CN101907355B - 一种自适应、自调控节能型热泵热水机及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种自适应、自调控节能型热泵热水机，包括依次相连的压缩机系统一中的压缩机一(1)、四通阀一(3)、储液器一(7)、膨胀阀一(9)、汽液分离器一(5)；压缩机系统二中的压缩机二(2)、四通阀二(6)、储液器二(8)、膨胀阀二(10)、汽液分离器二(4)以及两上系统共用的冷凝器组件(11)、蒸发器组件(12)、控制阀(13)，其特征在于，两个储液器通过紫铜管连接在一起，冷凝器组件和蒸发器组件的进出口有6个电磁阀进行制冷剂流向的控制。根据本发明的自适应、自调控节能型热泵热水机运行方法有：强热模式，节能模式，及自适应模式。根据环境温度和热水的需求量，选择多种运行模式其中的一种进行运行，提高机组能效。

Description

一种自适应、自调控节能型热泵热水机及其运行方法

技术领域

本发明属热泵热水技术领域，特别是涉及一种自适应、自调控节能型热泵热水机。

背景技术

热泵热水机组是最近几年新兴的热水制造设备，它以电为动力，安装方便、施工周期短、占地面积少、无需燃料堆放场所、无排渣的运输费用及三废处理开支、无需专门值班人员，对于城市密集地区的集中供热水系统来说，压缩式热泵热水机组表现出明显的优势。

另一方面，热泵可通过吸收环境天然能源及余热、废热，全年供热、夏季供冷，是一种利用可再生能源的高效节能无污染的使用技术。热泵热水机组的制热功率达300％以上，相同的输出，热泵热水机组的输入功率只有电锅炉的1/3～1/4，对供电容量的压力不大，生产热水的成本只有电锅炉的1/3～1/4。

热泵热水机组同样可以使用蓄能装置，利用夜间低谷电制取一定温度的热水，储存于保温水箱内，供用电高峰时使用，起到削峰填谷作用。近年来，随着我国节能和环保要求的提高，热泵热水机组在中央供热水系统中得到广泛应用。

在目前的热泵热水机市场上，出现夏天因为制热量高、需求加热的热水量少、加热的温差小等特性，热泵热水机工作时间很短，每天只工作四五个小时，就能把全天需求的热水加热完成，机组的利用率低，同时也大量的热水加热好而没有使用，大量的热量散热而产生损失。而冬天则和夏天相反，制热量小、需求加热的热水量多、加热的温差大等特性，出现热泵热水机工作时间很长，加热二十四小时也满足不了热水量的需求。

为此，需要一种自适应、自调控节能型热泵热水机，可根据环境温度和热水的需求量，选择多种运行模式中的一种运行，达到在环境温度较高时，提高机组的能效，节约能源；当环境较低时，增加机组的制热量，满足热水使用需求的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种自适应、自调控节能型热泵热水机，所述自适应、自调控节能型热泵热水机可针对上述热泵热水机的加热热水的情况，采用两台压缩机系统独立设计。两个压缩机的规格相同，根据环境温度和热水的需求量，选择多种运行模式中的一种进行运行，达到环境温度较高时，提高机组的能效，达到节约能源的目的，当环境较低时，增加机组的制热量，满足热水使用需求。

本发明的技术方案如下：

一种自适应、自调控节能型热泵热水机，包括依次相连的压缩机系统一中的压缩机一、四通阀一、、储液器一、膨胀阀一、汽液分离器一；压缩机系统二中的压缩机二、四通阀二、储液器二、膨胀阀二、汽液分离器二以及两上系统共用的冷凝器组件、蒸发器组件、控制阀，部件之间紫铜管连接，其特征在于：两个储液器通过紫铜管连接在一起，冷凝器组件和蒸发器组件的进出口有6个电磁阀进行制冷剂流向的控制。

根据本发明所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，所述自适应、自调控节能型热泵热水机运行方法有：强热模式，节能模式，及自适应模式。

根据本发明所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，所述强热模式为：

当机组的产热水量≤总热水量/16≤总热水量/16是指每天机组两台压缩机同时运行，16个小时也不能完成总热水量的需求，两台压缩机同时运行，同时压缩机的低压侧通过增加能量热交换装置，使部分液态的制冷剂转化为气态补充到压缩机低压侧，进行补气增焓提高机组的制热量，增加机组的能效，达到节能的目的；此时系统的元器件和两个组件的电磁阀动作如下：

四通阀一、四通阀二失电，电磁阀一、电磁阀三、电磁阀五、电磁阀六、电磁阀七、电磁阀八、电磁阀九、电磁阀十电磁阀开启，电磁阀二、电磁阀四、电磁阀十一、电磁阀十二关闭。

机组工作在强热模式时，通过两台压缩机都投入运行，满足环境温度低大热水量的需求，为了达到机组多产热水的需求，同时增加压缩机增气补焓功能，增加在此工况下制冷剂的循环流量，提高机组的低温的制热量和降低排气温度等有益的效果。

由此，满足环境温度较低时大热水量的需求。

根据本发明所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，所述节能模式1为：

当机组的每小时产热水量≥总热水量/10，≥总热水量/10是指每天机组运行10个小时内就能完成总热水量的需求，因此就可以利用两台压缩机分别独立和错开运行，同样能满足在20小时之内就能生产出一天所需的总热水量，且一台压缩机运行在两组冷凝器和两组蒸发器时不会出现异常时(会根据冷凝压力、蒸发压力、节流前系统温度、吸气温度几个参数进行模糊识别和决策运行在节能模式2或节能模式3)，运行节能模式1，压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀六、电磁阀七、电磁阀九、电磁阀十一、电磁阀十二开启，电磁阀五、电磁阀八、电磁阀十电磁阀关闭；

压缩机系统二运行时，这时两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六、电磁阀八、电磁阀十、电磁阀十一、电磁阀十二开启，电磁阀一、电磁阀七、电磁阀九电磁阀关闭。

节能模式为，当两台压缩机根据运行的累积时间交替投入运行，根据检测的进水温度、环境温度、翅片温度、高压侧压力、低压侧压力综合判断，决定机组运行在哪种节能。

机组工作在节能模式1时，运行一台压缩机，没有运行的压缩机系统的冷凝器和蒸发器都并入此系统，这样冷凝面积和蒸发面积都扩大了一倍，冷凝和蒸发效果都提高了很多。经试验验证，产品的制热量可能提高15％，能效可以提高35％。为了保证压缩机的均衡磨损，两台压缩机根据运行的时间交替开机。同时为了保证避免在冷凝效果好时，过渡冷凝产生过多的液态制冷剂产生过在的流动阻时或蒸发效果过好超过压缩机的运行工况时，分别节能模式2和节能模式3。

根据本发明所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，当机组的每小时产热水量≥总热水量/10，≥总热水量/10是指每天机组运行10个小时内就能完成总热水量的需求，因此就可以利用两台压缩机分别独立和错开运行，同样能满足在20小时之内就能生产出一天所需的总热水量，且检测到机组的冷凝效果太好，在冷凝侧形成过多的液位，蒸发压力低于0.5MPa，运行节能模式2：

压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀一、电磁阀三、电磁阀七、电磁阀九、电磁阀十一、电磁阀十二开启，电磁阀二、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六、电磁阀八、电磁阀十电磁阀关闭；

压缩机系统二运行时，这时两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀五、电磁阀六、电磁阀八、电磁阀十、电磁阀十一、电磁阀十二电磁阀开启，电磁阀二、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六、电磁阀七、电磁阀九电磁阀关闭。

根据本发明所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，当机组的每小时产热水量≥总热水量/10，≥总热水量/10是指每天机组运行10个小时内就能完成总热水量的需求，因此就可以利用两台压缩机分别独立和错开运行，同样能满足在20小时之内就能生产出一天所需的总热水量，且检测的环境温度较高、蒸发压力超过1.0MPa，运行节能模式3：

压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀一、电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀六、电磁阀七、电磁阀九电磁阀开启，电磁阀五、电磁阀八、电磁阀十、电磁阀十一、电磁阀十二电磁阀关闭；

压缩机系统二运行时，这时两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀二、电磁阀三、电磁阀四、电磁阀五、电磁阀六、电磁阀十一、电磁阀十二电磁阀开启，电磁阀一、电磁阀七、电磁阀八、电磁阀九、电磁阀十电磁阀关闭。

为了保证压缩机的均衡磨损，两台压缩机根据运行的时间交替开机。同时为了保证避免在冷凝效果好时，过渡冷凝产生过多的液态制冷剂产生过在的流动阻力时或蒸发效果过好超过压缩机的运行工况时，分别节能模式2和节能模式3。

根据本发明所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，当机组处于春秋季过渡季节时，运行自适应模式，所述自适应模式为：

自动选择强热模式或节能模式运行，当总热水量/16＜机组的每小时产热水量＜总热水量/10，二个系统同时运行时，在10到16个小时之内可以产需求的总热水量。

由此，保证既达到节的目的，又能满足热水的需求。

在春秋季环境温度适中时，根据实际用水情况，运行自适应模式，通过对这个环境温度下机组的实际产热水量和需求的热水量自动进行识别和处理，自动控制机组运行在强制模式或节能模式运行的时间，满足在各个时间段时用水量的需求，达到按需所做，以避免多产生的热量长时间储存而产生热量散发的浪费。

将两个储液器进行连通，能自动调节参与循环的制冷剂流量，当只有一台压缩机运行时，控制阀打开，将多余的制冷量储存起来，保证两个压缩机系统里的制冷剂在只有一台压缩机运行时也能保证适合需求制冷剂的循环量。当两台压缩机同时运行时，关闭控制阀。

根据本发明的自适应、自调控节能型热泵热水机，所述自适应、自调控节能型热泵热水机可针对上述热泵热水机的加热热水的情况，采用两台压缩机独立设计，两个压缩机的规格相同，根据环境温度和热水的需求量，选择多种运行模式其中的一种进行运行，达到环境温度较高时，提高机组的能效，达到节约能源的目的，当环境较低时，增加机组的制热量，满足热水使用需求。

附图说明

图1为本发明的自适应、自调控节能型热泵热水机原理图。

图2为本发明的自适应、自调控节能型热泵热水机的冷凝器示意图。

图3为本发明的自适应、自调控节能型热泵热水机的蒸发器示意图。

图中，1为压缩机一，2为压缩机二，3为四通阀一，4为汽液分离器二，5为汽液分离器一，6为四通阀二，7为储液器一，8为储液器二，9为膨胀阀一，10为膨胀阀二，11为冷凝器组件，12为蒸发器组件，13为控制阀；

11-1为电磁阀一，11-2为电磁阀二，11-3为电磁阀三，11-4为电磁阀四，11-5为电磁阀五，11-6为电磁阀六；

12-1为电磁阀七，12-2为电磁阀八，12-3为电磁阀九，12-4为电磁阀十，12-5为电磁阀十一，12-6为电磁阀十二，12-7为风机，12-8为蒸发器。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明的热泵热水机用双路节流匹配和控制装置。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图所示，自适应、自调控节能型热泵热水机组包括依次相连的压缩机一(1)、四通阀一(3)、冷凝器组件(11)、储液器一(7)、膨胀阀一(9)、蒸发器组件(12)、汽液分离器一(5)；压缩机二(2)、四通阀二(6)、冷凝器组件(11)、储液器二(8)、膨胀阀二(10)、蒸发器组件(12)、汽液分离器二(4)；部件之间连接为紫铜管，及控制阀(13)，所述的连接特征为：两个储液器能过紫铜管连接在一起，冷凝器组件和蒸发器组件的进出口有6个电磁阀进行制冷剂流向的控制。

工作模式如下：1、强热模式：当机组的产热水量≤总热水量/16，两台压缩机同时运行，同时进行补气增焓提高机组的制热量，满足环境温度较低时大热水量的需求。

此时系统的元器件和两个组件的电磁阀动作如下：3、6四通阀失电，11-1、11-3、11-5、11-6、12-1、12-2、12-3、12-4电磁阀开启，11-2、11-4、12-5、12-6电磁阀关闭。2、节能模式：两台压缩机根据运行的累积时间交替投入运行，根据检测的进水温度、环境温度、翅片温度、高压侧压力、低压侧压力综合判断，决定机组运行在哪种节能，当机组的产热水量≥总热水量/10，且一台压缩机运行在两组冷凝器和两组蒸发器时不会出现异常时，运行节能模式1，压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：11-1、11-2、11-3、11-4、11-6、12-1、12-3、12-5、12-6电磁阀开启，11-5、12-2、12-4电磁阀关闭；压缩机系统二运行时，这时两个组件的电磁阀动作如下：11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、12-2、12-4、12-5、12-6电磁阀开启，11-1、12-1、12-3电磁阀关闭。②当检测到机组的冷凝效果太好，在冷凝侧充分冷凝，形成过多的液位，产生较大的流动阻力，压缩机不能正常运行时，运行节能模式2，压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：11-1、11-3、12-1、12-3、12-5、12-6电磁阀开启，11-2、11-4、11-5、11-6、12-2、12-4电磁阀关闭；压缩机系统二运行时，这时两个组件的电磁阀动作如下：11-5、11-6、12-2、12-4、12-5、12-6电磁阀开启，11-2、11-4、11-5、11-6、12-1、12-3电磁阀关闭。③当检测的环境温度较高、低压压力超过压缩机的运行范围时，运行节能模式3，压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：11-1、11-2、11-3、11-4、11-6、12-1、12-3电磁阀开启，11-5、12-2、12-4、12-5、12-6电磁阀关闭；压缩机系统二运行时，这时两个组件的电磁阀动作如下：11-2、11-3、11-4、11-5、11-6、112-5、12-6电磁阀开启，11-1、12-1、2-2、12-3、12-4电磁阀关闭。3、自适应模式：当机组处于春秋季过渡季节时，运行自适应模式，在此模式下，可自动选择强热模式或节能模式运行，当总热水量/16＜机组的产热水量＜总热水量/10，同时根据变环境工况时的实际制热水能力，每天合理分配这个模式下强热模式和节能模式的运行时间，保证既达到节的目的，又能满足热水的需求。

机组工作在强热模式时，通过两台压缩机都投入运行，满足环境温度低大热水量的需求，为了达到机组多产热水的需求，同时增加压缩机增气补焓功能，增加在此工况下制冷剂的循环流量，提高机组的低温的制热量和降低排气温度等有益的效果。

机组工作在节能模式1时，运行一台压缩机，没有运行的压缩机系统的冷凝器和蒸发器都并入此系统，这样冷凝面积和蒸发面积都扩大了一倍，冷凝和蒸发效果都提高了很多。经试验验证，产品的制热量可能提高15％，能效可以提高35％。为了保证压缩机的均衡磨损，两台压缩机根据运行的时间交替开机。同时为了保证避免在冷凝效果好时，过渡冷凝产生过多的液态制冷剂产生过在的流动阻力时或蒸发效果过好超过压缩机的运行工况时，分别节能模式2和节能模式3。

在春秋季环境温度适中时，根据实际用水情况，运行自适应模式，通过对这个环境温度下机组的实际产热水量和需求的热水量自动进行识别和处理，自动控制机组运行在强制模式或节能模式运行的时间，满足在各个时间段时用水量的需求，达到按需所做，以避免多产生的热量长时间储存而产生热量散发的浪费。

将两个储液器进行连通，能自动调节参与循环的制冷剂流量，当只有一台压缩机运行时，控制阀打开，将多余的制冷量储存起来，保证两个压缩机系统里的制冷剂在只有一台压缩机运行时也能保证适合需求制冷剂的循环量。当两台压缩机同时运行时，关闭控制阀。

根据本发明的自适应、自调控节能型热泵热水机，所述自适应、自调控节能型热泵热水机可针对上述热泵热水机的加热热水的情况，采用两台压缩机独立设计，两个压缩机的规格相同，根据环境温度和热水的需求量，选择多种运行模式其中的一种进行运行，达到环境温度较高时，提高机组的能效，达到节约能源的目的，当环境较低时，增加机组的制热量，满足热水使用需求。

Claims (7)

1.一种自适应、自调控节能型热泵热水机，其特征在于，所述热泵热水机包括：依次相连的压缩机系统一中压缩机一(1)、四通阀一(3)、冷凝器组件(11)、储液器一(7)、膨胀阀一(9)、蒸发器组件(12)、汽液分离器一(5)，

依次连接的压缩机系统二中压缩机二(2)、四通阀二(6)、冷凝器组件(11)、储液器二(8)、膨胀阀二(10)、蒸发器组件(12)、汽液分离器二(4)；及控制阀(13)，所述两个储液器连接在一起，

所述冷凝器组件(11)和蒸发器组件(12)的进出口各有6个电磁阀进行制冷剂流向的控制。

2.一种如权利要求1所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，所述自适应、自调控节能型热泵热水机运行方法有：强热模式，节能模式，及自适应模式。

3.如权利要求2所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，所述强热模式为：

当机组的每小时产热水量≤总热水量/16，机组的每小时产热水量≤总热水量/16是指每天机组两台压缩机同时运行，16个小时也不能完成总热水量的需求，两台压缩机同时运行，同时压缩机的低压侧通过增加能量热交换装置，使部分液态的制冷剂转化为气态补充到压缩机低压侧，进行补气增焓提高机组的制热量，增加机组的能效，达到节能的目的；

此时系统的元器件和两个组件的电磁阀动作如下：

四通阀一(3)、四通阀二(6)失电，电磁阀一(11-1)、电磁阀三(11-3)、电磁阀五(11-5)、电磁阀六(11-6)、电磁阀七(12-1)、电磁阀八(12-2)、电磁阀九(12-3)、电磁阀十(12-4)开启，电磁阀二(11-2)、电磁阀四(11-4)、电磁阀十一(12-5)、电磁阀十二(12-6)关闭。

4.如权利要求3所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，节能模式分为节能模式1、节能模式2、节能模式3，其特征在于，所述节能模式1为：

当机组的每小时产热水量≥总热水量/10，机组的每小时产热水量≥总热水量/10是指每天机组运行10个小时内就能完成总热水量的需求，因此就可以利用两台压缩机分别独立和错开运行，同样能满足在20小时之内就能生产出一天所需的总热水量，且一台压缩机运行在两组冷凝器和两组蒸发器时不会出现异常时，运行节能模式1，

压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀一(11-1)、电磁阀二(11-2)、电磁阀三(11-3)、电磁阀四(11-4)、电磁阀六(11-6)、电磁阀七(12-1)、电磁阀九(12-3)、电磁阀十一(12-5)、电磁阀十二(12-6)开启，电磁阀五(11-5)、电磁阀八(12-2)、电磁阀十(12-4)关闭；

压缩机系统二运行，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀二(11-2)、电磁阀三(11-3)、电磁阀四(11-4)、电磁阀五(11-5)、电磁阀六(11-6)、电磁阀八(12-2)、电磁阀十(12-4)、电磁阀十一(12-5)、电磁阀十二(12-6)开启，电磁阀一(11-1)、电磁阀七(12-1)、电磁阀九(12-3)关闭。

5.如权利要求4所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，所述节能模式2为：

当机组的每小时产热水量≥总热水量/10，机组的每小时产热水量≥总热水量/10是指每天机组运行10个小时内就能完成总热水量的需求，因此就可以利用两台压缩机分别独立和错开运行，同样能满足在20小时之内就能生产出一天所需的总热水量，且检测到机组的冷凝效果太好，在冷凝侧形成过多的液位，蒸发压力低于0.5MPa，产生较大的流动阻力，压缩机不能正常运行时，运行节能模式2：

压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀一(11-1)、电磁阀三(11-3)、电磁阀七(12-1)、电磁阀九(12-3)、电磁阀十一(12-5)、电磁阀十二(12-6)开启，电磁阀二(11-2)、电磁阀四(11-4)、电磁阀五(11-5)、电磁阀六(11-6)、电磁阀八(12-2)、电磁阀十(12-4)关闭；

压缩机系统二运行时，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀五(11-5)、电磁阀六(11-6)、电磁阀八(12-2)、电磁阀十(12-4)、电磁阀十一(12-5)、电磁阀十二(12-6)开启，电磁阀二(11-2)、电磁阀四(11-4)、电磁阀五(11-5)、电磁阀六(11-6)、电磁阀七(12-1)、电磁阀九(12-3)关闭。

6.如权利要求4所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，所述节能模式3为：

当机组的每小时产热水量≥总热水量/10，机组的每小时产热水量≥总热水量/10是指每天机组运行10个小时内就能完成总热水量的需求，因此就可以利用两台压缩机分别独立和错开运行，同样能满足在20小时之内就能生产出一天所需的总热水量，且检测的环境温度较高、蒸发压力超过1.0MPa，运行节能模式3：

压缩机系统一运行时，两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀一(11-1)、电磁阀二(11-2)、电磁阀三(11-3)、电磁阀四(11-4)、电磁阀六(11-6)、电磁阀七(12-1)、电磁阀九(12-3)开启，电磁阀五(11-5)、电磁阀八(12-2)、电磁阀十(12-4)、电磁阀十一(12-5)、电磁阀十二(12-6)关闭；

压缩机系统二运行时，这时两个组件的电磁阀动作如下：电磁阀二(11-2)、电磁阀三(11-3)、电磁阀四(11-4)、电磁阀五(11-5)、电磁阀六(11-6)、电磁阀十一(12-5)、电磁阀十二(12-6)开启，电磁阀一(11-1)、电磁阀七(12-1)、电磁阀八(12-2)、电磁阀九(12-3)、电磁阀十(12-4)关闭。

7.如权利要求2所述的自适应、自调控节能型热泵热水机的运行方法，其特征在于，当机组处于春秋季过渡季节时，运行自适应模式，所述自适应模式为：

自动选择强热模式或节能模式运行，当总热水量/16＜机组的每小时产热水量＜总热水量/10，二个压缩机系统同时运行时，在10到16个小时之内可以产需求的总热水量，同时根据变环境工况时的实际制热水能力，每天合理分配这个模式下强热模式和节能模式的运行时间，在20小时内完成一天的热水量。

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