热泵系统、热泵系统的控制方法及控制装置

技术领域

本发明涉及热泵换热技术领域，特别是涉及一种热泵系统、热泵系统的控制方法及控制装置。

背景技术

热泵的工作原理是以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，就可以得到较大的供热量，可以有效地把难以应用的低品位热能利用起来达到节能目的。在实际使用过程中，常常会出现热源端的温度过低，而热水端的温度需求较高的情况，且随着热水端水温逐渐升高，压缩机的压缩比逐渐升高以致于超范围运行，可能会导致压缩机故障，进而使热泵系统无法正常运行。

发明内容

本发明旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种热泵系统，补热管路连通于热源管路和热水管路，在热源温度较低时，可以将热水管路内的热水通向热源管路，以提升热源管路内的水温，进而降低压缩机的负载，降低了压缩机出现故障的几率，可以使热泵系统正常运行。

本发明实施例还提供一种热泵系统的控制方法。

本发明实施例还提供一种热泵系统的控制装置。

根据本发明第一方面实施例提供的热泵系统，包括：

通过冷媒管路依次串联的蒸发器、压缩机、冷凝器以及节流阀；

热源管路，与所述蒸发器对应设置；

热水管路，与所述冷凝器对应设置；

补热管路，所述补热管路连通于所述热源管路以及所述热水管路，用于利用所述热水管路内的热水提升所述热源管路内的水温。

根据本发明的一个实施例，所述热源管路包括第一管盘，所述第一管盘与所述蒸发器相耦合；

所述热水管路包括第二管盘，所述第二管盘与所述冷凝器相耦合。

根据本发明的一个实施例，所述第一管盘与所述蒸发器制成第一换热器，所述第二管盘与所述冷凝器制成第二换热器。

根据本发明的一个实施例，所述补热管路包括电动阀以及水泵，所述电动阀和所述水泵电连接于控制装置。

根据本发明第二方面实施例提供的热泵系统的控制方法，包括以下步骤：

获取热源的当前温度；

根据热水的目标温度和压缩机的预设压缩比确定热源的理论温度；

确定所述热源的当前温度小于所述理论温度，则将压缩机的压缩比调整至所述预设压缩比，并向所述热源内通入热水以提升所述热源的温度至所述理论温度。

根据本发明的一个实施例，所述向所述热源内通入热水以提升所述热源的温度至所述理论温度的步骤，之前还包括：

根据所述热源的流量、所述热源的当前温度以及所述热水的当前温度确定所述热水的流量。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述热源的流量、所述热源的当前温度以及所述热水的当前温度确定所述热水的流量的步骤，具体包括：

根据所述热源的流量、所述热源的当前温度以及所述热水的当前温度，确定所述热源在当前温度上升1摄氏度所需要的热水的第一流量；

将所述热水以所述第一流量通入所述热源后，再次获取所述热水的当前温度以及所述热源的当前温度；

确定所述热水的当前温度小于所述目标温度，则重复以上步骤直至所述热水的当前温度大于等于所述目标温度。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述热源的流量、所述热源的当前温度以及所述热水的当前温度确定所述热水的流量的步骤，之后还包括：

确定所述热水的流量与所述热源的流量的比例超过预设比例，则将所述热水的流量调整至所述热源的流量的预设比例。

根据本发明的一个实施例，所述将所述热水的流量调整至所述热源的流量的预设比例的步骤，之后还包括：

通过热回收装置或者辅热装置对所述热源内的水进行预热。

根据本发明第三方面实施例提供的热泵系统的控制装置，包括：

获取模块，用于获取热源的当前温度；

确定模块，用于根据热水的目标温度和压缩机的预设压缩比确定热源的理论温度；

控制模块，用于在确定所述热源的当前温度小于所述理论温度时，将压缩机的压缩比调整至所述预设压缩比，并向所述热源内通入热水以提升所述热源的温度至所述理论温度。

本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

根据本发明实施例提供的热泵系统，包括通过冷媒管路依次串联的蒸发器、压缩机、冷凝器以及节流阀，以及热源管路、热水管路和补热管路；热源管路与蒸发器对应设置，蒸发器与热源进行热量交换，通过热源提升蒸发器内冷媒的温度；热水管路与冷凝器对应设置，热水管路与冷凝器进行热量交换，通过冷凝器对热水进行升温；补热管路连通于热源管路以及热水管路，可以利用热水管路内的热水提升热源管路内的水温。在热源温度较低时，可以将热水管路内的热水通向热源管路，以提升热源管路内的水温，进而降低压缩机的负载，降低了压缩机出现故障的几率，可以使热泵系统正常运行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关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。

图1为本发明实施例提供的热泵系统的示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的热泵系统的控制方法的流程图之一；

图3为本发明实施例提供的热泵系统的控制装置的示意图；

图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。

附图标记：

11、蒸发器；12、压缩机；13、冷凝器；14、节流阀；

21、热源管路；22、第一管盘；20、第一换热器；

31、热水管路；32、第二管盘；30、第二换热器；

40、补热管路；41、电动阀；42、水泵；

300、获取模块；301、确定模块；302、控制模块。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

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实施例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。

热泵系统在实际使用过程中，常常会出现热源端的温度过低，而热水端的温度需求较高的情况，且随着热水端水温逐渐升高，压缩机的压缩比逐渐升高以致于超范围运行，可能会导致压缩机故障，进而使热泵系统无法正常运行。

根据本发明第一方面实施例提供的热泵系统，请参阅图1，包括循环管路、热源管路21、热水管路31以及补热管路40。

循环管路包括通过冷媒管路依次串联的蒸发器11、压缩机12、冷凝器13以及节流阀14，压缩机12将来自蒸发器11的低温低压冷媒压缩为高温高压状态后排至冷凝器13内，冷凝器13向外界释放热量。冷媒在冷凝器13处放热后形成高压液体，高压液体经过节流阀14后到达蒸发器11，在蒸发器11内冷媒的压力减小，温度降低，可以吸收外界的热量。

热源管路21与蒸发器11对应设置，蒸发器11内的冷媒温度较低，可以与热源管路21进行换热，以提升蒸发器11内冷媒的温度。热水管路31与冷凝器13对应设置，冷凝器13内的冷媒温度较高，可以提升热水管路31内的水温。

补热管路40连通于热源管路21和热水管路31，可以将热水管路31内的热水通向热源管路21，以提升热源管路21内的水温。

根据本发明实施例提供的热泵系统，在热源温度较低时，可以将热水管路31内的热水通向热源管路21，以提升热源管路21内的水温，进而降低压缩机12的压缩比，避免压缩机12出现故障，可以使热泵系统正常运行。

可以理解的是，补热管路40的进口连通于热水管路31换热升温后的热水，此时热水的温度较高；补热管路40的出口连通于热源管路21换热前的部位，高温的热水沿着补热管路40进入热源管路21内，可以提升热源管路21内的水温，进而降低压缩机12的压缩比。

在一些实施例中，可以将热源管路21的进水管段(换热前的管段)与热水管路31的出水管段(换热后的管段)部分并列设置，可以利用热水管路31散发的热量对热源管路21进行预热。

在一些实施例中，热泵系统还包括热回收装置，热回收装置用于收集压缩机、热水管路、冷凝器等散发的热量，可以通过热回收装置对热源管路21进行预热。

在一些实施例中，热泵系统还包括辅热装置，辅热装置的功率可以根据需要设置，可以通过辅热装置对热源管路21进行预热。

根据本发明实施例提供的热泵系统，热源管路21还包括第一管盘22，第一管盘22与蒸发器11相耦合；热水管路31还包括第二管盘32，第二管盘32与冷凝器13相耦合。

可以理解的是，第一管盘22和第二管盘32的长度较大，第一管盘22与蒸发器11相耦合，增加了蒸发器11与热源管路21的换热效率；第二管盘32与冷凝器13相耦合，增加了冷凝器13与热水管路31的换热效率。

在一些实施例中，为了进一步提高第一管盘22与蒸发器11之间以及第二管盘32与冷凝器13之间的换热效率，可以将第一管盘22与蒸发器11制成第一换热器20，将第二管盘32与冷凝器13制成第二换热器30，第一换热器20和第二换热器30均包括隔热的壳体，可以有效避免热量散失，提高了热泵系统的效率。

根据本发明实施例提供的热泵系统，补热管路40包括电动阀41以及水泵42，电动阀41以及水泵42均电连接于控制装置。控制装置可以调整电动阀41的开度以及水泵42的功率，进而改变热水通入热源管路21的流量。在热水温度、热源的流量和热源的当前温度确定时，调整热水流量，可以精确控制热源的温度，进而改善压缩机12的工作环境。

根据本发明第二方面实施例提供的热泵系统的控制方法，请参阅图2，包括以下步骤：

S200、获取热源的当前温度。

S210、根据热水的目标温度和压缩机的预设压缩比确定热源的理论温度。

S220、确定热源的当前温度小于理论温度，则将压缩机的压缩比调整至预设压缩比，并向热源内通入热水以提升热源的温度至理论温度。

可以理解的是，热泵系统包括多个温度传感器，分别用于监测热源的当前温度以及热水管路内的热水温度，温度传感器信号连接于控制装置，可以将温度信息及时传递至控制装置。热水的目标温度和压缩机的预设压缩比均为设定的数据，可以预存或者输入控制装置内。

压缩机的预设压缩比为压缩机保持正常运行时的控制压缩比，超过预设压缩比长时间运行时，压缩机的负荷较大，容易出现故障，进而导致热泵系统无法正常运行。

根据压缩机的预设压缩比可以确定冷媒从低温低压状态至高温高压状态释放的热量，在热水的目标温度以及热水的流量已知的情况下，热水与冷凝器换热后升温至目标温度时需要的热量是可以计算得到的，因此根据压缩机的预设压缩比以及热水的目标温度，可以计算热源的理论温度，即在单位时间内，热源提供的热量与热水升温至目标温度需要的能量保持比例关系或者相等关系。

如果热源的当前温度大于等于理论温度，说明压缩机不需要超过预设压缩比运行，就可以满足与蒸发器的换热需求，压缩机可以正常运行。在这种情况下，随着热源温度的提高，还可以适当降低压缩机的压缩比，以减少压缩机的负荷，进而减少热泵系统的能耗。

如果热源的当前温度小于理论温度，且压缩机按照预设压缩比运行，就需要提高热源的温度。

确定热源的当前温度小于理论温度时，将压缩机的压缩比调整至预设压缩比，同时控制补热管路向热源管路内补充热水，以提升热源管路内的水温。热源的温度上升后，蒸发器的换热效率提高，进而使冷凝器放热效率提高，可以提升热水的温度。

可以理解的是，热源的温度越低，需要补充的热水的流量越大，热源的温度越高，需要补充的热水流量越小。

在一些实施例中，向热源内通入热水以提升热源的温度至理论温度的步骤，之前还包括：

S221、根据热源的流量、热源的当前温度以及热水的当前温度确定热水的流量。

可以理解的是，热源的当前温度和流量确定后，想要使热源的温度提升至理论温度，只需要向热源补充对应的热量即可。根据热源的当前温度与理论温度之间的温差，以及热源的流量，可以确定需要补充的热量的大小。然后根据热水的当前温度降温至理论温度释放的热量，可以确定需要补充的热水的流量。

将热水与热源按照计算好的流量混合后，热源的温度可以提升至理论温度，进而确保压缩机的压缩比可以在预设压缩比下长久运行。

在一些实施例中，可以设定安全系数，适当提高流入热源的热水的流量，此时热源的温度稍微高于理论温度，可以对应降低压缩机的压缩比，进入减少压缩机的能耗。

在一些实施例中，根据热源的流量、热源的当前温度以及热水的当前温度确定热水的流量的步骤，具体包括：

S2211、根据热源的流量、热源的当前温度以及热水的当前温度，确定热源在当前温度上升1摄氏度所需要的热水的第一流量。

S2212、将热水以第一流量通入热源后，再次获取热水的当前温度以及热源的当前温度。

S2213、确定热水的当前温度小于目标温度，则重复以上步骤直至热水的当前温度大于等于目标温度。

可以理解的是，向热源管路内通入热水以提升热源管路内的水温时，随着热源温度升高，热水温度进一步提高，如果保持原来的流量向热源管路通入热水，将会导致热源的温度升高幅度较大，即提高热源温度后带来的影响是循环叠加的，因此可以制定进一步细致的控制策略。

本实施例中，采取了逐步升温的模式，先确定热源在当前温度的基础上升温1摄氏度所需要的第一流量，然后将热水以第一流量通入热源中。理论上，热水以第一流量通入热源，可以使热源提高1摄氏度；然而，随着热源温度提高，热水的温度进一步提高，此时继续以第一流量向热源提供热水时，会使热源的温度升温超过1摄氏度。

将热水以第一流量通入热源之后，获取热源的当前温度和热水的当前温度，如果热水的当前温度小于目标温度，此时根据热源的流量、热源的当前温度以及热水的当前温度，再次确定需要向热源补充热水的流量，此时由于热水温度已经得到了提升，需要补充的热水流量小于前一次的热水流量。

采用这种方法可以使热水温度逐步升温至目标温度，同时还可以使通入热源的热水流量降到最低，提高了能量的利用效率。

在一些实施例中，根据热源的流量、热源的当前温度以及热水的当前温度确定热水的流量的步骤，之后还包括：

S230、确定热水的流量与热源的流量的比例超过预设比例，则将热水的流量调整至热源的流量的预设比例。

可以理解的是，通过向热源管路内补充热水，可以提升热源内的水温，如果热源的温度较低，则需要增加热水的流量以弥补热量缺口，但是随着热源温度的进一步降低，将会导致热水的流量占据热源的流量的比例逐渐增加，此时热水管路内的热水数量持续减少，无法满足正常的供热需求。因此，在确定热水的流量与热源的流量的比例超过预设比例之后，不再进一步增加热水的流量，而是将热水的流量调整至热源的流量的预设比例，使热水维持当前流量，避免热水管路无法持续运行。

在一些实施例中，将热水的流量调整至热源的流量的预设比例的步骤，之后还包括：

S240、通过热回收装置或者辅热装置对所述热源内的水进行预热。

可以理解的是，这种情况出现在热源温度较低的极端情况下，热源与蒸发器的换热效率较低，热泵系统无法满足对外供热的需求，此时需要通过热回收装置或者辅热装置对热源内的水进行预热，以提升热源内的水温，进而确保热泵系统的稳定运行。

需要说明的是，通过热回收装置收集热水管路、压缩机等散发的热量对热源管路进行预热，没有增加热泵系统的能耗，但是可以使热源的温度得到提升，同时使热泵系统稳定运行。

根据本发明第三方面实施例提供的热泵系统的控制装置，请参阅图3，包括：

获取模块300，用于获取热源的当前温度。

确定模块301，用于根据热水的目标温度和压缩机的预设压缩比确定热源的理论温度。

控制模块302，用于在确定热源的当前温度小于理论温度时，将压缩机的压缩比调整至预设压缩比，并向热源内通入热水以提升热源的温度至理论温度。

可以理解的是，根据压缩机的预设压缩比可以确定冷媒从低温低压状态至高温高压状态释放的热量，在热水的目标温度以及热水的流量已知的情况下，热水与冷凝器换热后升温至目标温度时需要的热量是可以计算得到的，因此根据压缩机的预设压缩比以及热水的目标温度，可以计算热源的理论温度，即在单位时间内，热源提供的热量与热水升温至目标温度需要的能量保持比例关系或者相等关系。

如果热源的当前温度大于等于理论温度，说明压缩机不需要超过预设压缩比运行，就可以满足与蒸发器的换热需求，压缩机可以正常运行。在这种情况下，随着热源温度的提高，还可以适当降低压缩机的压缩比，减少压缩机的负荷，进而减少热泵系统的能耗。

如果热源的当前温度小于理论温度，且压缩机按照预设压缩比运行，就需要提高热源的温度。

确定热源的当前温度小于理论温度时，将压缩机的压缩比调整至预设压缩比，同时控制补热管路向热源管路内补充热水，以提升热源管路内的水温。热源的温度上升后，蒸发器的换热效率提高，进而使冷凝器散热效率加快，可以提升热水的温度。

图4示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图所示，该电子设备可以包括：处理器810(processor)、通信接口820(Communications Interface)、存储器830(memory)和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行热泵系统的控制方法，该方法包括：获取热源的当前温度；根据热水的目标温度和压缩机的预设压缩比确定热源的理论温度；确定热源的当前温度小于理论温度，则将压缩机的压缩比调整至预设压缩比，并向热源内通入热水以提升热源的温度至理论温度。

此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器830、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

进一步地，本发明实施例公开一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的热泵系统的控制方法，该方法包括：获取热源的当前温度；根据热水的目标温度和压缩机的预设压缩比确定热源的理论温度；确定热源的当前温度小于理论温度，则将压缩机的压缩比调整至预设压缩比，并向热源内通入热水以提升热源的温度至理论温度。

另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的热泵系统的控制方法，该方法包括：获取热源的当前温度；根据热水的目标温度和压缩机的预设压缩比确定热源的理论温度；确定热源的当前温度小于理论温度，则将压缩机的压缩比调整至预设压缩比，并向热源内通入热水以提升热源的温度至理论温度。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。