CN110131934B - 具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控方法，属于热泵热水技术领域。它解决了现有技术设计造价高等问题。本具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控方法包括控制器和由冷媒管依次连接压缩机、冷凝器、节流件和蒸发器形成的一个循环回路，冷凝器的冷水进水口与冷水进水管连通、热水出水口与热水出水管连通，热水出水管与冷水进水管之间连通设有热水支管等。本具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控方法的优点在于：通过在冷水进水管和热水出水管之间连接一根热水支管，并通过电动三通阀来控制热水出水管中的热水流入冷水进水管的量来使经过冷凝器后的气态冷媒始终为高温气体。

Description

具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控 方法

技术领域

本发明属于热泵热水技术领域，尤其是涉及一种具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控方法。

背景技术

近年来为绿化环境，节能减排，二氧化碳制冷剂热泵热水机组被人们重新认识。二氧化碳制冷剂热泵热水机组主要采用跨临界应用方式，亚临界状态在环境中吸热，跨临界区冷凝散热加热热水。由于二氧化碳无论是在亚临界状态还是跨临界状态，压力都特别高，无法采用合适的四通阀换向进行冷热交替融霜，这样导致限制了二氧化碳制冷剂热泵热水机组推广应用，为了解决二氧化碳制冷剂热泵热水机组融霜的问题，目前普遍是采用电磁阀旁通融霜控制技术(见图1)，即在融霜模式时通过打开图1中标号为11的旁通融霜电磁阀以减少流入标号为6的膨胀阀内的冷媒，冷媒热量的损失得以减少，以使高温冷媒能进入标号为8的蒸发器，但由于图1中标号为11的旁通融霜电磁阀只是简单的开关，无法控制冷媒气体流量，融霜时机组状态无法控制，同时旁通融霜电磁阀价格昂贵，造成机组成本大幅升高，另外由于二氧化碳跨临界热泵热水机组系统压力超高，旁通融霜电磁阀容易损坏造成系统泄漏，导致机组运行不正常的机率增加等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，解决现有技术中因采用旁通融霜电磁阀来解决融霜，导致的制造成本增加的问题的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组。

本发明的另一个目的是针对上述问题，提供一种解决融霜问题的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组，包括控制器和由冷媒管依次连接压缩机、冷凝器、节流件和蒸发器形成的一个循环回路，其特征在于：冷凝器的冷水进水口与冷水进水管连通、热水出水口与热水出水管连通，热水出水管与冷水进水管之间连通设有热水支管，热水出水管和热水支管之间设有用于控制热水出水管流入热水支管的热水流量的电动三通阀，还包括设于压缩机与冷凝器之间的冷媒管上的排气压力传感器和排气温度传感器、设于蒸发器翅片上的翅片温度传感器和靠近设于蒸发器外的环境温度传感器，控制器分别与压缩机、电动三通阀、排气压力传感器、排气温度传感器、翅片温度传感器和环境温度传感器电连接。电动三通阀和热水支管的设置改变了进水的流向，实现融霜模式下，进入冷凝器中的高温气态冷媒不再与冷水发生热交换，即从冷凝器中流出的冷媒依然是高温气体，从而提高了流入蒸发器内的冷媒的温度，有利于除去蒸发器外的霜层。

在上述的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组中，靠近蒸发器上的空气进出端设有蒸发风机，控制器与蒸发风机电连接。蒸发风机的设置有利于更好、更快地融霜。

在上述的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组中，节流件是电子膨胀阀，控制器与电子膨胀阀电连接。可实现自动控制电子膨胀阀的开度，以控制经过的气态冷媒流量，以保证融霜时间和压缩机的正常运行。

上述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，本融霜操控方法中使用的热泵热水机组为权利要求1至3任一所述的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组，包括以下步骤：步骤1、在控制器中初始化系统参数，系统参数包括进入融霜的环境温度T10，进入融霜的翅片温度T20、退出融霜的翅片温度T21，第一延时时间S1，第二延时时间S2，第三延时时间S3，融霜压缩机初始运行频率Hz0，机组融霜安全排气压力Pa，机组融霜安全排气温度Ta；步骤2、启动本机组，使压缩机以正常频率运行，此时电动三通阀处于三通阀状态1，即本热水机组处于制热水状态时；步骤3、通过排气压力传感器、排气温度传感器、翅片温度传感器和环境温度传感器，分别实时检测出排气压力Pp、排气温度TP、翅片温度T2和环境温度T1的值；步骤4、根据步骤3检测得到的翅片温度T2和环境温度T1的值，首先判断T2与T20的大小关系，当T2>T20时，维持执行步骤S2后的状态，而当T2≤T20时，转至步骤5；步骤5、首先关停压缩机，接着等待设定的第一延时时间S1后，将电动三通阀从三通阀状态1转换至三通阀状态2，这里的三通阀状态2是指本热水机组处于融霜时状态；接着再等待设定的第二延时时间S2；步骤6、压缩机按频率Hz0启动运行；步骤7、延时S3后，根据公式Hz1＝Hz0-(Pa-Pp)/K，计算出压缩机重新运行时的频率Hz1,这里的“(Pa-Pp)/K”计算结果取整数，K为默认系数，根据机组型号设置；步骤8、压缩机以频率Hz1运行中，实时检测并判断当前检测到的翅片温度T2与预设的退出融霜的翅片温度T21和TP与Ta的大小关系，当T2≤T21且TP≤Ta时，则压缩机继续以频率Hz1运行，直至T2>T21时进入下一个步骤；步骤9、再次关停压缩机，接着等待设定的第一延时时间S1后，将电动三通阀从三通阀状态2转换至三通阀状态1，接着再等待设定的第二延时时间S2；步骤10、再次以正常频率重新启动处于停运状态的压缩机，机组进入正常制热水的工作状态中。

在上述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法中，步骤8中还包括当T2≤T21且TP≤Ta时，压缩机继续以频率Hz1运行，在不能满足T2>T21时，若能满足TP>Ta的条件，则进入下一个步骤。

在上述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法中，步骤2中还包括开启蒸发风机；步骤5中在将电动三通阀由三通阀状态1转换至三通阀状态2之前，应先关停蒸发风机，并等待S1时间。

在上述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法中，步骤10中在重新启动压缩机时，也重新启动处于停运状态的蒸发风机。

与现有技术相比，本具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控方法的优点在于：主要是根据二氧化碳热泵热水机组系统组成部件和应用特点，通过在冷水进水管和热水出水管之间连接一根热水支管，并通过电动三通阀来控制冷水进水管中的冷水的流动方向来使经过冷凝器后的气态冷媒始终为高温气体，进一步还可以通过控制电子膨胀阀的开度，调节高温的气态冷媒的流量，直接让高温气态冷媒经过蒸发器进行融霜，通过价格相对低廉的电动三通阀来替代价格昂贵的旁通融霜电磁阀，具有在实现相同的融霜功能的同时，又能节省制造成本，此外现有技术中的旁通融霜电磁阀的使用还容易出现潜在技术风险，即由于旁通融霜只是简单的开关，无法控制冷媒气体流量，在控制上容易出问题，比如，回气温度，压力过高，导致压缩机烧坏等。

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提供了现有技术中的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组的结构示意图。

图2提供了本发明实施例的低温冷却流体冷却的结构示意图。

图3提供了本发明实施例的融霜操控方法的操作逻辑图。

图中，冷媒管a、冷水进水管b、热水出水管c、热水支管d、压缩机1、排气压力传感器2、排气温度传感器3、冷凝器4、电动三通阀5、节流件6、翅片温度传感器7、蒸发器8、蒸发风机9、环境温度传感器10、旁通融霜电磁阀11。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

如图2所示，本具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组和融霜操控方法，为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本发明的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组，包括控制器和由冷媒管a依次连接压缩机1、冷凝器4、节流件6和蒸发器8形成的一个循环回路，优选地，这里的压缩机1为CO2变频压缩机，能变化运行频率和启、停控制能力，为融霜提供热量，这里的冷凝器4为套管式气冷器，进入的冷水在其中与高温气态冷媒发生热交换，流出热水，达到制热水的作用，冷凝器4的冷水进水口与冷水进水管b连通、热水出水口与热水出水管c连通，热水出水管c与冷水进水管b之间连通设有热水支管d，热水出水管c和热水支管d之间设有用于控制热水出水管c流入热水支管d的热水流量的电动三通阀5，还包括设于压缩机1与冷凝器4之间的冷媒管a上的排气压力传感器2和排气温度传感器3、设于蒸发器8翅片上的翅片温度传感器7和靠近设于蒸发器8外的环境温度传感器10，控制器分别与压缩机1、电动三通阀5、排气压力传感器2、排气温度传感器3、翅片温度传感器7和环境温度传感器10电连接，这里的排气压力传感器2提供本机组融霜时的排气压力数据，保护压缩机在正常范围内运行，这里的排气温度传感器3提供机组融霜时的排气温度数据，保护压缩机在正常范围内运行，也有助于节流件6为膨胀阀时，作为其开度大小设定的一个依据，这里的翅片温度传感器7和环境温度传感器10提供判断本机组是否要进入融霜状态的温度数据依据，电动三通阀5和热水支管d的设置改变了进水的流向，实现融霜模式下，进入冷凝器4中的高温气态冷媒不再与冷水发生热交换，即从冷凝器4中流出的冷媒依然是高温气体，从而提高了流入蒸发器8内的冷媒的温度，有利于除去蒸发器8外的霜层，而在制热水模式下，通过电动三通阀5阻挡冷水通过热水支管d进入热水出水管c，而保证冷水在此模式下，能完全进入冷凝器4。

具体地，靠近蒸发器8上的空气进出端设有蒸发风机9，控制器与蒸发风机9电连接。蒸发风机9的设置有利于更好、更快地融霜，通过控制蒸发器8的启、停为本机组提供融霜的辅助条件。

进一步地，节流件6是电子膨胀阀，控制器与电子膨胀阀电连接。可实现自动控制电子膨胀阀的开度，当然在运行前，可以只设置固定的开度，以控制经过的气态冷媒流量，以保证融霜时间和压缩机的正常运行。

如图3所示的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，本融霜操控方法中使用的热泵热水机组为权利要求1至3任一所述的具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组，包括以下步骤：步骤1、在控制器中初始化系统参数，系统参数包括进入融霜的环境温度T10，进入融霜的翅片温度T20、退出融霜的翅片温度T21，第一延时时间S1，第二延时时间S2，第三延时时间S3，融霜压缩机初始运行频率Hz0，机组融霜安全排气压力Pa，机组融霜安全排气温度Ta；步骤2、启动本机组，使压缩机1以正常频率运行，这里的以及下述中所说的“正常频率”指机组处于制热水状态下的压缩机1的工作频率，若压缩机1是变频的，其频率可根据水温、环温计算出来的，而不是固定值，此时电动三通阀5处于三通阀状态1，即本热水机组处于制热水状态时；步骤3、通过排气压力传感器2、排气温度传感器3、翅片温度传感器7和环境温度传感器10，分别实时检测出排气压力Pp、排气温度TP、翅片温度T2和环境温度T1的值；步骤4、根据步骤3检测得到的翅片温度T2和环境温度T1的值，首先判断T2与T20的大小关系，当T2>T20时，维持执行步骤S2后的状态，而当T2≤T20时，转至步骤5；步骤5、首先关停压缩机1，接着等待设定的第一延时时间S1后，将电动三通阀5从三通阀状态1转换至三通阀状态2，这里的三通阀状态2是指本热水机组处于融霜时状态；接着再等待设定的第二延时时间S2；步骤6、压缩机1按频率Hz0启动运行；步骤7、延时S3后，根据公式Hz1＝Hz0-Pa-Pp/K，计算出压缩机1重新运行时的频率Hz1,这里的“Pa-Pp/K”计算结果取整数，K为默认系数，根据机组型号设置；步骤8、压缩机1以频率Hz1运行中，实时检测并判断当前检测到的翅片温度T2与预设的退出融霜的翅片温度T21和TP与Ta的大小关系，当T2≤T21且TP≤Ta时，则压缩机1继续以频率Hz1运行，直至T2>T21时进入下一个步骤；步骤9、再次关停压缩机1，接着等待设定的第一延时时间S1后，将电动三通阀5从三通阀状态2转换至三通阀状态1，接着再等待设定的第二延时时间S2；步骤10、再次以正常频率重新启动处于停运状态的压缩机1，机组进入正常制热水的工作状态中。

另外，步骤8中还包括当T2≤T21且TP≤Ta时，压缩机1继续以频率Hz1运行，在不能满足T2>T21时，若能满足TP>Ta的条件，则进入下一个步骤。

具体地，步骤2中还包括开启蒸发风机9；步骤5中在将电动三通阀5由三通阀状态1转换至三通阀状态2之前，应先关停蒸发风机9，并等待S1时间。

进一步地，步骤10中在重新启动压缩机1时，也重新启动处于停运状态的蒸发风机9。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了冷媒管a、冷水进水管b、热水出水管c、热水支管d、压缩机1、排气压力传感器2、排气温度传感器3、冷凝器4、电动三通阀5、节流件6、翅片温度传感器7、蒸发器8、蒸发风机9、环境温度传感器10、旁通融霜电磁阀11等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (6)

1.一种具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，其特征在于：本融霜操控方法中使用一种具有融霜功能的二氧化碳跨临界热泵热水机组，该热泵热水机组包括控制器和由冷媒管(a)依次连接压缩机(1)、冷凝器(4)、节流件(6)和蒸发器(8)形成的一个循环回路，所述的冷凝器(4)的冷水进水口与冷水进水管(b)连通、热水出水口与热水出水管(c)连通，所述的热水出水管(c)与冷水进水管(b)之间连通设有热水支管(d)，所述的热水出水管(c)和热水支管(d)之间设有用于控制热水出水管(c)流入热水支管(d)的热水流量的电动三通阀(5)，还包括设于压缩机(1)与冷凝器(4)之间的冷媒管(a)上的排气压力传感器(2)和排气温度传感器(3)、设于蒸发器(8)翅片上的翅片温度传感器(7)和靠近设于蒸发器(8)外的环境温度传感器(10)，所述的控制器分别与压缩机(1)、电动三通阀(5)、排气压力传感器(2)、排气温度传感器(3)、翅片温度传感器(7)和环境温度传感器(10)电连接；包括以下步骤：

步骤1、在控制器中初始化系统参数，所述的系统参数包括进入融霜的环境温度T10，进入融霜的翅片温度T20、退出融霜的翅片温度T21，第一延时时间S1，第二延时时间S2，第三延时时间S3，融霜压缩机初始运行频率Hz0，机组融霜安全排气压力Pa，机组融霜安全排气温度Ta；

步骤2、启动本机组，使压缩机(1)以正常频率运行，此时电动三通阀(5)处于三通阀状态1，即本热水机组处于制热水状态时；

步骤3、通过排气压力传感器(2)、排气温度传感器(3)、翅片温度传感器(7)和环境温度传感器(10)，分别实时检测出排气压力Pp、排气温度TP、翅片温度T2和环境温度T1的值；

步骤4、根据步骤3检测得到的翅片温度T2和环境温度T1的值，首先判断T2与T20的大小关系，当T2>T20时，维持执行步骤S2后的状态，而当T2≤T20时，转至步骤5；

步骤5、首先关停压缩机(1)，接着等待设定的第一延时时间S1后，将电动三通阀(5)从三通阀状态1转换至三通阀状态2，这里的三通阀状态2是指本热水机组处于融霜时状态；接着再等待设定的第二延时时间S2；

步骤6、压缩机(1)按频率Hz0启动运行；

步骤7、延时S3后，根据公式Hz1＝Hz0-(Pa-Pp)/K，计算出压缩机(1)重新运行时的频率Hz1,这里的“(Pa-Pp)/K”计算结果取整数，K为默认系数，根据机组型号设置；

步骤8、压缩机(1)以频率Hz1运行中，实时检测翅片温度T2和排气温度TP的值，并判断当前检测到的翅片温度T2与预设的退出融霜的翅片温度T21的大小关系、排气温度TP与Ta的大小关系，当T2≤T21且TP≤Ta时，则压缩机(1)继续以频率Hz1运行，直至T2>T21时进入下一个步骤；

步骤9、再次关停压缩机(1)，接着等待设定的第一延时时间S1后，将电动三通阀(5)从三通阀状态2转换至三通阀状态1，接着再等待设定的第二延时时间S2；

步骤10、再次以正常频率重新启动处于停运状态的压缩机(1)，机组进入正常制热水的工作状态中。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，其特征在于，靠近所述的蒸发器(8)上的空气进出端设有蒸发风机(9)，所述的控制器与蒸发风机(9)电连接。

3.根据权利要求1至2任一所述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，其特征在于，所述的节流件(6)是电子膨胀阀，所述的控制器与电子膨胀阀电连接。

4.根据权利要求1所述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，其特征在于，所述的步骤8中还包括当T2≤T21且TP≤Ta时，压缩机(1)继续以频率Hz1运行，在不能满足T2>T21时，若能满足TP>Ta的条件，则进入下一个步骤。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，其特征在于，所述的步骤2中还包括开启蒸发风机(9)；所述的步骤5中在将电动三通阀(5)由三通阀状态1转换至三通阀状态2之前，应先关停蒸发风机(9)，并等待S1时间。

6.根据权利要求5所述的二氧化碳跨临界热泵热水机组的融霜操控方法，其特征在于，所述的步骤10中在重新启动压缩机(1)时，也重新启动处于停运状态的蒸发风机(9)。

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