CN106016741B - 一种热泵热水机组的性能提升方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热泵热水机组的性能提升方法，机组包括压缩机(12)、室外换热器(13)、控制器、水箱(2)，且包括以下步骤：1)检测判断步骤：检测并判断水箱出口的制冷剂过冷度是否超出预设过冷度值，若超出预设过冷度值，则进入控制调节步骤；若未超出过预设过冷度值，则机组按照正常模式运行；2)控制调节步骤：当所述控制器接收到制冷剂过冷度超出预设过冷度值的信号时，控制所述机组切换回路中的冷媒流向，使制冷剂对水箱进行蒸发吸热，减少机组制热水运行过程中的冷凝换热液膜。通过本发明能够减少机组制热水运行过程中的制冷剂的冷凝换热液膜，减小冷凝换热热阻，提高冷凝换热效率和机组运行性能。
Description
技术领域
本发明属于空调热泵技术领域，具体涉及一种热泵热水机组的性能提升方法。
背景技术
现有技术中的微通道换热器作为一种高效、节材、环保、质轻的换热器，其在热泵热水器中得到了越来越广泛的应用。
微通道换热器应用于热泵热水器外盘水箱中，相比传统的D型盘管，接触面积更大，且在微小尺度下，能大大提高对流换热系数，因此，采用微通道换热器，能有效提高换热效率，减少系统制冷剂的充注量及减轻水箱整体重量。
众所周知，空气源热泵机组水箱侧冷凝换热，保持一定的过冷度可提高机组性能，但过冷度太大对水箱侧的冷凝换热反而不利。过冷度太高，意味着水箱换热器内累积的制冷剂液体更多，液膜的存在(特别是气液两相态)给冷凝换热造成了阻力。
因此，如何降低微通道换热器换热热阻，有效提高微通道换热器换热性能，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。
由于现有技术中的具有微通道换热器的热泵热水系统存在着换热热阻大、换热性能低等技术问题，因此本发明研究设计出一种热泵热水机组的性能提升方法。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的热泵热水机组尤其是具有微通道换热器的热泵热水机组存在着换热热阻大、换热性能低的缺陷，从而提供一种热泵热水机组的性能提升方法。
本发明提供一种热泵热水机组的性能提升方法，其中所述机组包括外机和水箱，其中所述外机包括压缩机、室外换热器、控制器，且包括以下步骤：
1)检测判断步骤：检测并判断水箱出口的制冷剂过冷度是否超出预设过冷度值，若超出预设过冷度值，则进入控制调节步骤；若未超出过预设过冷度值，则机组按照正常模式运行；
2)控制调节步骤：当所述控制器接收到制冷剂过冷度超出预设过冷度值的信号时，控制所述机组切换回路中的冷媒流向，使制冷剂对水箱进行蒸发吸热，减少机组制热水运行过程中的冷凝换热液膜。
优选地，所述机组的所述外机还包括四通阀，通过控制所述四通阀以控制所述机组进行切换回路中的冷媒流向的操作。
优选地，所述机组还包括室外环境感温装置，所述检测判断步骤在所述机组正常制热水时进行，若检测到当室外环境温度＜5℃或机组化霜时则不执行检测判断步骤。
优选地，当所述控制器检测到所述机组满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第一判定条件时，机组执行所述控制调节步骤M1分钟，其中M1为设定的常数。
优选地，所述机组的所述水箱还包括水温感温包，其所述第一判定条件为：压缩机制热水累计运行时间≥K1分钟，且连续60min检测到实时水温＜x1℃时，其中K1和x1均为设定的常数。
优选地，所述第一判定条件为：所述机组的所述水箱还包括水温感温包和冷凝出制冷剂感温包，连续5min检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x2℃时，且实时水温＜x1℃。
优选地，当所述控制器检测到所述机组满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第二判定条件时，机组执行所述控制调节步骤M2分钟，其中M2为设定的常数。
优选地，所述机组的所述水箱还包括水温感温包，其所述第二判定条件为：压缩机制热水累计运行时间≥K1+K2分钟，且连续30min检测到实时水温≥x1℃时，其中K1、K2和x1均为设定的常数。
优选地，所述机组的所述水箱还包括水温感温包和冷凝出制冷剂感温包，其所述第二判定条件为：连续5min检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x3℃时，且实时水温≥x1℃时，其中x1和x3均为设定的常数。
优选地，其中，M1取值为2、M2取值为1、K1取值为120、K2取值为40、x1取值为45、x2取值为-7、或者x3取值为-6。
本发明提供的一种热泵热水机组的性能提升方法具有如下有益效果：
通过本发明的热泵热水机组的性能提升方法，通过切换冷媒流向使得机组进入化霜模式，进而使得制冷剂对水箱进行蒸发吸热、使得制冷剂冷凝换热液膜蒸发为气体，从而能够减少机组制热水运行过程中的制冷剂的冷凝换热液膜，减小冷凝换热热阻，提高冷凝换热效率和机组运行性能，本发明尤其适用于具有微通道换热器的热泵热水机组。
附图说明
图1是本发明的热泵热水机组的流程结构示意图；
图2是本发明的热泵热水机组中的水箱的结构示意图。
图中附图标记表示为：
1—外机，11—四通阀，12—压缩机，13—室外换热器，14—节流装置，15—风机，2—水箱，21—内胆，22—微通道换热器，221—第一集流管，222—第二集流管，223—扁管，224—制冷剂进口管，225—制冷剂出口管，3—第一截止阀，4—第二截止阀。
具体实施方式
本发明提供一种热泵热水机组的性能提升方法，其中，如图1所示，所述机组包括外机1和水箱2，其中所述外机包括四通阀11、压缩机12、室外换热器13、节流装置14、风机15、控制器(未示出)、吸气感温包(未示出，检测压缩机吸气温度)、排气感温包(未示出，检测压缩机排气温度)、室外环境感温包(未示出，检测环境温度)等；所述水箱包括内胆21、微通道换热器22、第一集流管、第二集流管、工质总进口、保温层及外壳、水温感温包(未示出，检测水温，可以是单根、两根或多根)和冷凝出制冷剂感温包(未示出，指的是冷凝换热完成后的出口处的制冷剂温度)等部件，且包括：
1)检测判断步骤：检测并判断水箱出口(位于水箱2的冷凝器的出口(优选微通道换热器22的出口))的制冷剂过冷度是否超出预设过冷度值，若超出预设过冷度值，则进入控制调节步骤；若未超出过预设过冷度值，则机组按照正常模式运行；
2)控制调节步骤：当所述控制器接收到制冷剂过冷度超出预设过冷度值的信号时，控制所述机组切换回路中的冷媒流向，使制冷剂对水箱进行蒸发吸热，有效地减少机组制热水运行过程中的冷凝换热液膜，从而减小冷凝换热热阻，提高冷凝换热效率和机组运行性能。
通过本发明的热泵热水机组的性能提升方法，通过检测判断步骤检测判断出当制冷剂过冷度超出预设过冷度值时，切换冷媒流向使得机组进入化霜模式，进而使得制冷剂对水箱进行蒸发吸热、使得制冷剂冷凝换热液膜蒸发为气体，从而能够减少机组制热水运行过程中的制冷剂的冷凝换热液膜，减小冷凝换热热阻，提高冷凝换热效率和机组运行性能，本发明尤其适用于具有微通道换热器的热泵热水机组。
优选地，所述机组的所述外机1还包括四通阀11，通过控制所述四通阀11以控制所述机组进行切换回路中的冷媒流向的操作。这是本发明的优选控制部件和控制措施，通过四通阀的独有的结构和管路切换控制作用，能够有效且简单地对机组中的冷媒流向的切换进行控制作用。
优选地，所述检测判断步骤在所述机组正常制热水时进行，若检测到当室外环境温度＜5℃或机组化霜时则不执行检测判断步骤。这是本发明的性能提升方法中的检测判断步骤的先决判定条件，即需保证机组在正常制热水时进行检测判断步骤，如果机组不是处在正常制热水模式下(例如化霜模式时，机组冷媒流向反转，水箱作为蒸发器而不是冷凝器，机组对水箱不制热、即不制取热水，因此此时执行检测判断步骤没有意义；例如当室外环境温度＜5℃时，此时则需要使用超低温热泵机组才能制取热水，对于普通热泵机组而言已无法制取热水了，并且室外换热器温度＜5℃时，机组会定期化霜、减少冷凝器侧液膜，无需执行上述的检测和调节控制，此时执行检测判断步骤也是没有意义的)。
优选地，当所述控制器检测到所述机组满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第一判定条件时，机组(强制)执行所述控制调节步骤(使机组化霜运行)M1分钟，其中M1为设定的常数。这是机组具体的在其满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第一判定条件时执行控制调节步骤的操作控制方法，能够在此条件下使机组水箱(冷凝器)处的制冷剂冷凝换热液膜有效地得到减小，提供机组换热效率和性能。
优选地，所述第一判定条件为：压缩机制热水累计运行时间≥K1分钟，且连续60min检测到实时水温(两根或多根感温包时取平均值)＜x1℃时，其中K1和x1均为设定的常数，根据实际热水机组及换热器的性能可进行人为的设定和更改。压缩机制热水累计运行时间≥K1分钟说明机组已经运行一段时间了，连续60min检测到实时水温＜x1℃说明实时水温始终低于一定值(预设值)，说明此时水箱中制冷剂与水之间的换热效果比较好、换热效率比较高，可推断出制冷剂容易冷凝大幅降温而过冷并且达到预设过冷度值，同时形成冷凝换热液膜，则需及时执行控制调节步骤以降低制冷剂的过冷度。
优选地，所述第一判定条件为：连续5min检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x2℃时，且实时水温(两根或多根感温包时取平均值)＜x1℃，其中x1和x2均为设定的常数，根据实际热水机组及换热器的性能可进行人为的设定和更改。连续5min内检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x2℃说明制冷剂在上述时间内持续低于实时水温设定的温度差值，表明制冷剂具有极大的过冷度的可能性，并且实时水温＜x1℃说明实时水温低于一定值(预设值)，说明此时水箱中制冷剂与水之间的换热效果比较好、换热效率比较高，两者综合可推断出制冷剂被冷凝大幅降温而过冷并且达到预设过冷度值，同时形成冷凝换热液膜的形成而导致的，即过冷度超出了预设过冷度值，则需及时执行控制调节步骤以降低制冷剂的过冷度。
优选地，当所述控制器检测到所述机组满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第二判定条件时，机组(强制)执行所述控制调节步骤(使机组化霜运行)M2分钟，其中M2为设定的常数。这是机组具体的在其满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第二判定条件时执行控制调节步骤的操作控制方法，能够在此条件下使机组水箱(冷凝器)处的制冷剂冷凝换热液膜有效地得到减小，提供机组换热效率和性能。
优选地，所述第二判定条件为：压缩机制热水累计运行时间≥K1+K2分钟，且连续30min检测到实时水温(两根或多根感温包时取平均值)≥x1℃时，其中K1、K2和x1均为设定的常数，根据实际热水机组及换热器的性能可进行人为的设定和更改。压缩机制热水累计运行时间≥K1+K2分钟说明机组已经运行了一段更长(相当长)的时间了，连续30min检测到实时水温≥x1℃说明水温超温了，水温越高、导致制冷剂的饱和冷凝压力和冷凝温度都相应的升高，由于过冷度＝冷凝温度-实时制冷剂温度，则过冷度会相应地升高，再结合压缩机制热水累计运行时间≥K1+K2分钟(机组运行更长或相当长的时间)，则说明制冷剂过冷度超出了预设过冷度值，则需及时执行控制调节步骤以降低制冷剂的过冷度。
优选地，所述第二判定条件为：连续5min检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x3℃时，且实时水温(两根或多根感温包时取平均值)≥x1℃时，其中x1和x3均为设定的常数，根据实际热水机组及换热器的性能可进行人为的设定和更改。冷凝出制冷剂温度-所述水温≤x3℃说明制冷剂在上述时间内持续低于实时水温设定的温度差值，表明制冷剂具有极大的过冷度的可能性，实时水温≥x1℃说明水温超温了，水温越高、导致制冷剂的饱和冷凝压力和冷凝温度都相应的升高，由于过冷度＝冷凝温度-实时制冷剂温度，则过冷度会相应地升高，再结合连续5min检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x3℃时，则说明制冷剂过冷度超出了预设过冷度值，则需及时执行控制调节步骤以降低制冷剂的过冷度。
优选地，其中，M1取值为2、M2取值为1、K1取值为120、K2取值为40、x1取值为45、x2取值为-7、或者x3取值为-6。这是这几个条件参数的优选数值，上述该多个条件参数分别与热泵热水机组的相关性能参数分别各自相关。
优选地，所述机组正常制热水模式运行时，水箱侧微通道换热器工质(即冷媒)从上部进入，下部流出。采用逆流换热，且换热降温后的冷流体由于重力的作用自动地流至下部，减少了需增加推动动力的额外负担。
下面介绍一下本发明的工作原理和优选实施例
本发明为一种热泵热水器，包括外机1和水箱2，其中所述外机1包括四通阀11、压缩机12、室外换热器13、节流阀14、风机15、控制器(未示出)、吸气感温包(未示出，检测压缩机吸气温度)、排气感温包(未示出，检测压缩机排气温度)、室外环境感温包(未示出，检测环境温度)等；水箱2包括内胆21、微通道换热器22、第一集流管221、第二集流管222、制冷剂进口管224、保温层及外壳、水温感温包(未示出，检测水温，可以是单根、两根或多根)和冷凝出感温包(未示出)等部件。所述外机1和水箱2可以是分体式，也可以是整体式。
所述机组正常制热水模式运行时，水箱侧微通道换热器工质(即制冷剂)从上部进入，下部流出。
正常制热水运行(室外环境温度＜5℃和机组化霜时不检测)时，
(1)当外机控制器检测到如下条件时，机组强制化霜运行M1分钟：
①压缩机制热水累计运行时间≥K1分钟，且水箱感温包温度(两根或多根感温包时取平均值)＜x1℃时，
②或水箱冷凝出感温包温度-水温感温包≥x2℃时，且水箱感温包温度(两根或多根感温包时取平均值)＜x1℃时
(2)当外机控制器检测到如下条件时，机组强制化霜运行M2分钟：
①压缩机制热水累计运行时间≥K1+K2分钟，且水箱感温包温度(两根或多根感温包时取平均值)≥x1℃时，
②或水箱冷凝出感温包温度-水温感温包≥x2℃时，且水箱感温包温度(两根或多根感温包时取平均值)≥x1℃时
其中，M1、M2、K1、K2、x1、x2可取值2、1、120、40、45和-1
通过定期切换冷媒流向，减少机组制热水运行过程中的冷凝换热液膜，从而减小冷凝换热热阻，提高冷凝换热效率和机组运行性能。
本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：所述机组包括外机(1)和水箱(2)，其中所述外机(1)包括压缩机(12)、室外换热器(13)、控制器；且包括以下步骤：
1)检测判断步骤：检测并判断水箱出口的制冷剂过冷度是否超出预设过冷度值，若超出预设过冷度值，则进入控制调节步骤；若未超出过预设过冷度值，则机组按照正常模式运行；
2)控制调节步骤：当所述控制器接收到制冷剂过冷度超出预设过冷度值的信号时，控制所述机组切换回路中的冷媒流向，使制冷剂对水箱进行蒸发吸热，减少机组制热水运行过程中的冷凝换热液膜。
2.根据权利要求1所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：所述机组的所述外机(1)还包括四通阀(11)，通过控制所述四通阀(11)以控制所述机组进行切换回路中的冷媒流向的操作。
3.根据权利要求1-2之一所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：所述机组还包括室外环境感温装置，所述检测判断步骤在所述机组正常制热水时进行，若检测到当室外环境温度＜5℃或机组化霜时则不执行检测判断步骤。
4.根据权利要求1-2之一所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：当所述控制器检测到所述机组满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第一判定条件时，机组执行所述控制调节步骤M1分钟，其中M1为设定的常数。
5.根据权利要求4所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：所述机组的所述水箱(2)还包括水温感温包，其所述第一判定条件为：压缩机制热水累计运行时间≥K1分钟，且连续60min检测到实时水温＜x1℃时，其中K1和x1均为设定的常数。
6.根据权利要求4所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：所述机组的所述水箱(2)还包括水温感温包和冷凝出制冷剂感温包，其所述第一判定条件为：连续5min检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x2℃时，且实时水温＜x1℃，其中x1和x2均为设定的常数。
7.根据权利要求1-2之一所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：当所述控制器检测到所述机组满足制冷剂过冷度超出预设过冷度值的第二判定条件时，机组执行所述控制调节步骤M2分钟，其中M2为设定的常数。
8.根据权利要求7所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：所述机组的所述水箱(2)还包括水温感温包，其所述第二判定条件为：压缩机制热水累计运行时间≥K1+K2分钟，且连续30min检测到实时水温≥x1℃时，其中K1、K2和x1均为设定的常数。
9.根据权利要求7所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：所述机组的所述水箱(2)还包括水温感温包和冷凝出制冷剂感温包，其所述第二判定条件为：连续5min检测到冷凝出制冷剂温度-实时水温≤x3℃时，且实时水温≥x1℃时，其中x1和x3均为设定的常数。
10.根据权利要求4所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：其中，M1取值为2。
11.根据权利要求5所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：其中，K1取值为120、x1取值为45。
12.根据权利要求6所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：其中，x1取值为45、x2取值为-7。
13.根据权利要求7所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：其中，M2取值为1。
14.根据权利要求8所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：其中，K1取值为120、K2取值为40、x1取值为45。
15.根据权利要求9所述的热泵热水机组的性能提升方法，其特征在于：其中，x1取值为45、x3取值为-6。
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