基于微通道换热器的热泵系统的控制方法

技术领域

本发明涉及热泵系统技术领域，具体涉及一种基于微通道换热器的热泵系统的控制方法。

背景技术

热泵空调是在普通空调器的基础上，安装一个四通换向阀，通过四通换向阀可以将原来空调器中的蒸发器和冷凝器的功能互相对换，使得空调器不仅可以给室内制冷，还可以给室内制热。当空调器给室内制冷时，室外换热器是做冷凝器使用的，此时，室内换热器是做蒸发器使用。当空调器给室内制热时，室外换热器是做蒸发器使用的，此时，室内换热器是做冷凝器使用。

微通道换热器以其结构紧凑、重量轻、成本低、换热效率高和耐压能力强等优点成为换热器发展的主要方向之一，已经应用于热泵系统中。但是，现有的微通道换热器存在扁管微通道迎风面和背风面换热不均匀问题。另一方面，当微通道换热器在热泵系统中作为蒸发器时，表面生成的冷凝水不容易排出，结构紧凑的特点会导致冷凝水集聚在扁管和翅片之间形成水桥，不仅阻碍了空气的流通降低换热效率，更容易在换热器表面形成结霜和结冰的情况，进一步降低了换热效率。即便扁管采用竖直安装或对翅片进行不断优化也很难完全解决结霜的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中热泵系统的微通道换热器存在扁管微通道迎风面和背风面换热不均匀的问题，提供一种基于微通道换热器的热泵系统的控制方法，该控制方法能够提高热泵系统中微通道换热器的热均匀性，提高系统换热效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于微通道换热器的热泵系统的控制方法，所述微通道换热器包括扁管，所述控制方法包括：当热泵系统运行时，所述扁管的旋转方向周期性地切换。

进一步的，所述旋转方向包括顺时针旋转和逆时针旋转，旋转方向的切换周期为30s～2min。

进一步的，所述控制方法还包括以下步骤：

判断当前所述热泵系统的运行模式；

当所述运行模式为制热模式或者制冷模式时，所述扁管的旋转角速度为随着压缩机工作频率的升高而阶梯式地逐渐升高。

进一步的，所述压缩机工作频率每升高5～10Hz，所述扁管的旋转角速度升高1rad。

进一步的，所述压缩机的工作频率为11-100Hz，所述扁管的旋转角速度为1-15rad/s。

进一步的，所述控制方法还包括以下步骤：

判断当前所述热泵系统的运行模式；

当所述运行模式为除霜模式时，获取室外换热器管温温度；

比较所述室外换热器管温温度与第一预设温度的关系；

若所述室外换热器管温温度大于第一预设温度，则所述扁管的旋转角速度为第一角速度；

若所述室外换热器管温温度小于或等于第一预设温度，则所述扁管的旋转角速度为第二角速度，所述第二角速度大于所述第一角速度。

进一步的，所述第二角速度为

进一步的，当所述室外换热器管温温度大于第一预设温度时，比较所述室外换热器管温温度与第二预设温度的关系，所述第二预设温度大于所述第一预设温度，

若所述室外换热器管温温度小于或等于所述第二预设温度，则所述扁管按照所述第一角速度旋转；

若所述室外换热器管温温度大于所述第二预设计温度，则所述扁管按照除霜模式前的旋转角速度旋转。

进一步的，当所述室外换热器管温温度大于所述第二预设计温度，比较所述室外换热器管温温度与第三预设温度的关系，所述第预设温度大于所述第二预设温度；

若所述室外换热器管温温度小于或等于所述第三预设温度，则所述扁管按照除霜模式前的旋转角速度旋转；

若所述室外换热器管温温度大于所述第三预设温度，则退出除霜模式。

进一步的，第一角速度为15-20rad/s，所述第二角速度为34-49rad/s。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的微通道换热器的扁管在热泵系统运行是旋转的，而且扁管的旋转方向是周期性地切换，也即是扁管是顺时针旋转和逆时针旋转周期性地变换，在轴流风叶引起的风向下，不管是顺时针旋转还是逆时针旋转，扁管的两个面都可以成为迎风面，换热比较均匀；而且，周期性地切换旋转方向可以使扁管由于一侧较高的风速和另一侧较低风速而产生的热差抵消，热均匀性好，系统的热效提高。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的微通道换热器的结构示意图；

图2为本发明一种实施方式的微通道换热器的热换器组件的结构示意图；

图3为图2的热换器组件旋转时的风向流动示意图；

图4为本发明的控制方法中扁管的旋转角速度随着压缩机工作频率的升高而阶梯式地逐渐升高的关系变化图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。本领域普通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，均属于本发明的保护范围。

一种基于微通道换热器的热泵系统的控制方法，所述微通道换热器包括扁管，所述扁管是可以旋转的。请参照图1和图2，图1显示了一种扁管为可旋转的微通道换热器的结构示意图，图2显示了由四个扁管组成的热换器组件的结构示意图。图1中，微通道换热器由八组热换器组件组成，每组热换器组件包括了四个扁管3。所述微通道换热器包括了第一集流管1、第二集流管2、热换器组件，每个热换器组件的两端分别通过转接件5与第一集流管1、第二集流管2分别转动连接，因此，整个换热器组件是可以旋转的，从而使得扁管3可以旋转。当热泵系统运行时，控制所述扁管的旋转方向周期性地切换。

请参照图3，图3显示了热换器组件旋转时的风向流动，在轴流风叶引起的风向下，换热器组件不管是顺时针转动还是逆时针转动，每个扁管的上下(或左右)两个面都可以成为迎风面，换热比较均匀。但是由换热器组件自身转动产生的旋转风只能使扁管的一侧有较高的风速，而另一侧风速则相对较低，所以为了实现扁管两侧换热的均匀，需要逆时针和顺时针交替进行。

一种可选的实施方式是：所述旋转方向包括顺时针旋转和逆时针旋转，旋转方向的切换周期为30s～2min。

理论上，逆时针和顺时针交替进行越频繁，换热效果会越好，但是交替越频繁，设备的稳定性会越差，兼顾两者本实施方式中设定30s-2min交替一次为宜。

一种可选的实施方式是：所述控制方法还包括以下步骤：

判断当前所述热泵系统的运行模式；

当所述运行模式为制热模式或者制冷模式时，所述扁管的旋转角速度为随着压缩机工作频率的升高而阶梯式地逐渐升高。

在制冷模式或制热模式中，随着换热器组件转速的提高，扁管表面风速不断提高，换热量也随之提升，但是转速的提升也带来电机功率的提高，即整机功率的提高，所以综合能效与转速并非一次线性关系。按照压缩机功率随压缩机频率逐步提高的特点，限定角速度ω随压缩机频率的提高而逐步升高，同时根据仿真计算结果限定角速度ω在压缩机整个运行频率中按照1-15rad/s进行阶梯式划分。

如图4中，压缩机运行频率范围为11-100Hz，扁管的旋转角速度ω的运行范围为1-15rad/s，随着压缩机频率的逐渐升高，角速度ω阶梯式逐步升高。

一种可选的实施方式是：所述压缩机工作频率每升高5～10Hz，所述扁管的旋转角速度升高1rad。优选地，在保持所述压缩机的工作频率为11-100Hz，所述扁管的旋转角速度为1-15rad/s的范围内，所述压缩机工作频率每升高6Hz，所述扁管的旋转角速度升高1rad。

一种可选的实施方式是：所述控制方法还包括以下步骤：

获取室外换热器管温温度；

当前所述热泵系统的运行模式为除霜模式时，比较所述室外换热器管温温度与第一预设温度的关系；

若所述室外换热器管温温度大于第一预设温度，则所述扁管的旋转角速度为第一角速度；

若所述室外换热器管温温度小于或等于第一预设温度，则所述扁管的旋转角速度为第二角速度，所述第二角速度大于所述第一角速度。

一种可选的实施方式是：所述第二角速度为

一种可选的实施方式是：当所述室外换热器管温温度大于第一预设温度时，比较所述室外换热器管温温度与第二预设温度的关系，所述第二预设温度大于所述第一预设温度，

若所述室外换热器管温温度小于或等于所述第二预设温度，则所述扁管按照所述第一角速度旋转；

若所述室外换热器管温温度大于所述第二预设计温度，则所述扁管维持所述室外换热器管温温度大于所述第二预设计温度之前的旋转角速度进行旋转。

一种可选的实施方式是：当所述室外换热器管温温度大于所述第二预设计温度，比较所述室外换热器管温温度与第三预设温度的关系，所述第三预设温度大于所述第二预设温度；

若所述室外换热器管温温度小于或等于所述第三预设温度，则所述扁管维持所述室外换热器管温温度大于所述第二预设计温度之前的旋转角速度进行旋转；

若所述室外换热器管温温度大于所述第三预设温度，则退出除霜模式。

一种可选的实施方式是：第一角速度为15-20rad/s，所述第二角速度为34-49rad/s。

下面以具体的实施数据来做进一步详细直观的介绍。

利用室外管温感包检测室外换热器管温温度，当连续30s检测到温度T≤0℃时，进入除霜模式。在此模式下，换热器组件逆时针和顺时针转动方向依然按照原先设定周期性地切换旋转方向。

当-5℃(第一预设温度)＜T≤0℃(第二预设温度)时，扁管的旋转角速度ω应满足：15-20rad/s(第一角速度)。此时刚刚形成的较小的霜层在扁管的高速转动下可以大部分脱落，增大了整个微通道换热器在恶劣工况下的换热，从而延长了微通道换热器的结霜时间。

当T≤-5℃时，扁管的旋转角速度ω进一步增大使扁管上的冰或霜在离心力的作用下，从扁管表面飞出，须满足

推导公式如下：

根据向心力和离心力公式F

F向—物体的向心力，N

F离—物体的离心力，N

m—物体的质量，Kg

a—向心加速度，N/Kg

ω—角速度，rad/s

r—半径，m。在本申请中，r即为扁管的宽度。

通过受力分析可知，当附着在扁管上的冰霜处于竖直方向时，所受到的向心力最大，此时飞出扁管表面所需的离心力也最大。

F

g—重力加速度，取值9.8N/Kg

μ—摩擦系数，扁管为铝制，无润滑情况下，表面滑动摩擦系数为1.4

得到，

通过以上公式也可以看出，扁管宽度(r)越大，扁管的旋转角速度ω的最小值会越小，所以在微通道的设计中，从设备的可靠性方面考虑，扁管的宽度不宜太小。现有扁管宽度在10-20mm之间，所以此时，扁管的旋转角速度ω的取值范围为34-49rad/s(第二角速度)。

当0℃＜T≤5℃(第三预设温度)时，扁管的旋转角速度ω维持原来室外换热器管温温度小于或等0℃时扁管的旋转角速度。

当连续30s检测到T＞5℃时，退出除霜模式，进入正常的制冷模式或制热模式运行。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应局限于该实施例和附图所公开的内容，所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。