CN109579296A - 一种热泵热水器机组及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热泵热水器机组及其控制方法,所述机组包括压缩机、蒸发器、冷凝器以及水箱，还包括四通阀，所述压缩机的进气口与所述四通阀的S口连接，形成回气通路，所述压缩机的排气口其中一路与所述四通阀的D口连接，另外一路通过高压压力调节阀与所述蒸发器的冷媒入口连接，形成泄压通路，所述回气通路与所述泄压通路之间设置有换热器，用于两条通路之间的冷媒进行换热。本机组在水温继续上升时，冷凝压力保持不变，排气温度也基本上保持不变，提高了热泵运行的可靠性。同时避免了电子膨胀阀开度增大后带来的冷媒液击问题，保证了压缩机的正常运转。
Description
技术领域
本发明涉及热泵技术领域，具体地说，是涉及一种热泵热水器机组及其控制方法。
背景技术
目前，空气源热泵在加热热水时，随着水温的上升，热泵系统的冷凝压力和蒸发压力也随之上升，在水温接近最高制取温度时，其冷凝压力对应的冷凝温度比此时的水温还要高十余度，远远超过普通空调制热时的冷凝温度，为了提升热泵热水器的可靠性，压缩机均采用热泵专用压缩机，其适应范围大大增加，但是热泵热水器的挑战性还远没有结束，其高水温、宽温区、长时间制热等对其可靠性提出了很高的要求，特别是高水温时的高温高压对压缩机寿命影响很大，在此时若温度或压力比正常高10%，可能会对压缩机寿命造成50%的下降。因此控制好热泵热水器的温度和压力不超过限值，或者在实际运行中通过减负设计来提高热泵的可靠性。
发明内容
本发明为了解决现有空气源热泵在加热热水时，随着水温的上升，系统可靠性降低的技术问题，提出了一种热泵热水器机组及其控制方法，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：
一种热泵热水器机组，包括压缩机、蒸发器、冷凝器以及水箱，还包括四通阀，所述冷凝器的冷媒入口与所述四通阀的C口连接，所述冷凝器的冷媒出口连接电子膨胀阀后与所述蒸发器的冷媒入口连接，所述蒸发器的冷媒出口与所述四通阀的E口连接，所述压缩机的进气口与所述四通阀的S口连接，形成回气通路，所述压缩机的排气口其中一路与所述四通阀的D口连接，另外一路通过高压压力调节阀与所述蒸发器的冷媒入口连接，形成泄压通路，所述回气通路与所述泄压通路之间设置有换热器，用于两条通路之间的冷媒进行换热。
进一步的，所述换热器为经济器，所述经济器的其中一入口与所述高压压力调节阀连接，该入口所对应的出口与所述蒸发器的冷媒入口连接，所述经济器的另外一入口与所述四通阀的S口连接，该入口所对应的出口与所述压缩机的进气口连接。
进一步的，所述泄压通路与所述电子膨胀阀的前端连接，通过所述电子膨胀阀与所述蒸发器的冷媒入口连接。
进一步的，所述高压压力调节阀为压力阀。
进一步的，所述水箱内设置有电加热管。
本发明同时提出了一种热泵热水器机组控制方法，包括前面任一项所述的热泵热水器机组，所述机组控制方法包括以下步骤：
（1）、启动压缩机，所述压缩机的排气口排出高温高压气态冷媒，当所述压缩机的排气压力小于设定阈值时，所述高压压力调节阀关闭，冷媒经过四通阀的D-C口进入冷凝器换热，成为低温高压的液态冷媒，经过电子膨胀阀节流成低温低压两相冷媒，然后进入蒸发器吸收热量，成为高温气态冷媒再流经四通阀的E-S口流入压缩机的进气口；
（2）、当所述压缩机的排气压力不小于设定阈值时，所述高压压力调节阀开启，所述压缩机的排气口排出高温高压气态冷媒，其中一路经过四通阀的D-C口进入冷凝器换热，另外一路通过高压压力调节阀进入所述蒸发器，形成泄压通路，所述压缩机的进气口与所述四通阀的S口之间形成回气通路，所述回气通路与所述泄压通路中的冷媒在经过所述换热器时进行换热，所述泄压通路中的冷媒放热冷却，然后进入蒸发器吸热，所述回气通路中的冷媒经过所述换热器时吸热，形成高温气态冷媒，所述压缩机的吸气温度提高，控制增加所述电子膨胀阀的开度。
进一步的，所述高压压力调节阀为压力阀，当所述压缩机的排气压力不小于设定阈值时，所述压力阀自动开启。
进一步的，所述高压压力调节阀为电磁阀，还包括检测所述压缩机的排气压力的步骤，当检测到的压缩机的排气压力不小于设定阈值时，控制所述电磁阀开启。
进一步的，所述泄压通路中的冷媒在经过所述换热器换热后，进入所述电子膨胀阀进行节流成低温低压的两相混合冷媒，然后进入到蒸发器中吸热。
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机组，在水箱水温不断升高后，冷媒系统压力到达限定值时，高压压力调节阀打开，部分冷媒从高压压力调节阀中流过进入换热器，与蒸发器出口的冷媒进行热交换，该部分冷媒被冷却后进入到蒸发器中吸热，然后从蒸发器出口与泄压阀出来的冷媒进行换热。此时由于热交换，压缩机吸气口的冷媒温度上升，电子膨胀阀开度增大，蒸发温度上升，冷凝压力下降，同时排气温度下降；在水温继续上升时，冷凝压力保持不变，排气温度也基本上保持不变，提高了热泵运行的可靠性。同时避免了电子膨胀阀开度增大后带来的冷媒液击问题，保证了压缩机的正常运转。
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机组的一种实施例系统原理图。
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机组，如图1所示，包括压缩机11、蒸发器12、冷凝器13以及水箱14，还包括四通阀15，冷凝器13的冷媒入口与四通阀15的C口连接，冷凝器13的冷媒出口连接电子膨胀阀16后与蒸发器12的冷媒入口连接，蒸发器12的冷媒出口与四通阀15的E口连接，压缩机11的进气口与四通阀的S口连接，形成回气通路，压缩机11的排气口其中一路与四通阀的D口连接，另外一路通过高压压力调节阀17与蒸发器12的冷媒入口连接，形成泄压通路，回气通路与泄压通路之间设置有换热器18，用于两条通路之间的冷媒进行换热。本实施例的热泵热水器机组，通过设置一高压压力调节阀17，与压缩机11的排气口连接形成泄压通路，用于在压缩机11的排气压力过大时，通过放热的方式进行泄压，减少了排气压力过大对压缩机的损毁，保障了压缩机的寿命。而且在泄压的同时，将泄压通路中的冷媒的热量释放给压缩机回气通路中的冷媒，同时提高了进入压缩机冷媒气体的温度，压缩机吸气口的冷媒温度上升，电子膨胀阀开度受吸气过热度影响，压缩机吸气温度增加，相应吸气过热度增大，电子膨胀阀开度也加大，电子膨胀阀开度增大，此时泄压阀开通，蒸发温度上升，冷凝压力下降，但该冷凝压力对应的冷凝温度足够把水加热到设定温度，同时排气温度下降；在水温继续上升时，冷凝压力保持不变，排气温度也基本上保持不变，提高了热泵运行的可靠性。同时原机在排气温度高或蒸发温度高时，采用的是加大电子膨胀阀开度和启停风机的方法来降低排气和蒸发温度，但带来的副作用是回液的产生，通过经济器的作用将回液加热，避免了电子膨胀阀开度增大后带来的冷媒液击问题，保证了压缩机的正常运转。
作为一个优选的实施例，换热器18可以采用经济器实现，经济器的其中一入口与高压压力调节阀15连接，该入口所对应的出口与蒸发器12的冷媒入口连接，也即压缩机的排气口通过该通路接入换热器18中，经济器的另外一入口与四通阀15的S口连接，该入口所对应的出口与压缩机11的进气口连接，也即压缩机的回气通路通过该通路接入经济器中，实现两个通路在经济器中进行换热。
泄压通路优选不直接与蒸发器的冷媒入口连接，而且泄压通路与电子膨胀阀的前端连接，通过电子膨胀阀与所述蒸发器的冷媒入口连接。泄压通路中的冷媒经过换热器放热冷却后，首先进入电子膨胀阀的前端，与冷凝器换热后出来的冷媒汇合，经过电子膨胀阀进行节流成低温低压的两相混合冷媒，然后进入到蒸发器中吸热。可以进一步提高了系统安全性，防止进入蒸发器的冷媒压力过大。
其中，高压压力调节阀可以采用压力阀实现，当压缩机的排气压力不小于压力阀的设定阈值时，压力阀自动开启，也即泄压回路自动导通，进行泄压，当压缩机的排气压力小于压力阀的设定阈值时，说明压缩机的排气压力对压缩机的寿命没有影响或者影响较小，无需进行泄压，此时压力阀自动保持关闭，泄压回路不导通。
此外，高压压力调节阀还可以采用电磁阀实现，若采用电磁阀时，需要在压缩机的排气口或者排气管道中设置压力传感器，用于检测压缩机排气压力，当检测到的压缩机的排气压力不小于设定阈值时，控制电磁阀开启，也即泄压回路自动导通，进行泄压，当检测到的压缩机的排气压力小于设定阈值时，则控制电磁阀关闭，不进行泄压。
本实施例中的热泵机组主要应用在热泵热水器中，冷凝器设置在热水器的水箱中，用于将热量释放为水箱中的水加热，为了防止环境温度过低制热能力下降，而热水需求量大，热泵制热无法满足热水需求时，优选在水箱内设置有电加热管，用于进行辅助电加热。
实施例二
本发明同时提出了一种热泵热水器机组控制方法，包括实施例一种所记载的热泵热水器机组，如图1所示，包括压缩机11、蒸发器12、冷凝器13以及水箱14，还包括四通阀15，冷凝器13的冷媒入口与四通阀15的C口连接，冷凝器13的冷媒出口连接电子膨胀阀16后与蒸发器12的冷媒入口连接，蒸发器12的冷媒出口与四通阀15的E口连接，压缩机11的进气口与四通阀的S口连接，形成回气通路，压缩机11的排气口其中一路与四通阀的D口连接，另外一路通过高压压力调节阀17与蒸发器12的冷媒入口连接，形成泄压通路，回气通路与泄压通路之间设置有换热器18，用于两条通路之间的冷媒进行换热。该机组控制方法包括以下步骤：
S1、启动压缩机，所述压缩机的排气口排出高温高压气态冷媒，当所述压缩机的排气压力小于设定阈值时，所述高压压力调节阀关闭，冷媒经过四通阀的D-C口进入冷凝器换热，成为低温高压的液态冷媒，经过电子膨胀阀节流成低温低压两相冷媒，然后进入蒸发器吸收热量，成为高温气态冷媒再流经四通阀的E-S口流入压缩机的进气口；
本步骤为压缩机11的排气压力在正常安全限值以内时，按照正常的热泵热水器进行运行制热即可，回气通路中的冷媒虽然也经过换热器，但是不进行换热。
S2、当所述压缩机的排气压力不小于设定阈值时，高压压力调节阀开启，压缩机的排气口排出高温高压气态冷媒，其中一路经过四通阀的D-C口进入冷凝器换热，另外一路通过高压压力调节阀进入蒸发器，形成泄压通路，压缩机的进气口与四通阀的S口之间形成回气通路，回气通路与所述泄压通路中的冷媒在经过换热器时进行换热，泄压通路中的冷媒放热冷却，然后进入蒸发器吸热，回气通路中的冷媒经过换热器时吸热，形成高温气态冷媒，压缩机的吸气温度提高，控制增加电子膨胀阀的开度。本实施例的控制方法中，通过设置一高压压力调节阀17，与压缩机11的排气口连接形成泄压通路，用于在压缩机11的排气压力过大时，通过放热的方式进行泄压，减少了排气压力过大对压缩机的损毁，保障了压缩机的寿命。而且在泄压的同时，将泄压通路中的冷媒的热量释放给压缩机回气通路中的冷媒，同时提高了进入压缩机冷媒气体的温度，压缩机吸气口的冷媒温度上升，电子膨胀阀开度增大，蒸发温度上升，冷凝压力下降，同时排气温度下降；在水温继续上升时，冷凝压力保持不变，排气温度也基本上保持不变，提高了热泵运行的可靠性。同时避免了电子膨胀阀开度增大后带来的冷媒液击问题，保证了压缩机的正常运转。
其中，换热器18可以采用经济器实现，经济器的其中一入口与高压压力调节阀15连接，该入口所对应的出口与蒸发器12的冷媒入口连接，也即压缩机的排气口通过该通路接入换热器18中，经济器的另外一入口与四通阀15的S口连接，该入口所对应的出口与压缩机11的进气口连接，也即压缩机的回气通路通过该通路接入经济器中，实现两个通路在经济器中进行换热。
其中，高压压力调节阀可以采用压力阀实现，当压缩机的排气压力不小于压力阀的设定阈值时，压力阀自动开启，也即泄压回路自动导通，进行泄压，当压缩机的排气压力小于压力阀的设定阈值时，说明压缩机的排气压力对压缩机的寿命没有影响或者影响较小，无需进行泄压，此时压力阀自动保持关闭，泄压回路不导通。
高压压力调节阀还可以采用电磁阀实现，若采用电磁阀时，需要在压缩机的排气口或者排气管道中设置压力传感器，用于检测压缩机排气压力，当检测到的压缩机的排气压力不小于设定阈值时，控制电磁阀开启，也即泄压回路自动导通，进行泄压，当检测到的压缩机的排气压力小于设定阈值时，则控制电磁阀关闭，不进行泄压。
泄压通路优选不直接与蒸发器的冷媒入口连接，而且泄压通路与电子膨胀阀的前端连接，通过电子膨胀阀与所述蒸发器的冷媒入口连接。泄压通路中的冷媒在经过所述换热器换热后，首先进入电子膨胀阀的前端，与冷凝器换热后出来的冷媒汇合，经过电子膨胀阀进行节流成低温低压的两相混合冷媒，然后进入到蒸发器中吸热。可以进一步提高了系统安全性，防止进入蒸发器的冷媒压力过大。
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 (9)
1.一种热泵热水器机组，包括压缩机、蒸发器、冷凝器以及水箱，其特征在于，还包括四通阀，所述冷凝器的冷媒入口与所述四通阀的C口连接，所述冷凝器的冷媒出口连接电子膨胀阀后与所述蒸发器的冷媒入口连接，所述蒸发器的冷媒出口与所述四通阀的E口连接，所述压缩机的进气口与所述四通阀的S口连接，形成回气通路，所述压缩机的排气口其中一路与所述四通阀的D口连接，另外一路通过高压压力调节阀与所述蒸发器的冷媒入口连接，形成泄压通路，所述回气通路与所述泄压通路之间设置有换热器，用于两条通路之间的冷媒进行换热。
2.根据权利要求1所述的热泵热水器机组，其特征在于，所述换热器为经济器，所述经济器的其中一入口与所述高压压力调节阀连接，该入口所对应的出口与所述蒸发器的冷媒入口连接，所述经济器的另外一入口与所述四通阀的S口连接，该入口所对应的出口与所述压缩机的进气口连接。
3.根据权利要求1或2所述的热泵热水器机组，其特征在于，所述泄压通路与所述电子膨胀阀的前端连接，通过所述电子膨胀阀与所述蒸发器的冷媒入口连接。
4.根据权利要求1或2所述的热泵热水器机组，其特征在于，所述高压压力调节阀为压力阀。
5.根据权利要求1或2所述的热泵热水器机组，其特征在于，所述水箱内设置有电加热管。
6.一种热泵热水器机组控制方法，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的热泵热水器机组，所述机组控制方法包括以下步骤：
（1）、启动压缩机，所述压缩机的排气口排出高温高压气态冷媒，当所述压缩机的排气压力小于设定阈值时，所述高压压力调节阀关闭，冷媒经过四通阀的D-C口进入冷凝器换热，成为低温高压的液态冷媒，经过电子膨胀阀节流成低温低压两相冷媒，然后进入蒸发器吸收热量，成为高温气态冷媒再流经四通阀的E-S口流入压缩机的进气口；
（2）、当所述压缩机的排气压力不小于设定阈值时，所述高压压力调节阀开启，所述压缩机的排气口排出高温高压气态冷媒，其中一路经过四通阀的D-C口进入冷凝器换热，另外一路通过高压压力调节阀进入所述蒸发器，形成泄压通路，所述压缩机的进气口与所述四通阀的S口之间形成回气通路，所述回气通路与所述泄压通路中的冷媒在经过所述换热器时进行换热，所述泄压通路中的冷媒放热冷却，然后进入蒸发器吸热，所述回气通路中的冷媒经过所述换热器时吸热，形成高温气态冷媒，所述压缩机的吸气温度提高，控制增加所述电子膨胀阀的开度。
7.根据权利要求1所述的热泵热水器机组控制方法，其特征在于，所述高压压力调节阀为压力阀，当所述压缩机的排气压力不小于设定阈值时，所述压力阀自动开启。
8.根据权利要求1所述的热泵热水器机组控制方法，其特征在于，所述高压压力调节阀为电磁阀，还包括检测所述压缩机的排气压力的步骤，当检测到的压缩机的排气压力不小于设定阈值时，控制所述电磁阀开启。
9.根据权利要求6-8任一项所述的热泵热水器机组控制方法，其特征在于，所述泄压通路中的冷媒在经过所述换热器换热后，进入所述电子膨胀阀进行节流成低温低压的两相混合冷媒，然后进入到蒸发器中吸热。
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