CN110953715B - 一种热泵热水机组动态除垢控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水机组动态抑垢控制方法，包括以下步骤：抑垢进入条件判断步骤，当判断满足进入抑垢条件时，执行抑垢控制步骤；抑垢控制步骤包括：四通阀换向，改变冷媒循环方向；电子膨胀阀调节至目标开度；水泵调节至目标转速；抑垢退出条件判断步骤，当判断满足退出抑垢条件时，退出抑垢控制步骤。本发明的热泵热水机组动态抑垢控制方法，可以贯穿于热泵热水机组的整个运行过程中，当满足条件时自动进入或者退出抑垢控制步骤，无需人工参与，系统自动程度高，且不影响热泵机组正常运行。无需另外添加任何除垢剂，节约材料成本。

Description

一种热泵热水机组动态除垢控制方法

技术领域

本发明属于制热水设备技术领域，具体地说，涉及一种热泵热水机组动态除垢控制方法。

背景技术

热泵热水机组在长期制热运行中会使套管式换热器大量结垢，水垢累积过多，会导致冷凝器(如套管换热器)换热效果降低，压缩机负荷增大，制热效率大大减弱。

现有的热泵热水机几乎都没有较为有效的防止冷凝换热器结垢的方法；结垢较严重后普遍采用的除垢方法是热水机暂停运行，水箱排水干净后向水箱中加入适当浓度的除垢剂(通常是弱酸液)，开启循环泵直至除垢干净后把水箱中弱酸排掉，清洗干净水箱后，热水机正常制热运行，除垢过程操作较为复杂，且会造成大量的水浪费，给用户造成极大的不便，且除垢过程必须停机后操作，影响正常热泵机组运行。

发明内容

本发明针对现有技术中热泵热水机组得除垢控制影响热泵机组正常运行，且需要专门的除垢剂，除垢方式操作不便且废水废料，造成除垢成本高的技术问题，提出了一种热泵热水机组动态抑垢控制方法，可以解决上述问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种热泵热水机组动态抑垢控制方法，包括以下步骤：

抑垢进入条件判断步骤，当判断满足进入抑垢条件时，执行抑垢控制步骤；

所述抑垢控制步骤包括：

四通阀换向，改变冷媒循环方向；

电子膨胀阀调节至目标开度；

水泵调节至目标转速；

抑垢退出条件判断步骤，当判断满足退出抑垢条件时，退出抑垢控制步骤。

进一步的，电子膨胀阀调节至目标开度步骤中，包括：

获取吸气过热度；

根据吸气过热度计算电子膨胀阀的目标开度，并将电子膨胀阀调节至目标开度。

进一步的，所述吸气过热度Δt的计算方法为：

检测吸气温度t0以及换热器温度tc；

吸气过热度Δt＝t0-tc；

所述目标开度的计算方法为：

Pi+1＝Pi+a×Δt；

其中，Pi为电子膨胀阀的当前开度，Pi+1为目标开度，a为系数，为正数。

进一步的，电子膨胀阀调节至目标开度之前，还包括将电子膨胀阀调节至初始开度的步骤。

进一步的，所述初始开度通过查表或者计算可得，所述初始开度分别与水温和室外环境温度成正相关。

进一步的，水泵调节至目标转速步骤中，包括：

检测换热器出水温度t；

根据t确定水泵的调节量△n；

计算目标转速Nobj+1：

Nobj+1＝Nobj-△n；

其中，Nobj为水泵的当前转速。

进一步的，根据t1确定水泵的调节量△n的方法为：

若出水温度t≤t1，△n＝n1；

若出水温度t1＜t≤t2，△n＝n2；

若出水温度t2＜t≤t3，△n＝n3；

若出水温度t3＜t≤t4，△n＝n4；

其中，0＜t1＜t2＜t3＜t4＜40℃；

0≤n1＜n2＜n3＜n4＜600转/秒。

进一步的，周期性调节水泵的转速，调节周期T根据当前水箱内的水温t’确定，水箱内的水温t’越高，调节周期T越小。

进一步的，抑垢进入条件判断步骤中，进入抑垢条件为：持续累计时间Y0满足排气温度高于M0，或者水箱内的水温t’到达设定温度时，执行抑垢控制步骤；

其中，Y0和M0均为大于0的常量。

进一步的，抑垢退出条件判断步骤中，退出抑垢的条件为：持续累计时间Y1满足换热器的出水温度小于M1，执行退出抑垢控制步骤。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的热泵热水机组动态抑垢控制方法，可以贯穿于热泵热水机组的整个运行过程中，当满足条件时自动进入或者退出抑垢控制步骤，无需人工参与，系统自动程度高，且不影响热泵机组正常运行。通过快速降低换热器的温度的方式，利用换热器热胀冷缩的原理，无需另外添加任何除垢剂，节约材料成本。通过除去换热器表面可能产生的结垢层，防止水垢沉积成较难清除的垢层，本方法在形成结垢之前即进行了抑制，属于抑垢控制，与结垢之后再清除相比，可以减少对换热管的损伤，还可以避免除垢不彻底的问题。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，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中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提出的热泵热水机组动态除垢控制方法中所对应热泵热水机组的原理图；

图2是本发明提出的热泵热水机组动态除垢控制方法的一种实施例流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例一，本实施例提出了一种热泵热水机组动态抑垢控制方法，本抑垢控制方法发生在热泵热水机组正常制热运行过程中，热泵热水机组如图1所示，包括水循环系统和冷媒循环系统，水循环系统包括水箱11以及水泵12，冷媒循环系统包括压缩机21、用于控制冷媒流向的四通阀22、换热器23等，在正常运行过程中，压缩机21将高温冷媒压入至换热器23，同时水泵12将水箱11中的水循环至换热器23，在换热器23中冷媒放热，水吸热，完成对水的加热，再循环至水箱11中，直至水箱11中的水整体温度升高。换热器23一般可采用套管换热器实现，当然也可采用其他形式的换热器。在换热器23的水路侧，当水温升高满足一定条件时，容易结垢，本方法在正常制热运行过程中的同时进行抑垢条件判断，如图2所示，包括以下步骤：抑垢进入条件判断步骤，当判断满足进入抑垢条件时，执行抑垢控制步骤；

抑垢控制步骤包括：四通阀22换向，四通阀22用于控制冷媒的循环反向，也即，位于水箱11中的换热器23原本流通的是高温冷媒，四通阀22换向后流通低温冷媒，进行制冷运行。

电子膨胀阀调节至目标开度；水泵调节至目标转速；抑垢退出条件判断步骤，当判断满足退出抑垢条件时，退出抑垢控制步骤。冷媒循环方向改变后，为了保障系统安全可靠运行，同时最大限度保证液态冷媒通过电子膨胀阀时达到节流降压降温目的，相应电子膨胀阀的开度需要进行调节。低温液态冷媒经过换热器时，换热器温度突然降低，由于热胀冷缩的物理反应，换热器表面可能产生结垢层的物质无法附着在换热器表面，因此水垢无法沉积成较难清除的垢层，达到抑制结垢的目的。

本实施例的抑垢控制方法，可以贯穿于热泵热水机组的整个运行过程中，当满足条件时自动进入或者退出抑垢控制步骤，无需人工参与，系统自动程度高，且不影响热泵机组正常运行。通过快速降低换热器的温度的方式，无需另外添加任何除垢剂，节约材料成本。通过除去换热器表面可能产生的结垢层，防止水垢沉积成较难清除的垢层，本方法在形成结垢之前即进行了抑制，属于抑垢控制，与结垢之后再清除相比，可以减少对换热管的损伤，还可以避免除垢不彻底的问题。

本方法中优选采用吸气过热度的方式调节电子膨胀阀的开度，对于抑垢而言，电子膨胀阀的开度越大，流经换热器的冷媒越多，相应的抑垢效果越好，但是对于系统安全而言，其具有安全开度范围。吸气过热度是能够保证压缩机吸气状态的最大开度，同时避免压缩机吸液导致液击现象，电子膨胀阀调节至目标开度步骤中，包括：

获取吸气过热度；

根据吸气过热度计算电子膨胀阀的目标开度，并将电子膨胀阀调节至目标开度。

在本实施例中，采用吸气过热度调节，通过检测吸气温度to以及换热器中部温度tc共同控制，吸气过热度Δt的计算方法为：

检测吸气温度t0以及换热器温度tc；

吸气过热度Δt＝t0-tc；

目标开度的计算方法为：

Pi+1＝Pi+a×Δt；

其中，Pi为电子膨胀阀的当前开度，Pi+1为目标开度，a为系数，为正数。

由于系统运行的工况参数总是在变化，因此，应当周期性的对电子膨胀阀开度进行调整，以使系统适应当前工况。

由于进入抑垢控制步骤的冷媒方向与正常运行时冷媒方向相反，为了降低制冷循环对水箱水温的影响，应当缩短抑垢控制步骤所需时间，也即需要在短时间内达到将换热器表面的温度下降至一定温度，实现热胀冷缩抑垢的目的。缩短抑垢控制步骤所需时间，首先要将电子膨胀阀开度快速调节至目标开度，为了实现将电子膨胀阀开度快速调节至目标开度，电子膨胀阀调节至目标开度之前，还包括将电子膨胀阀调节至初始开度的步骤。也即，首先将电子膨胀阀初步调节至一定开度，有了初步调节的基础，再进行小幅调节，即可很快达到目标开度。

本实施例中初始开度通过查表或者计算可得，初始开度分别与水温和室外环境温度成正相关。也即，当水温一定时，室外环境温度越高，初始开度越大。当室外环境温度一定时，水温越高，初始开度越大。水温是指水箱中的水温。

本实施例中以查表的方式进行说明。其是通过实验室获取水温以及室外环境温度的不同温度区间所对应的初始开度，生成查找表并存储在存储模块中，当进入热泵热水机组动态抑垢步骤中且需要调节电子膨胀阀的开度时，只需查找该查找表即可获得膨胀阀的初始开度。查找表如表1所示：

表1

四通阀换向后，通过调节电子膨胀阀的开度调节冷媒流量，同时需要调节水泵的转速实现调节水循环量，以使换热器达到最佳的抑垢环境，具体的，水泵调节至目标转速步骤中，包括：

检测换热器出水温度t；

根据t确定水泵的调节量△n；

计算目标转速Nobj+1：

Nobj+1＝Nobj-△n；

其中，Nobj为水泵的当前转速。

换热器出水温度t越高，水泵的目标转速越小，使得较少的水流至换热器，一方面防止流入的水越多，换热器水管侧温度降幅小，无法达到最佳的抑垢温差，另外一方面防止较多的高温水被制冷，影响热泵制热效果。

本实施例中根据t1确定水泵的调节量△n的方法为：

若出水温度t≤t1，△n＝n1；

若出水温度t1＜t≤t2，△n＝n2；

若出水温度t2＜t≤t3，△n＝n3；

若出水温度t3＜t≤t4，△n＝n4；

其中，0＜t1＜t2＜t3＜t4＜40℃；

0≤n1＜n2＜n3＜n4＜600转/秒。

例如，t1可取值为5℃，n1＝0，也即当出水温度≤5℃时，保持当前转速即可。t4可取值为35℃，n4＝500转/秒，也即当出水温度接近35℃时，将转速在当前转速的基础上下调500转/秒，以降低水流速度。

由于热泵系统的工况实时发生变化，为了使得水流速度符合当前工况，以达到最好的抑垢效果，本方案中应当周期性调节水泵的转速，调节周期T根据当前水箱内的水温t’确定，水箱内的水温t’越高，调节周期T越小。

本实施例中优选通过查表的方式获取调节周期T，如表2所示：

表2

通过上述控制后换热器水侧管壁会由高温迅速降低至低温，管壁在热胀冷缩的原理下将附着在管壁的水垢除掉。

抑垢进入条件判断步骤中，进入抑垢条件为：持续累计时间Y0满足排气温度高于M0，或者水箱内的水温t’到达设定温度时，执行抑垢控制步骤；

其中，Y0和M0均为大于0的常量。

本实施例中取50℃～70℃。防止热泵热水器刚开始就进入抑垢步骤。当水箱内的水温达到设定温度时，该设定温度由经验值设定，应当是水最容易结垢的温度，应当立即进入抑垢控制逻辑。

在进入抑垢控制步骤后，还应当控制风机以最高转速运行，其目的是快速将冷媒热量带走，使高温高压气态冷媒变为中温高压液态冷媒，最大限度保证液态冷媒通过电子膨胀阀起到节流降压降温目的。

抑垢退出条件判断步骤中，退出抑垢的条件为：持续累计时间Y1满足换热器的出水温度小于M1，执行退出抑垢控制步骤。本实施例中取0＜M1≤5℃，Y1≤6min，退出控制后，四通阀掉电，电子膨胀阀、风机恢复正常制热时开度，水泵最高转速运行1min(目的：对附着水垢高压高速冲洗)后恢复正常制热时转速。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种热泵热水机组动态抑垢控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

抑垢进入条件判断步骤，当判断满足进入抑垢条件时，执行抑垢控制步骤；

所述抑垢控制步骤包括：

四通阀换向，改变冷媒循环方向；

根据吸气过热度将电子膨胀阀调节至目标开度；

根据换热器出水温度将水泵调节至目标转速，换热器出水温度越高，水泵的目标转速越小；

抑垢退出条件判断步骤，当判断满足退出抑垢条件时，退出抑垢控制步骤。

2.根据权利要求1所述的抑垢控制方法，其特征在于，

电子膨胀阀调节至目标开度步骤中，包括：

获取吸气过热度；

根据吸气过热度计算电子膨胀阀的目标开度，并将电子膨胀阀调节至目标开度。

3.根据权利要求2所述的抑垢控制方法，其特征在于，

所述吸气过热度Δt的计算方法为：

检测吸气温度t0以及换热器温度tc；

吸气过热度Δt=t0-tc；

所述目标开度的计算方法为：

Pi+1= Pi+a×Δt；

其中，Pi为电子膨胀阀的当前开度，Pi+1为目标开度，a为系数，为正数。

4.根据权利要求1所述的抑垢控制方法，其特征在于，电子膨胀阀调节至目标开度之前，还包括将电子膨胀阀调节至初始开度的步骤。

5.根据权利要求4所述的抑垢控制方法，其特征在于，所述初始开度通过查表或者计算可得，所述初始开度分别与水温和室外环境温度成正相关。

6.根据权利要求1所述的抑垢控制方法，其特征在于，水泵调节至目标转速步骤中，包括：

检测换热器出水温度t；

根据t确定水泵的调节量△n；

计算目标转速Nobj+1：

Nobj+1=Nobj-△n；

其中，Nobj为水泵的当前转速。

7.根据权利要求6所述的抑垢控制方法，其特征在于，根据t1确定水泵的调节量△n的方法为：

若出水温度t≤t1，△n=n1；

若出水温度t1＜t≤t2，△n=n2；

若出水温度t2＜t≤t3，△n=n3；

若出水温度t3＜t≤t4，△n=n4；

其中，0＜t1＜t2＜t3＜t4＜40℃；

0≤n1＜n2＜n3＜n4＜600转/秒。

8.根据权利要求1-7任一项所述的抑垢控制方法，其特征在于，周期性调节水泵的转速，调节周期T根据当前水箱内的水温t’确定，水箱内的水温t’越高，调节周期T越小。

9.根据权利要求1-7任一项所述的抑垢控制方法，其特征在于，

抑垢进入条件判断步骤中，进入抑垢条件为：持续累计时间Y0满足排气温度高于M0，或者水箱内的水温t’到达设定温度时，执行抑垢控制步骤；

其中，Y0和M0均为大于0的常量。

10.根据权利要求1-7任一项所述的抑垢控制方法，其特征在于，抑垢退出条件判断步骤中，退出抑垢的条件为：持续累计时间Y1满足换热器的出水温度小于M1，执行退出抑垢控制步骤。

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