CN112066497A

CN112066497A - 一体式内机热泵空调系统及其控制方法

Info

Publication number: CN112066497A
Application number: CN202010997953.5A
Authority: CN
Inventors: 袁占彪; 曾凡卓; 胡乾龙; 孙涛
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2020-12-11

Abstract

本发明公开了一种具有多功能的一体式内机热泵空调系统及其控制方法。所述的一体式内机热泵空调系统包括室内机和室外机，其中，所述室内机采用一体式单元，包括壳体、位于壳体内的储水箱和室内换热器，所述室内换热器的进水管道和出水管道分别与储水箱内的换热盘管和室内末端装置连接，所述室内换热器的出水管道上设有与所述室内末端装置供水管道连通的三通阀，所述储水箱还设有生活热水出水口和补水口。本发明1使用同一机器满足用户制冷、制热和供热水的多种需求，节省采购成本和安装空间，水温控制精度高。

Description

一体式内机热泵空调系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及空调技术领域，尤其涉及一种具有多功能的一体式内机热泵空调系统及其控制方法。

背景技术

随着生活水平的日益提高，家庭都有制冷、供暖和生活热水的需要。为满足上述需求，一般都是购买单独的设备，例如，购买一套家用空调在夏季制冷（挂机或柜机）、一套燃气壁挂炉在冬季制热取暖，另外再购置一套电加热或空气能热水器制取生活热水。这种方式从购买成本来说是最不经济的，而且占用的安装空间很大。

发明内容

本发明提出一种具有多功能的一体式内机热泵空调系统及其控制方法，以满足用户对制冷、制热和供生活热水的多种需求，同时降低购买成本，节省安装空间。

本发明提出一体式内机热泵空调系统，包括室内机和室外机，其中，所述室内机采用一体式单元，包括壳体、位于壳体内的储水箱和室内换热器，所述室内换热器的进水管道和出水管道分别与储水箱内的换热盘管和室内末端装置连接，所述室内换热器的出水管道上设有与所述室内末端装置供水管道连通的三通阀，所述储水箱还设有生活热水出水口和补水口。

所述热泵空调系统包括制冷、制热和供热水三种运行模式。

所述室内换热器的进水管道上设有水泵。

优选地，所述室内换热器的进水管道上设有膨胀罐。

优选地，所述室内换热器的出水口和三通阀之间设有辅助电加热器。

优选地，其特征在于，所述室内换热器的出水口和辅助电加热器之间设有水流开关。

优选地，所述辅助加热器和三通阀之间设有安全阀和自动排气阀。

优选地，所述储水箱内设有电加热器。

优选地，所述室内换热器采用板式换热器。

优选地，所述室内换热器的冷媒进出口、水侧进出口以及储水箱均设有温度传感器。

优选地，还包括底座，所述室内机放置在所述底座上。

本发明还提出上述一体式内机热泵空调系统的控制方法，所述热泵空调系统包括制冷、制热、供热水和化霜四种运行模式。

在制冷模式中：三通阀断电，根据用户设置的出水温度与当前出水温度的差值δTW调节压缩机频率，或开停；根据吸气过热度调节第一电子膨胀阀的开度；根据排气温度调节室外换热器风机的转速。

在制热模式中:对四通阀进行换向，当压缩机频率＞41Hz时打开第二电子膨胀阀，并根据经济器的过热度控制第二电子膨胀阀开度；压缩机频率≤41Hz时关闭第二电子膨胀阀；第一电子膨胀阀根据吸气过热度调节；室外换热器风机按照化霜温度T化调节；当环境温度小于等于设定值e℃时，开启辅助电加热器。

在制热水模式中：打开三通阀，室内换热器的循环水进入水箱换热，当环境温度小于等于设定值f℃时，开启水箱电加热器，缩短用户等待热水的时间。

在化霜模式中：化霜温度T_化和制热运行时间同时达到设定条件时进入化霜模式，此时，四通阀断电换向，室外换热器风机停止运行，当环境温度小于等于设定值时，开启辅助电加热器；当环境温度大于等于设定值d℃时结束化霜。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.使用同一机器满足用户制冷、制热和供热水的多种需求，节省采购成本和安装空间。

2.室内换热器与储水箱距离短，连接管道短，水温差小，水温控制精度高。

3.整体式内机出厂前组装好，用户安装方便。

附图说明

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明提出的热泵空调系统的系统图；

图2是本发明中一体式内机单元的示意图；

图3是水箱内机一体式热泵的控制流程图;

图4是制冷模式的流程图；

图5是制热模式的流程图。

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，以下结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。应当理解，以下具体实施例仅用以解释本发明，并不对本发明构成限制。

本发明设计出一种多功能热泵空调系统，该系统能满足用户制冷、制热和供热水的需求。如图1所示，一体式内机热泵系统包括室外机和一体式单元内机两部分。一体式单元内机的主要功能是通过冷媒和循环水换热，向末端装置提供冷水或热水，或通过储水箱提供生活热水。

如图1所示，室外机包括压缩机11、四通阀12、室外换热器13、位于主路的第一电子膨胀阀14和气液分离器15，还设有用于压缩机补气的经济器16和第二电子膨胀阀17。室外换热器可以采用翅片管式换热器。室外机的主要功能是提供冷媒循环动力，制热时吸收环境中的热量，向室内供暖或提供生活热水；制冷时冷却压缩机排出的高温气态冷媒，向室内供冷。

压缩机排气侧设有排气感温包T_高、高压开关18和高压传感器P_高。室外换热器上设有环境感温包T_环境和化霜感温包T_化。经济器的进出口均设有感温包T1和T2。气液分离器和压缩机吸气侧之间还设有用于制冷的第一低压开关19、用于制热的第二低压开关20。气液分离器前端设有吸气感温包T_吸气。经济器用于制热时为压缩机增焓，冷媒通过经济器后可以增加压缩机排气量，增加冷媒系统的流量，进而提高热泵的制热量，降低压缩机在低温下的排气温度。主路上的第一电子膨胀阀14为制冷、制热共用，辅路上的第二电子膨胀阀17只在制热条件下动作，且动作条件为当压缩机频率＞41Hz时打开，≤41Hz时关闭。

室内机采用一体式单元，包括壳体2、储水箱21和室内换热器22。室内换热器可以采用板式换热器。室内换热器的进水管道和出水管道分别与储水箱内的换热盘管23和室内末端装置（图中未示）连接。室内换热器的出水管道上设有与室内末端装置供水管道连通的三通阀24，储水箱还设有生活热水出水口35和补水口36。

如图2所示，从外观看，室内机是一个整体，内部主要分四部分，位于一体式单元下部的储水箱21，其外侧可设保温层，位于上部的室内换热器22，控制盒25和底座34。室内换热器的冷媒进出口、水侧进出口以及储水箱均设有温度传感器，包括室内换热器气管感温包T3、室内换热器液管感温包T4、室内换热器进水感温包T5、室内换热器出水感温包T6和水箱感温包T_水箱。室内换热器进水管道上还设有水泵27、膨胀罐28（用于保持水系统具有稳定的水压）、水压表P。室内换热器出水管道上设有连通储水箱和末端装置的三通阀24、自动排气阀29、安全阀30、辅助电加热出水感温包T₇，辅助电加热器31和水流开关32。储水箱内设有电加热器33。

由于室内机采用一体式单元，室内换热器与储水箱距离短，连接管道短，水温差小，水温控制精度高。此外，整体式内机出厂前组装好，用户安装方便。

图3显示水箱内机一体式热泵的控制原理图。图中检测的温度、压力和元器件标记中，C表示制冷时相关参数，H表示制热时相关参数,W表示热水相关参数，A表示共用参数。元器件启动及运行过程中全程检测故障，当存在故障时报警，此时立即停机，无故障按照时序启动运行。

制冷模式：

制冷模式的流程如图4所示。用户通过室内机壳体上设置的控制器或在线控器上选择制冷模式，设置需要的出水温度后，按下开机键,此时机组首先进行自检，排查可能出现的故障，无故障则检测环境温度。在机组允许运行的环境温度范围内，机组开启，主路第一电子膨胀阀14初始化，三通阀24一直保持关闭（断开进入水箱的通路），完成后，检测用户设置出水温度与当前出水温度的差值，设为δT_W，该差值决定压缩机是否开启与具体调节方式。当机组满足开机条件时，首先水泵开启并运转15S,15S后检测水流开关故障，无故障则开启风机，风机开启先进行2min中高档位初始化运行，2min后压缩机以初始化频率启动运行，初始化时间为3min,3min后调节压缩机频率、第一电子膨胀阀开度、风机档位，直到达到用户设置目标。调节规则如下表,压缩机和风机每1min调节1次，电子膨胀阀每40s调节1次：

制热模式:

制热模式的流程如图5所示。启动过程与制冷过程大致相似，只是增加在压缩机启动25S后，对四通阀进行换向，在第一电子膨胀阀初始化时，增加辅路第二电子膨胀阀的初始化，第二电子膨胀阀初始化完成后，关到0B（完全关闭）位置,然后视压缩机频率决定其开度：

当压缩机频率＞41Hz时打开第二电子膨胀阀，压缩机频率≤41Hz时关闭第二电子膨胀阀，打开后按照经济器过热度（经济器出口温度-经济器进口温度）控制第二电子膨胀阀开度。新的开度=当前开度+（经济器出口温度-经济器进口温度）*λ₂，λ₂≥1。压缩机调节与制冷类似，主路第一电子膨胀阀依照吸气过热度（吸气温度-化霜温度）调节，新的第一电子膨胀阀开度=当前开度+（当前过热度-目标过热度）*λ1。室外换热器风机按照化霜温度T_化调节：

T_化＞a2℃时，风机在当前档位基础上调低1档；

b2℃≤T_化＜a2℃时，风机维持当前档位；

T_化＜b2℃时，风机在当前档位基础上升高1档。

低温高湿度环境下制热时，翅片换热器会结霜，涉及到化霜过程，需要满足化霜温度T_化制热运行时间同时达到设定的条件时才能进入化霜过程。化霜时，压缩机先降频到45Hz,主路第一电子膨胀阀调整到化霜步数，20s后，四通阀断电换向，同时风机停止运行，压缩机再升高到化霜频率，一直持续到 T_化≥d℃时结束化霜,d可以在10-20之间设置，化霜结束后压缩机先降频到45 Hz，15s后四通阀换向，主路第一电子膨胀阀开到初始开度，风机调到初始档位，运行1min后按照制热模式正常调节。

根据环境温度T_环设定的条件决定是否开启辅助电加热器31，一般为T_环境≤e℃时开启，e≤0℃，辅助电加热器开启的条件下化霜时，辅助电子加热一直开启，以防止水温过低和加快化霜。

热水模式：

供热水模式与制热模式相同，另外需要在初始化阶段打开三通阀，让循环水进入水箱，在水箱内电加热器33盘管内部与冷水换热，制取热水。当T_环≤f℃时，f≤0℃,热泵性能衰减，只靠热泵无法将水箱中的水加热到需要的温度，此时需要开启水箱电加热器，以缩短用户等待热水的时间。

具体控制方式如下：

1、压缩机控制

进入水温控制后，根据计算的温差ΔT（设定水箱温度-实际水箱温度）按照下述条件调整压缩机运行频率,每次调整后必须维持90s，每次检测到的ΔT必须持续3秒：

当T_水箱≤10℃时，压缩机按45Hz运行，机组按制热模式升降频；

当10℃＜T_水箱≤20℃时，压缩机按60Hz运行；

当20℃＜T_水箱≤30℃时，压缩机按60Hz运行；

当30℃＜T_水箱≤40℃时，压缩机按60Hz运行

当40℃＜T_水箱≤45℃时，压缩机按65Hz运行；

当45℃＜T_水箱≤50℃时，压缩机按65Hz运行；

当50℃＜T_水箱≤55℃时，压缩机按60Hz运行；

55℃＜T_水箱≤60℃时，压缩机按40Hz运行。

任何时候，T_水箱≥热泵热水最高水温设定温度T_设定，T_水箱≥T_设定,则压缩机停止运行，水泵延时120s后停止运行；

压缩机连续运行超过6分钟后，若连续60s检测到T_环境＞47℃，或T_环境＜机组最低运行环温时，则机组停止运行，此时整机水泵延时120s停止运行，此时若满足制热水运行条件，水箱辅助电加热器33投入运行。

2、室外换热器风机控制

控制化霜管温度在0-3℃。

当连续5秒检测到蒸发温度（化霜管温度）＜0℃，则风机档位升高一档；

当连续5秒检测到0℃≤蒸发温度（化霜管温度）≤3℃，则风机维持当前档位；

当连续5秒检测到3℃＜蒸发温度（化霜管温度），则风机档位降低一档。

3、电子膨胀阀控制

第一电子膨胀阀14的控制：控制液管温度与进水温度接近，换热温差=液管温度-进水温度：

当连续5秒检测到换热温差＜0℃，则膨胀阀1开大（2-换热温差）步；

当连续5秒检测到0≤换热温差≤2℃，则膨胀阀1维持当前步数；

当连续5秒检测到2℃＜换热温差，则膨胀阀1关小（换热温差-0）步。

第一电子膨胀阀1的调整范围为60-480B。

第一电子膨胀阀1的初始步数更改如下：

制热水时第一电子膨胀阀的初始步数如下表：

第二电子膨胀阀17的调整控制补气过热度为0-3℃：

（1）补气过热度=经济器出口温度-经济器进口温度，按如下方式控制：

当连续5秒检测到补气过热度＜3℃，则膨胀阀2关小（3-补气过热度）步；

当连续5秒检测到0≤补气过热度≤3℃，则膨胀阀2维持当前步数；

当连续5秒检测到3℃＜补气过热度，则膨胀阀2开大（补气过热度-0）步。

（2）当排气温度低于冷凝温度（排气压力饱和温度）+10℃时，第二电子膨胀阀关到0B（关闭）位置。

4、水泵控制

控制水温差在5-9℃，水泵档位范围为2-6档，最低2档，最高6档。

当连续5秒检测到进出水温差＜5℃，则水泵档位降低一档；

当连续5秒检测到5≤进出水温差≤9℃，则水泵档位维持档位；

当连续5秒检测到9℃＜进出水温差，则水泵档位升高一档；

制热和制热水模式下，任何时候，检测到排气压力饱和温度-板换出水温度高于2℃，则升高一档。

5、测试模式屏蔽回油，屏蔽给主板充电以免待机阶段水泵突然启动几秒。

6、制热、制热水停机后风机和水泵直接停止。

机组关机时，风机在压缩机停机后马上关闭，水泵在压缩停机后马上后关闭。

本发明很好地使用一台设备解决了用户对制冷、制热、生活热水的需求，不仅节省了采购成本，而且节省了安装空间。此外，采用一体式单元内机，室内换热器与储水箱之间的距离短，水温差小，水温控制精确，安装方便。

以上所述仅为本发明的具体实施方式。应当指出的是，凡在本发明构思的精神和框架内所做出的任何修改、等同替换和变化，都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一体式内机热泵空调系统，包括室内机和室外机，其特征在于，所述室内机采用一体式单元，包括壳体、位于壳体内的储水箱和室内换热器，所述室内换热器的进水管道和出水管道分别与储水箱内的换热盘管和室内末端装置连接，所述室内换热器的出水管道上设有与所述室内末端装置供水管道连通的三通阀，所述储水箱还设有生活热水出水口和补水口。

2.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室内换热器的进水管道上设有水泵。

3.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室内换热器的进水管道上设有膨胀罐。

4.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室内换热器的出水口和三通阀之间设有辅助电加热器。

5.如权利要求4所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室内换热器的出水口和辅助电加热器之间设有水流开关。

6.如权利要求4所述的热泵空调系统，其特征在于，所述辅助加热器和三通阀之间设有安全阀和自动排气阀。

7.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述储水箱内设有电加热器。

8.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室内换热器采用板式换热器。

9.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，所述室内换热器的冷媒进出口、水侧进出口以及储水箱均设有温度传感器。

10.如权利要求1所述的热泵空调系统，其特征在于，还包括底座，所述室内机放置在所述底座上。

11.一种权利要求1-10任一项所述的一体式内机热泵空调系统的控制方法，其特征在于，所述热泵空调系统包括制冷、制热和供热水三种运行模式。

12.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在制冷模式中：

三通阀断电，根据用户设置的出水温度与当前出水温度的差值δTW调节压缩机频率，或开停；根据吸气过热度调节第一电子膨胀阀的开度；根据排气温度调节室外换热器风机的转速。

13.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在制热模式中:

对四通阀进行换向，当压缩机频率＞41Hz时打开第二电子膨胀阀，并根据经济器的过热度控制第二电子膨胀阀开度；压缩机频率≤41Hz时关闭第二电子膨胀阀；第一电子膨胀阀根据吸气过热度调节；室外换热器风机按照化霜温度T化调节；当环境温度小于等于设定值e℃时，开启辅助电加热器。

14.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在制热水模式中：

打开三通阀，室内换热器的循环水进入水箱换热，当环境温度小于等于设定值f℃时，开启水箱电加热器，缩短用户等待热水的时间。

15.如权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在化霜模式中：

化霜温度T_化和制热运行时间同时达到设定条件时进入化霜模式，此时，四通阀断电换向，室外换热器风机停止运行，当环境温度小于等于设定值时，开启辅助电加热器；当环境温度大于等于设定值d℃时结束化霜。