CN106931639B - 一种热泵热水器节流元件控制方法 - Google Patents

一种热泵热水器节流元件控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热泵热水器节流元件控制方法，包括以下步骤：（1）、建立并存储：环温‑水温‑初始开度查找表、排气温度分段‑环温分段‑目标吸气过热度查找表、排气温度差‑调阀步数‑调阀频率表，计算并存储临界排气温度Tmax；（2）、检测环温和水温，从环温‑水温‑初始开度查找表中查找出所对应的初始开度，调节节流元件；（3）、周期采集压缩机的排气温度T，并将排气温度T与临界排气温度Tmax进行比较，当T＜Tmax时，采用吸气过热度控制调节节流元件的开度，当T≥Tmax时，采用排气过热度控制调节节流元件的开度。本发明的热泵热水器节流元件控制方法，既能够保证低水温区域系统调试平稳且效率高，又能够在高水温时解决了压缩机油碳化的问题。

Description

一种热泵热水器节流元件控制方法
技术领域
本发明属于热水器技术领域，具体地说，是涉及一种热泵热水器节流元件控制方法。
背景技术
热泵热水器在调试系统时常用的控制电子膨胀阀的算法有吸气过热度和排气过热度两种，吸气过热度在低水温区段能够很好的保证蒸发器里面的冷媒气态化，系统调试平稳且效率高，但是面向高水温对排气温度、系统的高压力、高负荷调试存在困难性；排气过热度能够很好的调节高温水段对应的系统平衡，但是对于低温水段，很难做到吸气过热度调节的平滑，蒸发器系统的高效性，单纯的排气控制冷凝温度无法实时采集且低水温不能够很好的保证吸气有过热度，系统调节相对不稳定。目前单一的调试电子膨胀阀的方法，在面向高水温尤其是设定温度80度的静态加热系统时，调阀比较困难。
发明内容
本发明为了解决现有热泵热水器采用单一的调阀方式，在面向高水温尤其是设定温度80度的静态加热系统时，无法兼顾在低水温和高水温时的调试效果的问题，提出了一种热泵热水器节流元件控制方法，可以解决上述问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种热泵热水器节流元件控制方法，包括以下步骤：
（1）、建立并存储：环温-水温-初始开度查找表、排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表、排气温度差-调阀步数-调阀频率表，计算并存储临界排气温度Tmax，所述临界排气温度Tmax为利用吸气过热度控制调阀时，水温逐渐升高，在满足系统性能参数曲线波动位于设定范围内的前提下，所对应的最大排气温度值；
（2）、检测当前环温和水温，从所述环温-水温-初始开度查找表中查找出所对应的初始开度，并将节流元件调节至该初始开度；
（3）、周期采集压缩机的排气温度T，并将排气温度T与临界排气温度Tmax进行比较，当T＜Tmax时，采用吸气过热度控制调节所述节流元件的开度，当T≥Tmax时，采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度。
进一步的，步骤（2）中，采用吸气过热度控制调节所述节流元件的开度的方法为：
检测当前吸气温度、蒸发器温度/>、排气温度，查找排气温度所落入的排气温度分段，以及查找环温所落入的环温分段，从所述排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表中查找出所对应的目标吸气过热度/>，计算目标调阀步数/>：
根据目标调阀步数计算节流元件下一时刻开度/>：
其中，为节流元件当前开度。
进一步的，还包括对开机时间计时的步骤，在开机时间小于分钟时间内不调节节流元件，其中/>＞0。
进一步的，步骤（2）中，采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度的方法为：
计算目标排气温度：
其中，为当前水温，/>为从吸气过热度控制调节所述节流元件的开度切换到排气过热度控制调节所述节流元件的开度时的水温，/>为设定水温，/>为大于零的常系数；
计算排气温度差：
根据排气温度差从所述排气温度差-调阀步数-调阀频率表中查找出所对应的调阀步数和调阀频率，并按照所述调阀步数和调阀频率调节所述节流元件的开度。
进一步的，步骤（2）中，当检测到T≥Tmax时，持续时间之后切换为采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度，其中，/>＞0。
进一步的，步骤（1）中，在不同环温下进行吸气过热度控制调节所述节流元件的开度试验，其中，每个环温下进行吸气过热度控制调节所述节流元件的开度试验时对应一个最大排气温度值，所述临界排气温度Tmax为所有环温下所对应最大排气温度值中的最小值。
进一步的，所述环温-水温-初始开度查找表、排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表、排气温度差-调阀步数-调阀频率表、临界排气温度Tmax存储于EEPROM中。
进一步的，所述排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表中，各排气温度分段和环温分段所对应的能够使得蒸发器内冷媒全部蒸发时的吸气过热度为目标吸气过热度。
进一步的，步骤（1）中所述的系统性能参数至少包括：排气温度、吸气温度、水温、蒸发器温度。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的热泵热水器节流元件控制方法，会随着排气温度的变化适时转换采用吸气过热度控制调阀和排气过热度控制调阀，这样既能够保证低水温区域系统调试平稳且效率高，又能够在高水温时，采用排气过热度控制更直接有效，解决了由于排气温度高导致的压缩机内部线圈温度太高，绝缘性降低，压缩机油碳化的问题。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所提出的热泵热水器节流元件控制方法的一种实施例流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，本实施例提出了一种热泵热水器节流元件控制方法，包括以下步骤：
S1、建立并存储：环温-水温-初始开度查找表、排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表、排气温度差-调阀步数-调阀频率表，计算并存储临界排气温度Tmax，所述临界排气温度Tmax为利用吸气过热度控制调阀时，水温逐渐升高，在满足系统性能参数曲线波动位于设定范围内的前提下，所对应的最大排气温度值；系统性能参数至少包括：排气温度、吸气温度、水温、蒸发器温度等。
其中，上述各查找表及临界排气温度Tmax通过预先试验获得，仅利用吸气过热度控制调阀，在不同环温下进行试验，获得初始数据，节流元件的初始开度、临界排气温度Tmax等。
环温-水温-初始开度查找表、排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表、排气温度差-调阀步数-调阀频率表、临界排气温度Tmax可以存储于EEPROM中，但不限于存储于上述部件中，当然也可以采用外加存储电路的方式或者存储于其他非易失的存储单元中。
S2、检测当前环温和水温，从所述环温-水温-初始开度查找表中查找出所对应的初始开度，并将节流元件调节至该初始开度；系统开机后，即进行检测当前环温和水温，并查找初始开度。环温-水温-初始开度查找表是预先试验测得，不同环温、水温时所对应的能够使热水器处于最佳性能状态时的节流元件开度。
S3、周期采集压缩机的排气温度T，并将排气温度T与临界排气温度Tmax进行比较，当T＜Tmax时，采用吸气过热度控制调节所述节流元件的开度，当T≥Tmax时，采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度。
开机后随着换热系统工作，水温逐渐上升，低水温时，相应排气温度较低，对压缩机造成的压力较小，此时首先考虑提高蒸发器内的冷媒的蒸发效率，也即保证进入蒸发器更多的冷媒且能够完全蒸发，以给水箱内的水提供更多的热量进行加热，因此，采用吸气过热度进行控制调阀，且调阀平稳且换热效率最高，随着水温的逐渐上升，排气温度相应升高，当升高至大于或等于Tmax时，排气温度过高将会导致压缩机内部线圈温度太高，相应绝缘性降低，造成压缩机油碳化，而此时需要加大节流元件开度以间接控制排气温度，此时采用排气过热度控制调阀的方式相对来说更直接，更有效，可以快速有效降低对压缩机的损坏。
在热泵热水器领域，节流元件较常用的实现方式是采用电子膨胀阀，但是本实施例不限于电子膨胀阀，也可以采用其他具有节流功能的节流阀实现。
本实施例的热泵热水器节流元件控制方法，会随着排气温度的变化适时转换采用吸气过热度控制调阀和排气过热度控制调阀，这样既能够保证低水温区域系统调试平稳且效率高，又能够在高水温时，采用排气过热度控制更直接有效，解决了由于排气温度高导致的压缩机内部线圈温度太高，绝缘性降低，压缩机油碳化的问题。
步骤S1中，在不同环温下进行吸气过热度控制调节所述节流元件的开度试验，其中，每个环温下进行吸气过热度控制调节所述节流元件的开度试验时对应一个最大排气温度值，临界排气温度Tmax为所有环温下所对应最大排气温度值中的最小值，以尽可能保证临界排气温度Tmax适合于所有环温。
排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表中，各排气温度分段和环温分段所对应的能够使得蒸发器内冷媒全部蒸发时的吸气过热度为目标吸气过热度。
作为一个优选的实施例，步骤S2中，采用吸气过热度控制调节节流元件的开度的方法为：
检测当前吸气温度、蒸发器温度/>、排气温度，查找排气温度所落入的排气温度分段，以及查找环温所落入的环温分段，从排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表中查找出当前排气温度以及环温下所对应的目标吸气过热度/>，计算目标调阀步数/>：
根据目标调阀步数计算节流元件下一时刻开度/>：
其中，为节流元件当前开度。
采用吸气过热度控制调阀的优点在于能够在确保蒸发器完全蒸发的前提下输入更多的冷媒，以提高换热效率，实现对水箱内水的快速加热。此时排气过热度小于设定阈值，因此，系统运行性能较为平稳，不会对压缩机造成额外损害。
为了保证系统运行的稳定性，还包括对开机时间计时的步骤，在开机时间小于分钟时间内不调节节流元件，其中/>＞0。
本实施例的步骤S2中，采用排气过热度控制调节节流元件的开度的方法为：
计算目标排气温度：
其中，为当前水温，/>为从吸气过热度控制调节所述节流元件的开度切换到排气过热度控制调节所述节流元件的开度时的水温，/>为设定水温，/>为大于零的常系数；目标排气温度是用于在最大化满足热水器性能时又不会对压缩机造成过度损害的排气温度。
计算排气温度差：
根据排气温度差从排气温度差-调阀步数-调阀频率表中查找出所对应的调阀步数和调阀频率，并按照所述调阀步数和调阀频率调节所述节流元件的开度。采用排气过热度控制调阀，调阀步数和调阀频率在计算出排气温度差/>之后可以直接差别得到，当落在排气温度差-调阀步数-调阀频率表的某一温度区间，节流元件就会相应地以一定的速率开阀、关阀、或者保持不变直到加热到设定水温。
步骤S2中，当检测到T≥Tmax时，持续时间之后切换为采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度，其中，/>＞0。
随着热水器处于的工况变化，排气温度也时刻变化，因此，采用排气过热度控制调阀还是吸气过热度控制调阀也是可以相应的相互转换的，在排气过热度控制调阀此过程中若因为用户大流量用水、或者机器停机再开机等导致排气温度＜Tmax时，系统则会相应的切换到吸气过热度控制调阀，适时转换直至达到设定水温。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、建立并存储：环温-水温-初始开度查找表、排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表、排气温度差-调阀步数-调阀频率表，计算并存储临界排气温度Tmax，所述临界排气温度Tmax为利用吸气过热度控制调节所述节流元件的开度时，水温逐渐升高，在满足系统性能参数曲线波动位于设定范围内的前提下，所对应的最大排气温度值；
(2)、检测当前环温和水温，从所述环温-水温-初始开度查找表中查找出所对应的初始开度，并将节流元件调节至该初始开度；
(3)、周期采集压缩机的排气温度T，并将排气温度T与临界排气温度Tmax进行比较，当T＜Tmax时，采用吸气过热度控制调节所述节流元件的开度，当T≥Tmax时，采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度；
步骤(2)中，采用吸气过热度控制调节所述节流元件的开度的方法为：
检测当前吸气温度To、蒸发器温度Tci、排气温度，查找排气温度所落入的排气温度分段，以及查找环温所落入的环温分段，从所述排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表中查找出所对应的目标吸气过热度Δt1，计算目标调阀步数ΔP：
ΔP＝(To-Tci)-Δt1
根据目标调阀步数ΔP计算节流元件下一时刻开度Pi+1：
Pi+1＝Pi+ΔP
其中，Pi为节流元件当前开度。
2.根据权利要求1所述的热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，还包括对开机时间计时的步骤，在开机时间小于t1分钟时间内不调节节流元件，其中t1＞0。
3.根据权利要求1所述的热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，步骤(2)中，采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度的方法为：
计算目标排气温度Tm：
Tm＝Tmax+γ(Tr-Tr1)/(Ts-Tr1)
其中，Tr为当前水温，Tr1为从吸气过热度控制调节所述节流元件的开度切换到排气过热度控制调节所述节流元件的开度时的水温，Ts为设定水温，γ为大于零的常系数；
计算排气温度差Δt2：
Δt2＝Tm-T
根据排气温度差Δt2从所述排气温度差-调阀步数-调阀频率表中查找出所对应的调阀步数和调阀频率，并按照所述调阀步数和调阀频率调节所述节流元件的开度。
4.根据权利要求3所述的热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，步骤(2)中，当检测到T≥Tmax时，持续时间t2之后切换为采用排气过热度控制调节所述节流元件的开度，其中，t2＞0。
5.根据权利要求1-4任一项所述的热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，步骤(1)中，在不同环温下进行吸气过热度控制调节所述节流元件的开度试验，其中，每个环温下进行吸气过热度控制调节所述节流元件的开度试验时对应一个最大排气温度值，所述临界排气温度Tmax为所有环温下所对应最大排气温度值中的最小值。
6.根据权利要求1-4任一项所述的热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，所述环温-水温-初始开度查找表、排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表、排气温度差-调阀步数-调阀频率表、临界排气温度Tmax存储于EEPROM中。
7.根据权利要求1-4任一项所述的热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，所述排气温度分段-环温分段-目标吸气过热度查找表中，各排气温度分段和环温分段所对应的能够使得蒸发器内冷媒全部蒸发时的吸气过热度为目标吸气过热度。
8.根据权利要求1-4任一项所述的热泵热水器节流元件控制方法，其特征在于，步骤(1)中所述的系统性能参数至少包括：排气温度、吸气温度、水温、蒸发器温度。
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