结合太阳能的复叠式热泵系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及复叠式热泵技术领域，具体提供一种结合太阳能的复叠式热泵系统及其控制方法。


背景技术：

2.工业使用的高温热水温度较高，这就导致普通热泵系统无法达到实际的加热使用需求，将复叠式热泵系统用来提供高温热水的技术已经非常成熟。复叠式热泵系统一般包括高压冷媒循环回路和低压冷媒循环回路，高压冷媒循环回路和低压冷媒循环回路通过共用的中间换热器进行换热，以达到提供高温热水的目的。然而，现有的复叠式热泵系统存在运行能耗过大、成本过高以及制热效率不佳的问题。
3.相应地，本领域需要一种新的结合太阳能的复叠式热泵系统及其控制方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本发明旨在解决上述技术问题，即，解决现有复叠式热泵系统的运行成本过高、制热效率不佳的问题。
5.在第一方面，本发明提供一种结合太阳能的复叠式热泵系统，所述复叠式热泵系统包括第一冷媒循环回路、第二冷媒循环回路和供水管路，所述第一冷媒循环回路上设置有第一压缩机、第一换热器、第二换热器、第一节流构件和第三换热器，其中，所述第一换热器和所述第二换热器呈并联设置且所述第一换热器和所述第二换热器设置成能够选择性接入所述第一冷媒循环回路中，所述第二冷媒循环回路上设置有第二压缩机、所述第一换热器、第二节流构件和所述第二换热器，所述供水管路上设置有太阳能加热装置、第一储水箱、所述第一换热器和第二储水箱，其中，所述第一储水箱和所述第二储水箱呈并联设置且所述第一储水箱和所述第二储水箱设置成能够选择性接入所述供水管路中。
6.在上述复叠式热泵系统的优选技术方案中，所述第一冷媒循环回路上设置有第一三通阀，所述第一三通阀包括两个入口和一个出口，所述第一三通阀的第一入口与所述第一换热器相连，所述第一三通阀的第二入口与所述第二换热器相连，所述第一三通阀的出口与所述第一节流构件相连；并且/或者所述第一冷媒循环回路上还设置有第二三通阀，所述第二三通阀包括一个入口和两个出口，所述第二三通阀的入口与所述第一压缩机的排气口相连，所述第二三通阀的第一出口与所述第一换热器相连，所述第二三通阀的第二出口与所述第二换热器相连。
7.在上述复叠式热泵系统的优选技术方案中，所述复叠式热泵系统还包括第三冷媒循环回路，所述第三冷媒循环回路上设置有制冷剂泵、所述第三换热器和所述第二换热器，所述第三冷媒循环回路和所述第一冷媒循环回路设置成能够选择性运行。
8.在上述复叠式热泵系统的优选技术方案中，所述第三冷媒循环回路上设置有第一控制阀，所述第一控制阀设置在所述第三换热器和所述第二换热器之间。
9.在上述复叠式热泵系统的优选技术方案中，所述供水管路上设置有第三三通阀，所述第三三通阀包括一个入口和两个出口，所述第三三通阀的入口与所述太阳能加热装置相连，所述第三三通阀的第一出口与所述第一储水箱相连，所述第三三通阀的第二出口与所述第一换热器相连；并且/或者所述供水管路上还设置有第四三通阀，所述第四三通阀包括两个入口和一个出口，所述第四三通阀的第一入口与所述第一储水箱相连，所述第四三通阀的第二入口与所述第二储水箱相连，所述第四三通阀的出口与所述供水管路的主路相连。
10.本发明还提供一种结合太阳能的复叠式热泵系统的控制方法，所述复叠式热泵系统包括第一冷媒循环回路、第二冷媒循环回路、第三冷媒循环回路和供水管路，所述第一冷媒循环回路上设置有第一压缩机、第一换热器、第二换热器、第一节流构件和第三换热器，其中，所述第一换热器和所述第二换热器呈并联设置且所述第一换热器和所述第二换热器设置成能够选择性接入所述第一冷媒循环回路中，所述第二冷媒循环回路上设置有第二压缩机、所述第一换热器、第二节流构件和所述第二换热器，所述供水管路上设置有太阳能加热装置、第一储水箱、所述第一换热器和第二储水箱，其中，所述第一储水箱和所述第二储水箱呈并联设置且所述第一储水箱和所述第二储水箱设置成能够选择性接入所述供水管路中，所述控制方法包括：获取所述太阳能加热装置的出水温度；根据所述出水温度，控制所述第一储水箱和所述第二储水箱的连通状态。
11.在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述出水温度，控制所述第一储水箱和所述第二储水箱的连通状态”的步骤具体包括：如果预设出水温度与所述出水温度的差值小于或等于预设温差，则控制所述第一储水箱接入所述供水管路，且控制所述第二储水箱不接入所述供水管路；如果所述预设出水温度与所述出水温度的差值大于所述预设温差，则控制所述第一储水箱不接入所述供水管路，且控制所述第二储水箱接入所述供水管路。
12.在上述控制方法的优选技术方案中，所述复叠式热泵系统还包括第三冷媒循环回路，所述第三冷媒循环回路上设置有制冷剂泵、所述第三换热器和所述第二换热器，所述第三冷媒循环回路和所述第一冷媒循环回路设置成能够选择性运行，在所述预设出水温度与所述出水温度的差值大于所述预设温差的情形下，所述控制方法还包括：进一步获取所述第一压缩机的最大冷凝温度；根据所述预设出水温度和所述第一压缩机的最大冷凝温度，控制所述第一冷媒循环回路、所述第二冷媒循环回路和所述第三冷媒循环回路的运行状态。
13.在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述预设出水温度和所述第一压缩机的最大冷凝温度，控制所述第一冷媒循环回路、所述第二冷媒循环回路和所述第三冷媒循环回路的运行状态”的步骤具体包括：如果所述预设出水温度小于所述最大冷凝温度，则控制所述第一冷媒循环回路运行，且控制所述第二冷媒循环回路和所述第三冷媒循环回路不运行，其中，所述第一换热器接入所述第一冷媒循环回路且所述第二换热器不接入所述第一冷媒循环回路；如果所述预设出水温度大于或等于所述最大冷凝温度，则进一步获取所述复叠式热泵系统所处的环境温度；根据所述环境温度，控制所述第一冷媒循环回路、所述第二冷媒循环回路和所述第三冷媒循环回路的运行状态。
14.在上述控制方法的优选技术方案中，“根据所述环境温度，控制所述第一冷媒循环回路、所述第二冷媒循环回路和所述第三冷媒循环回路的运行状态”的步骤具体包括：如果
所述环境温度大于或等于预设环境温度，则控制所述第一冷媒循环回路不运行，且控制所述第二冷媒循环回路和所述第三冷媒循环回路运行；如果所述环境温度小于所述预设环境温度，则控制所述第一冷媒循环回路和所述第二冷媒循环回路运行，且控制所述第三冷媒循环回路不运行，其中，所述第一换热器不接入所述第一冷媒循环回路且所述第二换热器接入所述第一冷媒循环回路。
15.在采用上述技术方案的情况下，本发明将太阳能应用到复叠式热泵系统中，不但能够提高复叠式热泵系统的制热效率，还能够有效降低运行成本，提升用户使用体验感。
附图说明
16.下面结合附图来描述本发明的优选实施方式，附图中：
17.图1是本发明的复叠式热泵系统的整体结构示意图；
18.图2是本发明的控制方法的主要步骤流程图；
19.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；
20.附图标记：
21.1、第一冷媒循环回路；11、第一压缩机；12、第一换热器；13、第二换热器；14、第一节流构件；15、第三换热器；16、第一三通阀；17、第二三通阀；18、第二控制阀；
22.2、第二冷媒循环回路；21、第二压缩机；22、第二节流构件；
23.3、供水管路；31、太阳能加热装置；32、第一储水箱；33、第二储水箱；34、第三三通阀；35、第四三通阀；36、第一供水段；37、第二供水段；38、混水阀；
24.4、第三冷媒循环回路；41、制冷剂泵；42、第一控制阀。
具体实施方式
25.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，本发明中所述的复叠式热泵系统可以是家用复叠式热泵系统，也可是工业用复叠式热泵系统，这都不是限制性的，本领域技术人员可以根据实际使用需求自行设定本发明的复叠式热泵系统的应用场合。这种有关应用场合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。
26.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“连接”、“相连”应作广义理解，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，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。
27.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，尽管本技术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。
28.具体地，首先参阅图1，图1是本发明的复叠式热泵系统的整体结构示意图。如图1所示，本发明的复叠式热泵系统包括第一冷媒循环回路1、第二冷媒循环回路2和供水管路3，第一冷媒循环回路1上设置有第一压缩机11、第一换热器12、第二换热器13、第一节流构
件14和第三换热器15，其中，第一换热器12和第二换热器13呈并联设置且第一换热器12和第二换热器13设置成能够选择性接入第一冷媒循环回路1中，基于第一换热器12和第二换热器13的并联设置方式，能够使所述复叠式热泵系统根据实际情况选择性循环第一冷媒循环回路中的冷媒，进而降低所述复叠式热泵系统的运行能耗。
29.进一步地，第二冷媒循环回路2上设置有第二压缩机21、第一换热器12、第二节流构件22和第二换热器13，第二冷媒循环回路2和第一冷媒循环回路1通过第二换热器13进行换热。供水管路3上设置有太阳能加热装置31、第一储水箱32、第一换热器12和第二储水箱33，其中，第一储水箱32和第二储水箱33呈并联设置且第一储水箱32和第二储水箱33设置成能够选择性接入供水管路3中。具体地，第一换热器12和第二储水箱33呈串联设置，即，第二储水箱33与第二换热器串联后与第一储水箱32并联设置，基于此，所述复叠式热泵系统能够充分利用太阳能清洁能源对供水管路3中的水加热，进而有效降低所述复叠式热泵系统的运行成本。
30.需要说明的是，本发明不对太阳能加热装置31、第一储水箱32和第二储水箱33的具体结构作任何限制，只要太阳能加热装置31能够加热供水管路3中的水，第一储水箱32和第二储水箱33具备储水功能即可，本领域技术人员可以自行设定。此外，还需要说明的是，本发明也不对所述复叠式热泵系统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。
31.优选地，第一冷媒循环回路1上设置有第一三通阀16，第一三通阀16包括两个入口和一个出口，第一三通阀16的第一入口与第一换热器12相连，第一三通阀16的第二入口与第二换热器13相连，第一三通阀16的出口与第一节流构件14相连。第一冷媒循环回路1上还设置有第二三通阀17，第二三通阀17包括一个入口和两个出口，第二三通阀17的入口与第一压缩机11的排气口相连，第二三通阀17的第一出口与第一换热器12相连，第二三通阀17的第二出口与第二换热器13相连。第一三通阀16和第二三通阀17的设置能够使第一换热器12和第二换热器13选择性接入第一冷媒循环回路1中，以便最大程度降低所述复叠式热泵系统的运行能耗，降低运行成本。
32.需要说明的是，本发明不对第一三通阀16和第二三通阀17的具体型号和结构作任何限制，第一三通阀16和第二三通阀17可以是l型结构，也可以是t型结构，本领域技术人员可以自行设定。
33.进一步地，在本优选实施例中，所述复叠式热泵系统还包括第三冷媒循环回路4，第三冷媒循环回路4上设置有制冷剂泵41、第三换热器15和第二换热器13，第三冷媒循环回路4和第一冷媒循环回路1设置成能够选择性运行。具体地，第三冷媒循环回路4和第一冷媒循环回路1共用同一种冷媒，其中，制冷剂泵41和第一节流构件14呈并联设置。
34.需要说明的是，本发明不对制冷剂泵41的具体类型和结构作任何限制，例如，所述制冷剂泵41可以是氟泵，也可以是氨泵，这都不是限制性的，只要制冷剂泵41能够使第三冷媒循环回路4中的冷媒进行循环以达到换热的目的即可；在本实施例中，制冷剂泵41优选为氟泵，以便在有效降低所述复叠式热泵系统运行能耗的同时，还能够有效保证用户的实际使用需求。
35.更进一步地，第三冷媒循环回路4上设置有第一控制阀42，第一控制阀42设置在第三换热器15和第二换热器13之间，即，第一控制阀42与第一压缩机11呈并联设置。优选地，
第一冷媒循环回路1上还设置有第二控制阀18，第二控制阀18设置在第一压缩机11的排气口和第二三通阀17之间。
36.需要说明的是，本发明不对第一控制阀42和第二控制阀18的具体结构作任何限制。优选地，第一控制阀42和第二控制阀18均为单向阀，且第一控制阀42设置成仅允许冷媒由第三换热器15流向第二换热器13，第二控制阀18设置成仅允许冷媒由第一压缩机11流向第二换热器13中。第一控制阀42能够有效保证在第三冷媒循环回路4不运行时，第一冷媒循环回路1中的冷媒不会由第二换热器13逆流向第三换热器15；第二控制阀18能够有效保证第一冷媒循环回路1不运行时，第三冷媒循环回路4中的冷媒不会由第二换热器13逆流向第一压缩机11。
37.进一步优选地，供水管路3上设置有第三三通阀34，第三三通阀34包括一个入口和两个出口，第三三通阀34的入口与太阳能加热装置31相连，第三三通阀34的第一出口与第一储水箱32相连，第三三通阀34的第二出口与第一换热器12相连；供水管路3上还设置有第四三通阀35，第四三通阀35包括两个入口和一个出口，第四三通阀35的第一入口与第一储水箱32相连，第四三通阀35的第二入口与第二储水箱33相连，第四三通阀35的出口与供水管路3的主路相连。
38.优选地，供水管路3包括第一供水段36和第二供水段37，当然，本发明不对供水管路3的供水来源作任何限制，例如，供水管路3的供水来源可以是市政供水等。具体地，第一供水段36向太阳能加热装置31供水，以使输入的水经过加热后输送至用户；供水管路3上还设置有混水阀38，混水阀38设置于第四三通阀35的出口处，第二供水段37连接至混水阀38处，以通过调节混水阀38的方式，调节供水管路3输出的水的温度，以便最大程度满足用户的使用需求。
39.进一步地，所述复叠式热泵系统还包括温度传感器和控制器，所述温度传感器能够获取太阳能加热装置31的出水温度以及所述复叠式热泵系统所处的环境温度，所述控制器能够获取所述温度传感器的检测结果，还能够控制所述复叠式热泵系统的运行状态，例如，控制第一冷媒循环回路1、第二冷媒循环回路2和第三冷媒循环回路4的运行状态、第一储水箱32和第二储水箱33的连通状态等，这都不是限制性的。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复叠式热泵系统原有的控制器，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。
40.参阅图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复叠式热泵系统，本发明的控制方法主要包括下列步骤：
41.s1：获取太阳能加热装置的出水温度；
42.s2：根据出水温度，控制第一储水箱和第二储水箱的连通状态。
43.首先，在步骤s1中，所述控制器获取所述温度传感器检测到的太阳能加热装置31的出水温度，当然，本发明不对所述出水温度的具体获取方式作任何限制，其可以实时获取，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。
44.接着，在步骤s2中，所述控制器根据所述出水温度，控制第一储水箱32和第二储水箱33的连通状态。需要说明的是，本发明不对步骤s2的具体控制逻辑作任何限制，例如，所
述控制器可以根据所述出水温度与预设出水温度的比值，控制第一储水箱32和第二储水箱33的连通状态等，本领域技术人员自行设定。
45.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复叠式热泵系统，本发明的优选实施例的控制方法的包括下列步骤：
46.s101：获取太阳能加热装置的出水温度；
47.s102：如果预设出水温度与出水温度的差值小于或等于预设温差，则控制第一储水箱接入供水管路，且控制第二储水箱不接入供水管路；
48.s103：如果预设出水温度与出水温度的差值大于预设温差，则控制第一储水箱不接入供水管路，且控制第二储水箱接入供水管路；
49.s104：进一步获取第一压缩机的最大冷凝温度；
50.s105：如果预设出水温度小于最大冷凝温度，则控制第一冷媒循环回路运行，且控制第二冷媒循环回路和第三冷媒循环回路不运行；
51.s106：如果预设出水温度大于或等于最大冷凝温度，则进一步获取复叠式热泵系统所处的环境温度；
52.s107：如果环境温度大于或等于预设环境温度，则控制第一冷媒循环回路不运行，且控制第二冷媒循环回路和第三冷媒循环回路运行；
53.s108：如果环境温度小于预设环境温度，则控制第一冷媒循环回路和第二冷媒循环回路运行，且控制第三冷媒循环回路不运行。
54.首先，在步骤s101中，所述控制器获取所述温度传感器检测到的太阳能加热装置31的出水温度，当然，本发明不对所述出水温度的具体获取方式作任何限制，其可以实时获取，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。
55.接着，所述控制器根据所述出水温度，控制第一储水箱32和第二储水箱33的连通状态。需要说明的是，本发明不对本步骤的具体控制逻辑作任何限制，本领域技术人员自行设定。
56.优选地，在步骤s102中，如果所述预设出水温度与所述出水温度的差值小于或等于所述预设温差，说明此时光照充足，太阳能加热装置31的制热能力能够满足供水管路3的加热需求，则所述控制器控制第一储水箱32接入供水管路3，且控制第二储水箱33不接入供水管路3；此时，第三三通阀34的入口与第一出口相连通，第四三通阀35的第一入口与出口相连通。
57.接着，在步骤s103中，如果所述预设出水温度与所述出水温度的差值大于所述预设温差，说明此时光照可能不充足，太阳能加热装置31的制热能力不能满足供水管路3的加热需求，则所述控制器控制第一储水箱32不接入供水管路3，且控制第二储水箱33接入供水管路；此时，第三三通阀34的入口与第二出口相连通，第四三通阀35的第二入口与出口相连通，以使供水管路3中的水经过太阳能加热装置31加热后，再通过第一换热器12与冷媒循环回路中的冷媒进行换热以进一步加热，进而有效满足供水管路3的实际加热需求。
58.需要说明的是，本发明不对所述预设出水温度以及所述预设温差的具体设定数值作任何限制，所述预设出水温差可以根据实际使用需求设定，所述预设温差的优选范围为
1-2℃，当然，这并不是限制性的，本领域技术人员自行设定。
59.进一步地，在步骤s104中，在所述预设出水温度与所述出水温度的差值大于所述预设温差的情形下，所述控制器进一步获取第一压缩机11的最大冷凝温度。
60.接着，所述控制器根据所述预设出水温度和第一压缩机11的最大冷凝温度，控制第一冷媒循环回路1、第二冷媒循环回路2和第三冷媒循环回路4的运行状态。
61.作为一种优选的实施方式，在步骤s105中，如果所述预设出水温度小于所述最大冷凝温度，则所述控制器控制第一冷媒循环回路1运行，且控制第二冷媒循环回路2和第三冷媒循环回路4不运行，其中，第一换热器12接入第一冷媒循环回路1且第二换热器13不接入第一冷媒循环回路1；此时，第一三通阀16的第一入口与出口相连，第二三通阀17的入口与第一出口相连，第三三通阀34的入口与第二出口相连，第四三通阀35的第二入口与出口相连，第一控制阀42关闭，第二控制阀18开启。
62.进一步地，如果所述预设出水温度大于或等于所述最大冷凝温度，则说明单独运行第一压缩机11也不能满足供水管路3的加热需求，则需要运行第二压缩机21，此外，选择性运行第一冷媒循环回路1和第三冷媒循环回路4能够进一步有效降低所述复叠式热泵系统的运行成本。
63.优选地，在步骤s106中，所述控制器进一步获取所述温度传感器检测的所述复叠式热泵系统所处的环境温度。当然，所述控制器可以实时获取所述环境温度，也可以间隔一定的时长获取，本发明不对所述环境温度的具体获取方式作任何限制，本领域技术人员自行设定。
64.接着，所述控制器根据所述环境温度，控制第一冷媒循环回路1、第二冷媒循环回路2和第三冷媒循环回路4的运行状态。本发明不对所述控制器根据所述环境温度控制第一冷媒循环回路1、第二冷媒循环回路2和第三冷媒循环回路4的运行状态的具体控制逻辑作任何限制，例如，可以通过所述环境温度与预设环境温度的比值进行控制等，本领域技术人员可以自行设定。
65.作为一种具体的实施方式，在步骤s107中，如果所述环境温度大于或等于所述预设环境温度，则所述控制器控制第一冷媒循环回路1不运行，且控制第二冷媒循环回路2和第三冷媒循环回路4运行。制冷剂泵41的运行能耗远远小于第一压缩机11的运行能耗，通过运行第三冷媒循环回路4而不运行第一冷媒循环回路1的方式，能够有效降低所述复叠式热泵系统的运行成本。此时，第一三通阀16的第二入口与出口相连，第二三通阀17的入口与第二出口相连，第三三通阀34的入口与第二出口相连，第四三通阀35的第二入口与出口相连，第一控制阀42开启，第二控制阀18关闭。
66.进一步地，在步骤s108中，如果所述环境温度小于所述预设环境温度，则所述控制器控制第一冷媒循环回路1和第二冷媒循环回路2运行，且控制第三冷媒循环回路4不运行，其中，第一换热器12不接入第一冷媒循环回路1且第二换热器13接入第一冷媒循环回路1，以有效保证所述复叠式热泵系统的正常运行，且有效保证供水管路3的加热需求。此时，第一三通阀16的第二入口与出口相连，第二三通阀17的入口与第二出口相连，第三三通阀34的入口与第二出口相连，第四三通阀35的第二入口与出口相连，第一控制阀42关闭，第二控制阀18开启。
67.需要说明的是，本发明不对所述预设环境温度的具体设定值作任何限制，在本优
选实施例中，所述预设环境温度为20℃，当然，这并不是限制性的，本领域技术人员自行设定。
68.此外，可以理解的是，本发明的复叠式热泵系统的运行模式并不限于上述情况，本领域技术人员可以根据实际情况自行设定。
69.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。