CN102967081B - 热泵换热器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种热泵换热器及其控制方法，热泵换热器，包括构成冷冻循环的蒸发器和冷凝器以及压缩机，其结构特征是还包括通过连通管连通的冷水罐和热水罐，蒸发器设置在冷水罐内，冷凝器设置在热水罐内，连通管中串接有第一电磁阀和第三电磁阀，冷水入口管的一端接入第一电磁阀和第三电磁阀之间，冷水罐上设置有冷水温度传感器和冷水罐电加热，热水罐上设置有热水温度传感器和热水罐电加热。冷水罐上设置有带有第三电磁阀的第一生活用水出水管，以及带有第二电磁阀的第一排水管。热水罐上设置有带有第五电磁阀的第二排水管，以及带有第六电磁阀的第二生活用水出水管。本发明具有结构简单合理、换热效率高、适用范围广的特点。

Description

热泵换热器及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种热泵换热器，特别是一种热泵换热器及其控制方法。

背景技术

目前，热泵换热技术在日常生活中使用很广泛，其换热源主要有地源、风源和水源；就热泵换热技术本身而言，换热面积大、热量传导性好的换热源是最理想的选择；地源换热在现有技术中使用最为广泛，但是，地源换热需要大范围的布置采暖设施，繁琐且成本较高，风源、水源方式则可避免以上问题，就热量传导效果和换热效率而言，水源优于风源。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、换热效率高、适用范围广的热泵换热器及其控制方法，以克服现有技术中的不足之处。

按此目的设计的一种热泵换热器，包括构成冷冻循环的蒸发器和冷凝器以及压缩机，其结构特征是还包括通过连通管连通的冷水罐和热水罐，蒸发器设置在冷水罐内，冷凝器设置在热水罐内，连通管中串接有第一电磁阀和第三电磁阀，冷水入口管的一端接入第一电磁阀和第三电磁阀之间，冷水罐上设置有冷水温度传感器和冷水罐电加热，热水罐上设置有热水温度传感器和热水罐电加热；蒸发器上设置有蒸发器温度传感器。

所述冷水罐上设置有带有第三电磁阀的第一生活用水出水管，以及带有第二电磁阀的第一排水管。

所述热水罐上设置有带有第五电磁阀的第二排水管，以及带有第六电磁阀的第二生活用水出水管。

所述冷水罐上设置有第一泄压阀，热水罐上设置有第二泄压阀。

一种热泵换热器的控制方法，其特征是包括热泵换热程序，该热泵换热程序包括以下步骤：

步骤一，开始上电，

步骤二，系统初始化，

步骤三，首先分别向冷水罐和热水罐内充注自来水，接下来，判断冷水罐和热水罐是否分别充满，当其都充满时，进入步骤四，当其任一个没有充满时，继续充注，直至充满，

步骤四，判断压缩机状态是否正常，当其正常时，进入步骤五，当其不正常时，进入步骤十二，

步骤五，判断压缩机启动条件是否成立，当其成立时，进入步骤六，当其不成立时，进入步骤十三，

步骤六，调用启动压缩机程序，进入步骤七，

步骤七，判断是否满足电加热条件，当其满足时，进入步骤八，当其不满足时，进入步骤十四，

步骤八，调用冷水罐或热水罐的电加热程序，进入步骤九，

步骤九，判断是否进入保护，当进入保护时，进入步骤十，当未进入保护时，进入步骤十一，

当传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度保护中的一个以上被触发时，就进入保护，

步骤十，调用保护处理程序，

保护处理程序包括传感器故障处理程序、压缩机的高低压故障处理程序、压缩机的排气温度故障处理程序以及冷水温度处理程序，

步骤十一，结束单次循环，返回步骤三，

步骤十二，报故障，然后进入步骤四，

步骤十三，关闭压缩机程序，进入步骤七，

步骤十四，关闭冷水罐或热水罐的电加热程序，进入步骤九。

所述冷水温度处理程序包括以下步骤：

步骤a，当蒸发器温度传感器的温度＜5℃时，进入步骤b，否则进入步骤e，

步骤b，强制关闭压缩机，进入步骤c，

步骤c，当蒸发器温度传感器的温度＞7℃时，进入步骤d，否则进入步骤e，

步骤d，恢复压缩机至允许开启状态，进入步骤f，

步骤e，当压缩机强制关闭时，进入步骤c，否则进入步骤f，

步骤f，返回步骤十一。

所述电加热条件包括：

冷水罐的电加热启动条件为：当热水罐的温度低于50℃且冷水罐的温度低于7℃时，

冷水罐的电加热关闭条件为：热水罐的温度高于55℃或冷水罐的温度高于12℃时，

热水罐的电加热启动条件为：当压缩机开启5分钟后，热水罐的温度低于32℃时，

热水罐的电加热关闭条件为：当压缩机关机或热水罐的温度高于38℃时。

本发明以城市生活用水，也就是自来水作为换热源，通过采用上述的技术方案，能够实现节约水能和电能，满足人们日常生活热水、冰水供应的需要。

本发明可以同时给卫浴设备提供冷水源和热水源，与传统热泵换热器相比，通过技术该进和控制方法的突破，克服了传统热泵换热器只能在长江流域以南使用、和无法在冬季寒冷环境良好工作的缺陷。

本发明将蒸发器设置在冷水罐内，冷凝器设置在热水罐内，冷媒在蒸发器与冷凝器之间流动，蒸发器和冷凝器分别浸泡在水中，故极大的提高了换热效率。

本发明具有结构简单合理、换热效率高、适用范围广的特点。

附图说明

图1为本发明一实施例结构示意图。

图2为本发明的电路连接框图。

图3为本发明的控制流程图。

图4为保护处理程序的控制框图。

图中：1为热水罐，2为冷凝器，3为热水罐电加热，4为第二生活用水出水管，5为第二排水管，9为压缩机，10为冷水入口管，11为电子膨胀阀，12为毛细管，Tb为回气温度传感器，T2为蒸发器温度传感器，16为冷水罐，T1为冷水温度传感器，18为蒸发器，19为冷水罐电加热，20为第一生活用水出水管，21为第一排水管，22为回油罐，23为连通管，31为第一泄压阀，32为第二泄压阀，A1为第一电磁阀，A2为第二电磁阀，A3为第三电磁阀，B1为第四电磁阀，B2为第五电磁阀，B3为第六电磁阀，Th为热水温度传感器，Tp为排气温度传感器。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

参见图1-图4，本热泵换热器，包括构成冷冻循环的蒸发器18和冷凝器2以及压缩机9和膨胀阀等，还包括通过连通管23连通的冷水罐16和热水罐1，蒸发器18设置在冷水罐16内，冷凝器2设置在热水罐1内，连通管23中串接有第一电磁阀A1和第三电磁阀B1，冷水入口管10的一端接入第一电磁阀A1和第三电磁阀B1之间，冷水罐16上设置有冷水温度传感器T1和冷水罐电加热19，热水罐1上设置有热水温度传感器Th和热水罐电加热3。蒸发器18上设置有蒸发器温度传感器T2。

冷水罐16上设置有带有第三电磁阀A3的第一生活用水出水管20，以及带有第二电磁阀A2的第一排水管21。

热水罐1上设置有带有第五电磁阀B2的第二排水管5，以及带有第六电磁阀B3的第二生活用水出水管4。

冷水罐16上设置有第一泄压阀31，热水罐1上设置有第二泄压阀32。

EEPROM和温度传感器将数据信息等传递到微电脑主控器，微电脑主控器通过控制电磁阀、热泵、电加热实现各种以下各种功能，并通过数码管进行故障显示和温度显示。

温度传感器包括冷水温度传感器、热水温度传感器、蒸发器温度传感器、回气温度传感器和排气温度传感器。

电加热包括冷水罐电加热和热水罐电加热。

热泵换热器的控制方法，包括热泵换热程序，该热泵换热程序包括以下步骤：

步骤一，开始上电，

步骤二，系统初始化，

步骤三，首先分别向冷水罐16和热水罐1内充注自来水，接下来，判断冷水罐16和热水罐1是否分别充满，当其都充满时，进入步骤四，当其任一个没有充满时，继续充注，直至充满，

步骤四，判断压缩机状态是否正常，当其正常时，进入步骤五，当其不正常时，进入步骤十二，

步骤五，判断压缩机启动条件是否成立，当其成立时，进入步骤六，当其不成立时，进入步骤十三，

步骤六，调用启动压缩机程序，进入步骤七，

步骤七，判断是否满足电加热条件，当其满足时，进入步骤八，当其不满足时，进入步骤十四，

步骤八，调用冷水罐16或热水罐1的电加热程序，进入步骤九，

步骤九，判断是否进入保护，当进入保护时，进入步骤十，当未进入保护时，进入步骤十一，

当传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度保护中的一个以上被触发时，就进入保护，

步骤十，调用保护处理程序，

保护处理程序包括传感器故障处理程序、压缩机的高低压故障处理程序、压缩机的排气温度故障处理程序以及冷水温度处理程序，

步骤十一，结束单次循环，返回步骤三，

步骤十二，报故障，然后进入步骤四，

步骤十三，关闭压缩机程序，进入步骤七，

步骤十四，关闭冷水罐16或热水罐1的电加热程序，进入步骤九。

所述冷水温度处理程序包括以下步骤：

步骤a，当蒸发器温度传感器T2的温度＜5℃时，进入步骤b，否则进入步骤e，

步骤b，强制关闭压缩机，进入步骤c，

步骤c，当蒸发器温度传感器T2的温度＞7℃时，进入步骤d，否则进入步骤e，这里，蒸发器温度传感器T2的温度即为冷水温度。

步骤d，恢复压缩机至允许开启状态，进入步骤f，

步骤e，当压缩机强制关闭时，进入步骤c，否则进入步骤f，

步骤f，返回步骤十一。

所述电加热条件包括：

冷水罐16的电加热启动条件为：当热水罐1的温度低于50℃且冷水罐16的温度低于7℃时，

冷水罐16的电加热关闭条件为：热水罐1的温度高于55℃或冷水罐16的温度高于12℃时，

热水罐1的电加热启动条件为：当压缩机开启5分钟后，热水罐1的温度低于32℃时，

热水罐1的电加热关闭条件为：当压缩机关机或热水罐1的温度高于38℃时。

一、压缩机控制。

1）压缩机每次启动运行时，有3分钟延时保护，

2）压缩机启机后，最少运行时间：5min，

3）压缩机根据热水温度传感器Th获得的水温来控制开停：

对于热水罐的设置水温TS1默认为55℃，该水温储存在系统的EEPROM中，可由用户或生产厂商更改；

压缩机动作条件：当热水罐内的温度高于55℃时，强制关闭压缩机，直到温度下降到50℃时，才允许再次开启压缩机；也就是说，压缩机开关条件保留5摄氏度的温差。

当检测到故障时，压缩机立即停止运行；当出现其它状况停机时，压缩机有最少运行时间保护。

这里的故障是指传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度故障保护。

出现其它状况停机是指正常停机，系统关机；当热水罐温度达到55℃，系统待机。最少运行时间保护一般为5分钟。

以下举例说明。

1）初次上电，电子膨胀阀关闭600P，计数清零，进入待机状态，电子膨胀阀的开度为350P；电子膨胀阀的调节范围存储在EEPROM中，电子膨胀阀的调节范围为：80~480P，停机时的开度为0P。其中，P为步；600P为600步，350P为350步。

2）电子膨胀阀的初始开度控制：根据冷水箱的温度判定电子膨胀阀的初始开度。

当冷水温度传感器T1的温度≤10℃时，电子膨胀阀的初始开度为200P；

当30℃＞冷水温度传感器T1的温度＞10℃时，电子膨胀阀的初始开度为300P；

当冷水温度传感器T1的温度≥30℃时，电子膨胀阀的初始开度为350P；

3）实际过热度SH=回气温度传感器Tb的温度-蒸发器温度传感器T2的温度，目标过热度TSH=2度，这些数据均存储在EEPROM中，为可调数据。

电子膨胀阀的调节：

当3℃≥SH≥1℃时，电子膨胀阀保持当前开度，

当SH＜1℃时，电子膨胀阀关小，

当SH＞3℃时，电子膨胀阀开大。

电子膨胀阀的调节量为：（SH-2）*8P。

4）每60秒根据SH调节一次，每次最大调节24P。注：压缩机启动后，以初始开度运行1分钟后，再根据SH实际过热度调节。

5）排气温度控制：

当排气温度传感器TP的温度≥95℃时，不执行过热度调节，电子膨胀阀强制每30秒开大32P；当排气温度传感器TP的温度＜90℃时，退出排气温度控制，电子膨胀阀根据过热度调节。排气温度传感器TP的温度存储在EEPROM中。

二、电加热控制。

1）冷水罐的电加热控制：当冷水罐内的温度低于7℃时，允许开电加热，当温度回升到12℃时，强制关闭电加热；电加热开关条件保留5摄氏度温差。

冷水罐的电加热根据冷水罐内的水温来控制开停；

冷水罐的电加热启动默认温度为7℃；冷水罐的电加热关闭默认温度为12℃，这些温度都储存在系统的EEPROM中，可由用户或生产厂商更改；

当热水罐内的温度＜50℃时，允许电加热运行；当热水罐内的温度≥55℃时，不允许电加热运行，强行关闭。

当冷水罐内的温度低于7℃时，而热水罐内的温度≥55℃时，冷水罐的电加热不启动，一切控制以热水罐的温度为准，到达55℃，压缩机停止，冷水罐和热水罐电加热停止。

2）热水罐的电加热控制：

压缩机运行5min后根据检测到的热水罐内的水温来判定热水罐的电加热动作，热水罐的电加热动作条件为：压缩机关闭时，热水罐的电加热与压缩机同时关闭。压缩机已开启并运行5分钟后，当热水罐内的温度低于32℃时，热水罐的电加热启动。

压缩机已开启并运行5分钟后，在热水罐的电加热已启动的状态下，热水罐内的温度大于38℃时，热水罐的电加热关闭。

也就是说，压缩机不运行时，热水罐的电加热不工作；当压缩机运行时间达到5分钟后，再检测热水罐的温度，当热水罐的温度低于32℃时，开启热水罐的电加热；当热水罐的温度升高到38℃时，才停止热水罐的电加热。

三、保护控制。

1）传感器保护：传感器包括冷水温度传感器、热水温度传感器、蒸发器温度传感器、回气温度传感器和排气温度传感器。

当检测到传感器的输入电压在0.05~4.95V以外时，则认为传感器开路或短路，压缩机停止运行并检测相应传感器故障。当传感器的输入电压恢复到0.05~4.95V以内时，则恢复，详见图4。

2）压缩机高低压故障：也就是高压压力开关故障和低压压力开关故障。

当检测到任意的压力保护开关断开并持续3秒，则机组停机，当检测到开关闭合，机组开机恢复。其中，压缩机必须要满足3分钟延时的要求，压缩机包含在机组内。

当连续在30分钟内检测到3次压缩机高低压故障时，则不可恢复，进入机组保护状态，显示相应的故障代码。故障排除后1小时可以自动恢复。详见图4。

3）排气高温保护。

当排气温度传感器TP的温度，也就是排气温度传感器TP采集的排气温度过110°并持续3秒时，则机组停机，当检测到排气温度低于90°时，机组开机恢复，其中，压缩机必须要满足3分钟延时的要求。

当连续在30分钟内检测到3次排气高温保护时，则不可恢复，进入机组保护状态，显示相应的故障代码。故障排除后1小时可以自动恢复。

4）冷水低温保护：

当蒸发器温度传感器T2的温度低于5℃时，强制关闭压缩机，直到蒸发器温度传感器T2的温度恢复到7℃以上才允许开压缩机。

当冷水低温保护时，允许电加热运行，只关闭压缩机。

Claims (3)

1.一种热泵换热器的控制方法，包括构成冷冻循环的蒸发器(18)和冷凝器(2)以及压缩机(9)，还包括通过连通管(23)连通的冷水罐(16)和热水罐(1)，蒸发器(18)设置在冷水罐(16)内，冷凝器(2)设置在热水罐(1)内，连通管(23)中串接有第一电磁阀(A1)和第三电磁阀(A3)，冷水入口管(10)的一端接入第一电磁阀(A1)和第三电磁阀(A3)之间，冷水罐(16)上设置有冷水温度传感器(T1)和冷水罐电加热(19)，热水罐(1)上设置有热水温度传感器(Th)和热水罐电加热(3)；蒸发器(18)上设置有蒸发器温度传感器(T2)；

其特征是包括热泵换热程序，该热泵换热程序包括以下步骤：

步骤一，开始上电，

步骤二，系统初始化，

步骤三，首先分别向冷水罐(16)和热水罐(1)内充注自来水，接下来，判断冷水罐(16)和热水罐(1)是否分别充满，当其都充满时，进入步骤四，当其任一个没有充满时，继续充注，直至充满，

步骤四，判断压缩机状态是否正常，当其正常时，进入步骤五，当其不正常时，进入步骤十二，

步骤五，判断压缩机启动条件是否成立，当其成立时，进入步骤六，当其不成立时，进入步骤十三，

步骤六，调用启动压缩机程序，进入步骤七，

步骤七，判断是否满足电加热条件，当其满足时，进入步骤八，当其不满足时，进入步骤十四，

步骤八，调用冷水罐(16)或热水罐(1)的电加热程序，进入步骤九，

步骤九，判断是否进入保护，当进入保护时，进入步骤十，当未进入保护时，进入步骤十一，当传感器故障、压缩机的高低压故障、压缩机的排气温度故障和冷水温度保护中的一个以上被触发时，就进入保护，

步骤十，调用保护处理程序，保护处理程序包括传感器故障处理程序、压缩机的高低压故障处理程序、压缩机的排气温度故障处理程序以及冷水温度处理程序，

步骤十一，结束单次循环，返回步骤三，

步骤十二，报故障，然后进入步骤四，

步骤十三，关闭压缩机程序，进入步骤七，

步骤十四，关闭冷水罐(16)或热水罐(1)的电加热程序，进入步骤九。

2.根据权利要求1所述的热泵换热器的控制方法，其特征是所述冷水温度处理程序包括以下步骤：

步骤a，当蒸发器温度传感器(T2)的温度＜5℃时，进入步骤b，否则进入步骤e，

步骤b，强制关闭压缩机，进入步骤c，

步骤c，当蒸发器温度传感器(T2)的温度＞7℃时，进入步骤d，否则进入步骤e，

步骤d，恢复压缩机至允许开启状态，进入步骤f，

步骤e，当压缩机强制关闭时，进入步骤c，否则进入步骤f，

步骤f，返回步骤十一。

3.根据权利要求2所述的热泵换热器的控制方法，其特征是所述电加热条件包括：

冷水罐(16)的电加热启动条件为：当热水罐(1)的温度低于50℃且冷水罐(16)的温度低于7℃时，

冷水罐(16)的电加热关闭条件为：热水罐(1)的温度高于55℃或冷水罐(16)的温度高于12℃时，

热水罐(1)的电加热启动条件为：当压缩机开启5分钟后，热水罐(1)的温度低于32℃时，

热水罐(1)的电加热关闭条件为：当压缩机关机或热水罐(1)的温度高于38℃时。