一种低温热泵的防冻系统发明专利

专利名称：一种低温热泵的防冻系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410668660.0

专利申请（专利权）人：深圳市派沃新能源科技股份有限公司
权利人地址：广东省深圳市宝安区沙井后亭第四工业区24号

专利发明（设计）人：潘清安,李相宏,罗李天

专利摘要：本发明提供一种低温热泵的防冻系统，包括：热泵机组控制单元、循环泵控制单元、和防冻水泵控制单元；其中，防冻水泵控制单元包括：采暖末端监测子单元、电源监测子单元和控制子单元；采暖末端监测子单元、电源监测子单元分别与控制子单元电连接；采暖末端监测子单元监测采暖末端的状态，控制子单元根据采暖末端的状态控制防冻水泵的工作。本发明的一级防冻原理基于热泵机组来控制循环泵的工作达到防冻的效果；二级防冻原理是基于热泵机组的控制来控制热泵机组开启来达到防冻的效果；三级防冻原理是在市电无法正常供应来进行一二级防冻的情况下，由系统防冻水泵运行来达到系统防冻的效果；能在系统断电的情况下保证水路系统短时间能不会冻结。

主权利要求：
1.一种低温热泵的防冻系统，其特征在于，包括：热泵机组控制单元、循环泵控制单元、和防冻水泵控制单元；
其中，防冻水泵控制单元包括：采暖末端监测子单元、电源监测子单元和控制子单元；
采暖末端监测子单元、电源监测子单元分别与控制子单元电连接；采暖末端监测子单元监测采暖末端的状态，控制子单元根据采暖末端的状态控制防冻水泵的工作；
热泵机组包括：压缩机、蒸发器、冷凝器和控制系统；热泵机组控制单元与控制系统通讯连接，控制热泵机组的开启；
循环泵机组包括：循环管路、泵组和第二控制系统；循环管路设置一端设置在热泵机组的水侧，另一端设置在热泵机组的输出侧；泵组设置在循环管路上；第二控制系统与循环泵控制单元通讯连接；
防冻水泵机组包括：水泵组件、散热管路、吸热管路、发热组件和传热介质；吸热管路设置在发热组件内；吸热管路、散热管路分别与水泵组件连接；传热介质设置在散热管路和吸热管路内；散热管路设置在热泵机组的水侧；
防冻水泵控制单元还包括：第一温度监测子单元和第二温度监测子单元；第一温度监测子单元设置在热泵机组外侧，监测外界环境温度；第二温度监测子单元设置在热泵机组的水侧，监测水侧的水温；当触发进入电源供电防冻的情况下时，外界环境温度大于预设的温度阈值时，控制防冻水泵不工作；当外界环境温度小于等于预设的温度阈值时，控制防冻水泵工作；
控制子单元的控制步骤具体如下：
当防冻水泵进入运行状态时，每隔预设的第一采样间隔对水温进行采样，根据采样的温度的平均值和方差，从模式控制表确定出初始控制模式；
控制防冻水泵以初始控制模式工作；
在防冻水泵以初始控制模式下工作时，每隔预设的第二采样间隔对水温进行采样，以采样的温度的先后顺序，构建分析数据组，采用分析数据组从分析表中调取分析结果；
根据分析结果，对防冻水泵进行过程控制；
当水温大于等于预设的截止阈值时，控制防冻水泵停止工作；
防冻水泵的控制单元还包括：阈值修正单元，用于根据低温热泵的具体运行情况以及所处环境的变化情况，对温度阈值和/或截止阈值进行修正；
阈值修正单元执行如下操作：
采用上次开机运行的特征数据、停机时间和所处环境的特征数据为查询项，查询预存的修正确定表，确定修正值；
此外，在低温热泵设置时，根据实际情况进行配置阈值修正表，具体配置在服务器进行；
通过配置终端采集低温热泵的周围环境的图像，将周围环境的图像上传至服务器；工作人员通过与服务器通讯获取低温热泵的参数输入界面，在参数输入界面输出低温热泵的参数，输入的参数包括：低温热泵的型号、作用目标空间的类型、作用目标空间的空间参数、作用目标空间与外界的隔绝方式、热能采集空间的类型、热能采集空间的空间参数、热能采集空间与外界的隔绝方式；服务器对工作人员上传的数据进行量化构建出多个第一特征值，对图像进行特征提取，获取多个第二特征值；依次序排列第一特征值和第二特征值，构建出调取特征参数集，将调取特征参数集与存储库中各个预设的阈值修正表对应特征参数集匹配，以此确定出配置的阈值修正表，服务器将阈值修正表发送至防冻系统的控制单元进行存储。
2.根据权利要求1所述的低温热泵的防冻系统，其特征在于，控制子单元还根据水侧的水温控制防冻水泵的工作时间。
3.根据权利要求1所述的低温热泵的防冻系统，其特征在于，传热介质包括：水。
4.根据权利要求1所述的低温热泵的防冻系统，其特征在于，防冻水泵控制单元包括：电压监测单元；电压监测单元设置在热泵机组的电源端，监测热泵机组的电压；当电压小于等于预设的电压阈值时，控制子单元触发进入电源供电防冻模式。 说明书 : 一种低温热泵的防冻系统技术领域[0001] 本发明涉及热泵系统技术领域，特别涉及一种低温热泵的防冻系统。背景技术[0002] 热泵是一种通过循环流动制冷剂来传递热量，从而实现制热或制冷的装置。低温热泵和超低温热泵都属于热泵的一种。低温热泵通常用于制热、制热水等应用，工作温度范围从‑35℃到50℃左右。[0003] 低温热泵的工作原理是通过制冷剂吸收低温环境中的热量，在压缩过程中将制冷剂的温度升高，然后利用冷凝器将高温制冷剂释放出的热量传递给室内环境，实现室内温度升高的效果。低温热泵通常采用比较常见的制冷剂，如R410a和R32等。[0004] 低温热泵，由于主要是应用于寒冷地区房间供暖供热以及制取生活热水的热泵，其自身的防冻性能尤为重要，是保证其正常工作的基础；现有的低温热泵的防冻技术具有以下缺点：[0005] 1：现有低温空气能热泵机组虽然具有完善的防冻保护系统，但水侧冻坏的问题也时有发生；[0006] 2：主要是由于热泵的防冻系统主要是针对热泵机组本身，对于面对不同的安装条件经常会出现保护失效，特别是对于机组供电电源不稳定的情况下。发明内容[0007] 本发明目的之一在于提供了一种低温热泵的防冻系统，以解决上述技术问题。[0008] 本发明实施例提供的一种低温热泵的防冻系统，包括：热泵机组控制单元、循环泵控制单元、和防冻水泵控制单元；[0009] 其中，防冻水泵控制单元包括：采暖末端监测子单元、电源监测子单元和控制子单元；采暖末端监测子单元、电源监测子单元分别与控制子单元电连接；采暖末端监测子单元监测采暖末端的状态，控制子单元根据采暖末端的状态控制防冻水泵的工作。[0010] 优选的，热泵机组包括：压缩机、蒸发器、冷凝器和控制系统；热泵机组控制单元与控制系统通讯连接，控制热泵机组的开启。[0011] 优选的，循环泵包括：循环管路、泵组和第二控制系统；循环管路设置一端设置在热泵机组的水侧，另一端设置在热泵机组的输出侧；泵组设置在循环管路上；第二控制系统与循环泵控制单元通讯连接。[0012] 优选的，防冻水泵控制单元还包括：第一温度监测子单元和第二温度监测子单元；第一温度监测子单元设置在热泵机组外侧，监测外界环境温度；第二温度监测子单元设置在热泵机组的水侧，监测水侧的水温；当触发进入电源供电防冻的情况下时，外界环境温度大于预设的温度阈值时，控制防冻水泵不工作；当外界环境温度小于等于预设的温度阈值时，控制防冻水泵工作。[0013] 优选的，控制子单元还根据水侧的水温控制防冻水泵的工作时间。[0014] 优选的，控制子单元的控制步骤具体如下：[0015] 当防冻水泵进入运行状态时，每隔预设的第一采样间隔对水温进行采样，根据采样的温度的平均值和方差，从模式控制表确定出初始控制模式；[0016] 控制防冻水泵以初始控制模式工作；[0017] 在防冻水泵以初始控制模式下工作时，每隔预设的第二采样间隔对水温进行采样，以采样的温度的先后顺序，构建分析数据组，采用分析数据组从分析表中调取分析结果；[0018] 根据分析结果，对防冻水泵进行过程控制；[0019] 当水温大于等于预设的截止阈值时，控制防冻水泵停止工作。[0020] 优选的，防冻水泵的控制单元还包括：阈值修正单元，用于根据低温热泵的具体运行情况以及所处环境的变化情况，对温度阈值和/或截止阈值进行修正；[0021] 阈值修正单元执行如下操作：[0022] 以上次开机运行的特征数据、停机时间和所处环境的特征数据为查询项，查询预存的修正确定表，确定修正值。[0023] 优选的，防冻水泵包括：水泵组件、散热管路、吸热管路、发热组件和传热介质；吸热管路设置在发热组件内；吸热管路、散热管路分别与水泵组件连接；传热介质设置在散热管路和吸热管路内。[0024] 优选的，传热介质包括：水。[0025] 优选的，防冻水泵控制单元包括：电压监测单元；电压监测单元设置在热泵机组的电源端，监测热泵机组的电压；当电压小于等于预设的电压阈值时，控制子单元触发进入电源供电防冻模式。[0026] 本发明的低温热泵的防冻系统，一级防冻原理基于热泵机组来控制循环泵的工作达到防冻的效果；二级防冻原理是基于热泵机组的控制来控制热泵机组开启来达到防冻的效果；三级防冻原理是在市电无法正常供应来进行一二级防冻的情况下，启用三级防冻，由系统防冻水泵运行来达到系统防冻的效果；能在系统断电的情况下保证水路系统短时间能不会冻结。该防冻系统的关键在通过合理的防冻系统设计降低了防冻系统的UPS电源的功率，从而大大降低了该系统的成本，使得该防冻系统正在能够应用到实际的采暖系统中。该防冻系统的应用能大大降低热泵机组在使用过程中的故障率（冻坏）。[0027] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。[0028] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明[0029] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：[0030] 图1为本发明实施例中一种低温热泵的防冻系统的示意图；[0031] 图2为本发明实施例中一种防冻水泵控制单元的示意图。具体实施方式[0032] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。[0033] 实施例1[0034] 本发明实施例提供了一种低温热泵的防冻系统，如图1和图2所示，包括：[0035] 热泵机组控制单元1、循环泵控制单元2、和防冻水泵控制单元3；[0036] 其中，防冻水泵控制单元3包括：采暖末端监测子单元31、电源监测子单元32和控制子单元33；采暖末端监测子单元31、电源监测子单元32分别与控制子单元33电连接；采暖末端监测子单元31监测采暖末端的状态，控制子单元33根据采暖末端的状态控制防冻水泵的工作。采暖末端监测子单元31通过设置在采暖末端的温度传感器监测温度，以此来监测采暖末端的状态；电源监测子单元32对防冻水泵的电源进行监测，以保证启动第三级防冻策略时，电能的供应。[0037] 其中，热泵机组包括：压缩机、蒸发器、冷凝器和控制系统；热泵机组控制单元与控制系统通讯连接，控制热泵机组的开启。[0038] 其中，循环泵包括：循环管路、泵组和第二控制系统；循环管路设置一端设置在热泵机组的水侧，另一端设置在热泵机组的输出侧；泵组设置在循环管路上；第二控制系统与循环泵控制单元通讯连接。[0039] 其中，防冻水泵包括：水泵组件、散热管路、吸热管路、发热组件和传热介质；吸热管路设置在发热组件内；吸热管路、散热管路分别与水泵组件连接；传热介质设置在散热管路和吸热管路内。[0040] 其中，传热介质包括：水；[0041] 其中，防冻水泵控制单元还包括：第一温度监测子单元和第二温度监测子单元；第一温度监测子单元设置在热泵机组外侧，监测外界环境温度；第二温度监测子单元设置在热泵机组的水侧，监测水侧的水温；当触发进入电源供电防冻的情况下时，外界环境温度大于预设的温度阈值时，控制防冻水泵不工作；当外界环境温度小于等于预设的温度阈值时，控制防冻水泵工作。[0042] 其中，控制子单元还根据水侧的水温控制防冻水泵的工作时间。[0043] 其中，控制子单元的控制步骤具体如下：[0044] 当防冻水泵进入运行状态时，每隔预设的第一采样间隔对水温进行采样，根据采样的温度的平均值和方差，从模式控制表确定出初始控制模式；[0045] 控制防冻水泵以初始控制模式工作；[0046] 在防冻水泵以初始控制模式下工作时，每隔预设的第二采样间隔对水温进行采样，以采样的温度的先后顺序，构建分析数据组，采用分析数据组从分析表中调取分析结果；[0047] 根据分析结果，对防冻水泵进行过程控制；[0048] 当水温大于等于预设的截止阈值时，控制防冻水泵停止工作。[0049] 本实施例的防冻系统，应用于低温热泵，存在三级防冻原理，一级防冻原理基于热泵机组来控制循环泵的工作达到防冻的效果；二级防冻原理是基于热泵机组的控制来控制热泵机组开启来达到防冻的效果；三级防冻原理是在市电无法正常供应来进行一二级防冻的情况下，启用三级防冻，由系统防冻水泵运行来达到系统防冻的效果。一级至三级，对应的触发温度依次降低，即当温度低于第一阈值温度时，启用一级；当低于第二阈值温度时，启用二级，当低于第三阈值温度时，启用三级；第一阈值温度大于等于第二阈值温度且大于等于第三阈值温度，第二阈值温度大于等于第三阈值温度。[0050] 三级防冻的关键是系统配备了UPS电源给防冻水泵供电，同时防冻水泵具有独特的特点；防冻水泵具有功率小，高扬程的特点，既能满足系统的水路防冻循环的同时又能降低UPS电源的功耗；防冻水泵还具有自主的控制能力，防冻水泵能检测外部环境温度T1（通过第一温度检测子单元）和水温T2（通过第二温度检测子单元），一种具体的应用情景下（温度阈值和截止阈值都为0度时），当触发UPS电源供电防冻的情况下，T1＞0℃时，防冻水泵不工作，T1≤0℃时防冻水泵才工作，工作时间根据T2的变化情况来确定。[0051] 为了实现对防冻水泵的精确控制，当防冻水泵进入运行状态时，每隔预设的第一采样间隔（10秒至120秒中任一）对水温进行采样，这个采样过程持续获取预设的数量（2至20中任一）的采样数据，根据采样的温度的平均值和方差，从模式控制表确定出初始控制模式；为了对防冻水泵工作过程中的控制以便于根据防冻水泵工作效果调整其工作模式，在初始控制模式下工作时还持续进行数据采样，采样间隔可以调整为第二采样间隔（10秒至120秒中任一），然后采样到预设的数量的采样数据后，以采样的温度的先后顺序，构建分析数据组，采用分析数据组从分析表中调取分析结果，分析结果包括提高防冻水泵的工作能级、降低防冻水泵的工作能级等；分析表为事先构建存储的，表中存在多个分析结果并且每个分析结果对应一个或多个与分析数据组对应的标示参数组；具体的调取步骤是分析数据组的各个数据，与对应的标示参数组的各个参数一一匹配，当都匹配符合时，调取对应的分析结果。此外，模式控制表也为事先构建，其是根据防冻水泵进入运行状态时的第一次采样步骤中的采样的温度的平均值和方差进行查询，以确定防冻水泵的初始控制模式。[0052] 实施例2[0053] 实施例1中对于防冻水泵的控制主要的是以温度阈值和/或截止阈值为考虑基础，但是对于不同的环境来说，热能的传递效率以及难度是不同的，为了使防冻水泵适应不断变化的外部环境，在实施例1基础上，本实施例提出的防冻水泵的控制单元还包括：阈值修正单元，用于根据低温热泵的具体运行情况以及所处环境的变化情况，对温度阈值和/或截止阈值进行修正；[0054] 阈值修正单元执行如下操作：[0055] 以上次开机运行的特征数据、停机时间和所处环境的特征数据为查询项，查询预存的修正确定表，确定修正值。[0056] 本实施例的阈值修正单元对表示低温热泵的具体运行情况的运行特征数据和表示所处环境的变化情况的特征数据进行分析，依据修正确定表，确定修正值，进而对温度阈值和/或截止阈值进行修正；修正后的数值为修正前的数值与修正值的和值；温度阈值和截止阈值可以配置为不联动，当配置为不联动时，对应的修正确定表也是不一样的，分别确定出对应温度阈值和截止阈值的修正值，进行分别修正。[0057] 对于上次开机运行的特征数据的获取，主要通过对上次开机运行的低温热泵的数据进行特征提取获得，提取的特征数据包括：预设的一个单位的能量输出对应的换能效率，水侧温度的平均值、最大值和最小值，输出侧的温度的平均值、最大值和最小值等；其中，预设的一个单位的能量输出对应的换能效率确定方式为：根据热泵机组的工作模式对应功率确定出一个单位的能量输出对应的工作时长，然后确定工作时长开始和结束后水侧温度的差值以及输出侧温度的差值，查询对应的预先配置的效率确定表确定。[0058] 对于所处环境的特征数据可通过检测外界温度和/或接入第三方平台获取的气象数据的分析获得，包括：外界温度值、天气类型、空气含水量等。[0059] 此外，由于各个低温热泵的设置位置是不同的，为了保证在防冻水泵工作过程中的精确控制的可行，需要在低温热泵设置时，根据实际情况进行配置阈值修正表，具体配置需要在服务器进行，首先通过配置终端采集低温热泵的周围环境的图像，将周围环境的图像上传至服务器；然后工作人员通过与服务器通讯获取低温热泵的参数输入界面，在参数输入界面输出低温热泵的参数，输入的参数包括：低温热泵的型号、作用目标空间的类型、作用目标空间的空间参数、作用目标空间与外界的隔绝方式、能热采集空间（采暖终端所处的空间）的类型、热能采集空间的空间参数、热能采集空间与外界的隔绝方式等；服务器对工作人员上传的数据进行量化构建出多个第一特征值，对图像数进行特征提取，获取多个第二特征值；然后依次序排列第一特征值和第二特征值，构建出调取特征参数集，将调取特征参数集与存储库中各个预设的阈值修正表对应特征参数集匹配，以此确定出配置的阈值修正表，然后服务器将阈值修正表发送至防冻系统的控制单元进行存储。[0060] 实施例3[0061] 为了明确低温热泵是否断电，进而及时开启防冻水泵，在实施例1基础上，本实施例提出的防冻水泵控制单元还包括：电压监测单元；电压监测单元设置在热泵机组的电源端，监测热泵机组的电压；当电压小于等于预设的电压阈值时，控制子单元触发进入电源供电防冻模式。[0062] 实施例4[0063] 为了应对极端天气或者突发情形来袭时，本发明实施例提供的低温热泵的防冻系统的防冻水泵控制单元还包括：应急启动控制单元，与服务器通讯连接，用于接收服务器的应急启动指令时启动防冻水泵；[0064] 其中，服务器的应急启动指令通过如下步骤确定：[0065] 对区域内的低温热泵进行分组，分组依据为各个低温热泵对应的调取特征参数集之间的相似度，相似度大于预设的相似度阈值的分为一组；[0066] 对分组内的各个低温热泵进行监控，当组内存在超过预设数量的低温热泵启动防冻水泵或低温热泵出现故障时，向组内各个其他的低温热泵发送应急启动指令。通过进行区域联控，保证了区域内其他的低温热泵的安全。[0067] 显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

专利地区：广东

专利申请日期：2024-05-28

专利公开日期：2024-09-03

专利公告号：CN118242794B