CN108800563A - 一种超低温热泵热水器及其电子膨胀阀控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种超低温热泵热水器及其电子膨胀阀控制方法，其特征在于：其包括喷气增焓压缩机、四通换向阀、壳式换热器、蒸发器，主电子膨胀阀、副电子膨胀阀、气液分离器和中间换热器，所述的中间换热器内包含中压盘管和高压盘管并存有气态和液态制冷剂，喷气增焓压缩机的排气口与四通换向阀的第一通孔连通，四通换向阀的第二通孔与壳式换热器的入口端连通。本发明的有益效果是：利用电子膨胀阀代替传统技术中机械式膨胀阀，具有适用范围广，避免传统机械膨胀阀因蒸发器管壁与传感器热容造成的过热度控制滞后等弊端，改善系统调节品质，在很宽的蒸发温度区域使过热度控制在目标范围内。

Description

一种超低温热泵热水器及其电子膨胀阀控制方法
技术领域
本发明涉及一种热泵热水器，具体是一种超低温热泵热水器及其电子膨胀阀控制方法。
背景技术
空气源热泵在低温如低于-10℃运行时，由于蒸发压力的下降会导致压缩机的压缩比增大，排气温度过高，致使机组无法有效正常运行。同时制热量也会大幅度衰减，无法满足用户的制热水需求。
传统的喷气增焓及双级压缩技术在一定程度上能够提高机组的制热量，使机组稳定运行，但当室外空气温度很低如低于-20℃时，传统技术由于采用传统的机械式或电子式膨胀阀常规控制逻辑，特别有低环境温度高水温条件下，该两种膨胀阀无法有效调节到最合适节流状态，会容易无法实现良好蒸发过程，导致机组排气温度过高无法稳定运行，大大限制了空气源热泵在我国严寒地区的推广使用，因此有必要对其作进一步的改进。
发明内容
本发明的目的是为了克服已有技术存在的缺点，提供一种结构简单，使用方便，能够根据环境温度自动控制电子膨胀阀工作，保证系统稳定高效工作的一种超低温热泵热水器及其电子膨胀阀控制方法。
本发明目的是用以下方式实现的：一种超低温热泵热水器，其特征在于：其包括喷气增焓压缩机、四通换向阀、壳式换热器、蒸发器，主电子膨胀阀、副电子膨胀阀、气液分离器和中间换热器，所述的中间换热器内包含中压盘管和高压盘管并存有气态和液态制冷剂，喷气增焓压缩机的排气口与四通换向阀的第一通孔连通，四通换向阀的第二通孔与壳式换热器的入口端连通，壳式换热器的出口端与中间换热器的高压盘管的入口端连通，高压盘管的出口端与主电子膨胀阀的入口端连通，主电子膨胀阀的出口端与蒸发器的入口端连通，蒸发器的出口端与四通换向阀的第三通孔连通，四通换向阀的第四通孔与气液分离器的入口端连通，气液分离器的出口端与喷气增焓压缩机的吸气口连通；所述的壳式换热器的出口端还并联有副电子膨胀阀后与中间换热器的中压盘管的入口端连接，中压盘管的出口端与喷气增焓压缩机的辅助吸气口连通；所述的主电子膨胀阀及副电子膨胀阀与空气系统连接。
所述的气液分离器的入口端设置有回气温度探头。
所述的蒸发器的的入口端设置有节流后温度探头，蒸发器的中部设置有蒸发器温度探头。
所述的喷气增焓压缩机的排气端设置有排气温度探头。
一种超低温热泵热水器的电子膨胀阀控制方法，其特征在于：其包括如权利要求1-4所述的热泵热水器，其主电子膨胀阀及副电子膨胀阀的控制方式如下：主电子膨胀阀与副电子膨胀阀在外低温时压机首启运行方式：
S1：启动条件当外温低于-5℃，并进水高于43度时；
S2：主电子膨胀阀启动设定时间P46.并运行步数P47，每下降1℃主电子膨胀阀减3步，环境温度到达-15℃停止下降步数。
S3.当喷气增焓压缩机首启时, 当排气温度上升至最高温度后排气温度下降15度，停止主电子膨胀阀低温首启步数，自动加30步，并主电子膨胀阀自动运行。
S4. 副电子膨胀阀启动设定时间P48，并运行P49步数.当启动设定时间结束后副电子膨胀阀自动运行，由P49步数自动转入自动步；
蒸发器盘管温度超于节流后主阀调节功能：
S1.当制热时蒸发器盘管温度超于节流后温度差超过P55，主阀增加P52步，采样P53，并停止过热度调节；
S2.当达到启动条件每次增大P52，当节流后温度上升1℃时，停止主阀增加步数时间P55。
附控制程序表：
本发明的有益效果是：1、结构简单，生产成本低，提高市场竞争力。2、利用电子膨胀阀代替传统技术中机械式膨胀阀，具有适用范围广，避免传统机械膨胀阀因蒸发器管壁与传感器热容造成的过热度控制滞后等弊端，改善系统调节品质，在很宽的蒸发温度区域使过热度控制在目标范围内。3、独特的电子膨胀阀控制逻辑，在环境温度很低时依然能稳定运行，且能大幅提高机组的制热量，提高机组的能效比。
附图说明
图1为本发明系统图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作具体进一步的说明。一种超低温热泵热水器，其特征在于：其包括喷气增焓压缩机1、四通换向阀2、壳式换热器3、蒸发器4，主电子膨胀阀5、副电子膨胀阀6、气液分离器7和中间换热器8，所述的中间换热器8内包含中压盘管81和高压盘管82并存有气态和液态制冷剂，喷气增焓压缩机1的排气口与四通换向阀2的第一通孔连通，四通换向阀2的第二通孔与壳式换热器3的入口端连通，壳式换热器3的出口端与中间换热器8的高压盘管82的入口端连通，高压盘管82的出口端与主电子膨胀阀5的入口端连通，主电子膨胀阀5的出口端与蒸发器4的入口端连通，蒸发器4的出口端与四通换向阀2的第三通孔连通，四通换向阀2的第四通孔与气液分离器7的入口端连通，气液分离器7的出口端与喷气增焓压缩机1的吸气口连通；所述的壳式换热器3的出口端还并联有副电子膨胀阀6后与中间换热器8的中压盘管81的入口端连接，中压盘管81的出口端与喷气增焓压缩机1的辅助吸气口连通；所述的主电子膨胀阀5及副电子膨胀阀6与空气系统连接。
所述的气液分离器7的入口端设置有回气温度探头71。
所述的蒸发器4的入口端设置有节流后温度探头41，蒸发器4的中部设置有蒸发器温度探头42。
所述的喷气增焓压缩机1的排气端设置有排气温度探头11。
一种超低温热泵热水器的电子膨胀阀控制方法，其特征在于：其包括如权利要求1-4所述的热泵热水器，其主电子膨胀阀5及副电子膨胀阀6的控制方式如下：主电子膨胀阀5与副电子膨胀阀6在外低温时压机首启运行方式：
S1：启动条件当外温低于-5℃，并进水高于43度时；
S2：主电子膨胀阀5启动设定时间P46.并运行步数P47. 每下降1℃主电子膨胀阀5减3步，环境温度到达-15℃停止下降步数。
S3.当喷气增焓压缩机1首启时, 当排气温度上升至最高温度后当排气温度下降15度时，停止主电子膨胀阀5低温首启步数，自动加30步，并主电子膨胀阀5自动运行。
S4. 副电子膨胀阀6启动设定时间P48，并运行P49步数.当启动设定时间结束后副电子膨胀阀6自动运行，由P49步数自动转入自动步；
蒸发器4盘管温度超于节流后主阀调节功能：
S1.当制热时蒸发器盘管温度超于节流后温度差超过P55，主阀增加P52步，采样P53，并停止过热度调节；
S2.当达到启动条件每次增大P52，当节流后温度上升1℃时，停止主阀增加步数时间P55。
附控制程序表：
工作原理： 本案中，超低温热泵系统在低环境温度与高水温条件启动，因受到高冷凝温度与低蒸发器温度两个极端条件机械膨胀阀与电子膨胀阀常规控制逻辑无法实现良好的节流。针对超低温热泵的使用要求，本案中的控制逻辑中，设置有主电子膨胀阀首次启动功能，当环境温度低于低于-5℃，并进水温度要求高于43度时，主电子膨胀阀5启动设定时间为P46，并运行步数为P47，环境温度每下降1℃主电子膨胀阀5减3步，环境温度到达-15℃停止主电子膨胀阀下降步数，避免主电子膨胀阀关死。设定主电子膨胀阀运行有效更小的开度让系统刚启动时强制有效节流，从而实现系统良好蒸发器过程，避免压缩机排气过高造成停机。其中，也为了避免压缩机长时间高负荷工作，造成压缩机过载，本案中主电子膨胀阀低温首启时间由P46控制，使得主电子膨胀阀高节流一端时间后，转为自动运行。
为进一步提高热泵系统能够更加安全稳定启动，本案中还设置有副电子膨胀阀控制逻辑，副电子膨胀阀在首次启动时，副电子膨胀阀6启动设定时间为P48，并运行P49步数，利用副电子膨胀阀较大的开度，增大压缩机的排气量当启动设定时间结束后副电子膨胀阀6自动运行，由P49步数自动转入自动步。
为了进一步地提升热泵的工作效率与系统长期稳定工作，为避免了用常规过热度控因系统反映速度过慢的问题,本逻辑采用了当主电子膨胀阀开度过少时节流后温度必然快速明变低的过程，比回气温度反映速度快不少。本案中还设置有蒸发器4盘管温度超于节流后主阀调节功能，当制热时蒸发器盘管温度高于节流后温度差超过P55，主阀增加P52步，采样时间P53；先停止过热度调节，S2.当达到启动条件每次增大P52，当制热节流后温度上升1℃时，停止主阀增加步数时间P55。当蒸发器盘管温度等于节流后温度设定值的回差值时又重启过热度调节,通过不断检测节后的温度与各探头温度，不断调节主电子膨胀阀的开合度，保证节流后温度始终在合理开合度的范围内控制，该控制逻辑解决因主电子膨胀阀开度过小出现压缩机吸气压力过低系统无法正常运行，这样通过节流温度调节与过热度调节两控方式使得热泵系统更可靠、更高效率工作。
与传统技术相比，本案中合理的安排主电子膨胀阀既副电子膨胀阀的开度及相应开度的工作时间，使得热泵能够在超低温环境下顺利启动及长期稳定高效的工作，故可广泛推广使用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (5)

1.一种超低温热泵热水器，其特征在于：其包括喷气增焓压缩机（1）、四通换向阀（2）、壳式换热器（3）、蒸发器（4），主电子膨胀阀（5）、副电子膨胀阀（6）、气液分离器（7）和中间换热器（8），所述的中间换热器（8）内包含中压盘管（81）和高压盘管（82）并存有气态和液态制冷剂，喷气增焓压缩机（1）的排气口与四通换向阀（2）的第一通孔连通，四通换向阀（2）的第二通孔与壳式换热器（3）的入口端连通，壳式换热器（3）的出口端与中间换热器（8）的高压盘管（82）的入口端连通，高压盘管（82）的出口端与主电子膨胀阀（5）的入口端连通，主电子膨胀阀（5）的出口端与蒸发器（4）的入口端连通，蒸发器（4）的出口端与四通换向阀（2）的第三通孔连通，四通换向阀（2）的第四通孔与气液分离器（7）的入口端连通，气液分离器（7）的出口端与喷气增焓压缩机（1）的吸气口连通；所述的壳式换热器（3）的出口端还并联有副电子膨胀阀（6）后与中间换热器（8）的中压盘管（81）的入口端连接，中压盘管（81）的出口端与喷气增焓压缩机（1）的辅助吸气口连通；所述的主电子膨胀阀（5）及副电子膨胀阀（6）与空气系统连接。
2.根据权利要求1所述的一种超低温热泵热水器，其特征在于：所述的气液分离器（7）的入口端设置有回气温度探头（71）。
3.根据权利要求1所述的一种超低温热泵热水器，其特征在于：所述的蒸发器（4）的入口端设置有节流后温度探头（41），蒸发器（4）的中部设置有蒸发器温度探头（42）。
4.根据权利要求1所述的一种超低温热泵热水器，其特征在于：所述的喷气增焓压缩机（1）的排气端设置有排气温度探头（11）。
5.一种超低温热泵热水器的电子膨胀阀控制方法，其特征在于：其包括如权利要求1-4所述的热泵热水器，其主电子膨胀阀（5）及副电子膨胀阀（6）的控制方式如下：主电子膨胀阀（5）与副电子膨胀阀（6）在外低温时压机首启运行方式：
S1：启动条件当外温低于-5℃，并进水高于43度时；
S2：主电子膨胀阀（5）启动设定时间P46.并运行步数P47. 每下降1℃主电子膨胀阀（5）减3步，环境温度到达-15℃停止下降步数；
S3.当喷气增焓压缩机（1）首启时, 当排气温度上升至最高温度后当排气温度下降15度，停止主电子膨胀阀（5）低温首启步数，自动加30步，并主电子膨胀阀（5）自动运行；
S4. 副电子膨胀阀（6）启动设定时间P48，并运行P49步数.当启动设定时间结束后副电子膨胀阀（6）自动运行，由P49步数自动转入自动步；
蒸发器（4）盘管温度超于节流后主阀调节功能：
S1.当制热时蒸发器盘管温度超于节流后温度差超过P55，主阀增加P52步，采样P53，并停止过热度调节；
S2.当达到启动条件每次增大P52，当节流后温度上升1℃时，停止主阀增加步数时间P55；
附控制程序表：
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