CN111520907A - 一种热泵热水器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热泵热水器，包括：CO2跨临界循环系统和控制器，所述控制器用于：在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力以达到所述预设最优排气压力，实时调节所述气体冷却器的出水温度以达到目标出水温度；在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力以达到所述实时最优排气压力。本发明还公开了相应的控制方法。采用本发明实施例，能够有效避免耦合因素对热泵热水器的循环系统带来的负面影响，减少循环系统进入稳定阶段需要等待的时间。

Description

一种热泵热水器及其控制方法

技术领域

本发明涉及热泵热水器领域，尤其涉及一种热泵热水器及其控制方法。

背景技术

空气源热泵热水器作为一种节能产品，近年来获得了长足的发展。而冷媒CO2自然环保，无毒无污染，是21世纪最具前景的制冷剂，被广泛应用于热泵热水器。在热泵热水器的CO2跨临界循环系统中，高温高压的CO2冷媒在气体冷却器中被水冷却，放出热量，从而提高水的温度，通过对出水流量的控制可以完成对出水温度的调节。另外，对于CO2跨临界循坏系统，在蒸发温度和气体冷却器出口温度一定时，改变排气压力可以获得不同的COP值，使COP值最大的排气压力称为最优排气压力。为了节约能源，在热泵运行时，通过膨胀阀控制压缩机的排气压力达到最优排气压力。最优排气压力Pdopt与气冷器出口温度Tgc、空气温度Ta满足Pdopt＝f(Tgc，Ta)的关联式。

在热泵热水器的启动阶段，循环系统处于非稳定状态，现有的控制策略通常采用多个控制参数同时调节的方法，经过一定时间后使各个参数达到稳定运行的状态。然而，在实施本发明过程中，发明人发现现有技术至少存在如下问题：对于CO2跨临界循环系统，水流量的变化会影响气体冷却器出口温度，而最优排气压力的变化受气体冷却器出口温度的影响。当出水流量较小时，高压侧放热不完全，气体冷却器出口温度高，排气压力增大，对应的最优排气压力也较高。在热泵的启动阶段，由于循环系统中各个参数都处于动态变化中，在控制出水流量以调节出水温度过程中，出水流量的变化导致气体冷却器出口温度和最优排气压力发生变化，导致膨胀阀会根据气体冷却器出口温度去调节排气压力，而排气压力反过来又在很大程度上影响出水温度，也就是说，热泵热水器的最优排气压力、气冷器出口温度、出水流量三者之间存在高度耦合的关系。由此将导致系统调节过程中，出水温度降低，排气压力也降低，出水温度升高，排气压力也升高的周期性波动，使得控制系统陷入耦合因素带来的负面影响。因此，采用现有技术的控制策略，循环系统无法很快进入稳定状态，甚至可能进入周期性波动的不正常状态。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种热泵热水器及其控制方法，其能够有效避免耦合因素对热泵热水器的循环系统带来的负面影响，减少循环系统进入稳定阶段需要等待的时间。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种热泵热水器，包括：

CO2跨临界循环系统，用于采用CO2冷媒对水进行加热；其中，所述CO2跨临界循环系统包括气体冷却器、节流机构、蒸发器和压缩机；

控制器，与所述CO2跨临界循环系统电连接，其中，所述控制器包括：

预设最优高压确定单元，用于在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；

目标出水温度调节单元，用于通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；

实际出口温度获取单元，用于在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；

实时最优高压调节单元，用于根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

作为上述方案的改进，所述预设最优高压确定单元，具体包括：

空气温度获取子单元，用于在所述热泵热水器启动后，获取当前的空气温度；

预设出口温度确定子单元，用于确定所述气体冷却器的预设出口温度；

预设最优高压计算子单元，用于根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系；

预设最优高压调节子单元，用于实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

作为上述方案的改进，所述预设最优高压计算子单元，具体用于：

根据所述空气温度、所述气体冷却器的预设出口温度，通过以下计算公式计算所述预设最优排气压力：

Pdopt₀＝(0.0025×Tgc₀-0.065)×Tgc₀+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt₀为所述预设最优排气压力；Tgc₀为气体冷却器的预设出口温度；Ta为所述空气温度。

作为上述方案的改进，所述预设出口温度确定子单元，具体用于：

在所述热泵热水器启动后，获取所述气体冷却器的进水温度；

根据所述气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度与所述进水温度、目标出水温度的对应关系。

作为上述方案的改进，所述预设的关系映射表中，在所述目标出水温度确定的情况下，

当所述气体冷却器的进水温度小于预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为T_i+n；其中，T_i为所述气体冷却器的进水温度，n≥1；

当所述气体冷却器的进水温度大于等于所述预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为预设的固定温度值。

作为上述方案的改进，所述实时最优高压调节单元，具体用于：

根据所述气体冷却器的实际出口温度和空气温度，通过以下计算公式计算所述循环系统的实时最优排气压力：

Pdopt(t)＝[0.0025×Tgc(t)-0.065]×Tgc(t)+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt(t)为所述实时最优排气压力；Tgc(t)为气体冷却器的实际出口温度；Ta为所述空气温度；

实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

本发明实施例还提供了一种热泵热水器的控制方法，包括：

在所述热泵热水器的启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；

通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；

在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；

根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

作为上述方案的改进，所述确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力，具体包括：

在所述热泵热水器的启动后，获取当前的空气温度；

确定所述气体冷却器的预设出口温度；

根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系；

实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

作为上述方案的改进，所述确定所述气体冷却器的预设出口温度，具体包括：

在所述热泵热水器的启动后，获取所述气体冷却器的进水温度；

根据所述气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度与所述进水温度、目标出水温度的对应关系。

作为上述方案的改进，所述根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，具体包括：

获取当前的空气温度；

根据所述空气温度、所述气体冷却器的实际出口温度，通过以下计算公式计算所述循环系统的实时最优排气压力：

Pdopt(t)＝[0.0025×Tgc(t)-0.065]×Tgc(t)+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt(t)为所述实时最优排气压力；Tgc(t)为气体冷却器的实际出口温度；Ta为所述空气温度。

与现有技术相比，本发明公开的热泵热水器及其控制方法，所述热泵热水器包括CO2跨临界循环系统和控制器。根据气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找关系映射表以确定气体冷却器的预设出口温度，从而计算预设最优排气压力，在热泵热水器启动后的初始阶段，系统的最优排气压力始终采用预设最优排气压力，仅先调节气体冷却器的出水温度。在出水温度达到目标出水温度之后，再实时获取气体冷却器的实际出口温度，实时进行实际的最优排气压力的调节，使得热泵热水器在启动后能够迅速进入稳定阶段，避免同时进行出水温度和最优排气压力的调节而使系统陷入耦合关系带来的周期性波动的不正常状态。本发明在无需改变系统部件和系统构成的情况下，解决控制参数耦合的问题，操作方便简单，有效避免耦合因素对热泵热水器的循环系统带来的负面影响，减少循环系统进入稳定阶段需要等待的时间。

附图说明

图1是本发明实施例一中一种热泵热水器的结构示意图；

图2是本发明实施例一中热泵热水器的CO2跨临界循环系统的结构示意图；

图3是热泵热水器的控制参数的关系示意图；

图4是本发明实施例一中热泵热水器的控制器的结构示意图；

图5是本发明实施例一中的控制器执行工作的步骤流程示意图；

图6是本发明实施例二中的热泵热水器的控制方法的步骤流程示意图。

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作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。

参见图1～图2，图1是本发明实施例一中一种热泵热水器的结构示意图；图2是本发明实施例一中热泵热水器的CO2跨临界循环系统的结构示意图。本发明实施例提供的热泵热水器10，包括CO2跨临界循环系统11。

所述CO2跨临界循环系统11，用于采用CO2冷媒对水进行加热；其中，参见图2，所述CO2跨临界循环系统包括气体冷却器111、节流机构112、蒸发器113和压缩机114。所述气体冷却器111与所述节流机构112连接，所述气体冷却器111还包括一个进水口和一个出水口。所述节流机构112与所述蒸发器113连接，所述蒸发器113和所述压缩机114连接，所述压缩机114和所述气体冷却器111连接，以此形成一个循环系统。

所述CO2跨临界循环系统11的工作原理为：低温低压的CO2冷媒经过压缩机114进行增压升温，变成高温高压CO2气体。高温高压CO2气体进入所述气体冷却器111与水进行换热，水吸收热量后达到目标出水温度Ts，则通过出水口提供给用户。高温高压CO2气体被水冷却后进入所述节流机构112进行降压、进入所述蒸发器113与空气换热，变成低温低压的CO2冷媒，最后回到所述压缩机114进行压缩，形成一个循环。

参见图3，是热泵热水器的控制参数的关系示意图。在CO2跨临界循环系统中，不同于亚临界的等温等压放热，超临界放热伴随温度滑移，超临界状态的流体可以认为是一种“稠密”的气体，其黏度很低，扩散系数很高，流动换热特性很好。在热泵热水器中，高温高压的CO2冷媒在气体冷却器中被水冷却，水的温度提高，由于超临界“气体”特性，出水流量的改变能够大大改变高压侧冷媒的传热情况，导致水流量增大，排气压力随之降低，水流量降低，排气压力随之升高的情况。同时，出水流量的变化也会导致气体冷却器的出口温度Tgc的变化，而最优排气压力Pdopt与气体冷却器出口温度Tgc存在关联。当出水流量较小时，高压侧放热不完全，气体冷却器出口温度Tgc较高，对应的最优排气压力Pdopt也变高；当出水流量较大时，高压侧放热完全，气体冷却器出口温度Tgc较低，对应的最优排气压力Pdopt也变低。因此，在调节出水温度的过程中，出水流量的变化导致气体冷却器出口温度和最优排气压力发生变化，而排气压力的变化又在很大程度上影响出水温度，也即热泵热水器的最优排气压力Pdopt、气冷器出口温度Tgc、出水流量三者之间高度耦合。

若采用现有的控制策略，在热泵热水器启动后对多个控制参数同时进行调节，压缩机频率H基本不变的情况下，通过控制出水流量的变化以调节出水温度To达到目标出水温度，在这个过程中，出水流量的变化导致最优排气压力Pdopt发生变化，使得膨胀阀同时去调节排气压力Pd以达到最优排气压力Pdopt，而排气压力Pd的变化又在很大程度上影响出水温度To，由此在整个调节过程中，可能导致循环系统11陷入出水温度To降低，排气压力Pd也降低，出水温度To升高，排气压力Pd也升高的周期性波动，无法较快进入稳定状态。

为避免耦合因素对热泵热水器的CO2跨临界循环系统11带来负面影响，使所述CO2跨临界循环系统在热泵热水器启动后迅速进入稳定阶段。本发明实施例一提供的热泵热水器10，还包括控制器12。所述控制器12，与所述CO2跨临界循环系统11电连接，用于调节所述CO2跨临界循环系统11中的各个控制参数，如气体冷却器111的出水温度To、压缩机114的排气压力Pd等，使循环系统迅速进入稳定状态。

参见图4～5，图4是本发明实施例一中热泵热水器的控制器的结构示意图。图5是本发明实施例一中的控制器执行工作的步骤流程示意图。所述控制器12包括：预设最优高压确定单元121、目标出水温度调节单元122、实际出口温度获取单元123、实时最优高压调节单元124。

所述预设最优高压确定单元121，用于在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

所述目标出水温度调节单元122，用于通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度。

所述实际出口温度获取单元123，用于在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度。

所述实时最优高压调节单元124，用于根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

在本发明实施例中，预先设置一个固定的压力值，作为所述CO2跨临界循环系统11的预设最优排气压力Pdopt₀，在所述热泵热水器10启动之后，以所述预设最优排气压力Pdopt₀为目标值，通过控制膨胀阀调节循环系统的排气压力Pd，以使所述排气压力Pd达到所述预设最优排气压力Pdopt₀。同时，通过控制所述气体冷却器111的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度To，以使所述气体冷却器111的出水温度To达到目标出水温度Ts。

可以理解地，所述预设最优排气压力Pdopt₀为预先确定的一个固定的压力值，可以根据循环系统的实际运行情况或人为经验进行设置。所述目标出水温度Ts为预先确定的一个温度值，可以根据用户的实际需求，通过线控器，遥控器等方式进行设定或调整，从而将进入气体冷却器中的水加热到目标出水温度后，变成热水提供给用户使用。所述目标出水温度Ts可以是根据用户的实际需求实时调整的温度值，在此不做具体限定。

采用本发明实施例的技术手段，通过先确定一个预设最优排气压力。在热泵热水器10启动之后的初始调节阶段，进行出水温度的调节，通过控制出水流量，调节所述气体冷却器111的出水温度达到目标出水温度。在出水温度的调节过程中，通过控制膨胀阀调节系统的排气压力，最优排气压力始终采用该固定的预设最优排气压力的值，而不因循环系统中其他控制参数如气体冷却器的出口温度的变化而变化。

进一步地，在所述气体冷却器的出水温度To等于所述目标出水温度Ts之后，再进行实际的最优排气压力的调节。最优排气压力Pdopt通常由气体冷却器的出口温度Tgc、空气温度Ta拟合成的关联式Pdopt＝f(Tgc，Ta)计算得到。因此，通过实时获取所述气体冷却器的实际出口温度Tgc(t)，根据预设的Pdopt＝f(Tgc，Ta)关联式，计算所述循环系统的实时最优排气压力Pdopt(t)，并通过控制膨胀阀，实时调节所述压缩机的排气压力Pd，以达到所述实时最优排气压力Pdopt(t)。

作为优选的实施方式，所述实时最优高压调节单元124，具体用于：

根据所述气体冷却器的实际出口温度Tgc和空气温度Ta，通过以下计算公式计算所述循环系统的实时最优排气压力：

Pdopt(t)＝[0.0025×Tgc(t)-0.065]×Tgc(t)+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt(t)为所述实时最优排气压力；Tgc(t)为气体冷却器的实际出口温度；Ta为所述空气温度。

采用本发明实施例的技术手段，在热泵热水器启动后的初始阶段，最优排气压力采用预设的固定值，先调节气体冷却器的出水温度，在出水温度达到目标出水温度之后，再实时进行实际的最优排气压力的调节，从而避免同时进行出水温度和最优排气压力的调节而使系统陷入耦合关系带来的负面影响，进入周期性波动的不正常状态。

作为优选的实施方式，所述预设最优高压确定单元121，具体包括：

空气温度获取子单元1211，用于在所述热泵热水器启动后，获取当前的空气温度。

预设出口温度确定子单元1212，用于确定所述气体冷却器的预设出口温度。

预设最优高压计算子单元1213，用于根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力。其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系。

预设最优高压调节子单元1214，用于实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

最优排气压力Pdopt通常由气体冷却器的出口温度Tgc、空气温度Ta拟合成的关联式Pdopt＝f(Tgc，Ta)计算得到。因此，在本发明实施例中，可以通过预先设置一个气体冷却器的出口温度Tgc₀，所述预设最优排气压力Pdopt₀的确定可以根据所述预设出口温度Tgc₀和实际获取到的空气温度Ta计算得到，从而使所述预设最优排气压力Pdopt₀的确定更加符合热泵热水器的实际运行需求，减少对循环系统调节过程的负面影响。

具体地，在确定所述气体冷却器的预设出口温度Tgc₀和当前的空气温度Ta后，所述预设最优高压计算子单元1213根据所述空气温度Ta、所述气体冷却器的预设出口温度Tgc₀，通过以下计算公式计算所述预设最优排气压力Pdopt₀：

Pdopt₀＝(0.0025×Tgc₀-0.065)×Tgc₀+(Ta-27)×0.0245+9.0333。

作为更优选的实施方式，所述预设出口温度确定子单元1212，具体用于：

在所述热泵热水器启动后，获取所述气体冷却器的进水温度Ti；

根据所述气体冷却器的进水温度Ti和目标出水温度Ts，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度Tgc₀；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度Tgc₀与所述进水温度Ti、目标出水温度Ts的对应关系。

在本发明实施例中，所述气体冷却器的预设出口温度Tgc₀与气体冷却器的进水温度Ti、目标出水温度Ts有关。预先确定一个关系映射表，用于存储Tgc₀、Ti和Ts的对应关系。在确定气体冷却器的预设出口温度Tgc₀的过程中，先确定所述目标出水温度Ts，并获取气体冷却器的进水温度Ti，查找所述关系映射表，即可确定相应的气体冷却器的预设出口温度Tgc₀。采用本发明实施例的技术手段，能够使所述气体冷却器的预设出口温度Tgc₀的确定更加符合实际情况，从而计算得到一个更加符合系统运行需求的预设最优排气压力Pdopt₀，排除人为主观设置带来的负面影响。

具体地，在所述关系映射表中，在目标出水温度确定的某一温度区间内，当所述气体冷却器的进水温度小于预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为T_i+n；其中，T_i为所述气体冷却器的进水温度，n≥1；当所述气体冷却器的进水温度大于等于所述预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为预设的固定温度值。

一般而言，由于传热温差的存在，气体冷却器的出口温度Tgc高于进水温度Ti。但是，若进水温度Ti本身较高，CO2跨临界循环系统处于高进水温度的恶劣工况，在高进水温度的工况下，实际气体冷却器出口温度Tgc很高，此时若将预设出口温度Tgc₀设置为接近实际出口温度的值，计算得到的预设最优排气压力Pdopt₀也非常高，将导致在热泵热水器初始启动阶段，排气压力Pd无法较快达到预设最优排气压力Pdopt₀。因此，预设出口温度Tgc₀采用合理的定值有助于在启动阶段保持Pdopt₀既不太高也不太低，有利于循环系统的快速稳定。

所述预设的高温阈值可以根据实际需求进行设置，例如，将所述预设的高温阈值设置为45℃。在进水温度Ti<45的区间，预设出口温度Tgc₀的设置均大于进水温度Ti，也即Tgc₀＝Ti+n。而在进水温度Ti≥45的区间时，无论进水温度多少，均设置Tgc₀为预设的定值，不随Ti的增大而增大。

优选地，n为正整数，n的值与所述进水温度Ti呈正相关关系，与所述目标出水温度Ts呈正相关关系。也即，在气体冷却器的进水温度Ti<45的区间内，目标出水温度Ts确定时，进水温度Ti越高，n的取值也越大，进水温度Ti越低，n的取值也越小；同时，进水温度Ti确定时，目标出水温度Ts越高，n的取值也越大，目标出水温度Ts越低，n的取值也越小。

优选地，所述关系映射表具体如下：

在本发明实施例中，参见图5，所述控制器12执行工作的步骤流程具体为：在所述热泵热水器10启动后，获取CO2跨临界循环系统11的气体冷却器的进水温度Ti、目标出水温度Ts，以及获取当前的空气温度Ta。根据所述进水温度Ti、目标出水温度Ts，查找关系映射表得到气体冷却器的预设出口温度Tgc₀，并根据预设出口温度Tgc₀和空气温度Ta，计算预设最优排气压力Pdopt₀。接着，实时调节气体冷却器的出水温度To，以使所述出水温度To达到所述目标出水温度Ts，实时调节系统的排气压力Pd，以使所述排气压力Pd达到所述预设最优排气压力Pdopt₀。当判定所述出水温度To满足To＝Ts之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度Tgc(t)，并根据所述实际出口温度Tgc(t)和当前的空气温度Ta，计算系统的实时最优排气压力Pdopt(t)，并实时调节系统的排气压力Pd，以使所述排气压力Pd达到所述实时最优排气压力Pdopt(t)。

本发明实施例一提供了一种热泵热水器，包括CO2跨临界循环系统和控制器。在热泵热水器启动后的初始阶段，最优排气压力采用预设的固定值，先调节气体冷却器的出水温度，在出水温度达到目标出水温度之后，再实时进行实际的最优排气压力的调节，使得热泵热水器在启动后迅速进入稳定阶段，避免同时进行出水温度和最优排气压力的调节而使系统陷入耦合关系带来的周期性波动的不正常状态。本发明在无需改变系统部件和系统构成的情况下，解决控制参数耦合的问题，操作方便简单，有效避免耦合因素对热泵热水器的循环系统带来的负面影响，减少循环系统进入稳定阶段需要等待的时间。

参见图6，是本发明实施例二中的热泵热水器的控制方法的步骤流程示意图。本发明实施例二提供的热泵热水器的控制方法，通过步骤S21至S24执行：

S21、在所述热泵热水器的启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力；并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

S22、通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度。

S23、在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度。

S24、根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

作为优选的实施方式，步骤S21具体通过步骤S211至S214执行：

S211、在所述热泵热水器的启动后，获取当前的空气温度。

S212、确定所述气体冷却器的预设出口温度。

S213、根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系。

S214、实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

具体地，根据获取到的空气温度、所述气体冷却器的实际出口温度，通过以下计算公式计算所述循环系统的实时最优排气压力：

Pdopt(t)＝[0.0025×Tgc(t)-0.065]×Tgc(t)+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt(t)为所述实时最优排气压力；Tgc(t)为气体冷却器的实际出口温度；Ta为所述空气温度。

作为优选的实施方式，步骤S212具体包括：

在所述热泵热水器的启动后，获取所述气体冷却器的进水温度；

根据所述气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度与所述进水温度、目标出水温度的对应关系。

在本发明实施例中，在所述热泵热水器10启动后，获取CO2跨临界循环系统11的气体冷却器的进水温度Ti、目标出水温度Ts，以及获取当前的空气温度Ta。根据所述进水温度Ti、目标出水温度Ts，查找预设的关系映射表得到气体冷却器的预设出口温度Tgc₀，并根据预设出口温度Tgc₀和空气温度Ta，计算预设最优排气压力Pdopt₀。在所述热泵热水器10启动之后，始终以所述预设最优排气压力Pdopt₀为目标值，控制膨胀阀调节循环系统的排气压力Pd以达到所述预设最优排气压力Pdopt₀。同时，控制所述气体冷却器111的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度To，以使所述气体冷却器111的出水温度To达到目标出水温度Ts。

进一步地，在所述气体冷却器的出水温度To等于所述目标出水温度Ts之后，再进行实际的最优排气压力的调节。通过实时获取所述气体冷却器的实际出口温度Tgc(t)，根据预设的Pdopt＝f(Tgc，Ta)关联式，计算所述循环系统的实时最优排气压力Pdopt(t)，并通过控制膨胀阀，实时调节所述压缩机的排气压力Pd，以达到所述实时最优排气压力Pdopt(t)。

采用本发明实施例的技术手段，在热泵热水器启动后的初始阶段，最优排气压力采用预设的固定值，不受循环系统中其他控制参数的变化而变化。先调节气体冷却器的出水温度，在出水温度达到目标出水温度之后，再实时进行实际的最优排气压力的调节，从而避免同时进行出水温度和最优排气压力的调节而使系统陷入耦合关系带来的负面影响，进入周期性波动的不正常状态。

需要说明的是，本发明实施例二提供的一种热泵热水器的控制方法的所有流程步骤通过上述实施例一提供的热泵热水器的控制器执行，两者的工作原理和有益效果一一对应，因而不再赘述。

本发明实施例二提供了一种热泵热水器的控制方法，在热泵热水器启动后的初始阶段，最优排气压力采用预设的固定值，先调节气体冷却器的出水温度，在出水温度达到目标出水温度之后，再实时进行实际的最优排气压力的调节，使得热泵热水器在启动后迅速进入稳定阶段，避免同时进行出水温度和最优排气压力的调节而使系统陷入耦合关系带来的周期性波动的不正常状态。本发明在无需改变系统部件和系统构成的情况下，解决控制参数耦合的问题，操作方便简单，有效避免耦合因素对热泵热水器的循环系统带来的负面影响，减少循环系统进入稳定阶段需要等待的时间。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热泵热水器，其特征在于，包括：

CO2跨临界循环系统，用于采用CO2冷媒对水进行加热；其中，所述CO2跨临界循环系统包括气体冷却器、节流机构、蒸发器和压缩机；

控制器，与所述CO2跨临界循环系统电连接，其中，所述控制器包括：

预设最优高压确定单元，用于在所述热泵热水器启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；

目标出水温度调节单元，用于通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；

实际出口温度获取单元，用于在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；

实时最优高压调节单元，用于根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

2.如权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设最优高压确定单元，具体包括：

空气温度获取子单元，用于在所述热泵热水器启动后，获取当前的空气温度；

预设出口温度确定子单元，用于确定所述气体冷却器的预设出口温度；

预设最优高压计算子单元，用于根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系；

预设最优高压调节子单元，用于实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

3.如权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设最优高压计算子单元，具体用于：

根据所述空气温度、所述气体冷却器的预设出口温度，通过以下计算公式计算所述预设最优排气压力：

Pdopt₀＝(0.0025×Tgc₀-0.065)×Tgc₀+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt₀为所述预设最优排气压力；Tgc₀为气体冷却器的预设出口温度；Ta为所述空气温度。

4.如权利要求2所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设出口温度确定子单元，具体用于：

在所述热泵热水器启动后，获取所述气体冷却器的进水温度；

根据所述气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度与所述进水温度、目标出水温度的对应关系。

5.如权利要求3所述的热泵热水器，其特征在于，所述预设的关系映射表中，在所述目标出水温度确定的情况下，

当所述气体冷却器的进水温度小于预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为T_i+n；其中，T_i为所述气体冷却器的进水温度，n≥1；

当所述气体冷却器的进水温度大于等于所述预设的高温阈值时，所述气体冷却器的预设出口温度为预设的固定温度值。

6.如权利要求1所述的热泵热水器，其特征在于，所述实时最优高压调节单元，具体用于：

根据所述气体冷却器的实际出口温度和空气温度，通过以下计算公式计算所述循环系统的实时最优排气压力：

Pdopt(t)＝[0.0025×Tgc(t)-0.065]×Tgc(t)+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt(t)为所述实时最优排气压力；Tgc(t)为气体冷却器的实际出口温度；Ta为所述空气温度；

实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

7.一种热泵热水器的控制方法，其特征在于，包括：

在所述热泵热水器的启动后，确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力；

通过控制所述气体冷却器的出水流量，实时调节所述气体冷却器的出水温度，以使所述气体冷却器的出水温度达到目标出水温度；

在所述气体冷却器的出水温度等于所述目标出水温度之后，实时获取所述气体冷却器的实际出口温度；

根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述实时最优排气压力。

8.如权利要求7所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述确定所述循环系统的预设最优排气压力，并实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力，具体包括：

在所述热泵热水器的启动后，获取当前的空气温度；

确定所述气体冷却器的预设出口温度；

根据所述空气温度和所述气体冷却器的预设出口温度，计算所述循环系统的最优排气压力，作为所述预设最优排气压力；其中，所述循环系统的最优排气压力与所述空气温度、气体冷却器的出口温度呈正相关关系；

实时调节所述压缩机的排气压力，以使所述排气压力达到所述预设最优排气压力。

9.如权利要求8所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述确定所述气体冷却器的预设出口温度，具体包括：

在所述热泵热水器的启动后，获取所述气体冷却器的进水温度；

根据所述气体冷却器的进水温度和目标出水温度，查找预设的关系映射表，以得到所述气体冷却器的预设出口温度；其中，所述关系映射表记录了所述气体冷却器的预设出口温度与所述进水温度、目标出水温度的对应关系。

10.如权利要求7所述的热泵热水器的控制方法，其特征在于，所述根据所述气体冷却器的实际出口温度，计算所述循环系统的实时最优排气压力，具体包括：

获取当前的空气温度；

根据所述空气温度、所述气体冷却器的实际出口温度，通过以下计算公式计算所述循环系统的实时最优排气压力：

Pdopt(t)＝[0.0025×Tgc(t)-0.065]×Tgc(t)+(Ta-27)×0.0245+9.0333；

其中，Pdopt(t)为所述实时最优排气压力；Tgc(t)为气体冷却器的实际出口温度；Ta为所述空气温度。

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