一种热泵机组及其控制方法，旨在解决现有热泵机组的水侧换热器防冻裂效果不佳的问题。为此，本发明的热泵机组包括冷媒循环回路、换热水路和旁通支路，冷媒循环回路和换热水路通过第二换热器换热，换热水路上设置有电加热装置，旁通支路的第一端连接至第二换热器的进水口侧，第二端连接至电机热装置的出水侧；本发明的热泵机组根据获取的换热水路的初始水流量、当前水流量和出水温度，控制旁通支路的连通状态和电加热装置的开启状态，能够在第二换热器结冰之前，利用电加热装置加热第二换热器中流出的水并通过旁通支路回流至第二换热器中，有效保证第二换热器不会结冰，进而有效保证热泵机组不停机，持续运行。

Description

热泵机组及其控制方法

技术领域

本发明涉及热泵技术领域，具体提供一种热泵机组及其控制方法。

背景技术

随着用户不断增长的需求，现有的换热器的发展趋近于精细化，体积小换热效率高，因此在热泵机组中得到广泛应用。然而，现有热泵机组在低温制热除霜或者运行制冷工况蒸发温度比较低时，水侧换热器容易出现结冰的问题，严重时还会导致水侧换热器中的管路变形甚至损坏。现有的热泵机组是通过监控低压饱和温度及其持续时间来保护水侧换热器不会冻裂；具体地，当低压饱和温度及其持续时间达到设定值时，热泵机组则会停机以保证水侧换热器不会冻裂，然而，上述通过关机来保护水侧换热器的方式会降低用户的使用体验感，且没有起到预防水侧换热器冻裂的作用。

相应地，本领域需要一种新的热泵机组及其控制方法来解决上述技术问题。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有热泵机组的水侧换热器防冻裂效果不佳的问题。

在第一方面，本发明提供一种热泵机组的控制方法，所述热泵机组包括冷媒循环回路、换热水路和旁通支路，所述冷媒循环回路上依次设置有压缩机、第一换热器、节流构件和第二换热器，所述换热水路的一部分设置于所述第二换热器中，并且所述换热水路上还设置有电加热装置，所述电加热装置设置于所述第二换热器的出水口侧，所述换热水路中的水通过所述第二换热器与所述冷媒循环回路中的冷媒进行换热，所述旁通支路与所述换热水路相连，且所述旁通支路的第一端连接至所述第二换热器的进水口侧，所述旁通支路的第二端连接至所述电加热装置的出水侧，所述旁通支路上设置有旁通阀；

所述控制方法包括：

在所述热泵机组开启除霜工况之前，获取所述换热水路的初始水流量；

在所述热泵机组处于除霜工况的情形下，获取所述换热水路的当前水流量和出水温度；

根据所述初始水流量、所述当前水流量和所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述初始水流量、所述当前水流量和所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤具体包括：

计算所述初始水流量和所述当前水流量的差值；

根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤包括：

如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值大于或等于预设差值；并且/或者，如果所述出水温度小于或等于第一预设出水温度，则控制所述旁通支路连通且控制所述电加热装置开启。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤还包括：

如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值小于所述预设差值，并且所述出水温度大于所述第一预设出水温度且小于或等于第二预设出水温度，则控制所述电加热装置开启，所述旁通支路不连通。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤还包括：

如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值小于所述预设差值，并且所述出水温度大于所述第二预设出水温度，则进一步获取所述出水温度大于所述第二预设出水温度的持续时长；

根据所述持续时长，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述持续时长，控制控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤包括：

如果所述持续时长大于或等于预设持续时长，则控制所述旁通支路不连通且控制所述电加热装置不开启。

在上述控制方法的优选技术方案中，所述控制方法还包括：

在所述旁通支路连通且所述电加热装置开启的情形下，进一步获取所述换热水路的进水温度；

根据所述进水温度和预设进水温度，调整所述电加热装置和所述旁通阀的运行状态。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述进水温度和预设进水温度，调整所述电加热装置和所述旁通阀的运行状态”的步骤包括：

如果所述进水温度小于或等于所述预设进水温度，则增大所述电加热装置的加热功率以及增大所述旁通阀的开度。

在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述进水温度和预设进水温度，调整所述电加热装置和所述旁通阀的运行状态”的步骤包括：

如果所述进水温度大于所述预设进水温度，则减小所述电加热装置的加热功率以及减小所述旁通阀的开度。

在另一方面，本发明还提供一种热泵机组，所述热泵机组包括控制器，所述控制器能够执行上述任一项优选技术方案中所述的控制方法。

在采用上述技术方案的情况下，本发明的热泵机组根据获取的换热水路的初始水流量、当前水流量和出水温度，控制旁通支路的连通状态和电加热装置的开启状态，能够在第二换热器结冰之前，利用电加热装置加热第二换热器中流出的水并通过旁通支路回流至第二换热器中，能够有效保证第二换热器不会结冰，进而有效保证热泵机组不停机，持续运行。

附图说明

下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：

图1是本发明的热泵机组的结构示意图；

图2是本发明的控制方法的主要步骤流程图；

图3是本发明的控制方法的优选实施例的具体步骤流程图；

附图标记：

1、冷媒循环回路；11、压缩机；12、四通阀；13、第一换热器；14、节流构件；15、第二换热器；16、储液装置；17、气分装置；

2、换热水路；21、电加热装置；

3、旁通支路；31、旁通阀。

具体实施方式

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，本发明中所述的热泵机组可以是分体式热泵机组，也可以是整体式热泵机组，这都不是限制性的，技术人员可以根据实际使用需求自行设定本发明的控制方法的应用对象。这种有关应用对象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。

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“相连”、“连接”应做广义理解，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。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。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，尽管本申请中按照特定顺序描述了本发明的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。

首先参阅图1，图1是本发明的热泵机组的结构示意图。如图1所示，本发明的热泵机组包括冷媒循环回路1、换热水路2和旁通支路3，冷媒循环回路1上依次设置有压缩机11、四通阀12、第一换热器13、节流构件14和第二换热器15，冷媒循环回路1能够通过四通阀12的设置改变冷媒的流动方向，进而实现所述热泵机组的制冷工况、制热工况和除霜工况等。换热水路2的一部分设置于第二换热器15中，并且换热水路2上还设置有电加热装置21，电加热装置21设置于第二换热器15的出水口侧，换热水路2中的水通过第二换热器15与冷媒循环回路1中的冷媒进行换热，旁通支路3与换热水路2相连，且旁通支路3的第一端连接至第二换热器15的进水口侧，旁通支路3的第二端连接至电加热装置21的出水侧，旁通支路3上设置有旁通阀31。

需要说明的是，本发明不对压缩机11、四通阀12、节流构件14、第一换热器13、第二换热器15、电加热装置21和旁通阀31的具体结构和具体型号作任何限制，压缩机11可以是变频压缩机，也可以是定频压缩机；节流构件14可以是毛细管，也可以是电子膨胀阀，还可以是热力膨胀阀；第一换热器13和第二换热器15可以是板式换热器，也可以是套管式换热器；电加热装置21可以是加热管，也可以是加热套；旁通阀31可以是液压控制阀，也可以是电磁控制阀，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。

优选地，冷媒循环回路1上还设置有储液装置16和气分装置17，储液装置16设置在节流构件14和第二换热器15之间，以有效保证冷媒循环回路1中冷媒的流动稳定性；气分装置17设置压缩机11的进气口处，以有效避免压缩机11出现液击的问题，有效保证压缩机11的使用寿命。需要说明的是，本发明不对储液装置16和气分装置17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。

进一步地，所述热泵机组还包括流量计、温度传感器和控制器(图中未示出)，所述流量计用于获取换热水路2的水流量，所述温度传感器用于获取换热水路2的进水温度和出水温度，所述控制器能够获取所述温度传感器检测的换热水路2的进水温度和出水温度以及所述流量计获取的换热水路2的水流量，所述控制器还能够控制旁通支路3的连通状态以及电加热装置21的开闭状态等，这都不是限制性的。需要说明的是，本发明不对所述流量计和所述温度传感器的具体型号、设置数量以及设置位置作任何限制，只要能够获取换热水路2的水流量、进水温度和出水温度即可，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。此外，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热泵机组原有的控制器，也可以是为执行本发明的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。

接着参阅图2，图2是本发明的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热泵机组，本发明的控制方法主要包括下列步骤：

S1：在热泵机组开启除霜工况之前，获取换热水路的初始水流量；

S2：在热泵机组处于除霜工况的情形下，获取换热水路的当前水流量和出水温度；

S3：根据初始水流量、当前水流量和出水温度，控制旁通支路的连通状态和电加热装置的开启状态。

首先，在步骤S1中，在所述热泵机组开启除霜工况之前，所述控制器获取换热水路2的初始水流量。接着，在步骤S2中，在所述热泵机组处于除霜工况的情形下，所述控制器获取换热水路2的当前水流量和出水温度。

需要说明的是，本发明不对换热水路2的初始水流量、当前水流量和出水温度的具体获取方式和具体获取时机作任何限制，所述控制器可以在所述热泵机组开始运行除霜工况时便获取所述当前水流量和所述出水温度，也可以在所述热泵机组运行除霜工况一段时间后获取，这都不是限制性的；优选地，在所述热泵机组开始运行除霜工况时便获取所述当前水流量和所述出水温度，以便及时有效地放置第二换热器15发生结冰、冻裂的问题。

另外，所述初始水流量和所述当前水流量的获取方式可以通过水的流速进行监测，也可以通过进水时间进行监测；作为一种优选的设定方式，本发明通过所述流量计监测水的流速，进而获取换热水路2中的水流量，通过水的流速来确定所述初始水流量和所述当前水流量能够保证获取的数据的准确性。

进一步地，在步骤S3中，所述控制器根据所述初始水流量、所述当前水流量和所述出水温度，控制旁通支路3的连通状态和电加热装置21的开启状态。

需要说明的是，本发明不对上述具体控制方式作任何限制，例如，所述控制器可以根据所述初始水流量和所述当前水流量以及所述出水温度和预设出水温度进行大小比较，并根据大小比较结果共同控制旁通支路3的连通状态和电加热装置21的开启状态；当然，这并不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际使用需求自行设定，只要根据所述初始水流量、所述当前水流量和所述出水温度控制旁通支路3的连通状态和电加热装置21的开启状态就属于本发明的保护范围。

接着参阅图3，图3是本发明的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热泵机组，本发明的优选实施例的控制方法的包括下列步骤：

S101：在热泵机组开启除霜工况之前，获取换热水路的初始水流量；

S102：在热泵机组处于除霜工况的情形下，获取换热水路的当前水流量和出水温度；

S103：计算初始水流量和当前水流量的差值；

S104：如果初始水流量和当前水流量的差值大于或等于预设差值；并且/或者，如果出水温度小于或等于第一预设出水温度，则控制旁通支路连通且控制电加热装置开启；

S105：如果初始水流量和当前水流量的差值小于预设差值，并且出水温度大于第一预设出水温度且小于或等于第二预设出水温度，则控制电加热装置开启，旁通支路不连通；

S106：如果初始水流量和当前水流量的差值小于预设差值，并且出水温度大于第二预设出水温度，则进一步获取出水温度大于第二预设出水温度的持续时长；

S107：如果持续时长大于或等于预设持续时长，则控制旁通支路不连通且控制电加热装置不开启；

S108：进一步获取换热水路的进水温度；

S109：如果进水温度小于或等于预设进水温度，则增大电加热装置的加热功率以及增大旁通阀的开度；

S110：如果进水温度大于预设进水温度，则减小电加热装置的加热功率以及减小旁通阀的开度。

首先，在步骤S101中，在所述热泵机组开启除霜工况之前，所述控制器获取换热水路2的初始水流量。接着，在步骤S102中，在所述热泵机组处于除霜工况的情形下，所述控制器获取换热水路2的当前水流量和出水温度。

需要说明的是，本发明不对换热水路2的初始水流量、当前水流量和出水温度的具体获取方式和具体获取时机作任何限制，所述控制器可以在所述热泵机组开始运行除霜工况时便获取所述当前水流量和所述出水温度，也可以在所述热泵机组运行除霜工况一段时间后获取，这都不是限制性的；优选地，在所述热泵机组开始运行除霜工况时便获取所述当前水流量和所述出水温度，以便及时有效地放置第二换热器15发生结冰、冻裂的问题。

另外，所述初始水流量和所述当前水流量的获取方式可以通过水的流速进行监测，也可以通过进水时间进行监测；在本优选实施例中，所述控制器通过所述流量计监测水的流速，进而获取换热水路2中的水流量，通过水的流速来确定所述初始水流量和所述当前水流量能够保证获取的数据的准确性。

进一步地，所述控制器根据所述初始水流量、所述当前水流量和所述出水温度，控制旁通支路3的连通状态和电加热装置21的开启状态，以便能够在第二换热器15结冰之前，利用电加热装置21加热第二换热器15中流出的水并通过旁通支路3回流至第二换热器15中，能够有效保证第二换热器15不会结冰，进而有效保证所述热泵机组不停机，持续运行。

具体地，在步骤S103中，所述控制器计算所述初始水流量和所述当前水流量的差值。然后，根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制旁通支路3的连通状态和电加热装置21的开启状态。需要说明的是，本发明不对上述具体控制方式作任何限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。

作为一种优选的实施方式，具体地，在步骤S104中，只要满足所述初始水流量和所述当前水流量的差值大于或等于预设差值以及所述出水温度小于或等于第一预设出水温度两个条件中的任一条件，则说明当前的第二换热器15存在结冰冻裂的风险，则所述控制器控制旁通支路3连通且控制电加热装置21开启，此时，旁通阀31处于开启状态。基于上述控制方式，第二换热器15中的流出的水在电加热装置21中加热后通过旁通支路3回至第二换热器15中，以有效保证第二换热器15的温度不会过低，即，有效保证第二换热器15不会发生结冰现象，进而有效保证所述热泵机组不停机，持续运行。

进一步地，在步骤S105中，如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值小于所述预设差值，并且所述出水温度大于所述第一预设出水温度且小于或等于第二预设出水温度，说明此时第二换热器15的温度虽然较低，当并未过低，则所述控制器控制电加热装置21开启，旁通支路3不连通，以便既能够保证第二换热器15不会结冰，还能够有效保证换热水路2的正常运行。

进一步优选地，在步骤S106中，如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值小于所述预设差值，并且所述出水温度大于所述第二预设出水温度，则所述控制器进一步获取所述出水温度大于所述第二预设出水温度的持续时长，并根据所述持续时长，控制旁通支路3的连通状态和电加热装置21的开启状态。基于上述控制方式，本发明的热泵机组能够进一步有效保证第二换热器15不会发生结冰。

具体地，在步骤S107中，如果所述持续时长大于或等于预设持续时长，说明当前的第二换热器15不存在结冰风险，则所述控制器控制旁通支路3不连通且控制电加热装置21不开启，以有效降低所述热泵机组的运行能耗。反之，如果所述持续时长小于所述预设持续时长，则所述控制器控制旁通支路3和电加热装置21的当前状态，直至所述持续时长大于或等于所述预设持续时长，以进一步有效保证第二换热器15不会结冰。

此外，在步骤S108中，在旁通支路3连通且电加热装置21开启的情形下，所述控制器进一步通过所述温度传感器获取换热水路2的进水温度。需要说明的是，本发明不对所述控制器获取所述进水温度的具体获取方式作任何限制，所述控制器可以实时获取，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。优选地，所述控制器实时获取所述进水温度，以进一步有效保证第二换热器15不会发生结冰。

接着，所述控制器根据根据所述进水温度和预设进水温度，调整电加热装置21和旁通阀31的运行状态。需要说明的是，本发明不对上述具体控制方式作任何限制，所述控制器可以根据所述进水温度和预设进水温度的作差结果或作比结果，调整电加热装置21和旁通阀31的运行状态；当然，这并不是限制性的，本领域技术人员可以自行设定。

作为一种优选的实施方式，在步骤S109中，如果所述进水温度小于或等于所述预设进水温度，则所述控制器控制电加热装置21的加热功率增大以及控制旁通阀31的开度增大，以增大由电加热装置21通过旁通支路3回流至第二换热器15中的水量，进一步有效保证第二换热器15不会结冰。

进一步地，在步骤S110中，如果所述进水温度大于所述预设进水温度，则所述控制器控制电加热装置21的加热功率减小以及控制旁通阀31的开度减小，以减小由电加热装置21通过旁通支路3回流至第二换热器15中的水量，以有效保证换热水路2的正常供水需求。

需要说明的是，本发明不对所述预设差值、所述第一预设出水温度、所述第二预设出水温度、所述预设持续时长和所述预设进水温度的具体设定值作任何限制，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。

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。

Claims (8)

1.一种热泵机组的控制方法，其特征在于，所述热泵机组包括冷媒循环回路、换热水路和旁通支路，所述冷媒循环回路上依次设置有压缩机、第一换热器、节流构件和第二换热器，所述换热水路的一部分设置于所述第二换热器中，并且所述换热水路上还设置有电加热装置，所述电加热装置设置于所述第二换热器的出水口侧，所述换热水路中的水通过所述第二换热器与所述冷媒循环回路中的冷媒进行换热，所述旁通支路与所述换热水路相连，且所述旁通支路的第一端连接至所述第二换热器的进水口侧，所述旁通支路的第二端连接至所述电加热装置的出水侧，所述旁通支路上设置有旁通阀；

所述控制方法包括：

在所述热泵机组开启除霜工况之前，获取所述换热水路的初始水流量；

在所述热泵机组处于除霜工况的情形下，获取所述换热水路的当前水流量和出水温度；

根据所述初始水流量、所述当前水流量和所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态；

“根据所述初始水流量、所述当前水流量和所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤具体包括：

计算所述初始水流量和所述当前水流量的差值；

根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态；

“根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤包括：

如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值大于或等于预设差值；并且/或者，如果所述出水温度小于或等于第一预设出水温度，则控制所述旁通支路连通且控制所述电加热装置开启。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，“根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤还包括：

如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值小于所述预设差值，并且所述出水温度大于所述第一预设出水温度且小于或等于第二预设出水温度，则控制所述电加热装置开启，所述旁通支路不连通。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，“根据所述初始水流量和所述当前水流量的差值以及所述出水温度，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤还包括：

如果所述初始水流量和所述当前水流量的差值小于所述预设差值，并且所述出水温度大于所述第二预设出水温度，则进一步获取所述出水温度大于所述第二预设出水温度的持续时长；

根据所述持续时长，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，“根据所述持续时长，控制所述旁通支路的连通状态和所述电加热装置的开启状态”的步骤包括：

如果所述持续时长大于或等于预设持续时长，则控制所述旁通支路不连通且控制所述电加热装置不开启。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在所述旁通支路连通且所述电加热装置开启的情形下，进一步获取所述换热水路的进水温度；

根据所述进水温度和预设进水温度，调整所述电加热装置和所述旁通阀的运行状态。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，“根据所述进水温度和预设进水温度，调整所述电加热装置和所述旁通阀的运行状态”的步骤包括：

如果所述进水温度小于或等于所述预设进水温度，则增大所述电加热装置的加热功率以及增大所述旁通阀的开度。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，“根据所述进水温度和预设进水温度，调整所述电加热装置和所述旁通阀的运行状态”的步骤包括：

如果所述进水温度大于所述预设进水温度，则减小所述电加热装置的加热功率以及减小所述旁通阀的开度。

8.一种热泵机组，其特征在于，所述热泵机组包括控制器，所述控制器能够执行权利要求1至7中任一项所述的控制方法。