CN107270583B - 热泵机组的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于空调设备领域，具体提供一种热泵机组的控制方法。本发明旨在解决现有热泵机组的控制方法在调整节流阀的开度时没有考虑到能效因素的问题。本发明的控制方法能够获取压缩机的吸气过热度；将所述吸气过热度与预定范围进行比较，然后根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来控制所述节流阀的运行开度；以便所述节流阀能够根据不同的工况选择不同的控制方法，从而使得所述节流阀的开度能够设置到最佳运行开度，进而使得所述热泵机组能够产生最大的能效，从而保证所述热泵机组能够时刻保持高效的运行状态。

Description

热泵机组的控制方法

技术领域

本发明属于空调设备领域，具体涉及一种热泵机组的控制方法。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，人们对生活环境也提出了越来越高的要求。为了维持舒适的环境温度，空调设备已经成为人们生活中必不可少的一种设备。具体地，现有空调设备大多使用的是热泵机组，热泵机组需要通过节流装置对制冷剂的流速进行控制。为了实现热泵机组的智能化控制，优选地，现有热泵机组多采用电子膨胀阀作为机组的节流装置。电子膨胀阀能够通过实时控制开度的方法精确而快速地控制制冷剂的流量，从而实现对热泵机组快速有效的控制。

现有电子膨胀阀的控制方法多是以吸气过热度、环境温度等参数作为参考对电子膨胀阀的开度进行调整。这些控制方法虽然能够使预设温度快速达到预设值，但是，此时的热泵机组并不一定处于高效运行的状态。具体地，电子膨胀阀的开度与制冷量或制热量并不是简单的线性相关的关系，在一定范围内，随着电子膨胀阀开度的增加，制冷量或制热量通常是呈现一种先增大后减小的状态。因此，电子膨胀阀的开度在变化过程中存在一个最优值。但是，现有的电子膨胀阀的控制方法并没有找出这个最优值，因此，现有热泵机组经常处于一种低效运行的状态，并且电子膨胀阀精细节流的功能也无法很好地发挥出来。

相应地，本领域需要一种新的热泵机组的控制方法来解决上述问题。

发明内容

为了解决现有热泵机组的控制方法在调整节流阀的开度时没有考虑到能效因素，容易造成所述热泵机组长时间处于低效运行的状态，从而造成能源浪费的问题，本发明提供了一种热泵机组的控制方法，所述热泵机组包括压缩机和节流阀，其特征在于，所述控制方法包括下列步骤：获取所述压缩机的吸气过热度；将所述吸气过热度与预定范围进行比较；根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来控制所述节流阀的运行开度。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，“根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来控制所述节流阀的运行开度”的步骤具体包括：如果所述吸气过热度超出所述预定范围，则直接根据所述吸气过热度控制所述节流阀的运行开度。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，“根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来控制所述节流阀的运行开度”的步骤具体包括：如果所述吸气过热度在所述预定范围内，则判断所述压缩机的工作频率是否处于稳定状态，并且根据判断结果，控制所述节流阀的运行开度。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，“根据判断结果，控制所述节流阀的运行开度”的步骤具体包括：如果所述压缩机的工作频率不处于稳定状态，则根据所述吸气过热度控制所述节流阀的开度。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，“根据判断结果，控制所述节流阀的运行开度”的步骤具体包括：如果所述压缩机的工作频率处于稳定状态；则以预定增量值调整所述节流阀的开度；检测换热介质流入所述热泵机组时的第一温度和流出所述热泵机组时的第二温度；循环执行上述两个步骤，直到满足预定条件；比较多次检测的结果，确定所述节流阀的最佳运行开度；所述预定条件为所述节流阀的开度小于第一预定开度或大于第二预定开度，其中，所述第一预定开度小于所述第二预定开度，或者所述预定条件为所述预定条件为所述循环执行的次数达到预定次数。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，“比较多次检测的结果，确定所述节流阀的最佳运行开度”的步骤具体包括：计算每次调整所述节流阀的开度后对应的所述第二温度与所述第一温度的差值的绝对值；比较所述差值的绝对值，获取所述差值的绝对值中的最大值；将所述最大值对应的所述节流阀的开度确定为所述节流阀的最佳运行开度。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，在“以预定增量值调整所述节流阀的开度”的步骤之前，所述控制方法还包括下述步骤：判断所述节流阀的当前开度是否等于所述第一预定开度或所述第二预定开度，如果不是，则先将所述节流阀的开度修正为所述第一预定开度或所述第二预定开度。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，所述第一预定开度和所述第二预定开度通过检测压缩机的工作频率来确定。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，所述换热介质是水。

在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，所述节流阀是电子膨胀阀。

本领域技术人员能够理解的是，在上述热泵机组的控制方法的优选技术方案中，所述热泵机组包括压缩机和节流阀，获取所述压缩机的吸气过热度；将所述吸气过热度与预定范围进行比较；根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来控制所述节流阀的运行开度；以便所述节流阀能够根据不同的工况选择不同的控制方法，从而使得所述节流阀的开度能够设置到最佳运行开度，进而使得所述热泵机组能够产生最大的能效，从而保证所述热泵机组能够时刻保持高效的运行状态。

附图说明

图1是本发明的热泵机组的控制方法的优选技术方案的主要步骤流程图。

图2是本发明的热泵机组的控制方法的优选技术方案的具体步骤流程图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管本申请中按照特定顺序描述了本发明的方法的各个步骤，但是这些顺序并不是限制性的，在不偏离本发明的基本原理的前提下，本领域技术人员可以按照不同的顺序来执行所述步骤。

基于背景技术中提出的现有热泵机组的控制方法在调整节流阀的开度时没有考虑到能效因素，因此，容易造成所述热泵机组长时间处于低效运行的状态，从而造成能源浪费的问题。本发明提出了一种热泵机组的控制方法。所述热泵机组的控制方法能够根据所述压缩机的吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来控制所述节流阀的运行开度，并且确定出不同工况下所述节流阀的开度的优选值；然后将所述节流阀的开度调整到所述优选值，以便将所述节流阀的开度设置到所述热泵机组能够产生最大能效的开度，使得所述热泵机组能够时刻保持高效的运行状态。

具体地，所述热泵机组设置有冷媒循环系统，该冷媒循环系统与换热介质循环系统进行热交换，将换热介质加热或冷却，并且，所述冷媒循环系统包括压缩机、蒸发装置、冷凝装置和节流阀。所述换热介质循环系统能够利用换热介质与外界环境和所述冷媒循环系统之间进行循环热交换，进一步地，换热介质能够通过所述换热介质循环系统流入所述热泵机组中进行加热或冷却，加热或冷却后的换热介质再通过所述换热介质循环系统流出所述热泵机组，并且与外界环境进行之间进行热交换，然后再次流入所述热泵机组进行加热或冷却，从而实现循环热交换。

进一步地，所述热泵机组包括吸气压力传感器和吸气温度传感器，所述压力传感器能够实时检测所述压缩机的吸气压力；所述吸气温度传感器能够实时检测所述压缩机的吸气温度。另外，换热介质流入所述热泵机组的位置以及换热介质流出所述热泵机组的位置均设置有温度传感器，所述温度传感器能够实时测量换热介质流入所述热泵机组时的温度和换热介质流出所述热泵机组时的温度。需要说明的是，本发明的控制方法不对热泵机组的结构以及测量运行参数的方式作出任何限制。

以下将结合热泵机组运行本发明的热泵机组的控制方法的过程为例来对本发明的方法进行说明。本领域技术人员能够理解的是，优选地，所述节流阀为电子膨胀阀。所以，以下将以所述节流阀为电子膨胀阀时为例来对本发明的所述方法进行说明，但是，所述节流阀不限于电子膨胀阀。首先参阅图1，该图是本发明的热泵机组的控制方法的优选技术方案的主要步骤流程图。如图1所示，所述方法主要包括以下步骤：

S210：检测压缩机的吸气压力和吸气温度以及换热介质的第一温度和第二温度；

S220：计算压缩机的吸气过热度；

S230：判断吸气过热度是否在预定范围内；如果是，则执行步骤S250，如果不是，则执行步骤S240；

S240：根据吸气过热度控制电子膨胀阀的开度；

S250：判断压缩机的工作频率是够处于稳定阶段；如果是，则执行步骤S260，如果不是，则执行步骤S240；

S260：进入步骤S110。

具体地，如图1所示，在步骤S210中，通过所述吸气压力传感器检测所述压缩机的吸气压力Ps；通过所述吸气温度传感器检测所述压缩机的吸气温度Ts。并且，通过所述温度传感器检测换热介质流入所述热泵机组时的第一温度T1和换热介质流出所述热泵机组时的第二温度T2。

进一步地，在步骤S220中，对所述压缩机的吸气过热度进行计算，以便得到所述压缩机的吸气过热度，为步骤S230中的判断提供数据。根据所述压缩机的吸气压力Ps能够计算出饱和温度Ts＇，计算公式如下：

Ts＇＝-2.3691*Ps*6+21.434*Ps*5-78.312*Ps*4+150.32*Ps*3-170.29*Ps*2+144.71*Ps-22.567

其中，Ps为所述压缩机的吸气压力(单位：Mpa)。

根据所述压缩机的吸气温度Ts和上述公式计算出的饱和温度Ts＇就能够计算出所述压缩机的吸气过热度ΔTs，吸气过热度ΔTs的计算公式如下：

ΔTs＝Ts-Ts＇

其中，ΔTs、Ts和Ts＇的单位均为℃。

在步骤S230中，判断所述吸气过热度是否在预定范围内，以便选择性地执行不同的步骤，使得所述电子膨胀阀的开度能够根据不同的情况选择不同的控制方法。具体地，如果所述吸气过热度在所述预定范围内，则说明根据设定程序的调整方式已经无法满足热泵机组高效运行的要求。此时，执行步骤S250。如果所述吸气过热度不在所述预定范围内，则根据吸气过热度控制电子膨胀阀的开度即可。具体地，根据吸气过热度控制所述电子膨胀阀开度的控制方法可以参照专利号为201510447302.8或201410527377.2的中国专利中所述的控制方法，上述两个专利申请通过引用并入本申请中。需要说明的是，优选地，所述吸气过热度的预定范围为大于2℃并且小于15℃。

进一步地，在步骤S250中还需要判断所述压缩机的工作频率是否处于稳定阶段。如果是，则说明根据设定程序的调整方式已经无法满足热泵机组高效运行的要求，接着执行步骤S260。如果不是，则说明所述热泵机组处于不断调整的状态，此时还无需调整所述设定程序，执行步骤S240，即根据吸气过热度控制所述电子膨胀阀的开度即可。更进一步地，根据吸气过热度控制所述电子膨胀阀开度的控制方法可以参照专利号为201510447302.8或201410527377.2的中国专利中所述的控制方法，上述两个专利申请通过引用并入本申请中。需要说明的是，优选地，当所述压缩机的工作频率的波动范围不超过2Hz时，就判断所述压缩机的工作频率是处于稳定阶段。本领域技术人员能够理解的是，所述压缩机的工作频率是否处于稳定阶段可以结合实际应用情况自行设定，不必局限于上述标准。

具体地，当所述吸气过热度在所述预定范围内，并且所述压缩机的工作频率处于稳定阶段时，说明根据所述设定程序的调整方式已经无法满足热泵机组高效运行的要求。此时，执行步骤S260，即进入步骤S110(下文将对步骤S110的内容进行具体描述)。根据步骤S110及其之后的步骤确定所述电子膨胀阀的优选开度，并且将所述电子膨胀阀的开度调整至所述优选开度，使得将所述电子膨胀阀的开度设置到所述优选开度时，所述热泵机组能够产生最大的能效，这样不仅能够使得所述热泵机组时刻保持高效的运行状态，还能有效减少所述热泵机组消耗的能源。

当所述吸气过热度在所述预定范围内，并且所述压缩机的工作频率处于稳定阶段时，说明根据所述设定程序的调整方式已经无法满足热泵机组高效运行的要求，此时需要按照图2中所示的步骤对所述热泵机组进行控制。参阅图2，该图是本发明的热泵机组的控制方法的优选技术方案的具体步骤流程图。如图2所示，所述控制方法具体还包括以下步骤：

S110：根据压缩机的工作频率确定第一预定开度和第二预定开度；

S120：判断当前开度是否等于第一预定开度或第二预定开度；如果是，则执行步骤S140；如果不是，则执行步骤S130；

S130：将开度修正为第一预定开度或第二预定开度；

S140：以预定增量值调整电子膨胀阀的开度；

S150：检测换热介质的第一温度和第二温度；

S160：计算第二温度与第一温度差值的绝对值；

S170：判断开度是否小于第一预定开度或大于第二预定开度；如果是，则执行步骤S180；如果不是，则执行步骤S140；

S180：比较所有差值的绝对值，获取绝对值中的最大值；

S190：将最大值对应的开度确定为电子膨胀阀的运行开度。

具体地，如图2所示，首先，根据所述压缩机的工作频率，确定出第一预定开度和第二预定开度。需要说明的是，一般地，当所述压缩机的工作频率一定时，所述电子膨胀阀的开度也需要在对应的范围内进行调整。所述第一预定开度取所述调整范围中的最小值，所述第二预定开度取所述调整范围中的最大值。

另外，所述压缩机的工作频率与所述电子膨胀阀的开度调整范围的对应关系可参照下表，本领域技术人员能够理解的是，下表中的数据可以根据实验或建模的方式进行确定，但是，不限于实验或建模的方式：

继续参阅图2，在步骤S120中，判断所述电子膨胀阀的当前开度是否等于所述第一预定开度或所述第二预定开度。如果是，则可以直接执行步骤S140；如果不是，则将所述电子膨胀阀的当前开度先修正为所述第一预定开度或所述第二预定开度，再执行步骤S140。这样操作是为了便于开度的调整过程具有更好的连续性，也可以不对所述当前开度进行修正，相应修改调整过程即可。

本领域技术人员能够理解的是，如果当前开度小于所述第一预定开度时，优选将当前开度修正为所述第一预定开度；如果当前开度大于所述第二预定开度时，优选将当前开度修正为所述第二预定开度。需要说明的是，上述修正开度的方式仅作为一种优选修正方式，本领域技术人员也可以根据实际情况自行设定修正开度的方式。

进一步地，在步骤S140中，以预定增量值调整电子膨胀阀的开度，需要说明的是，所述预定增量值可以是正值也可以是负值。具体地，当所述电子膨胀阀的开度等于所述第一预定开度时，所述预定增量值取正值；当所述电子膨胀阀的开度等于所述第二预定开度时，所述预定增量值取负值。还需要说明的是，所述预定增量值的大小可以根据设计人员的需要自行选取。

每次调整完所述电子膨胀阀的开度后，通过所述温度传感器检测换热介质流入所述热泵机组时的第一温度T1和换热介质流出所述热泵机组时的第二温度T2。然后计算出所述第二温度T2和所述第一温度T1的差值的绝对值ΔT，即：

ΔT＝|T2-T1|

在步骤S170中，判断所述电子膨胀阀的开度是否小于所述第一预定开度或大于所述第二预定开度。如果不是，则表示所述电子膨胀阀的开度并没有包含所述调整范围内的全部数据，此时，还需要再次执行步骤S140至S160，以获取更多开度对应的运行参数。如果是，则表明所述电子膨胀阀的开度调整已经覆盖了整个所述调整范围的数值，执行步骤S180，跳出循环。本领域技术人员能够理解的是，步骤S170是循环结束的条件，所述条件不是固定的，例如，所述条件还可以是所述循环执行的次数达到预定次数。

在步骤S180中，将循环过程中计算得到的所有差值的绝对值ΔT进行比较，获取所有差值的绝对值中的最大值。然后执行步骤S190，将所述最大值对应的开度确定为所述电子膨胀阀的最佳运行开度。需要说明的是，所述最佳运行开度是指在上述调整范围内的所述电子膨胀阀的开度的优选值。

另外，本领域技术人员能够理解的是，当所述吸气过热度在所述预定范围内，并且所述压缩机的工作频率处于稳定阶段时，说明根据所述设定程序的调整方式已经无法满足热泵机组高效运行的要求。同时，当所述第二温度与所述第一温度的差值的绝对值达到最大时，所述热泵机组产生的能效也最大，此时，如果再将所述电子膨胀阀的开度设置为小于所述最大值对应的开度，则会导致所述热泵机组产生的能效变小；如果将所述电子膨胀阀的开度设置为大于所述最大值对应的开度，不仅会导致所述热泵机组产生的能效变小，还会浪费更多的能源，甚至对所述热泵机组的其他元件造成工作负担。本领域技术人员还能够理解的是，上述优选技术方案中所述的换热介质优选为水。

本发明的控制方法能够根据所述吸气过热度是否处于所述预定范围内以及所述压缩机的工作频率是否处于稳定阶段的不同工况使用不同的方法对所述电子节流阀进行控制，以便使得所述热泵机组在不同工况下都能时刻产生最大的能效，极大程度地提高了所述热泵机组的工作效率。最后还需要说明的是，上述实施例均是本发明的优选实施方案，并不作为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在实际使用本发明时，可以根据需要适当添加或删减一部分步骤，或者调换不同步骤之间的顺序。这种改变并没有超出本发明的基本原理，属于本发明的保护范围。

至此，已经结合附图描述了本发明的优选实施方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种热泵机组的控制方法，所述热泵机组包括压缩机和节流阀，其特征在于，所述控制方法包括下列步骤：

获取所述压缩机的吸气过热度；

将所述吸气过热度与预定范围进行比较；

根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来控制所述节流阀的运行开度；

“根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来调整所述节流阀的运行开度”的步骤具体包括：

如果所述吸气过热度在所述预定范围内，则判断所述压缩机的工作频率是否处于稳定状态，并且根据判断结果，控制所述节流阀的运行开度；

“根据判断结果，控制所述节流阀的运行开度”的步骤具体包括：

如果所述压缩机的工作频率处于稳定状态；

则以预定增量值调整所述节流阀的开度；

检测水流入所述热泵机组时的第一温度和流出所述热泵机组时的第二温度；

循环执行上述两个步骤，直到满足预定条件；

比较多次检测的结果，确定所述节流阀的最佳运行开度；

所述预定条件为所述节流阀的开度小于第一预定开度或大于第二预定开度，其中，所述第一预定开度小于所述第二预定开度，或者所述预定条件为所述循环执行的次数达到预定次数。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，“根据所述吸气过热度与预定范围的比较结果，选择性地结合所述热泵机组的进出水温差来调整所述节流阀的运行开度”的步骤还包括：

如果所述吸气过热度超出所述预定范围，则直接根据所述吸气过热度控制所述节流阀的运行开度。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，“根据判断结果，控制所述节流阀的运行开度”的步骤还包括：

如果所述压缩机的工作频率不处于稳定状态，则根据所述吸气过热度控制所述节流阀的开度。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，“比较多次检测的结果，确定所述节流阀的最佳运行开度”的步骤具体包括：

计算每次调整所述节流阀的开度后对应的所述第二温度与所述第一温度的差值的绝对值；

比较所述差值的绝对值，获取所述差值的绝对值中的最大值；

将所述最大值对应的所述节流阀的开度确定为所述节流阀的最佳运行开度。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在“以预定增量值调整所述节流阀的开度”的步骤之前，所述控制方法还包括下述步骤：

判断所述节流阀的当前开度是否等于所述第一预定开度或所述第二预定开度，

如果不是，则先将所述节流阀的开度修正为所述第一预定开度或所述第二预定开度。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述第一预定开度和所述第二预定开度通过检测压缩机的工作频率来确定。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述节流阀是电子膨胀阀。

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