熱泵系統及空調的製作方法

2023-07-19 11:25:31 2

本實用新型涉及熱泵領域，更具體地涉及一種熱泵系統及空調。

背景技術：

現有的熱泵系統的工作過程為，開機後機組檢測其能力需求Qx，並根據Qx計算出壓縮機的目標頻率fx，然後控制壓縮機啟動並運行到目標頻率。但是當熱泵系統處於低負荷或者高負荷運行時均會出現能效降低的問題，大大影響了機組的工作效率及使用壽命。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型提供一種能夠有效保證機組能效的熱泵系統及空調。

第一方面，提供一種熱泵系統。

一種熱泵系統，所述熱泵系統包括壓縮機以及用於儲熱的蓄能模塊，所述蓄能模塊用於當所述壓縮機的目標頻率增大時存儲所述熱泵系統的部分制熱量或製冷量；和/或，

所述蓄能模塊用於當所述壓縮機的目標頻率減小時向所述熱泵系統的冷媒釋放其存儲的熱量或冷量。

優選地，所述熱泵系統還包括室外換熱器、室內換熱器和切換組件，所述切換組件配置為將所述蓄能模塊在第一位置和第二位置之間切換；

所述第一位置為與所述室外換熱器並聯或者與所述壓縮機和所述室外換熱器之間的連接管路並聯；和/或，

所述第二位置為與所述室內換熱器並聯或者與所述室外換熱器和所述室內換熱器之間的連接管路並聯。

優選地，所述切換組件包括三通閥以及分別與所述三通閥的三個口連接的第一支路、第二支路和第三支路，所述第一支路與所述壓縮機和所述室外換熱器之間的連接管路連接，所述第二支路與所述室外換熱器和所述室內換熱器之間的連接管路連接，所述第三支路與所述室內換熱器的製冷入口連接，所述蓄能模塊設置於所述第二支路上。

優選地，所述切換組件還配置為能夠將所述蓄能模塊切換至與所述熱泵系統的冷媒循環迴路斷開。

優選地，還包括流量調節裝置，用於調節流入所述蓄能模塊內的冷媒量。

優選地，所述流量調節裝置包括電子膨脹閥。

優選地，所述蓄能模塊由相變儲熱材料製成。

優選地，所述熱泵系統包括並聯設置的多個室外換熱器和/或並聯設置的多個室內換熱器。

第二方面，提供一種空調。

一種空調，採用如上所述的熱泵系統。

本實用新型提供的熱泵系統當壓縮機的目標頻率增大時，通過蓄能模塊存儲熱泵系統的部分制熱量或製冷量，而當壓縮機的目標頻率減小時，並控制蓄能模塊向熱泵系統的冷媒釋放其存儲的熱量或冷量，通過設置蓄能模塊不會造成能量的浪費以及能量不足的問題，提高機組的能效，節約能源且延長使用壽命。

本實用新型提供的空調採用上述熱泵系統，能夠提高機組能效，節約能源且延長使用壽命。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其它目的、特徵和優點將更為清楚，在附圖中：

圖1示出本實用新型具體實施方式提供的熱泵系統在製冷模式下正常運行的結構示意圖；

圖2示出本實用新型具體實施方式提供的熱泵系統在製冷模式下低負荷運行的結構示意圖；

圖3示出本實用新型具體實施方式提供的熱泵系統在製冷模式下高負荷運行的結構示意圖。

圖中，1、壓縮機；2、室內換熱器；3、室外換熱器；4、蓄能模塊；5、電子膨脹閥；61、第一支路；62、第二支路；63、第三支路；64、三通閥。

具體實施方式

以下基於實施例對本實用新型進行描述，但是本實用新型並不僅僅限於這些實施例。在下文對本實用新型的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本實用新型。為了避免混淆本實用新型的實質，公知的方法、過程、流程、元件並沒有詳細敘述。

此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。

除非上下文明確要求，否則整個說明書和權利要求書中的「包括」、「包含」等類似詞語應當解釋為包含的含義而不是排他或窮舉的含義；也就是說，是「包括但不限於」的含義。

在本實用新型的描述中，需要理解的是，術語「第一」、「第二」等僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。此外，在本實用新型的描述中，除非另有說明，「多個」的含義是兩個或兩個以上。

現有的熱泵系統的工作過程為，開機後機組檢測其能力需求Qx，並根據Qx計算出壓縮機的目標頻率fx，然後控制壓縮機啟動並運行到目標頻率fx。在一個具體的實施例中，壓縮機運行頻率範圍為10至80Hz，額定功率為60Hz，當壓縮機工作在額定頻率下時製冷量為16kW，其目標頻率fx由公式fx＝3.75Qx獲得。但是當熱泵系統處於低負荷或者高負荷運行時均會出現能效降低的問題，大大影響了機組的工作效率及使用壽命。本申請發現，當系統容量、冷媒量以及壓縮機排量一定時，壓縮機頻率存在一個最佳能效點頻率，當壓縮機工作在最佳能效點頻率附近時，應用其的機組能夠獲得較高的能效，而當壓縮機的實際工作頻率偏離最佳能效點頻率過多時，機組能效就會大大降低，影響機組的工作效率及使用壽命。

因此，本實用新型提供了一種熱泵系統的控制方法及熱泵系統。其中，熱泵系統包括壓縮機1和蓄能模塊4，其方法為，當壓縮機1根據實際負載獲得的目標頻率fx小於第一預設值f1時，增大壓縮機1的目標頻率fx，並控制蓄能模塊4存儲熱泵系統的部分制熱量或製冷量；和/或，當壓縮機1根據實際負載獲得的目標頻率fx大於第二預設值f2時，減小壓縮機1的目標頻率fx，並控制蓄能模塊4向熱泵系統的冷媒釋放其存儲的熱量或冷量。從而，使得壓縮機1的實際工作頻率能夠比較接近其最佳能效點頻率，且由於蓄能模塊4的設置不會造成能量的浪費以及能量不足的問題，提高機組的能效，節約能源且延長使用壽命。

具體地，當熱泵系統運行製冷模式時，若壓縮機1根據實際負載獲得的目標頻率fx小於第一預設值f1，說明壓縮機1為低負荷運行，則將壓縮機1的目標頻率fx增大，並控制蓄能模塊4存儲熱泵系統的部分製冷量，若壓縮機1根據實際負載獲得的目標頻率fx大於第二預設值f2，說明壓縮機1為高負荷運行，則將壓縮機1的目標頻率fx減小，並控制蓄能模塊4向熱泵系統的冷媒釋放其存儲的冷量。

當熱泵系統運行制熱模式時，若壓縮機1根據實際負載獲得的目標頻率fx小於第一預設值f1，說明壓縮機1為低負荷運行，則將壓縮機1的目標頻率fx增大，並控制蓄能模塊4存儲熱泵系統的部分制熱量，若壓縮機1根據實際負載獲得的目標頻率fx大於第二預設值f2，說明壓縮機1為高負荷運行，則將壓縮機1的目標頻率fx減小，並控制蓄能模塊4向熱泵系統的冷媒釋放其存儲的熱量。

而當壓縮機根據實際負載獲得的目標頻率fx在第一預設值f1和第二預設值f2之間時，則不改變壓縮機1的目標頻率fx，蓄能模塊4不工作，即蓄能模塊4不參與換熱。

其中，第一預設值f1和第二預設值f2的具體數據不限，可根據具體的壓縮機1以及應用環境進行設置，優選地，當系統容量、冷媒量以及壓縮機排量一定時，壓縮機頻率存在一個最佳能效點頻率，第一預設值f1和第二預設值f2基於壓縮機1的最佳能效點頻率進行設置。例如，壓縮機1的最佳能效點頻率為fs，第一預設值f1為fs-A，A為第一容差值，第二預設值f2為fs+B，B為第二容差值，第一容差值A和第二容差值B的具體數值也不限，也可根據具體的壓縮機及其應用環境進行設置，兩者的數值可以相等也可以不等，例如，第一容差值A的範圍為5至20Hz，第二容差值B的範圍為5至20Hz。壓縮機最佳能效點頻率fs根據其結構、型號的不同略有區別，在一個具體的實施例中，壓縮機最佳能效點頻率fs為35Hz。

在進一步優選地實施例中，當壓縮機根據實際負載獲得的目標頻率fx小於第一預設值f1時，將壓縮機1的目標頻率fx設置為第一預設值f1，當壓縮機根據實際負載獲得的目標頻率fx大於第二預設值f2時，將壓縮機1的目標頻率fx設置為第二預設值f2，進一步保證壓縮機工作在最佳能效點頻率附近，從而提高機組能效。

蓄能模塊4存儲和釋放熱量或冷量的具體方式不限，優選地，蓄能模塊4由相變儲熱材料製成，將系統中的冷媒通入蓄能模塊4，相變儲熱材料與冷媒發生熱量交換，從而吸收冷媒的熱量或者向冷媒放熱。

進一步地，還設置有用於調節流入蓄能模塊4內的冷媒量的流量調節裝置，從而對蓄能模塊4吸收和放出的熱量及冷量進行控制，以保證當熱泵低負荷運行時多餘的熱量或冷量均存儲於蓄能模塊4中，以及當熱泵高負荷運行時蓄能模塊4能夠補充熱泵系統所需的熱量或冷量。流量調節裝置可以但不局限於是電子膨脹閥5。

進一步地，熱泵系統還包括有切換組件，用於對蓄能模塊4的位置進行切換以達到前述方法中提到的效果。具體地，當熱泵系統為單製冷或單制熱系統時，其包括壓縮機1、室外換熱器3和室內換熱器2等常規的部件，形成冷媒的循環迴路，而當熱泵系統為製冷制熱系統時其還包括用於換向的四通閥。進一步的，熱泵系統還包括有蓄能模塊4和切換組件，切換組件配置為將蓄能模塊4在第一位置與第二位置之間切換。

其中，第一位置例如可以為如圖3中所示的與室外換熱器3並聯，還可以為與壓縮機1和室外換熱器3之間的連接管路並聯，第二位置例如可以為與室內換熱器2並聯，還可以為如圖2中所示與室外換熱器3和室內換熱器2之間的連接管路並聯。

如此，當熱泵系統運行製冷模式時，若壓縮機1為低負荷運行，則通過切換組件將蓄能模塊4設置在第二位置，若壓縮機1為高負荷運行，則通過切換組件將蓄能模塊4設置在第一位置。相反的，當熱泵系統運行制熱模式時，若壓縮機1為低負荷運行，則通過切換組件將蓄能模塊4設置在第一位置，若壓縮機1為高負荷運行，則通過切換組件將蓄能模塊4設置在第二位置。

進一步地，切換組件還配置為能夠將蓄能模塊4切換至與熱泵系統的冷媒循環迴路斷開，當壓縮機1根據實際負載獲得的目標頻率fx在第一預設值f1和第二預設值f2之間時，說明熱泵系統的負荷正常，可進行常規運行，則切換組件將蓄能模塊4與熱泵系統的冷媒循環迴路斷開，使得蓄能模塊4不參與換熱。

切換組件的具體結構不限，可通過管路及各種開關閥來實現。在一個具體的實施例中，如圖1所示，切換組件包括三通閥64以及分別與三通閥64的三個口連接的第一支路61、第二支路62和第三支路63，第一支路61與壓縮機1和室外換熱器3之間的連接管路連接，第二支路62與室外換熱器3和室內換熱器2之間的連接管路連接，第三支路63與室內換熱器2的製冷入口連接，蓄能模塊4設置於第二支路62上，進一步地，用於調節流入蓄能模塊4冷媒量的電子膨脹閥5也設置在第二支路62上。

另外，熱泵系統中的室外換熱器3數量以及室內換熱器2數量均不限，可以為一個，也可以為並聯設置的多個，例如，如圖1中所示的熱泵系統包括一個室外換熱器3以及並聯設置的四個室內換熱器2。

以熱泵系統運行製冷模式為例具體說明圖1所示熱泵系統的工作過程：

系統啟動並完成初始化後，檢測實際負載並根據實際負載獲得能力需求Qx，進而計算得到目標頻率fx，將fx分別與f1和f2進行比較，判斷系統處於低負荷運行(例如如圖2中所示只有一個室內換熱器2開啟)、高負荷運行(例如如圖3中所示四個室內換熱器2均開啟)還是正常運行(例如如圖1中所示有兩個室內換熱器2開啟)狀態並分別按如下方法進行控制：

低負荷運行：當fx小於f1時，判斷為系統處於低負荷運行狀態，則將壓縮機1的目標頻率fx設置為f1，並如圖2所示，三通閥64將第二支路62和第三支路63在其內部連通，即將蓄能模塊4與室外換熱器3和室內換熱器2之間的連接管路並聯，電子膨脹閥5按設定的邏輯打開呈設定開度，此設定開度可根據壓縮機1初始計算得到的目標頻率與改變後的目標頻率計算得到。從而，冷媒在室外換熱器3冷凝過冷後，一部分直接流向室內換熱器2，一部分節流後在蓄能模塊4中蒸發蓄冷，之後兩部分冷媒在室內換熱器2前混合後進入室內換熱器2蒸發製冷。

高負荷運行：當fx大於f2時，判斷為系統處於高負荷運行狀態，則將壓縮機1的目標頻率fx設置為f2，並如圖3所示，三通閥64將第一支路61和第二支路62在其內部連通，即將蓄能模塊4與室外換熱器3並聯，電子膨脹閥5按設定的邏輯打開呈設定開度，此設定開度可根據壓縮機1初始計算得到的目標頻率與改變後的目標頻率計算得到。從而，冷媒由壓縮機1壓縮為高溫過熱氣態冷媒後，一部分直接流入室外換熱器3冷凝，一部分節流後進入蓄能模塊4中吸收蓄能模塊4存儲的冷量，之後兩部分冷媒在室內換熱器2前混合後進入室內換熱器2蒸發製冷。

正常運行狀態：當f1≤fx≤f2時，判斷為系統處於正常運行狀態，不改變壓縮機1的目標頻率fx，並且如圖1所示，三通閥64將第一支路61、第二支路62和第三支路63設置為在其內部均不連通，使得冷媒不會流經蓄能模塊4，熱泵系統進行常規的冷媒循環。

當熱泵系統運行制熱狀態時，其具體的控制與製冷狀態相類似，在此不再贅述。

進一步地，本實用新型還提供了一種空調，其採用如上所述的熱泵系統，能夠提高機組能效，節約能源且延長使用壽命。

本領域的技術人員容易理解的是，在不衝突的前提下，上述各優選方案可以自由地組合、疊加。

應當理解，上述的實施方式僅是示例性的，而非限制性的，在不偏離本實用新型的基本原理的情況下，本領域的技術人員可以針對上述細節做出的各種明顯的或等同的修改或替換，都將包含於本實用新型的權利要求範圍內。