CN103277892B - 一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一次加热式热水机组恒温流量调节装置及其控制方法，用于利用热泵的流体加热器的控制装置，尤其涉及一种用于双系统一次加热式热泵热水机组的恒温流量调节装置及其控制方法，包括单片机控制单元，感温元件，开关信号元件和控制信号输出驱动单元，单片机控制单元通过所述的控制信号输出驱动单元，连接到双系统一次加热式热泵热水机组的压缩机，进水电磁阀，恒温流量阀，旁通阀和恒温水泵，以出水温度设定值为目标值，根据出水温度检测值控制恒温流量阀开度，调节水流量；当水箱温度低时，机组进行恒温运行；当进水温度过高，打开旁通阀；在双系统中的一个系统出现故障停止运行时，下调出水设定温度，保证另一个没有故障的系统能安全稳定的高效运行。

Description

一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种用于利用热泵的流体加热器的控制装置，尤其涉及一种用于双系统一次加热式热泵热水机组的恒温流量调节装置及其控制方法。

背景技术

当前煤炭、石油、天然气等“化石类能源”的不可再生性及全球储量的高速减少，带来了世界性的能源短缺，加上地球生态环境的日益恶化，使得保护生态环境、加速开发和利用可再生能源，成为人类紧迫而艰巨的任务。作为节能环保的空气源热泵热水机也得到了广泛认可，节能产品的美好市场前景，对传统制热水设备也产生了革命性的替代趋势。空气源热泵热水产品主要有一次加热式、循环加热式、静态加热式，一次加热式热泵热水机因为安装简单、工程水管路管径小工程成本低、冷水不进储热水箱而热水稳定等诸多优点得以大量推广。中国发明专利“一种多级串联水路一次加热式热泵热水机”(中国发明专利号ZL 200710143443.6，授权公告号CN 100501267C)公开了一种多级串联水路一次加热式热泵热水机，由至少两个相对独立的热泵系统和多级串联水系统组成，在终级(即最高级)热泵系统中加入冷凝液体制冷剂热回收器；其中：热水机组的进水连接至该制冷剂热回收器的进水口，该制冷剂热回收器的出水口连接至第一级热泵系统的冷凝器进水口，第一级热泵系统的冷凝器出水口连接至第二级热泵系统的冷凝器进水口，以此类推，直至终级热泵系统的冷凝器出水口；该制冷剂热回收器的氟侧进口接入终级热泵系统的冷凝器排出的液态制冷剂，该制冷剂热回收器的氟侧出口连接至终级热泵系统的节流装置进口。中国发明专利“一种比例调节型一次加热式热泵热水机”(中国发明专利号ZL201110096160.7，公开号CN102162681A)公开了一种比例调节型一次加热式热泵热水机，储热水箱通过管路与双系统冷凝器相连，双系统冷凝器设有两套制热系统，分别为制热系统一和制热系统二，制热系统一的上部出口与制热系统二的下部出口通过二通电磁阀相连，制热系统一的下部出口与制热系统二的上部出口相连，制热系统二的上部出口通过三通电磁阀与制热系统二的下部出口形成一个回路；储热水箱设有一个进水阀，进水阀通过三通比例温度调节阀与储热水箱相连，在三通比例温度调节阀和三通电磁阀之间设有水泵。该发明通过识别环境温度，把水系统水路并接改为串接形式，两个制热系统的水流量增加一倍，增加冷凝效果，提高产品的制热量和能效，同时机组又能稳定、安全的运行。

但是，在开机、化霜、低环境温度、双系统中一台制冷系统损坏或者其中一个出水温度损坏等众多影响因素下，现有系统的控制逻辑存在很难实现长期安全、稳定、高效运行的问题。

发明内容

本发明的目的是要提供一种用于双系统一次加热式热泵热水机组的恒温流量调节装置，解决机组在各种工况下高效、安全、稳定运行的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，所述的一次加热式热泵热水机组是热泵系统A，热泵系统B和供水加热系统组成的双系统一次加热式热泵热水机组；所述的恒温流量调节装置包括单片机控制单元，一组感温元件，一组开关信号元件和控制信号输出驱动单元，其特征在于：

所述的感温元件包括排气温度传感器，用于获取压缩机的排气温度Tp；水箱温度传感器，用于获取水箱温度Ts；出水温度传感器，用于获取套管换热器的出水温度Tw；翅片温度传感器，用于获取翅片式换热器的翅片温度Tc，以及环境温度传感器，用于获取环境温度Th；

所述的开关信号元件包括用于检测储热水箱水位上限和下限的水箱水位开关；

所述的单片机控制单元通过所述的控制信号输出驱动单元，连接到双系统一次加热式热泵热水机组的压缩机，进水电磁阀，恒温流量阀，旁通阀和恒温水泵；

所述的单片机控制单元包括：

温度信号采集处理模块，用于通过所述感温元件采集热泵机组和环境温度；

开关信号采集处理模块，用于通过所述开关信号元件采集所述热泵机组的开关量状态信号；

进水电磁阀控制模块和热泵机组控制模块，连接到所述开关信号采集处理模块的输出端，根据储热水箱水位上限和下限信号，依照热泵机组的启动时序要求，产生进水电磁阀和压缩机的控制信号；

恒温流量阀开度设定模块和恒温流量阀PID流量调节模块，连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据排气温度Tp、出水温度Tw和出水温度设定值Tws，计算恒温流量阀开度设定值，并且产生恒温流量阀开度控制信号；

恒温泵控制模块，连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据水箱温度Ts和出水温度设定值Tws，产生恒温水泵的控制信号；

旁通阀控制模块，连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据出水温度Tw产生旁通阀的控制信号。

本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的开关信号元件还包括低压开关，高压开关，水压开关，压差检测阀，以及热泵系统A故障信号和热泵系统B故障信号；所述的单片机控制单元通过所述的开关信号采集处理模块，采集所述开关信号元件的各个开关量状态信号，判断热泵系统A和热泵系统B的运行状态，产生双系统综合故障信号，传送给所述的恒温流量阀开度设定模块。

本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的一种更好的技术方案，其特征在于在所述的双系统一次加热式热泵热水机组的热泵系统A和热泵系统B的翅片式换热器上，分别设置两个翅片温度传感器；所述的单片机控制单元还包括化霜控制模块；所述温度信号采集处理模块获取两个翅片温度传感器的检测温度，以其平均值作为翅片温度Tc；若一个翅片温度传感器出现开路或短路故障时，则使用另一个翅片温度传感器检测的温度作为翅片温度Tc；所述的化霜控制模块连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据环境温度Th、水箱温度Ts和翅片温度Tc，依照化霜的时序要求产生除霜控制信号，经由所述的控制信号输出驱动单元，连接到热泵热水机组的四通阀，控制热泵机组启动或退出化霜运行状态。

本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的一种改进的技术方案，其特征在于所述的单片机控制单元和控制信号输出驱动单元组装在控制装置的壳体中，构成独立的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，所述的壳体上配置带有键盘显示面板的人机交互接口，所述的单片机控制单元通过人机交互接口执行热泵热水机组的设置和监控。

本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的一种进一步改进的技术方案，其特征在于所述的单片机控制单元还包含控制总线接口模块，所述的恒温流量调节装置通过控制总线接口模块，连接到双系统一次加热式热泵热水机组的主控系统，实现集中控制和远程监控功能。

本发明的另一个目的是要提供一种用于一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的控制方法，解决使用计算机程序实现双系统一次加热式热泵热水机组的恒温流量调节的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种用于上述恒温流量调节装置的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法，包括以下步骤：

S100)读取出水温度设定值Tws和水温回差设定值Twd；

S120)当环境温度Th低于-5℃时，将出水温度设定值Tws调整为40℃；选择恒温运行优先模式，保证水箱温度Ts达到设定温度；

S140)判断热泵系统A和热泵系统B的运行状态，当双系统中有一个系统出现压缩机不能开启的故障时，将出水温度设定值Tws调整为40℃；

S160)通过温度信号采集处理模块实时检测各感温元件的温度；通过开关信号采集处理模块实时检测各开关信号的开关状态；

S180)当储热水箱水位低于水位下限时，依照热泵机组的启动时序要求，打开进水电磁阀，令恒温流量阀开启到初始开度，机组启动一次加热运行模式；

S200)当水位低于水位下限时，打开进水电磁阀，启动压缩机，机组进入一次加热运行模式S300；

S300)一次加热运行模式：调用恒温流量阀PID算法，以出水温度设定值Tws为目标值，根据出水温度检测值Tw控制恒温流量阀开度，调节水流量，使出水温度Tw与出水温度设定值Tws保持一致；

S380)当储水箱的水位达到设定水位时，机组停止运行；

S400)当水箱温度Ts因为散热而降低时，开启恒温水泵、压缩机，机组进入恒温运行模式S420；

S420)恒温运行模式：当水箱温度Ts低于出水温度设定值Tw-水温回差设定值Twd时，开启恒温水泵、压缩机，机组进行恒温运行，当水箱温度Ts达到出水温度设定值Tws后，机组退出恒温运行模式；

S500)当进水温度过高，出水温度Tw超出恒温流量阀的调节范围时，打开旁通阀；当出水温度降低到恒温流量阀的调节范围内之后，关闭旁通阀。

本发明的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的一种较佳的技术方案，其特征在于步骤S300所述的恒温流量阀PID算法包括以下步骤：

S320)根据出水温度Tw和排气温度Tp，按照以下条件确定排气温度修正值ΔTp：

若Tp＞Tw+50，ΔTp＝5；

若Tw+20≤Tp≤Tw+50，ΔTp＝0；

若Tp＜Tw+20，ΔTp＝-3；

S340)根据公式

△T＝(Tw-Tws)+ΔTp；

Ks＝S*△T；

确定恒温流量阀开度Ks；其中，Tw为出水温度检测值，Tws为出水温度设定值，Tp为排气温度，ΔTp为排气温度修正值，Ks为恒温流量阀开度，S为调节速度系数，S＝10～20。

本发明的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的一种更好的技术方案，其特征在于步骤S340根据出水温度Tw和出水温度设定值Tws之间的差值，改变恒温流量阀的调节速度，其中，调节速度系数S根据以下条件确定：

当5＜△T时，S＝20；

当-5≤△T≤5时，S＝10；

当△T＜-5时，S＝20。

本发明的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的一种改进的技术方案，其特征在于还包括恒温优先模式和一次加热运行优先模式选择的步骤：

S200)若选择恒温运行优先模式，则不管水箱的水位，只要水箱温度Ts低于出水温度设定值Tws-水温回差Twd，热泵机组立即转入恒温运行模式；

S220)若选择一次加热运行优先模式，则不论水箱温度Ts是多少，只要水位低于水位下限，热泵机组立即转入一次加热运行模式。

本发明的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的一种进一步改进的技术方案，其特征在于还包括化霜运行状态控制的过程，所述的化霜运行状态控制过程包括以下步骤：

S600)在双系统一次加热式热泵热水机组的每个系统分别设置两个翅片温度传感器，依据两个翅片温度传感器的检测温度平均值作为翅片温度Tc，确定化霜启动和退出温度；当一个翅片温度传感器出现开路或短路故障时，使用另一个翅片温度传感器检测的温度作为翅片温度Tc，确定化霜启动和退出温度；

S620)化霜进入条件：

当环境温度Th＞15℃时，机组不进入化霜；

当7℃＜环境温度Th≤15℃时，

水箱温度Ts＞45℃时，机组不进入化霜；

水箱温度Ts≤45℃时，运行90分钟后，如果翅片温度Tc持续低于0℃

达到5分钟，则机组进入化霜；

当-2℃＜环境温度Th≤7℃时，运行40分钟后，如果翅片温度Tc持续低于-4℃达到5分钟，则机组进入化霜；

当环境温度Th≤-2℃时，运行30分钟后，如果翅片温度Tc持续低于Th-3℃达到5分钟，则机组进入化霜；

如果环境温度Th＜-2℃且持续120分钟，机组还没有达到除化霜进入条件，则机组强制进入化霜。

S640)化霜退出条件：

当化霜时间3分钟之内时，如果翅片温度Tc达到6℃，则退出化霜；

当化霜时间在3分钟以后时，如果翅片温度Tc达到12℃，则退出化霜；

当化霜时间达到10分钟，则强制退出化霜。

本发明的有益效果是：

1、本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置及其控制方法，通过设置单片机控制的恒温流量阀，根据出水温度进行水流量PID调节，调节范围广、控制精确、不易结垢和堵塞，通过模糊化识别、智能化控制，保证在不同工况下，热泵机组都能迅速产生需求温度的热水，系统安全稳定的同时，具有更高的能效和制热量。

2、本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置采用计算机程序控制的方法，其恒温流量阀PID算法可以根据出水温度和设定温度之间的差值，改变恒温流量阀的调节速度，达到快速达到出水设定温度，又能保证系统和出水温度稳定；其化霜控制法，可以保证产品能合理地进入和退出化霜，化霜彻底、高效。

3、本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置及其控制方法，可以实现变环境温度时不同初始开度控制，保证机组开机时，初始开度接近实际需求的开度；解决低环境温度时容易出现冷凝效果不好、制热量低、能效差、压缩机易超压比的问题，通过低环境温度时下调出水设定温度，提高热泵机组的冷凝效果，提高热泵机组的制热量和能效，又能保证压缩机不超压比运行。同时，通过恒温运行，保证水箱温度达到设定温度。

4、本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置及其控制方法，通过对出现的故障进行综合化分析处理，在双系统中的一个系统出现故障停止运行时，通过下调出水设定温度，保证热泵机组的水流量，提高冷凝效果和机组的制热量和能效，从而保证另一个没有故障的系统能安全、稳定、高效运行。

附图说明

图1是使用本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的热泵热水机结构示意图；

图2是本发明的恒温流量调节装置的单片机控制单元的原理框图；

图3是单片机控制单元和控制信号输出驱动单元的外部接口电路图；

图4是本发明的用于恒温流量调节装置的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法流程图；

图5是本发明的用于恒温流量调节装置的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的化霜控制流程图。

以上图中的各部件的标号：1-压缩机，2-四通阀，3-膨胀阀，4-翅片式换热器，5-气液分离器，6-低压开关，7-高压开关，8-水压开关，9-压差检测阀，10-套管换热器，11-进水电磁阀，12-恒温流量阀，13-旁通阀，14-恒温水泵，15-自来水入口，16-恒温进水口，17-恒温出水口，20-单片机控制单元，21-温度信号采集处理模块，22-开关信号采集处理模块，23-进水电磁阀控制模块，24-热泵机组控制模块，25-恒温流量阀开度设定模块，26-恒温流量阀PID流量调节模块，27-恒温泵控制模块，28-旁通阀控制模块，29-化霜模式控制模块，30-控制信号输出驱动单元，A-热泵系统A，B-热泵系统B，C-供水加热系统。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

图1是使用本发明的恒温流量调节装置的双系统一次加热式热泵热水机组的一个实施例，所述的双系统一次加热式热泵热水机组包括热泵系统A，热泵系统B和供水加热系统C；热泵系统A和热泵系统B分别包括一组压缩机1，四通阀2，膨胀阀3，翅片式换热器4和气液分离器5连接组成的空气源热泵；供水加热系统C包括套管换热器10，进水电磁阀11，恒温流量阀12和恒温水泵14；自来水入口15依次通过进水电磁阀11和恒温流量阀12连接到套管换热器10的冷水入口；储热水箱(图中未表示)通过恒温进水口16，连接到套管换热器10的恒温水入口，套管换热器10的恒温水出口再通过恒温出水口17连接到储热水箱，构成恒温水循环回路；在恒温流量阀12的两端并联连接有旁通阀13。

图2和图3展示了本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的一个实施例，包括单片机控制单元20，一组感温元件，一组开关信号元件和控制信号输出驱动单元30；

所述的感温元件包括排气温度传感器，用于获取压缩机1的排气温度Tp；水箱温度传感器，用于获取水箱温度Ts；出水温度传感器，用于获取套管换热器10的出水温度Tw；翅片温度传感器，用于获取翅片式换热器4的翅片温度Tc，以及环境温度传感器，用于获取环境温度Th；

所述的开关信号元件包括用于检测储热水箱水位上限和下限的水箱水位开关，用于热泵机组过压或欠压保护的压力开关信号，以及用于控制机组运行的控制面板开关；图1和图2省略了感温元件和部分开关信号元件及其与控制单元之间的连线；

单片机控制单元20通过控制信号输出驱动单元30，连接到双系统一次加热式热泵热水机组的压缩机1，进水电磁阀11，恒温流量阀12，旁通阀13和恒温水泵14；

单片机控制单元20的一个实施例如图2所示，包括：

温度信号采集处理模块21，用于通过所述感温元件采集热泵机组和环境温度；

开关信号采集处理模块22，用于通过所述开关信号元件采集热泵机组的开关量状态信号；

进水电磁阀控制模块23和热泵机组控制模块24，连接到开关信号采集处理模块22的输出端，根据储热水箱水位上限和下限信号，依照热泵机组的启动时序要求，产生进水电磁阀11和压缩机1的控制信号；

恒温流量阀开度设定模块25和恒温流量阀PID流量调节模块26，连接到温度信号采集处理模块21的输出端，根据排气温度Tp、出水温度Tw和出水温度设定值Tws，计算恒温流量阀开度设定值，并且产生恒温流量阀开度控制信号；

恒温泵控制模块27，连接到温度信号采集处理模块21的输出端，根据水箱温度Ts和出水温度设定值Tws，产生恒温水泵14的控制信号；

旁通阀控制模块28，连接到温度信号采集处理模块21的输出端，根据出水温度Tw产生旁通阀13的控制信号。

根据图1至图3所示的本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的实施例，所述的开关信号元件还包括低压开关6，高压开关7，水压开关8，压差检测阀9，以及热泵系统A故障信号和热泵系统B故障信号；单片机控制单元20通过开关信号采集处理模块22，采集所述开关信号元件的各个开关量状态信号，判断热泵系统A和热泵系统B的运行状态，产生双系统综合故障信号，传送给恒温流量阀开度设定模块25。

根据本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的另一个实施例，在双系统一次加热式热泵热水机组的热泵系统A和热泵系统B的翅片式换热器4上，分别设置两个翅片温度传感器；单片机控制单元20还包括化霜控制模块29；温度信号采集处理模块21获取两个翅片温度传感器的检测温度，以其平均值作为翅片温度Tc；若一个翅片温度传感器出现开路或短路故障时，则使用另一个翅片温度传感器检测的温度作为翅片温度Tc；化霜控制模块29连接到温度信号采集处理模块21的输出端，根据环境温度Th、水箱温度Ts和翅片温度Tc，依照化霜的时序要求产生除霜控制信号，经由控制信号输出驱动单元30，连接到热泵热水机组的四通阀2，控制热泵机组启动或退出化霜运行状态。

根据本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的一个实施例，单片机控制单元20和控制信号输出驱动单元30组装在控制装置的壳体中，构成独立于双系统一次加热式热泵热水机组的恒温流量调节装置，所述的壳体上配置带有键盘显示面板的人机交互接口40，单片机控制单元20通过人机交互接口40执行热泵热水机组的设置和监控，例如，通过键盘输入出水温度设定值Tws，通过显示面板显示水温和机组运行状态。

根据本发明的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置的另一个实施例，所述的单片机控制单元20还包含控制总线接口模块，例如，Modbus协议总线接口模块，恒温流量调节装置通过控制总线接口模块，连接到双系统一次加热式热泵热水机组的主控系统，实现集中控制和远程监控功能，例如，通过远程监控终端设置出水温度设定值Tws，显示水温和机组运行状态。

图4是本发明的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的流程图，本实施例的流程图仅包含了实现恒温流量调节方法的基本步骤，省略了本专业普通技术人员所熟悉的微机系统计算机软硬件上电初始化等过程所需的公知程序步骤。

图4所示的本发明的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的实施例包括以下步骤：

S100)读取出水温度设定值Tws和水温回差设定值Twd；

S120)当环境温度Th低于-5℃时，将出水温度设定值Tws调整为40℃；选择恒温运行优先模式，保证水箱温度Ts达到设定温度；本发明通过在低环境温度时，下调出水温度设定值Tws，提高产品的冷凝效果，提高产品的制热量和能效，又能保证压缩机不超压比运行。同时，通过恒温运行模式，保证水箱温度达到出水温度设定值。从而保证系统的制热效果。

S140)判断热泵系统A和热泵系统B的运行状态，当双系统中有一个系统出现压缩机不能开启的故障时，将出水温度设定值Tws调整为40℃；本发明通过开关信号采集处理模块采集双系统热泵机组的各个开关量状态信号，判断热泵系统A和热泵系统B的运行状态，产生双系统综合故障信号，然后根据对出现的故障进行综合分析处理结果，通过在单一系统出现故障时下调出水温度设定值Tws，保证热泵机组的水流量，保证另一个没有故障的系统能安全、稳定、高效运行。当系统运行在低环境温度时，容易出现冷凝效果不好、制热量低、能效差、压缩机易超压比的情况。

S160)通过温度信号采集处理模块实时检测各感温元件的温度；通过开关信号采集处理模块实时检测各开关信号的开关状态；

S180)当储热水箱水位低于水位下限时，依照热泵机组的启动时序要求，打开进水电磁阀，令恒温流量阀开启到初始开度，机组启动一次加热运行模式。热泵机组启动一次加热运行模式的控制时序的一个实施例：进水电磁阀打开，延时3秒，恒温流量阀开启到初始开度，10秒后风机、压缩机开启，在60秒内恒温流量阀初始开度保持不变。

S200)当水位低于水位下限时，打开进水电磁阀，启动压缩机，机组进入一次加热运行模式S300；

S300)一次加热运行模式：调用恒温流量阀PID算法，以出水温度设定值Tws为目标值，根据出水温度检测值Tw控制恒温流量阀开度，调节水流量，使出水温度Tw与出水温度设定值Tws保持一致；

S380)当储水箱的水位达到设定水位时，机组停止运行；

S400)当水箱温度Ts因为散热而降低时，开启恒温水泵、压缩机，机组进入恒温运行模式S420；

S420)恒温运行模式：当水箱温度Ts低于出水温度设定值Tw-水温回差设定值Twd时，开启恒温水泵、压缩机，机组进行恒温运行，当水箱温度Ts达到出水温度设定值Tws后，机组退出恒温运行模式，转向步骤S380；

S500)当进水温度过高，出水温度Tw超出恒温流量阀的调节范围时，打开旁通阀；当出水温度降低到恒温流量阀的调节范围内之后，关闭旁通阀。根据图4所示的本发明的实施例，恒温流量阀的优选调节范围为65℃≤Tw≤55℃，也就是说，出水温度Tw超过65℃时，打开旁通阀，增加机组进水流量，从而降低出水温度Tw，提高产品的能效，当出水温度Tw降低到55℃时，关闭旁通阀。

根据图4所示的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的实施例，步骤S300所述的恒温流量阀PID算法包括以下步骤：

S320)根据出水温度Tw和排气温度Tp，按照以下条件确定排气温度修正值ΔTp：

若Tp＞Tw+50，ΔTp＝5；

若Tw+20≤Tp≤Tw+50，ΔTp＝0；

若Tp＜Tw+20，ΔTp＝-3；

S340)根据公式

△T＝(Tw-Tws)+ΔTp；

Ks＝S*△T；

确定恒温流量阀开度Ks；其中，Tw为出水温度检测值，Tws为出水温度设定值，Tp为排气温度，ΔTp为排气温度修正值，Ks为恒温流量阀开度，S为调节速度系数，S＝10～20。

步骤S340根据出水温度Tw和出水温度设定值Tws之间的差值，改变恒温流量阀的调节速度，其中，调节速度系数S根据以下条件确定：

当5＜△T时，S＝20；

当-5≤△T≤5时，S＝10；

当△T＜-5时，S＝20。

在图4所示的本发明提供的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法中，还包括恒温优先模式和一次加热运行优先模式选择步骤：

S200)若选择恒温运行优先模式，则不管水箱的水位，只要水箱温度Ts低于出水温度设定值Tws-水温回差Twd，机组立即转入恒温运行模式；

S220)若选择一次加热运行优先模式，则不论水箱温度Ts是多少，只要水位低于水位下限，机组立即转入一次加热运行模式。

根据本发明的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法的另一个实施例，还包括产生化霜时序信号的化霜运行状态控制的过程，以保证双系统热泵热水机组能合理地启动和退出化霜运行状态，并且化霜彻底、高效。化霜运行状态控制过程如图5所示，包括以下步骤：

S600)在双系统一次加热式热泵热水机组的每个系统分别设置两个翅片温度传感器，依据两个翅片温度传感器的检测温度平均值作为翅片温度Tc，确定化霜启动和退出温度；当一个翅片温度传感器出现开路或短路故障时，使用另一个翅片温度传感器检测的温度作为翅片温度Tc，确定化霜启动和退出温度；

S620)化霜进入条件：

当环境温度Th＞15℃时，机组不进入化霜；

当7℃＜环境温度Th≤15℃时，

水箱温度Ts＞45℃时，机组不进入化霜；

水箱温度Ts≤45℃时，运行90分钟后，如果翅片温度Tc持续低于0℃

达到5分钟，则机组进入化霜；

当-2℃＜环境温度Th≤7℃时，运行40分钟后，如果翅片温度Tc持续低于-4℃达到5分钟，则机组进入化霜；

当环境温度Th≤-2℃时，运行30分钟后，如果翅片温度Tc持续低于Th-3℃达到5分钟，则机组进入化霜；

如果环境温度Th＜-2℃且持续120分钟，机组还没有达到除化霜进入条件，则机组强制进入化霜。

S640)化霜退出条件：

当化霜时间3分钟之内时，如果翅片温度Tc达到6℃，则退出化霜；

当化霜时间在3分钟以后时，如果翅片温度Tc达到12℃，则退出化霜；

当化霜时间达到10分钟，则强制退出化霜。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，所述的一次加热式热泵热水机组是热泵系统A，热泵系统B和供水加热系统组成的双系统一次加热式热泵热水机组；

所述的恒温流量调节装置包括单片机控制单元，一组感温元件，一组开关信号元件和控制信号输出驱动单元，其特征在于：

所述的感温元件包括排气温度传感器，用于获取压缩机的排气温度；水箱温度传感器，用于获取水箱温度；出水温度传感器，用于获取套管换热器的出水温度；翅片温度传感器，用于获取翅片式换热器的翅片温度，以及环境温度传感器，用于获取环境温度；

所述的开关信号元件包括用于检测储热水箱水位上限和下限的水箱水位开关；

所述的单片机控制单元通过所述的控制信号输出驱动单元，连接到双系统一次加热式热泵热水机组的压缩机，进水电磁阀，恒温流量阀，旁通阀和恒温水泵；

所述的单片机控制单元包括：

温度信号采集处理模块，用于通过所述感温元件采集热泵机组和环境温度；

开关信号采集处理模块，用于通过所述开关信号元件采集所述热泵机组的开关量状态信号；

进水电磁阀控制模块和热泵机组控制模块，连接到所述开关信号采集处理模块的输出端，根据储热水箱水位上限和下限信号，依照热泵机组的启动时序要求，产生进水电磁阀和压缩机的控制信号；

恒温流量阀开度设定模块和恒温流量阀PID流量调节模块，连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据排气温度、出水温度和出水温度设定值，计算恒温流量阀开度设定值，并且产生恒温流量阀开度控制信号；

恒温泵控制模块，连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据水箱温度和出水温度设定值，产生恒温水泵的控制信号；

旁通阀控制模块，连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据出水温度产生旁通阀的控制信号。

2.根据权利要求1所述的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，其特征在于所述的开关信号元件还包括低压开关，高压开关，水压开关，压差检测阀，以及热泵系统A故障信号和热泵系统B故障信号；所述的单片机控制单元通过所述的开关信号采集处理模块，采集所述开关信号元件的各个开关量状态信号，判断热泵系统A和热泵系统B的运行状态，产生双系统综合故障信号，传送给所述的恒温流量阀开度设定模块。

3.根据权利要求1所述的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，其特征在于在所述的双系统一次加热式热泵热水机组的热泵系统A和热泵系统B的翅片式换热器上，分别设置两个翅片温度传感器；所述的单片机控制单元还包括化霜控制模块；所述温度信号采集处理模块获取两个翅片温度传感器的检测温度，以其平均值作为翅片温度；若一个翅片温度传感器出现开路或短路故障时，则使用另一个翅片温度传感器检测的温度作为翅片温度；所述的化霜控制模块连接到所述温度信号采集处理模块的输出端，根据环境温度、水箱温度和翅片温度，依照化霜的时序要求产生除霜控制信号，经由所述的控制信号输出驱动单元，连接到热泵热水机组的四通阀，控制热泵机组启动或退出化霜运行状态。

4.根据权利要求1所述的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，其特征在于所述的单片机控制单元和控制信号输出驱动单元组装在控制装置的壳体中，构成独立的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，所述的壳体上配置带有键盘显示面板的人机交互接口，所述的单片机控制单元通过人机交互接口执行热泵热水机组的设置和监控。

5.根据权利要求1所述的一次加热式热泵热水机组恒温流量调节装置，其特征在于所述的单片机控制单元还包含控制总线接口模块，所述的恒温流量调节装置通过控制总线接口模块，连接到双系统一次加热式热泵热水机组的主控系统，实现集中控制和远程监控功能。

6.一种用于权利要求1至5之任一权利要求所述的恒温流量调节装置的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法，包括以下步骤：

S100)读取出水温度设定值和水温回差设定值；

S120)当环境温度低于-5℃时，将出水温度设定值调整为40℃；选择恒温运行优先模式，保证水箱温度达到设定温度；

S140)判断热泵系统A和热泵系统B的运行状态，当双系统中有一个系统出现压缩机不能开启的故障时，将出水温度设定值调整为40℃；

S160)通过温度信号采集处理模块实时检测各感温元件的温度；通过开关信号采集处理模块实时检测各开关信号的开关状态；

S180)当储热水箱水位低于水位下限时，依照热泵机组的启动时序要求，打开进水电磁阀，令恒温流量阀开启到初始开度，机组启动一次加热运行模式；

S200)当水位低于水位下限时，打开进水电磁阀，启动压缩机，机组进入一次加热运行模式S300；

S300)一次加热运行模式：调用恒温流量阀PID算法，以出水温度设定值为目标值，根据出水温度检测值控制恒温流量阀开度，调节水流量，使出水温度与出水温度设定值保持一致；

S380)当储水箱的水位达到设定水位时，机组停止运行；

S400)当水箱温度因为散热而降低时，开启恒温水泵、压缩机，机组进入恒温运行模式S420；

S420)恒温运行模式：当水箱温度低于出水温度设定值-水温回差设定值时，开启恒温水泵、压缩机，机组进行恒温运行，当水箱温度达到出水温度设定值后，机组退出恒温运行模式；

S500)当进水温度过高，出水温度超出恒温流量阀的调节范围时，打开旁通阀；当出水温度降低到恒温流量阀的调节范围内之后，关闭旁通阀。

7.根据权利要求6所述的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法，其特征在于步骤S300所述的恒温流量阀PID算法包括以下步骤：

S320)根据出水温度和排气温度，按照以下条件确定排气温度修正值：

若Tp＞Tw+50，ΔTp＝5；

若Tw+20≤Tp≤Tw+50，ΔTp＝0；

若Tp＜Tw+20，ΔTp＝-3；

S340)根据公式

△T＝(Tw-Tws)+ΔTp；

Ks＝S*△T；

确定恒温流量阀开度Ks；其中，Tw为出水温度检测值，Tws为出水温度设定值，Tp为排气温度，ΔTp为排气温度修正值，Ks为恒温流量阀开度，S为调节速度系数，S＝10～20。

8.根据权利要求7所述的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法，其特征在于步骤S340根据出水温度和出水温度设定值之间的差值，改变恒温流量阀的调节速度，其中，调节速度系数S根据以下条件确定：

当5＜△T时，S＝20；

当-5≤△T≤5时，S＝10；

当△T＜-5时，S＝20。

9.根据权利要求6、7或8所述的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法，其特征在于还包括恒温优先模式和一次加热运行优先模式选择的步骤：

S200)若选择恒温运行优先模式，则不管水箱的水位，只要水箱温度低于出水温度设定值-水温回差，机组立即转入恒温运行模式；

S220)若选择一次加热运行优先模式，则不论水箱温度是多少，只要水位低于水位下限，机组立即转入一次加热运行模式。

10.根据权利要求6、7或8所述的使用单片机实现恒温流量调节的控制方法，其特征在于还包括化霜运行状态控制的过程，所述的化霜运行状态控制过程包括以下步骤：

S600)在双系统一次加热式热泵热水机组的每个系统分别设置两个翅片温度传感器，依据两个翅片温度传感器的检测温度平均值作为翅片温度，确定化霜启动和退出温度；当一个翅片温度传感器出现开路或短路故障时，使用另一个翅片温度传感器检测的温度作为翅片温度，确定化霜启动和退出温度；

S620)化霜进入条件：

当环境温度＞15℃时，机组不进入化霜；

当7℃＜环境温度≤15℃时，

水箱温度＞45℃时，机组不进入化霜；

水箱温度≤45℃时，运行90分钟后，如果翅片温度持续低于0℃达到5分钟，则机组进入化霜；

当-2℃＜环境温度≤7℃时，运行40分钟后，如果翅片温度持续低于-4℃达到5分钟，则机组进入化霜；

当环境温度≤-2℃时，运行30分钟后，如果翅片温度Tc持续低于环境温度-3℃达到5分钟，则机组进入化霜；

如果环境温度＜-2℃且持续120分钟，机组还没有达到除化霜进入条件，

则机组强制进入化霜；

S640)化霜退出条件：

当化霜时间3分钟之内时，如果翅片温度达到6℃，则退出化霜；

当化霜时间在3分钟以后时，如果翅片温度达到12℃，则退出化霜；

当化霜时间达到10分钟，则强制退出化霜。