一种改善多联式空调制热性能的系统及其控制方法与流程

1.本发明属于空调技术领域，具体涉及一种改善多联式空调制热性能的系统及其控制方法。


背景技术：

2.多联式空调（热泵）系统在冬季制热运行时，由于室外环境温度低，室外热交换器（此时作为蒸发器）低于0℃时表面会逐渐结霜，影响室外机换热器的换热效果，因为蒸发效果差，机组的制热能力会逐渐降低，室内的出风温度逐渐降低。
3.另外，当室外机换热器的霜积累到了一定程度，需要对室外热交换器进行除霜。
4.目前各空调厂家所采用的除霜方法大多是通过四通阀换向，将制热循环切换为制冷循环而进行除霜。这种除霜方式不仅会停止向室内供热，而且还会从室内吸收部分热量，导致室内温度下降，严重影响用户使用的舒适性。另外，除霜结束四通阀切换为制热模式，室外机换热器的液态冷媒回流，也会影响到压缩机的可靠性以及四通阀的使用寿命。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种改善多联式空调制热性能的系统及其控制方法，用于解决传统多联式空调，制热除霜时需要压缩机停机，将制热循环切换为制冷循环时室内机制热效果不稳定的问题。为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：本发明提供一种改善多联式空调制热性能的系统，包括通过管路依次相连通的压缩机、四通阀、室内机换热器、室内机电子膨胀阀、室外机换热器、气液分离器；所述系统还设置有加热装置；所述加热装置设置在所述室外机换热器旁，用于为所述室外机换热器提供热量。
6.上述设置达到的效果：当系统制热运行时，制冷剂由压缩机压缩成高温高压的气态制冷剂，经过四通阀后进入室内机换热器中冷凝成高温高压的液态制冷剂，再经过室内机电子膨胀阀后，节流成低温低压的气液两相态制冷剂，并在室外机换热器中与空气进行换热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，然后，流入气液分离器中，并分离成气态和液态制冷剂，最后，气态制冷剂回到压缩机后重新进行循环；加热装置可以使室外机换热器的空气热量增加，有助于换热器进行热交换，防止换热器作为蒸发器时结霜，影响使用效率。
7.进一步的，所述系统还包括副蒸发器、第一电子膨胀阀、第二电子膨胀阀、第一电磁阀、第二电磁阀和第三电磁阀；所述室外机换热器和副蒸发器通过并联管路连接在所述四通阀和室内机电子膨胀阀之间；所述室外机换热器与四通阀之间设有第一电磁阀；所述室外换热机连接所述室内机膨胀阀的并联管路上设有第一电子膨胀阀；
所述副蒸发器连接室内机电子膨胀阀的并联管路上设有第二电子膨胀阀；所述室外机换热器与第一电磁阀之间的管路与第二电子膨胀阀与室内机电子膨胀阀之间的并联管路通过设有第二电磁阀的管路连通；所述压缩机通过设有第三电磁阀的管路与室外机换热器连通。
8.进一步的，所述系统还包括控制器；所述控制器分别与加热装置、第一电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀连接以控制加热装置、第一电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀开闭；所述控制器能够控制系统进入不同的运行模式；系统的运行模式包括除霜运行模式、传统制热模式和制热增强模式；当系统处于传统制热模式时，控制器控制第一电磁阀和第一电子膨胀阀处于打开状态，同时，控制器控制第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀处于关闭状态；当系统处于除霜运行模式时，控制器控制第一电磁阀和第一电子膨胀阀处于关闭状态，控制器控制第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀均处于打开状态，控制器控制加热装置打开；当系统处于制热增强模式时，控制器控制第一电磁阀、第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀处于打开状态，同时控制器控制第二电磁阀、第三电磁阀处于关闭状态，控制器控制加热装置打开。
9.进一步的，所述系统还包括与控制器连接的室外温度传感器和室内机中盘温度传感器；所述控制器通过室外温度传感器和室内机中盘温度传感器采集室外环境温度to和室内机平均中盘温度ti；当室外环境温度to≤tos，室内机平均中盘温度ti≤tis且持续y分钟时，控制器控制系统进入制热增强模式，否则判断是否需要除霜，如果需要除霜，控制器控制系统进入除霜运行模式，如果不需要除霜，控制器控制系统进入传统制热模式；其中，tos为室外环境温度阈值，tis为室内机平均中盘温度阈值，y为时间阈值。
10.进一步的，所述系统还包括与控制器连接的换热器表面温度传感器；所述控制器通过换热器表面温度传感器采集换热器表面温度，当换热器温度满足除霜要求时，则判断需要除霜，否则判断不需要。
11.进一步的，所述加热装置位于所述副蒸发器和室外机换热器旁，其旁设置有风机；所述风机用于使空气依次流向室外机换热器、加热装置和副蒸发器。
12.进一步的，所述加热装置为电加热装置，所述加热装置连接风光互补发电系统，所述风光互补发电系统包括蓄电装置和与蓄电装置连接的风光互补发电装置；当所述蓄电装置的电量低于阈值时，控制器将系统切换为四通阀换向除霜模式。
13.第二方面，本发明提供一种改善多联式空调制热性能的系统的控制方法，所述系统包括压缩机、四通阀、室内机换热器、室内机电子膨胀阀、第一电子膨胀阀、室外机换热器、气液分离器、第二电子膨胀阀、副蒸发器、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀；所述室外机换热器和副蒸发器通过并联管路连接在所述四通阀和室内机电子膨胀阀之间；所述室外机换热器与四通阀之间设有第一电磁阀；所述室外换热机连接所述室内机膨胀阀的并联管路上设有第一电子膨胀阀；所述副蒸发器连接室内机电子膨胀阀的并联管路上设有第二
电子膨胀阀；所述室外机换热器与第一电磁阀之间的管路与第二电子膨胀阀与室内机电子膨胀阀之间的并联管路通过设有第二电磁阀的管路连通；所述压缩机通过设有第三电磁阀的管路与室外机换热器连通；所述室外机换热器和副蒸发器旁设有加热装置；所述方法包括：采集室外环境温度to和室内机平均中盘温度ti；当室外环境温度to≤tos，室内机平均中盘温度ti≤tis且持续y分钟时，控制器控制系统进入制热增强模式，否则判断是否需要除霜，如果需要除霜，控制器控制系统进入除霜运行模式，如果不需要除霜，控制器控制系统进入传统制热模式；其中，tos为室外环境温度阈值，tis为室内机平均中盘温度阈值，y为时间阈值；当系统处于传统制热模式时，控制器控制第一电磁阀和第一电子膨胀阀处于打开状态，同时，控制器控制第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀处于关闭状态；当系统处于除霜运行模式时，控制器控制第一电磁阀和第一电子膨胀阀处于关闭状态，控制器控制第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀均处于打开状态，控制器控制加热装置打开；当系统处于制热增强模式时，控制器控制第一电磁阀、第一电子膨胀阀和第二电子膨胀阀处于打开状态，同时控制器控制第二电磁阀、第三电磁阀处于关闭状态，控制器控制加热装置打开。
14.进一步的，判断是否需要除霜的方法包括：采集换热器表面温度，当换热器温度满足除霜要求时，则判断需要除霜，否则判断不需要。
15.进一步的，所述方法还包括：将所述加热装置与风光互补发电系统连接；使用风光互补发电系统为所述加热装置供电；当风光互补发电系统的电量低于阈值时，将系统切换为四通阀换向除霜模式。
16.与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：1、本发明采用加热装置加热室外机换热器，使换热器进行热量交换更方便，防止外机结霜的发生，辅助进行除霜。
17.2、本发明提供一种利用风能和太阳能从而提升制热性能的多联式空调（热泵）系统，与现有空调（热泵）系统设计的区别在于：通过外部风光互补发电系统，以及室外机合理的管路设计和控制规划，可以在机组结霜时给副蒸发器供热，从而为冷媒的蒸发提供热量，从而确保室外机换热器除霜不停机，四通阀无需换向，且室内机制热效果稳定。
18.3、本发明同时对于室外温度过低的极限环境，也可以同时使用主蒸发器与副蒸发器，借用风光互补发电系统将电能转化为热能，为副蒸发器供热，从而提升系统的制热性能。
19.4、本发明区别传统多联式空调（热泵）系统，新增了除霜运行模式和制热增强模式。 除霜运行模式在为室外机换热器除霜的同时不影响室内机的供热；制热增强模式是当室外环境温度过低，无法满足蒸发器的正常换热时，可以增加蒸发器的换热量，从而保证室内机足够的热量输出。
附图说明
20.图1是本发明的系统结构示意图；图2是本发明的电加热装置结构示意图；图3是本发明的控制方法流程图。
21.图中：1、压缩机，2、四通阀，3、室内机换热器，4、室内机电子膨胀阀，5、第一电子膨胀阀， 6、室外机换热器，7、气液分离器，8、第二电子膨胀阀，9、副蒸发器，10、第一电磁阀，11、第二电磁阀，12、第三电磁阀，13、电加热装置，14、蓄电装置，15、风光互补发电装置；16、风机。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
23.在本实施例的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。
24.实施例一：本实施例提供一种改善多联式空调制热性能的系统，与现有空调（热泵）系统设计的区别在于：通过外部风光互补发电系统，以及室外机合理的管路设计和控制规划，可以在机组结霜时给副蒸发器供热，从而为冷媒的蒸发提供热量，从而确保室外机换热器除霜不停机，四通阀无需换向，且室内机制热效果稳定。
25.同时对于室外温度过低的极限环境，也可以同时使用主蒸发器与副蒸发器，借用风光互补发电系统将电能转化为热能，为副蒸发器供热，从而提升系统的制热性能。
26.具体讲，本发明区别传统多联式空调（热泵）系统，新增了除霜运行模式和制热增强模式。 除霜运行模式在为室外机换热器除霜的同时不影响室内机的供热；制热增强模式是当室外环境温度过低，无法满足蒸发器的正常换热时，可以增加蒸发器的换热量，从而保证室内机足够的热量输出。
27.冷媒循环系统由压缩机1、四通阀2、室内机换热器3、室内机电子膨胀阀4、第一电子膨胀阀5、室外机换热器6、气液分离器7、第二电子膨胀阀8、副蒸发器9、第一电磁阀10、第二电磁阀11、第三电磁阀12组成。
28.风光互补发电系统由风光互补发电装置15、蓄电装置14、电加热装置13等相关元器件组成。
29.本系统中设置有控制器，其与加热装置、第一电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀连接以控制加热装置、第一电磁阀、第一电子膨胀阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第二电子膨胀阀开闭；系统还包括与控制器连接的换热器表面温度传感器、室外温度传感器和室内机中盘温度传感器，用于采集环境温度。
30.如图3所示，控制器的控制流程如下:当系统处于传统制热模式时，第一电磁阀10和第一电子膨胀阀5处于打开状态，同
时，第二电磁阀11、第三电磁阀12和第二电子膨胀阀8处于关闭状态。此时，制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的气态制冷剂，经过四通阀2后进入室内机换热器3中冷凝成高温高压的液态制冷剂，再经过室内机电子膨胀阀4后，由第一电子膨胀阀5节流成低温低压的气液两相态制冷剂，并在室外机换热器6中与空气进行换热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，然后，流入气液分离器7中，并分离成气态和液态制冷剂，最后，气态制冷剂回到压缩机1后重新进行循环。
31.当系统处于除霜运行模式时，第一电磁阀10和第一电子膨胀阀5处于关闭状态，同时，第二电磁阀11、第三电磁阀12和第二电子膨胀阀8均处于打开状态。此时，制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的气态制冷剂后，一部分制冷剂通过四通阀2进入室内机换热器3，冷凝成高温高压的液态制冷剂i；另一部分制冷剂通过第三电磁阀12后进入所述室外机换热器6，冷凝成高温高压的液态制冷剂ii，再经过第二电磁阀11后，与所述液态制冷剂i混合，再经过第二电子膨胀阀8节流成低温低压的气液两相态制冷剂，并在副蒸发器9中与风光互补发电系统中电能转化的热能换热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，然后，再流入气液分离器7分离成气态和液态制冷剂，最后，气态制冷剂回到所述压缩机1，重新开始循环。
32.当系统处于极限低温环境制热运行时，此时系统通过判断室外环境温度to≤tos，室内机平均中盘温度ti≤tis且持续y分钟时机组自动进入制热增强模式。此模式下室外机换热器6和副蒸发器同时作为蒸发器，为循环系统提供热量，室外机换热器6与低温环境换热，副蒸发器9与电加热元器件13提供热量换热。此模式下，第一电磁阀10、第一电子膨胀阀5和第二电子膨胀阀8处于打开状态，同时第二电磁阀11、第三电磁阀12处于关闭状态。制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的气态制冷剂，经过四通阀2后进入室内机换热器3中冷凝成高温高压的液态制冷剂，再经过室内机电子膨胀阀4后，由第一电子膨胀阀5和第二电子膨胀阀8节流成低温低压的气液两相态制冷剂，并在室外机换热器6与副蒸发器9中与空气（此时经过换热器9周围的空气已经经过了电加热预热）进行换热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，然后，流入气液分离器7中，并分离成气态和液态制冷剂，最后，气态制冷剂回到压缩机1后重新进行循环。
33.需要说明的是，本系统中，控制器判断是否需要除霜的方法是通过换热器表面温度传感器采集换热器表面温度，当换热器温度满足除霜要求时，则判断需要除霜，否则判断不需要。
34.本发明所使用的“风光互补”发电系统包括但不限于太阳能发电系统、风机发电系统、风光互补发电系统等。本专利考虑到能源供应的稳定性，暂按风光互补型发电系统进行设定。发电系统获得的电能可由储电装置14暂时存储，当需要电能供应时再向电加热装置13进行电力供应。另外，当储电装置电量不够时，系统将自动识别并切换为传统（即四通阀换向）除霜模式。
35.本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
36.本设计借用风能和太阳能，不仅可以实现在除霜时室内机正常制热，还可以在低温制热时，增加额外的蒸发吸热量，提升用户使用效果；本发明所借用的风能和太阳能，属于清洁能源，能源互补，适用性强。具体能源供给形式可以是风能，可以是太阳能，也可以是风能和太阳能一起发电。
37.本发明所使用的电加热装置位于两换热器中间（如下图2），通过设计空气流向，电
加热产生的热量仅对副蒸发器产生作用，且电加热的启停可以独立控制，不影响室外换热器制冷时的正常使用。
38.根据风光互补发电供应的稳定和持续性，当蓄电装置的电能无法满足电加热的正常发热时，系统将自动识别并切换为传统（即四通阀换向）除霜模式。
39.本发明适用于一拖多、多拖多等多联机式空调系统，也适用于一拖一单元式空调系统，内机、外机数量没有具体要求。
40.实施原理：本系统解决传统多联式空调，制热除霜时需要压缩机停机，将制热循环切换为制冷循环时室内机制热效果不稳定的问题。
41.本系统解决传统多联式空调，在极限低温环境下，制热性能无法满足用户需求的问题。
42.本系统解决传统多联式空调，制热除霜时，四通阀反复切换，噪音大，且影响四通阀使用寿命的问题。
43.本系统解决传统多联式空调，制热除霜后，四通阀换向，室外机换热器的液态冷媒回流，影响压缩机可靠性的问题。
44.实施例二：本实施例提供一种改善多联式空调制热性能的系统的控制方法，基于实施例一所述的改善多联式空调制热性能的系统，该方法包括：当系统制热运行时，第一电磁阀10和第一电子膨胀阀5处于打开状态，同时，第二电磁阀11、第三电磁阀12和第二电子膨胀阀8处于关闭状态。此时，制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的气态制冷剂，经过四通阀2后进入室内机换热器3中冷凝成高温高压的液态制冷剂，再经过室内机电子膨胀阀4后，由第一电子膨胀阀5节流成低温低压的气液两相态制冷剂，并在室外机换热器6中与空气进行换热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，然后，流入气液分离器7中，并分离成气态和液态制冷剂，最后，气态制冷剂回到压缩机1后重新进行循环。
45.当系统除霜运行时，第一电磁阀10和第一电子膨胀阀5处于关闭状态，同时，第二电磁阀11、第三电磁阀12和第二电子膨胀阀8均处于打开状态。此时，制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的气态制冷剂后，一部分制冷剂通过四通阀2进入室内机换热器3，冷凝成高温高压的液态制冷剂i；另一部分制冷剂通过第三电磁阀12后进入所述室外机换热器6，冷凝成高温高压的液态制冷剂ii，再经过第二电磁阀11后，与所述液态制冷剂i混合，再经过第二电子膨胀阀8节流成低温低压的气液两相态制冷剂，并在副蒸发器9中与风光互补发电系统中电能转化的热能换热，蒸发成低温低压的气态制冷剂，然后，再流入气液分离器7分离成气态和液态制冷剂，最后，气态制冷剂回到所述压缩机1，重新开始循环。
46.当系统处于极限低温环境制热运行时，机组自动进入制热增强模式。此模式下室外换热器6和副蒸发器同时作为蒸发器，为循环系统提供热量，室外换热器6与低温环境换热，副蒸发器9与电加热元器件13提供热量换热。此模式下，第一电磁阀10、第一电子膨胀阀5和第二电子膨胀阀8处于打开状态，同时第二电磁阀11、第三电磁阀12处于关闭状态。制冷剂由压缩机1压缩成高温高压的气态制冷剂，经过四通阀2后进入室内机换热器3中冷凝成高温高压的液态制冷剂，再经过室内机电子膨胀阀4后，由第一电子膨胀阀5和第二电子膨胀阀8节流成低温低压的气液两相态制冷剂，并在室外机换热器6与副蒸发器9中与空气（此时经过换热器9周围的空气已经经过了电加热预热）进行换热，蒸发成低温低压的气态制冷
剂，然后，流入气液分离器7中，并分离成气态和液态制冷剂，最后，气态制冷剂回到压缩机1后重新进行循环。
47.本发明所使用的“风光互补”发电系统包括但不限于太阳能发电系统、风机发电系统、风光互补发电系统等。本专利考虑到能源供应的稳定性，暂按风光互补型发电系统进行设定。发电系统获得的电能可由储电装置14暂时存储，当需要电能供应时再向电加热装置13进行电力供应。另外，当储电装置电量不够时，系统将自动识别并切换为传统（即四通阀换向）除霜模式。
48.判断是否需要除霜的方法是通过换热器表面温度传感器采集换热器表面温度，当换热器温度满足除霜要求时，则判断需要除霜，否则判断不需要。
49.根据风光互补发电供应的稳定和持续性，当蓄电装置14的电能无法满足电加热的正常发热时，系统将自动识别并切换为传统（即四通阀换向）除霜模式。
50.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
54.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。