CN111536711A - 一种热泵热水机组及其水流异常的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的热泵热水机组及其水流异常的控制方法，在机组化霜运行时，通过对第二换热器进出水温度进行检测，根据上述温度差值，判断水流是否异常，控制机组的运行。根据二者温差所处的范围，控制机组的运行，并结合环境温度的情况，进行判断，控制机组运行。本发明通过上述控制方式，可有效的判断热水机组水流是否异常，是否有产生冻结的风险，防止机组冻结，保证其安全运行。

Description

一种热泵热水机组及其水流异常的控制方法

技术领域

本发明属于供暖领域，具体而言，涉及一种热泵热水机组及其水流异常的控制方法。

背景技术

热泵热水机组吸收空气中的低温热源，不管是寒冬、夜晚，或是阴雨、雪天等恶劣天气，一年四季24小时均可以不间断提供热水用于日常生活，且在冬季可以接暖气片或者地暖进行采暖运行，达到全天候运行的要求。

热泵机组化霜过程中，可通过四通阀切换冷媒(制冷剂)流向实现化霜，但是此时水侧换热器存在短时间制冷水的过程。当机组在化霜过程中出现用户水泵故障或者水系统管路水流量波动时，极容易造成水侧换热器冻裂，严重影响机组的使用。

因此，热泵系统需要及时判断出水系统流量不足的情况，保证机组安全和高效运行。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种热泵采暖机组及其水流异常的控制方法。解决化霜过程中，导致第二换热器(水侧换热器)产生低温水，在水流异常时，当水温低于0℃时极容易导致换热器冻裂的问题。本发明在化霜过程中检测机组系统参数并进行判定，及时甄别故障并进行保护。

具体地：一种热泵热水机组水流异常的控制方法，所述机组包括制冷剂回路和用户侧回路；压缩机、四通阀、第一换热器、节流装置和第二换热器通过管路连通形成制冷剂回路；第二换热器、水泵、用户采暖水系统通过管路连通形成用户侧回路；通过第二换热器，制冷剂回路中制冷剂向用户侧回路中水提供热量；包括如下步骤：S01：当机组化霜运行时，运行第三预设时间t3后，检测第二换热器的出水温度Tc与进水温度Tj，根据二者的差值Tj-Tc，控制机组的运行。

优选地，步骤S01中，根据二者的差值Tj-Tc，控制机组的运行包括：N01：当Tj-Tc＞T3或者Tj-Tc≤T5时，机组停机并显示水流异常保护，其中T3为第三预设温差，T5为第五预设温差，T3>T5。

优选地，步骤S01中，根据二者的差值Tj-Tc，控制机组的运行还包括：M01：当T4<Tj-Tc≤T3时，检测第二换热器的防冻温度Td、防冻温度在第五预设时间t5的变化率△Td，如果，Td＜Tk或者△Td＞△Tk，则机组转为制热模式运行；否则，机组正常运行化霜过程；M02：当T5<Tj-Tc≤T4时，机组正常进行化霜,其中，T4为第四预设温差，Tk为预设防冻温度，△Tk为预设防冻温度变化率。

优选地，步骤M01中，当机组转为制热模式运行后，还包括：运行第四预设时间t4后，检测第二换热器冷媒管路温度Tg，如果Tc-Tj＞第六预设温差T6且Tg＞预设管温T7时，则判定机组水路异常，并显示水流异常保护；否则，则判定机组水流正常，机组重新进入化霜运行。

优选地，步骤S01之前还包括：S01 A:检测环境温度Th；当Th≥T0时，判定机组不进行化霜；当Th<T0时,检测机组的运行状态，当为化霜运行时，执行步骤S01，其中，T0为第一预设环境温度。

优选地，步骤S01 A中，当Th≥T0时，还包括：当机组制热运行第一预设时间t1后，检测并判断第二换热器的出水温度Tc与进水温度Tj的差值Tc-Tj，当Tc-Tj>T1时，机组停机并显示水流异常；当Tc-Tj≤T1时，机组正常运行制热，其中，T1为第一预设温差。

优选地，步骤S01 A中，当Th<T0时,检测机组的运行状态，当为制热运行时，机组运行第二预设时间t2后，检测并判断第二换热器的出水温度Tc与进水温度Tj的差值Tc-Tj，当Tc-Tj>T2时，机组停机并显示水流异常；当Tc-Tj≤T2时，机组正常运行制热，其中，T2为第二预设温差。一种热泵采暖机组。

优选地，第二预设温差T2的设定方式为：T2＝k*t+h，其中，t为机组制热启动后的运行时间、或者化霜后的开始制热运行的时间，单位为分钟，k、h为经验常数，k为-0.05、h为10。

另外本发明提供一种热泵热水机组，热水机组采用本发明任一所述的控制方法。

优选地，第二换热器设有测量进水温度Tj，出水温度Tc和防冻温度的传感器。

有益效果：

本发明通过对热泵热水机组运行时参数的获取，获取第二换热器的进出水温度，根据第二换热器的进出水温差进行区间判定，根据上述温差及时发现水流是否异常，防止冻结，有效的保护机组安全运行。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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本发明实施方式的热泵采暖机组示意图。

图2本发明实施方式的热泵采暖机组水流异常的控制方法流程示意图。

其中：1-压缩机，2-汽液分离器，3-四通阀，4-第一换热器，5-风机，6-节流装置，7-第二换热器，8-水泵，9-用户采暖水系统，10-进水温度测点，11-出水温度测点，12-防冻温度测点。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本公开的各方面。

应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种结构，但这些结构不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一结构与另一结构。因此，下文论述的第一结构可称为第二结构而不偏离本公开概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。

本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本公开所必须的，因此不能用于限制本公开的保护范围。

下面结合附图1，2对本发明中的具体实施方式的内容进行详细描述：

对本发明中的以下符号作如下说明：Th：室外环境温度；Tj：检测的水侧换热器进水温度；Tc：检测的水侧换热器出水温度；Td：检测的水侧换热器防冻温度；△Td：检测的水路换热器防冻温度的变化率；Tg：检测的水侧换热器冷媒管温度。

t1：第一预设时间，机组制热运行的时间(无霜)(取值为0～10mi n，优取3mi n)；t2：第二预设时间，机组制热运行的时间(有霜)(取值为0～5mi n，优取2mi n)；t3：第三预设时间，机组化霜运行的时间(取值为0～150s，优取60s)；t4：第四预设时间，机组化霜转制热运行的时间(取值为0～10mi n，优取4mi n)；t5：第五预设时间，优取30S。

T0：预设环境温度，环境温度区间的预设区间判定值(取值为0～30℃，优取10℃)；T1：第一预设温差，进出水温差的预设水温判定值(取值为0～30℃，优取12℃)；T2：第二预设温差，进出水温差的预设水温判定值(取值为0～30℃)；T3：第三预设温差，进出水温差的预设水温判定值(取值为0～30℃，优取10℃)；T4：第四预设温差，进出水温差的预设水温判定值(取值为0～30℃，优取6℃)；T5：第五预设温差，进出水温差的预设水温判定值(取值为0～2℃，优取0.5℃)；T6：第六预设温差，进出水温差的预设水温判定值(取值为0～30℃，优取8℃)；T7：预设管温，水侧换热器冷媒管温度的预设管温判定值(取值为0～100℃，优取60℃)；Tk：预设防冻温度，水路换热器防冻温度的预设判定值(取值为0～10℃，优取2℃)；△Tk：预设防冻温差，水路换热器防冻温度的变化率的预设判定值(取值为0～10℃，优取1.5℃)。

上述预设参数值，不限于上述参数值的限定，本领域技术人员根据实际机组的情况，经过试验或经验，可以采用不同于上述具体数值的参数值，其均在本发明的保护范围内。

如图1所示，本发明实施方式的热泵热水机组包括制冷剂回路和用户侧回路；压缩机1、四通阀3、第一换热器4、节流装置6和第二换热器7通过管路连通形成制冷剂回路；第二换热器7、水泵8、用户采暖水系统9通过管路连通形成用户侧回路；通过第二换热器7，制冷剂回路中制冷剂向用户侧回路中水提供热量。其中，第二换热器7设有测量进水温度Tj，出水温度Tc和防冻温度的传感器。本发明的第二换热器7也称为水侧换热器，本发明的热泵热水机组也称为热泵采暖机组。

如图1所示，压缩机1与四通阀3之间还可设有汽液分离器2。热水机组还包括加速第一换热器4换热的风机5。第二换热器7还设有进水温度测点10，出水温度测点11，防冻温度测点12，通过传感器或感温包检测上述位置的温度。节流装置6可为电子膨胀阀。

如图2所示，其中示意了热泵热水机组水流异常的控制方法，热泵热水机组化霜过程中由于水流异常导致水侧换热器产生低温水，当水温低于0℃时极容易导致换热器冻裂。化霜过程，机组(系统)是制冷运行，水侧换热器为蒸发侧，制冷剂在从换热器吸热，如果此时水系统水流偏小等异常，水系统换热器热量流失，极易导致水结冰冻裂水侧换热器。

本发明在化霜过程中检测系统参数并进行判定，及时甄别故障并进行保护。本发明通过热泵热水机组运行时参数获取，按照不同水路换热温差进行区间判定，并利用水路预设防冻温度等参数进行判定，及时发现系统异常并保护系统。当化霜过程中存在水温过低隐患时，机组可切换模式到制热状态，通过制热运行参数的判定是否水流异常，如果异常则保护机组，如果未异常则机组再次化霜。

本发明实施方式的热泵热水机组水流异常的控制方法可包括如下步骤至少之一：步骤S01A:检测环境温度Th；当Th≥T0时，确认机组运行于较高环境范围，判定机组不进行化霜；当Th<T0时,检测机组的运行状态，当为化霜运行时，执行下一步骤，其中，T0为预设环境温度。

步骤S01A中，当Th≥T0时，还包括：当机组制热运行第一预设时间t1后，检测并判断第二换热器7的出水温度Tc与进水温度Tj的差值Tc-Tj，当Tc-Tj>T1时，机组停机并显示水流异常；当Tc-Tj≤T1时，机组正常运行制热。当Tc-Tj差值大时，表明水侧换热器吸收了制冷剂热量后使出水温度已经明显高于进水温度，水系统流量存在偏低风险，机组停机并显示水流异常保护。当两者差值小时，表明水侧换热器时吸收了制冷剂热量后使出水温度高于进水温度，正常满足出热水的需求，机组运行无异常，机组正常运行制热。

步骤S01A中，当Th<T0时,检测机组的运行状态，当为制热运行时，机组运行第二预设时间t2后，检测并判断第二换热器7的出水温度Tc与进水温度Tj的差值Tc-Tj，当Tc-Tj>T2时，机组停机并显示水流异常；当Tc-Tj≤T2时，机组正常运行制热。其中，T2为数据拟合的结果，T2＝k*t+h，t为机组制热启动后的运行时间、或者化霜后的开始制热运行的时间，k、h的取值经验为k取-0.05、h取10，其中t的单位为分钟。当Th<T0时,机组换热复杂，机组运行制热后第一换热器4的翅片不停的结霜，导致Tc-Tj的差值不断变化，T2通过不同环境下的实验数据拟合而来，即T2＝k*t+h中的线性关系来表示，通过上述判定，可达到较好的效果。当Tc-Tj＞T2时即当两者差值大时，表明水侧换热器时吸收了制冷剂热量后使出水温度已经明显高于进水温度，换热器中水流吸热明显，说明水系统流量存在偏低风险机组停机并显示水流异常保护。当Tc-Tj≤T2时，机组正常运行制热。

步骤S01：当机组化霜运行时，运行第三预设时间t3后，检测第二换热器7的出水温度Tc与进水温度Tj，根据二者的差值Tj-Tc，控制机组的运行。

步骤S01中，根据二者的差值Tj-Tc，控制机组的运行包括：N01：当Tj-Tc＞T3或者Tj-Tc≤T5时，机组停机并显示水流异常保护，T3>T5。当Tj-Tc＞T3，说明水流量较少；Tj-Tc≤T5时说明换热器可能没有进行换热，导致换热器前后温差几乎没有，水系统存在无流量的情况，机组停机并显示水流异常保护。

步骤S01中，根据二者的差值Tj-Tc，控制机组的运行还包括：M01：当T4<Tj-Tc≤T3时，检测第二换热器7的防冻温度Td、防冻温度在第五预设时间t5的变化率△Td，第五预设时间可为30s。如果，Td＜Tk或者△Td＞△Tk，表明此时的防冻温度已经低于预设防冻温度或者换热器的防冻温度在急剧变化，表明此时的水系统温度偏低或者水温急剧变化，水系统有结冰导致换热器冻裂的风险，则机组转为制热模式运行。如果△Td＞△Tk，说明其变化率过大，反映出水流不足。否则，机组正常运行化霜过程。

步骤M01中，当机组转为制热模式运行后，还包括：运行第四预设时间t4后，检测第二换热器7冷媒管路温度Tg，如果Tc-Tj＞第六预设温差T6且Tg＞第七预设温度T7时，说明机组在切换为制热运行后，换热器前后温差过大或者冷媒管温度偏高，换热器水侧存在水流量偏低的情况，则判定机组水路异常，并显示水流异常保护；否则，则判定机组水流正常，机组重新进入化霜运行，如果运行中再次检测到T4<Tj-Tc≤T3，机组可正常化霜。

M02：当T5<Tj-Tc≤T4时，表明其运行在一个合理的范围，机组正常进行化霜。

有益效果：

本发明实施方式的热泵热水机组水流异常的控制方法，在机组化霜运行时，通过对第二换热器进出水温度进行检测，根据上述温度差值，判断水流是否异常，控制机组的运行。根据二者温差所处的范围，控制机组的运行，并结合环境温度的情况，进行判断，控制机组运行。本发明通过上述控制方式，可有效的判断热水机组水流是否异常，是否有产生冻结的风险，防止机组冻结，保证其安全运行。

以上具体地示出和描述了本公开的示例性实施例。应可理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims (10)

1.一种热泵热水机组水流异常的控制方法，其特征在于：所述机组包括制冷剂回路和用户侧回路；压缩机、四通阀、第一换热器、节流装置和第二换热器通过管路连通形成制冷剂回路；第二换热器、水泵、用户采暖水系统通过管路连通形成用户侧回路；通过第二换热器，制冷剂回路中制冷剂可向用户侧回路中水提供热量；所述控制方法包括如下步骤：S01：当机组化霜运行时，运行第三预设时间t3后，检测第二换热器的出水温度Tc与进水温度Tj，根据二者的差值，判断水流是否异常，控制机组的运行。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：步骤S01中，根据二者的差值，判断水流是否异常，控制机组的运行包括：

N01：当Tj-Tc＞T3或者Tj-Tc≤T5时，机组停机并显示水流异常，其中T3为第三预设温差，T5为第五预设温差，T3>T5。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于：步骤S01中，根据二者的差值，控制机组的运行还包括：

M01：当T4<Tj-Tc≤T3时，检测第二换热器的防冻温度Td、防冻温度在第五预设时间t5的变化率△Td，如果，Td＜Tk或者△Td＞△Tk，则机组转为制热模式运行；否则，机组正常运行化霜过程；

M02：当T5<Tj-Tc≤T4时，机组正常进行化霜；其中，T4为第四预设温差，Tk为预设防冻温度，△Tk为预设防冻温度变化率。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：步骤M01中，当机组转为制热模式运行后，还包括：运行第四预设时间t4后，检测第二换热器冷媒管路温度Tg，如果Tc-Tj＞第六预设温差T6且Tg＞预设管温T7时，则判定机组水路异常，并显示水流异常保护；否则，则判定机组水流正常，机组重新进入化霜运行。

5.根据权利要求1-4任一所述的控制方法，其特征在于：步骤S01之前还包括：S01A:检测环境温度Th；

当Th≥T0时，判定机组不进行化霜；

当Th<T0时,检测机组的运行状态，当为化霜运行时，执行步骤S01，其中，T0为第一预设环境温度。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：步骤S01A中，当Th≥T0时，还包括：当机组制热运行第一预设时间t1后，检测并判断第二换热器的出水温度Tc与进水温度Tj的差值Tc-Tj，当Tc-Tj>T1时，机组停机并显示水流异常；当Tc-Tj≤T1时，机组正常运行制热，其中，T1为第一预设温差。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：步骤S01A中，当Th<T0时,检测机组的运行状态，当为制热运行时，机组运行第二预设时间t2后，检测并判断第二换热器的出水温度Tc与进水温度Tj的差值Tc-Tj，当Tc-Tj>T2时，机组停机并显示水流异常；当Tc-Tj≤T2时，机组正常运行制热，其中，T2为第二预设温差。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：第二预设温差T2的设定方式为：T2＝k*t+h，其中，t为机组制热启动后的运行时间、或者化霜后的开始制热运行的时间，其单位为分钟，k、h为常数，k为-0.05，h为10。

9.一种热泵热水机组，其特征在于：所述热泵热水机组采用权利要求1-8任一所述的控制方法。

10.根据权利要求9所述的热泵热水机组，其特征在于：第二换热器设有测量进水温度Tj，出水温度Tc和防冻温度Td的所述传感器。

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