CN109612098A - 一种可动态调节水温的水力模块系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明所提供的一种可动态调节水温的水力模块系统及控制方法，包括有第一冷凝器、第二冷凝器、变频压缩机、蒸发器、水箱、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，上述部件构成了系统的板式换热模块和热泵换热模块，利用阀体间的开闭以转换不同的加热流路来满足水箱内循环水的多种加热温度要求。

Description

一种可动态调节水温的水力模块系统及控制方法

技术领域

本发明涉及热泵系统的技术领域，尤其是指一种可动态调节水温的水力模块系统及控制方法。

背景技术

现有的热泵热水机系统是通过冷媒流经换热器以对水箱内的循环水进行加热，其中，热泵热水机系统的启停通过控制压缩机以实现，当水箱温度达到预设温度时关闭压缩机运转，待水箱温度与预设温度相比降到一定范围内又启动压缩机继续为循环水加热至预设温度，这种控制方式的缺点为：首先，通过此方式的出水温度往往不高，需要多次循环加热以逐步达到预设温度要求，针对此现象虽可通过利用二级压缩方式给水加热以一次得出较高水温，但处于高温环境下时就不能满足用户需要较低水温的要求；其次，由于水温会随环境温度及时间的变化而变化，因此压缩机不仅需要较大功率，还需要频繁启动，有损压缩机使用寿命；此外，若系统在高温环境下长期运行时，低压压力会上升，导致压缩机吸气过热度增大易引起压缩机吸气温度过高容积系数减小从而导致压缩机损坏，若系统在低温环境下长期运行，循环流量减小，需要多次循环加热以逐步达到预设温度要求，压缩机长期开启最大功率运行，有损压缩机内部元件，增加系统维护成本。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可动态调节水温的水力模块系统及控制方法。

为了实现上述的目的，本发明所提供的一种可动态调节水温的水力模块系统，包括有第一冷凝器、第二冷凝器、变频压缩机、蒸发器，其中，所述蒸发器内设置可热交换的第一流路和第二流路；还包括有水箱、第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，其中，在所述水箱的外部通过预设有的换热管分别连接水箱的输出口和输入口，所述换热管多次循环穿过第一冷凝器及第二冷凝器；上述部件构成了系统的板式换热模块和热泵换热模块：

-所述板式换热模块的组成：所述第一冷凝器的两端分别与第一电磁阀一端和第二电磁阀一端相连通，预设有的外部热源的输出端与第二电磁阀的另一端相连通，预设有的外部热源的输入端与第一电磁阀的另一端相连通；

-所述热泵换热模块的组成：所述变频压缩机输出端与第二冷凝器一端相连通，所述蒸发器的第二流路两端分别与变频压缩机输入端和第二冷凝器一端相连通，所述蒸发器的第一流路两端分别与第三电磁阀的一端和第四电磁阀的一端相连通，预设有的外部热源的输出端与第四电磁阀的另一端相通，预设有的外部热源的输入端与第三电磁阀的另一端相连通。

进一步，所述蒸发器与第二冷凝器之间设有电子膨胀阀。

进一步，还包括有设于水箱内且用于实时监测水温的温度检测器。

进一步，所述水箱输出口处设置有水泵。

进一步，所述变频压缩机输出端与第二冷凝器之间设有高压传感器。

一种可动态调节水温的水力模块系统的控制方法：定义所述温度检测器实时监测水温为实时温度T，所需的水温为设定温度Ts，其中，系统根据实时温度T与设定温度Ts之间差值大小，相应的启动板式换热模块和/或热泵换热模块进行工作；

双制热模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值大于预设定的第一温度值T1时，打开第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，板式换热模块和热泵换热模块同时制热工作；

单热泵制热模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值介于预设定的第一温度值T1和第二温度值T2之间时，关闭第一电磁阀和第二电磁阀，打开第三电磁阀和第四电磁阀，热泵换热模块单独制热工作；

单板式制热模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值小于第二温度值T2时，打开第一电磁阀和第二电磁阀，关闭第三电磁阀和第四电磁阀，板式换热模块单独制热工作；

关机模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值小于或等于0°时，关闭第二电磁阀和第四电磁阀，打开第一电磁阀和第三电磁阀，板式换热模块停止制热。

进一步，系统在双制热模式下，所述变频压缩机的工作频率处于最大频率。

进一步，系统在单热泵制热模式下，随着实时温度T逐渐接近第二温度值T2，所述变频压缩机的工作频率呈逐级递减变化。

本发明采用上述的方案，其有益效果在于：本发明通过结合换热器加热及热泵加热模式，利用阀体间的开闭以转换不同的加热流路来满足水箱内循环水的多种加热温度要求，还可针对温差对压缩机频率实时进行对应调节，不仅可减小耗能，保证水箱温度波动小，还能降低压缩机的启停次数，具有结构简单可靠，方便维护等优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的控制流程图。

其中，1-温度检测器，2-第一电磁阀，3-第二电磁阀，4-第三电磁阀，5-第四电磁阀，6-水泵，7-变频压缩机，8-电子膨胀阀，9-蒸发器，10-水箱，101-换热管，11-低压传感器，12-高压传感器，13-第一冷凝器，14-第二冷凝器，15-外部热源。

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。

参见附图1，在本实施例中，一种可动态调节水温的水力模块系统，包括第一冷凝器13、第二冷凝器14、水箱10、水泵6、温度检测器1、变频压缩机7、蒸发器9、第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀4和第四电磁阀5，其中，所述蒸发器9内设置可热交换的第一流路和第二流路，水箱10的外部通过预设有的换热管101分别连接水箱10的输出口和输入口，所述水泵6设在水箱10的输出口处便于抽取水箱10内的水至换热管101中，换热管101多次循环穿过第一冷凝器13及第二冷凝器14以使水箱10内的水通过换热管101在第一冷凝器13及第二冷凝器14内加热从而得到所需热水并输送回水箱10内；上述部件构成了系统的板式换热模块和热泵换热模块；

具体的，板式换热模块的组成：第一冷凝器13的两端分别与第一电磁阀2一端和第二电磁阀3一端相连通，预设有的外部热源15的输出端与第二电磁阀3的另一端相连通，预设有的外部热源15的输入端与第一电磁阀2的另一端相连通；

热泵换热模块的组成：变频压缩机7输出端与第二冷凝器14一端相连通，进一步，在本实施例中，变频压缩机7输出端与第二冷凝器14之间设有高压传感器12，所述蒸发器9的第二流路两端分别与变频压缩机7输入端和第二冷凝器14一端相连通，所述蒸发器9的第一流路两端分别与第三电磁阀4的一端和第四电磁阀5的一端相连通，预设有的外部热源15的输出端与第四电磁阀5的另一端相通，预设有的外部热源15的输入端与第三电磁阀4的另一端相连通。

进一步，在蒸发器9与第二冷凝器14之间设有电子膨胀阀8，蒸发器9与变频压缩机7之间设有低压传感器11。

上述板式换热模块及热泵换热模块组成本实施例中的单板式制热模式、单热泵制热模式及双制热模式，此外，在本实施例中还包括有设于水箱10内且用于实时监测水温的温度检测器1，其中，定义所述温度检测器1实时监测水温为实时温度T，所需的水温为设定温度Ts，其中，系统根据实时温度T与设定温度Ts之间差值大小，相应的启动板式换热模块和/或热泵换热模块进行工作，为便于技术人员对本实施例的理解，下面结合具体事例来对本实施例进行说明：

如图2所示，当设定温度Ts与实时温度T的差值（Ts -T）大于预设定的第一温度值T1时，此时为双制热模式，其中，在本实施例中，设T1为10℃，（即，Ts -T＞10℃时）通过打开第一电磁阀2、第二电磁阀3、第三电磁阀4、第四电磁阀5、水泵6，此时，板式换热模块和热泵换热模块同时制热工作以对水箱10内热水进行加热，其工作方式为：热泵换热模块中经变频压缩机7输出端呈高温高压的气态冷媒经高压传感器12后在第二冷凝器14中进行冷凝放热以对第二冷凝器14内流经换热管101中的水进行加热（加热后的水通过换热管101返回水箱10中），接着冷凝呈液态的冷媒经电子膨胀阀8节流降压后经蒸发器9的第二流路蒸发呈气态并经低压传感器11流回至变频压缩机7输入端，以此循环，外部热源15输出端输出呈高温高压的气态冷媒分两支路分别通过第二电磁阀3及第四电磁阀5，其中，通过第二电磁阀3的冷媒经第一冷凝器13时冷凝放热以对第一冷凝器13内流经换热管101中的水进行加热（加热后的水通过换热管101返回水箱10中），接着冷凝呈液态的冷媒经第一电磁阀2后流至外部热源15输入端，经第四电磁阀5的冷媒流入蒸发器9内第一流路放热降温并与热泵换热模块中流至蒸发器9内第二流路的冷媒进行热交换，即利用热泵换热模块中冷媒在蒸发器9中吸收外部热源15的冷媒进入蒸发器9的热量，从而提高了热泵换热模块冷媒循环量和变频压缩机7冷媒过热度、降低压缩比，进而提高了制热量和能效比，接着冷媒经第三电磁阀4流至外部热源15输出端，通过上述循环从而实现板式换热模块及热泵换热模块的双制热模式，直至水温差小于10℃（即，Ts -T＜10℃），进一步，在双制热模式下，此时变频压缩机7的工作频率处于最大频率。

当设定温度Ts与实时温度T的差值介于预设定的第一温度值T1和第二温度值T2之间时，此时为单热泵制热模式，在本实施例中，设T1为10℃，T2为5℃时（即，5℃＜Ts -T≤10℃），通过关闭第一电磁阀2和第二电磁阀3，打开第三电磁阀4、第四电磁阀5，实现热泵换热模块单独制热工作；其工作方式为：经变频压缩机7输出端呈高温高压的气态冷媒经高压传感器12后在第二冷凝器14中进行冷凝放热以对第二冷凝器14内流经换热管101中的水进行加热（加热后的水通过换热管101返回水箱10中），接着冷凝呈液态的冷媒经电子膨胀阀8节流降压后经蒸发器9的第二流路蒸发并经低压传感器11流回至变频压缩机7输入端，外部热源15输出端输出呈高温冷媒经第四电磁阀5流入蒸发器9内第一流路放热降温并与热泵换热模块中流至蒸发器9内第二流路的冷媒进行热交换，即利用热泵换热模块中冷媒在蒸发器9中吸收外部热源15中冷媒进入蒸发器9的热量，从而提高了热泵换热模块冷媒循环量和变频压缩机7冷媒过热度，接着冷媒经第三电磁阀4流至外部热源15输出端，通过上述循环从而实现单热泵制热模式的制热工作，进一步，随着实时温度T逐渐接近第二温度值T2，所述变频压缩机7的工作频率呈逐级递减变化，如在本实施例中，若8℃＜Ts -T≤10℃时，调整变频压缩机7在原频率上加1级；若5℃≤Ts -T≤8℃时，变频压缩机7在原频率上不变，若Ts -T＜5℃时，此时调整变频压缩机7在原频率上减1级。

当设定温度Ts与实时温度T的差值小于第二温度值T2时，此时为单板式制热模式，启动板式换热模块工作，在本实施例中，设T2为5℃（即，0℃＜Ts -T≤5℃时），打开第一电磁阀2和第二电磁阀3，关闭第三电磁阀4和第四电磁阀5；其工作方式为：外部热源15输出端输出呈高温高压的气态冷媒经通过第二电磁阀3，其中，通过第二电磁阀3的冷媒经第一冷凝器13时冷凝放热以对第一冷凝器13内流经换热管101中的水进行加热（加热后的水通过换热管101返回水箱10中），接着冷凝呈液态的冷媒经第一电磁阀2后流至外部热源15输入端，通过上述循环从而实现单板式制热模式的制热工作，直至温差小于或等于0℃。

当设定温度Ts与实时温度T的差值小于或等于0°（即，Ts -T≤0℃）时，关闭第二电磁阀3和关闭第四电磁阀5，开启第一电磁阀2和第三电磁阀4，此时单板式制热模式（板式换热模块）停止制热，即，系统为关机模式。

本发明通过电磁阀间的开闭与结合不同的加热流路以对水力模块动态启动不同模块的加热模块，同时还能对应调节压缩机频率，降低压缩机的损耗，且升温迅速、启停次数少、节约能耗，可根据用户不同的水温需求而灵活操作，具有结构可靠，实用性强等优点。

以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改均为本发明的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可动态调节水温的水力模块系统，包括有第一冷凝器（13）、第二冷凝器（14）、变频压缩机（7）、蒸发器（9），其中，所述蒸发器（9）内设置可热交换的第一流路和第二流路；其特征在于：还包括有水箱（10）、第一电磁阀（2）、第二电磁阀（3）、第三电磁阀（4）和第四电磁阀（5），其中，在所述水箱（10）的外部通过预设有的换热管（101）分别连接水箱（10）的输出口和输入口，所述换热管（101）多次循环穿过第一冷凝器（13）及第二冷凝器（14）；上述部件构成了系统的板式换热模块和热泵换热模块：

-所述板式换热模块的组成：所述第一冷凝器（13）的两端分别与第一电磁阀（2）一端和第二电磁阀（3）一端相连通，预设有的外部热源（15）的输出端与第二电磁阀（3）的另一端相连通，预设有的外部热源（15）的输入端与第一电磁阀（2）的另一端相连通；

-所述热泵换热模块的组成：所述变频压缩机（7）输出端与第二冷凝器（14）一端相连通，所述蒸发器（9）的第二流路两端分别与变频压缩机（7）输入端和第二冷凝器（14）一端相连通，所述蒸发器（9）的第一流路两端分别与第三电磁阀（4）的一端和第四电磁阀（5）的一端相连通，预设有的外部热源（15）的输出端与第四电磁阀（5）的另一端相通，预设有的外部热源（15）的输入端与第三电磁阀（4）的另一端相连通。

2.根据权利要求1所述的一种可动态调节水温的水力模块系统，其特征在于：所述蒸发器（9）与第二冷凝器（14）之间设有电子膨胀阀（8）。

3.根据权利要求1所述的一种可动态调节水温的水力模块系统，其特征在于：还包括有设于水箱（10）内且用于实时监测水温的温度检测器（1）。

4.根据权利要求1所述的一种可动态调节水温的水力模块系统，其特征在于：所述水箱（10）输出口处设置有水泵（6）。

5.根据权利要求1所述的一种可动态调节水温的水力模块系统，其特征在于：所述变频压缩机（7）输出端与第二冷凝器（14）之间设有高压传感器（12）。

6.根据权利要求1所述的一种可动态调节水温的水力模块系统，其特征在于：所述蒸发器（9）与变频压缩机（7）之间设有低压传感器（11）。

7.一种如权利要求1-6任意一项所述的一种可动态调节水温的水力模块系统的控制方法，其特征在于：定义所述温度检测器实时监测水温为实时温度T，所需的水温为设定温度Ts，其中，系统根据实时温度T与设定温度Ts之间差值大小，相应的启动板式换热模块和/或热泵换热模块进行工作；

双制热模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值大于预设定的第一温度值T1时，打开第一电磁阀（2）、第二电磁阀（3）、第三电磁阀（4）和第四电磁阀（5），板式换热模块和热泵换热模块同时制热工作；

单热泵制热模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值介于预设定的第一温度值T1和第二温度值T2之间时，关闭第一电磁阀（2）和第二电磁阀（3），打开第三电磁阀（4）和第四电磁阀（5），热泵换热模块单独制热工作；

单板式制热模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值小于第二温度值T2时，打开第一电磁阀（2）和第二电磁阀（3），关闭第三电磁阀（4）和第四电磁阀（5），板式换热模块单独制热工作；

关机模式：当设定温度Ts与实时温度T的差值小于或等于0°时，关闭第二电磁阀（3）和关闭第四电磁阀（5），打开第一电磁阀（2）和第三电磁阀（4），板式换热模块停止制热。

8.根据权利要求7所述的一种可动态调节水温的水力模块系统的控制方法，其特征在于：系统在双制热模式下，所述变频压缩机（7）的工作频率处于最大频率。

9.根据权利要求7所述的一种可动态调节水温的水力模块系统的控制方法，其特征在于：系统在单热泵制热模式下，随着实时温度T逐渐接近第二温度值T2，所述变频压缩机（7）的工作频率呈逐级递减变化。