热泵系统、热水器、空调器及热泵系统的控制方法与流程

1.本发明涉及热泵技术领域，尤其是涉及一种热泵系统、热水器、空调器及热泵系统的控制方法。


背景技术：

2.现有的热泵系统包括蒸发器、冷凝器、节流元件和压缩机。在制热时，冷凝器作为室内换热器，压缩机将冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒进行至冷凝器中换热后冷凝为液态，并与水或空气换热冷凝为液态，液态冷媒经过节流元件流入蒸发器中换热后形成为气态冷媒，并重新流入压缩机。在制冷时，蒸发器作为室内换热器，压缩机将冷媒压缩为高温高压的气态，气态冷媒进行至冷凝器中换热后冷凝为液态，液态冷媒经过节流元件流入蒸发器中与水或空气换热，从而制冷，之后重新流入压缩机。以上形成了热泵系统中用于制冷、制热的冷媒循环系统。
3.本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：热泵系统在实际运行过程中常会遇到压缩机等设备故障或到温度点停机，此时，热泵系统只能停止运行，影响热泵系统的正常使用。且在一些高海拔地区，随着海拔高度上升，空气焓值愈发下降，热泵系统需提高换热器面积才能继续工作，否则热泵系统无法正常工作。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供热泵系统、热水器、空调器及热泵系统的控制方法，以解决现有技术中存在的冷媒循环系统中压缩机等设备故障或空气焓值下降时，热泵系统难以正常工作的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。
5.为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
6.本发明提供的热泵系统，包括具有第一室外换热器的第一冷媒循环系统和具有第二室外换热器的第二冷媒循环系统，其中：
7.所述第一冷媒循环系统和所述第二冷媒循环系统分别与同一室内换热器之间具有导通状态和阻断状态；所述第一冷媒循环系统或所述第二冷媒循环系统与所述室内换热器之间处于所述阻断状态时，所述第一室外换热器和所述第二室外换热器并联设置。
8.优选的，所述热泵系统包括第一流路，所述第一冷媒循环系统或所述第二冷媒循环系统与所述室内换热器之间处于所述阻断状态，且所述热泵系统制热运行时，所述第一流路的两端分别与所述第二室外换热器的入口端和所述第一室外换热器的入口端相连通。
9.优选的，所述第一流路上设置有阀体，所述第一冷媒循环系统和所述第二冷媒循环系统在所述阀体关闭时独立运行。
10.优选的，所述热泵系统包括第二流路，所述第一冷媒循环系统与所述室内换热器之间处于所述阻断状态，且所述热泵系统制热运行时，所述第二流路的两端分别与所述第一室外换热器的冷媒出口端和所述第二室外换热器的冷媒出口端相连通。
11.优选的，所述热泵系统还包括第三流路，所述第二冷媒循环系统与所述室内换热器之间处于所述阻断状态，且所述热泵系统制热运行时，所述第三流路的两端分别与所述第一室外换热器的冷媒出口端和所述第二室外换热器的冷媒出口端相连通。
12.优选的，所述热泵系统还包括第三流路，所述第二冷媒循环系统与所述室内换热器之间处于所述阻断状态，且所述热泵系统制热运行时，所述第三流路的两端分别与所述第一室外换热器的冷媒出口端和所述第二室外换热器的冷媒出口端相连通；
13.所述第一冷媒循环系统中设置有第一三通阀，所述第一三通阀的a端口与所述第一室外换热器相连通，所述第一三通阀的b端口与所述第一冷媒循环系统中的压缩机相连通；
14.所述热泵系统制热运行时，所述第一三通阀的c端口与所述第二流路的入口端相连通，所述第三流路的出口端与所述第一三通阀的a端口相连通。
15.优选的，所述第二冷媒循环系统中设置有第二三通阀，所述第二三通阀的a端口与所述第二室外换热器相连通，所述第二三通阀的b端口与所述第二冷媒循环系统中的压缩机相连通，
16.所述热泵系统制热运行时，所述第二流路的出口端与所述第二三通阀的a端口相连通；所述第二三通阀的c端口与所述第三流路的入口端相连通。
17.优选的，所述室内换热器包括有进水管和出水管；或者，所述室内换热器包括有进风通道和出风通道。
18.本发明还提供了一种热水器，包括上述热泵系统。
19.本发明还提供了一种空调器，包括上述热泵系统。
20.本发明还提供了一种基于上述热泵系统的控制方法，该控制方法包括：
21.当所述第二冷媒循环系统出现故障时，或者，当所述第二冷媒循环系统的水温或室内空气温度大于用户设定温度时，或者，环境温度与第二室外换热器的管温之差大于等于预设温度且所述第二冷媒循环系统的累计运行时长≥第一冷媒循环系统累计运行时长 预设时长时，仅控制所述第一冷媒循环系统与室内换热器之间处于所述导通状态；
22.当所述第一冷媒循环系统出现故障时，或者，当所述第一冷媒循环系统的水温或室内空气温度大于用户设定温度时，或者，环境温度与第二室外换热器的管温之差大于等于预设温度时，仅控制所述第二冷媒循环系统与室内换热器之间处于所述导通状态。
23.优选的，所述预设时长的取值范围为14h-34h。
24.优选的，所述热泵系统制热运行时，所述预设温度的取值范围为15℃-25℃；所述热泵系统制冷运行时，所述预设温度的取值范围为17℃-27℃。
25.本发明提供的热泵系统、热水器、空调器及热泵系统的控制方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：该热泵系统，由于第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统分别与同一室内换热器之间具有导通状态和阻断状态，当其中任一冷媒循环系统中的设备，如压缩机出现故障时，可以启动另一冷媒循环系统，保证热泵系统的正常工作。且当仅启动第一冷媒循环系统或第二冷媒循环系统时，第一室外换热器和第二室外换热器并联设置，共同用于换热，能够增大室外换热器的换热面积，提高换热效率，即使当空气焓值低时，热泵系统也能正常工作。该热水器、空调器由于具备上述热泵系统，故在其中一冷媒循环系统中压缩机等设备故障或空气焓值下降时，仍能够正常工作，提高换热效率。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1是热泵系统的整体结构示意图；
28.图2是热泵系统制热运行，且仅第一冷媒循环系统与室内换热器处于导通状态时的冷媒流向示意图；
29.图3是热泵系统制热运行，且仅第二冷媒循环系统与室内换热器处于导通状态时的冷媒流向示意图；
30.图4是热泵系统制冷运行，且仅第一冷媒循环系统与室内换热器处于导通状态时的冷媒流向示意图；
31.图5是热泵系统制冷运行，且仅第二冷媒循环系统与室内换热器处于导通状态时的冷媒流向示意图。
32.图中11、第一室外换热器；12、第一压缩机；13、第一四通阀；14、第一气液分离器；15、第一节流元件；21、第二室外换热器；22、第二压缩机；23、第二四通阀；24、第二气液分离器；25、第二节流元件；3、室内换热器；31、出水管；32、进水管；4、第一流路；5、第二流路；6、第三流路；7、第一三通阀；8、第二三通阀；9、阀体。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
34.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”等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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
35.本发明实施例提供了一种热泵系统、热水器、空调器及热泵系统的控制方法，当其中任一冷媒循环系统中的设备，如压缩机出现故障时，可以启动另一冷媒循环系统，保证热泵系统的正常工作；且能够提高室外换热器的换热面积，提高换热效率，即使当空气焓值低时，热泵系统也能正常工作。
36.下面结合图1-图5对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。
37.实施例一
38.如图1-图5所示，本实施例提供了一种热泵系统，包括具有第一室外换热器11的第一冷媒循环系统和具有第二室外换热器21的第二冷媒循环系统，其中：第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统分别与同一室内换热器3之间具有导通状态和阻断状态；第一冷媒循
环系统或第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态时，第一室外换热器11和第二室外换热器21并联设置。
39.其中，如背景技术所述，现有技术中的冷媒循环系统包括相连通的蒸发器、冷凝器、节流元件和压缩机。同样的，参见图1-图5，本实施例的第一冷媒循环系统包括依次连通的第一压缩机12、第一室内换热器3、第一节流元件15(可以为电子膨胀阀)和第一室外换热器11，第一压缩机12连通有第一四通阀13，第一压缩机12的入口端设置有第一气液分离器14。
40.第二冷媒循环系统包括依次连通的第二压缩机22、第二室内换热器3、第二节流元件25(可以为电子膨胀阀)和第二室外换热器21，第二压缩机22连通有第二四通阀23，第二压缩机22的入口端设置有第二气液分离器24。
41.本实施例的热泵系统，当仅启动第一冷媒循环系统时，第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，此时，第二节流元件25处于关闭状态。当仅启动第二冷媒循环系统时，第一冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，此时，第一节流元件15处于关闭状态。
42.本实施例的热泵系统，由于第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统分别与同一室内换热器3之间具有导通状态和阻断状态，当其中任一冷媒循环系统中的设备，如压缩机出现故障时，可以启动另一冷媒循环系统，保证热泵系统的正常工作。且当仅启动第一冷媒循环系统或第二冷媒循环系统时，第一室外换热器11和第二室外换热器21并联设置，共同用于换热，能够增大室外换热器的换热面积，提高换热效率，即使当空气焓值低时，热泵系统也能正常工作。
43.上述热泵系统可应用于热水器或空调器，当应用于热水器上时，室内换热器3用于使冷媒和水换热，此时，参见图1-图5，室内换热器3包括有进水管32和出水管31。水由进水管32流入室内换热器3，与冷媒换热后由出水管31流出。
44.当该热泵系统应用于热水器上时，室内换热器3用于使冷媒和空气换热。此时，室内换热器3包括有进风通道和出风通道。室内空气由进风通道进入室内换热器3，与冷媒换热后由出风通道流出。
45.为了使第一冷媒循环系统或第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态时，第一室外换热器11和第二室外换热器21并联设置，本实施例提供了一种具体实施方式：
46.参见图1-图5所示，热泵系统包括第一流路4，第一冷媒循环系统或第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，且热泵系统制热运行时，第一流路4的两端分别与第二室外换热器21的入口端和第一室外换热器11的入口端相连通。由于热泵系统制热运行与制冷运行时冷媒的流向相反，因此，换言之，第一冷媒循环系统或第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，且热泵系统制冷运行时，第一流路4的两端分别与第二室外换热器21的出口端和第一室外换热器11的出口端相连通。
47.当单独开启第一冷媒循环系统时，第一冷媒循环系统中的冷媒能经第一流路4分流至第二室外换热器21(制热运行时)，或者，第二室外换热器21换热后的冷媒能经第一流路4重新汇合至第一冷媒循环系统中(制冷运行时)。当单独开启第二冷媒循环系统时，第二冷媒循环系统中的冷媒能经第一流路4分流至第一室外换热器11(制热运行时)，或者，第一室外换热器11换热后的冷媒能经第一流路4重新汇合至第二冷媒循环系统中(制冷运行
时)。
48.作为可选地实施方式，参见图1-图5，第一流路4上设置有阀体9，第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统在阀体9关闭时独立运行。
49.参见图1-图5，由于单独开启第一冷媒循环系统或第二冷媒循环系统时，不论制热运行或制冷运行，冷媒均会经过第一流路4；因此，当关闭阀体9时，第一流路4切断，第一室外换热器11和第二室外换热器21不再连通，第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统能够独立运行，互不影响。当开启阀体9，关闭第二节流元件25时，第一冷媒循环系统单独运行；当开启阀体9，关闭第一节流元件15时，第二冷媒循环系统单独运行。
50.作为可选地实施方式，参见图1-图5，热泵系统包括第二流路5，第一冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，且热泵系统制热运行时，第二流路5的两端分别与第一室外换热器11的冷媒出口端和第二室外换热器21的冷媒出口端相连通。由于热泵系统制热运行与制冷运行时冷媒的流向相反，因此，换言之，第一冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，且热泵系统制冷运行时，第二流路5的两端分别与第一室外换热器11的冷媒入口端和第二室外换热器21的冷媒入口端相连通。
51.当单独开启第二冷媒循环系统时，冷媒流经第一流路4和第二流路5，实现第一室外换热器11和第二室外换热器21的并联设置，提高室外侧的换热面积，保证热泵系统正常运行。
52.作为可选地实施方式，参见图1-图5，热泵系统还包括第三流路6，第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，且热泵系统制热运行时，第三流路6的两端分别与第一室外换热器11的冷媒出口端和第二室外换热器21的冷媒出口端相连通。由于热泵系统制热运行与制冷运行时冷媒的流向相反，因此，换言之，第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于阻断状态，且热泵系统制冷运行时，第三流路6的两端分别与第一室外换热器11的冷媒入口端和第二室外换热器21的冷媒入口端相连通。
53.当单独开启第一冷媒循环系统时，冷媒流经第一流路4和第三流路6，实现第一室外换热器11和第二室外换热器21的并联设置，提高室外侧的换热面积，保证热泵系统正常运行。
54.为了实现第一流路4、第二流路5、第三流路6与第一冷媒循环系统、第二冷媒循环系统的连通，作为可选地实施方式，参见图1-图5所示，第一冷媒循环系统中设置有第一三通阀7，第一三通阀7的a端口与第一室外换热器11相连通，第一三通阀7的b端口与第一冷媒循环系统中的压缩机相连通；热泵系统制热运行时，第一三通阀7的c端口与第二流路5的入口端相连通，第三流路6的出口端与第一三通阀7的a端口相连通。由于热泵系统制热运行与制冷运行时冷媒的流向相反，换言之，所述热泵系统制冷运行时，所述第一三通阀7的c端口与所述第二流路5的出口端相连通，所述第三流路6的入口端与所述第一三通阀7的a端口相连通。
55.上述第一三通阀7连通第一室外机、第一压缩机12、第二流路5和第三流路6，且便于控制对应流路的开启与关闭。
56.作为可选地实施方式，参见图1-图5所示，第二冷媒循环系统中设置有第二三通阀8，第二三通阀8的a端口与第二室外换热器21相连通，第二三通阀8的b端口与第二冷媒循环系统中的压缩机相连通，热泵系统制热运行时，第二流路5的出口端与第二三通阀8的a端口
相连通；第二三通阀8的c端口与第三流路6的入口端相连通。由于热泵系统制热运行与制冷运行时冷媒的流向相反，换言之，热泵系统制冷运行时，第二流路5的入口端与第二三通阀8的a端口相连通；第二三通阀8的c端口与第三流路6的出口端相连通。
57.上述第二三通阀8连通第二室外机、第二压缩机22、第二流路5和第三流路6，且便于控制对应流路的开启与关闭。
58.本实施例的热泵系统，以应用于热水器中为例，在制热运行，且仅开启第一冷媒循环系统时：
59.参见图2，冷媒从第一压缩机12排气出来经过第一四通阀13，进入室内换热器3对水加热后，通过第一节流元件15节流后，第一流路4上的阀体9打开，冷媒一分为二，一部分冷媒直接第一室外换热器11内吸热，然后从第一三通阀7的a端口流出；另一部分冷媒通过第一流路4流入第二室外换热器21，此时第二冷媒循环系统的第二节流元件25关闭，流入第二室外换热器21的冷媒吸热后，由第二三通阀8的a端口流向c端口后回流至第一冷媒循环系统。两部分吸热后的冷媒在第一三通阀7的a端口汇合后流向其b端口，再经过第一四通阀13、第一气液分离器14回到第一缩机。
60.在制热运行，且仅开启第二冷媒循环系统时：
61.参见图3，冷媒从第二压缩机22排气出来经过第二四通阀23，进入室内换热器3对水加热后，通过第二电子膨胀阀节流后，第一流路4上的阀体9打开，冷媒一分为二：一部分冷媒直接在第二室外换热器21内吸热，然后从第二三通阀8的a端口流出；另一部分冷媒通过第一流路4流入第一室外换热器11，此时第一冷媒循环系统的第一节流元件15关闭，流入第一室外换热器11的冷媒吸热后，由第一三通阀7的a端口流向c端口后回流至第二冷媒循环系统。两部分吸热后的冷媒在第二三通阀8的a端口汇合后流向其b端口，再经过第二四通阀23、第二气液分离器24回到第二压缩机22。
62.在制冷运行，且仅开启第一冷媒循环系统时：
63.参见图4，冷媒从第一压缩机12排气出来经过第一四通阀13，从第一三通阀7的b端口流向a端口后一分为二，一部分冷媒进入第一室外换热器11进行冷凝放热，与第一流路4过来的冷媒汇合；另一部分冷媒经第三流路6，通过第二三通阀8的c端口流向a端口，流入第二室外换热器21进行冷凝放热，此时第二冷媒循环系统中的第二节流元件25关闭，第一流路4上的阀体9开启，从第二室外换热器21出来的冷媒经过第一流路4流回第一冷媒系统。合流后的冷媒从第一节流元件15节流后，经室内换热器3吸热，再经第一四通阀13、第一气液分离器14最后回到第一压缩机12。
64.在制冷运行，且仅开启第二冷媒循环系统时：
65.参见图5，冷媒从第二2压缩机排气出来经过第二四通阀23，从第二三通阀8的b端口流向a端口后一分为二，一部分冷媒进入第二室外换热器21进行冷凝放热后，与第一流路4过来的冷媒汇合；另一部分冷媒经第二流路5，通过第一三通阀7的c端口流向a端口，流入第一室外换热器11进行冷凝放热，此时第一节流元件15关闭，第一流路4上的阀体9开启，从第一室外换热器11出来的冷媒经过第一流路4流回第二冷媒循环系统。合流后的冷媒从第二节流元件25节流后，经室内换热器3吸热，再经第二四通阀23、第二气液分离器24最后回到第二压缩机22。
66.实施例二
67.本实施例提供了一种热水器，包括上述热泵系统。
68.本实施例的热水器，由于具备上述热泵系统，故在其中一冷媒循环系统中压缩机等设备故障或空气焓值下降时，仍能够正常工作，提高换热效率。
69.实施例三
70.本实施例提供了.一种空调器，包括上述热泵系统。
71.本实施例的空调器，由于具备上述热泵系统，故在其中一冷媒循环系统中压缩机等设备故障或空气焓值下降时，仍能够正常工作，提高换热效率。
72.实施例四
73.本实施例提供了一种基于上述热泵系统的控制方法，该控制方法包括：
74.当第二冷媒循环系统出现故障时，或者，当第二冷媒循环系统的水温或室内空气温度大于用户设定温度时，或者，环境温度与第二室外换热器21的管温之差大于等于预设温度且第二冷媒循环系统的累计运行时长≥第一冷媒循环系统累计运行时长 预设时长时，仅控制第一冷媒循环系统与室内换热器3之间处于导通状态；
75.当第一冷媒循环系统出现故障时，或者，当第一冷媒循环系统的水温或室内空气温度大于用户设定温度时，或者，环境温度与第二室外换热器21的管温之差大于等于预设温度时，仅控制第二冷媒循环系统与室内换热器3之间处于导通状态。
76.上述热泵系统的控制方法，第一冷媒循环系统、第二冷媒循环系统中的任一出现故障，或者水温或室内空气温度大于用户设定温度时，通过开启另一循环系统，保证热泵系统正常工作。且当仅开启第一冷媒循环系统或第二冷媒循环系统时，第一室外换热器11和第二室外换热器21并联设置，提高室外换热面积，提高换热效率，即使当空气焓值低时，热泵系统也能正常工作
77.且当环境温度与第二室外换热器21的管温之差大于等于预设温度时，说明换热效率急剧下降，两个压缩机难以一同正常运行，此时机组处于低效运行状态，且压缩机有回液风险，如随着海拔高度上升，空气越来越稀薄，此时热泵系统的换热效率会严重下降，此时需要关闭其中一个冷媒循环系统，确保热泵系统运行的可靠性和换热效率。
78.当环境温度与第二室外换热器21的管温之差大于等于预设温度且第二冷媒循环系统的累计运行时长≥第一冷媒循环系统累计运行时长 预设时长时，仅控制第一冷媒循环系统与室内换热器3之间处于导通状态，能够保证热泵系统在换热效率急剧下降的情况下，优先控制开启第一冷媒循环系统，保证控制单元可以顺利执行对应指令。
79.作为可选地实施方式，预设时长的取值范围为14h-34h。优选的，预设时长取值24h，能够在热泵系统在换热效率急剧下降的情况下，优先控制开启第一冷媒循环系统，且使第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统轮流工作。
80.作为可选地实施方式，热泵系统制热运行时，预设温度的取值范围为15℃-25℃，优选的，此时预设温度取值20℃；热泵系统制冷运行时，预设温度的取值范围为17℃-27℃，优选的，此时预设温度取值23℃。
81.作为可选地实施方式，当需要同时开启第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统时，关闭第一流路4上的阀体9，将第一节流元件15和第二节流元件25均开启，第一冷媒循环系统和第二冷媒循环系统互不影响，独立工作。
82.在本说明书的描述，具体特征、结构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。
83.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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
84.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。