一种热泵空调及其控制方法与流程

1.本发明涉及空调技术领域，具体涉及一种热泵空调及其控制方法。


背景技术：

2.热泵空调以其为人们创造舒适的环境已经为公众所熟知，随着热泵空调使用量的猛增，其对能源消耗量也越来越大。在炎热夏季，热泵空调制冷运行时主要通过风机驱动空气对室外机冷凝器进行散热。但环境温度较高时(≥37℃)，仅靠空气冷却的冷凝器散热效果变差，热泵空调运行能耗增加，耗电量相应增加。北方冬天寒冷且干燥，气温常在-10℃左右，在冬季热泵空调运行制热时，室外机冷凝器要比环境温度低才能吸收环境中的热量，因此室外机冷凝器容易结霜，当霜层形成一定厚度后室外机开始化霜，化霜水流在地面容易形成冰层。同时空调室内吹出热风过于干燥，使人感觉不舒服。
3.专利cn2802337y将室内机冷凝水收集起来，将水雾化后喷向冷凝器，对冷凝器进行强化换热。但雾化器会增加额外功耗，长期运行后水垢会使雾化器无法正常工作，同时雾化器损坏失效后不容易更换。
4.专利cn110207295a利用凝结水改善热泵型空调的制冷制热效果。室外机布有分子筛，制冷时室内机凝结水流入到分子筛中，降低冷凝器进风温度，增强换热效果，提高空调能效。制热时分子筛吸收环境中水蒸气，再通过电加热对分子筛进行再生，再生形成的水蒸发进入室内机中进行加湿。但是分子筛不可能彻底防止室外机冷凝器结霜，分子筛吸满水后，空调仍在制热运行中，空气中的水分子会通过各种缝隙进入到冷凝器上结霜。并且吸满水分子筛空气阻力大，会加剧冷凝器结霜过程。同时室内机和室外机被建筑墙体隔开，分子筛再生的水汽无法进入到室内机中。分子筛使用寿命短，还需要额外热量对分子筛进行再生，市场化推广难度大。
5.因此需要一种简单、高效可推广应用的蒸发冷却技术，进一步提高空调室内机和室外机换热性能，同时改善冬天制热室内吹风干燥的问题。
6.由于现有技术中的热泵空调在制冷时由于环境温度较高导致室外换热器的冷凝效果变差，制热时由于环境温度较低时导致室外换热器的蒸发效果降低，导致室内机和室外机的换热性能较低等技术问题，因此本发明研究设计出一种热泵空调及其控制方法。


技术实现要素：

7.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的热泵空调在制冷时由于环境温度较高导致室外换热器的冷凝效果变差，制热时由于环境温度较低时导致室外换热器的蒸发效果降低，导致室内机和室外机的换热性能较低的缺陷，从而提供一种热泵空调及其控制方法。
8.为了解决上述问题，本发明提供一种热泵空调，其包括：
9.压缩机、室内机换热器、节流阀和室外机换热器，所述压缩机、所述室内机换热器、所述节流阀和所述室外机换热器组成主制冷剂循环回路；
10.所述热泵空调还包括室内机布水器、室外机布水器、室内机储水装置和室外机储水装置，所述室内机储水装置能够承接所述室内机换热器产生的冷凝水，所述室外机布水器能够与所述室内机储水装置连通以利用所述冷凝水对所述室外机换热器进行降温或对所述室外机换热器的进气进行降温；
11.所述室外机储水装置能够承接所述室外机换热器产生的化霜水，所述室内机布水器能够与所述室外机储水装置连通以利用所述化霜水对所述室内机换热器进行降温或对所述室内机换热器的进气进行降温。
12.在一些实施方式中，所述室外机布水器设置于所述室外机换热器的上方，以能将所述化霜水沿重力向下导至所述室外机换热器上进行换热；
13.所述热泵空调还包括储湿件，所述储湿件位于所述室内机换热器的进风端，所述室内机布水器设置于所述储湿件的上方，以能将水沿重力向下导至所述储湿件上，以对进入所述室内机换热器之前的空气进行降温加湿。
14.在一些实施方式中，当所述热泵空调运行在制冷模式下时，所述室内机储水装置能够承接所述室内机换热器产生的冷凝水，所述室外机布水器与所述室内机储水装置连通以利用所述冷凝水喷洒到所述室外机换热器上，以对所述室外机换热器进行降温；
15.当所述热泵空调运行在制热模式下时，所述室外机储水装置能够承接所述室外机换热器产生的化霜水，所述室内机布水器与所述室外机储水装置连通以利用所述化霜水喷洒到所述储湿件上，以对所述室内机换热器的进气进行降温。
16.在一些实施方式中，还包括风道和风机，所述风道设置于室内，且所述风机、所述室内机换热器和所述储湿件均设置于所述风道中，所述风道还包括进风口和出风口，所述风机能够驱动气流从所述进风口进入所述风道中，依次经过所述储湿件和所述室内机换热器后并通过所述出风口吹出至室内。
17.在一些实施方式中，所述进风口位于所述风道的下端，所述出风口位于所述风道的上端，所述风机与所述出风口相对设置，所述储湿件与所述进风口相对设置，所述储湿件位于所述室内机换热器的下端，所述进风口的下端设置所述室内机储水装置。
18.在一些实施方式中，所述室内机换热器为板状结构，其纵截面的长边与水平方向呈倾斜设置，倾斜角度位于(0
°
，90
°
)之间，所述储湿件为板状结构，其纵截面的长边与所述室内机换热器的长边平行设置。
19.在一些实施方式中，所述风机为离心风机，所述室外机换热器处还设置轴流风机；和/或，所述储湿件为湿膜。
20.在一些实施方式中，还包括第一管路和第二管路，所述第一管路的一端与所述室外机储水装置连通、另一端能够连通至所述室内机布水器，所述第二管路的一端与所述室内机储水装置连通、另一端能够连通至所述室外机布水器。
21.在一些实施方式中，还包括第三管路、第四管路、第五管路和第六管路，所述第三管路的一端与所述室内机储水装置连通、另一端与所述第一管路的另一端汇合后再与所述第四管路的一端连通，所述第四管路的另一端连通至所述室内机布水器；
22.所述第五管路的一端与所述室外机储水装置连通、另一端与所述第二管路的另一端汇合后再与所述第六管路的一端连通，所述第六管路的另一端连通至所述室外机布水器。
23.在一些实施方式中，所述第三管路上设置有室内机循环水泵，所述第五管路上设置有室外机循环水泵，
24.所述第一管路上设置第一控制阀，所述第四管路上设置有第二控制阀，所述第一控制阀与所述第二控制阀构成室内互锁开关；所述第二管路上设置第三控制阀，所述第六管路上设置有第四控制阀，所述第三控制阀与所述第四控制阀构成室外互锁开关。
25.在一些实施方式中，还包括四通阀，所述四通阀的四个端分别连通至所述压缩机的吸气端、排气端、室内机换热器和室外机换热器。
26.本发明还提供一种如前任一项热泵空调的控制方法，其包括：检测步骤，检测所述热泵空调的运行模式；
27.判断步骤，判断运行模式为制冷模式或制热模式；
28.控制步骤，当运行模式为制冷模式时，控制所述第一控制阀打开、所述第二控制阀关闭，控制所述第三控制阀关闭，控制所述第四控制阀打开，将所述室外机布水器与所述室内机储水装置接通以对所述室外机换热器喷射冷凝水降温；当运行模式为制热模式时，控制所述第一控制阀关闭、所述第二控制阀打开，控制所述第三控制阀打开，控制所述第四控制阀关闭，将所述室内机布水器与所述室外机储水装置接通以对所述室内机换热器降温。
29.本发明提供的一种热泵空调及其控制方法具有如下有益效果：
30.1.本发明通过设置室外机布水器和室内机储水装置，并且将室内机储水装置与室外机布水器进行连通，能够在尤其是制冷工况下通过室内机储水装置回收冷凝水，并将冷凝水导至室外机布水器处以利用冷凝水对室外机换热器进行有效冷却，提高了室外机换热器的换热效率；通过设置室内布水器和室外机储水装置，并且将室外机储水装置与室内布水器进行连通，能够在尤其是制热工况下通过室外机储水装置回收化霜水，并将化霜水导至室内布水器处以利用化霜水对室内机换热器进行有效冷却，提高了室内机换热器的换热效率；即本发明提供一种空调室内机和室外机的双蒸发冷却系统，充分利用空调产生的冷凝水降低空调能耗。可以在夏季利用室内机冷凝水对室外机换热器进行蒸发冷却，在冬季利用室外机化霜水对室内机进行蒸发冷却，从而增强室外机换热器和室内机换热器的换热效果，降低系统能耗。
31.2.本发明设计的室内机和室外机的双蒸发冷却系统，通过水路阀门的通断，控制空调冷凝水的流动方向。在夏季将室内机冷凝水通入到室外机的换热器上，利用换热器上水膜蒸发吸收热量，增强室外机换热器换热效果，降低系统能耗。在冬季将室外机冷凝水通入室内机的湿膜上，利用湿膜蒸发冷却降低室内机换热器进风温度，提高室内机换热器换热效果，降低系统能耗。通过储湿件的设置还能够同时提高送风湿度，减缓室内侧环境干燥问题，并且室内机通过湿膜蒸发避免了室内换热器与水直接接触换热器表面结垢问题。
附图说明
32.图1为本发明的热泵空调的系统结构示意图。
33.附图标记表示为：
34.1、风机；2、室内机换热器；3、室内机布水器；4、室内机循环水泵；5、储湿件；6、第一控制阀；6’、第二控制阀；7、第三控制阀；7’、第四控制阀；8、节流阀；9、室外机循环水泵；10、室外机换热器；11、轴流风机；12、室外机布水器；13、压缩机；14、四通阀；15、室内机储水装
置；16、室外机储水装置；17、风道；101、第一管路；102、第二管路；103、第三管路；104、第四管路；105、第五管路；106、第六管路；a、室内机；b、室外机。
具体实施方式
35.如图1，本发明提供一种热泵空调，其包括：
36.压缩机13、室内机换热器2、节流阀8和室外机换热器10，所述压缩机13、所述室内机换热器2、所述节流阀8和所述室外机换热器10组成主制冷剂循环回路；
37.所述热泵空调还包括室内机布水器3、室外机布水器12、室内机储水装置15和室外机储水装置16，所述室内机储水装置15能够承接所述室内机换热器2产生的冷凝水，所述室外机布水器12能够与所述室内机储水装置15连通以利用所述冷凝水对所述室外机换热器10进行降温或对所述室外机换热器10的进气进行降温；所述室外机储水装置16能够承接所述室外机换热器10产生的化霜水，所述室内机布水器3能够与所述室外机储水装置16连通以利用所述化霜水对所述室内机换热器2进行降温或对所述室内机换热器2的进气进行降温。
38.本发明通过设置室外机布水器和室内机储水装置，并且将室内机储水装置与室外机布水器进行连通，能够在尤其是制冷工况下通过室内机储水装置回收冷凝水，并将冷凝水导至室外机布水器处以利用冷凝水对室外机换热器进行有效冷却，提高了室外机换热器的换热效率；通过设置室内布水器和室外机储水装置，并且将室外机储水装置与室内布水器进行连通，能够在尤其是制热工况下通过室外机储水装置回收化霜水，并将化霜水导至室内布水器处以利用化霜水对室内机换热器进行有效冷却，提高了室内机换热器的换热效率；即本发明提供一种空调室内机和室外机的双蒸发冷却系统。充分利用空调产生的冷凝水降低空调能耗。可以在夏季利用室内机冷凝水对室外机换热器进行蒸发冷却，在冬季利用室外机化霜水对室内机进行蒸发冷却，从而增强室内机换热器的换热效果，降低系统能耗。
39.本发明包括了热泵空调系统和蒸发冷却系统。热泵空调系统包括了：风机1、室内机换热器2、室外机换热器10、轴流风机11、节流阀8、压缩机13和四通阀14。蒸发冷却系统包括了：室内机布水器3、湿膜(储湿件5)、室内机储水盒(室内机储水装置15)、室内机循环水泵4、室内机互锁开关(包括第一控制阀6和第二控制阀6’)、室外机互锁开关(包括第三控制阀7和第四控制阀7’)、室外机布水器12、室外机循环水泵9、室外机储水盒(室外机储水装置16)。室内机互锁开关的作用是，第一控制阀6打开的同时第二控制阀6’关闭，第一控制阀6关闭的同时第二控制阀6’打开。室外机互锁开关的工作原理与室内机互锁开关相同。
40.在一些实施方式中，所述室外机布水器12设置于所述室外机换热器10的上方，以能将所述化霜水沿重力向下导至所述室外机换热器10上进行换热；
41.所述热泵空调还包括储湿件5，所述储湿件5位于所述室内机换热器2的进风端，所述室内机布水器3设置于所述储湿件5的上方，以能将水沿重力向下导至所述储湿件5上，以对进入所述室内机换热器2之前的空气进行降温加湿。这是本发明的热泵空调的进一步优选结构形式，通过将室外机布水器设置于室外机换热器的上方，能够将室外机布水器中吸收的室内的冷凝水从室外机换热器上方喷到室外机换热器上以进行冷却，从而提高室外机换热器的换热效果，降低能耗；还通过储湿件的设置能够将室外的化霜水喷洒到储湿件上，
以对进气进行冷却加湿，从而提高室内机换热器的换热效率，从而提高室内机换热器的换热效果，降低能耗。通过储湿件的设置还能够同时提高送风湿度，减缓室内侧环境干燥问题，并且室内机通过储湿件蒸发避免了室内换热器与水直接接触换热器表面结垢问题。
42.在一些实施方式中，当所述热泵空调运行在制冷模式下时，所述室内机储水装置15能够承接所述室内机换热器2产生的冷凝水，所述室外机布水器12与所述室内机储水装置15连通以利用所述冷凝水喷洒到所述室外机换热器10上，以对所述室外机换热器10进行降温；
43.当所述热泵空调运行在制热模式下时，所述室外机储水装置16能够承接所述室外机换热器10产生的化霜水，所述室内机布水器3与所述室外机储水装置16连通以利用所述化霜水喷洒到所述储湿件5上，以对所述室内机换热器2的进气进行降温。
44.这是本发明的优选结构形式，本发明设计了一种空调室内机和室外机的双蒸发冷却系统。通过两个水泵和水流路的切换，充分利用空调室内机换热器或室外机换热器上产生的冷凝水来降低空调能耗。在冬季对空调吹出的热风进行加湿。在室内机湿膜或室外机换热器上未完全蒸发的冷凝水被水泵再次供入顶端的布水器进行再次蒸发，直至冷凝水完全蒸发。
45.制冷时，室外机的布水器是利用室内的冷凝水直接喷到冷凝器翅片上，以提高换热效果。制热时，室内机的湿膜是利用室外的冷凝水对室内换热器的进风侧的风进行冷却，从而冷却室内换热器，以提高室内换热器的换热效果(室内送风温度不会下降太多)。
46.在一些实施方式中，还包括风道17和风机1，所述风道17设置于室内，且所述风机1、所述室内机换热器2和所述储湿件5均设置于所述风道17中，所述风道17还包括进风口和出风口，所述风机1能够驱动气流从所述进风口进入所述风道17中，依次经过所述储湿件5和所述室内机换热器2后并通过所述出风口吹出至室内。本发明还通过风道和风机的设置，能够将室内回风通过进风口引入风道中，在经过储湿件时能够被降温加湿，再到达室内机换热器时能够提高制热模式下时对室内机换热器的换热效果，并且还对空气进行加湿，以提高制热模式下室内空气的湿度。
47.在一些实施方式中，所述进风口位于所述风道17的下端，所述出风口位于所述风道17的上端，所述风机1与所述出风口相对设置，所述储湿件5与所述进风口相对设置，所述储湿件5位于所述室内机换热器2的下端，所述进风口的下端设置所述室内机储水装置15。本发明的进风口位于风道下端，储湿件与进风口相对设置，能够对进风进行降温加湿，室内机储水装置位于储湿件下方能够承接从储湿件落下的冷凝水。
48.在一些实施方式中，所述室内机换热器2为板状结构，其纵截面的长边与水平方向呈倾斜设置，倾斜角度位于(0
°
，90
°
)之间，所述储湿件5为板状结构，其纵截面的长边与所述室内机换热器的长边平行设置。这是本发明的室内机换热器的优选结构形式以及储湿件的优选结构形式，通过倾斜设置的时间换热器和储湿件能够增大与进气气流之间的换热面积，提高换热效果。
49.在一些实施方式中，所述风机1为离心风机，所述室外机换热器10处还设置轴流风机11；和/或，所述储湿件5为湿膜。这是本发明的风机的优选结构，以及室外机换热器处的优选换热结构，通过离心风机和轴流风机能够增强对室内机换热器的换热作用和对室外机换热器的换热作用；本发明的储湿件优选为湿膜结构。
50.在一些实施方式中，还包括第一管路101和第二管路102，所述第一管路101的一端与所述室外机储水装置16连通、另一端能够连通至所述室内机布水器3，所述第二管路102的一端与所述室内机储水装置15连通、另一端能够连通至所述室外机布水器12。本发明通过第一管路能够将室外机储水装置中接收的化霜水进行导流至室内机布水器处以完成对室内机换热器的冷却，提升室内机换热器的换热效果；通过第二管路能够将室内机储水装置中接收的冷凝水进行导流至室外机布水器处以完成对室外机换热器的冷却，提升室外机换热器的换热效果。
51.在一些实施方式中，还包括第三管路103、第四管路104、第五管路105和第六管路106，所述第三管路103的一端与所述室内机储水装置15连通、另一端与所述第一管路101的另一端汇合后再与所述第四管路104的一端连通，所述第四管路104的另一端连通至所述室内机布水器3；
52.所述第五管路105的一端与所述室外机储水装置16连通、另一端与所述第二管路102的另一端汇合后再与所述第六管路106的一端连通，所述第六管路106的另一端连通至所述室外机布水器12。
53.本发明还通过第三管路的设置能够与室内机储水装置连通以在制冷模式下将室内机储水装置中的冷凝水导至室外机储水装置中，再导至室外机布水器处进行喷洒；第三管路上优选能够设置室内机循环水泵，以提供驱动力；通过第四管路能够与室内机布水器进行连通以有效将室外机储水装置中收集的化霜水导至室内机储水装置中，进一步再导至室内机布水器以对室内机换热器进行换热，提高换热效果；通过第五管路的设置能够与室外机储水装置连通以在制热模式下将室外机储水装置中的化霜水导至室内机储水装置中，再导至室内机布水器处进行喷洒；第五管路上优选能够设置室外机循环水泵，以提供驱动力；通过第六管路能够与室外机布水器进行连通以有效将室内机储水装置中收集的化霜水导至室外机储水装置中，进一步再导至室外机布水器以对室外机换热器进行换热，提高换热效果。
54.在一些实施方式中，所述第三管路103上设置有室内机循环水泵4，所述第五管路105上设置有室外机循环水泵9，
55.所述第一管路101上设置第一控制阀6，所述第四管路104上设置有第二控制阀6’，所述第一控制阀6与所述第二控制阀6’构成室内互锁开关；所述第二管路102上设置第三控制阀7，所述第六管路106上设置有第四控制阀7’，所述第三控制阀7与所述第四控制阀7’构成室外互锁开关。
56.本发明通过第三管路上的室内机循环水泵和第四管路上的室外机循环水泵能够分别提供驱动力，通过第一管路上的第一控制阀和第四管路上的第二控制阀，二者能够形成互锁开关，其中一个打开、另一个关闭，以根据不同的模式下进行切换控制；通过第二管路上的第三控制阀和第六管路上的第四控制阀，二者能够形成互锁开关，其中一个打开、另一个关闭，以根据不同的模式下进行切换控制。
57.在一些实施方式中，还包括四通阀14，所述四通阀14的四个端分别连通至所述压缩机13的吸气端、排气端、室内机换热器2和室外机换热器10。本发明通过四通阀能够切换制冷模式和制热模式，形成有效控制。
58.本发明还提供一种如前任一项热泵空调的控制方法，其包括：检测步骤，检测所述
热泵空调的运行模式；
59.判断步骤，判断运行模式为制冷模式或制热模式；
60.控制步骤，当运行模式为制冷模式时，控制所述第一控制阀6打开、所述第二控制阀6’关闭，控制所述第三控制阀7关闭，控制所述第四控制阀7’打开，将所述室外机布水器12与所述室内机储水装置15接通以对所述室外机换热器10喷射冷凝水降温；当运行模式为制热模式时，控制所述第一控制阀6关闭、所述第二控制阀6’打开，控制所述第三控制阀7打开，控制所述第四控制阀7’关闭，将所述室内机布水器3与所述室外机储水装置16接通以对所述室内机换热器2降温。
61.本发明的室内机和室外机的双蒸发冷却系统的控制方法，通过水路阀门的通断，控制空调冷凝水的流动方向。在夏季将室内机冷凝水通入到室外机的换热器上，利用换热器上水膜蒸发吸收热量，增强室外机换热器换热效果，降低系统能耗。在冬季将室外机冷凝水通入室内机的湿膜上，利用湿膜蒸发冷却降低室内机换热器进风温度，提高室内机换热器换热效果，降低系统能耗，同时提高送风湿度，减缓室内侧环境干燥问题。室内机通过湿膜蒸发避免了室内换热器与水直接接触换热器表面结垢问题。
62.夏季空调制冷运行时，室内机互锁开关第一控制阀6开启、第二控制阀6’关闭。室外机互锁开关第四控制阀7’开启、第三控制阀7关闭。制冷循环中，低压低温的气液状态冷媒进入室内机换热器2中蒸发吸收热量变成低压气相冷媒，导致室内机换热器2温度比环境露点温度低，其表面产生凝露水并滴落在室内机储水盒(室内机储水装置15)中。纯气相冷媒通过四通阀14进入压缩机13中变成高温气相冷媒。高温气相冷媒进入室外机换热器10中被冷却成高压液相冷媒。高压液相冷媒再经过节流阀8变成低压气液两相状态，形成一次制冷循环。室内机储水盒中的冷凝水被室内机循环水泵4供入到室外机储水盒(室外机储水装置16)中。室外机循环水泵9将室外机储水盒中的冷凝水注入到室外机布水器12中，室外机布水器12将冷凝水均匀淋在室外机换热器10上，室外机换热器10上的水膜蒸发吸收大量潜热从而提高其换热效果，降低了空调运行能耗。在室外机换热器10表面上未蒸发的水膜滴入到室外机储水盒中，再进行多次水循环。
63.冬季空调制热运行时，室内机互锁开关第二控制阀6’开启、第一控制阀6关闭。室外机互锁开关第三控制阀7开启、第四控制阀7’关闭。制热循环中，低压低温的气液状态冷媒先进入室外机换热器10中吸收热量变成全气相冷媒。冷媒温度通常比冬季环境温度低才能吸收热量，导致室外机换热器10表面结霜。纯气相冷媒通过四通阀14进入压缩机13中变成高温气相冷媒。高温气相冷媒进入室内机换热器2中释放热量成高压液相冷媒。高压液相冷媒再经过节流阀8变成低压气液两相状态，形成一次制热循环。当室外机换热器10表面霜层厚度达到一定程度，化霜程序开始运行，室外机换热器10表面的化霜水滴入到室外机储水盒(室外机储水装置16)中。室外机循环水泵9将化霜水供入到室内机储水盒(室内机储水装置15)中。室内机循环水泵4再将室内机储水盒中水流供入到室内机布水器3中，室内机布水器3将水流均匀滴淋在湿膜(储湿件5)上，湿膜表面水流蒸发吸收热量，降低了室内机换热器2的进风温度，提高了其换热量。同时增加了进风湿度，提升了人体舒适感。在湿膜表面上未蒸发的水膜滴入到室内机储水盒中，再进行多次水循环。
64.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以
上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。